JP5186968B2

JP5186968B2 - 連続熱処理炉における板温制御システム、方法及びプログラム

Info

Publication number: JP5186968B2
Application number: JP2008074441A
Authority: JP
Inventors: 高弘大島; 明彦長谷川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP2009228057A

Description

本発明は、製鉄所の連続焼鈍工場や連続溶融亜鉛めっき工場等において、連続熱処理炉で熱処理される帯状の鋼板の板温を制御する連続熱処理炉における板温制御システム、方法及びプログラムに関する。

例えば製鉄所の連続焼鈍工場では、冷延後の鋼板（ストリップ）は焼鈍工程に送られて焼鈍される。焼鈍工程では、例えば図４に示すように、鋼板１が駆動ロール２により直火加熱帯Ｌに装入され、直火加熱される。続いて間接加熱帯Ｍを通って間接加熱された後、冷却帯Ｎを通って冷却される。直火加熱帯Ｌでは、燃焼バーナ４から燃焼ガスとエアとを吹き出して直火燃焼によって鋼板１を直火加熱し、間接加熱帯Ｍでは、ラジアントチューブ５によって鋼板１を間接加熱する。直火加熱帯Ｌの出側、間接加熱帯Ｍの出側にはそれぞれ温度計６、７が配置されており、実績板温を計測する。

この種の連続熱処理炉における板温制御方法に関して、例えば特許文献１、２には、炉出側の板温をモデル式を用いて予測し、操作量を決定する方法が開示されている。

特開平１−２５９１３１号公報特開平７−２７８６８２号公報

ところで、連続熱処理炉においては、その前処理の経由工程（前工程と記す）や連続熱処理炉の炉出側の目標板温が変わると、炉出側の鋼板の定常部（鋼板の中央付近）の長手方向での板温ばらつきの度合いが異なってくる。

従来の技術では、鋼板の長手方向での板温のばらつきに応じた板温制御はなされていない。上述した特許文献１、２等に開示された方法でも、鋼板の長手方向での板温のばらつきの変動に伴うモデル式の修正機能は有していない。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、鋼板の長手方向での板温のばらつきに応じた板温制御を可能とすることを目的とする。

本発明の連続熱処理炉における板温制御システムは、連続熱処理炉で熱処理される帯状の鋼板の板温をフィードバック制御する連続熱処理炉における板温制御システムであって、連続熱処理の前工程情報と、炉出側の目標板温と、フィードバック制御情報とを関連付けて格納するフィードバック制御情報格納手段と、前工程情報及び炉出側の目標板温に応じて前記フィードバック制御情報格納手段から読込んだフィードバック制御情報に基づいて、前記連続熱処理炉に対するフィードバック制御を実行するフィードバック制御手段と、炉出側の実績板温に基づいて鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を求め、その板温ばらつき情報に応じて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新する更新手段とを備え、前記更新手段は、炉出側の実績板温に基づいて、鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を演算する板温ばらつき情報演算手段と、前記板温ばらつき情報演算手段により演算した鋼板の長手方向での板温ばらつき情報と、予め設定されている目標板温ばらつき情報とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に応じて、フィードバック制御情報を演算するフィードバック制御情報演算手段とを含み、前記フィードバック制御情報演算手段により演算したフィードバック制御情報を用いて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新することを特徴とする。
本発明の連続熱処理炉における板温制御方法は、連続熱処理炉で熱処理される帯状の鋼板の板温をフィードバック制御する連続熱処理炉における板温制御方法であって、連続熱処理炉の前工程情報と、炉出側の目標板温と、フィードバック制御情報とを関連付けて格納するフィードバック制御情報格納手段から、前工程情報及び炉出側の目標板温に応じて読込んだフィードバック制御情報に基づいて、前記連続熱処理炉に対するフィードバック制御を実行するフィードバック制御手順と、炉出側の実績板温に基づいて鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を求め、その板温ばらつき情報に応じて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新する更新手順とを有し、前記更新手順は、炉出側の実績板温に基づいて、鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を演算する板温ばらつき情報演算手順と、前記板温ばらつき情報演算手順により演算した鋼板の長手方向での板温ばらつき情報と、予め設定されている目標板温ばらつき情報とを比較する比較手順と、前記比較手順による比較結果に応じて、フィードバック制御情報を演算するフィードバック制御情報演算手順とを含み、前記フィードバック制御情報演算手順により演算したフィードバック制御情報を用いて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新することを特徴とする。
本発明のプログラムは、連続熱処理炉で熱処理される帯状の鋼板の板温をフィードバック制御するためのプログラムであって、連続熱処理炉の前工程情報と、炉出側の目標板温と、フィードバック制御情報とを関連付けて格納するフィードバック制御情報格納手段から、前工程情報及び炉出側の目標板温に応じて読込んだフィードバック制御情報に基づいて、前記連続熱処理炉に対するフィードバック制御を実行するフィードバック制御処理と、炉出側の実績板温に基づいて鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を求め、その板温ばらつき情報に応じて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新する更新処理とをコンピュータに実行させ、前記更新処理は、炉出側の実績板温に基づいて、鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を演算する板温ばらつき情報演算処理と、前記板温ばらつき情報演算処理により演算した鋼板の長手方向での板温ばらつき情報と、予め設定されている目標板温ばらつき情報とを比較する比較処理と、前記比較処理による比較結果に応じて、フィードバック制御情報を演算するフィードバック制御情報演算処理とを含み、前記フィードバック制御情報演算処理により演算したフィードバック制御情報を用いて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新することを特徴とする。

本発明によれば、炉出側の実績板温に基づいて鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を求め、その板温ばらつき情報に応じて、フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新するようにしたので、鋼板の長手方向での板温のばらつきに応じた板温制御が可能となり、板温制御精度の向上が実現する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１に、本実施形態の連続熱処理炉における板温制御システムの概略構成を示す図である。本実施形態の連続熱処理炉における板温制御システムは、連続熱処理炉２００で熱処理される帯状の鋼板（不図示）の板温を制御するものであり、制御ゲイン計算部１０１、フィードフォワード（ＦＦ）コントローラ１０２、フィードバック（ＦＢ）コントローラ１０３を備える。

また、制御ゲインデータベース（ＤＢ）１０４、定数ＤＢ１０５、プロセス実績ＤＢ１０６、製造命令ＤＢ１０７を備える。なお、図１では、便宜上ＤＢを機能別に分けて図示しているが、その数は限定されるものではない。

制御ゲインＤＢ１０４は、ＦＦコントローラ１０２によるＦＦ制御のためのＦＦ制御ゲインＦＦ_gain［−］、ＦＢコントローラ１０３によるＦＢ制御のためのＦＢ制御ゲインＦＢ_gain［−］を格納する。ＦＢ制御ゲインＦＢ_gainに関していえば、制御ゲインＤＢ１０４では、図３に示すように、ＦＢ制御ゲインテーブルにより、前工程情報Ｘ₁〜Ｘ_m［−］、炉出側の目標板温ＴＳ_s［℃］のｎ個の領域（α_k（ｋ＝１、２、・・・、ｎ−１）は目標板温の閾値［℃］）、ＦＢ制御ゲインＦＢ_gain(ｍ，ｎ)を関連付けて管理している。前工程情報Ｘ₁、・・・、Ｘ_mは、連続熱処理炉による熱処理の前工程の種類を示す情報であり、焼鈍工程の前工程であれば酸洗工程や冷延工程が挙げられる。また、同じ酸洗工程であっても、その処理内容によっては互いに別の前工程として取り扱ってもよい。本実施形態では、ＦＢ制御ゲインＦＢ_gainが本発明でいうフィードバック制御情報に相当し、制御ゲインＤＢ１０４が本発明でいうフィードバック制御情報格納手段として機能する。

定数ＤＢ１０５は、目標板温ばらつきσ_T［℃］、操作量変更量リミット値ＤＮＣ［−］（定数）、調整パラメータＫ［−］（定数）等の初期データを格納する。例えば目標板温ばらつきσ_Tは、制御対象コイルごとに、許容しうる鋼板の長手方向（通板方向）での板温ばらつきに応じた値が予め設定されている。

プロセス実績ＤＢ１０６は、制御対象コイルについてのＦＢ制御周期毎の全実績データ、具体的には、炉出側の実績板温ＴＳ_a(ｉ)［℃］、ＦＢコントローラ１０３が出力した実績操作量ｕ(ｉ)［−］を格納する（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）。

製造命令ＤＢ１０７は、制御対象コイルについての板幅、板厚、炉出側の目標板温ＴＳ_s、前工程情報Ｘ₁〜Ｘ_m等の製造命令データを格納する。

制御ゲイン計算部１０１は、制御ゲインＤＢ１０４からＦＦ制御ゲインＦＦ_gain、ＦＢ制御ゲインＦＢ_gainを読込み、ＦＦコントローラ１０２にＦＦ制御ゲインＦＦ_gainを出力し、ＦＢコントローラ１０３にＦＢ制御ゲインＦＢ_gainを出力する。ＦＢ制御ゲインＦＢ_gainに関していえば、例えば製造命令ＤＢ１０７から取得した前工程情報がＸ₁、炉出側の目標板温がα₁≦ＴＳ_s＜α₂である場合、図３に示すように、制御ゲインＤＢ１０４（ＦＢ制御ゲインテーブル）からＦＢ制御ゲインＦＢ_gain(１，２)を読込むことになる。

また、制御ゲイン計算部１０１は、詳細は後述するが、炉出側の実績板温ＴＳ_a(ｉ)に基づいて鋼板の長手方向での実績板温ばらつきσ_a［℃］を求め、その実績板温ばらつきσ_aに応じて、制御ゲインＤＢ１０４に格納されているＦＢ制御ゲインＦＢ_gainをリアルタイムに更新する。すなわち、本実施形態では、制御ゲイン計算部１０１が本発明でいう更新手段として機能する。

ＦＦコントローラ１０２は、制御ゲイン計算部１０１から受け取ったＦＦ制御ゲインＦＦ_gainに基づいて、連続熱処理炉２００に対する操作量を決定し、ＦＦ制御を実行する。ＦＦコントローラ１０２には、炉入側及び出側での溶接点通過情報、ライン速度の速度変化情報が入力され、炉入側及び出側での溶接点通過（コイルチェンジ）や速度変化等の条件変更があったときにＦＦ制御を実行する。

ＦＢコントローラ１０３は、制御ゲイン計算部１０１から受け取ったＦＢ制御ゲインＦＢ_gainに基づいて、連続熱処理炉２００に対する操作量を決定し、ＦＢ制御を実行する。すなわち、本実施形態では、ＦＢコントローラ１０３が本発明でいうフィードバック制御手段として機能する。ＦＢコントローラ１０３は、定周期でＦＢ制御を実行する。

図２は、本実施形態の連続熱処理炉における板温制御システムでのＦＢ制御ゲインの更新処理を示すフローチャートである。図２のフローチャートに示す更新処理は、制御ゲイン計算部１０１がＦＢ制御のタイミング（定周期）で実行する。

まずステップＳ１０１で、定数ＤＢ１０５から、目標板温ばらつきσ_T、操作量変更量リミット値ＤＮＣ、調整パラメータＫ等の初期データを読込む。なお、ここでは、ステップＳ１０１を定周期で実行する図２のフローチャートに組み込んで説明したが、いったん読込んだ初期データを保持しておき、初期データに変更があったときだけ、ステップＳ１０１の処理を実行するようにしてもよい。

ステップＳ１０２で、製造命令ＤＢ１０７から取得した制御対象コイルについての前工程情報Ｘ₁〜Ｘ_m、炉出側の目標板温ＴＳ_sに基づいて、制御ゲインＤＢ１０４からＦＢ制御ゲインＦＢ_gainを読込む。例えば製造命令ＤＢ１０７から取得した前工程情報がＸ₁、炉出側の目標板温がα₁≦ＴＳ_s＜α₂である場合、図３に示すように、制御ゲインＤＢ１０４（ＦＢ制御ゲインテーブル）からＦＢ制御ゲインＦＢ_gain(１，２)を読込むことになる。

次に、ステップＳ１０３で、プロセス実績ＤＢ１０６から、制御対象コイルについてのＦＢ制御周期毎の全実績データ、具体的には、炉出側の実績板温ＴＳ_a(ｉ)、ＦＢコントローラ１０３が出力した実績操作量ｕ(ｉ)を読込む（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）。

次に、ステップＳ１０４で、上記ステップＳ１０３において読込んだ炉出側の実績板温ＴＳ_a(ｉ)に基づいて、制御対象コイルについての鋼板の長手方向での実績板温ばらつきσ_aを、下式（１）により演算する。このステップＳ１０４が、本発明でいう板温ばらつき情報演算手段としての処理例である。
σ_a＝ｓｑｒｔ（Σ（ＴＳ_ave−ＴＳ_a(ｉ)）²／Ｎ）・・・（１）
ＴＳ_ave＝ΣＴＳ_a(ｉ)／Ｎ

次に、ステップＳ１０５で、上記ステップＳ１０４において演算した実績板温ばらつきσ_aが、上記ステップＳ１０１において読込んだ目標板温ばらつきσ_Tを超えているか否かを判定する。このステップＳ１０５が、本発明でいう比較手段としての処理例である。

上記ステップＳ１０５においてσ_a＞σ_Tであれば、鋼板の長手方向で板温ばらつきが所要の目標値以上に発生しているものとして、ステップＳ１０６に進み、新たなＦＢ制御ゲインＦＢ_{gain new}を下式（２）により演算する。
ＦＢ_{gain new}＝ＦＢ_{gain old}−ｌｎ（σ_a／σ_T）*（（Δｕ−ＤＮＣ）／ＤＮＣ）*Ｋ・・・（２）
Δｕ＝ｕ(ｉ)−ｕ(ｉ−１)

ここで、式（２）の右辺において、ｌｎ(σ_a／σ_T)は鋼板の長手方向での板温ばらつきによる影響を表す板温変動影響係数であり、（Δｕ−ＤＮＣ）／ＤＮＣは操作量の変動による影響を表す操作量変動影響係数である。

その後、ステップＳ１０７で、上記ステップＳ１０６において演算した新たなＦＢ制御ゲインＦＢ_{gain new}を用いて、制御ゲインＤＢ１０４に格納されているＦＢ制御ゲインＦＢ_{gain old}を更新する。

一方、ステップＳ１０５においてσ_a＞σ_Tでなければ、制御ゲインＤＢ１０４に格納されているＦＢ制御ゲインＦＢ_{gain old}の更新は行わず、本処理を終了する。すなわち、前回設定されたＦＢ制御ゲインＦＢ_{gain old}を続けて使用する。

以上述べたように、炉出側の実績板温ＴＳ_a(ｉ)に基づいて鋼板の長手方向での実績板温ばらつきσ_aを求め、その実績板温ばらつきσ_aに応じて、制御ゲインＤＢ１０４に格納されているＦＢ制御ゲインＦＢ_{gain old}を更新するようにしたので、炉状に応じてダイナミックに鋼板の長手方向での板温のばらつきに応じた板温制御が可能となる。

なお、制御ゲイン計算部１０１、ＦＦコントローラ１０２、ＦＢコントローラ１０３は、具体的にはＣＰＵ、各種メモリを備えたコンピュータ装置により実現可能であり、一つの機器により構成されてもよいし、複数の機器により構成されてもよい。

また、本発明の目的は、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても達成される。この場合、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

本実施形態の連続熱処理炉における板温制御システムの概略構成を示す図である。本実施形態の連続熱処理炉における板温制御システムでのＦＢ制御ゲインの更新処理を示すフローチャートである。制御ゲインデータベースの内容を説明するための図である。焼鈍工程の例を説明するための図である。

符号の説明

１０１制御ゲイン計算部
１０２フィードフォワードコントローラ
１０３フィードバックコントローラ
１０４制御ゲインデータベース
１０５定数データベース
１０６プロセス実績データベース
１０７製造指令データベース
２００連続熱処理炉

Claims

連続熱処理炉で熱処理される帯状の鋼板の板温をフィードバック制御する連続熱処理炉における板温制御システムであって、
連続熱処理の前工程情報と、炉出側の目標板温と、フィードバック制御情報とを関連付けて格納するフィードバック制御情報格納手段と、
前工程情報及び炉出側の目標板温に応じて前記フィードバック制御情報格納手段から読込んだフィードバック制御情報に基づいて、前記連続熱処理炉に対するフィードバック制御を実行するフィードバック制御手段と、
炉出側の実績板温に基づいて鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を求め、その板温ばらつき情報に応じて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新する更新手段とを備え、
前記更新手段は、
炉出側の実績板温に基づいて、鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を演算する板温ばらつき情報演算手段と、
前記板温ばらつき情報演算手段により演算した鋼板の長手方向での板温ばらつき情報と、予め設定されている目標板温ばらつき情報とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に応じて、フィードバック制御情報を演算するフィードバック制御情報演算手段とを含み、
前記フィードバック制御情報演算手段により演算したフィードバック制御情報を用いて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新することを特徴とする連続熱処理炉における板温制御システム。
前記フィードバック制御手段は、定周期でフィードバック制御を実行し、
前記更新手段は、前記フィードバック制御手段によるフィードバック制御タイミングでフィードバック制御情報の更新処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の連続熱処理炉における板温制御システム。
連続熱処理炉で熱処理される帯状の鋼板の板温をフィードバック制御する連続熱処理炉における板温制御方法であって、
連続熱処理炉の前工程情報と、炉出側の目標板温と、フィードバック制御情報とを関連付けて格納するフィードバック制御情報格納手段から、前工程情報及び炉出側の目標板温に応じて読込んだフィードバック制御情報に基づいて、前記連続熱処理炉に対するフィードバック制御を実行するフィードバック制御手順と、
炉出側の実績板温に基づいて鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を求め、その板温ばらつき情報に応じて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新する更新手順とを有し、
前記更新手順は、
炉出側の実績板温に基づいて、鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を演算する板温ばらつき情報演算手順と、
前記板温ばらつき情報演算手順により演算した鋼板の長手方向での板温ばらつき情報と、予め設定されている目標板温ばらつき情報とを比較する比較手順と、
前記比較手順による比較結果に応じて、フィードバック制御情報を演算するフィードバック制御情報演算手順とを含み、
前記フィードバック制御情報演算手順により演算したフィードバック制御情報を用いて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新することを特徴とする連続熱処理炉における板温制御方法。
連続熱処理炉で熱処理される帯状の鋼板の板温をフィードバック制御するためのプログラムであって、
連続熱処理炉の前工程情報と、炉出側の目標板温と、フィードバック制御情報とを関連付けて格納するフィードバック制御情報格納手段から、前工程情報及び炉出側の目標板温に応じて読込んだフィードバック制御情報に基づいて、前記連続熱処理炉に対するフィードバック制御を実行するフィードバック制御処理と、
炉出側の実績板温に基づいて鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を求め、その板温ばらつき情報に応じて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新する更新処理とをコンピュータに実行させ、
前記更新処理は、
炉出側の実績板温に基づいて、鋼板の長手方向での板温ばらつき情報を演算する板温ばらつき情報演算処理と、
前記板温ばらつき情報演算処理により演算した鋼板の長手方向での板温ばらつき情報と、予め設定されている目標板温ばらつき情報とを比較する比較処理と、
前記比較処理による比較結果に応じて、フィードバック制御情報を演算するフィードバック制御情報演算処理とを含み、
前記フィードバック制御情報演算処理により演算したフィードバック制御情報を用いて、前記フィードバック制御情報格納手段に格納されているフィードバック制御情報を更新することを特徴とするプログラム。