JPH0327608B2 - - Google Patents

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JPH0327608B2
JPH0327608B2 JP58032812A JP3281283A JPH0327608B2 JP H0327608 B2 JPH0327608 B2 JP H0327608B2 JP 58032812 A JP58032812 A JP 58032812A JP 3281283 A JP3281283 A JP 3281283A JP H0327608 B2 JPH0327608 B2 JP H0327608B2
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JP
Japan
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temperature
furnace
zone
time
calculating
Prior art date
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JP58032812A
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English (en)
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JPS59159939A (ja
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Kenji Doi
Toshihiko Kawasumi
Yasuyuki Ikegami
Haruyoshi Kumayama
Shinya Tanifuji
Shoji Nishichi
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Hitachi Ltd
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Kobe Steel Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Kobe Steel Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00Process control or regulation for heat treatments

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加熱炉の温度制御にて燃料最小とな
る昇温パターンの決定方法に関する。
加熱炉の燃焼制御方式として、オンラインで昇
温パターンを決定する為に、非線形の燃料最小化
モデルを線形化する摂動シミユレーシヨン法(基
準状態と摂動状態に対し、シミユレーシヨンを行
なつて線形化係数を決定する方法)を使用してい
る。
従来、線形化係数および昇温パターン計算時、
炉の応答遅れを考慮せず、炉温をステツプ状に変
化させてシミユレーシヨンを行なつていた。その
ため、実際の材料の昇温傾向および炉の制御状態
とかけ離れた昇温パターンが決定されるという問
題があつた。
このため、現在炉温からある値修正したときの
炉温変化を予測し、この時間変化(炉温予測パタ
ーン)から計算した所定時間後の材料温度を、予
め与えられた材料の昇温パターンによる所定時間
後の材料温度と比較し、この偏差が満足するまで
炉温設定温度を修正計算する方式(例えば、特開
昭54−112709)も実用されている。しかし、この
方式は材料の昇温パターンが固定されているの
で、材料の炉帯滞在時間が変化することの多い連
続工程等においては対処に困難がある。
本発明の目的は、材料の昇温パターンをオンラ
インで決定することにより、実際の昇温状態に近
づけた昇温パターンの決定方法を提供することで
ある。
本発明は、昇温パターン計算において、炉の応
答性を考慮し、炉温を1次遅れ的に変化させるこ
とにより、昇温パターンを炉内の材料が実際に昇
得される昇温カーブに近づけた点を特徴とする。
一般的に、現在第MCH帯に在荷する鋼片が抽
出されるまでに投入される燃料総量J(予測値)
は、その鋼片が今後滞留する炉帯で投入される燃
料量の和として次式のごとく定義できる。
J=VMCH・τMCH+VMCH+1・τMCH+1 +……VNRO・τNRO ……(1) MCH:鋼片が現在在荷する炉帯ナンバー NRO:加熱炉の炉帯数 VI:第I帯での単位時間あたりの燃料流量 γI:第I帯に材料が滞留する時間 ここで、第MCH帯にある材料の最適燃焼方法
は、操業上の制約の範囲内で燃料総量Jを最小に
することと定義できる。
次に操業上の制約条件式を示す。
θL≦θ≦θU ……(2) ΔθL≦Δθ≦ΔθU ……(3) VI L≦VI≦VI U ……(4) ξ′I≦TI+1−TI≦ξI ……(5) TI L≦TI≦TI U ……(6) θL:抽出時材料平均温度下限値 θU:抽出時材料平均温度上限値 ΔθL:抽出時材料均熱度下限値 ΔθU:抽出時材料均熱度上限値 VI L:第I帯燃料流量下限値 VI U:第I帯燃料流量上限値 ξ′I:第I+1帯〜第I帯の炉温差下限値 ξI:第I+1帯〜第I帯の炉温差上限値 TI L:第I帯炉温下限値 TI U:第I帯炉温上限値 θ:抽出時材料平均温度 Δθ:抽出時材料均熱度 TI:第I帯炉温 (1)〜(6)式において抽出温度θ,Δθは炉温の組
{TI(I=MCH〜NRO)}により一義的に決ま
り、燃料流量VIも定常的な炉操業では炉温の組
に対して計算できる。したがつて(1)〜(6)式の燃料
最小化問題は(2)〜(6)式の条件を満足し、(1)式のJ
を最小にする炉温の組を見出すこととなる。
ここで、オンラインで昇温パターンを決定する
為(1)〜(6)式中のθ,Δθ,VIを炉温初期値の組
{(TK,O(K=MCH〜NRO)}のまわりで線形近似
する。
θ=θ0NROKmMCH αK(TK−TK,O) ……(7) Δθ=Δθ0NROKmMCH βK(TK−TK,O) ……(8) VI=VI0NROKmMCH γI (K)(TK−TK,O) ……(9) ただし、I=MCH〜NRO θ0,Δθ0,VI0:炉温初期値の組{TK,O}で材料を
加熱した場合の抽出時平均温度、均熱度、各炉
帯の燃料流量。
αK,βK,γI (K):炉温初期値の組{TK,O}のまわり
での影響係数を意味する。
線形近似を行つた結果、影響係数が求められ、
燃料を最小とする炉温の組TKは、最適化の一手
法である線形計画法により見い出されることとな
る。
さて、本発明では、影響係数の演算及び昇温パ
ターン演算時に炉の応答遅れを考慮し、実際の昇
温状態に近づけるようにする。
以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明す
る。
第1図は、本発明の加熱炉燃焼制御システムの
概要図を示している。1は加熱炉、2は加熱炉の
炉温検出器、3はバーナを示す。4は、2の炉温
検出器より得られる炉温データを定周期でサンプ
リングし、炉温設定値、燃料流量設定値よりバー
ナの燃料流量を制御するマイナ調節機である。
6は、4のマイナ調節機より得られる炉温デー
タを用い、炉内鋼片の鋼片温度計算を行う鋼片温
度演算装置である。9はCRTデイスプレイ装置
を示す。8はCRTデイスプレイ装置9のキーボ
ードより入力される鋼片の圧延計画に基づき炉内
鋼片の各炉帯での在炉時間を予測演算する在炉時
間演算装置である。7は前に述べたように、操業
上の制約の範囲内で燃料総量を最小とする鋼片温
度の推移、すなわち最適昇温パターンを決定する
昇温パターン演算装置を示す。5は7より得られ
る最適昇温パターンと、6より得られる鋼片温度
より、炉温設定値を演算し、4のマイナ調節機に
炉温設定値を出力する炉温設定値演算装置であ
る。
さて、最適昇温パターン演算装置7の演算コン
ピユータにより実現するためのフローチヤートを
第2図に示す。この処理は、大きく分けて、イ〜
ニの4ステツプからなり、これは更に10〜14′の
各ステツプからなつている。
スタートにより、先ず10のステツプで最適昇温
パターンを計算する鋼片温度と各炉帯の予測在炉
時間を読み取る。次に11のステツプで現在の制御
状態が維持された場合すなわち、炉温初期値
{TKO}で抽出まで加熱された場合の抽出時の鋼
片平均温度θ0、鋼片均熱度Δθ0、各炉帯での燃料
投入量の予測値VIOを算出する。ここまでガイの
ステツプである。
加熱炉内に在荷する鋼片が、放射により受ける
伝熱量Qは、ステフアンボルツマンの法則から、
(10)式で与えられる。
Q=4.88・φCG{(Tg+273/100)4−(θs+273/100
4 〔Kcal/m2hr〕 ……(10) Q:伝熱量 φCG:総括熱吸収率 Tg:燃焼ガス温度(炉温) θs:鋼片表面温度 したがつて、ステツプ11における鋼片温度の算
出は、(10)式により与えられた、伝熱量Qより熱伝
導微分方程式に変換して数値計算により行なわれ
る。
燃料流量は、炉帯内すべての鋼片の受熱量と、
炉帯の熱損失より、エネルギ保存則を利用し算出
される。
次に、第I帯の炉温を、TIOからTIO+ΔTに変
化させ、抽出時の鋼片平均温度θI、鋼片均熱度
ΔθI、各炉帯での燃料投入量の測定値VI (I)をステ
ツプ12〜14にて計算する。
すなわち、ステツプ12では、第I帯の炉温を
TIOからTIO+ΔTに制御する時に炉の応答遅れが
ある。この応答遅れを補償するために下記(12)
式で加熱炉の炉温の時間変化をシミユレーシヨン
する。
炉応答時定数は、(11)式にて与えられる。
TD(I)=γI/n ……(11) TD(I):第I帯の炉応答時定数 γI:第I帯の在炉時間 n:加熱炉の応答性より決定される定数(2〜
5の間の値) (12)式は、1次遅れ炉温計算式である。
TI′=TI(-) +TIO+ΔT−TI(-)/TD(I)Δγ ……(12) TI(-):前回計算時の1次遅れ炉温、初期値はTIO TI′:今回計算時の1次遅れ炉温 Δγ:1次遅れ炉温計算時間刻み ステツプ12で与えられるΔγ時間ごとの炉温
TI′を用いて、ステツプ13では(10)式を用い、鋼片
温度と、各炉帯の燃料流量を計算する。以上の動
作を抽出予定時刻までくり返し計算する(ステツ
プ14)。この12〜14のステツプがロのステツプで
ある。
次に、ステツプ15では下記式にて炉温初期値の
まわりでの線形化係数である影響係数を算出す
る。
αI=(θI−θ0)/ΔT (I=MCH〜NRO) ……(13) βI=(ΔθI−Δθ0)/ΔT (I=MCH〜NRO) ……(14) γI (K)=(vI (K)−vIO)/ΔT (I=MCH〜NRO,K=MCH〜NRO)
……(15) 更に、ステツプ16では、求められた影響係数を
(7)〜(9)式に代入し、(2)〜(6)式の制約の範囲内で(1)
式を最小とする最適炉温の組{TI(I=MCH〜
NRO)}を線形計画法により求める。15と16のス
テツプがハのステツプに相当する。次に、ステツ
プ12′〜14′は最適な材料の昇温パターンを得る行
程で、前述のステツプ12〜14と同様の手法により
行う。ステツプ12′では、炉温初期値TIOより最適
炉温TIまで制御する際の炉温の応答遅れを考慮
した炉温を計算する。そして、ステツプ13′では
鋼片温度計算を行なう。これらの演算は抽出予定
時刻までくり返し計算される(ステツプ14′)。
ここで得られた鋼片平均温度を時間の関数とし
たものが最適昇温パターンとなる。12′〜14′のス
テツプがニのステツプである。
第3図に、炉温の応答遅れを考慮した最適昇温
パターンの計算結果と、炉温の応答遅れを考慮し
ない最適昇温パターンの計算結果の比較を示し
た。Aは、炉温の応答遅れを考慮しない最適炉温
である。Cは、炉温の応答遅れを考慮しない最適
昇温パターンである。Bは炉温の応答遅れを考慮
した最適炉温であり、Dは炉温の応答遅れを考慮
した最適昇温パターンである。
本発明によれば、材料昇温パターンは加熱炉の
応答特性を考慮し、かつオンラインで決定できる
ので、実際に加熱される材料の昇温傾向に近付け
ることができ、燃料量を最小とする加熱炉の燃焼
制御において制御量を正確に決定できる効果があ
る。しかも、材料の在炉時間が変更しても、現状
からの材料昇温パターンが決定できるので、加熱
炉の実際の状況に柔軟に対処でき、加熱炉の操作
性、ひいては操業能率を著しく向上する効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、加熱炉燃焼制御システムの概略図を
示す。第2図は、本発明における最適昇温パター
ン決定方法例のフローチヤートを示す。第3図
は、炉温の応答遅れを考慮した場合と、炉温の応
答遅れを考慮しない場合の昇温パターンの計算結
果の比較図を示す。 1……加熱炉、2……炉温検出器、3……バー
ナ、4……マイナ調節器、5……炉温設定値演算
装置、6……鋼片温度演算装置、7……最適昇温
パターン演算装置、8……在炉時間演算装置、9
……CRT。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 加熱炉の制御量演算に利用される材料の昇温
    パターンを決定する方法において、 加熱炉に挿入される材料の現時点の材料温度と
    材料が加熱炉の各炉帯に在炉する予測在炉時間と
    から、現時点の各炉帯温度を維持した場合におけ
    る材料抽出時の材料平均温度θ0、均熱度Δθ0、各
    炉帯の予測燃料量Vi0を算出するステツプと、 前記各炉帯の温度を現時点の温度から一定値変
    化させた場合の炉温の時間変化を一次遅れ関数で
    シミユレーシヨンしながら、材料抽出予定時刻の
    材料平均温度θ1、均熱度Δθ1、各炉帯の予測燃料
    量Vi1を算出するステツプと、 前記2つのステツプで得られた材料平均温度
    θ、均熱度Δθ、各炉帯の予測燃料量Viの各変化
    を前記現時点の各炉帯温度のまわりで線形近似し
    て各線形化係数を算出するステツプと、 該各線形化係数を用いて、抽出時材料平均温度
    の制限値及び抽出時材料均熱度の制限値の範囲内
    で、材料が抽出されるまでに投入される燃料の総
    量を最小にするような前記各炉帯の最適炉温を算
    出するステツプと、 前記現時点の各炉帯温度から前記各炉帯の最適
    炉温まで変化させた場合の炉温の時間変化を一次
    遅れ関数でシミユレーシヨンしながら、材料平均
    温度を時間の関数として求めるステツプと、 を含むことを特徴とする加熱炉における材料の昇
    温パターン決定方法。
JP3281283A 1983-03-02 1983-03-02 加熱炉における材料の昇温パタ−ン決定方法 Granted JPS59159939A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000073126A (ja) * 1998-08-31 2000-03-07 Yokogawa Electric Corp 連続式加熱炉の燃焼制御方法

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