JPS5814855B2 - 多帯式加熱炉の炉温設定制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続加熱炉、特に多帯式加熱炉の燃料を最小ζ
こする炉温の設定方法に関する。

従来、炉湛制御装置に対する設定はオペレータの手動設
定によって行なわれることが多く、設定値としては操作
経験によって得られた値が用いられている。

この炉温設定では、第１にスラブ抽出時のスラブ平均混
度が目標範囲にあり、かつスラブの表面と内部との渦度
差が小さくなるように加熱することが要求される。

そして最も簡単ζここの要求を満す手段は、加熱初期に
できるだけ急速にスラブを加熱し、以後ほぼ一定の湿度
で均熱を行なうことが考えられる。

そして従来の手動運転では圧延ラインの状況（こ応じて
きめ細かに炉混設定を切り換えることが困難であったの
で、上記のような簡単な炉湛設定が行なわれる傾向にあ
った。

しかしながらこの方法を用いた場合、炉湛設定が全体的
に高くなり、燃料原単位がどうしても大きくなるという
欠点がある。

最近、省エネルギーの観点から炉内におけるスラブの分
布に応じて最適の炉淵設定値を計算機によって計算し、
その値を自動設定する方法が試みられている。

例えば特開昭５２−１１７８１８号では各加熱帯ごとに
炉温度を仮定し、該仮定炉渦度における炉の熱損失と鋼
片の予測抽出温度と目標抽出温度との偏差を求め、前記
熱損失ζこ第１の係数を掛けた値と前記偏差の二乗に第
２の係数を掛けた値との和が最小となるように各加熱帯
の炉温度を決定し設定する方法が提案されている。

このような従来の方法の共通点は、炉混とスラブ温度の
関係を利用していることにある。

しかし燃料と炉湿との関係については直接的に考えてい
ない。

そして求めた炉温パターンが燃料を長小にするものかど
うかについては言及されていないのである。

本発明の目的は、炉内の熱現象を考慮した最適な炉湛を
定を行なうこと（こより、炉の燃料原単位を改善する所
にある。

すなわち炉内の熱収支モデルから導かれる総熱料流量を
評価関数として用い、スラブの抽出条件？炉操業条件の
下で該評価関数を最小Ｑこする炉渦パターンを求め、炉
混制御装置の最適設定値として出力するようにしたこと
に特徴がある。

次（こ炉湿設定装置の具体的説明に先立ち、炉の熱現象
を表わす数式モテルＣこついて述べる。

第１図は３帯式連続加熱炉１の定常状態における熱移動
状況を示している。

■は加熱炉の第１帯、■は第２帯、■■は第３帯を示し
ている。

レキュペレータ１１は加熱炉１へ供給される空気を予熱
する働きをする。

Ｑｆ １ ， ＱＩ２ ， Ｑｆ３は加熱炉の第１帯、
第２帯、第３帯（こ供給された燃料の発熱量（Ｋｃａｌ
／Ｈ）を、ＱＡ１ ，ＱＡ２ ，Ｑｆ３は第１帯、第２
、第３帯に供給された燃料の発熱量を、ＱＡＩ ，ＱＡ
２ ，ＱＡ３は第１、第２、第３帯ζこ供給された空気
の顕熱（Ｋｃａｌ／Ｈ）、ＱＬ１ ， ＱＬ２ ，ＱＬ
３は第１、第２、第３帯の炉壁やスキツドなどから逃げ
る損失熱量（Ｋｃａ．ｅ／Ｈ）、Ｑは装入スラブの顕熱
（Ｋｃａｌ／Ｈ）、Ｑｏは抽出スラブの顕熱（Ｋｃａｌ
／Ｈ）、Ｑ Ｓは排ガスの顕熱（Ｋｃａｌ／Ｈ）を表わ
して（／）る。

そしてこれらの間には（１）式が成立する。

排熱回収装置（レキュペレータ）１１の効率は（６）式
で表わされる。

こ５で Ｔ′ ：レキュペレータ入口のガス温度ｇａｓ この時の空気予熱淵度ＴＰＲＥはＴｇａｓの関数として
（力式で表わされる。

ここでＣは排ガス発生に関する定数である。

式（力を（５）式に代入すると （６）式を用いると（８）式は次のように（８）′式で
表わされる。

式（８）′においてスラブ抽出時の顕熱Ｑｏ１炉の損失
熱量ＱＬｓ及びレキュペレーク入口の廃ガス湿度Ｔ′
は全て炉温分布が決まれば１義的；こ決まる。

すなわち式（８）または（８）′は炉温分布と燃料流量
の関係を表わす式である。

従って任意の炉混分布が与えられた時、それζこ対応す
る燃料流量の大きさを評価することができる。

一般に加熱炉を運転する場合さまざまな制約条件がある
。

（１１）〜（１５）式に制約条件の例を示す。こゾでθ
ＯＵＴ℃はスラブの平均渥度、屏ＭＴ ′Ｃ−４２） およびθＯＵＴ’Ｃはそれぞれスラブの最低温度および
最高温度、ΔθＯＵＴはスラブの表面と中心部との温度
差、Ａ ｒｇ？ＪＴ ’Ｃは前記湿度差の許容誤差、Ｔ
， ， Ｔ２， Ｔ３は各帯における温度の上限値を示
す。

，３＋討， ，｛″Ｏ）ＵＴ ＋Δ訊拓Ｔは圧延の作業
性により決定され、Ｔ］ ＭＸ ＋ Ｔ２ ＭＸ ＋
Ｔ３ＭＸは加熱炉の性能Ｑこより決定される。

（１１） ， （１２）式は抽出スラブの抽出条件を表
わしていて、αυ式はスラブの平均温度茹Ｕ’ｌｒ’を
’ＩＴｌｒＴ西殆Ｌの範囲になるように加熱することを
意味し、紹占Ｔは最小値、夙孔Ｔは最大値を表わしてい
る。

（１２）式でΔｄ９Ｔはあらかじめ定められた小さな値
で、（１２）式は抽出スラブの表面温度と中心部の温度
との差ΔθＯＵＴを目標値以■にする制約条件を表イつ
している。

（１３）〜（１５）式は各帯における温度の上限値Ｔ］
ＭＸ＋Ｔ２ ＭＸ ＋ Ｔ３ＭＸ Ｎ ’こ等しいか、
小さい値に制御を行なう制約条件を表わしている。

そして、上記のように旧）〜（１５）式を満組し、燃料
を最小にするような炉潟パターンが最適炉温パターンで
ある。

次に第２図Ｃこより燃料最小化の考え方について説明す
る。

先ず、ステップ２０１で異なるＮ組の炉温分布１１’Ｈ
−（ Ｔｒｉ ，Ｔ２ｉ ，Ｔ３１）を制約条件式（１
３）〜０５）式を満足する範囲から選ぶ。

次にステップ２０２で各分布（こ対応する抽出スラブ湛
度７ｆＯＵＴ ，ΔθＯＵＴを計算する。

この計算は、熱伝導方程式を差分近似して解くことが、
例えば『連続鋼片加熱炉における伝熱実験と計算方法』
（社団法人日本鉄鋼協会編、昭和４６．５）に述べられ
ているので、その計算については省略する。

このようにして抽出スラブの平均温度０ ０ＵＴが求ま
れば、スラブ抽出時の熱量Ｑｏ（Ｋｃａｌ／Ｈ）は次式
より求まる。

Ｑｏ−７ｏＵＴ−Ｃ８・Ｍ８ ・・・・・・・・・（
［６）ここで、Ｃｓ：スラブの比熱、Ｍ８：スラブ重量
。

また各炉帯からの損失熱量は炉帯渦度から次式Ｑこよっ
て求めることができる。

ここでα■，βＩは炉構造くこよって決まる定数で、あ
らかじめ定めた定数である。

さらにＴ′は第１帯の炉温の関数ｆ（Ｔρであり（例Ｔ
’ 一ξＴ１、ξ：定数）、Ｔ１が決まれば容易に求
めることができる。

これらのＱ。 ＱＬ，Ｔ／エ．の値を（８）式ζこ代入
し、考えているＮ組の炉渦分布ζこ対する燃料流量Ｖ（
Ｎｍ／Ｈ）がステップ２０３において計算される。

次Ｑこステップ２０４においてＮ組の各パターンに関し
て求めた■の中で最犬のものが選択され、ステップ２０
５においてｖｒｒｌａｘに対応する炉渦分布ＨＡが以下
に述べるような方法で修正される。

すなわちＶ最犬となる炉温分布ＨＡを除＜（Ｎ−１）ケ
の分布の重心Ｈ。

が求められＨＡを次のＨ／Ａに変更する。

こ５で 新たな炉渦分布Ｈ汰が条件（１３）〜（１５）式を満さ
なければδをより小にして前記条件を満足させるＨ矢を
求める。

次にステップ２０６ζこおいてこの新たな炉温分布、す
なわち炉温パクー看こ対してスラブの抽出混度’Ｏ Ｕ
Ｔ Ｎ スラブの表面と中心部との湛度差ΔθＯＵＴ
Ｎ流量Ｖを前述のようにして求める。

ステップ２０７においてスラブ抽出湛度、スラブの温度
差炉温分布が条件０υ〜α５）式を満たすかどうかチェ
ックし、満たしていなければ該条件を満たすようにステ
ップ２０５Ｃこおいて炉湛分布を再修正する。

この再修正は全ての条件（１１）〜（１５）式が成立す
るまで繰返す。

この計算が完了すると再び最犬の燃料流量を選びその炉
渦分布を修正する。

このように逐次燃料流量を低減していくと、燃料流量は
最適値に収束する。

収束条件としてはＮヶの燃料流量の標準偏差Ｓを次式に
よって求め、それがあらかじめ定められた値εより小（
こなった場合Ｑこ収束したとみなす（ステップ２０８）
。

この時Ｎヶの炉温パターンを平均し最適パターンとする
。

このようにしてスラブ抽出条件と炉操業条件を満し、燃
料を最小とする炉湛パターンが決まる。

次に第３図６こより本発明を３帯式加熱炉の炉湿設定ζ
こ適用した実施例Ｑこついて説明する。

１は３帯式加熱炉で１は予熱帯、■は加熱帯、■は均熱
帯と呼ばれる。

２ａ〜２ｃは炉帯渦度検出計、３ａ〜３ｃは燃料と空気
の混合体を供給し・燃焼するバーナ、４ａ〜４ｃは燃料
流量を制御する燃料自動装置、５３〜５ｃは炉渦制御装
置、６は本発明になる炉湛設定装置で、７は炉混パター
ン発生部、８はスラブ抽出温度予測計算部、９は該炉湿
パターン発生部７で作られた炉温パターンが最適パター
ンであるかどうかを判定する判定部、１０は該判定部９
で最適と判定された炉湛パターンを該炉渦制御装置５ａ
〜５ｃに炉娼設定値Ｔ］Ｐ＋Ｔ２Ｐ’ｌ Ｔ３Ｐとして
出力する炉渦設定出力部を表わす。

まず、炉温設定装置６について説明する。

炉混設定装置６では第２図ζこ示したフロー図Ｑこ従っ
た処理を行なう。

そして加熱条件、例えばスラブの装入や抽出のスケジュ
ール、スラブ厚が変化した場合に該加熱条件に対応する
最適炉湿パターンの演算を開始する。

すなイつち炉渦パターン発生部７で、炉操業条件０３）
〜（１５）式を満す範囲で、異なるＮヶの炉温パターン
Ｈ＜ （ ｉ二１〜Ｎ）を発生する。

スラブ抽出混度計算部８はこれらの炉温パターンを入力
し、その各々ζこ対するスラブ抽出時の平均温度拗ρＴ
，Δ品口修計算する。

判定部９は炉温パターン発生部７で演算されたスラブ抽
出温度７’ｌｌ）’ＵＴＩΔθ晶Ｔを入力し、さらＯこ
それζこ対応する炉漉パターンＨ１を炉温パターン発生
部７より入力し、（８）′より燃料流量Ｖｉ を計算す
る。

Ｎヶの燃料流量Ｖ１ （ｉ二１〜Ｎ）の中で最大となる
燃料に対応する炉湿パターンＨｉを選び出し、炉湿パタ
ーン発生部７に対し炉渦パターンＨ，＆こ修正を要求す
る。

炉渦パターン発生部７は該要求（こ対し、０８）氏に基
ずく炉渦パターンの修正を行なう。

たたし制約条件（１３）〜（１５）式を満すように修正
する。

スラブ抽出温度計算部８は該修正された炉湿パターンＨ
′に対し抽出スラブ湿度ｎｏＵＴ（」），ΔθＯＵＩ”
（」）を計算する。

判定部９はこれらのＩＩ′ＯＯＵＴ（」），ΔθＯＵ・
ｒ（」）を人力しスラフ抽出条件旧），（１２）式を満
しているかどうかをチェソクし、もし制約条件０υ，（
１２）式を満さない場合、Ｈ′の再修正を炉湿パターン
発生部７Ｑこ対して要求する。

炉温パターン発生部７はＨ′のまイつりで微小なる炉渦
パターン修正を行い、再び抽出渦度ｆ） ｏｕＴ（ｊ）
，ΔθＯＵＴ （ｊ）がスラブ抽出条件圓，０クを満
すかどうかチェックする。

このよう６こしてすべての制約条件（１１）〜（１５）
を満す範囲から新らしい炉温パターンＨ１を発生する。

新らしい炉渦パターンＨＪが決まったとき、それに対応
する燃料流量Ｖ を求め、残りのＮ−１ヶの燃料流量Ｖ
１ （ｉ＝１〜Ｎ，ｉ＼」）との組をつくる。

次に判定部９はこれらのＮヶの燃料の組から最大なるも
のを選び出し、それに対応する炉温パターンを再び修正
する。

以上の手続きを繰返すことにより、Ｎヶの燃料流量はあ
る１つの値（こ収束する。

このときＮヶの炉湿パターンＨ，（ｉ＝１〜Ｎ）も１つ
の炉温ハターンＨＰに近ずくので、これを最適炉混パタ
ーンとする。

なお、収束したかどうかは、例えばα９）式で示される
Ｎヶの燃料流量の標準偏差Ｓが、あらかじめ定められた
値Ｓｍ１ｏ以下６こなったかどうかＱこよって判定する
。

炉湛設定装置６で決定された炉温設定値ＴＩ Ｐ ＋Ｔ
２ＰＩ ＴａＰが炉渦制御装置５８〜５ｃに設定される
と、炉温制御装置５ａ〜５ｃは炉温検出器２ａ〜２ｃで
検出された炉帯温度ＴＩ ＋ Ｔ２ ＋ Ｔ３と設定値
ＴＩＰ ＋ Ｔ２ＰＩ Ｔ３Ｐとの偏差に応じて燃料流
量の設定値Ｖ１Ｐ，Ｖ２Ｐ，■３Ｐを決定し、燃料流量
制御装置４ａ，４ｂ，４ｃに設定値として出力される。

燃料流量制御装置４ａ，４ｂ，４ｃはその設定値に応じ
て図示していない燃料供給系の弁開度を調節し燃料供給
量を変える。

これによって各炉帯の温度が炉渦設定装置６で決定され
た値に制御される。

本発明の実施例によればスラブ抽出条件、操業条件を満
足して燃料流量を最小にする炉湛パターンでスラブを加
熱することができる。

以上の実施例は３帯式加熱炉につ戸て述べたが、本発明
は３帯式加熱炉Ｃこ限らず、炉帯数がいくつであっても
適用することが可能である。

本発明によれば燃料流量とスラブ加熱の関係を考慮して
炉温パターンを決定するので燃料流量の低減の効果が大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は３帯式加熱炉の構成を、第２図は炉湛パターン
設定値の演算処理フローを第３図は本発明の実施例を説
明するための説明図をそれぞれ示す。 １・・・・・・加熱炉、２ａ，２ｂ，２ｃ・・・・・・
炉温検出計、３ａ ，３ｂ ，３ｃ・・・・・・燃焼用
バーナー、４・・・・・・燃料制御装置、６・・・・・
・炉温設定装置、７・・・・・・炉湿パターン発生部、
１０・・・・・・炉温設定値出力部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の炉帯の炉温検出信号と炉湛設定値との偏差に
   基づいて炉混を制御する方法において、以下のステップ
   から成ることを特徴とする多帯式加熱炉の炉渦設定制御
   方法。 ａ 装入されるスラブまたは在炉スラブの少なくとも一
   本のスラブＣこついてあらかじめ定められた抽出温度に
   なるような複数の昇温パターンＱこおける燃料流量を計
   算するステップ、 ｂ 該計算された燃料流量のうち最小燃料流量となるス
   ラブ昇温パターンを選択するステップ、Ｃ 該選択され
   た昇温パターンに基づいて現時点からあらかじめ定めら
   れた時間後のスラブの目標温度を予測するステップ、 ｄ 現時点のスラブ温度から該あらかじめ定められた時
   間後のスラブ湛度を予測計算するステップ、 ｅ 該ステップＣでの予測目標温度と該ステップｄでの
   予測スラブ湛度との偏差を求めるステップ、 ｆ 該ステップｅで求めた湿度偏差値（こ基づいて該炉
   温の湿度設定値を修正するステップ、ｇ 該修正された
   炉帯温度設定値になるように炉温制御を行なうステップ
   。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載（こおける炉帯温度
   設定値を修正するステップにおいて、該温度偏差値の平
   均値Ｑこ基づいて尚該炉帯の温度設定値を修正するステ
   ップを有すること。 ３ 前記特許請求の範囲第１項記載における炉帯温度設
   定値を修正するステップＱこおいて、該温度偏差値の２
   乗和（こ基づいて当該炉帯の淵度設定値を修正するステ
   ップを有すること。 ４ 前記特許請求の範囲第１項記載における炉帯温度設
   定値を修正するステップにおいて以下のステップを有す
   ること。 ａ 該温度偏差値の平均値の符号に基づいて当該炉帯の
   湿度設定値を修正する極性を決定するステップ、 ｂ 該決定された符号に応じてあらかじめ定められた粋
   正温度値たけ修正を行なうステップ。 ５ 前記特許請求の範囲第１項記載Ｑこおける複数昇温
   パターンにおける燃料流量を計算するステップζこおい
   て、昇温パターンに応じたスラブ抽出時の顕熱（ロ）０
   λ加熱炉の排ガス温度（Ｔ５）、炉壁およびスキツドか
   らの損失熱量（ＱＬ）の少なくとも１つを計算し、該計
   算値の関数として燃料流量を計算すること。 ６ 前記特許請求の範囲第１項記載ζこおけるスラブ昇
   温パターンを選択するステップζこおいて以下のステッ
   プを有すること。 ａ 複数炉渦パターンにおける燃料流量を計算してその
   中から燃料流量計算値が最も大きい炉温パターンを選択
   するステップ、 ｂ 該選択された昇湛パターンでの燃料流量計算値を減
   少させる新たな炉温パターンを決定するステップ、 Ｃ 該決定された新たな炉湛パターンを含む該複数炉温
   パターンＱこおける燃料流量を計算するステップ、 ｄ 該ａ ＝ ｃのステップを繰り返し該燃料流量が最
   小となる炉湛パターンを選択するステップ。