JPS5823447B2 - ヒ−トパタ−ンの最適化制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、連続焼鈍炉等において金属ストリップの進行
方向に沿った温度分布（ヒートパターン）を省エネルギ
に合うように最適化する制御方法に関するものである。

従来の連続焼鈍炉におけるヒートパターンは、焼鈍、脱
炭等の処理目的に応じて予め固定的に定められている場
合が多く、実際の操業ではこの決られた固定パターンを
維持するように努められている。

例えば第１図のようなヒートパターン（サイクル）の焼
鈍作業を例にとると、横軸（長さ）のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、
Ｅは連続焼鈍炉の各セクションであり、Ａは加熱炉、Ｂ
は還元炉、Ｃは徐冷炉、Ｄは急冷炉に対応している。

同図の縦軸は人トリップ温度であって、ＴＡ、ＴＢ、Ｔ
Ｏは、各Ａ、Ｂ部の出口ストリップ温度（’Ｃ）である
。

このヒートパターン（焼鈍サイクル）は、焼鈍に必要な
下限温度をＴｓ（’Ｃ）としたときに、冶金学的処理条
件の一つである「Ｔｓ’（’Ｃ）以上にｔｓ（秒）以上
ストリップ温度が保持されること」を満足するように定
められている。

第１図では温度ＴＢの前後に温度Ｔｓ以上となる領域（
斜線で示す）があり、この斜線領域をスｌ−ＩＪツブが
通過する時間がｔＳ （秒）以上となることで前記冶金
学的条件が満たされる。

ところで、第１図の斜線領域の横軸は長さであるから、
ストリップのライン速度に応じてその通過時間は変化す
る。

従って、従来は最高速のライン速度でストリップが上記
斜線領域を通過する際にも、ｔＳ（秒）以上要するよう
に、つまり温度ｔｓ以上の領域が長さ方向に長く存在す
るようにヒートパターンを固定的に設定していた。

このため、ストリップの断面積（幅×厚み）が大きくな
ってライン速度を低下させる（このようにしないと炉能
力から各部温度ＴＡ、ＴＢ・・・・・・を実現できない
）場合等は、上記斜線領域を通過する時間は最高速時に
比し不要に増大することになり、エネルギを無、駄に消
費することは免れなかった。

一方セクションＡ、Ｂは加熱炉、還元炉であり、炉の効
率は同一でないことが多い。

例えば加熱炉は直火炉、還元炉はラジアントチューブを
使用した間接炉であって、熱効率は前者の方が遥かによ
い。

か５る条件でＴＡ、ＴＢ、Ｔｃを選定して焼鈍炉全体の
熱効率が最大になるパターンを実現しようとするが、従
来法ではライン速度変化等を考えると最高効率で焼鈍作
業が行われてはいなかった。

本発明は上記した点に鑑みなされたもので、連続焼鈍炉
、脱炭炉等において金属ストリップの焼鈍あるいは脱炭
等の熱処理を行う際に、それらの冶金学的処理条件を満
足する範囲内で、異なる金属ストリップ条件に対し各部
出口のストリップ温度を自動的にかつ効果的に変化させ
ることにより炉全体としての省エネルギ化を図るもので
ある。

即ち、冶金学的要件を満足する範囲で最も大きな省エネ
ルギ効果を生み出す為のヒートパターン制御法を提供す
るものである。

近年省エネルギ化の必要性が多方面で強調されているが
、連続焼鈍炉等ではヒートパターンを最適化することに
より、省エネルギ化が可能であり、またこれを行う為に
必要な技術、つまり炉内各部のストリップ温度を高精度
、高信頼性で測定する測温技術が進歩しているのでヒー
トパターン最適化の実用的な制御方法の開発が可能であ
る。

本発明はか５る環境でなされたもので、以下図面を参照
して本発明の一実施例を説明する。

この実施例では無酸化炉を有する連続焼鈍炉における金
属ストリップの熱処理（焼鈍）を前提としており、要求
される冶金学的処理条件は２つある。

第１は、第１図において示したＴｓ（’Ｃ）以上にｔｓ
（秒）以上保持されるという焼鈍条件であり、第２は酸
化・還元のバランスがとれヒートパターンの変更に際し
ても必ず加熱炉で酸化されたものが還元されるという酸
化・還元バランス条件であっる。

これら２つの冶金学的処理条件は、第１図の記号を用い
て次のように数式で表示される。

（１）焼鈍条件 実測焼鈍時間ｔｍ（秒）が下式 ％式％ で表わされるとき、焼鈍条件は ｔｍ≧ｔｓ ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（２）を満足することで達成される。

こ＼で■はライン速度（ｍ／分）、ｚＢｓ ｔ ＯはＢ
部、Ｃ部内のストリップ長さくｍ）である。

（２）酸化・還元バランス条件 加熱炉Ａでの酸化膜生成量を５ｏｘ（■々ｄ）とすると
、 ３０）（＝ｆｌ（ＴＡ、Ｖ、ｔＡ５ｍＡ） ”””
””’（３）ｔＡ−入部のストリップ長さ ｍＡ −Ａ部の空気比 で表わされ、ｍＡ＝０．９のときに適合する実験式（） ： からＳＯＸが求められる。

これに対し、還元炉Ｂにおける還元量Ｓ□ｅ（■／ｃｒ
Ａ’）は次式で表わされる。

ｔＸ：還元が行なわれる時間 Ｔニストリップ温度 Ｒ（Ｔ）： Ｔ’Ｃにおける還元速度定数こ〜でストリ
ップ温度Ｔは炉内を進行するに従い変化するので、これ
を時間の関数として Ｔ＝、９（ｔ） ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）と
すると、（５）式は となり、かつ欣は ｔＸ＝ ｈ （Ｖ 、 ＴＡ、 ＴＢ 、 ＴＯ、ＴＤ
） ・”−・・・（８）で表わされるから、結局ラ
イン速度■、各部のストリップ温度’ｔ’Ａ−’ｒＤよ
り、（８） 、 （７）式を用いて還元量５ｉｔｅを求
めることができる。

尚、Ｒ（Ｔ）の式としては一例として次の実験式がある
。

Ｒ（Ｔ）＝ＫＲｔ ・Ｔ＋ＫＲ２（’Ｖ／ｃ４−ｓｅｃ
） −（９）Ｋ、１．ＫＲ２：定数 但し６００＜Ｔ≦８００°Ｃ 従って酸化・還元バランス条件としては Ｓｇｅ≧ＳＯＸ ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・００）の
関係が満たされていればよい。

上記（２） 、 （１０）式で示される２つの要件を満
す範囲内で焼鈍炉全体として入熱量が最小となるヒート
パターンを決定する。

こ＼で入熱量Ｑ ＣＫｃａ！、／Ｈ）は Ｑ＝ＱＳＡ／ηＡ＋ＱＳＢ／ηＢ ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・αυＱｓＡ、ＱｓＢ： Ａ 、 Ｂ
部によるストリップ吸収熱量（樟ｍ／Ｈ） ηＡ、ηＢ二Ａ、Ｂ部の熱効率 として表わされる。

勿論温度ＴＡ、ＴＢは熱量ＱｓＡ。ＱＳＢの関数である
。

またＣ２Ｄ部は冷却であるから入熱はしない。

従って、求める各部のストリップ温度’ｒＡｊ Ｔ Ｂ
、Ｔ Ｏｚ Ｔ Ｄはα０式のＱを最小にする条件を
（２） 、 （１０）式の制限条件のもとに例えば線型
計画法（リニア プログラミング）等で解くことができ
る。

尚、その解をそれぞれＴＡＳ ９ ＴＢＳ ｊ’Ｉ’ｃ
ｓ 、 ＴＢ８とした時、実際の目標値とするストリッ
プ温度は、ＴＡ８〜ＴＤ８のそれぞれにストリップ温度
の測定誤差分および制御誤差分を加えて冶金学的に安全
な値とすることが好ましい。

また、冶金学的処理条件の他に炉の設備的制限条件が加
味されなければならないが、この設備的制限条件には加
熱、還元炉の加熱能力、許容最高温度等がある。

第２図は、上述したヒートパターンの最適化制御を可能
とする装置構成の一例を示している。

同図において、１は連続焼鈍炉、２は炉１内を通される
ストリップである。

炉１は第１図に対応して、加熱炉Ａ、還元炉Ｂ、徐冷炉
Ｃ１急冷炉りに分か。

れており、各部の出側のストリップ温度が炉内ストリッ
プ温度測定装置３Ａ、３Ｂ、３０，３Ｄにより検出され
る。

４は炉１の入側に設けられたライン速度検出器である。

この検出器４および温度測定装置３八〜３Ｄの各検出出
力はストリップ設。

定温度演算制御装置５に導ひかれている。

この演算制御装置５は前述した各演算を処理するもので
、演算結果の目標ストリップ温度ＴＡＳ 、 ＴＢＳ
、 Ｔｅ３゜ＴＤＳをそれぞれストリップ温度制御装置
（ＳＴＯ）６Ａ、６Ｂ、６０．６Ｄへ与えている。

５Ｔ０６Ａ。〜６Ｄはそれぞれ炉１の各部Ａ−Ｄにおけ
る各出側ストリップ温度ＴＡ、ＴＢ、ＴＯ２ＴＤを目標
値ＴＡＳｔＴＢＳ ｓ ’Ｉ’ｃｓ 、ＴＤＳに一致さ
せるために、炉内を加熱もしくは冷却する。

この結果達成される炉１内のストリップ２の進行方向に
沿ったヒートパターンは、ス） ＩＪツブ２の入力条件
（速度等）に応じて冶金学的処理条件を満足しつ５加熱
エネルギを炉全体で最小値とするものであるから、従来
の固定的なヒートパターンに比し効率的に省エネルギ化
が図れる。

尚、温度測定装置３Ａ〜３Ｄの出力は直接５ＴＣ６Ａ〜
６Ｄにも導ひかれていて、演算制御装置５の障害時にヒ
ートパターンを固定することで、さのシステムのバック
アップを図っている。

次に具体例を示す。

今（１）式、（２）式において とする。

また（４）式の具体例として（９）式の例として Ｒ（Ｔ）＝１．４６ Ｘ １０−５・Ｔ−５，４Ｘ １
０−”（ＴＶｃｍ ・５ｅｃ）・・α荀とする。

簡単にする為、第１図において ＴＯ＝７００（’Ｃ） ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（１５）ＴＢ≧７００（’Ｃ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・Ｃ
６）ＴＢ＞ＴＡ ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・αηＴｓ−７００（０Ｃ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・Ｃ８）と
し、（２）式の焼鈍条件と（１０）式の酸化・還元バラ
ンスのみを満足する範囲０１）式のＱを最小にするヒー
トパターン（ＴＡおよびＴＢの値）を求めることにする
。

更に炉内におけるストＩＪツブ温度測定等の理由により
ストリップの放射率を安定させる為還元は第１図のＢ部
出口において完了するものとする。

このときＴ Ａ ｚ Ｔ Ｂ間の昇温曲線を安全側に直
線で近似すると、 但し、ｔＸ：還元を受ける最大時間（ｓｅｃ ）ｔ ：
８部内のストリップ在炉時間（ｓｅｃ）であるから（５
）式は０４）、Ｃ９）式よりとなる。

酸化還元バランスは（１３） 、 （２０）式よりＳＲ
ｅ≧ＳｏＸ を満足する為には ０．４９８Ｘ １０−８・ＴＡ’ −ＴＡ −ＴＢ ＋
７４０≦０・・・・・・Ｃυの条件が必要となる。

一方、焼鈍条件は（１２） 、 （１８）式と、（１）
、（２）式とより次のようになる。

（Ｖ−７２）ＴＡ＋（１１６−Ｖ）ＴＢ−３０８００≧
０ ・・・・・・（２４また炉Ａ、Ｂの熱効率を簡単に
する高次のように一定とする。

００式のＱｓＡ、Ｑ８Ｂは、それぞれ（ＴＡ−０） 、
（ＴＢ−ＴＡ）にはゾ比例するから、その比例係数を
１／にとすると（１υ式は ＴＢ＝０．３８５・ＴＡ＋０．４・ＫＱ ・・・・・
・・・・・・・（２４）となる。

結局、ラインスピードＶ（ｍ７分）をパラメータとして
（２１式および（２２）式の条件を満足しながら（２４
）式の入熱量Ｑを最小にするＴＡ、ＴＢを求めることに
なる。

以上述べた各式をＴＢ−ＴＡ座標面で表わすと第３図の
ようになる。

第３図で直線および曲線の番号とそれらに対応する本文
中の式は次の通りである。

今、ライン速度Ｖ−８７（ｍ７分）のとき（１５）。

（１７）、（２υ、 （２２）を全て満足する範囲で（
２４）式のＱを最小にするＴＡ、ＴＢは第３図から明ら
かなように曲線■と直線■の交点■がその解である。

ＴＡ＝５９０（’Ｃ） ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（２■ＴＢ＝７６０（’Ｃ＞ 次に冶金学的要求条件は変らず、他の運転条件の変更に
よりライン速度がＶ−７６（ｍ７分）に低下した場合の
ＴＡ、ＴＢの解は同様にして第３図より交点■で与えら
れ ＴＡ−５７５（’Ｃ） ）・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（２６）ＴＢ＝ ７１３
（’Ｃ’） となる。

（２５）式の場合の入熱量Ｑは（２４）式よりＱ＝１３
３２／Ｋ （Ｋｍ／Ｈ） 一曲・・−・・（２７）
また（２６）式に対するＱは Ｑ＝１２２９／Ｋ （Ｋｃａｔ／Ｈ） −・・−
−−・（２８）従って（２６）式は（２９式に対し７．
７％の入熱量減少となっている。

今仮りに、従来法によると標準ヒートパターンが（２５
）式の値に決められていたとする。

この場合ライン速度が低下してもス） ＩＪツブ温度は
変らないから（２５）式の値のままである。

ところが本発明の方法により自動的にライン速度に応じ
て常に最適計算を行い、ヒートパターンを自動的に変更
すれば（２６）式の如くス） ＩＪツブ温度が下るので
本事例では７．７％の省エネルギが達成できる。

本例では第３図において曲線■はＴＡが５５０°Ｃ以上
においてははマ直線で近似できるから、線形計画法によ
り解を求めることができる。

また実際に本発明の方法を使用するに当っては少くとも
設備能力の制限条件を加える必要がある。

従って実際にヒートサイクルの解を求める為には、複雑
な計算を必要とするが最近のように電子計算機等の高級
な機能を有する道具および手段力多容易に得られるよう
になった為、高速演算が可能となり、本発明の方法を容
易に適用できる。

以上述べたように、ストリップの進行方向ニ沿ったヒー
トパターンを、ストリップの異なる入力条件に応じて最
適に、つまり最小のエネルギで目的とする冶金学的処理
条件が満たされるように自動的に制御する本発明の制御
方法であれば、連続焼鈍炉、脱炭炉等の運転を効率よく
行なうことができ、省エネルギ化が図れる利点を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートパターンの一例を示す特性図、第２図は
本発明を適用した連続焼鈍システムを示す構成図、第３
図はストリップ温度特性図である。 １・・・・・・連続焼鈍炉、２・・・・・・ストＩＪツ
ブ、３八〜３Ｂ・・・・・・炉内ストリップ温度測定装
置、４・・・・・・ライン速度検出器、５・・・・・・
ストＩＪツブ設定温度演算制御装置、６Ａ〜６Ｄ・・・
・・・ストリップ温度制御装置０・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続焼鈍炉あるいは脱炭炉等の金属ストリップにそ
   の進行方向に沿って所定のヒートパターンを与える炉に
   おける該ヒートパターンの最適化制御方法において、該
   金属ストリップの熱処理に際し該炉の冶金学的処理条件
   および設備的制限条件を満足する範囲内で、異なる金属
   ストリップ入力条件に対してそれぞれ該炉全体の入熱量
   が最小となるように該炉台部出口のストリップ温度設定
   値を演算し、演算結果の設定値を該炉台部に対応するス
   トリップ温度制御装置へ与えてヒートパターンを制御す
   ることを特徴とするヒートパターンの最適化制御方法。 ２ 冶金学的処理条件が、所定温度以上の状態を所定時
   間以上保持する焼鈍条件、および生成酸化膜を完全に還
   元させる酸化還元バランス条件であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のヒートパターンの最適化制
   御方法。