JPS5893818A - 鋼片加熱炉最適制御装置 - 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】 本発明は鋼片加熱炉最適制御装置に係り、特に鋼片を目
標温度まで加熱するに当って、鋼片が加熱炉内に長時間
保熱状態におかれる場合、これを最も経済的に制御する
に好適な鋼片加熱炉制御装置に関する。

一般に、鋼片を初期温度から抽出目標温度まで加熱する
場合、与えられた燃焼制御開始時刻と加熱時間に対して
、燃料消費量が最小となるようなヒートパターンを求め
て、このヒートパターンに沿って鋼片温度の制御を行っ
ていた。

しかしながら、かかる加熱方式では、与えられた燃焼制
御開始時刻と加熱時間が最適か否かの評価が行なわれず
、真の最適運転を行っているとは言えなかった。

この点を考慮して、鋼片を最も経済的に焼き上げる装置
が、本出願と同一出願人により「鋼片加熱炉最適制御装
置」として既に出願されている。

この鋼片加熱炉最適制御装置の概要を第１図のブロック
図を参照して以下簡単に説明する。

先ず、第１図中、ｌは加熱すべき鋼片、２は鋼片ｌを加
熱するための加熱炉、３は加熱炉２の炉温モデル発生器
、４は鋼片１の伝熱モデル発生器、５は加熱炉２の炉温
モデル、鋼片ｌの伝熱モデルを用いて、与えられた鋼片
１の初期温度及び寸法、材質等の物理定数と、抽出時の
目標温度とから最適値を計算する計算装置、６は鋼片の
装入時点で、炉の抽出側に鋼片が前詰完了する時刻を予
測する装置、７はスケジュール装置６からの前詰完了時
刻信号６人と、鋼片初期温度信号ＩＡ＆Ｃ基いて前詰完
了時の鋼片１の温度を予測し、前詰完了時のブルーム温
度信号７人を出力する予測装置、８（工計算装置５から
の鍛経済加熱時間信号５Ａと抽出予定時刻信号１０Ａか
ら燃焼制御開始時刻信号１０Ｂを算出し、燃焼制御開始
時刻から最適ヒート・リーン５Ｂ　Ｋ沿うように炉温設
定値信号８人を出力する鋼片温度制御装置、９は炉温設
定値信号８人に基づき、鋼片加熱炉２６Ｃ対してバーナ
操作信号９人を出力する炉温調節計である。

ここで、炉温モデル発生器３は熱／ぞランス式を用いて
炉温モデルを求めるもので、炉ａをゾーン単位にセクシ
ョン分割し、熱バランス式を解く。

この場合、入熱は燃料燃焼熱、燃焼用空気顕熱、上流側
セクションからの排ガス顕熱、スケール生成熱で、出熱
は鋼片への伝熱、炉壁からの熱損失、スキッドから熱損
失、排ガス損失等である。

一方、鋼片伝熱モデル発生器４は炉温から鋼片ｌへの放
射熱伝達量と、鋼片１内の熱伝導のモデルから鋼片温度
を求めろものである。

更に、スケジュール装置６は炉内の鋼片ｌの在炉状況、
鋼片１の装入、抽出情報を把握して、鋼片１が鋼片加熱
炉２に装入された時点で、鋼片ｌが前詰完了（当該鋼片
より抽出側に空炉帯が存在しない状態）する時刻を予測
し、前詰完了時刻信号６人を出力する。この前詰完了信
号６Ａは予測装置７に入力され、ここで前詰完了時のブ
ルーム温度が演算され、前詰完了時ブルーム温度信号７
人が計算装置５に与えられ７ｂ。

計算装置５においては、炉温モデル発生器３の炉温モデ
ル信号３Ａ　、鋼片伝熱モデル発生器４からのプロセス
変数信号４人および予測装ｆ７の前詰完了時ブルーム温
度信号７Ａ　Ｋ基いて、燃料消費量最小で焼き上げる時
間と、その時の鋼片ｌの昇温曲線を求め、最経済加熱時
間信号５人とヒートノリーン信号５Ｂを出力する。

一方、鋼片温度制御装置８Ｖｃおいては、鋼片１の在炉
状況、今後鋼片が装入される予定時刻並びにオペレータ
が設定した抽出予定時刻信号１０Ａと、最経済加熱時閣
に基づく燃焼制御開始時刻信号１０Ｂを算出し、炉温調
節計９に燃焼制御開始時刻から鋼片ｌを最経済ヒートパ
ターンに沿って焼き上げるべく、炉温設定値を与える。

その結果、炉温調節計９は鋼片加熱炉２−にノマーナ操
作信号９Ａを与え、鋼片ｌは最経済ヒートパターンに従
って焼き上げられることとなる。

斯かる既に出願中の「鋼片加熱炉最適制御装置Ｋあって
は、鋼片を初期温度から抽出目標温度まで、燃料消費量
を最低に抑えた、すなわち、最経済加熱が行なわれるが
、この加熱中にンルの休止等があるとこつ鋼片は鋼片加
熱炉内で保熱状態におかれることになるが、この保熱状
態から再加熱状１１に移る時刻および再加熱時間が最適
か否かの評価が行なわれず、従って、保熱時および加熱
時を通じて燃料消費量を最低に抑える最適制御ができな
いという欠点があった。

本発明は上記の欠点を除去するためになされたもので、
鋼片加熱炉の操業中に、ミルの停止などで、鋼片が加熱
炉内に保熱状態におかれるとき、保熱時および再加熱時
の燃料消費量の和が最小となるような制御を行い得る鋼
片加熱炉最適制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の鋼片加熱炉最適制
御装置は、鋼片加熱炉の抽出＠に鋼片が前詰完了となる
時刻を予測するスケジュール手段と、前詰完了時刻にお
ける鋼片の温度を予測する鋼片温度予測手段と、前記予
測温度から目標温度まで最も経済的に加熱する時間を求
める計算手段と、前記鋼片が加熱炉内で保熱状態におか
れるとき、保熱時および再加熱時の燃料消費量の和が最
小となるように保熱時の炉温を設定する保熱炉温設定手
段と、前記計算手段および保熱炉温設定手段の出力に基
いて最適ヒートパターンで前記鋼片加熱炉を制御する制
御手段とを具える構成をとる。

以下、添付図面を参照して本発明な一実施例について説
明する。

第２図は本発明による鋼片加熱炉最適制御装置の構成を
示すブロック図で、第１図と同一符号を付したものはそ
れぞれ同一の要素を示し、これら以外の１３は保熱時炉
温設定値演算装置である。ここでは、保熱時炉温設定値
演算装置Ｉ３を付加したこと以外は第１図と全く同様に
構成されているため、この構成が同一な部分の説明を省
略し、主に保熱時炉温設定値演算装置１３０作用を第３
図のフロチャートを用いて説明する。

ミルが停止した場合、鋼片加熱炉２内の鋼片１はこの瞬
間（現在時刻）から保熱状態におかれるため、よルの停
止時刻が保熱開始時刻となる。また、ミル復旧後の抽出
予定時刻に抽出目標温度が得られるように鋼片ｌを再び
加熱する時刻を再加熱開始時刻とすれば、ミルが停止し
た時刻から再加熱開始時刻までが保熱時間になる。

第３図において先ず、オペレータがミルの休止時間およ
びミル復旧後の抽出予定時刻を設定すると、保熱時炉温
設定値演算装置１３が起動され、このミルの休止時間信
号１１Ａおよびミル復旧後の抽出予定時刻信号１２Ａに
基づき、最初のステップ８２１にて、現在の鋼片平均温
度を保熱目標温度Ｔ。

と仮決定し、ステップ８２２でプログラムカウンタを初
期設定する。

次のステップＳ２３で再加熱時刻の鋼片ｌの平均温度が
保熱目標温度Ｔ０　であるものとして、これを均熱条件
を満たした抽出目標温度Ｔ、まで加熱する最経済加熱時
間および最小燃料消費量’ｈｏを炉温モデル発生器３、
鋼片伝熱モデル発生器４および計算装置５を便用して求
める。

ここで、ミル体開始時刻（現時刻）をｔｌ、再加熱開始
時刻をｔ８、ミル復旧後の抽出予定時刻ｔ４、ステップ
８２３で求められた最経済加熱時間なＨとすれば、保熱
時間に、及びｔ３は に＝：　（（ｔ４−　ｔ、）−Ｈ）　　・・・・・・・
・・（１１ｔ、：ｔ１＋Ｋ　　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（２）となる。

よって、ステップ８２４で保熱時間におよび再加熱開始
時刻ｔ、を仮決定する。

次に、ステップ８２５では保熱時間Ｋが経過して、再加
熱開始時刻ｔ３になるまでに鋼片１が保熱目標温度Ｔ。

Ｋなり、且つ、その時の燃料消費量が最小となる保熱時
炉温設定値および燃料消費量’ｋ。

を、炉温モデル発生器３、鋼片伝熱モデル発生器４およ
び計算装置５を便用して求める。

なお、この保熱時炉温設定値は、保熱時間Ｋを通じて一
定の値を用いることもあり、この保熱時間Ｋが長い場合
には、その長さに応じて数段階に切替えることもあるが
、何れにしても再加熱開始時刻ｔ３で保熱目標温度Ｔ０
を得るべく燃料消費量が少なくなる値が採用される。

第４図は鋼片の加熱温度曲線を示し、ミルが停止する時
刻ｔ１　　までは、炉温設定値Ｂ、Ｉ／Ｃ従って曲１Ｍ
Ｗ０　の如く上昇し、時１１ｊＪｔ□　でこの鋼片は保
熱状態におかれる。一方、保熱目標温度Ｔ０を仮決定す
るととも＜１ル復旧後の抽出予定時刻ｔ４で、抽出目標
温度Ｔ１　が得られるように最経済加熱時間Ｈな求める
ことで再加熱開始時刻ｔ３　が仮決定され、この結果、
保熱時間Ｋが決定される。

このよ５Ｋｔで決定された時刻ｔ、　Ｋおける鋼片温度
がＴ　になり、かつその時の燃料消費量が最小となるよ
うに保熱時の炉温をｓｌおよび８２に設定している。

すなわち、第４図では保熱時炉温設定値が時刻ｔ２にオ
イテｓ工から８２ＶＣ切替えられる。

次に、ステップ８２６　において、ステップ８２３で求
められた熱料消費ｔ　ｆＡｏと、ステップ８２５で求め
た燃料消費量’ｋｏとを加えて総燃料消費量ｆ０を求め
る。すなわちｓ　　’ｏ　””　ｆｈｏ　”　’ｋｏの
演算を行なう。

さらに、ステップ８２７において、ステップ８２５によ
って求められた保熱時炉温設定値が、鋼片加熱炉に定め
られた下限値以上か否かを判断する。

かくして、この保熱時炉温設定値が下限値以下ならば、
下限値を保熱時炉温設定値として計算を終了する。下限
値以上のときは次のステップに移る。

ステップ８２８　において、ｉ：＝Ｑのときは計算され
た総燃料消費量ｆ０を、最小燃料消費値として’ｍｉｎ
　”　’ｏとおく。

次にステップ８２９はプログラムカウンタの計数値に対
応して順次求められる総燃料消費量ｆ、　　と、上述の
最小燃料消費値ｆｍｌｏ　とを比較することになるが、
プログラムカウンタを初期設定（ｉ：ｏ）したときの総
燃料消費量ｆ。Ｖ最小燃料消費値’ｍ、ｉｎと仮定した
ために、ここでは’　ｉ　＝　’ｍｉｎが成立し、次の
ステップｆ９３０　Ｋ進む。

ステップ８３０では、ステップ８２３乃至ステップ８２
Ｇで求めた必要データを記憶し１次のステップ８３１で
’ｍｉｎとしてｔ１ｖ採用する。

次いで、ステップ８３２でプログラムカウンタをインク
レメント（＋１）してさらに次のステップ８３３で保熱
目標温度Ｔ０をＴｏ−ΔＴに変更し、上記ステップ８２
３乃至ステップ８２６の操作を行う。

かくして、ステップ８２９において’ｉ　＜ｆｍｉｎの
条件を満たすか否かを判定し、この条件が満たされた場
合にはステップ８２３乃至ステップ８２６で求めた必要
データを本決定エリアに更新して記憶する。

またｓ　　’ｉ　＜ｆｍｉｎが満たされない場合にはス
テップ８３２　Ｋ移り、さらに別の保熱目標温度に基い
七上記の操作を行う。

なお、上述の操作を工、仮決足の保熱時炉温設定値が鋼
片加熱炉によって定まる下限値以下になるまで繰返され
る。

以上の演算によって求められた最小燃料消費値ｆｍｌｏ
に対応する保熱時炉温設定値および保熱時間等を最経済
値とすれば、保熱時および再加熱時の総燃料消費ｔｖ最
低に抑えることができる。

なお、保熱中にミル休止時間などの変更により、ミル復
旧後の抽出予定時刻忙変更が生じた場合、新たにその時
刻を設定し、再度、保熱時炉温設定値演算装置１３を起
動し、最経済な値を求め直せばよい。

また、上記実施例では最適計算をオンラインで行う場合
を例示したが種々の状況に対応してオフライン計算を行
なっておき、これをテーブルとして用意し１、テーブル
検索によって最適制御を行う如き構成にしてもよい、こ
のような構成にすれば、最適計算を実行してから出方す
るまでの無駄時間がなくなり、プロセスへの制御出方応
答時間が短縮出来るばかりでなく、複雑な演算部分がテ
ーブル検索機能にとって代わられるため、計算装置の小
型化とコストダウンができる。

なお、テーブル検索によって最適制御を行う場合、最経
済加熱時間、最適ヒートパターンおよび鋼片保熱時目標
温度等をテーブル化し、保熱時の燃料消費量を最小にす
る部分（第３図ステップ５２５）のみオンラインで行っ
てもよい、このような構成を採ることによって、テーブ
ルが過大になることを阻止し得、これによりシーセスへ
の制御出力応答時間の短縮が図られる。

あるいはまた、最適化計算に使用する鋼片伝熱計算は差
分計算よりも簡単なラプラス変換モデルを使用してもよ
く、熱ノランス式から燃料流量を求める部分もまた、第
４図にで斜ｓＫ示した部分の面積Ｓが最小になるよ５な
評価関数に置き換えてもよい。

要は、プロセス条件やオンライン計算装置の条件を勇躍
してオンラインで行う部分を適切に定めればよい。

以上の説明によって明らかな如（、本発明の鋼片加熱炉
最適制御装置によれば、ミルの停止等によって鋼片が加
熱炉内で長時間保熱状態におかれる場合でも、保熱時お
、よび再加熱時の総燃料消費量を最小にすることが可能
となり、％に、ンルの休止時間が長くなるほど、消費エ
ネルギーを節約することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の鋼片加熱炉最適制御装置の構成を示すブ
ロック図、第２図は本発明による鋼片加熱炉最適制御装
置の一実施例の構成を示すブロック図、第３図は同実施
例の主要部の作用を説明するためのフローチャート、第
４図は同実施例の作用を説明するための加熱温度特性図
である。 ｌ・・・鋼片、２・・・鋼片加熱炉、３・・・炉温モデ
ル発生器、４・・・鋼片伝熱モデル発生器、５・・・最
適値計算装置、６・・・スケジュール装置、７・・・予
測装置、８・・・鋼片温度制御装置、９・・・炉温調節
計、１３・・・保熱時炉温設足値演算装置、Ｗ２・・・
再加熱時鋼片最適昇温曲線。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　　清帛３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼片加熱炉の抽出側に鋼片が前詰完了となる時刻を予測
   するスケジュール手段と、前詰完了時刻における鋼片の
   温度を予測する鋼片温度予測手段と、前記予測温度から
   目標温度まで最も経済的に加熱する時間を求める計算手
   段と、前記鋼片が加熱炉内で保熱状態におかれるとき、
   保熱時および再加熱時の燃料消費量の和が最小となるよ
   うに保熱時の炉温を設定する保熱炉温設定手段と、前記
   計算手段および保熱炉温設定手段の出力に基いて最適ヒ
   ートパターンで前記鋼片加熱炉を制御する制御手段とを
   具備することを特徴とする鋼片加熱炉最適制御装置。