JP3928314B2 - 加熱炉抽出時刻の予測決定方法および加熱炉の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉における材料の抽出時刻（加熱時間）を精度良く予測して決定し、材料を圧延に適した温度に精度良く、かつ最適な炉温で加熱制御するための加熱炉抽出時刻の予測決定方法およびそれに基づく加熱炉の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材を連続的に加熱する加熱炉においては、圧延工程における品質を確保するために、鋼材毎に定められる目標抽出温度に加熱することが必要である。一方、過度の加熱は、燃料原単位の悪化や品質低下につながるため、適正な抽出温度を確保すべく、炉温の制御を行っている。
【０００３】
鋼材を必要な目標抽出温度に加熱し、最適な炉温制御を行うためには、加熱時間予測、当該材の抽出時刻予測の精度が重要な因子となる。一般には、圧延ラインにおける圧延能力が最大となるように定めた前材圧延終了〜当該材圧延開始時間（圧延ギャップタイム設定値）が達成されるように、抽出時刻を決定する方法があり、炉内各材の抽出時刻を求め、予測加熱時間を求めている。
【０００４】
しかし、ミルライン専用連続鋳造機を設置し、直送高温スラブ（以下、ＤＨＣＲと記載）を加熱圧延する場合、ＤＨＣＲ専用加熱炉で加熱する場合が多く、また高温加熱材はＤＨＣＲで実施する場合が多く、ＤＨＣＲ連続抽出が発生し、加熱炉能力（加熱・搬送）が圧延能力のネックとなることがある。
【０００５】
特開平１０−８８２３６号公報に提示されているように、連続鋳造機と圧延ミルが完全に連動しているコンパクトミルでは、連鋳速度より早い抽出ピッチで圧延できず、かつ加熱時間も非常に短いため、目標の抽出ピッチに合わせ、加熱炉内搬送速度および炉温を制御する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この場合も、炉内搬送速度および加熱能力が、圧延能力に対して大であれば問題ないが、圧延能力よりも小となる場合、予測抽出時刻に、材料が炉内抽出位置に到達しない、あるいは材料が目標加熱温度に達しないため、実績抽出時刻が予測時刻より遅れるという問題がある。
【０００７】
コンパクトミルでは、炉内スラブ本数が少ないため、次抽出以降のスラブに対する炉温設定の影響は小さいが、従来の圧延ミルラインでは、加熱炉内スラブ本数が多いため、実績抽出時刻が予測時刻より遅れるスラブが複数あると、誤差が大きくなり、炉温設定も適正値ではなくなる。従って、同一炉から連続抽出する操業が発生する場合、加熱炉能力を考慮した抽出時刻予測を行う必要がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、鋼材を連続的に加熱する加熱炉における抽出時刻（加熱時間）を精度良く予測ことができ、省エネルギーのもとでスラブを圧延に適した温度に精度良く加熱することのできる加熱炉抽出時刻の予測決定方法およびそれに基づく加熱炉の制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱炉抽出時刻の予測決定方法は、加熱炉から圧延ラインに抽出される材料の抽出時刻を予測し決定する方法であり、圧延能力による抽出ピッチｔp(a)と加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)とを比較し、大きい方を当該材の抽出ピッチとして予測抽出時刻Ｔex(a) を求め、得られた予測抽出時刻Ｔex(a) と現在時刻の差から、予測残加熱時間ｔh(a) を求め、該予測加熱時間ｔh(a)と、現在材料温度から目標抽出温度まで加熱可能な最小加熱時間ｔh (min)とを比較し、大きい方を当該材の残加熱時間として予測抽出時刻を求め、該予測抽出時刻を予測抽出時刻と決定することを特徴とする。
また、請求項２に係る加熱炉の制御方法は、このようにして得られた予測抽出時刻から当該材の残在炉時間を算出し、この残在炉時間から目標抽出温度を確保する炉温を計算し、加熱炉の炉温を設定し、抽出時刻に目標抽出温度が得られるようにすることを特徴とする。
即ち、実現可能な当該材の予測抽出時刻（加熱時間）を採用することで、炉温制御による目標抽出温度精度の向上を達成する。また、実際の抽出タイミングについても、加熱炉制御計算機で算出した抽出時刻を抽出制御計算機（ミルペーシング計算機）に送信し、抽出指示を行う。
【００１０】
以下に、より具体的な例について説明する。図１は、その抽出時刻予測計算フローであり、次に示すような手順により各材の予測抽出時刻（加熱時間）を決定する（図１参照）。
【００１１】
(1) 予め定められている圧延ギャップタイムテーブルを用い、圧延サイズ・材料抗張力・圧延仕上げ温度から、当該材の圧延ギャップタイム設定値ｔg(a)を決定する。次の（１）式を用い、この圧延ギャップタイム設定値ｔg(a)を達成することのできる当該材の予測抽出時刻Ｔex(a) を計算する。この当該材の予測抽出時刻Ｔex(a) と前材の抽出時刻Ｔex(i-1) から、当該材の抽出ピッチｔp(a)を算出する。
Ｔex(a) ＝［前材の圧延機抜け時刻］＋ｔg(a)−［当該材の加熱炉抽出〜圧延機噛み込み必要時間（当該材の搬送時間）］……（１）
ｔg(a)：圧延ギャップタイム設定値（前材圧延終了から当該材圧延開始までの時間の設定値）
【００１２】
(2) 一方で、加熱炉搬送能力から、前材の抽出後、当該材を抽出可能な抽出ピッチｔp(b)を算定する。この加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)は、例えば、次の（２）式で算出する。
ｔp(b)＝Ｔ（ＷＢ）＋Ｔ（ＣＨＡ）……（２）
Ｔ（ＷＢ）＝（Ｗ(i-1) ＋Ｗf)／Ｖ（ＷＢ）……（３）
Ｔ（ＷＢ）：当該材の加熱炉搬送時間
Ｔ（ＣＨＡ）：加熱炉装入干渉時間（固定値）
Ｗ(i-1) ：前材の鋼材幅
Ｗf ：鋼材挿入間隔
Ｖ（ＷＢ）：加熱炉搬送速度（固定値）
【００１３】
(3) 圧延能力による抽出ピッチｔp(a)と加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)とを比較し、大きい方を当該材の抽出ピッチとして採用する。即ち、抽出ピッチｔp(a)＞加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)の場合には、予測抽出時刻Ｔex(a) に抽出するのが可能であるため、上記で算出された予測抽出時刻Ｔex(a) をそのまま用いる。抽出ピッチｔp(a)＜加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)の場合には、予測抽出時刻Ｔex(a) に抽出するのが不可能であるため、加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)を用いて当該材以降の各材の予測抽出時刻Ｔex(a) を再計算する。
【００１４】
(4) 得られた予測抽出時刻Ｔex(a) と現在時刻の差から、予測残加熱時間ｔh (a) を求め、現在材料温度から目標抽出温度まで加熱可能な最小加熱時間ｔh (min) と比較し、大きい方を当該材の残加熱時間として採用する。即ち、予測残加熱時間ｔh (a) ＞最小加熱時間ｔh (min) の場合には、予測抽出時刻Ｔex(a) までに目標抽出温度まで加熱することができるため、上記で算出された予測抽出時刻Ｔex(a) をそのまま用いる。予測残加熱時間ｔh (a) ＜最小加熱時間ｔh (min) の場合には、予測抽出時刻Ｔex(a) までに目標抽出温度まで加熱することができないため、最小加熱時間ｔh (min) を用いて予測抽出時刻を再計算する。
ｔh (min) は、例えば、次の（４）式で算出する。
ｔh (min) ＝（Ｔf(aim)−Ｔf(l)）／Ｈ(max) ……（４）
Ｔf(aim)：目標抽出温度
Ｔf(l)：現在材料温度
Ｈ(max) ：単位時間当り加熱炉昇温可能温度
【００１５】
以上のように加熱炉の搬送能力および加熱能力を考慮することで、鋼材の圧延サイズ・材料抗張力・圧延仕上げ温度等が変わっても（圧延能力による抽出ピッチｔp(a)の算出：（１）式）、また前材と当該材の装入間隔等が変わっても（加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)および予測残加熱時間ｔh (a) の算出：（２）・（３）式）、鋼材を目標抽出温度に加熱することのできる抽出時刻（加熱時間）を精度良く予測し決定することができる。この精度良く予測された予測抽出時刻（加熱時間）に基づいて加熱炉の炉温を設定することにより、鋼材の抽出温度を目標抽出温度に精度良く制御することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する一実施形態に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の加熱炉抽出時刻の予測決定方法および加熱炉の制御方法が適用される圧延ラインの１例を示したものである。
【００１７】
図２において、１は圧延ミル専用連続鋳造機（ＣＣ）、２はＣＣ直送テーブル、３は複数配列の加熱炉、４は在庫鋼材装入テーブル、５は加熱炉の鋼材装入装置、６は加熱炉の鋼材抽出装置、７は加熱炉内鋼材搬送装置、８は圧延ミル、９は加熱炉燃焼制御計算機、１０はミルペーシング計算機であり、ＣＣからの鋼材あるいは在庫鋼材が鋼材装入装置５により加熱炉３内に装入され、加熱炉内鋼材搬送装置７で搬送されつつ加熱され、所定の温度となった鋼材が鋼材抽出装置６により抽出され、圧延ミル８へ搬送される。
【００１８】
以上のような圧延ラインにおいて、鋼材の加熱炉装入タイミングで、加熱炉燃焼制御計算機９により各鋼材の抽出時刻予測計算（前述の（１）〜（４）式）を行う。また、この予測抽出時刻から当該材の残在炉時間を算出し、伝熱差分方程式による鋼材温度推定計算により目標抽出温度を確保する炉温を計算し、加熱炉３の炉温を設定する。加熱炉燃焼制御計算機９で算出された抽出時刻は、ミルペーシング計算機１０に伝送され、ミルペーシング設定値となり、抽出管理を実施する。
【００１９】
次に、前述の抽出時刻予測計算の具体例について説明する。表１，図３，図４に予測抽出時刻算定結果を示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
先ず、前述の（１）式を用い、圧延ギャップタイム設定値ｔg(a)を達成することのできる予測抽出時刻Ｔex(a) および抽出ピッチｔp(a)を計算する。表１および図３に示すように、抽出順▲１▼〜▲６▼の鋼材は、圧延ギャップタイム設定値ｔg(a)から算出された抽出ピッチｔp(a)が、前述の（２），（３）式で得られた加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)よりも大であるため、（１）式で算出された予測抽出時刻Ｔex(a) がそのまま用いられる。抽出順▲７▼の鋼材は、圧延ギャップタイム設定値から算出された抽出ピッチｔp7(a) よりもＡ炉の加熱炉搬送能力ピッチｔp7(b) の方が大きいため、ｔp7(b) が選択され、ｔp7(b) −ｔp7(a) ＝αをＴex7 に加算するように、抽出時刻が再計算される。これに伴い、抽出順▲７▼以降の抽出順▲８▼，▲９▼の予測抽出時刻も、αを加算するように再計算される。
【００２２】
この再計算の後、上記で得られた予測抽出時刻Ｔex(a) と現在時刻の差から、予測残加熱時間ｔh (a) を計算する。図４に示すように、抽出順▲１▼〜▲７▼の鋼材は、予測残加熱時間ｔh (a) が前述の（４）式で得られた最小加熱時間ｔh (min) よりも大きいため、予測残加熱時間ｔh (a) がそのまま用いられ、上記で得られた予測抽出時刻Ｔex(a) が抽出時刻となる。抽出順▲８▼の鋼材は、前述の再計算で得られた予測抽出時刻（Ｔex8 ＋α）から求めた残加熱時間ｔh8より最小加熱時間ｔh (min) の方が大きいため、最小加熱時間ｔh (min) を残加熱時間として予測抽出時刻を再計算する。ｔh (min) −ｔh8＝βを予測抽出時刻（Ｔex8 ＋α）に加算し、予測抽出時刻を（Ｔex8 ＋α＋β）とする。抽出順▲８▼以降の抽出順▲９▼の鋼材の予測抽出時刻も、βを加算して再計算し、新予測抽出時刻とする。
【００２３】
以上のようにして、鋼材を目標抽出温度に加熱することのできる抽出時刻（加熱時間）が精度良く予測し決定される。この予測抽出時刻（加熱時間）に基づいて加熱炉の炉温を設定することにより、鋼材の抽出温度が目標抽出温度に精度良く制御される。図５に示すのは、抽出時刻予測誤差と抽出温度偏差を示したものであり、本発明（改善後）では抽出時刻予測誤差および抽出温度偏差が大幅に改善されているのがわかる。
【００２４】
なお、本発明は図示例の圧延ラインに限らず、鋼材を連続的に加熱する加熱炉を有するその他の圧延ラインにも適用できることはいうまでない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果を奏することができる。
(1) 加熱炉の搬送能力および加熱能力を考慮することで、鋼材の圧延サイズ・材料抗張力・圧延仕上げ温度等が変わっても、また前材と当該材の装入間隔等が変わっても、鋼材を目標抽出温度に加熱することのできる抽出時刻（加熱時間）を精度良く予測し決定することができる。
(2) この予測抽出時刻（加熱時間）に基づいて加熱炉の炉温を設定することにより、鋼材の抽出温度を目標抽出温度に精度良く制御することができる。これにより、燃料原単位の向上が図られる。また、品質についても、熱間圧延中に発生する鋼材表面スケール厚の減少により、スケール疵の低減等も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱炉抽出時刻の予測決定方法の計算フロー図である。
【図２】 本発明の加熱炉抽出時刻の予測決定方法およびそれに基づく加熱炉の制御方法が適用される圧延ラインの一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明における加熱炉の抽出可能ピッチから予測抽出時刻を再計算した後の鋼材とその値を示す説明図である。
【図４】本発明における加熱炉の加熱可能残加熱時間から予測抽出時刻を再計算した後の鋼材とその値を示す説明図である。
【図５】抽出時刻予測誤差および抽出温度偏差を改善前と改善後（本発明）とで比較したグラフである。
【符号の説明】
１……圧延ミル専用連続鋳造機（ＣＣ）
２……ＣＣ直送テーブル
３……加熱炉
４……在庫鋼材装入テーブル
５……加熱炉の鋼材装入装置
６……加熱炉の鋼材抽出装置
７……加熱炉内鋼材搬送装置
８……圧延ミル
９……加熱炉燃焼制御計算機
１０……ミルペーシング計算機

Claims (2)

1. 加熱炉から圧延ラインに抽出される材料の抽出時刻を予測し決定する方法であり、圧延能力による抽出ピッチｔp(a)と加熱炉搬送能力ピッチｔp(b)とを比較し、大きい方を当該材の抽出ピッチとして予測抽出時刻Ｔex(a) を求め、得られた予測抽出時刻Ｔex(a) と現在時刻の差から、予測残加熱時間ｔh(a) を求め、該予測加熱時間ｔh(a)と、現在材料温度から目標抽出温度まで加熱可能な最小加熱時間ｔh (min)とを比較し、大きい方を当該材の残加熱時間として予測抽出時刻を求め、該予測抽出時刻を予測抽出時刻と決定することを特徴とする加熱炉抽出時刻の予測決定方法。
2. 請求項１記載の加熱炉抽出時刻の予測決定方法により得られた予測抽出時刻から当該材の残在炉時間を算出し、この残在炉時間から目標抽出温度を確保する炉温を計算し、加熱炉の炉温を設定し、抽出時刻に目標抽出温度が得られるようにすることを特徴とする加熱炉の制御方法。

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