JP2013209692A - 連続式加熱炉の自動燃焼制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータの介入完了の遅れによる加熱不足による抽出ピッチの制限を低減し、また、操業効率の低下や、過加熱による品質異常を防止することができ、効率的な鋼材の加熱を可能とする加熱温度制御を実現することができる連続式加熱炉の自動燃焼制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】各帯における各鋼材の在炉時間及び抽出目標温度に基づいて各帯の炉温設定値を設定し、設定された炉温設定値に各帯の炉温を制御する際に、オペレータによって炉温設定値を補正する炉温補正値が設定されている状態において、オペレータによってなされた炉温補正値を無効とした際の炉温設定値で各帯を加熱したと仮定したときに、同一の帯内の全鋼材の抽出時の予測温度が、各鋼材の抽出目標温度に対して予め設定されている上限温度と下限温度との範囲内に入った場合に、オペレータによる炉温補正値を自動的にリセットし、炉温補正値によって補正されない炉温設定値で燃焼制御を行い、各鋼材を抽出目標温度に加熱する。
【選択図】図４

Description

本発明は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、各帯を独立に炉温制御できる連続式加熱炉で、装入温度や抽出目標温度やサイズ等により異なる加熱条件を持つ複数のスラブ等の鋼材を加熱する際に、各帯における各鋼材の在炉時間と抽出目標温度から各帯の炉温設定値を設定する連続式加熱炉の自動燃焼制御方法及び装置に関する。

予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、各帯を独立に炉温制御できる連続式加熱炉で、炉内に装入された複数のスラブ等の鋼材は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を通過する過程において、加熱炉からの抽出時に所定の目標温度を満足するように加熱される。このような状況下において、連続式加熱炉内に装入される鋼材の装入温度は、上流側の連続鋳造機を出てから装入されるまでの時間に左右されるほか、鋼材の種類によって抽出目標温度や鋼材のサイズ等も異なる。このため、装入温度、抽出目標温度及び鋼材のサイズ等により加熱条件が異なる鋼材を効率的に加熱するために、加熱条件が不連続にならないように、同様な加熱温度の鋼材が連続するように、加熱炉への装入順を決定している。しかしながら、納期や加熱炉への装入材源等の制約により、加熱条件が不連続とならざるを得ない状況が発生することがあり、加熱条件が不連続となる境界付近の鋼材において圧延機等の次工程が要求するピッチで加熱炉内を搬送した場合、加熱不足や過加熱が発生してしまう。

上述した装入温度、抽出目標温度及び鋼材のサイズ等の加熱条件の異なる鋼材を効率的に加熱する手段として、従来から多くの方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、同一炉内で加熱条件の異なる複数個の鋼材を加熱する、各帯が独立に炉温制御可能な連続式加熱炉において、所定の鋼材の炉内における均熱温度をこの鋼材の前後における各鋼材の均熱温度平均値以上に設定し、且つ、この鋼材の均熱時間をこの鋼材の前後における各鋼材の均熱時間平均値以上に設定する、連続式加熱炉の自動燃焼制御方法が開示されている。

また、例えば、特許文献２では、現在から所定時間未来までの全ての制御時刻毎の各鋼材、即ちスラブに対するスラブ未来温度とスラブ未来目標温度の偏差の自乗にかかる重み付き総和の評価項を含む評価関数を最小化するように炉温設定値を計算する連続式加熱炉の加熱温度制御方法において、個々のスラブに与える重み配分を、加熱炉装入温度、スラブ厚、スラブ炉内位置及びスラブの鋼種に基づいて決定する方法が開示されている。

特開平７−１１３４７号公報 特開２００６−２７４４０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法においては、鋼材の装入温度も抽出温度も同じ特殊な場合にのみ適用されるもので、装入温度、抽出目標温度及び鋼材のサイズ等により加熱条件が異なる鋼材の加熱には適用できないという問題がある。
さらに、特許文献１に記載の方法では、鋼材の均熱温度及び均熱時間を、それぞれ加熱条件の異なる前後の鋼材の均熱温度及び均熱時間の平均値以上に設定するので、加熱炉内において、各鋼材間の間隔を確保する必要が無くなり、加熱炉内の搬送ピッチが速くなるとしているが、ヒートパターンを変更する必要があり、加熱炉における鋼材の加熱時間を確保するために、鋼材の加熱炉からの抽出ピッチが制限される結果、加熱炉がネック工程になって、操業効率が低下する問題が生じる。

また、特許文献２に記載の方法においては、スラブ未来温度とスラブ未来目標温度との偏差の自乗にかかる重み付き総和の評価項を含む評価関数を最小化するような炉温設定値に炉温設定を行うだけでは、スラブによっては加熱不足や過加熱が発生し、加熱炉がネック工程になって、操業効率が低下する問題や、品質異常が発生する問題が生じる。
このため、加熱不足や過加熱を最低限に抑制するために、オペレータの手介操作によって、少し加熱を強くしたり、弱くしたりする炉温補正が行われることがある。また、加熱ラインや圧延ライン等でライントラブル等が発生して加熱炉内のスラブをそのまま加熱炉内に滞留させなければならない場合にも、オペレータが炉温を下げることがある。
このように、オペレータが炉温設定値に補正を行う等の手作業で介入を行っているが、連続式加熱炉は、下流側の次工程である圧延工程の要求タイミングで要求温度に均一に加熱された鋼材を供給する必要があるので、オペレータは加熱不足を避けるため、オペレータの手動操作による介入では、炉温設定値を高めに補正することがあり、この介入を終了するタイミングによっては、操業効率の低下や、過加熱による品質異常や、無駄な燃料消費等を引き起こすことがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、予熱帯、加熱帯及び均熱帯等の各帯を独立に炉温制御できる連続式加熱炉において炉内各帯の温度制御を行う際に、オペレータによってなされた炉温設定値の補正等の介入を状況に応じて自動的にリセットすることで、オペレータの介入完了の遅れによる加熱不足による抽出ピッチの制限を低減し、また、操業効率の低下や、過加熱による品質異常を防止することができ、効率的な燃料の燃焼を行わせ、無駄のない効率的な燃料の消費を可能とし、効率的な鋼材の加熱を可能とする加熱温度制御を実現することができる連続式加熱炉の自動燃焼制御方法及び装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、予熱帯、加熱帯、及び均熱帯を有し、各帯を独立に炉温制御する連続式加熱炉において、連続式加熱炉に装入する時の装入温度、連続式加熱炉から抽出する時の抽出目標温度及び鋼材サイズの少なくとも１つが異なる複数の鋼材を加熱するに際し、各帯における各鋼材の在炉時間及び抽出目標温度に基づいて各帯の炉温設定値を設定し、設定された炉温設定値に各帯の炉温を制御する連続式加熱炉の自動燃焼制御方法であって、オペレータによって炉温設定値を補正する炉温補正値が設定されている状態において、オペレータによってなされた炉温補正値を無効とした際の炉温設定値で各帯を加熱したと仮定したときに、同一の帯内の全鋼材の抽出時の予測温度が、各鋼材の抽出目標温度に対して予め設定されている上限温度と下限温度との範囲内に入った場合に、オペレータによる炉温補正値を自動的にリセットし、炉温補正値によって補正されない炉温設定値で燃焼制御を行い、各鋼材を抽出目標温度に加熱することを特徴とする連続式加熱炉の自動燃焼制御方法を提供するものである。

ここで、連続式加熱炉内の各帯の炉温及び複数の鋼材の位置の実績値に基づいて、各帯における各鋼材の現在の温度を推定し、複数の鋼材の抽出順から連続式加熱炉内の各鋼材の搬送スケジュールを予測し、推定された各鋼材の現在の温度及び抽出目標温度、並びに予測された各鋼材の搬送スケジュールに基づいて、炉温補正値によって補正されない炉温設定値を設定し、推定された各鋼材の現在の温度及び設定された炉温設定値に基づいて、各帯の各鋼材の抽出時の予測温度を予測計算するのが好ましい。

また、上記目的を達成するために、本発明の第２の態様は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、各帯を独立に炉温制御する連続式加熱炉において、連続式加熱炉に装入する時の装入温度、連続式加熱炉から抽出する時の抽出目標温度及び鋼材サイズの少なくとも１つが異なる複数の鋼材を加熱する連続式加熱炉の自動燃焼制御装置であって、各帯における各鋼材の在炉時間及び抽出目標温度に基づいて各帯の炉温設定値を設定する設定手段と、設定された炉温設定値に各帯の炉温を制御するために、この炉温設定値で燃焼制御を行う燃焼制御手段と、オペレータによって炉温設定値を補正する炉温補正値を入力する入力手段と、各帯における各鋼材の抽出時の予測温度を算出する算出手段と、オペレータによる炉温補正値を自動的にリセットするリセット手段と、を有し、入力手段によって入力された、オペレータによって炉温設定値を補正する炉温補正値が設定されている状態において、設定手段によって設定された、オペレータによってなされた炉温補正値を無効とした際の炉温設定値で各帯を加熱したと仮定したときに、算出手段によって算出される、同一の帯内の全鋼材の抽出時の予測温度が、各鋼材の抽出目標温度に対して予め設定されている上限温度と下限温度との範囲内に入った場合に、リセット手段によって、オペレータによる炉温補正値を自動的にリセットし、燃焼制御手段によって、炉温補正値によって補正されない炉温設定値で燃焼制御を行い、各鋼材を抽出目標温度に加熱することを特徴とする連続式加熱炉の自動燃焼制御装置を提供するものである。

ここで、設定手段は、連続式加熱炉内の各帯の炉温及び複数の鋼材の位置の実績値に基づいて、各帯における各鋼材の現在の温度を推定する推定手段と、複数の鋼材の抽出順から連続式加熱炉内の各鋼材の搬送スケジュールを予測する予測手段と、を有し、推定手段によって推定された各鋼材の現在の温度及び抽出目標温度、並びに予測手段によって予測された各鋼材の搬送スケジュールに基づいて、炉温補正値によって補正されない炉温設定値を設定し、算出手段は、推定手段によって推定された各鋼材の現在の温度及び設定手段設定された炉温設定値に基づいて、各帯の各鋼材の抽出時の予測温度を予測計算するのが好ましい。

本発明は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯等の各帯を独立に炉温制御できる連続式加熱炉において、装入温度や抽出目標温度、サイズ等が異なり、加熱条件の異なる複数のスラブ等の鋼材の各帯における在炉時間と抽出目標温度から各帯の設定炉温を設定する加熱温度制御において、オペレータによってなされた炉温設定値の補正等の介入を状況に応じて、具体的には、オペレータによる炉温設定値の補正等の介入を無効とした時の炉温設定値で加熱したときに、同一帯（ゾーン）内の全スラブの抽出時の予測温度が各スラブの下限温度から上限温度の範囲内に入った時にオペレータによる炉温補正値を自動的にリセットすることにより、オペレータによる介入の完了の遅れによる加熱不足による抽出ピッチの制限を低減し、また、操業効率の低下や、過加熱による品質異常を防止することができ、効率的な燃料の燃焼を行わせ、無駄のない効率的な燃料の消費を可能とし、効率的な鋼材の加熱が可能となり、連続式加熱炉において無駄のない効率的な自動燃焼制御方法及び装置を実現することができる。

本発明に係る連続式加熱炉の自動燃焼制御方法を実施する連続式加熱炉の自動燃焼制御装置の一実施形態を模式的に示すブロック図である。 図１に示す自動燃焼制御装置を備える連続式加熱炉及び加熱処理対象の鋼材の構成の一実施例を模式的に示す平面図である。 図２に示す連続式加熱炉によって加熱されるスラブの加熱パターンの一例を示すグラフである。 本発明に係る連続式加熱炉の自動燃焼制御方法の一例を示すフローチャートである。

本発明に係る連続式加熱炉の自動燃焼制御方法及び装置を、図面に示す好適実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。
図１は、連続式加熱炉の自動燃焼制御方法を実施する連続式加熱炉の自動燃焼制御装置の一実施形態を模式的に示すブロック図である。
図１に示す連続式加熱炉の自動燃焼制御装置の説明に先立って、図２を参照して、自動燃焼制御装置の加熱制御対象である連続式加熱炉について説明する。

図２は、図１に示す自動燃焼制御装置を備える連続式加熱炉及び加熱処理対象の鋼材の構成の一実施例を模式的に示す平面図である。
図２に示すように、本発明の対象となる連続式加熱炉（以下、単に加熱炉ともいう）５０は、連続鋳造設備（図示せず）等で製造され、上流側（図中左側）のスラブヤード等の鋼材置き場（図示せず）に一時的に保管されていた鋼材（以下、スラブという）Ｓを連続して装入し、スラブＳ１からスラブＳ１０までの１０個のスラブＳの各スラブＳを、各スラブＳの抽出目標温度に連続的に加熱して抽出し、下流側（図中右側）の仕上圧延機等の圧延機（図示せず）等に所定抽出目標温度のスラブＳを連続的に送出するためのもので、図中左側に装入口(図示せず）と図中右側に抽出口(図示せず）とを有し、装入口から抽出口までの間に、図中矢印ａで示すスラブＳの進行方向に沿って、予熱帯５２と、加熱帯５４と、均熱帯５６とを有し、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯を独立に炉温制御できるものである。なお、ここで、上流及び下流とは、スラブＳの進行方向ａに対するものである。

予熱帯５２は、連続式加熱炉５０への装入時の装入温度や連続式加熱炉５０からの抽出時の抽出目標温度等や、サイズ等の異なる加熱条件の複数個のスラブＳを、それぞれの抽出目標温度及びサイズ等に応じて、搬送しながら順次連続して加熱する予熱工程を行うためのもので、図示例では３個のスラブを同時に予熱する。
加熱帯５４は、予熱帯５２で予熱された複数個のスラブＳを搬送しながら順次連続的に加熱する加熱工程を行うためのもので、図示例では３個のスラブＳを同時に加熱する。
均熱帯５６は、加熱帯５４で加熱された複数個のスラブＳを搬送しながら順次連続的に均熱し、即ち各スラブＳ全体の温度をそれぞれの抽出目標温度に整える均熱工程を行うためのもので、図示例では４個のスラブＳを同時に均熱する。なお、図示例においては、均熱帯５６は、１つの帯（ゾーン）で形成されているが、抽出時のスラブＳ全体の温度をより均一化するために、複数の帯からなるものであっても良い。さらに、予熱帯５２及び加熱帯５４も、予熱及び加熱の効率化のために、複数の帯からなるものであっても良い。

ここで、連続式加熱炉５０は、１つのスラブＳを、例えば、図３に示す加熱パターンに沿って加熱するもので、予熱帯５２によって所定の予熱時間ｔｐで装入温度Ｔｃから予熱温度Ｔｐまで予熱し、加熱帯５４によって所定の加熱時間ｔｈで予熱温度Ｔｐから加熱温度Ｔｈまで加熱し、均熱帯５６によって所定の均熱時間ｔｅで加熱温度Ｔｈから抽出目標温度Ｔｔまで均熱する。

図２に示すように、本実施形態の連続式加熱炉５０においては、図中左側の装入口から装入されたスラブＳが右側の抽出口から抽出される時に、スラブＳ全体が所定の抽出目標温度Ｔｔに均一に加熱されるように、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯の炉温を適切に設定する必要がある。そのため、このような状況下において、装入温度、抽出目標温度及びサイズ等の加熱条件の異なるスラブＳを効率的に加熱するために、加熱条件が不連続にならないように、各スラブＳの加熱炉５０への装入順を決定している。

しかしながら、納期や加熱炉５０への装入材源等の制約により、例えば、加熱条件が類似の複数のスラブＳを加熱処理している時に、納期が早いため、加熱条件が異なるスラブＳを加熱処理する必要がある場合や、スラブヤード等に置かれている時間が異なるため、装入温度が異なる場合などには、加熱条件が不連続とならざるを得ない状況が発生することがあり、その時、加熱条件が不連続となる境界付近のスラブＳにおいて圧延機による圧延工程等の次工程が要求するピッチで加熱炉５０内を搬送した場合に、加熱不足や過加熱が発生してしまう恐れがある。そこで、加熱不足や過加熱を最低限に抑制するために、又はライントラブル等に対処するために、オペレータの手介操作によって、少し加熱を強くしたり、弱くしたりする炉温補正等の介入が行われている。
しかしながら、このオペレータによる介入を終了するタイミングによっては、操業効率の低下や、品質異常を引き起こすことがあるのは上述した通りである。

これに対し、本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御方法及び装置においては、連続式加熱炉の自動燃焼制御機能にオペレータの手介操作による炉温度補正値を自動的にリセットする機能を設けることで、炉温補正のリセット遅れによる加熱不足や過加熱の防止を可能とするものである。
ここで、図１を参照して、本発明に係る連続式加熱炉の自動燃焼制御装置について説明する。
同図に示すように、本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御装置１０は、図２に示す連続式加熱炉５０に備えられ、抽出時の各スラブ５０の全体温度がそれぞれの抽出目標温度になるように、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯の炉温を独立して制御するためのもので、各帯の炉温設定値を独立して演算して設定する加熱炉炉温設定ユニット（以下、単に、炉温設定ユニットともいう）１２と、炉温設定ユニット１２によって設定された各炉温設定値に予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯を加熱制御して、各帯の炉温を制御する加熱炉炉温コントローラ（以下、単に、炉温コントローラともいう）１４とを有する。

炉温設定ユニット１２は、各帯を独立に炉温制御できる連続式加熱炉において、装入温度や抽出目標温度、サイズ等の異なる加熱条件の複数のスラブＳに加熱制御を行うに当たり、各帯の炉温設定値を独立して計算して設定するものであり、プロセス計算機等の計算機（コンピュータ）によって構成することができる。
図１に示すように、炉温設定ユニット１２は、炉内実績収集部１６と、スラブ現在温度推定計算部（以下、現在温度計算部ともいう）１８と、スラブ炉内搬送スケジュール予測部（以下、予測部という）２０と、炉温設定値計算部２２と、オペレータ補正入力部（以下、補正入力部ともいう）２４と、抽出時スラブ温度予測計算部（以下、抽出温度計算部という）２６と、オペレータ補正判定部２８と、オペレータガイダンス部３０と、を有する。

ここで、炉内実績収集部１６は、加熱炉５０内の予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯の炉温、即ち雰囲気温度、加熱炉５０内の各帯における各スラブＳの現在位置、及び在炉時間等に関する実績値を収集する炉内実績収集機能を持つものであり、炉内実績値収集手段と言うことができる。なお、各帯の炉温は、公知の方法、例えば温度計、具体的には放射温度計等によって測定され、各スラブＳの現在位置も、公知の方法、例えば挿入口から加熱炉５０内に入ってからの在炉時間と加熱炉５０内のスラブＳの進行速度（ライン速度）とから算出し、決定すれば良い。

現在温度計算部１８は、加熱炉５０内の全スラブＳについて、炉内実績収集部１６で収集された各帯の炉温、各スラブＳの現在位置及び在炉時間等に基づいて、加熱炉５０内の各スラブＳの現在温度の推定計算を行うスラブ現在温度推定計算機能を持つものであり、スラブ現在温度推定手段と言うことができる。なお、スラブＳの現在の表面温度は、放射温度計等によって計測することはできるので、計測された表面温度をスラブＳの現在温度とすることもできる。しかし、予熱帯５２における予熱工程や加熱帯５４における加熱工程においては、スラブＳは表面から加熱され、表面側から昇温されており、表面と内部の温度差が生じているので、厳密にはスラブＳの温度を正確に表していると言えない。したがって、本発明では、各スラブＳの現在温度は、正確さを期すために、板厚方向に沿って分割されたスラブＳ内の複数点において差分計算によって推定された複数の推定温度を板厚方向に亘って平均したスラブＳ内の平均温度とするのが好ましい。

予測部２０は、加熱炉５０内の全スラブＳについて、各スラブＳの現在位置及びその抽出順（抽出スケジュール）に基づいて、現在位置から抽出されるまでの加熱炉５０内の搬送スケジュールを予測するスラブ炉内搬送スケジュール予測機能を有するものであり、スラブＳの炉内搬送スケジュールの予測手段と言うことができる。なお、加熱炉５０によるスラブＳの加熱には時間が掛かるので、通常、上流側の１台の圧延機に対して、複数基の加熱炉５０が配設されており、又１基の加熱炉５０に複数列、例えば２列のスラブ搬送路を備えている場合があるので、これらの複数基の加熱炉５０の１列又は複数列のスラブ搬送路から抽出されるスラブＳの順番（抽出順）、いわゆる抽出スケジュールが決められているので、その抽出順（抽出スケジュール）に合わせて加熱炉５０内の搬送スケジュールを予測することができる。ここで、予測部２０によるスラブ炉内搬送スケジュールの予測は、従来公知の予測方法で行えばよい。予測部２０で予測された加熱炉５０内の各スラブＳの搬送スケジュールから、各スラブＳの現在から抽出されるまでの各時刻における位置を求めることができる。

炉温設定値計算部２２は、現在温度計算部１８による各スラブＳの現在温度の推定結果及び予測部２０によるスラブＳの加熱炉内搬送スケジュールの予測結果に基づいて、各帯の炉温設定値を計算して設定する各帯の炉温設定値計算機能を有するものであり、各帯の炉温設定値の設定手段と言うことができる。なお、各帯の炉温設定値は、現在の加熱炉５０内の全スラブＳの推定温度から、スラブ未来温度とスラブ抽出時の目標温度の偏差の自乗にかかる重み付き総和の評価項を含む評価関数を最小化する等の特許文献２に記載の方法等の公知の方法によって求めることができる。

オペレータ補正入力部２４は、上述したように、加熱炉５０内において、加熱条件が不連続となるスラブＳにおいて発生する加熱不足や過加熱等を抑制するために、炉温設定値計算部２２によって設定された各帯の炉温設定値に対して、オペレータの手介操作によって各帯の炉温補正値を入力するオペレータ補正入力機能を有するものであり、各帯の炉温補正値の入力手段と言うことができる。なお、オペレータ補正入力部２４は、所定の帯において、先に入力した炉温補正値では、所定のスラブＳにおいて発生する加熱不足や過加熱等を抑制することができない場合には、抑制できるようになるまで、何度でも炉温補正値を入力することができる。

抽出温度計算部２６は、炉温設定値計算部２２で設定された各帯の炉温設定値（以下、炉温初期設定値という）、又はこの炉温初期設定値を初期値として、オペレータ補正入力部２４によって入力された各帯の炉温補正値で補正された各帯の新たな炉温設定値に基づいて、各スラブＳの現在温度及び炉内搬送スケジュール等から、加熱炉５０内の全スラブＳについて、各帯における各スラブＳの抽出時の予測温度を予測計算する抽出時スラブ温度予測計算機能を持つものであり、各スラブＳの抽出時の予測温度の算出手段と言うことができる。なお、新たな炉温設定値は、オペレータによる炉温補正値の入力の度毎に更新され、更新後の炉温設定値は、更新前の炉温設定値とオペレータ補正入力による炉温補正値との和（更新前の炉温設定値＋炉温補正値）として表される。したがって、抽出温度計算部２６は、オペレータ補正入力部２４によって炉温補正値が入力される毎に、更新後の炉温設定値を求め、求められた更新後の炉温設定値に基づいて、加熱炉５０内の全スラブＳについて、各帯における各スラブＳの抽出時の予測温度を予測計算する。

オペレータ補正判定部２８は、本発明の最も特徴とする部分であって、まず、オペレータ補正入力部２４によって炉温補正値が入力されて設定されていても設定されている炉温補正値を無効として、炉温設定値計算部２２で設定された各帯の炉温設定値である、オペレータの介入による炉温補正値が全く加算されていない炉温初期設定値に基づいて、抽出温度計算部２６によって、加熱炉５０内の全スラブＳについて予測計算された、各帯における各スラブＳの抽出時の予測温度が、各スラブＳの抽出目標温度に対して予め設定されている上限温度と下限温度との間に入っているか否かを判定し、同一帯（ゾーン）内、例えば対象とする所定の帯（対象帯）内の全スラブの抽出時の予測温度が、各スラブＳの上限温度と下限温度との間に入っていると判定した時には、オペレータの介入による炉温補正値を自動的にリセットし、この帯の炉温設定値として炉温初期設定値を確定して設定する。例えば、全ての帯において、オペレータの介入による炉温補正値がリセットされた場合には、全ての帯において、各帯の炉温初期設定値が、炉温設定値として確定されて設定される。ここで、各スラブＳの抽出目標温度に対する上限温度は、スラブＳの温度がその温度を超えた場合に、品質的に異常が発生し、品質的に欠陥のある製品が生じる時の温度として、下限温度は、スラブＳの温度がその温度を下回った場合に、下流側の圧延工程に不具合が生じたり、品質的に異常が発生する時の温度として予め設定されるものである。このような上限温度及び下限温度は、各スラブに応じて、各スラブ毎にその抽出目標温度に対して設定されるが、例えば、鋼材の抽出目標温が１１００℃である時、上限温度は、１１５０℃や１２００℃、下限温度は、１０５０℃や１０００℃等の、所定の温度範囲に設定することができる。なお、このような各スラブＳの上限温度及び下限温度は、メモリやハードディスク等の記憶手段に（図示せず）に格納しておき、オペレータ補正判定部２８による判定時に読み出すのが好ましい。

一方、オペレータ補正判定部２８は、同一帯内の１つ以上のスラブの、炉温初期設定値に基づく抽出時の予測温度が、そのスラブＳの上限温度と下限温度との範囲から外れていると判定した時には、オペレータの介入による炉温補正値を炉温初期設定値に加算し、この帯の更新後の炉温設定値として、抽出温度計算部２６に戻す。
その後、抽出温度計算部２６は、当該帯の更新後の炉温設定値に基づいて、加熱炉５０内の全スラブＳについて、各帯における各スラブＳの抽出時の予測温度を予測計算し、オペレータ補正判定部２８は、同一帯内の全スラブの抽出時の予測温度が、各スラブＳの上限温度と下限温度との間に入っているか否かを判定し、判定結果が、是（入っている）であれば、オペレータの介入による炉温補正値を確定し、更新後の炉温設定値が、この帯における炉温設定値として確定され設定される。一方、判定結果が、否（入っていない）であれば、オペレータの介入による炉温補正値を、補正入力部２４を介して変更して、新たに、更新後の炉温設定値を求めて、抽出温度計算部２６に戻し、各スラブＳの抽出時の予測温度を予測計算をやり直し、オペレータ補正判定部２８で、上述したように、判定し、判定結果が是となるまで、繰り返す。
即ち、オペレータ補正判定部２８は、オペレータ補正の要否を判定する機能を有し、炉温コントローラ１４において制御すべき各帯の炉温設定値を確定して設定する。

オペレータガイダンス部３０は、オペレータ補正判定部２８による判定結果を受けて、オペレータ補正がリセットされていること、又はオペレータ補正による炉温補正値が設定されており、炉温補正値が下方修正されたことや上方修正されたことやその炉温補正値自体を表示画面や、ランプやメータやスピーカ等のＨＭＩ（Human Machine Interface）にガイダンスを行うオペレータガイダンス機能を持つものであり、オペレータ補正の有無の通知手段と言うことができる。
炉温設定ユニット１２は、こうして、炉温コントローラ１４において制御すべき各帯の炉温設定値を確定して設定すると共に、オペレータ補正の有無をオペレータにガイダンスする。
なお、本発明に用いられる炉温設定ユニット１２においては、炉内実績収集部１６、現在温度計算部１８、予測部２０、炉温設定値計算部２２、補正入力部２４、抽出温度計算部２６、オペレータ補正判定部２８、及びオペレータガイダンス部３０は、各部の機能を発揮するハードウエアとして構成しても良いが、プロセスコンピュータのソフトウエアとして構成しても良い。

炉温コントローラ１４は、炉温設定ユニット１２によって設定された各帯の炉温設定値に基づいて、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯の炉温を独立して制御するためのもので、燃焼制御部３２を有する。
燃焼制御部３２は、炉温設定ユニット１２で設定された各帯の炉温設定値で各帯の燃焼制御を独立して行う各帯の燃焼制御機能を有するものであり、各帯の炉温設定値に各帯の炉温を加熱制御するために各帯の燃焼制御を独立して行う燃焼制御手段と言うことができる。

以上のように、本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御装置１０によれば、各帯を独立に炉温制御できる連続式加熱炉５０において、装入温度や目標抽出温度、サイズ等の異なる加熱条件の複数のスラブＳを各帯において独立して加熱制御を行うに当たり、現在温度計算部１８で加熱炉５０内のスラブＳの現在温度を推定し、予測部２０で炉内搬送スケジュールを予測し、これらの推定結果及び予測結果に基づいて炉温設定値計算部２２で各帯の炉温設定値を算出し、算出した炉温設定値を初期値として、抽出温度計算部２６で全スラブＳについて各スラブＳの抽出予測温度を計算し、オペレータ補正判定部２８で同一帯の全スラブＳについて各スラブＳの抽出予測温度が各スラブＳ毎に設定される下限温度から上限温度の範囲内に入ると判定すれば、オペレータによる補正入力部２４からの炉温補正等による介入を自動的にリセットすることにより、介入完了の遅れによる加熱不足による抽出ピッチの制限を低減し、また、過加熱による品質異常を防止することができ、効率的な鋼材の加熱が可能となる。
本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御装置は、基本的に以上のように構成される。

次に、図４を参照して、本発明に係る連続式加熱炉の自動燃焼制御方法及び本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御装置の作用について説明する。
図４は、本発明に係る連続式加熱炉の自動燃焼制御方法の制御手順の一例を示すフローチャートである。
なお、ここでは、本発明法は、図２に示す連続式加熱炉において、図２に示す連続式加熱炉の自動燃焼制御装置で実施されるものとして説明するが、本発明法は、これに限定される訳では無いことはもちろんである。
まず、本発明においては、オペレータによってオペレータ補正入力部２４を用いて、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯の炉温補正値が入力されているものとする。

始めに、ステップＳ１２において、各帯の炉温や各スラブＳの現在位置や在炉時間等に関する炉内実績値を、炉内実績収集部１６によって収集する。
次に、ステップＳ１４において、ステップＳ１２で収集された各帯の炉温や各スラブＳの現在位置や在炉時間等の炉内実績値から加熱炉５０内の全スラブＳの現在温度を、現在温度計算部１８によって推定計算する。
また、ステップＳ１６において、下流側の圧延工程に応じた加熱炉５０からのスラブ抽出順から、加熱炉５０内の各スラブＳの炉内搬送スケジュールを予測部２０で予測する。

次に、ステップＳ１８において、ステップＳ１４で推定計算された加熱炉５０内の全スラブＳの現在温度、及びステップＳ１６で予測された加熱炉５０内の各スラブＳの炉内搬送スケジュール等の結果から、スラブ未来温度とスラブ抽出時の目標温度の偏差の２乗にかかる重み付き総和の評価項を含む評価関数を最小化する方法等を用いて、加熱炉５０の各帯の炉温設定値（炉温初期設定値）を炉温設定値計算部２２で求める。
続いて、ステップＳ２０において、ステップＳ１８で求められた加熱炉５０の各帯の炉温設定値に基づいて、各スラブＳの現在温度及び炉内搬送スケジュール等から、加熱炉５０内の全スラブＳの抽出時の予測温度を抽出温度計算部２６で計算する。ここでは、オペレータ補正入力部２４にオペレータの手介操作によって各帯の炉温補正値が入力されていたとしても、各帯の炉温補正値は無視され、各スラブＳの抽出時の予測温度の計算には、全く考慮されない。すなわち、Ｓ２０では、所定の抽出温度を実現するための、標準的な工程条件としての温度条件に基づいて予測温度の計算が実行される。

次に、ステップ２１において、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯を順次対象帯として設定して、設定された対象帯に対して、その炉温設定値に対するオペレータの炉温補正値のリセット、上方修正、又は下方修正を、対象帯の設定を変えて順次行うループを開始する。なお、ここでは、対象帯の設定は、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の順に行われるが、本発明はこれに限定されないのは言うまでもない。なお、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６が、それぞれ複数の帯からなる場合には、それらの各帯をそれぞれ対象帯として設定しても良いのは勿論である。

まず、ステップＳ２２において、設定された対象帯に対して、ステップＳ２０で計算された各スラブＳの抽出時の予測温度が、対象帯内の全スラブＳで、各スラブＳの上限温度から下限温度の範囲内に入っているか否かを、オペレータ補正判定部２８で判定する。
ステップＳ２２の対象帯の判定結果が、是（Ｙ）であれば、ステップＳ２４に移行し、オペレータによる補正、即ちオペレータの手介操作によって入力された対象帯の炉温補正値を自動的にリセットする。その結果、ステップＳ２４において、ステップＳ１８で求められた、オペレータによる補正のない当該対象帯の炉温初期設定値が、加熱炉５０の当該対象帯の炉温設定値として確定される。
次いで、ステップＳ２６において、対象帯においてステップＳ２２でオペレータの炉温補正値をリセットしたことを、オペレータガイダンス部３０でＨＭＩ等にガイダンスをオペレータに対して行う。

次に、ステップＳ２７において、対象帯の設定が変更可能である場合、即ち、予熱帯５２及び加熱帯５４である場合には、ステップＳ２１に戻り、それぞれ、対象帯の設定を予熱帯５２から加熱帯５４に、又は加熱帯５４から均熱帯５６に変更して、ループを繰り返す。
一方、ステップＳ２７において、対象帯の設定が終了している場合、即ち、均熱帯５６である場合には、ループを終了し、ステップＳ２８に移る。
その後、ステップＳ２８において、オペレータによる補正のない確定された炉温設定値に基づいて各帯の燃焼制御を、炉温コントローラ１４の燃焼制御部３２で行う。

一方、ステップＳ２２の判定結果が、否（Ｎ）であった場合には、ステップＳ３０に移行し、加熱炉５０の対象帯について、ステップＳ１８で求められた、オペレータによる補正のない対象帯の炉温初期設定値に、オペレータの手介操作によって入力された対象帯の炉温補正値を加算して、対象帯の更新後の炉温設定値を求め、加熱炉５０の対象帯の炉温設定値として確定する。
次に、ステップＳ３２において、ステップＳ３２で求められ、炉温設定値として確定された更新後の炉温設定値に基づいて、ステップＳ２０と同様にして、各スラブＳの現在温度及び炉内搬送スケジュール等から、加熱炉５０内の全スラブＳの抽出時の予測温度を抽出温度計算部２６で再計算する。

次に、ステップＳ３４において、ステップＳ３２で再計算された各スラブＳの抽出時の予測温度が、対象帯内の全スラブＳで、各スラブＳの上限温度以下であるか否かを、オペレータ補正判定部２８で判定する。
ステップＳ３４の判定結果が、対象帯で、是（Ｙ）である場合、即ち対象帯内の全スラブＳの抽出時の予測温度がそれぞれ上限温度以下である場合には、ステップＳ３８に移行し、対象帯で否（Ｎ）である場合、即ち、対象帯内において、抽出時の予測温度が上限温度を超える（上限温度超の）スラブＳがあると判定される場合には、ステップＳ３６に移行する。
ステップＳ３６では、オペレータがその炉温補正値を補正入力部２４を介して下方修正し、ステップＳ３０に戻り、ステップＳ３４の対象帯の判定結果が、是（Ｙ）であり、対象帯内の全スラブＳの抽出時の予測温度がそれぞれ上限温度以下となるまで、ステップＳ３０、Ｓ３２、Ｓ３４及びＳ３６の各ステップを繰り返す。

一方、ステップＳ３８においては、対象帯において、ステップＳ３２で再計算された各スラブＳの抽出時の予測温度が、対象帯内の全スラブＳで、各スラブＳの下限温度以上であるか否かを、オペレータ補正判定部２８で判定する。
ステップＳ３８の対象帯の判定結果が、是（Ｙ）である場合、即ち対象内の全スラブＳの抽出時の予測温度がそれぞれ下限温度以上である場合には、ステップＳ２６に移行し、対象帯の判定結果が否（Ｎ）である場合、即ち、対象帯内において、抽出時の予測温度が下限温度を下回る（下限温度未満の）スラブＳがあると判定される場合には、ステップＳ４０に移行する。
ステップＳ４０では、オペレータがその炉温補正値を補正入力部２４を介して上方修正し、ステップＳ３０に戻る。

この後、ステップＳ３８の対象帯の判定結果が、是（Ｙ）、即ち、対象帯内の全スラブＳの抽出時の予測温度がそれぞれ下限温度以上となるまで、ステップＳ３０、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ３８及びＳ４０の各ステップを繰り返す。
なお、ステップＳ３０、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ３８及びＳ４０の各ステップを繰り返す際に、ステップＳ３４の対象帯の判定結果が、否（Ｎ）となった場合には、是（Ｙ）となるまで、ステップＳ３０、Ｓ３２、Ｓ３４及びＳ３６の各ステップを繰り返すのはもちろんである。
即ち、ステップＳ３４及びＳ３８の対象帯の判定結果が、全て是（Ｙ）となり、対象帯内の全スラブＳの抽出時の予測温度が下限温度以上上限温度以下の範囲に入るまで、オペレータの炉温補正値の下方修正又は上方修正が繰り返される。

ステップＳ３４及びＳ３８の対象帯の判定結果が、全て是（Ｙ）となり、対象帯内の全スラブＳの抽出時の予測温度が各スラブＳの下限温度以上上限温度以下の範囲に入る場合には、ステップＳ２６に移行するので、ステップＳ２６においては、オペレータに対して炉温補正値を下方修正又は上方修正したことをＨＭＩ等にガイダンスを行う。
次に、上述のように、ステップＳ２７において、対象帯の設定が変更可能である場合、即ち、予熱帯５２及び加熱帯５４である場合には、ステップＳ２１に戻り、それぞれ、対象帯の設定を予熱帯５２から加熱帯５４に、又は加熱帯５４から均熱帯５６に変更して、ループを繰り返す。
一方、ステップＳ２７において、対象帯の設定が終了している場合、即ち、均熱帯５６である場合には、ループを終了し、ステップＳ２８に移る。

その後、ステップＳ２８において、炉温初期設定値に対して、オペレータによって入力された炉温補正値が加算された更新後の炉温設定値に基づいて各帯の燃焼制御を、炉温コントローラ１４の燃焼制御部３２で行う。
こうして、本発明法においては、自動燃焼制御において、オペレータの手介操作による炉温度補正値を自動的にリセットするステップを設けることで、炉温補正のリセット遅れによる加熱不足や過加熱の防止が可能となる。
また、本実施形態においては、抽出時のスラブ温度予測においては、対象とする当該帯（対象帯）より下流の帯は、オペレータによる炉温補正が無い（炉温補正値＝０）状態で計算を行うので、当該帯より下流の帯のオペレータ炉温補正値がリセットされても、当該帯のスラブには影響が無い。

上記実施例では、再計算された各スラブＳの抽出時の予測温度が、対象帯内の全スラブＳで、ステップＳ３４で各スラブＳの上限温度以下であるか否かを先に、ステップＳ３８で各スラブＳの下限温度以上であるか否かを後で判定しているが、本発明は、これに限定されず、逆に、ステップＳ３８の判定を先に、ステップＳ３４の判定を後で行っても良いし、同時に行ってもよい。

また、上記実施例では、ステップＳ２１とステップＳ２７との間で、設定された対象帯に対して、その炉温設定値に対するオペレータの炉温補正値のリセット、上方修正、又は下方修正を行う計算ループを、対象帯として、予熱帯５２、加熱帯５４及び均熱帯５６の各帯を順次設定して繰り返し行い、対象帯毎に、各ステップＳ２２、Ｓ３４及びＳ３８の判定の是否を判定しているが、本発明は、これに限定されず、ステップＳ２２、Ｓ３４及びＳ３８の各判定において、加熱炉５０内の全ての帯において同一帯の全スラブＳが条件を満足するか否かで、各ステップＳ２２、Ｓ３４及びＳ３８の判定の是否を判定するようにしても良い。
本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御方法は、基本的に以上のように構成される。

本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御装置を用いて本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御方法を実施した場合の抽出目標温度が１１００℃である１００個のスラブについて、抽出時のスラブの抽出温度と、このスラブに対し、同一帯（ゾーン）内のスラブとして前後複数個、例えば、前後４個、計７個のスラブを設定し、それらの抽出下限温度の最大値とを求めた。同様に、本発明の自動燃焼制御方法を実施せず、従来法で自動燃焼制御した場合の１００個のスラブについて、抽出時のスラブの抽出温度と、このスラブに対するスラブの抽出下限温度の最大値とを求めた。
その後、本発明法を実施した場合と実施しない場合とを比較したところ、各スラブの抽出温度は、いずれも、各スラブの下限温度を超えているが、本発明法を実施しない場合には、１１５０℃〜１２００℃の範囲で頻度が高いものの、おおよそ１０５０℃〜１２００℃の範囲のバラツキがあるのに対して、本発明法を実施した場合には、本発明法を実施しない場合より低い１１００℃〜１１５０℃の範囲で頻度が高く、その頻度も本発明法を実施しない場合に比べて高く、バラツキも、おおよそ１１００℃〜１２００℃であり、少なくなっていた。

また、本発明法を実施した場合と実施しない場合とで、１００個のスラブについて、各スラブの抽出温度と抽出下限温度の最大値との差の平均値を求めた処、本発明の実施しない場合には、スラブ１つ当りの平均値が２９℃であったのに対して、本発明の実施した場合には、スラブ１つ当りの平均値が５℃であった。
以上の結果から明らかにように、本発明法を実施した場合には、本発明法を実施しない場合に比べて、抽出目標温度に近付いており、そのバラツキも小さくなっていることが分かる。
また、本発明法を実施した場合には、本発明法を実施しない場合に比べて、スラブの抽出温度と抽出下限温度の最大値との差の平均値が、大幅に小さくなっており、効率的なスラブの加熱が行われ、効率的な燃料の燃焼制御が行われ、無駄のない効率的な燃料の消費が行われたことが分かる。
以上から、本発明法の効果は明らかである。

以上、本発明の連続式加熱炉の自動燃焼制御方法及び装置について、種々の実施形態や実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態や実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのは勿論である。

１０ 連続式加熱炉の自動燃焼制御装置
１２ 加熱炉炉温設定ユニット（炉温設定ユニット）
１４ 加熱炉炉温コントローラ（炉温コントローラ）
１６ 炉内実績収集部
１８ スラブ現在温度推定計算部（現在温度計算部）
２０ スラブ炉内搬送スケジュール予測部（予測部）
２２ 炉温設定値計算部
２４ オペレータ補正入力部（補正入力部）
２６ 抽出時スラブ温度予測計算部（抽出温度計算部）
２８ オペレータ補正判定部
３０ オペレータガイダンス部
３２ 燃焼制御部
５０ 連続式加熱炉
５２ 予熱帯
５４ 加熱帯
５６ 均熱帯
Ｓ スラブ（鋼材）

Claims (4)

1. 予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、各帯を独立に炉温制御する連続式加熱炉において、連続式加熱炉に装入する時の装入温度、連続式加熱炉から抽出する時の抽出目標温度及び鋼材サイズの少なくとも１つが異なる複数の鋼材を加熱するに際し、各帯における各鋼材の在炉時間及び抽出目標温度に基づいて各帯の炉温設定値を設定し、設定された炉温設定値に各帯の炉温を制御する連続式加熱炉の自動燃焼制御方法であって、
   オペレータによって炉温設定値を補正する炉温補正値が設定されている状態において、オペレータによってなされた炉温補正値を無効とした際の炉温設定値で各帯を加熱したと仮定したときに、同一の帯内の全鋼材の抽出時の予測温度が、各鋼材の抽出目標温度に対して予め設定されている上限温度と下限温度との範囲内に入った場合に、オペレータによる炉温補正値を自動的にリセットし、炉温補正値によって補正されない炉温設定値で燃焼制御を行い、各鋼材を抽出目標温度に加熱することを特徴とする連続式加熱炉の自動燃焼制御方法。
2. 連続式加熱炉内の各帯の炉温及び複数の鋼材の位置の実績値に基づいて、各帯における各鋼材の現在の温度を推定し、
   複数の鋼材の抽出順から連続式加熱炉内の各鋼材の搬送スケジュールを予測し、
   推定された各鋼材の現在の温度及び抽出目標温度、並びに予測された各鋼材の搬送スケジュールに基づいて、炉温補正値によって補正されない炉温設定値を設定し、
   推定された各鋼材の現在の温度及び設定された炉温設定値に基づいて、各帯の各鋼材の抽出時の予測温度を予測計算する請求項１に記載の連続式加熱炉の自動燃焼制御方法。
3. 予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、各帯を独立に炉温制御する連続式加熱炉において、連続式加熱炉に装入する時の装入温度、連続式加熱炉から抽出する時の抽出目標温度及び鋼材サイズの少なくとも１つが異なる複数の鋼材を加熱する連続式加熱炉の自動燃焼制御装置であって、
   各帯における各鋼材の在炉時間及び抽出目標温度に基づいて各帯の炉温設定値を設定する設定手段と、
   設定された炉温設定値に各帯の炉温を制御するために、この炉温設定値で燃焼制御を行う燃焼制御手段と、
   オペレータによって炉温設定値を補正する炉温補正値を入力する入力手段と、
   各帯における各鋼材の抽出時の予測温度を算出する算出手段と、
   オペレータによる炉温補正値を自動的にリセットするリセット手段と、を有し、
   入力手段によって入力された、オペレータによって炉温設定値を補正する炉温補正値が設定されている状態において、設定手段によって設定された、オペレータによってなされた炉温補正値を無効とした際の炉温設定値で各帯を加熱したと仮定したときに、算出手段によって算出される、同一の帯内の全鋼材の抽出時の予測温度が、各鋼材の抽出目標温度に対して予め設定されている上限温度と下限温度との範囲内に入った場合に、リセット手段によって、オペレータによる炉温補正値を自動的にリセットし、燃焼制御手段によって、炉温補正値によって補正されない炉温設定値で燃焼制御を行い、各鋼材を抽出目標温度に加熱することを特徴とする連続式加熱炉の自動燃焼制御装置。
4. 設定手段は、
   連続式加熱炉内の各帯の炉温及び複数の鋼材の位置の実績値に基づいて、各帯における各鋼材の現在の温度を推定する推定手段と、
   複数の鋼材の抽出順から連続式加熱炉内の各鋼材の搬送スケジュールを予測する予測手段と、を有し、
   推定手段によって推定された各鋼材の現在の温度及び抽出目標温度、並びに予測手段によって予測された各鋼材の搬送スケジュールに基づいて、炉温補正値によって補正されない炉温設定値を設定し、
   算出手段は、
   推定手段によって推定された各鋼材の現在の温度及び設定手段設定された炉温設定値に基づいて、各帯の各鋼材の抽出時の予測温度を予測計算する請求項３に記載の連続式加熱炉の自動燃焼制御装置。

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