JPH0360887B2

JPH0360887B2 -

Info

Publication number: JPH0360887B2
Application number: JP11885782A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ueda; Shinichiro Muto; Natsuki Saikawa; Tomio Yamada; Hisashi Ezure
Original assignee: Toshiba Corp; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1991-09-18
Also published as: JPS599125A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、スラブ等の被加熱材料を加熱する加
熱炉の炉温設定方法に係るもので、特に被加熱材
料の炉幅方向すなわち長さ方向の温度勾配を所定
の値に確保し、かつ、被加熱材料を目標温度に保
持する炉幅方向の炉温設定方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

加熱炉たとえば連続スラブ加熱炉（以下、単に
〓加熱炉〓と呼ぶ）ではエネルギーの消費量を最
小に抑えながら被加熱材料（以下〓スラブ〓とい
う）を後工程に適した温度に加熱するとともに目
標の生産量を確保するように操業されなければな
らない。

第１図は、代表的な加熱炉を示したブロツク図
である。

スラブ１は装入口３から抽出口４まで炉壁１０
に囲まれた予熱帯１０１、加熱帯１０２、均熱帯
１０３を通過する間に加熱され抽出目標温度にて
抽出される。各帯の炉内温度計５で検出された炉
内温度は減算器９へ帰還され、各帯の炉温は炉温
制御装置６によりバーナ２を操作し、オペレータ
の設定値θ^REF _gになるよう制御される。また、スラ
ブ１はその長さ方向が加熱炉の炉幅方向になるよ
うに装入される。

一般に、加熱炉以後の圧延の工程においては、
製品の寸法や品質をよくするため、スラブ長さ方
向の温度勾配を所定の範囲に抑える必要がある。
このため、加熱炉抽出後の各工程におけるスラブ
長さ方向の温度降下分を考慮して、抽出時のスラ
ブ長さ方向の温度に勾配をつける操業が行なわれ
ている。これは加熱炉の炉幅方向つまり在炉スラ
ブにとつては長さ方向の炉内温度に勾配をつける
ことにより実現できる。

従来、スラブ長さ方向に温度勾配をつける場合
は、オペレータの経験と勘に基づいて炉幅方向の
炉温制御装置の炉温設定を行なつていた。

さらに、近年、計算機の普及により、加熱炉シ
ステムにも計算機が導入されるようになり、時々
刻々のスラブ温度の計算をはじめ、所定のスラブ
温度を得るための設定炉温の計算等複算な演算処
理が可能になつたが、まだ十分な計算機制御をみ
るに至つていない。

〔発明の目的〕

ここにおいて本発明は、上記の点に鑑み、スラ
ブの温度を目標値に確保し、スラブの長さ方向の
温度勾配を所定の値に確保する炉温を計算機の演
算により、精度よく設定する手段であり、製品の
寸法、品質の向上に寄与する加熱炉の炉温設定方
法を提供することを、その日的とする。

本発明は、加熱炉の炉幅方向にその長さ方向が
置かれて装入される被加熱材料の温度及び長さ方
向の温度勾配を炉温制御装置を用いて制御する加
熱炉の炉温設定方法において、前記加熱炉に装入された被加熱材料の第１の所
定点の所定温度と、前記第１の所定点より前記長手方向に所定距離
離れた第２の所定点の所定温度と、前記温度勾配の設定値と、前記所定点の現在時刻より一定時間後の前記被
加熱材料の目標温度とから、炉温を算出し設定することを特徴とする加熱炉の炉温設定方法である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

各図面において同一符号は同一もしくは相当部
分とする。

第２図に表わす加熱炉を進行しているスラブと
ある帯をＡ−A′で切つた断面図を第３図に示す。
ただし、説明を簡単にするため、この帯の上部と
下部の炉温は等しい考え、第３図では上部のみを
表わしている。

第３図に示すように、炉幅方向に炉温制御装置
６１，６２が２台ある。

いま、設定炉温θ^REF _g1が与えられると炉内温度計
５１、減算器９１及び炉温制御装置６１によりバ
ーナ２１を操作し、炉内温度がθ_g1に保たれる。
設定炉温θ^REF _g2が与えられた場合にも同様に、炉内
温度計５２、減算器９２及び炉温制御装置６２に
よりバーナ２２を操作し、炉内温度θ_g2に保たれ
る。従つて、２台の炉温制御装置６１，６２に、
各々設定炉温θ^REF _g1、θ^REF _g2を与えれば、炉幅方向に
炉温勾配をつくることができる。

しかして、炉内温度計５１及び５２の直下にあ
るスラブ１上の位置をスラブ先端部よりx₁及びx₂
とし、スラブ上位置x₁におけるスラブ上表面温度
をθ_S1、同位置におけるスラブ厚さ方向の平均温
度（以後、単に平均温度とは厚さ方向の平均温度
という）をθ_M1、スラブ上位置x₂におけるスラブ
上表面温度をθ_S2、同位置における平均温度をθ_M2
とする。

スラブ長さ方向の温度勾配は、スラブ上位置x₁
における平均温度θ_M1と位置x₂における平均温度
θ_M2を結ぶスラブ長さ方向の勾配である。

従つて、スラブ長さ方向の温度勾配は、スラブ
上位置x₁における平均温度θ_M1と位置x₂における
平均温度θ_M2の差（以後、スラブ長さ方向の温度
差という）Δθ_Mできまる。すなわち、スラブ長さ
方向の温度勾配を所定の値に確保することは、こ
のスラブ長さ方向の温度差Δθ_Mを所定の値に確保
することである。

本発明は、このスラブ長さ方向の温度差Δθ_Mを
所定の値に保つ炉温設定値θ^REF _g1及びθ^REF _g2を求める
ことにある。

ここで、時間の経過にともなうスラブ温度の変
化が第４図に示す場合を考える。

現在時刻t₀におけるスラブ上位置x₁での表面温
度をθ_S1（t₀）、平均温度をθ_M1（t₀）とし、スラブ上
位置x₂における表面温度をθ_S2（t₀）、平均温度を
θ_M2（t₀）とする。

一定時間Δt後に、スラブ長さ方向の温度差Δθ_M
を所定の温度差Δθ^REF _Mにし、スラブ上位置x₂にお
ける平均温度θ_M2（t₀＋Δt）を目標温度θ^REF _Mに確保
する場合を考える。すなわち、スラブ上位置x₂に
おける平均温度θ_M2をスラブの温度の代表点とす
る。

ところで、所定のスラブ長さ方向の温度差
Δθ^REF _Mは加熱炉抽出後の工程における温度降下を
考慮して与えられるものであり、目標温度θ^REF _Mは
抽出時刻に抽出目標温度が確保され、省エネルギ
ーを考慮したスラブ温度昇温パターンより、炉内
スラブ位置毎に与えれらるものである。

時間（t₀＋Δt）における平均温度θ_M1（t₀＋Δt）
は、炉温θ_g1からの伝熱量q₁₁および炉温θ_g2からの
伝熱量q₂₁を受けて θ_M1（t₀＋Δt）＝θ_M1（t₀）＋（２／cρhq₁₁＋q₂₁）・Δt…(1式) q₁₁＝σΦ₁₁｛θ⁴ _g1k−θ⁴ _S1k（t₀）｝…(2式) q₂₁＝σΦ₂₁｛θ⁴ _g2k−θ⁴ _S1k（t₀）｝…(3式) となる。ただし、 σはステフアンボルツマン定数、ｃは比熱、 ρは密度、ｈは厚み、 Φ₁₁は炉温θ_g1からスラブ上位置x₁への実験等に
より求められる熱吸収率 Φ₂₁は炉温θ_g2からスラブ上位置x₂への実験等に
より求められる熱吸収率、ｋは絶対温度を示す添字、である。

このとき、表面温度θ_S1（t₀＋Δt）は、本発明に
おいて解明された表面温度とスラブ内部平均温度
に関係づけその平均温度を制御するための熱伝導
解析により、 θ_S1（t₀＋Δt）＝θ_M1（t₀＋Δt）＋k₁（q₁₁＋q₂₁）…(4式) ここに、k₁はスラブ１により決る定数である。
と表わすことができる。

全く同様に、スラブ上位置x₂については、 θ_M2（t₀＋Δt）＝θ_M2（t₀）＋２／cρh（q₁₂＋q₂₂）・Δt…(5式) q₁₂＝σΦ₁₂｛θ⁴ _g1k−θ⁴ _S2k（t₀）｝…(6式) q₂₂＝σΦ₂₂｛θ⁴ _g2k−θ⁴ _S2k（t₀）｝…(7式) ただし、 Φ₁₂は炉温θ_g1からスラブ上位置x₂への熱吸収
率、 Φ₂₂は炉温θ_g2からスラブ上位置x₂への熱吸収
率、である。

また、 θ_S2（t₀＋Δt）＝θ_M2（t₀＋Δt）＋k₁（q₁₂＋q₂₂）…(8式) となる。

ここで、時刻（t₀＋Δt）における、所定のスラ
ブ長さ方向の温度差をΔθ^REF _Mとすれば θ_M1（t₀＋Δt）＝θ_M2（t₀＋Δt）＋Δθ^REF _M…(9式
) の関係にあり、時刻（t₀＋Δt）に目標温度θ^REF _Mに
加熱するためスラブ上位置x₂における平均温度
θ_M2（t₀＋Δt）は θ_M2（t₀＋Δt）＝θ^REF _M …(10式) とおく。このとき（９式）と（10式）より、スラ
ブ上位置x₁における平均温度θ_M1（t₀＋Δt）は θ_M1（t₀＋Δt）＝θ^REF _M＋Δθ^REF _M …(11式) となる。従つて（２式）、（３式）及び（11式）を
（１式）に代入したものと、（６式）、（７式）及び
（10式）を（５式）に代入したものを連立して、
炉温θ_g1と炉温θ_g2について解くと、 θ_g1＝〔cρh／2Δtσ｛（Φ₂₂−Φ₂₁）θ^REF／_M＋Φ₂₂Δθ^REF／_M−Φ₂₂θ_M1＋Φ₂₁θ_M2｝／Φ₁₂Φ₂₂−
Φ₁₂Φ₂₁※ ※＋Φ₂₂（Φ₁₁＋Φ₂₁）θ⁴／_slk−Φ₂₁（
Φ₁₂＋Φ₂₂）θ⁴／_slk／〕^1/4−273…（12式） θ_g2＝〔cρh／2Δtσ｛（Φ₁₂−Φ₁₁）θ^REF／_M＋Φ₁₂Δθ^REF／_M−Φ₁₂θ_M1＋Φ₁₁θ_M2｝／Φ₁₂Φ₂₁−
Φ₁₁Φ₂₂※ ※＋Φ₁₂（Φ₁₁＋Φ₂₁）θ⁴／_slk−Φ₁₁（
Φ₁₂＋Φ₂₂）θ⁴／_slk／〕^1/4−273…（13式）となる。

すなわち、現在時刻t₀におけるスラブ上位置x₁
の平均温度θ_M1（t₀）と表面温度θ_S1（t₀）、位置x₂の
平均温度θ_M2（t₀）と表面温度θ_S2（t₀）及び所定の
スラブ長さ方向の温度差Δθ^REF _Mと目標温度θ^REF _Mよ
り、（12式）と（13式）で炉温θ_g1と炉温θ_g2を求
め、各々、炉幅方向の炉温制御装置６１，６２の
設定値をθ^REF _g1、θ^REF _g2とすれば、現在時刻t₀よりΔ
t
時間で所定のスラブ長さ方向温度勾配をつけるこ
とができ、かつ、スラブ温度を目標温度に確保す
ることができる。

以上は、スラブ１本の長さ方向に温度勾配をつ
ける方法である。

連続加熱炉では、スラブ１本の長さが短い場合
には炉幅方向に２本のスラブを装入するいわゆる
２列装入が行なわれる。この２列装入の場合に前
述の炉幅方向の炉内温度勾配の考え方を利用すれ
ば、炉幅方向に炉温勾配をつけることによつて、
２本のスラブを独立に目標温度に加熱することが
可能である。

以下、第５図を用いてこの本発明の他の実施例
を具体的に説明する。

炉幅方向に２本のスラブS₁，S₂が装入されてい
る場合を考え、スラブS₁を一定時間Δt₁で目標温
度θ^REF _M1に加熱し、スラブS₂を一定時間Δt₂で目標
温度θ^REF _M2に加熱するための炉幅方向の炉温を求め
ることにする。

まず、現在時刻t₀におけるスラブS₁の平均温度
をθ_M1（t₀）、表面温度をθ_S1（t₀）とし、スラブS₂の
平均温度をθ_M2（t₀）、表面温度θ_S2（t₀）とする。

いま、スラブS₁をΔt₁時間で、炉温θ_g1にて加熱
したとすると、時刻（t₀＋Δt₁）におけるスラブ
S₁の平均温度は、（２式）と（３式）の伝熱量
q₁₁、q₂₁を用いて θ_M1(t₀+Δt₁) ＝θ_M1(t₀)＋２／c₁ρ₁h₁(q₁₁+q₂₁)Δt₁ …(14式) ただし、 c₁はスラブS₁の比熱、 ρ₁はスラブS₁の密度、 h₁はスラブS₁の厚み、となる。

同様に、スラブS₂をΔt₂時間で、炉温θ_g2にて加
熱したとすると時刻（t₀＋Δt₂）におけるスラブ
S₂の平均温度は（６式）と（７式）の伝熱量q₁₁、
q₂₂を用いて θ_M2(t₀+Δt₂) ＝θ_M2(t₀)＋２／c₂ρ₂h₂(q₁₂+q₂₂)Δt₂ …(15式) ただし、 c₂はスラブS₂の比熱、 ρ₂はスラブS₂の密度、 h₂はスラブS₂の厚み、となる。

従つて、一定時間Δt₁でスラブS₁を目標温度
θ^REF _M1に焼くために θ_M1（t₀＋Δt₁）＝θ^REF _M1 …(16式) 同様に、一定時間Δt₂でスラブS₂を目標温度θ^REF _M2
に焼くために θ_M2（t₀＋Δt）＝θ^REF _M2 …(17式) とおく。

ここで（２式）、（３式）及び（16式）を（14
式）に代入したものと、（６式）、（７式）及び
（17式）を（15式）に代入したものを連立して、
炉温θ_g1、θ_g2について解くことができる。

すなわち、第５図でスラブS₁をΔt₁時間で目標
温度θ^REF _M1に加熱し、スラブS₂をΔt₂時間で目標温
度θ^REF _M2に加熱するには、上述の手段で決つた炉温
炉温θ_g1と炉温θ_g2を各々炉温制御装置６１と６２
の炉温設定値θ^REF _g1とθ^REF _g2として与えてやればよい
。

これらは、スラブ上の炉温を独立に設定するこ
とにより始めて可能となるもので、２列装入時の
スラブ温度を各々独立に確保できる点では極めて
有効な方法である。

第６図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図である。

Ｇは本発明の起動信号でスラブ１を加熱炉から
抽出するとき生起する抽出信号を使用しても一定
周期信号でもよい。信号Ｇの起動がかかるとまず
スラブ温度演算装置７で現在時刻t₀における対象
スラブ１のスラブ上位置x₁とx₂の平均温度θ_M1
（t₀）、θ_M2（t₀）及び表面温度θ_S1（t₀）、θ_S2（t₀）を計
算する。このスラブ平均温度と表面温度の計算は
（１式）〜（８式）の関係を用いて計算してもよ
いし、周知の熱伝導方程式を計算機による数値計
算可能な形にして時々刻々計算してもよい。

次に、スラブ温度演算装置７の出力つまりスラ
ブ上位置x₁における平均温度θ_M1（t₀）、表面温度
θ_S1（t₀）と、位置x₂における平均温度θ_M2（t₀）、表
面温度θ_S2（t₀）と、スラブ温度昇温パターンより
決る目標温度θ^REF _Mと、抽出時に必要なスラブ長さ
方向の温度勾配から決る対象スラブ炉内位置にお
ける所定のスラブ長さ方向の温度差Δθ^REF _Mとから、
炉幅方向に設定すべき炉温θ_g1、θ_g2を（12式）、
（13式）を用いて設定炉温演算装置８で計算する。
この設定炉温演算装置８の出力が、現在時刻t₀よ
りΔt時間の間に設定すべき炉温θ^REF _g1、θ^REF _g2とな
る。

この結果、スラブ上位置x₁の直上炉温がθ^REF _g1に
なるよう炉内温度計５１及び炉温制御装置６１に
よりバーナ２１が調節される。同様にスラブ上位
置x₂の直上炉温がθ^REF _g2になるよう炉内温度計５２
及び炉温制御装置６２によりバーナ２２が調節さ
れる。

〔発明の効果〕

かくして、本発明によれば、スラブを加熱炉か
ら抽出時に、後工程より要求されるスラブ長さ方
向の温度勾配をつけることができる。しかも、計
算機による時々刻々のスラブ温度の計算を行なつ
ているので、対象スラブの厚み変化や指定された
スラブ長さ方向の温度勾配の値の変化に対して、
極めて精度よく炉温設定が可能である。このため
製品の品質、寸法精度の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続スラブ加熱炉の全体を表わす概要
図、第２図は加熱炉のある帯の平面図、第３図は
そのＡ−A′についての断面図における本発明の
一実施例の説明図、第４図はその各変数の温度一
時間特性図、第５図は本発明の他の実施例の説明
図、第６図は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図である。１，S₁，S₂…スラブ、２，２１，２２…バー
ナ、３…装入口、４…抽出口、５，５１，５２…
炉内温度計、６，６１，６２…炉温制御装置、７
…スラブ温度演算装置、８…設定炉温演算装置、
９，９１，９２…減算器、１０…炉壁。

Claims

【特許請求の範囲】１炉幅方向に温度勾配をつけることが可能な炉
温制御装置と炉幅方向の炉温を検出する温度計を
備え、現在時刻より一定時間後に被加熱材料の温度を
目標値に確保し、被加熱材料の炉幅方向である長さ方向の温度勾
配を所定の値にする炉幅方向の炉温を設定する加
熱炉の炉温設定方法において、加熱炉の現在時刻での炉幅方向の一方の加熱手
段のある位置の被加熱材料の表面温度から導出さ
れる平均温度と、ならびに炉幅方向の他方の加熱
手段のある位置の被加熱材料の表面温度から導出
される平均温度と、現在時刻から一定時間後の次の加熱手段のある
位置の被加熱材料の表面温度から導出される平均
温度と、ならびに炉幅方向の他方の加熱手段のあ
る位置の被加熱材料の表面温度から導出される平
均温度と、所定の被加熱材料長さ方向の温度勾配から、前記炉幅方向の炉温を設定することを特徴とする加熱炉の炉温設定方法。