JP3007107B2 - 加熱炉の材料昇温曲線決定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱間圧延ラインにおける加熱炉の材料昇
温曲線決定方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は、例えば特公昭58−18401号公報に示された
従来の連続加熱炉の制御方法における鋼片の装入温度を
経過時間によって求める場合の行程を示す説明図であ
る。この発明は加熱炉の炉内温度を鋼片の温度に応じて
制御しようとするもので、鋼片の温度測定は種々実施さ
れているが、造塊後から加熱炉装入までの経過時間によ
って求める場合について説明する。

まず、連続鋳造鋼片は溶鋼を連続鋳造した後、所定の
綱片寸法に切断される（ステップST4.1）。この時、鋼
片温度は連続鋳造装置に付随する水冷制御によって一定
値（約800℃）に制御され、温度計によって測定され
る。温鋼片として連続加熱炉に装入される鋼片は切断後
数時間経過した後、加熱炉に装入される。この時、当該
鋼片の切断時刻、該時刻の鋼片温度、連続加熱炉への装
入時刻、鋼片寸法により下記の伝熱方程式により装入温
度θ_inを算出する（ステップST2）。

但し、θ（t,x）：材料温度 t ：時刻（切断時刻からの経過時間） x ：厚方向座標（０≦ｘ≦H/2） P ：材料密度 C ：材料比熱 λ :材料熱伝導率 H ：スラブ厚 初期条件 θ（0,x）＝θ_０ θ₀:連続鋳造終了時鋼片温度 境界条件 中 心 表 面 ε ：雰囲気との輻射率 θ_air:雰囲気温度 なお、装入時間までの経過時間t_inとするとき、次式
の如く装入温度θ_inとしては厚み方向の平均温度を採用
する。

装入温度θ_inが求まれば、加熱炉内では該装入温度θ
_inを初期値として該鋼片の抽出予測温度が目標抽出温度
と一致するように各帯の炉温度を制御し、抽出までの各
帯残在炉時間を基に伝熱方程式を各帯炉温を仮定した上
で解き（ステップST4.3,ST4.4）、抽出温度を予測して
目標値との偏差があった場合には再度仮定した炉温を修
正して一致するまで繰り返し計算を行い、設定炉温を求
め、その結果で材料の昇温曲線を決定する（ステップST
4.5）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の加熱炉の材料昇温曲線決定方法は以上のように
行われているので、一度仮定した炉温で予測と目的の偏
差があった場合の修正量を試行錯誤で行わざるを得ず、
また伝熱方程式を解いているため炉内のスラブ（鋼片）
本数が多くなると計算に時間がかかり、オンライン向き
でない。また、圧延工程を考慮すると、スキッド（滑り
部材）間とスキッド部の温度差について（以下、均熱度
と略称）何も考慮していないため圧延時の寸法精度が低
下する等の課題があった。

また、求めた設定炉温が必ずしもオペレータのイメー
ジに一致するとは限らず、その場合加熱炉制御帯とのマ
ンマシンインターフェースが無いと介入ができず、結局
自動から手動に切り換えられて操作することになり、自
動化の適用率が下がるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされ
たもので、昇温曲線を短時間で決定できると共に、スキ
ッド部およびスキッド間の２種類の温度条件を取り込み
圧延時の寸法精度を向上させることができ、また自動制
御の適用率を上昇させることができる加熱炉の材料昇温
曲線決定方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る加熱炉の材料昇温曲線決定方法は、前
記加熱炉におけるスキッド部のスラブ平均温度とスキッ
ド間のスラブ平均温度とをスラブの温度予測数式モデル
によって算出し、前記２種類のスラブ平均温度を用いて
各帯炉温に対する抽出時の２種類のスラブ平均温度感度
を抽出時スラブ平均温度感度式によって算出し、前記２
種類のスラブ平均温度感度に基づいてスラブが各帯にあ
る時の修正炉温の修正量を修正炉温計算式によって求め
て前記各帯炉温を修正し、前記修正炉温計算式の計算周
期中にオペレータが炉温修正値を入力すると、抽出目標
温度修正値および目標均熱度修正値，修正炉温計算ゲイ
ンをパラメータ計算式によって算出し、抽出目標温度と
の偏差を修正し、次周期へ反映するようにしたものであ
る。

［作用］ この発明に係る加熱炉の材料昇温曲線決定方法は、ス
キッド部のスラブ平均温度とスキッド間のスラブ平均温
度とをスラブの温度予測数式モデルによって求め、次に
予測モデルを用いて炉温に対する抽出時の２種類のスラ
ブ平均温度感度を抽出時スラブ平均温度感度式の計算に
よって求める。さらに抽出目標温度および目標均熱度に
よる各帯必要炉温を感度と調整ゲインと予測モデルとを
用いて収束計算を行い昇温曲線を決定する。また、オペ
レータがオンライン中に各帯炉温修正量を入力すると、
その修正量をパラメータ計算式によって求めオンライン
修正してオペレータのイメージに合う制御を可能にす
る。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図に沿って説明する。第
１図は加熱炉の概念図を示すもので、それぞれの制御帯
を安定に維持するために、各制御帯を例えば、予熱帯，
加熱帯および均熱帯の３ゾーンに分け温度制御する。

また、第２図は加熱炉の制御方式を示すブロック図で
あり、図において、炉温設定手段106は現状温度計算手
段20、昇温曲線計算手段21、設定炉温計算手段22、オペ
レータ介入時のパラメータ変更計算手段23で構成され
る。前記現状温度計算手段20にはパラメータとして材料
情報手段102から情報が与えられる。また、101はゾーン
分けされた加熱炉で複数組の燃料流量制御器103を有
し、各ゾーン毎に独立して温度制御を可能とするため、
炉温検出器104および燃焼用バーナ105を備えている。オ
ンライン中にオペレータがオペレータ入力手段107によ
り設定炉温修正値を入力した場合には、該オペレータ入
力手段107を通してパラメータ変更計算手段23で、抽出
目標温度、目標均熱度および調整ゲインのいずれかを修
正する。そしてこのパラメータを基に次の周期から昇温
曲線計算手段21でオペレータのイメージに合うような材
料の昇温曲線を決定する。

次に第３図のフローチャートを参照して材料昇温曲線
決定の計算方法について説明する。

まず、スラブ平均温度の方程式を（１），（２）式に
示す。

θ_ji＝θ_gi＋（θ_ji-1−θ_gi）exp（−α_ji・t_i/H） ………（１） ここで、θ_ji:スラブ平均温度 a_ji :修正係数 θ_gi:設定炉温 C_p :比 熱 t_i :予測残在炉時間 γ :比 重 H :スラブ厚 σ :ステファンボルツマン定数 i :帯（ｉ＝1,3） j :スキッド部／間（ｊ＝1,2） （１）式は予測残在炉時間t_i、スラブ厚Ｈ、設定炉温
θ_giが与えられれば、各帯出側スラブ平均温度θ_jiが求
まる（スラブの温度予測数式モデル）。

まず、ステップST1ではテーブル値にて各帯炉温初期
値θ_giをセットする。なお、（３）式の抽出時スラブ平
均温度感度式を用いれば各帯炉温θ_giで偏微分すること
により各帯炉温に対するスラブ平均温度感度が求まる。

F_jk＝θ_j3/∂θ_gk ………（３） （ｊ＝1,2,k＝1,3） ステップST2で（１），（２）式より抽出時のスラブ
平均温度θ_jiが求まり、そしてステップST3で（４），
（５）式を満足するか否かのチェックを行う。

ここで、ｊはスラブの存在している帯である。

続いて、ステップST4で（３）式によりスラブ平均温
度感度が求まる。ここでステップST5において、次のケ
ース分けにより（４），（５）式を満足していなければ
修正炉温の修正量Δθ_gkを求める（修正炉温計算式）。

（ｉ）スラブが予熱帯に存在する場合 （ａ）（４），（５）式共に満足しない場合 ここで、βはテーブル値あるいはオンライン計算値。

（ｂ）（５）式のみ満足する場合 ここで、β₁,β_２はテーブル値あるいはオンライン計
算値である。

（ii）スラブが加熱帯に存在する場合 （ａ）（４），（５）式共に満足しない場合 （ｂ）（５）式のみ満足する場合 ここで、αはテーブル値あるいはオンライン計算値で
ある。

（iii）スラブが均熱帯に存在する場合 F₁₃・Δθ_g3＝θ₁₃ ^AIM−θ₁₃ ……（10） こうして、上記式を解くことで修正量Δθ_gkが求ま
る。θ_giにΔθ_giを加算する（θ_gi＋Δθ_gi→θ_gi）。
そして（４），（５）式を満足するようになるまでステ
ップST2〜ST5の処理を繰り返す。

もし、この周期中にオペレータが炉温修正値を入力し
ている場合にはステップST6にてテーブル値あるいは計
算値β，β₁,β₂,α、抽出目標温度修正、目標均熱度修
正を行い、次周期へ反映する（ステップST7）。ステッ
プST5にて求まっている当該スラブの存在帯必要炉温を
オペレータの炉温修正値により修正して、その修正量を
補充するために、以下の処理を行って対応する。

（iv）スラブが予熱帯に存在する場合 （ａ）（４），（５）式共に満足しない場合 （11）を収束計算して次式ゲインを次周期へ反映す
る。

β＝（θ_g1−θ_g1 ^M）／（θ_g2−θ_g2 ^M） θ_gi ^M＝（θ_gi ^max＋θ_gi ^min）/2 （ｉ＝1,2） （ｂ）（５）式のみ満足する場合 β_１＝（θ_g1−θ_g1 ^M）／（θ_g3−θ_g3 ^M） β_２＝（θ_g2−θ_g2 ^M）／（θ_g3−θ_g3 ^M） （ｖ）スラブが加熱帯に存在する場合 （ａ）（４），（５）式共に満足しない場合 （13）式を収束計算してΔΔθ（目標均熱度修正量）
を次周期へ反映する。

（ｂ）（５）式のみ満足する場合 F₁₃・Δθ_g3＝θ₁₃ ^AIM−θ₁₃ ……（14） （14）式を収束計算して次式ゲインを次周期へ反映す
る。

α＝（θ_g2−θ_g2 ^M）／（θ_g3−θ_g3 ^M） （vi）スラブが均熱帯に存在する場合 ステップST5で求まった炉温をオペレータ修正値によ
り修正してその炉温にて（１）式で抽出時スラブ平均温
度を求め抽出目標温度との偏差を次周期へ反映する。

Δθ＝θ₁₃−θ₁₃ ^AIM こうして、それぞれの場合に応じて次周期へ反映させ
る変数は異なるが、ステップST5に用いるテーブル値
β，β₁,β₂,αあるいはΔθ，ΔΔθを目標値に反映さ
せて、オペレータのイメージに合うような材料の昇温曲
線が求められるようになる。

次に、この発明の一実施例に基づく加熱炉制御につい
て第２図を参照して説明する。

第２図において、複数の制御帯に分割された加熱炉10
1には燃焼用バーナ105、炉温検出器104が配置されてお
り、炉温設定手段106により設定された各制御帯毎の設
定温度になるように燃料流量制御器103によって流量が
制御されている。102は材料情報手段であり、炉内の材
料の寸法，重量，抽出温度，炉内搬送情報等の材料情報
を炉温設定手段106に指示する。また、オンライン中に
オペレータが設定炉温修正値を入力した場合、オペレー
タ入力手段107により炉温設定手段106は認識する。

炉温設定手段106は現状温度計算手段20と昇温曲線計
算手段21と設定炉温計算手段22とオペレータ介入時のパ
ラメータ変更計算手段23とからなっており、周期的に起
動される。現状温度計算手段20は材料情報を基にして実
績炉温を用いて現在の材料温度を計算する。

昇温曲線計算手段21は上述したように各材料毎の昇温
曲線を決定する。設定炉温計算手段22は求まった設定炉
温を燃料流量制御器103に指示する。

また、オペレータ入力手段107より得た設定炉温修正
値はパラメータ変更計算手段23で各パラメータを変更
し、このパラメータで昇温曲線計算手段21は昇温曲線を
決定する。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、スキッド部のスラブ
平均温度とスキッド間のスラブ平均温度とを温度予測数
式モデルによって予測し、その予測数式モデルを用いて
炉温に対する２種類のスラブ平均温度感度を求め、各帯
炉温を修正炉温計算式を用いて修正し材料昇温曲線を決
定する際に、オペレータが炉温修正量を入力すると、そ
の修正量を考慮するようにしたので計算時間も短縮さ
れ、加熱炉のオンライン制御に適切であると共に、スラ
ブの圧延寸法精度を向上させ、オペレータのイメージに
合うような昇温曲線を決定することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱炉の一般的な構成を示す概念図、第２図は
この発明の一実施例による加熱炉の制御方法を示すブロ
ック図、第３図はこの発明の一実施例による材料昇温曲
線決定の計算方法を示すフローチャート、第４図は従来
の連続加熱炉におけるスラブ装入温度を経過時間によっ
て求める場合の行程を示す説明図である。 図において、101は加熱炉、106は炉温設定手段である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の制御帯を有しスラブを挿入して連続
   的に加熱抽出する加熱炉における材料昇温曲線を決定す
   る加熱炉の材料昇温曲線決定方法において、 前記加熱炉におけるスキッド部のスラブ平均温度とスキ
   ッド間のスラブ平均温度とをスラブの温度予測数式モデ
   ルによって算出し、 前記２種類のスラブ平均温度を用いて各帯炉温に対する
   抽出時の２種類のスラブ平均温度感度を抽出時スラブ平
   均温度感度式によって算出し、 前記２種類のスラブ平均温度感度に基づいてスラブが各
   帯にある時の修正炉温の修正量を修正炉温計算式によっ
   て求めて前記各帯炉温を修正し、 前記修正炉温計算式の計算周期中にオペレータが炉温修
   正値を入力すると、抽出目標温度修正および目標均熱度
   修正値，修正炉温計算ゲインをパラメータ計算式によっ
   て算出し、抽出目標温度との偏差を修正し、次周期へ反
   映することを特徴とする加熱炉の材料昇温曲線決定方
   法。