JPH01177313A - 連続加熱炉の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、連続加熱炉の制御方法に係り、特に、１又は
２以上の鋼材を熱間圧延するために加熱づる多帯式の連
続加熱炉の炉温を制御する際に用いるのに好適な、連続
加熱炉の制御方法に関する。 （従来の技術１ 一般に、分塊工場で粗圧延された鋼片又は連続鋳造され
た鋳片を熱間圧延工程で圧延して最終製品にＪるため、
該鋼片や鋳片をその目的に応じた所定の温度に加熱炉で
加熱している。このような加熱炉にはバッチ式や連続式
のものがあるが、材料の挿入、抽出が容易等の理由から
連続加熱炉が多く用いられている。 このような連続加熱炉の炉温制御は、鋼片や鋳片等の調
料を圧延に通ずる温度に且つ均一に加熱すると共に、圧
延機が要求する圧延ピッチに対応して加熱された鋼材を
供給できるように行う必要がある。このため、出願人は
既に待間昭５８−４４１２において多帯式連続加熱炉で
上記要請に応える技術を提案している。 即ち、この技術においては、各加熱帯の入口付近の大単
位鋼材群とその鋼材群より出口側方向の小単位鋼材群を
考え、前記大単位鋼材群については、前記連続加熱炉の
操業負荷と当該帯入口での鋼［５度及び当該帯出口での
目標ａ２度のそれぞれの代表値を関数値として当該小単
位鋼材群の加熱に必要な炉温を演算により求め、又、前
記小単位鋼材群については、現在までの炉内ｎ苗蒔間及
び実績炉温と、帯出口までの予測残り滞留時間と、帯出
口での目標加熱温度とから、当該小単位鋼材群の加熱に
必要な炉温を演算により求める。そして、求められた両
鋼材群の必要な炉温の荷重平均値を設定すべき炉温とし
て、前記連続式加熱炉を制御している。 従って、この技術によれば、鋼材毎の目４！！温度から
平均化された鋼材群の必要炉温を求めることができる。 しかしながら、この技術においては、２つ鋼材群に要求
される炉温の荷重平均値を炉温として設定するため、成
品の多品種少量化に件なう、炉内に挿入される鋼材の寸
法、品種、あるいは目標抽出温度の頻繁な変化に対応し
て１４月毎に細かく要求される加熱制御が満足されず、
鋼材に加熱不足や過剰加熱が生ずる場合がある。 これに対して、特公昭５Ｂ−２２４７８公報で連続加熱
炉制御方法が提案されている。この制御方法においては
、各加熱帯毎に炉温を仮定し、その仮定した炉温におけ
る熱損失と、鋼材の予測出口温度及び目標出口温度間の
偏差を求め、前記熱損失に第１の係数を乗じた値と前記
偏差の２乗に第２の係数を掛けた値との和が最小となる
ように、多帯の炉温を決定している。

【発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前記ｆｌｉｌ１１方法では、熱損失の算
出等を要するため計算に時間がかかり、この計算を実行
するための計算機の負荷が増大するだけでなく、各帯内
の被加熱材例えば鋼材毎の加熱条件（被加熱材の種類、
厚み、加熱帯内での位置等）が考慮されていないため、
結果的には、被加熱材毎にきめ細かな加熱が実行できな
いという問題点がある。 【発明の目的】 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、被加熱材を加熱する際に、被加熱材の個々の加熱
要求を満足できる、多帯の最適炉温を短時間で算出して
多帯の炉温をこの最適炉温に設定して、被加熱材をそれ
ぞれの目標温度に結反良く加熱できる連続加熱炉の制御
方法を提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、多帯式連続加熱炉の多帯の炉温を被加熱材の
加熱条件に応じて設定する際に、前記各帯の加熱制御範
囲内にある全被加熱材の加熱条件及び予測滞留時間から
、被加熱材毎に必要とされる炉温を算出して、被加熱材
毎の昇熱パターンを決定し、前記各帯に設定されている
炉温と前記予測滞留時間とから予測される各帯出側での
被加熱材温度、及び前記決定された昇熱パターンによる
目標温度間の差の２乗に、被加熱材の現在時点における
重み係数を乗じたものを前記各帯の加熱制御範囲内にあ
る全被加熱材について合計して、その合計結果を評価１
３１１ｍとし、該評価関数が最小となる炉温に前記各帯
の炉温を制御することにより、前記目的を達成したもの
である。

【作用】

以下、本発明の原理を、被加熱材を鋼材とした例に基づ
き説明する。 熱間圧延機で圧延される鋼材は、圧延前に所定温度まで
加熱する必要があるため、通常、材料の挿入抽出が容易
で生産効率の高い多帯式の連続加熱炉で連続して加熱さ
れている。近時、圧延成品の多品種少量化に伴ない連続
して加熱される鋼材の種類、寸法、加熱目標が異なる場
合が多くなっており、又、成品品質の向上や省エネルギ
の観点から、加熱目標温度を守り加熱不足や、過加熱を
防止することが重要である。 そこで、本発明においては、前記各鋼材を多帯式の連続
加熱炉で加熱する際に、多帯の加熱制御範囲内にある全
鋼材の加熱条件（目標加熱温度、スキッドマーク、均熱
度等）及び、予測される滞苗蒔間（予測滞留時間）から
鋼材毎に要求される炉温を算出して鋼材毎の昇温パター
ンを決定する。 前記予測滞留時間については、例えば鋼材の多帯での滞
留時間を予測するモデルを用いて次のようにして予測す
る。 即ち、このモデルにおいては、各鋼材の素材寸法、圧延
寸法１．材質等から周知の計算方法で求めた圧延時間に
圧延間隔を加えて予測圧延時間を計紳し、該鋼材の圧延
順序に基づき、各鋼材の多帯における滞留時間を演算に
より予測する。 前記各鋼材の加熱条件と算出された多帯における？１１
１留時間とから、例えば、公知の伝熱計算式から決定し
た伝熱モデル式により、鋼材毎に必要とされる炉内温度
を算出して最適なＲ熱パターンを決定する。次いで、こ
の昇温パターンから各帯出側における目標温度を算出す
る。 ここで、ある帯において、現在の炉温θｇｏがある炉温
変化量Δθｇだけ変化した場合、その帯の加熱制御範囲
内の任意の鋼材が該帯出側に達したとぎ予測される鋼材
の出側温度θｉ（添字の１は任意のｉ番目の鋼材につい
てのものであることを示１“）は、伝熱モデル式により
、次式（１）の如く炉温θｇｏの関数となる。 θｉ＝　「（θ８ｏ＋Δθｇ）　・・・・・・（１）又
、各鋼材は加熱中の現在時点における重み係数、即ち例
えば炉内位置によるルみ係数Ｗｐｉ、寸法による重み係
数Ｗ　ｓ　ｉ　Ｎ及び鋼種による係数重みＷｃｉを有し
ており、各鋼材の予測出側温度θｉ及び目標出側温度θ
αｉとの差（θｉ−θ。 ｉ）の２乗にこれらの弔み係数Ｗｐｉ、Ｗｓｔ、Ｗｃｉ
を掛けたものの総和を、次式（２）の如く評価関数Ｊと
する。 Ｊ−ΣＷｐ　ｉ　−Ｗｓ　ｉ　・Ｗｃ　１ｉ＝ｌ ×（θｉ−θ、ｉ）２　・・・・・・・・・（２）但し
、Ｎは前記各帯の加熱制御範囲内にある鋼材の総数であ
る。 最小２乗法により、この（２）式で与えられる評価関数
Ｊ＠最小にする炉温変化ｍΔθｇは、次式〈３）を満足
するものである。 ａＪ／ａΔθｇ＝０　　　・・・・・・・・・（３）前
記（１）、（２）、（３）式より、数学的に前記炉温変
化量Δθｇが求められ、それは次式１式％ の関係がある。 従って、この加熱帯の最適な炉温を与える炉温設定値θ
ｇＸは次式（５）で決まる。 θ８８＝θ８ｏ＋Δθｇ　　・・・・・・・・・（５）
この炉温設定値θｇｘの演算は加熱が制御される多帯に
ついて一定時間間隔で実行することが好ましい。この時
間間隔は、当該連続加熱炉の鋼材抽出ピッチ及び演算を
実行する計算機の能力により決めることができるもので
あるが、例えば連続加熱炉の応答性から考えて３〜５分
程度の時間とすることができる。 ここで、前記重み係数のうち鋼種による重み係数Ｗｃｉ
は、鋼材の加熱炉への挿入から抽出までの間鋼材毎にそ
れぞれ一定であるが、位置重み係数Ｗｐｉは各鋼材のあ
る時点での炉内位置及び抽出ピッチにより異なるもので
あ。 第１図に６帯式連続加熱炉の模式図、及びその加熱帯１
４における位置重みＷｐｉの例を示７０図において鋼材
１０は挿入側から矢印方向に挿入され、その挿入方向に
従って順に予熱帯１２、加熱帯１４、均熱帯１６で加熱
処理され、抽出側から抽出される。なお、図中符号１８
Ａ〜１８Ｃは多帯１２．１４．１６が有するバーナであ
る。 図の連続加熱炉の場合、炉温が制御される帯（以下、制
御ゾーンという）は図中符号Ａ−Ｄの範囲であり、それ
に対応して位置重み係数Ｗｐｉを決める。この制御ゾー
ンの終端りの位置は固定とし、先端Ａの位置は鋼材１０
の抽出ピッチに応じて可変とするようにしてもよい。例
えば抽出ピッチが速い場合には、先端Ａの位置は図中符
号へ−で示される位置へ移動させて位置重み係数Ｗｐｉ
を決めることができる。又、必要によっては、予熱帯１
２の制御ゾーンと垂なるようにして位置重み係数Ｗｐｉ
を決めるようにすることもできる。 なお、位置重み係数ＷＰ＋を一定とする位置の前端Ｂ１
後端Ｃの位置は、加熱帯１４の特性に応じて定めること
ができる。 寸法による小み係数Ｗｓ＋については、鋼材はその厚み
が厚いほど焼は難いため、厚みが厚いほど重み係数Ｗｓ
＋を大きくすればよく、前記制御範囲内の鋼材の厚みＤ
ｉの総和に対する、制ｆ２Ｉｌ　−５１べき当該鋼材の
厚みＤｉを、次式（６）から求めて前記重み係数Ｗｓｉ
とすることができる。 Ｗｓ　ｔ　＝Ｄ　ｔ／ＩＩＤ　ｉ−・”＝　（６）ｉ・
１ 以上のような（１）〜（６）式の演算により炉温を算出
するため、本発明により短い計算時間で最適炉温を算出
できるものである。従って、一定の短い周期で設定炉温
を見直せるため、多品種の被加熱材を加熱する際に、個
々の被加熱材の加熱要求を満足できる多帯の最適炉温を
短時間で算出して多帯の炉温をこの最適炉温に設定し得
る。よって、加熱する被加熱材をそれぞれの目標温度に
ｆｌ！１度良く加熱できるため、各加熱材毎の加熱品質
が向上できる。 なＪ３、本発明に係る被加熱材は鋼材に限定されるもの
ではなく、他の種類の被加熱材を加熱する加熱炉に本発
明を適用できる。 又、炉温設定を本発明により制御する加熱炉の帯は、図
のように加熱帯のみに限定されず、他の帯例えば予熱帯
の炉ｆＡ設定を本発明により実行することができる。

【実施例】

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。 〃板の鋼材を、第１図の如き６帯式連続加熱炉で加熱す
る際に、その加熱の制御に本発明を実施した結果を第２
図（Ａ）に、操作者がこの加熱炉を従来技術により制御
した結果を第２図（Ｂ）にそれぞれ比較して示ず。図に
おいては、各々２１５　ｎ厚みから３１０ｎ厚み、更に
は２１５ｎ厚みの各鋼材を順次加熱した場合の抽出時平
均温度を比較している。 同図（Ａ）の本発明方法による制御の場合、目標温度と
実績温度の平均偏差は±１℃以内、標準偏差σ＝１０℃
程度である。これに対し、同図（Ｂ）に示ず従来技術に
おいては、平均偏差は±１５℃近くとなり、標準偏差σ
−２０℃程度となっている。 第２図のようにｎ４材抽出温度が変化するのは、同図（
Ａ）に示す本発明方法による制御では、加熱する鋼材の
厚み変動に対して精度良く追従して炉温を制御し鋼材を
目標温度に加熱しているからである。これに対して同図
（Ｂ）に示ず従来技術による制御においては、鋼材の厚
みが増加した場合の炉温変更が遅く、加熱不足が目立つ
が、厚みが減少する場合に、逆に炉温変更が速くなり、
鋼材が加熱するのを防止するべく炉温変更を遅クシてい
るため、厚みの大きい鋼材が加熱不足となるからである
。 従って、本発明方法により連続式加熱炉を制御すれば、
従来技術に比べ、抽出される鋼材の実績温度を目標温度
に粘度良く近付けられることがわかる。 なお、前記実施例においては、被加熱材として鋼材を例
示したが、本発明により加熱される被加熱材は鋼材に限
定するものではなく、他の被加熱材例えば鋳鉄材を加熱
する多帯式連続加熱炉で本発明を実施することができる
。 又、前記実施例においては、連続式加熱炉として６帯式
の連続加熱炉を例示したが、本発明が実施できる多帯式
連続加熱炉はこのような種類のものに限定されず、他の
掛数の連続加熱炉に本発明を実施できる。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、被加熱材を加熱す
る際に、被加熱材個々の加熱要求を満足できる多帯の最
適炉温を短時間で算出して多帯の炉温をこの最適炉温に
設定し、被加熱材をそれぞれの目標温度に精度良く加熱
し得るため、被加熱材の加熱品質が向上する。又、その
結果、付加加熱や加熱不足による再加熱が不必要となる
ため、省エネルギ化を図れる等の優れた効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための、６帯式加熱炉
の概略構成を示す断面図及び該加熱炉に対する位置重み
係数の関係例を示ず線図、第２図（Ａ）、（８）は本発
明方法及び従来技術により連続式加熱を制御した際の鋼
材抽出順に測定された鋼祠抽出時平均温度の例を示す線
図である。 １０・・・ｎ４材、 １２・・・予熱帯、 １４・・・加熱帯、 １６・・・均熱帯、 １８Δ、１８Ｂ、１８Ｃ・・・バーナ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多帯式連続加熱炉の各帯の炉温を被加熱材の加熱
   条件に応じて設定する際に、 前記各帯の加熱制御範囲内にある全被加熱材の加熱条件
   及び予測滞留時間から、被加熱材毎に必要とされる炉温
   を算出して、被加熱材毎の昇熱パターンを決定し、 前記各帯に設定されている炉温と前記予測滞留時間とか
   ら予測される各帯出側での被加熱材温度、及び前記決定
   された昇熱パターンによる目標温度間の差の２乗に、被
   加熱材の現在時点における重み係数を乗じたものを前記
   各帯の加熱制御範囲内にある全被加熱材について合計し
   て、その合計結果を評価関数とし、 該評価関数が最小となる炉温に前記各帯の炉温を制御す
   ることを特徴とする連続加熱炉の制御方法。