JPH02138420A - 加熱炉における燃焼制御方法 - 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】 「産業上の利用分野コ 本発明は、スラブ等を熱間圧延、厚板圧延等する場合に
おける複数ゾーンを有する連続加熱炉の燃焼制御方法に
関する。

［従来の技術］ 一般に、この種の燃焼制御方法においては、装入された
スラブは各々、抽出時に予め設定された目標温度になる
ように各ゾーンの設定炉温か決められる。しかるに、各
スラブの目標抽出温度はスラブ毎に異なるのが普通であ
り、したがって、在炉時間が制約される条件で、加熱炉
のような時定数の長いプラント系で、全てのスラブを目
標抽出温度になるように昇熱することは一般的に不可能
である。かかる背景から、計算機による燃焼制御では、
−船釣に次のような方法が採られている。

すなわち、 ■　各スラブ毎に求めた最適炉温設定値の平均値を各ゾ
ーンの炉温設定値とする方法、 ■　各スラブ毎に求めた最適炉温設定値のうち最大のも
のを各ゾーンの炉温設定値とする方法、■　各ゾーン毎
に最も重要なスラブ（ネックスラブ）の最適炉温設定値
を当該ゾーンの炉温設定値とする方法、等である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記各方法には次のような難点がある。

すなわち、 上記■の方法では、スラブによっては焼け過ぎまたは焼
け不足が生じる。

上記■の方法では、焼け不足はないが、焼け過ぎが発生
するとともに、総燃料消費量が大となる。

上記■の方法では、ネックスラブに対しては良いが、他
のスラブに対しては焼け不足あるいは焼け過ぎが生じる
可能性があり、本質的に■の方法と変わらない。

このように、加熱炉のようなプラントで全てのスラブを
その目標温度となるように各ゾーンの炉温設定値を決め
ることは困難という現状下で、加熱炉のオペレータが実
際の操業経験から得た炉温設定方法をいかに計算機によ
る燃焼制御に反映させるかが課題であった。

そこで本発明では、各スラブ毎に求められた最適炉温設
定値を、ファジィ・ルールにより、重みつき平滑化する
ことによって、最終的な各ゾーン毎の炉温設定値を決定
し、オペレータの操業に最も近い炉温設定方法を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するための本発明は、 搬送方向に複数ゾーンに分割された連続加熱炉において
、加熱炉内の各々の被加熱物毎の抽出目標温度にすＺ、
ための各ゾーン毎の炉温設定値を求め、この炉温設定値
の各ゾーン毎の荷重平均値から当該ゾーンの炉温設定値
を求める際に、荷重平均算定に用いる各被加熱物毎の重
みを、仕上板厚、材質、焼け具合等をパラメータとする
ファジィ・ルールを用いて決定することを特徴とするも
のである。

〔作　用〕

本発明では、上記荷重平均の決定にファジィ・ルールを
用いるものであるから、荷重平均の精度が向上でき、そ
の結果、抽出温度のバラツキ低減および加熱炉燃料原単
位の低減を図ることができる。

〔発明の具体的構成〕

以下本発明をさらに具体的に説明する。

第３図は通常の連続加熱炉の模式図である。

かかる加熱炉に装入されたスラブ１は、図示しないウオ
ーキングビーム等にのって、予熱帯２、第１加熱帯３、
第２加熱帯４、均熱帯５等の各ゾーン間を移動され、所
要の温度に加温された後、抽出される。ところがスラブ
は一般にその仕上げ厚、材質等が異なるため、各種スラ
ブに応じて最適な炉温設定を行う必要があり、従来は加
熱炉のオペレータの勘に頼る面が大であった。この点を
、自動的に制御しようとするのが本発明の目的であり、
第１図により具体的に説明する。

通常、炉温設定にあたっては、燃焼ガス流量、燃焼空気
流量、加熱炉温および各ゾーン在席時間等の操炉実績６
に基づいて伝熱モデル７を作成し、スラブ毎に最適炉温
設定計算８を行った後、荷重平均９す・ることによって
、ゾーン毎の炉温設定値１０を算出していた。

ところが、本来、連続加熱炉の燃焼制御においては、ス
ラブ毎に異なる、仕上げ厚、材質、焼け具合等の変数を
総合的に判断して制御する必要があるが、従来の厳密な
制御理論をそのまま適用することはきわめて困難である
。そこで本発明では、上記荷重平均９の算出にあたり、
まず、各スラブにより異なる特性である仕上げ厚、材質
、焼け具合、等をパラメータとして、ファジィ・ルール
１１を適用して、各スラブ１２の重みを出し、これに基
づいて荷重平均９を算出することを特徴としている。

以下本発明における炉温設定値の具体的算出方法を詳細
に説明する。

まず、各スラブ毎の最適な炉温設定値は以下のようにし
て求められる。

４ゾーンからなる加熱炉内に０本のスラブがあるとして
、伝熱モデルを用いて、現在スラブ温度、各ゾーンの在
席時間より、抽出時の予想温度Ｔｉ（ｉ−１〜ｎ）を求
める。

今、基準となる操作条件のうち第にゾーン（ｋ＝１〜４
）の炉温をΔＴＦのみ変化させた時、スラブｉの抽出時
の予想温度がΔＴｉｋ変化したとすると、次の式が成り
立つ。

ΔＴｉｋ−αｉｋΔＴ　Ｆ　　　　　　　　　　　（１
）但し、α１にはｉスラブの抽出時の予想温度変化に対
する第にゾーン炉温変化の影響係数であり、θＴＦｋ で表わされる。

したがって、スラブ予想温度変化ΔＴ１は以下のような
１次結合式で表される。

ΔＴｉ−αｔｌΔＴＦＩ＋α１２ΔＴＦ２＋αｉ３ΔＴ
Ｆ３＋αｉ４ΔＴＦ４　　　　　　　　　　　（２１次
に１スラブについて、各ゾーンの炉温設定値は以下の評
価基準を用いて求める。

（１）制約式 ％式％ ■　隣合うゾーンの炉温差が一定値以下■　各ゾーンの
炉温設定値は下限値以上、上限値以下（設備上の制約） ■　スラブの均熱度が目標均熱度以下 の下で排ガス損失最小となる炉温設定値’ｉ’ｐｋ＋を
求める。すなわち、 ａｌｉＴＦｌｉ＋　ａ２ｉ　ＴＦＺｉ　　十−ａ３ｉ　
ＴＦ３ｉ＋　ａ４ｉＴＦ４ｉ→ｒｒｚｎ、　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（３）を満たすＴＦｋｉ
を求める。但し、ａｋ＋　（ｋ　＝　ｉ〜４）は各ゾー
ンの設定炉温に対する係数である。

一般に、加熱炉では燃焼ガスの流れは抽出口から装入口
へ向かって流れているため、抽出口の温度を高くして装
入口に近いゾーンの設定温度を低くした方が、排ガス損
失が少なくなる。すなわち、下流側ゾーンの負荷を高く
した方が排ガス損失が少ないことから、 ａ　ｌｔ　＞　ａ２ｉ　＞　ａ３ｉ　＞　ａ４ｉ　　　
　　（４）と選ばれる。

今、予熱帯に１１本、第１加熱帯に１２本、第２加熱帯
に１３本、均熱帯に１４本のスラブがあるとし、各ゾー
ン毎の炉温設定値ＴＦｋ（ｋ＝１〜４）はスラブ毎の炉
温設定値ＴＦｋｉの荷重平均によって求めるとすると、 の炉温設定値ＴＦｋを決定するための当該ゾーン在席ス
ラブ毎の炉温設定値に対する重み係数である。

次にファジィ・ルールを用いて上記重み係数を求める方
法を以下に示す。

本発明ではファジィ・ルールの記述として、もしくスラ
ブの仕上げ厚（ｔｉ）が薄く）がっ（スラブの材質（ｍ
ｉ）が重要）がっ（スラブの焼け具合（ΔＴｉ）が悪い
）ならば、（そのスラブの重み（ｗｉ）を大とせよ）、
を用いる。

すなわち、記号で示すと、 ■ＩＦ　（ｔｉ　＝Ｓ、　ＡＮＤ　　ｍｉ　＝Ｂ、　Ａ
ＮＤ　　△Ｔｉ＝Ｂ）　　ｔｈｅｎ　　ｗｉ＝Ｂ　　　
　　　　　　（９）という形になる。ここで前件部（Ｉ
Ｆ　（・・・）の部分）のパラメータ数が上記のように
３つの場合、ルール数としては２’＝８つを採用する。

すなわち、残りのルールは次のようになる。

■ＩＦ　（ｔｉ　＝Ｂ、　ＡＮＤ　　ｍ１＝Ｂ、　ＡＮ
Ｄ　　ΔＴｉＢ）　　ｔｈｅｎ　　ｗｉ＝ｓ　　　　　
　　　　　α０）■ＩＦ　（ｔｉ　＝Ｂ、　ＡＮＤ　　
ｍ１＝ｓ、　ＡＮＤ　　ΔＴｔＢ）　　ｔｌ＋ｅｎ　　
ｗｉ　＝Ｓ　　　　　　　　　　（Ｉυ■ＩＦ　（ｔｉ
　＝Ｓ、　ＡＮＤ　　ｍｉ　＝Ｓ、　ＡＮＤ　　ΔＴｉ
＝Ｂ）　　ｔｈｅｎ　　ｗｉ＝Ｍ　　　　　　　　　　
Ｑ２■ＩＦ　（ｔｉ　＝Ｂ、　ＡＮＤ　　ｍｉ　＝Ｂ、
　ＡＮＤ　　ΔＴｉ５）　　　ｈｅｎ　　ｗｉ　＝Ｍ　
　　　　　　　　　（１３■ＩＦ　（ｔｉ　＝Ｓ、　Ａ
ＮＤ　　ｍ１＝Ｂ、　ＡＮＤ　　ΔＴｉ５）　　　ｈｅ
ｎ　　ｗｉ＝Ｂ　　　　　　　　　　（１４）■ＩＦ　
（ｔｉ　＝Ｂ、　ＡＮＤ　　ｍ１＝Ｓ、　ＡＮＤ　　Δ
Ｔｉ＝Ｓ）　　　　ｔｈｅｎ　　　ｗｉ＝Ｍ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（１！９■ＩＦ　（ｔ
ｉ　＝Ｓ、　ＡＮＤ　　ｍ１＝Ｓ、　ＡＮＤ　　ΔＴｉ
＝Ｓ）　　　　ｔｈｅｎ　　　ｗｉ　＝Ｂ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　ＱＧ但し、Ｓ　：Ｓｍ
ａｌｌ　（小）　、Ｍ　：　Ｍｅｄｉｕｍ　（中）、Ｂ
：Ｂｉｇ（大）であり、添字１はスラブを示す。

ここで、Ｓ、Ｍ、Ｂをあいまい量として扱い、各々に対
してメンバーシップ関数を用いる。このメンバーシップ
関数として前記各パラメータに応じて、例えば第２図（
ａｌ、ｆｂｌ、（Ｃ）、（ｄｌに示すような形のものを
用いるものとする。

まず、ルールｊ　　（ｊ＝１〜８）について、前件部の
適合度ｖ１ｊを求める。一般に、前件ｒｘＡ」に対する
適合度はファジィ集合のＸにおけるメンバーシップ値で
表されるから、前件部が３次元の場合、その適合度は第
３図に示すように、ｖｉｊ＝ｍｉｎ　（μｔ　（ｔｉ）
　、　　ｕｒｎ　（ｍｉ）　。

８丁（ΔＴｉ）　）として求めることができる。ここで
ｍｉｎは最小値をとることを表す。

次に、ルール全体の推論結果を求めるため、次の式で表
されるメンバーシップ関数μｗｉ　（ｗ）を求める。す
べてのＷについて、 ｕｗｉ　（ｗ）　＝ｍａｘ　（ｖｉｌμｗｉｌ　（ｗ）
　、　　ｖｉ２μｗｉ２（ｗ）。

−・−・・ｖｉ８μｗｔ８　（ｗ）　１ここでｍａＸは
最大値をとることを表す。すなわち各ルールの推論結果
の重み付き平均として全体の推論結果を求めることを意
味する。

そして最終的に、ｕｗｉ　（ｗ）のメンバーシップ関数
の重心Ｗビを、 ｆ　ｕｗｉ　　（ｗ）　　ｗｄｗ を用いて求め、重心Ｗｉ°をスラブｉについての推論結
果とする。以上のようにして求めたＷｊ。

がスラブｉについての最終的な重みを示すものであり、
このＷｉｏを用いて、予熱帯、第１加熱帯、第２加熱帯
、均熱帯の各炉温設定値を求めることができる。例えば
、予熱帯の炉温設定値は、ｑ１ｗｉ゛として、前記式（
５）に代入して、として求める。第１加熱帯、第２加熱
帯、均熱帯についても同様に求めることができる。

なお、本発明では、ファジィ・ルールの前件部のパラメ
ータとして、仕上げ厚、材質、および焼け具合としたが
、この他に、スラブサイズ、炉内位置、抽出ピッチ、向
先等を追加することも可能である。また、メンバーシッ
プ関数として、直線近似としたが、曲線で近似してもか
まわない。さらに、あいまい量としてＳ（小）、Ｍ（中
）、Ｂ（大）を用いたが、これをさらに細かく分類して
もよい。

［実施例１ 次に実施例を示す。

まず、本実施例では、炉長：５０ｍ、炉巾：１２．７ｍ
、ゾーン数：４（予熱帯、第１加熱帯、第２加熱帯、均
熱帯）を有する加熱炉を用い、抽出目標温度＋１１８０
°Ｃ〜１２２０℃とした。また、使用したスラブに関す
る条件は、 巾ニア５０〜１３５０＋ｎｍ 厚：２２０〜２４０ｍｍ 長さ：　６．５〜１１．５ｍ 材質グレード＝１〜１０ 抽出ピッチ：平均１８ピース／Ｈ を採用し、スラブ本数約１００本について、従来法（平
均法）と本発明法との比較を行った。但し、ファジィ・
ルールのメンバーシップ関数を第２図に示すようなもの
とした。

結果を第１表に示す。

第　　１　　表 上表より明らかなように、本発明を適用すれば目標値か
らのバラツキが少なく、燃費節減が図れることがわかる
。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、オペ１ノー夕の操業方法
に最も近い炉温設定方法を提供することかでき、自動燃
焼制御の適用範囲が拡大し、かつ燃料消費量の低減並び
に抽出時のスラブの焼け不足、焼け過ぎの解消を図るこ
とができる。

【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フローシート
、第２図は、本発明におけるスラブの各パラメータにた
いするメンバーシップ関数を示す図であり、ｆａｔは仕
上げ厚、（ｂ）は材質、（Ｃ）は焼け具合、（ｄ）は重
みに対する同関数値を示す図、第３図は本発明の対象と
する連続加熱炉の概要を示す模式図である。 １・・・スラブ、 ２・・・予熱帯、 ３・・・第１加熱帯、 ・第２加熱帯、 ５・・・均熱帯、 Ｓ　−＝　Ｓｍａ　Ｉ　Ｉ、 Ｍ・・・ Ｍｅｄｉｕｍ。 Ｂ・・・Ｂｉｇ 第 図 Ａ主ヱ犀Ｌ （ｂ） 才＼１”グレードｍ 第 図 第 図 第 図 ｆｃ） Ｔ 重みν

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）搬送方向に複数ゾーンに分割された連続加熱炉に
   おいて、加熱炉内の各々の被加熱物毎の抽出目標温度に
   するための各ゾーン毎の炉温設定値を求め、この炉温設
   定値の各ゾーン毎の荷重平均値から当該ゾーンの炉温設
   定値を求める際に、荷重平均に用いる各被加熱物毎の重
   みを、仕上板厚、材質、焼け具合等をパラメータとする
   ファジィ・ルールを用いて決定することを特徴とする加
   熱炉における燃焼制御方法。