JPS609087B2 - 連続式加熱炉の加熱制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、順次装入・抽出される複数個のブロック材を
目標抽出温度まで加熱する連続式加熱炉の加熱制御方法
に係り、特に、複数個のブロック材に対して最適条件で
加熱することのできる連続式加熱炉の加熱制御方法に関
する。

一般に製鋼工場と分塊圧延工場の中間に位置している連
続式加熱炉においては、該加熱炉に被加熱材料であるブ
ロック状の鋼片が装入されてから抽出されるまでの在炉
時間は、この加熱炉の後に続く圧延ラインにおける圧延
スケジュルから決定される。

従って、この在炉時間内に鋼片を所定の温度に加熱する
ためには、燃料供給量を鋼片の加熱状態に応じて制御し
、炉内の温度分布を遂次最高のものを変えてゆく必要が
ある。従来、このような燃料供給量の制御をする方法と
して、経済性を考慮して、できる限り圧延待ち状態を少
なくし、合わせて過均熱にならないようにするため、焼
上げ所要時間を遅くし、かつ圧延開始を予測して、その
関係から均熱完了時刻を定め、その時点から焼上げ所要
時間だけさかのぼって均熱炉を点火し、逐次その修正を
行なって燃料流量を制御する方法が行なわれている。

この方法を改良した、特公昭４９−４３０４３号或るし
、は特公昭４９−４３０４４号は、燃料点火時期、燃料
減少時点、再加熱時点を適当に設定することにより、加
熱所要時間の予測の精度を高め、生産性を高めたもので
あるが、炉内の温度分布を直接制御するものでないため
、限界がある。一方、炉内温度分布を直接制御する方法
として、炉温分布の検出値に基づいて炉内の金鋼片の温
度分布をオンライン計算機によって推定し、予め定めた
昇温パターンとの偏差に応じて温度設定値を計算する方
法がある（特公昭４９−２９４０３号）。

しかし、一般に連続式加熱炉には数十本の鋼片が同一時
点で装入されており、その各々に関し精度良く温度推定
計算を行なおうとするとト計算量が莫大なものとなりも
オンライン計算が困難である。又、炉内温度の応答は通
常数十分かかるので「偏差を検出してから炉温制御を行
なっても遅過ぎる場合が多いという問題がある。更に〜
他の従来方式としてし圧延スケジュールに応じて決まる
在炉時間内に目標温度に加熱するための炉温パターンを
選択し「それに応じて温度設定を変更して行く方式も知
られている。

しかしながら「通常加熱炉中には数十本の鋼片が装入さ
れており「或る特定の鋼片に通した温度パターンが、他
の鋼片にとっても最適な温度パ夕−ンとは限らない。従
って、他の鋼片について過加熱や加熱不足の原因となる
。このように、鋼片毎に決められた加熱制御は他の鋼片
に大きな干渉を及ぼすという問題がある。又、従釆は、
装入直前の鋼片に関して炉温パターンを決めていたが「
前述のごとく炉の応答時間は長いため、該鋼片が在炉し
ている時にその鋼片に対する最高パターンを実現するこ
とは困難であつた。

本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなされたもの
で、複数個のブロック材に対し適切な温度制御を高精度
に行なうことができる連続式加熱炉の加熱制御方法を提
供することを目的とする。

本発明は、順次装入・抽出される複数個のブロック材を
目標抽出温度まで加熱する連続式加熱炉の加熱制御装置
において、装入を予定されている各ブロック材毎のパタ
ーンから、評価関数を用いて複数個のブロック材群全体
に対する最適炉温パターンを予測し、該予測パターンに
基づいて決定した炉内温度を制御目標温度とすることに
より、前記目的を達成したものである。以下図面を参照
して、本発明の実施例を詳細に説明する。

本実施例は、第１図に示すごとく、上部子熱帯１０と、
下部子熱帯１１と、上部加熱帯１２と、下部加熱帯１３
と、灼熱帯１４とを有しトそれぞれにバーナ９陣（図に
おいて添字ａ；ｂ，ｃ，ｄ，ｅは各炉帯に対応。以下同
様）と、該バーナ１６に供給される燃料流量を調節する
流量調節計１８と、炉壁に配設された炉温計２０と、該
炉温計２０の出力である炉壁温度のこ基づいて前記流量
調節計１８を制御する炉温制御装置２２とが配設されて
いる五帯式加熱炉において、在炉時間管理装置３０と、
目標抽出温度設定器３芝とャード管理装置３３と、前記
在炉時間管理装置蓬蟹「 目標抽出温度設定器３２及び
ャード管理装置３３の出力に基づき、装入を予定されて
いる各鋼片毎の炉温パターンから評価関数を用いて複数
個の鋼片群全体に対する最適炉温パターンを予測する炉
温パターン予測装置３４と、該炉温パターン予測装置３
４の出力に基づいて各炉帯の設定温度を演算し、前記各
炉帯の炉温制御装置２２に制御目標温度を与える炉温設
定装置３６と、からなる加熱制御装置を設けたものであ
る。図において「 ２４は装入侍期中の鋼片、２６は在
炉中の銅片し ２８はローラテーフル、２９は装入口近
傍の炉温を検出する炉温計である。なお、図示は省略し
たがｔ上部子熱帯１０以外の炉帯のバーナー６にもそれ
ぞれ流量調節計１８及び炉温制御装置２２が配設されて
おり「これらはいずれも炉温設定装置３６の管理のもと
に制御されている。前記在炉時間管理装置３０は装入を
予定されている鋼片２４の在炉時間Ｒ（１）を予測し、
圧延ラインの状況に応じて、鋼片の装入、抽出のタイミ
ングをつくる。

一般に生産能率を向上するため、在炉時間は圧延ライン
の操業状態に合わもせて調整される。装入を予定されて
いる材料鋼片１の在炉時間Ｒ（１）の予測値は、例えば
次式を用いて決定することができる。Ｒ川＝Ｒ（１−・
）十ｔｆ９ｒＴ）−ｔｆＬご）…… ……（１）ここで
「 ｔチ９ＹＴ）は材料（１−１）と１の抽出間隔で、
ｔｆ叫）は材料（１−１）と１の装入間隅を示す。

前記目標抽出温度設定器３２は、加熱炉に装入を予定さ
れているＮ本の材料に関する目標抽出温度を設定するた
めのものである。

ここで抽出温度とは、鋼片の表面温度ａｐ（１）（１＝
１〜Ｎ）及び表面と内部の温度差△８ｐ（１）（１＝１
〜Ｎ）の２つの量を意味する。なお、この抽出温度の決
定方法は公知であり、圧延ラインにおける圧延能力、温
度降下を考慮したものであればもどのようなものを用い
ても良い。前記炉温パターン予測装置３４は、装入が予
定されている複数の材料について、在炉時間管理装置３
０から入力される在炉時間Ｒ（１）と、目標抽出温度設
定器３２から入力される目標表面装置ａｐ（１）、目標
温度差△８ｐ（１）と、ャード管理装置３３から入力さ
れる鋼片の厚さ日（１）とから、該Ｎ本の材料に関する
最適な炉温パターンを決定する。

以下第２図を参照して、炉温パターン予測装置３４内の
処理の内容を説明する。まず、在炉時間管理装置３０、
目標抽出温度設定器３２、ャード管理装置３３から、前
述の各データが入力される。

次に、一個の鋼片１を在炉時間Ｒ（１）の間に目標抽出
温度８ｐ（１），△８ｐ（１）まで加熱するに必要な炉
温パターンｋｓ（１）を決定する。

炉温パターンｋｓ（１）の決定に当たっては、第３図に
示すような、炉温パターンｋｓと在炉時間Ｒとの関係を
利用する。第３図は、予めモデル計算或るし、は実操業
データから求められている。第３図において、在炉時間
Ｒ、鋼片の厚さ日、目標抽出温度８ｐ、△８ｐを与えれ
ば、炉温パターンｋｓを求めることができる。ある特定
の鋼片に関し、このようにして炉温パターンを求めるこ
と自体は、従来例として述べたように公知である。次に
、前記各鋼片毎の炉溢パターンｋｓ（１）から評価関数
Ｊを求め、これを最小にする炉温パターンを山登り法（
最大傾斜法）によって求めた最適炉温パターンとして採
用する。

このため、炉温パターンの初期値としてまず次の平均値
ｋｓを演算する。広＝言，≦，ｗ，（１）ｋＳ（１）・
…側ここでｗ，（１）は重み係数である。

又、同時に抽出時の表面温度ｏｐに関する平均値８ｐも
求める。

広；寿ぎ．Ｗ，（１）８ｐ（１）…・【３１なお、前記
重み係数Ｗ，（１）は、次のようにして選ばれる。

即ち、一般に加熱炉各帯の温度制御の時定数は数十分（
３０〜１００分）と非常に長い。従って、炉温パターン
の修正指令は最適パターンの出力時点を考慮して出力す
る必要がある。ここで子熱帯の時定数をＴ、子熱帯に装
入される鋼片の平均数をＰ、装入待ちの鋼片の中でＴ時
間後に子熱帯中央付近までトラッキングされる材料をｌ
ｐとすると、Ｔ時間後にはｌｐを中心としたＰ本が予熱
帯に装入されている。この時、このＰ本に関する最適炉
温パターンが実現されることが望まれる。このためには
、Ｔ時間前にその炉温パターンを設定する必要がある。
従って、重み係数ｗ，（１）を、第４図に示すごとく選
べば良い。炉温パタ−ソ予測装置３４は、次いで、装入
待期中の鋼片（１〜Ｎ）の各々を、炉温パターンｋｓ（
１）抽出時表面温度８ｐ（１）、在炉時間Ｒ（１）で加
熱した場合の、子熱帯出口での表面温度ａＰＲＥ（１）
を求める。

このＯＰＲ８（１）の値は、伝熱モデルを直接解くこと
によって求めることもできるが、ここでは第５図の関係
を利用する。第５図は、第３図と同様に、予めモデル計
算もしくは実操業データから求められている。以上の演
算にひき続き、炉温最適パターンｋ８を求める繰返し計
算のループに入る。

まずＮ本の装入待期鋼片に関し、ｋｓ，ａｐ，Ｒ（１）
に対する抽出時の温度差平均値△８ｐ（１）を第３図か
ら求め、更に第５図を用いて、ｋｓ，８ｐ，Ｒ（１）に
対応する子熱帯出ロにおける表面温度を庵（１）を決定
する。本実施例においては、炉溢パターンの評価関数Ｊ
を次のように定義する。Ｊ＝，≧，〔ｗａ（１）（△ａ
ｐ（１）一△８ｐ（１））２十ｗｂ（１）（ＯＰＲＥ（
１）−８ＰＲＥ（１））２〕……【４｝ここで、ｗａ（
１），ｗｂ川は重み係数で、前記【２｝式、｛３’式に
おける重み係数ｗ，（１）と同様に求められており、第
４図に類似したパターンが使用されている。

又、｛４）式の第１項は、抽出時の温度差が過大となら
ないようにするための項、第２項は、炉温パターンを主
に制御する子熱炉において、過加熱や加熱不足が大きく
なることを防ぐための項である。前記評価関数Ｊを最小
にする炉温パターンｋＳを求めるため、■式をｋｓで偏
微分する。

窯＝２単〔Ｗａ（１）（Ｍｐ（１） −ａｐ（，））≧繋ぎこ十Ｗｂ（１）（８ＰＲＥ（１）
−ａＰＲＥ（，））塾生生じ．．，．．．【５，ａｋｓ
この｛５）式の値は係数畦と係数器 の値が決まれば決定する。

第３図から、温度差△ｏｐと炉温パターンｋＳの関係を
求めると、第６図が得られるので、この図において、ｋ
Ｓ＝ｋＳ、Ｒ＝Ｒ（１）で決まる点の微係数の値が警告
Ｌを表わす。

又、第５図において、ｋｓ＝ｋｓ，Ｒ＝Ｒ（１）の点で
求めた微係数が他日 銭協こ似ぅにして岩瀬がａｋｓ 決まれば、ｋＳの変化量△ｋＳが最大傾斜法により次の
ようにして求まる。

△ｋＳ＝Ｋ誌・・…・【６｝ ここでＫはサンプル区間（傾斜設定区間）を示す。

次いで、炉温パターン予測装置３４は、ｋｓを新たに次
のように定義する。

ｋｓ…ｋｓ＋△ｋｓ ……【７〕
もし、雫害の値が予め定めた正の定数ごよりっ、ごし、
場合には、このｋｓを最適パターンｋ８として繰返し計
算を打切る。

篭＞帆船他繰返し回数が予め定めた回数Ｍより小さい場
合には前記の計算を繰返し行ない、Ｍを越えた場合には
ｋｓを最適パターンｋ９ として繰返し計算を打切る。

前記炉温設定装置３６は、次のようにして炉温検出点の
設定温度を計算する。

即ちさ、まず炉溢パターン予測装置３４の出力にと抽出
温度平均値氏を入力する。これ‘こ基づき、次式より炉
長方向の温度分布■（Ｘ）を決定する。８（Ｘ）＝ｆ（
８ｐ，ｋＳ） ・・・・・・【８｝温度検出
点をｘ＝Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄとすると、各点の設定
温度は、■（Ｌａ），■（Ｌｂ），■（Ｌｃ），■（Ｌ
ｄ）として与えられる。

これらの計算値は、必要に応じて無駄時間処理をした後
、各炉帯の炉温制御装置２２に出力される。前記上部予
熱帯１０の炉温制御装置２２ａは、炉温設定装置３６で
計算された子熱帯上部設定温度８（Ｌａ）と、炉温計２
０ａの出力ｏａを入力し、燃料流量の制御量を決定する
。

この制御量は、流量調節計１８ａに出力され、バーナ１
６ａに供給される流量の修正が行なわれる。上部予熱帯
１０以外の炉帯においても、前記と全く同様にして、最
適制御が行なわれる。本実施例においては、複数本の装
入予定鋼片群に対する最適炉温パターンを決定して加熱
を行なうので、加熱制御による相互干渉が小さい加熱を
行なうことができ、鋼片における過加熱、加熱不足を小
さくすることができる。

なお前記実施例においては、評価関数Ｊが、各鋼片に対
する最適の温度パターンにおける抽出時内外部温度差△
８ｐ（１）、子熱帯出口での表面温度８ＰＲＥ（１）と
、複数の鋼片群に対する最適炉温パターンｋＳに対する
抽出時内外部温度差△８ｐ（１）と子熟帯出口温度８Ｐ
ＲＥ（１）に関する２次形式として表わされていたが、
本発明に用いられる評価関数は前記２次形式に限定され
らるわけではない。

例えば、次式に示すような評価関数０′も同様に利用で
きる。Ｎ ‐ Ｊ′＝「，≧．｛Ｗａ（１）ＩＡ８ｐ（１）−△８ｐ（
１）１十ｗｂ（１）ｌ８ＰＲＥ（１）−８ＰＲＥ（１）
ｌ｝．・・．・・（９）この評価関数Ｕ′によれば「
Ｎ本の鋼片に対し、抽出時の温度のばらつきと、子熱帯
出口での温度のばらつきが最も小さくなる炉温パターン
ｋｓを求めることができる。

一般に、本発明において用いられる評価関数Ｊは次のよ
うに表わすことができる。

Ｊ ．差．ｆｒ（△８ｐ（１），△８ｐ（１），８ＰＲ
Ｅ（１），８ＰＲＥ（１）） ・・・−・・０
００このような評価関数Ｊを求めることにより、鋼片群
に対して最適な温度パターンＫ９ を決定することがで
きる。

又、前式では、加熱炉途中の加熱状態を表わすパラメー
タとして子熱帯出口の表面温度８ＰＲＥ（１）と不庵（
１）を用いているが、このパラメータは必ずしも子熱帯
出口の表面温度である必要はない。例えば、加熱帯入口
の温度を用いても良いし「温度検出点に対応する位置の
温度の推定値８ＰＰ（１），で；（１）をＯＰＲＥ（１
），８ＰＲＥ川の代わりに用いても良い。又、前記実施
例は、本実施例を五帯式連続加熱炉に適用したものであ
るが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、例えば三
帯式連続加熱炉に関しても同様に適用することができる
。

勿論加熱対称も鋼片に限定されず、一般のブロック材の
加熱炉に適用できる。又、前記実施例においては、在炉
時間管理装置３０、炉温パターン予測装置３４、炉温設
定装置３６、炉温制御装置２２がそれぞれ別体のブロッ
クであったが、これらを一合の制御用計算機によって構
成することもできる。

この場合には、運転方式の変更や制御アルゴリズムの改
善等に対して、柔軟に対応できるシステムが実現できる
。以上説明したとおり、本発明は、順次装入・抽出され
る複数個のブロック材を目標抽出温度まで加熱する連続
式加熱炉の加熱制御方法において、装入を予定されてい
る各ブロック材毎の炉温パターンから、評価関数を用い
て複数個のブロック材群全体に対する最適炉温パターン
を予測し、該予測パターンに基づいて決定した炉内温度
を制御目標温度としたので、複数個のブロック材群に対
し抽出後の温度偏差を最も少なくでき、加熱炉のオンラ
イン制御を高精度にできるという優れた効果を有する。
図面の簡単な説明第１図は、本発明が適用された五帯式
連続加熱炉の加熱制御装置の実施例を示すブロック線図
、第２図は、前記実施例における炉温パターン予測装置
の動作を示すブロック線図、第３図は、炉温パターン予
測装置の処理に用いられる炉温パターンと在炉時間との
関係を示す線図、第４図は、同じく評価関数における重
み係数を示す織図、第５図は同じく炉温パターンと子熱
帯出口における鋼片表面温度との関係を示す線図、第６
図は、同じく炉温パターンと鋼片の内外部温度差を示す
線図である。

１０・・・上部子熱帯、１１・・・下部子熱帯、１２・
・・上部加熱帯、１３・・・下部加熱帯、１４・・・灼
熱帯、１６・・・バーナ、１８・・・流量調節計、２０
・・・炉温計、２２・・・炉温制御装置、２４，２６・
・・鋼片、３０・・・在炉時間管理装置、３２・・・目
標抽出温度設定器、３３・・・ャード管理装置、３４・
・・炉温パターン予測装置、３６・・・炉温設定装置。

舞’図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 順次装入、抽出される複数個のブロツク材を目標抽
   出温度まで加熱する連続式加熱炉の加熱制御方法におい
   て、装入を予定している各ブロツク材毎の炉温パターン
   から、評価関数を用いて複数個のブロツク材群全体に対
   する最適炉温パターンを予測し、該予測パターンに基づ
   いて決定した炉内温度を制御目標温度としたことを特徴
   とする連続式加熱炉の加熱制御方法。 ２ 前記評価関数が、各ブロツク材に対する抽出時の内
   外部温度差及び加熱炉途中の加熱状態を表わす温度をそ
   の評価要素として含み、最適炉温パターンが該評価関数
   を最小にするよう求められている特許請求の範囲第１項
   記載の連続式加熱炉の加熱制御方法。 ３ 前記加熱炉途中の加熱状態を表わす温度が、予熱帯
   出口におけるブロツク材の表面温度である特許請求の範
   囲第２項記載の連続式加熱炉の加熱制御方法。 ４ 前記最適炉温パターンが、ほぼ炉温制御に対する加
   熱炉の応答時間だけ後に加熱炉に装入されるブロツク材
   群に関し予測されたものである特許請求の範囲第１項乃
   至第３項のいずれか１項に記載の連続式加熱炉の加熱制
   御方法。