JPH04276029A - 連続式加熱炉の炉温制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続式加熱炉の炉温を制
御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は従来のウォーキングビーム連続式
加熱炉の概略の構成を示す模式図である。

【０００３】図１において、参照符号１は加熱対象の金
属材料である鋼片を、同２は連続式の加熱炉２をそれぞ
れ示している。なお、鋼片１は図１上で加熱炉２の左側
の装入口２２から装入され、右側の抽出口２３から抽出
される。

【０００４】連続式の加熱炉２の装入口２２から装入さ
れた鋼片１は加熱炉２内の可動炉床、即ちウォーキング
ビーム３によって加熱炉２内の長手方向に設けられてい
る複数の燃焼帯２１，　２１…に連続的に移送される。 そして、鋼片１は燃焼帯２１，　２１…で加熱されつつ
抽出口２３方向へ移動し、最終的に圧延可能な所定の温
度に加熱されて装入口２２の反対側にある抽出口２３か
ら加熱炉２外へ送出される。

【０００５】ところでこのような加熱炉２では、鋼片１
を所定温度に加熱するために加熱炉２に投入される熱量
の約半分は損失熱として失われる。このため、それぞれ
の鋼片１，　１…を加熱処理した場合の抽出口２３にお
ける抽出温度条件を満足させつつ熱効率を改善し、且つ
燃料原単位の低減を図る目的で従来種々の炉温制御方法
が提案されている。

【０００６】例えば「特開昭５４−１１４４０５号公報
」の発明では以下に述べるような方法が提案されている
。

【０００７】まず、装入口２２に装入される鋼片１の装
入時の温度を求め、これから鋼片１の温度を伝熱計算に
より求め、また圧延時間及び圧延ギャップタイムから得
られた抽出ピッチからそれぞれの鋼片１，　１…の残存
炉時間を求める。次に求められた温度及び残存炉時間か
らそれぞれの燃焼帯２１，２１…の炉温を仮定して鋼片
１の予想抽出温度を求め、この予想抽出温度と目標抽出
温度とを比較する。そして、予想抽出温度が目標抽出温
度を上回っている場合は装入口２２側の炉温を下げ、ま
た下回っている場合は抽出口２３側の炉温を上げるよう
にそれぞれの燃焼帯２１，　２１…の炉温を修正し、予
想抽出温度が目標抽出温度に一致するまで上述の操作を
反復する方法である。

【０００８】また上述の方法とは別に、目標抽出温度条
件を満たし、且つ排ガスによる熱損失を減少させる目的
で、加熱炉２の装入口２２側の炉温を可能な限り下げる
ことによって炉温制御する方法も提案されている。つま
り、各燃焼帯２１の炉温を微小変動させることにより、
各燃焼帯２１の炉温変更量が鋼片１の抽出温度に及ぼす
割合、即ち影響係数を算出し、各燃焼帯２１の目標設定
炉温値を下記のような線形計画問題の解として求める方
法である。

【０００９】鋼片１の抽出時の鋼片平均温度が目標温度
以上の場合の制約条件式

【００１０】

【数１】

【００１１】と抽出時の鋼片均熱度が所定値以下の場合
の制約条件式

【００１２】

【数２】

【００１３】との下で目的関数

【００１４】

【数３】

【００１５】を最小とする炉温変更量ΔＴｉ　を求める
。

【００１６】なお、鋼片均熱度は抽出温度条件に従い、
鋼片１の内外温度差又はスキッドマークで定義される。

【００１７】また、Ｗｉ　はＷ１　＞Ｗ２　＞Ｗ３　＞
Ｗ４　とする。

【００１８】更に加熱炉２内には、寸法，目標抽出温度
等の条件が異なる複数の鋼片１が混在しているので、実
際の炉温設定においては各鋼片１を対象として求められ
た目標設定炉温値を平均化している。

【００１９】ところで、上述のような従来のいずれの炉
温制御方法においても、炉温を実際に変更するための燃
料供給量ｕの算出は加熱炉２の外部に設けられている炉
温制御装置４に委ねられている。

【００２０】図２は従来の連続式加熱炉の炉温制御系統
の概略の構成を示す模式図であり、参照符号４は炉温制
御装置を示している。

【００２１】この炉温制御系統では、目標炉温設定値ｒ
を炉温制御装置４に入力すると、目標炉温設定値ｒと実
績炉温値ｙとの偏差ｅが求められる。次いで、炉温を目
標炉温設定値ｒとするために必要な燃料供給量ｕが偏差
ｅに基く比例及び積分演算により算出され、算出された
燃料供給量ｕに従って燃料が図１に示されている加熱炉
２に供給されることにより、炉温が制御される。

【００２２】なお、前記実績炉温値ｙは加熱炉２に備え
られた炉内温度計により検出され、炉温制御装置４に入
力される。また、炉温制御装置４の制御パラメータは種
々の燃料供給量ｕ又は目標炉温設定値ｒの値に対する実
績炉温値ｙの値を求めて回帰演算する方法が採られてい
る。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
いずれの炉温制御方法においても、燃料供給量ｕは炉温
制御装置４により目標炉温設定値ｒと実績炉温値ｙとの
偏差ｅに基く比例及び積分演算により算出されるため、
加熱炉２の動特性が変動した場合には比例及び積分ゲイ
ンが動特性変動後の加熱炉２に対しては適正調節値とは
言えなくなる。このため、所望のタイミングにて炉温を
目標炉温設定値に整定することが困難であるという問題
がある。

【００２４】上述のような事情に鑑みて、本願出願人は
先に特開平２−２５４１２３号の発明を提案している。 この特開平２−２５４１２３号の発明は、負荷変動等の
外乱に起因して加熱炉の動特性変動が変動しても、燃料
供給量の変動量が目標炉温設定値と実績炉温値との偏差
及びその変動量に応じて自動的に調整されるようにして
、炉温を迅速に目標炉温設定値に整定するを可能とした
連続式加熱炉の炉温制御方法の提供を目的としたもので
あり、「連続式加熱炉への燃料供給量とその実績炉温値
及び目標炉温設定値とに基づき、炉温制御装置にて、実
績炉温値を目標炉温設定値になすのに必要な目標燃料供
給量を演算し、これに従い燃料を供給する炉温制御方法
において、目標炉温設定値に対する実績炉温値の応答関
係を規定する規範モデルを用い、所定の目標炉温設定値
に対応する規範モデルの出力を間接的な炉温設定値とし
て求め、該炉温設定値及び実績炉温値が一致するように
前記燃料供給量，　前記実績炉温値及び前記炉温設定値
に基づき、炉温制御装置の制御パラメータを調節するこ
と」を特徴としている。

【００２５】しかしこの特開平２−２５４１２３号の発
明では、実際の制御にさいして種々複雑な演算が必要で
あり、このため制御装置の負担が重く、また演算実行に
要する時間のために制御遅れが生じる可能性がある等の
問題がある。

【００２６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、負荷変動等の外乱に起因して加熱炉の動特
性変動が変動しても、燃料供給量の変動量が目標炉温設
定値と実績炉温値との偏差及びその変動量に応じて自動
的にファジィ推論により調整されるようにして、炉温を
迅速に目標炉温設定値に整定するを可能とした連続式加
熱炉の炉温制御方法の提供を目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は、連続式加熱炉
への燃料供給量とその実績炉温値及び目標炉温設定値と
に基づき、炉温制御装置にて、実績炉温値を目標炉温設
定値になすのに必要な目標燃料供給量を演算し、これに
従い燃料を供給する炉温制御方法において、目標炉温値
と実績炉温値との差及び実績炉温勾配を前記炉温制御装
置に入力してファジィ推論により目標燃料供給量を求め
、炉温設定値と実績炉温値とが一致するように燃料供給
量を制御することを特徴とする。

【００２８】

【作用】本発明の連続式加熱炉の炉温制御方法では、目
標炉温値と実績炉温値との差及び実績炉温勾配に基づい
て前記炉温制御装置によりファジィ推論に従って目標燃
料供給量が求められ、炉温設定値と実績炉温値とが一致
するように燃料供給量が制御される。

【００２９】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。

【００３０】図３は本発明方法に係る連続式加熱炉の炉
温制御方法の実施に使用される炉温制御系統を示す模式
図である。

【００３１】図３において、参照符号２は従来同様の加
熱炉を示しており、複数の燃焼帯２１が備えられている
。 各燃焼帯２１の炉温はそれぞれの燃焼帯２１の上下の位
置に設置されている炉内温度計９により検出され、炉温
制御装置４に入力されている。

【００３２】また各燃焼帯２１には上下の位置にそれぞ
れバーナ１２が設けられており、流量弁１１を介して燃
料が供給される。なお、各流量弁１１における流量調節
は燃料流量制御器１０により制御される。

【００３３】炉温制御装置４には、各燃焼帯２１に備え
られている炉内温度計９により測定された炉温値，　目
標炉温設定値ｒが入力され、上述の各燃料流量制御器１
０へ燃料供給量ｕを指示する信号を出力する。

【００３４】実績炉温値を目標炉温設定値ｒに一致させ
るために必要な、炉温制御装置４から各燃料流量制御器
１０へ出力されている燃料供給量ｕの変動量Δｕは下記
関数にて表される。

【００３５】Δｕ＝ｆ（Ｅ，ΔＥ）　　　　　　…（４
）但し、Ｅ＝ｒ−ｙ ｒ：目標炉温設定値 ｙ：実績炉温値 ΔＥ：実績炉温の変動量

【００３６】上述の式（４）　に含まれる変数Ｅ　（目
標炉温設定値と実績炉温値との偏差）　及びΔＥ（炉温
実績変動量）から燃料供給量の変動量Δｕを求めるので
あるが、通常の比例及び積分ゲインを用いて適性調整値
を求めることは困難である。そこで本発明では、ファジ
ィ推論を用いて燃料供給量の変動量Δｕを決定する。

【００３７】ファジィ制御規則は一般的には下記式（５
）　に示されているように表される。

【００３８】 　　　　Ｒｉ　＝ｉｆ　ｘ１　ｉｓ　Ａｉ１　ａｎｄ　
ｘ２　ｉｓ　Ａｉ２　ｔｈｅｎ　ｙ　ｉｓ　Ｂｉ　　　
…（５）　但し、ｉ＝１，　２…ｎ ｉ：制御規則の番号 ｘ１，　ｘ２　：前件部変数 ｙ１，　ｙ２　：後件部変数 Ａｉ１，Ａｉ２，Ｂｉ　：ファジィ変数

【００３９】本
発明では、前件部変数としてＥ及びΔＥを、後件部変数
としてΔｕをそれぞれ設定する。従って、本発明方法に
よる制御規則は具体的には下記式（６）　のようになる
。

【００４０】 　　　　Ｒｉ　＝ｉｆ　Ｅ　　ｉｓ　Ａｉ１　ａｎｄ　
　ΔＥ　ｉｓ　Ａｉ２　ｔｈｅｎ　ΔＵ　ｉｓ　Ｂｉ　
　　…（６）　但し、Ｒｉ　：第ｉ番目のｕに関する制
御規則

【００４１】次に、ファジィ変数を定める必要が
ある。 本発明方法においては、各変数　Ａｉ１，Ａｉ２，Ｂｉ
　は通常のファジィ制御規則に用いられる以下の７通り
の状態を有するとする。但し、これ以上の細分化も勿論
可能である。

【００４２】■　ＮＢ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｂｉｇ　　
　　：負で大）■　ＮＭ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｍｅｄｉ
ｕｍ　：負で中）■　ＮＳ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｓｍａ
ｌｌ　　：負で小）■　ＺＯ（Ｚｅｒｏ　　　　　　　
　　　　　：零）■　ＰＳ（Ｐｏｓｏｔｉｖｅ　Ｓｍａ
ｌｌ　　：正で小）■　ＰＭ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｍｅ
ｄｉｕｍ　：正で中）■　ＰＢ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｂ
ｉｇ　　　　：正で大）

【００４３】以上の各ファジィ
変数はメンバシップ関数にて表されるが、その一例を図
４に示す。図４において、横軸のスケールは各変数に対
して実際にとり得る値を用いてもよい。

【００４４】式（６）　及び上述の各変数の状態を定め
ると、たとえば表１に示されているような制御規則表が
得られる。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１は、Ｅ及びΔＥそれぞれが上述の７通
りの状態を採る場合に両者の組合せに応じてΔｕが上述
の７通りの状態の内のいずれを採るかを示している。

【００４７】このような表１の制御規則表及び図４に示
されているメンバシップ関数とから公知の手法、たとえ
ば一般的には重心法等を用いてΔｕを求めることが可能
になる。このようにして決定されたΔｕを用いて下記式
により燃料供給量ｕを決定する。

【００４８】ｕｉ　＝　ｕｉ−１　＋Δｕ　　　…（７
）但し、ｉ＝０，　１，　２　…ｎ ｕｉ　　　：今回の燃料供給量ｕ ｕｉ−１　：前回の燃料供給量ｕ

【００４９】図５は前述の従来方法により炉温制御を行
った場合の、また図６は上述の本発明方法により炉温制
御を行った場合のそれぞれ実績炉温値の計測結果を示す
グラフであり、いずれも目標炉温設定値ｒを１３００℃
としている。またいずれも、動特性を種々変動させた場
合における炉温の応答が実線，破線及び一点鎖線にて示
されている。

【００５０】図５の従来方法による制御結果では、制御
パラメータが固定されているため、いずれの動特性変動
に対しても炉温の応答は変動し、目標炉温設定値ｒに整
定されるまでにはかなりの時間を要している。

【００５１】これに対して図６に示されている本発明方
法による制御結果では、炉の動特性が変動しても燃料供
給量の変動量Δｕが目標炉温設定値と実績炉温値との偏
差Ｅ及びその変動量ΔＥに応じて自動的に調整されるた
め、炉温の応答変動はほとんど現れず、迅速に目標炉温
設定値ｒに達している。

【００５２】

【発明の効果】以上に詳述した如く、本発明方法によれ
ば、炉の動特性が変動しても燃料供給量の変動量が目標
炉温設定値と実績炉温値との偏差及びその変動量に応じ
て自動的に調整されるため、炉温の応答変動はほとんど
現れず、実績炉温値が迅速に目標炉温設定値に一致する
ように制御される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のウォーキングビーム連続式加熱炉の概略
の構成を示す模式図である。

【図２】従来の連続式加熱炉の炉温制御系統の概略の構
成を示す模式図である。

【図３】本発明方法に係る連続式加熱炉の炉温制御方法
の実施に使用される炉温制御系統を示す模式図である。

【図４】本発明方法に係る連続式加熱炉の炉温制御方法
の実施に使用されるメンバシップ関数を示す模式図であ
る。

【図５】従来方法により炉温制御を行った場合の実績炉
温値の計測結果を示すグラフである。

【図６】本発明方法により炉温制御を行った場合のそれ
ぞれ実績炉温値の計測結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　　　鋼片 ２　　　　加熱炉 ４　　　　炉温制御装置 ９　　　　炉内温度計 １０　　　　燃料流量制御器 １１　　　　流量弁 １２　　　　バーナ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　連続式加熱炉への燃料供給量とその実
   績炉温値及び目標炉温設定値とに基づき、炉温制御装置
   にて、実績炉温値を目標炉温設定値になすのに必要な目
   標燃料供給量を演算し、これに従い燃料を供給する炉温
   制御方法において、目標炉温値と実績炉温値との差及び
   実績炉温勾配を前記炉温制御装置に入力してファジィ推
   論により目標燃料供給量を求め、炉温設定値と実績炉温
   値とが一致するように燃料供給量を制御することを特徴
   とする連続式加熱炉の炉温制御方法。