JPS59159939A - 加熱炉における材料の昇温パタ−ン決定方法 - 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】 本発明は、加熱炉の温度制御にて燃料最小となろ 夛昇温パターンの決定方法に関する。

加熱炉の燃焼制御方式として、オンラインで昇温パター
ンを決定する為に、非線形の燃料最小化モデルを線形化
する摂動シミュレーション法（基準状態と摂動状態に対
し、シミュレーションを行なって線形化係数を決定する
方法）を使用している。

従来＼線形化係数および昇温パターン計算時、炉の応答
遅れを考慮せず、炉温をステップ状に変化させてシミュ
レーションを行なっていた。そのため、実際の材料の昇
温傾向および炉の制御状態とかけ離れた昇温パターンが
決定されるという問題があった。

本発明の目的は、実際の昇温状態に近づけた昇温パター
ンの決定方法を提供することである。

本発明は、昇温パターン計算において、炉の応答性を考
慮し、炉温を１次遅れ的に変化させることによシ、昇温
パターンを炉内の材料が実際に昇得される昇温カーブに
近づけた点を特徴とする。

一般的に、現在第ＭＣＨ帯に在荷する鋼片が抽出される
までに投入される燃料総量Ｊ（予測値）は、その鋼片が
今後滞留する炉帯で投入される燃料量の和として次式の
ごとく定義できる。

Ｊ　”ＶＭＣＨｍ　７ＭＣ１１＋　ＶＭｃｕ、１　６　
τＭｃｍ＋ｘ＋０−”■Ｎｉｏ　　°　τＮＲＯ・・・
・・・・・・・・・（１） ＭＣＨｒ鋼片が現在在荷する炉帯ナンバーＮＲＯ：加熱
炉の炉帯数 ■！　；第１帯での単位時間あたシの燃料流量τｌ：第
１帯に材料が滞留する時間 ここで、第ＭＣＨ帯にある材料の最適燃焼方法は、操業
上の制約の範囲内で燃料総量Ｊを最小にすることと定義
できる。

次に操業上の制約条件式を示す。

θ１≦θ≦θ０　　　　　　　・・・・・・・・・・・
・（２）Δθ１≦Δθ≦Δθ０　　　　・・・・・・・
・・・・・（３）ＶＩＬ　　≦Ｖ！≦Ｖ　！”　　　　
　　・・・・・・・・・・・・（４）ξ′Ｉ≦Ｔｘ◆Ｌ
　　Ｔｌ≦ξＩ　　　　・・・・・・・・・・・・（５
）Ｔｘ”　　≦ＴＩ≦ＴｚＵ　　　　　　・・・・・・
・・・・・・（６）θＬ二抽出時材料平均温度下限値 θＵ＝抽出時材料平均温度上限値 ΔθＬ：抽出時材料均熟度下限値 Δθυ：抽出時材料均熟度上限値 ＶｘＬ　：第１帯燃料流量上限値 ＶｘＵ　：第１帯燃料流量上限値 ξ′Ｉ　　：第１＋１帯〜第工帯の炉温着下限値ξＸ　
：第１＋１帯〜第工帯の炉温葺上限値ＴｘＬ　：第■帯
炉温下限値 ＴＩＵ　：第−１帯炉温上限値 θ：抽抽出材材料平均温 度θ：抽出時材料均熟度 ＴＸ＝第１帯炉温 （１）〜（６）式において抽出温度θ、Δθは炉温の組
（Ｔｌ（Ｉ＝ＭＣＨ−ＮＲＯ））によシー義的に決まシ
、燃料流量ｖＸも定常的な炉操業では炉温の組に対して
計算できる。したがって（１）〜（６）式の燃料最小化
問題は（２〜（６）式の条件を満足し、（１）式のＪを
最小にする炉温の組を見出すこととなる。

ここで、オンラインで昇温ノくターンを決定する為（１
）〜（６）式中のθ、Δθ、Ｖｘを炉温初期値の組（Ｔ
ｘ、ｏ　（Ｋ＝ＭＣＨ”ＮＲＯ））のまわシで線形近似
する。

Ｖｌ　＝ＶＩＯ＋Σｒｒ（Ｋ）（Ｔｘ　−Ｔｉｃ、Ｏ）
　　　　　（９）Ｋ、ＭＣＦま ただし、Ｉ＝ＭＣＨ−ＮＲＯ θＧ、Δθ６　、　ＶＩＯ：炉温初期値の組（Ｔｘ、ｏ
）で材料を加熱した場合の 抽出時平均温度、均熟度。

各炉帯の燃料流量。

αに、β、　、　ｆ工（Ｑ、炉温初期値の組（’Ｉ’に
、Ｏ）のまわシでの影響係数を意 味する。

線形近似を行った結果、影響係数が求められ、燃料を最
小とする炉温の組Ｔｘ−ば、最適化の一手法である線形
計画法によシ見い出されることとなる。

さて、本発明では、影響係数の演算及び昇温ノ（クーン
演算時に炉の応答遅れを考慮し、実際の昇温状態に近づ
けるようにする。

以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の加熱炉社規制御システムの概要図を
示している。１は加熱炉、２は加熱炉の炉温検出器、３
はバーナを示す。４は、２の炉温検出器よシ得られる炉
温データを定周期でサンプリングし、炉温設定値、燃料
流量設定値よりノク一すの燃料流量を制御するマイナ調
節機である。

６は、４のマイナ調節機よシ得られる炉温データを用い
、炉内鋼片の鋼片温度計算を行う鋼片温度演算装置であ
る。９はＣＲＴディスプレイ装置を示す。８はＣＲＴデ
ィスプレイ装置９のキーボードよシ入力される鋼片の圧
延計画に基づき炉内鋼片の各炉帯での在炉時間を予測演
算する在炉時間演算装置である。７は前に述べたように
、操業上の制約の範囲内で燃料総量を最小とする鋼片温
度の推移、すなわち最適昇温パターンを決定する昇温パ
ターン演算装置を示す。５は７よシ得られる最適昇温パ
ターンと、６よシ得られる鋼片温度よシ、炉温設定値を
演算し、４のマイナ調節機に炉温設定値を出力する炉温
設定値演算装置である。

さて、最適昇温パターン演算装置７の演算コンピュータ
によシ実現するだめのフローチャートを第２図に示す。

この処理は、大きく分けて、イル二の４ステツプからな
シ、これは更に１０〜１４′の各ステップからなってい
る。

スタートによシ、先ず１０のステップで最適昇温パター
ンを計算する銅片温度と各炉帯の予測在炉時間を読み取
る。次に１１のステップで現在の制御状態が維持された
場合すなわち、炉温初期値（ＴＫＯ）　　で抽出まで加
熱された場合の抽出時の鋼片平均温度θｏ１鋼片均熱度
Δθｏ１各炉帯での燃料投入量の予測値ＶＩＯを算出す
る。ここまでガイのステップである。

加熱炉内に在荷する鋼片が、放射にょシ受ける伝熱量Ｑ
は、ステ７アンボルツマンの法則から、（１０式で与え
られる。

・・・・・・・・・・・・αＯ Ｑ：伝熱量 φｃＧ：総括熱吸収率 Ｔｆ：燃焼ガス温度（炉温） θＳ　：鋼片表面温度 したがって、ステップ１１における鋼片温度の算出は、
α０式によシ与えられた、伝熱量Ｑよシ熱伝導微分方程
式に変換して数値計算にょシ行なゎれる。

燃料流量は、炉帯内すべての鋼片の受熱量と、炉帯の熱
損失より、エネルギ保存則を利用し算出される。

次に、第１帯の炉温を、ＴＩＯからＴｒｏ＋ΔＴに変化
させ、抽出時の鋼片平均温度θＩ、鋼片均熱度Δθ工、
各炉帯での燃料投入量の予測値ｖＸ（ｘ）をステップ１
２〜１４にて計算する。

すなわち、ステップ１２では、第１帯の炉温をＴＩＯか
らＴＩｏ＋ΔＴに制御する時に炉の応答遅れがある。こ
の応答遅れを補償するために下記（６）式で加熱炉の炉
温の時間変化をシミュレーションする。

炉応答時定数は、（ロ）式にて与えられる。

Ｔｏ（Ｉ）＝τ１　／　ｎ　　　　　・・川・・・・・
・団・α→ＴＤ（Ｉ）：第１帯の炉応答時定数 τＸ　：第１帯の在炉時間 ｎ：加熱炉の応答性よシ決定される定数（２〜５０間の
値） （６）式は、１次遅れ炉温計算式である。

Ｔ！／（−）：前回計算時の１次遅れ炉温、初期値はＴ
ＩＯ ＴＩ′：今回計算時の１次遅れ炉温 Δτ：１次遅れ炉温計算時間刻み ステップ１２で与えられる３１時間ごとの炉温Ｔｌ’　
　を用いて、ステップ１３ではα０式を用い、銅片温度
と、各炉帯の燃料流量を計算する。以上の動作を抽出予
定時刻までくシ返し計算する（ステップ１４）。この１
２〜１４のステップが口のステップである。

次に、ステップ１５では下記式にて炉温初期値のまわシ
での線形化係数である影響係数を算出する。

α、＝（θニーθＱ）／ΔＴ　　　・・・・・・・・・
（２）（Ｉ＝ＭＣＨ〜ＮＲ，Ｏ） β、＝（Δθ！−Δθｏ　）／ΔＴ　　・・・・・・α
ゆ（Ｉ＝ＭＣＨ−Ｎ几Ｏ） ｒ！（”９　＝　（ｖｘ（ｋ）−ＶＩＯ）　／ΔＴ　　
、９０１１０．＋、αの＜　Ｉ＝　Ｍｃｎ−Ｎｇｏ　、
に＝ＭＣＨＮＮＮＯ３更に、ステップ１６では、求めら
れた影響係数を（７１〜（９）式に代入し、（２）〜（
６）式の制約の範囲内で（１）式を最小とする最適炉温
の組（Ｔｚ　　（Ｉ＝ＭＣＨ〜ＮＲＯ））を線形計画法
によシ求める。

１５と１６のステップがハのステップに相当する。

次に、ステップ１２′では、炉温初期値ＴＩｏよシ最適
炉温ＴＸまで制御する際の炉温の応答遅れを考慮した炉
温を計算する。そして、ステップ１３′では鋼片温度計
算を行なう。これらの演算は抽出予定時刻までくり返し
計算される（ステップ１４′）。

ここで得られた鋼片平均温度を時間の関数としたものが
最適昇温パターンとなる。１２′〜１４′のステップが
二のステップである。

第３図に、炉温の応答遅れを考慮した最適昇温パターン
の計算結果と、炉温の応答遅れを考慮しない最適昇温パ
ターンの計算結果の比較を示した。

Ａは、炉温の応答遅れを考慮しない最適炉温である。Ｃ
は、炉温の応答遅れを考慮しない最適昇温パターンであ
る。Ｂは炉温の応答遅れを考慮した最適炉温であシ、Ｄ
は炉温の応答遅れを考慮した最適昇温パターンである。

本発明によれば、昇温パターンを、炉内の材料が、実際
に加熱される昇温傾向に、近づけることができるので、
炉温や燃料流量の設定が、実績からかけ離れることが々
くなる。そのため、加熱炉の燃焼制御において、炉温設
定や燃料投入量の設定が急激に変化することがなくなり
、黒煙防止や省エネルギーに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、加熱炉燃焼制御システムの概略図を示す。第
２図は−、本発明における最適昇温パターン決定方法例
のフローチャートを示す。第３図は、炉温の応答遅れを
考慮した場合と、炉温の応答遅れを考慮しない場合の昇
温パターンの計算結果の比較図を示す。 １・・・加熱炉、２・・・炉温検出器、３・・・バーナ
、４・・・マイナ調節器、５・・・炉温設定値演算装置
、６・・・鋼片温度演算装置、７・・・最適昇温パター
ン演算装置、第１頁の続き ０発　明　者　西知正二 日立重大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所犬みか工場 内 ０出　願　人　株式会社日立製作所 東京都千代田区丸の内−丁目５ 番１号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加熱炉の制御量演算に利用される材料の昇温パター
   ンを決定するだめの方法であって、’ＪＪＯｒ’、”Ａ
   炉に装入される材料の現時点での鋼片製置と該材料が該
   加熱炉の各炉帯に在炉する予測在炉時間とを入力し、現
   時点の各炉帯温度を維持した場合における材料抽出時の
   材料平均温度（θＯ）＋均熱度（ΔθＯ）ｓ各炉帯での
   予測される燃料量（Ｖｗｏ）を算出するステップと、 前記各炉帯での温度を現時点での温度から一定値変化さ
   せる制御を行なった場合の炉温の時間変化を一次遅れ関
   数でシミュレーションしながら、ｑ料抽出予定時刻での
   材料平均温度（θり、均熱度（Δθ■）、各炉帯での予
   測される燃料量（ｖｌ（ｘ））を算出するステップと、
   前記２つのステップで得られた結果を用いて、前記現時
   点の各炉帯温度のまわシでの線形化係数を算出し、これ
   を用いて制約条件の範囲内での燃料最小条件を満足する
   前記各炉帯での最適炉温を算出するステップと、 前記現時点の各炉帯温度から前記各炉帯での最適炉温ま
   で変化させる制御を行なった場合の炉温の時間変化を一
   次遅れ関数でシミュレーションし、その結果を前記昇温
   パターンとして出方するステップとを含む ことを特徴とする加熱炉における材料の昇温パターン決
   定方法。