JPS5839893B2 - 均熱炉の操業方法 - Google Patents

均熱炉の操業方法

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JPS5839893B2
JPS5839893B2 JP54039066A JP3906679A JPS5839893B2 JP S5839893 B2 JPS5839893 B2 JP S5839893B2 JP 54039066 A JP54039066 A JP 54039066A JP 3906679 A JP3906679 A JP 3906679A JP S5839893 B2 JPS5839893 B2 JP S5839893B2
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JP
Japan
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heat
steel ingot
furnace
heat pattern
soaking furnace
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JP54039066A
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JPS55131135A (en
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紀範 中
和之 福田
達男 北門
豊 鈴木
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/70Furnaces for ingots, i.e. soaking pits

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  • 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)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、バッチ式均熱炉に釦ける燃料原単位を常に
最小ならしめる操業方法に関する。
近時、省エネルギーが重要課題として取り上げられるよ
うになり、均熱炉についても、燃料消費の面から改ため
て問直されている。
バッチ式均熱炉は、ア般に第3図イ2口に示すようなヒ
ートパターンに従って炉温制御し、装入鋼塊を分塊圧延
が可能な状態に焼上げるものであるが、この際用いられ
るヒートパターンの適否によって燃料原単位が左右され
る。
ヒートパターンの設定を、従来は、例えば鋼塊の鋼種や
トラックタイム(鋳込み終了から均熱炉装入1での所要
時間)毎に用意したヒートパターンの中から適当なもの
を選び出すという選択方式によっていた。
このため燃料消費面で無駄を生じることは防ぎようがな
く、更に操業中に鋼塊の抽出時刻が変更されたような場
合には、過均熱や低温保熱で対処しなければならず、燃
料消費量が著るしく嵩むことになる。
上記に鑑み本発明は、燃料原単位を常に最小とすること
ができるバッチ式均熱炉の操業方法を提供しようとする
ものであって、均熱炉に装入される直前の鋼塊の温度状
態(Sl)に基いて、その鋼塊が均熱炉から抽出される
時刻に目標の焼上り状態(S2)となるヒートパターン
(2jの集合を求め、この集合に属する各ヒートパター
ンの燃料消費量(Vf )を均熱炉の熱収支計算により
算出し、(Vf )値が最小となるヒートパターン(以
下、最適ヒートパターンと呼ぶ)に基いて炉温を制御す
るようにした点を特徴とする。
すなわちこの方法は、指定した鋼塊抽出時刻に所望の焼
上り状態となるヒートパターンのうち、燃料原単位が最
小となるものを選び、とのヒートパターンに従って炉温
制御するものである。
以下、本発明の方法を詳細に説明する。
鋼塊の焼上り状態(S2)とは、下記の各条件を満足す
る状態をいう。
(4)鋼塊の凝固率≧C3oL(饅) 田)鋼塊の平均温度≧cMF、AN(℃)(O鋼塊の温
度差≦ら□F(℃) 0 鋼塊の最小温度≧cM1N(℃) また、鋼塊が目標の抽出時刻に焼上がるとは、[F]
目標抽出時刻=焼土り完了時刻 を満たすことである。
従って、本発明の方法は、「上記(4)〜[F]の条件
を満たすヒートパターンのなかで、最適ヒートパターン
を選び、これに基いて炉温制御する」と云い換えること
ができる。
(1)ここで第1図イに示すような鋼塊1を同図口に示
すように均熱炉2に装入しその時の鋼塊の焼上り状態(
S2)を伝熱モデルを用いて求める。
1ず、上記伝熱モデルに釦ける熱移動は次の如くである
〔鋼塊中の熱伝導〕
鋼塊の横断面3に設定したメツシュ4iと41に隣接す
るメツシュ41−1との間の熱伝導は下記の式に従う。
上式を全メツシュについて適用し、その総和を求める。
〔鋼塊と外気間の熱放射〕
鋼塊表面と炉内雰囲気との伝熱は下記の熱副射の式に従
う。
また、焼上り状態の条件(4)〜0の各要素については
、下記で計算される。
以上のことから、均熱炉装入時の上記各要素で示される
温度状態が(Sl)の鋼塊をあるヒートパターン(χ)
で加熱するとすれば、 と形式的に表現できる。
この場合(Sl)は、鋳込みから均熱炉装入1での伝熱
計算により求められる。
すなわち、鋳込温度、鋳込寸法、トラックタイム、およ
び鋳型除去後均熱炉装入1での時間(裸時間)によって
計算し得るものである。
(2)均熱炉に釦ける燃料消費量(■f)を求める。
第3図に示すように均熱炉2に鋼塊1を装入したときの
熱収支モデルを用いて計算する。
均熱炉への入熱と出熱が等しいことから、微小時間dt
での熱収支は、 が求められる。
ここでdQiron/dtは、鋼塊の伝熱モデル、dQ
wALL/dtは炉壁を一次元伝熱モデルとして計算し
、dQLo8S/dtは定数とした。
dQwALL/dtとdQiron/dtは、炉内温度
との伝熱によって決定されるため、装入時に温度状態(
Sl)なる鋼塊を、装入時に炉壁温度状態f[F]なる
炉において、ヒートパターン(λ)で加熱したとすると
、 と形式表現できる。
(3)次に上記■、■式を用い、鋼塊焼土りの条件(4
)〜0及び[F]を満たし、しかも燃料消費量(Vf)
が最小となる最適ヒートパターンを求める。
第3図イに示す如く、ヒートパターン計算要求時点を原
点(0)とする5本の直線で構成された折線を考える。
但し、第1キープ期AB、第2キープ期CD、及び上昇
終了期EF、は何れも横方向の時間軸に平行な直線であ
る。
さて、独立な変数について考えると、 A(′02y1)、、B (Xl + yl)、C(X
2.y2)、D(X3.y2)、E (X4 、y3
)、F(x5+y3)の6点て対応して、(x1ツX2
ツX3)X4ツX5りy1フy2フVs)の8個の独立
変数がある。
計算機への適用に際しては、3本の水平線の自由配置と
いう考え方から、同図口に示す同数の独立変数とした。
このうちX。
については、計算要求時の炉温に当るから、ヒートパタ
ーンにとっての変数とはなり得す、結局、Xl・・・X
7の計7個の変数となる。
従って、ヒートパターンをベクトルで示すと、χ =(
XI 5 °”tX7) と表わされる。
このとき変数の単位は、(℃)。(分)とする。
ここで、最適ヒートパターンχoptとは、(A’)
PSOL−f30L(Sl tχ≧C3oL(B′)T
MFAN=fうAN (Sl ’χ)≧ヘラ、(C′)
TDIF=fDIF(Sl、χ)≦CDIF(D’ )
TMIN = fyHH(S t・χ)≧1□、を満
たしく以下、(A′)〜(D′)を満たすヒートパター
ン(λ)の集合を解集合と呼ぶ)、かつ鋼塊抽出時刻を
指定するときには、 (E’ ) x4+ x7= Tout 但し、Tout :焼上り所要時間 をも同時に満足した上で、Vfが最小となるヒートパタ
ーンであるということができる。
最適ヒートパターンχ0ptが■を最小とするパターン
であるということを、 と記す。
(4)この最適ヒートパターンを求めるには、次のよう
に計算する。
(A′)〜(D′)の条件式を満たすヒートパターンの
1つをχ0とし、そのχ0の近傍の別のヒートパターン
をλ1−20+△χ(1△λ1は充分小さい)とする。
λ1が解集合に属するためには、 を満足する必要がある。
上記(A“)〜(D”)式は、χ0の近傍で線形化する
ために各ヒートパターンの要素毎の影響係数(偏微分係
数)を用いて表わした近似式である。
ここで△χを変数と考えて、λ0近傍にち・けるVfが
最小となるヒートパターンス02°ptは、 但し、 l5(2’):χ0近傍で線形化した (A“)〜(Iy″)で得られる解集合 と表わすことができる。
以上を△χj について整理して一般化すると、最適ヒ
ートパターンを求める問題は、次のように云い換えるこ
とができる。
を最小にする△λを求める。
この形の問題はいわゆるGradient Metho
dを用いて解くことができる。
第4図にそのアルゴリズムの概要をフローチャートで示
す。
簡単に説明すると、χ0近傍での最適解 λ0フoptが求すると、λ1=χ0ツopt と耘
きλ1近傍にむいて最適化を行う。
以下λt=χt−1,optとして、lの近傍で同様に
行い、保体に真の最適ヒートパターンに近づけてゆき、
最終的にこれを求めるものである。
以上のようにして見い出された最適ヒートパターンに基
いて、通常どトリ均熱炉の燃焼制御を行い、炉温をその
ヒートパターンに沿って昇温させる。
この炉内にあって、鋼塊は徐々に均熱化が進み、指定の
抽出時刻には丁度所望の焼上り状態に達し、ここで鋼塊
を抽出する。
このように最適ヒートパターンによる炉温制御を行うこ
とにより、燃料原単位を最も小さくすることが可能とな
るのである。
また、均熱開始後、抽出時刻の指定に変更があった場合
にも、その時点を基準として改めてヒートパターンの最
適化を行い、割り出された最適ヒートパターンを以前の
ものと置き換えてやれば、燃料消費量の増加を必要最小
限に抑えることができる。
更に、燃料節約を目的として、鋼塊を完全凝固前に抽出
し分塊圧延にかけるいわゆる未凝固圧延等は、焼上り状
態の厳密な管理が必要とされるために、従来は実施が困
難であったが、本発明の方法によれば、鋼塊の焼上り状
態がきわめて安定するから、未凝固圧延等の実用化も充
分可能である。
次に、本発明の実施効果を説明する。
790mmX1430mrn×2500mmの165T
リムド鋼塊を鋳込み、との鋼塊をトラックタイム140
分、裸時間35分で上部2方向焚の均熱炉に装入し、焼
上げた。
この際、従来の選択方式で下記の焼上り条件を満たすヒ
ートパターン(I)を設定し、このパターンで炉温制御
した。
ヒートパターン(I)を第5図に示した。
次に、再び同じ鋼塊を鋳込み、上記の均熱炉を用い、本
発明方法に従って焼上げた。
トラックタイム、裸時間及び鋼塊装入時にかける炉壁温
度は上記と同じ条件とした。
上記のヒートパターン(I)をχ。
と釦いて、最適化を行なったところ、ヒートパターンは
第5図に示す(I)→(2)→(2)→■に変化し、最
適ヒートパターン代を得た。
そこでとのヒートパターン■に基いて炉温制御を行なっ
た。
〔鋼塊の焼上り条件〕
凝固率 ≧95饅 平均温度 ≧1250°C 最小温度 ≧1080°C 温度差 2100℃ 焼上り指定時刻=装入よりも6時間後 ヒートパターン(I)では、燃料(高炉ガス+LPG)
消費量が200X10”kcal/Tに達したが、ヒー
トパターン□□□によると、これが170X]0”kc
al/Tに減少した。
以上の説明から明らかなように本発明の操業方法は、均
熱炉にち−ける燃料原単位を常に最小とすることが可能
であり、鋼塊の抽出予定時刻の変更に臨機応変に対処し
て燃料消費量の増加を可及的に小さく止めることができ
るから、均熱経費を節約し、同時に大巾な省エネルギー
を達成するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は均熱中の鋼塊の伝熱モデルを説明するもので、
イはこのモデルに用いる鋼塊、口はとの鋼塊を均熱炉に
装入した伝熱モデルをそれぞれ示している。 第2図は均熱炉における熱収支モデルを示す縦断面図、
第3図はヒートパターンを決定する独立変数を説明する
もので、イはパターン屈曲点に対応して変数設定した場
合、口は計算機への適用のための変数設定をそれぞれ示
している。 第4図はGradient Methodによるヒート
パターンの最適化手法を示すフローチャートである。 第5図は従来の選択方式で設定されたヒートパターン(
I)及びこれを本発明方法に従って最適化したときのヒ
ートハターンの動きを示している。 図中、1:鋼塊、2:均熱炉、3:鋼塊の横断面、41
:横断面上のメツシュ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 均熱炉に装入される直前の鋼塊の温度状態(Sl)
    に基いて、その鋼塊が均熱炉から抽出される予定時刻に
    目標の焼上り温度状態(S2)となるヒートパターン6
    )の集合を求め、この集合に属する各ヒートパターンの
    燃料使用量(Vf )を均熱炉の熱収支計算により算出
    し、(Vf)値が最小となるヒートパターンに基いて炉
    温を制御することを特徴とする均熱炉の操業方法。
JP54039066A 1979-03-31 1979-03-31 均熱炉の操業方法 Expired JPS5839893B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4863917A (ja) * 1971-12-09 1973-09-05
JPS5330415A (en) * 1976-09-02 1978-03-22 Nippon Steel Corp Operation method for soaking pit

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