JPS5950121A - 多帯式連続加熱炉の炉温制御方法 - 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、多帯式連続加熱炉において多帯ごとに炉温を
最適制御する方法に関するものである。

スラブ等の鋼片の加熱に使用する多帯式連続加熱炉は、
通常、予熱帯、加熱帯および均熱帯よりなり、装入され
てくる複数の鋼片を連続的に搬送しつつ多帯を通過させ
、その間に熱間圧延に必要十分な温度にまで加熱するも
のであり、実際の操業に際しては、圧延ラインを停止さ
せることのないよう、所定温度にまで加熱した鋼片を順
次に供給することが要請される。

ところで、実操業においては、加熱炉に装入される鋼片
の寸法諸元は種々であり、寸法が異なれば、鋼片の必要
加熱温度も異なる。しかしなから、この種の加熱炉では
、各鋼片を個別に温度管理することが不可能であるため
、各鋼片のサイズ等により加熱の過不足を生ずることは
避は難い。

また、炉温制御を燃料原単位の節減という見地から考え
ると、装入側帯（予熱帯）の炉温を低く、抽出側帯（均
熱帯）の炉温を高くするといった炉温設定を採用して、
−旧燃料原単位の節減を図るようにしている。しかしな
がら、加熱不足を防止するため加熱過剰を許容し、多帯
において最も加熱されにくい鋼片を対象として炉温制御
を行なうといった不経済な制御を実際には行なっており
、上記の炉温設定のみでは有効な燃料節減対策とはなっ
ていない。

近年、この種の連続加熱炉の炉温制御に関し種々の制御
方法が提案されている。例えば、特公昭４９−２９４０
３号公報には、炉内の鋼片について平均温度を求め、こ
の平均温度と目標温度との偏差に、そ払炉内位置によっ
て異なる重み係数を考慮して性能指数を求め、この性能
指数の大きさによって炉の加熱手段の出力を制御する方
法が開示されている。しかしながら、この制御方法では
、重み係数を炉内位置の関数として設定しているため、
求めた温度偏差の大小とは無関係に重み係数が設定され
てしまうといった難点がある。

即ち、上記の制御方法では、多帯の出口に近い鋼片の温
度偏差に対して、その温度偏差の大小に無関係に大きな
重みを与えているが、かかる方式は温度偏差を正確に考
慮したとは言い難い。また、鋼片温度の炉温変化に対す
る応答性はきわめて緩慢であるため、現時点での温度偏
差にのみ依存して炉温制御を行なうことは、有効な制御
方法とは言い難い。現時点における焼上げ評価のみによ
り、炉温を制御する場合、焼上げ過不足による炉温変動
が激しくなり、焼不足による焼待ち或いは焼過ぎによる
スケール疵発生を招来しかねない。これを回避するため
１．炉温設定変更中を制約することが考えられるが、こ
れは、非合理的であって好ましい制御とはなり得ない。

したがって、直送圧延（ＨＩ）　Ｒ）、熱片装入（ＨＣ
Ｒ）の実施或いは抽出目標温度、鋼片サイズの変動範囲
の拡大等により、加熱プロセスが非定常になればなるほ
ど、上記従来法では有効に対処することができない。

かかる問題から、現時点以降の焼」二げ状況を予測し、
その予測値に基づいて炉温を制御するフィードフォワー
ド的な制御方法が幾つか提案されている。

例えば、特開昭５２−１１７８１７号公報においては、
予測先を抽出端に設定し、全ての鋼片の抽出温度を予測
して予測抽出温度と目標抽出温度との偏差により多帯の
炉温を制御する方法が開示されている。

この方法の実施に際しては、上記の予測計算を簡略な方
式で実行するならば、予測時間、予測距離を長い設定と
しても計算負荷はさほど大きくならないが、精度的に問
題が残る。一方、予測計算を後述の差分計算等で厳密に
実行するとすれば、ある程度の精度が得られるものの計
算負荷が膨大となり、制御周期の延長を図るか、計算能
力のより大きな計算機を必要とするといった問題がある
。

また、例え、大型計算機により、長時間或いは長距離光
での鋼片温度を短時間で予測計算できたとしても、目標
ヒートパターンどおりに鋼片を焼き上げることはできな
い。即ち、厳密計算といえども予測計算には誤差があり
、計算上は予測先で目標どおりの加熱ができたとしても
、この予測計算は、予測先での焼上げ評価に依拠してい
るため現在での焼上げ状況が実際には無視され、目標と
は相当に異なったパターンで炉温制御が実際に行なわれ
ることになるからである。この場合、予測量を長く設定
すれば炉温設定値は安定するが、上記の誤差は当然に大
きくなる。

本発明は、かかる従来の炉温制御方法の問題を解消すべ
くなされたものであって、個々の鋼片の現在の焼上げ状
況と、現在の焼上げ状況に応じて決まる個々の鋼片の予
測時間後の焼上げ状況の両方を考慮し、現在の焼上げ状
況をベースにして、予測先での焼上げ状況を評価するこ
とにより、燃料原単位を最低とし、しかも生産性の向Ｌ
、焼上げ品質の安定化を図ることができる新規な多帯式
連続加熱炉の炉温制御方法を提供せんとするものである
。

即ち、本発明は、現在の焼上げ状況が目標とする焼上げ
状況から太きくずれていた場合、換言すれば現在での焼
土げ過不足量が大きい場合には、予測用を長く設定する
一方、逆に現在での焼土げ過不足量が小さい場合には、
予測量を短かく設定するといったように、現在から焼土
は評価点までの予測量をその時々の焼土げ過不足量に応
じて変更することを基本的な特徴としている。

以下、第１図に示すフローチャートにしたがって、本発
明方法をより具体的に説明する。

（へ）鋼片の現在温度θｌｉの算出 第１番目の加熱帯における第１番目の鋼片の現在温度（
鋼片平均温度）θｌｉを考えると、この鋼片の現在温度
θｌｉは、以下の諸式から一次元前進差分法に基づく数
値解析により求めることができる。

いま、鋼片内部の温度を考えると、鋼片の内部位置を微
小区間△Ｘで分割し、時間を微小時△ｔて分割したとき
に、内部位置に△ｘ（ｋは正の整数肪 次の式が成立する。

ただし、■は３を温度拡散率としたとき、以下の式で与
えられる定数 ０＝ａ・△１／（△ｘ）２ また、時刻ｊ・△ｔから（ｊ＋１〕・△ｔまての間の鋼
片境界における熱流束を９（りとすると鋼片の境界・・
・（２） ただし、Ａは、λを熱伝導率として、Ａ＝ム／λで与え
られる。

さらに、鋼片の境界における熱流束９（ｔ）は、次式で
表わされる。

ただし、φＣＧは鋼片の総括熱吸収率であって、加熱炉
形状、操業条件によって変化する。また、Ｔｇは炉内雰
囲気温度であって、炉内に設置した熱電対等の温度検出
器によって検出される。

以上の（１）〜（３）式によって、鋼片の現在温度（平
均温度）θｌ！ｉを求めることができる。

より具体的には、各鋼片の現在温度は、炉内温度、炉内
位置、炉の伝熱特性、各帯での滞留時間、各鋼片の寸法
、熱特性および熱履歴等のデータを陽或いは陰に含む（
１）〜（３）式から数値解として求めることができるの
である。

この現在温度の算出は、予じめ定めた一定時間毎、或い
は鋼片が装入される毎、または鋼片が装入及び抽出され
る毎に行なうことができる。

（Ｂ）　　現在での焼土げ過不足量の算出」二記のステ
ップＡで算出した鋼片の現在温度舶は、当該鋼片の現在
の目標温度θｃｉと比較し、その偏差を各帯ごとに積算
する。

／Ａ、’７　＝、Σ（θｌ！ｉ−θｔｉ）　　　　　　
・・・・・（４）＋＝１ なお、Ｎは第１番目の帯の鋼片の総数である。

Ｇ）予測時間の算定 本発明では、」二記の各帯ごとの現在の焼土げ過不足量
から、個々の鋼片ごとに、焼土げ過不足を判定する予測
量までの時間τｌｉ（予測時間）を次式により決定する
。

ｒ　、　１＝　ＴＲＥＭｌｉ１５Ｃ−１ｉ　　　　　　
　・・・・・・（５）ただし、ＴＲＥＭ／　ｉは当該鋼
片の抽出までの残時間であり、Ｘｌｉは上記△Ｔｌと炉
内位置Ｌｌｉの関数ｆ（ＬＩ！ｉ、△Ｔ／）で与えられ
る。この関数ｆ（Ｌ７ｉ。

△Ｔ／）は、経験的に求めることができるが、△−１．
−１が太きいときには、小さく、△Ｔｌか小さいときに
は大きくなる関数とし、現在での焼土げ過不足量が太き
いときには予測時間τ、ｉを長く、小さいときには予測
時間τ、ｉが短かくなる設定とする。

より具体的には、例えば以下のように設定することがで
きる。

Ｘｌｉ　＝　ｆ（Ｌｚｉ　、△Ｔｌ） −＃　ａ−Ｌｌｉ＋”△ＴＩ！十Ｃ ただし、ａホ０．ｂ〈０．Ｃ〉０の定数で、０＜ＸＩ！
ｉ＜１となるように設定する。

即ち、焼土げ過不足量が大きい場合には、温度応答性を
考慮して長い予測時間を設定して目標値に可及的に近づ
けるようにし、焼土は過不足量が小さく目標値に近いと
きには、予測時間を短かくとって目標値から大きく外れ
ないように管理するようにしている。

（１））　　予測光での鋼片の予測温度θ２の算出ｌ 」二記ステップ（ｑて算定した各鋼片ごとの予測時間τ
１．に基ついて、次に各鋼片の予測光での予測温度θ２
．を算出する。

ｌｘ このため、まず、予測光までの炉内鋼片の移送状況は、
鋼片の抽出ピッチと予定休止情報と各鋼片の現在位置か
ら予測する。次に、実績として求められている炉温変動
を考慮し、前記の前進差分法により求めた現在の鋼片温
度θＩ！ｉをもとに、次式により、現在からτ、ｉ時間
後の鋼片温度θゎを予測する。

θ１）・二ｇ　（ＴＩ！、　Ｔｌ＋１　、　ＴＩ！＋２
　、・・・、τｌ！ｉ＋θ／　１　＋　Ｓ　Ｉ−１＋　
）ｌ！！ ・・・・・・（６） ただし、１゛ｌ：第１帯の現在の炉温 ５Ｉ（ｉ　：第ｉ番月の鋼片の厚さ。

このθ２．を算出するための関数は、経験式としＡ７］ て与えることもでき、境界条件を仮定して求めた理論式
、或いは前記と同様の前進差分法による計算式を用いる
ことができる。

（Ｅ）　　予測光での焼上は評価 次に、第１帯のすべての鋼片について、各鋼片度θ、と
の偏差△θ１ｉ（−θ１゛、−θ１．）を求めるｌｘ　
　　　　　　　　　　　　　　　　ｌｘ　　　　　Ａ’
１とともに、各偏差Δθｌｉに重み係数ω、ｉを乗じて
その総和Ｊｌ　を次式によって求める。

Σ　　ω１ｉ ｉ＝ｎ３＋１ ハ　　　　　　　　　　　　　　　　−ｎ２：予測前に
第（Ａ’−１）帯出口に位置する鋼片番号 ｎ３：予測後に第１帯出口に位置する鋼片番号 ｎ４：予測ｉＦＪに第ｊ帯出口に位置する鋼片番号 本発明では、（７）式で求めた総和Ｊｌを第１帯におけ
る焼上は評価関数として使用する。即ち、この焼」こけ
評価は、現在から予測時間τハ経過後までの間、第２帯
に滞留する鋼片のみならず、この時間の間に第１帯に進
入してくる鋼片および次の帯に送られる鋼片の焼上げ状
況をも考慮したうえて第１帯の焼上げ状況を評価する。

上記重み係数ω、７ｉとしては、次式に示すように種々
の要素の関数とし、これら要素の値に応じて異なった重
みを与えるように設定する。

ω／　ｉ＝　ｈ（τ、ｌｉ、θ１’　、　、　ＳＨ１！
ｌ、△θ、ｉ）・・・・・・（８）ただし、ｌ′二ｌ！
−１、／　、　ｌ＋１で、τｌ／ｉ　’第１番の鋼片の
第１′帯における予測滞留時間 θｌ・：第ｉ’帯の全ての鋼片についての抽出目標温度
の平均値 ５ｌ−Ｉｊ’：　第１’帯の全ての鋼片についての厚さ
の平均値 △θ、ｉ：鋼片温度の予測［直と目標値上の偏差（予測
値−目標値） である。

上記のように、重み係数は、個々の鋼片の予測時間τハ
に応じて変化させることにより、ある時間内における鋼
片の移送に応じ、次の帯に出る鋼片、或いは前の帯から
進入してくる鋼片に対する炉温制御への寄与率を調整す
る。

より具体的には、重み係数ωハを以下のように与えるこ
とができる。

ω１ｉ−１１（τＬ、　ｉ、７Ｉ！ｔ、鴇′、△θ／！
１）＝ａｊ・τｌ、ｉ＋ｄ＋△θ、７１＋１〕Ｊ７１！
。

＋ＣＪ−５１４１１十ｅ として、ａ　中０．２　、　ａ２６１．０ａ３．　ｂｊ
、　ｃｊ、　ｅ　＝　□ ｄ　＝　ｄ’・△θｌｉ （ただし、△θ、ｉ≧ｏ；ｄメー０．５△θ石＜　０；
ｄ’　＝−２，０） とする。ただし、ｊは１〜３までの整数でｊ−１→ｌ’
＝ｌ−１、ｊ＝２→ｌ’＝ｌ、ｊ二３→ｂ計１とする。

また、各帯間での鋼片構成が大巾に異なる場合、即ち、
次式が成立する場合には、移送によって滞留帯の変わる
鋼片に対する重み係数を小さく設定して各帯間での鋼片
構成の差が炉温設定に及ぼす影響を小さくすることが好
ましい。

θ囲・ＳＩ与Ｈ ただし、γｍ１ｎ＝０．９０〜０９５ γ＋ｎａｘ　””　１．０５〜１１０ である。

以」二のように対象とする帯に滞留する鋼片のみならず
、その前後の鋼片を考慮に入れて将来の鋼片温度を目標
温度とするように制御するため、本制御方法は、矛…１
１できない突発的な圧延ミルの休止やホット・ダイレク
ト・ローリング等の予定の抽出休止等を含む抽出ピンチ
の変動に対して極めて優れた制御効果か得られる。また
、炉内での鋼片の厚さの変動や抽出目標温度の変動に対
しても、全稈急激な変動がある場合を除いて、同様に優
れた制御効果が得られる。

重み係数の与え方としては、前記特開昭５２−１１７８
ｉ７号公報に開示された如く、各帯の鋼片温度の目標値
からの偏差の平均値から与える方法によっても、燃料原
単位的には優れた結果が得られるか、かかる原理のゆえ
に、炉内での鋼片の構成によっては、抽出温度がその目
標値を大きく下廻るバラツキを生ずる場合がある。

本発明では、個々の鋼片の偏差△θ７、に依拠して重み
係数ωハを設定できるため、上述の如き問題を生ずるお
それはない。

例えば、第２図に重み係数ωｌｉの与え方を示す。

この場合には、予測温度偏差値△θ、□の正負に応シテ
”７ｉ　（Ｄ　勾配（’）　ω１　ｉ／％△θ７２ｉ）
）ヲ変化すセ、負の場合には小さい勾配として、目標値
より小さい予測温度を有する鋼片については、その炉温
制御への寄与率を低くしている。

このように重み係数を種々の要因により適宜に設定、変
更するようにすれば、特に厳しい温度管理を必要とする
鋼片に対する炉温制御や、通常の方法では焼上げが困難
な鋼片を重点的に加熱する炉温制御にも有効に適応する
ことができる。

（Ｆ）炉温設定値の計算 炉温の設定値は、炉温を種々変化させて、評価関数Ｊｌ
　が零となる炉温を求めることによって設定する。この
ようにして求めた炉温設定値に基いて、各帯の加熱手段
を制御することによって最終的に最適な炉温制御を行な
うことができるのである。

上記設定炉温は、例えば以下のような試行演算によって
求めることができる。

即ち、現行炉部Ｔｌ　の下で評価関数Ｊ、を求め、Ｊｉ
≧０（焼過ぎ）＝＞　　ＴＪ　−ＴＩ！−α・ｌＪｌ＜
Ｏ（焼不足）−し　Ｔ７−＋Ｔｚ＋α・△Ｔとして、再
び評価関数ＪＡ’　を求める。

ただし、△Ｔは加熱炉こと帯域ごとに適当に設定した一
定値、αは１より小さい正の定数また、Ｊｅが正から負
、或いは負から正に反転したときには、α→α×０．５
とする。

上記の試行を数回繰返し、Ｊｌが最小となったときの炉
温Ｔｌ　を設定炉温とする。また、評価関数Ｊｚ　が反
転するように２回の試行を行ない、補間法により設定炉
温を求めることもできる。

次に、本発明方法にしたがった炉温制御の結果を比較例
とともに第３図に示す。

第３図は鋼片サイズ（２１０ｒＭＬ厚〕　および目標ヒ
ートパターンが同一の鋼片を焼上げたときの実績ヒート
パターンを示したものである。

図中、実線は目標ヒートパターン、２点鎖線は本発明方
法による実績ヒートパターン、１点鎖線は予測量を小さ
な一定値に固定した従来法による実績ヒートパターン、
点線は予測量を比較的大きな一定値に固定した従来法に
よる実績ヒートパターンを夫々示す。

第３図に明らかなように、従来法では、実績ヒ−トパタ
ーンが目標ヒートパターンに対して比較的大きな振幅で
うねりを示すのに対し、本発明方法ではある程度のうね
りを生ずるもののその振幅は極小となっており、本発明
方法の優秀性が如実に示されている。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、各号
ごとに、各鋼片についてその時々の焼上は過不足量に応
じて個々にその予測量までの時間を与え、即ち突発休止
などの非定常態に陥って焼上げ過不足量が大きくなった
ときには予測量を大きく、逆にほぼ定常状態で過不足量
が小さい場合には予測量を小さくして各鋼片の温度を予
測し、その予測値と目標値との偏差を求め、重み係数の
導入によってこれら偏差の加重平均を各号ごとに求めで
、加重平均を零とするように各号の炉温を修正するよう
にしたので、従来の炉温制御法に比して著しく燃料原単
位を低減でき、しかも正確な抽出目標温度を得ることが
できる。

したがって、本発明によれば、当然のことながら、後工
程である圧延ラインとのマツチングの向上を図ることが
でき、スキッドマーク等による圧延製品の品質低下等を
完全に防屯することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の各ステップを示すフローチャート
、第２図は本発明に係る重み係数の設定方式の一例を示
すグラフ、第３図は本発明方法による実績ヒートパター
ンを従来法による実績ヒートパターンとの比較で示すグ
ラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多帯式連続加熱炉内の各鋼片の現在温度！ｉ（た
   だし、ｌは加熱帯の番号を、ｉは各帯内の鋼片の番号を
   夫々表わす。）を、炉内温度、炉内位置、炉の伝熱特性
   、多帯での滞留時間、各鋼片の寸法、熱特性および熱履
   歴がら求めるとともに、各鋼片の現在温度θｌｉと各鋼
   片の現在の目標温度θ【ｉとの偏差を帯ごとに積算して
   積算値△Ｔｚを求め、次いで各鋼片の抽出までの残時間
   ″ＩＲＥＭｌ！ｉと炉内位置と上記積算値△Ｔｔ！に基
   づいて各鋼片ごとに焼土は過不足を判定する予測光まで
   の時間τ、ｉを決定し、現在から１１１時間後の各鋼片
   の予測温度θｐ、を計算して求め、この各鋼片の予測温
   度と現在から１６時間後の各鋼片の目標温度θ・とのＩ
   ！ｌ 偏差をとるとともに、多帯ごとにすべての鋼片について
   、上記偏差値に重み係数を乗じたものの総和Ｊｅを求め
   、この総和Ｊｚを評価関数としてＪｌが零となるように
   多帯の炉温を制御するようにしたことを特徴とする多帯
   式連続加熱炉の炉温制御方法。