JPS6111289B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスラブの加熱炉、特に上記炉の運転制
御技術に関する。

〔従来の技術〕

圧延された金属ストリツプは熱間ストリツプミ
ルクとして知られている装置で連続して配置され
〓〓〓〓
たローラを通してスラブ、棒又は他の塊状金属を
圧延して作られる。便宜上、各種の塊状の金属を
スラブということにする。スラブが圧延機を進む
につれ、スラブは次第に薄く長くされてついに薄
い金属ストリツプになる。スラブをストリツプに
まで加工して完成するためにスラブを圧延するロ
ーラによつて多くの加工を行なわなければならぬ
ことが分る。金属は高温の時には低温の時よりも
変形に対して抵抗が少ないので、スラブが高温に
ある間、その厚みの圧延量を最初に大きくされ
る。スラブは、所謂スラブ加熱炉で代表的には約
2200〓（約1240℃）に加熱される。それでスラブ
加熱炉はスラブが貯蔵されたスラブ置場の周囲温
度から、特定のスラブ材質と圧延法に適すると思
われる所望の高温にスラブを加熱する仕事を行な
う。

生産ラインにおいては多数のスラブが逐次炉に
供給される。炉を通過するスラブの速度と炉内の
温度の高さは、炉から排出される各スラブが所望
の温度にできる丈近くなるように選ばれる。各ス
ラブが同じ成分と同じ寸法のものであり、同じ時
間の周期で同じ厚みに圧延されるのであれば高温
度にスラブを加熱することは簡単である。然し乍
ら代表的な熱間ストリツプミルはこのような一貫
した方法では操業せず、スラブは、成分、寸法並
びに圧延条件で大いに変る。圧延の遅れは計画上
のものであろうとなかろうと、炉中を通過するス
ラブの送り出しに影響する。つまり、個々の要求
条件にもとずいてスラブは異なる温度に加熱され
ねばならない。これは炉の加熱能力ができる丈正
しく調節されなければならぬことを意味するので
ある。

スラブ加熱炉の手動制御は、長い間この種の炉
の運転について最高に有効な方法ではないと認め
られてきている。スラブの成分、厚み、巾、取出
し時間間隔、最終の所望の厚み、最終の所望の温
度、並びに圧延の遅れは何れも相互に作用して、
各スラブを特定の所望温度に加熱する目標を達成
するために炉を適当に制御することを極めて難か
しくしている。手動制御では各種のスラブの違い
は殆んど考慮されず、炉から出るスラブは不適当
に加熱されていることがしばしばある。又不適正
な制御によつて加熱炉の運転に多量の燃料が浪費
されることについても大いに関心が高まつてい
る。

このような問題に応じてスラブ加熱炉用のプロ
セス計算機制御の使用が発達した。最初の加熱炉
温度制御特許（米国特許第3604695、1971年９月
14日登録。以下において前特許と称する）はスラ
ブ加熱炉の運転制御のため計算機技術を用いる点
について、意義の深い前進ステツプを示したもの
である。

前特許は下記を具えて、加熱炉の運転にて重要
な利益をもたらした。

(1) 燃料消費節約。この利益は、圧延機の高率運
転をめざして意図された方策に従つてスラブの
加熱を四六時中制御できる能力から生れる。

(2) 炉能力の増加。このことは制御系が材料の流
れの変化と各種の遅れに迅速に応答できるから
である。スラブは、圧延機に入る前に遅れを必
要とするとか、低速で圧延することを必要とす
るとかを要しない温度で圧延機に送られること
ができる。換言すれば、スラブが適当な温度で
圧延機に送られるので圧延機は全能力で操業さ
れる。

(3) 良好な表面品質。自動制御は、過度なスケー
ルの形成、スラブ面の溶融、他の好ましくない
特性が除かれるように十分に正確である。

前特許以前の加熱炉の自動制御系はスラブ温度
を直接調整しなかつたので完全に満足すべきもの
ではなかつた。これらの制御系は、スラブ温度を
推定するため、各スラブが炉中を通るときの各ス
ラブの温度についての特定情報とは無関係にデー
タを記憶したモデルによつていたのである。

前特許はスラブ加熱炉の運転制御について相当
に改良された方法と装置を発表し、特許請求をし
た。この特許では与えられた帯域におけるスラブ
の平均温度は、その帯域のガス温度と、スラブの
熱特性、スラブの大きさ、帯域内のスラブの位
置、スラブの移動速度並びにスラブの熱履歴の関
数として予知された。この予知された平均温度は
予め定められたスラブの所望温度曲線にもとずき
同じ位置で所望の温度と比較される。この帯域内
のスラブ全部についてこの比較値を結合したもの
の関数として評価指数が樹立された。評価指数
は、温度設定点、即ち、所望の帯域温度を計算す
るために用いられた。炉の熱入力は、設定値と測
定された帯域温度との差の大きさと方向によつて
〓〓〓〓
調節された。前特許はスラブ加熱炉の運転制御に
ついて、初めて真の自動的効果的技術を供したの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前特許は技術上優れた進歩を示したが、若干の
問題点が未だ着手されていなかつた。この問題の
一つは、評価指数が決められる方法に関するもの
である。前特許では各スラブの計算された平均温
度が所定の位置でスラブの予め定められた所望温
度と比較された。所定の帯域内にあるスラブ全部
の温度偏差が周期的に計算され、偏差が平均され
た。帯域の出口端近くのスラブ温度が帯域の入口
に近いスラブ温度よりも重要であるのでスラブの
温度偏差は、帯域の出口端近くのスラブのものが
加重された。加重計算された温度偏差は集計され
帯域の評価指数を作る。これは評価指数を導出す
るためのかなり複雑な技術で、技術は正確ではあ
るが個々のスラブの加熱要件には対応していな
い。

前特許により考慮されなかつた他の問題は炉内
に現存する温度が決定される方法に関するもので
ある。この特許では炉の各帯域の天井と排ガス煙
突内に熱電対が置かれた。また熱電対は、炉の予
熱帯と加熱帯の間の移行点にも置かれた。更に予
熱帯から加熱帯への移行点、加熱帯から均熱帯へ
の移行点に各スラブが一つの帯域から他の帯域に
移行するときのスラブ温度を測定するため放射高
温計が置かれた。炉内に多数の熱電対や高温計が
用いられれば、炉内の熱分布の良き指示が得られ
ることが明らかである。之等の検出器の数が多い
ほど、炉内の熱分布を決め易いし、ひいては炉の
運転制御がより容易となる。

然し乍ら前特許でも各帯域の温度は入口検出温
度から出口検出温度に向け直線的に変化するもの
と仮定された。これは各スラブに加えられる放射
熱源の温度を正確に予測しなかつたという、単純
過ぎる仮定によるものであつた。現存の多くの炉
では温度検出器は各帯域の長さに沿つて唯一箇所
にしか置いていない。多くの熱電対や高温計を追
加するため現存の炉を改修することはできるが、
炉の適正な制御を行なうため出来ることなら現存
の装置を用いることが望ましい。また、炉全体を
通して仮定した温度分布がスラブに加えられる熱
源温度をさらに正確に反映していることが望まし
い。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はスラブ加熱炉の運転炉の運転制御に対
する新規の改良された技術を提供して前記及びそ
の他の従来の技術の問題点を克服しようとするも
のである。所定の炉帯域におるスラブの平均温度
はその帯域の放射熱源温度と、スラブの熱特性
と、スラブの大きさと、帯域内のスラブの位置
と、スラブの移動速度と、スラブの温度履歴との
関数として予知される。放射熱源温度は、二次元
（ｘ，ｙ軸）熱伝達計算により炉の長さ方向に沿
うガスと耐火物とからの合成放射効果がもたらす
スラブ加熱率と同一の加熱率を、一次元熱伝達計
算（ｙ軸）でもたらすような温度として定義され
る。各スラブの平均温度を計算する特定技術は、
従来の計算技術に比して改良されている。帯域に
おける放射熱源温度は帯域の一個所の温度測定だ
けから決定できる。これは帯域の放射熱源と測定
温度との間の任意点での温度差又はオフセツトを
表わす熱源形成曲線を用いて行なわれる。熱源オ
フセツトは帯域の加熱源からの距離、スラブ厚、
帯域を通るスラブの移動速度、燃料の種類の関数
として定められる。各スラブの平均温度は四乗放
射法則で計算され、予め定められたスラブの所望
温度曲線にもとずく同じ位置での所望温度と比較
される。

本発明は評価指数それ自体の使用を避けてい
る。所望の平均温度よりも最も下にある、または
所望の平均温度に達するのに最も加熱時間を要す
る個々のスラブの温度偏差が決められる。次に所
望平均温度以上の、または以上に加熱される個々
のスラブの温度偏差も最大のものが決められる。
低加熱要求のスラブが見出されないとすると、選
ばれた過熱要求スラブの温度偏差が最初の計算偏
差として用いられる。選ばれた過熱要求スラブ
は、通常、所望平均温度より最も高いものである
が、このスラブを選ぶのに他の基準も用いられ
る。そこでスラブの何れかを過熱する危険がない
と仮定すると、加熱装置の出力を調節するためこ
の最初の計算偏差が用いられる。前記過熱スラブ
の偏差が所定の限度を越えると、前記低熱スラブ
の偏差は用いられず、加熱装置の出力は、過熱さ
れたスラブに損傷を与えぬよう、低くされ、また
は一定に保たれる。上記の諸段階がスラブ加熱炉
〓〓〓〓
の運転制御に用いられると、炉は、炉を通して置
かれた最小数の温度検出器のみで効果的に制御さ
れる。本発明の之等の利点と充分な理解は添付図
面と共に次記の記載並びに特許請求の範囲を参照
して得られるものである。

第１図において、本発明で制御される型式の加
熱炉は１０は予熱帯１２、加熱帯１４、均熱帯１
６を具えている。前特許には加熱炉１０の他の構
成要素が記載されているが、之等の構成要素は相
互を関連づける目的で再度記載される。本発明
は、その適用について加熱炉１０の特定の形状に
限定されるものではない。例えば炉は各帯につい
て一帯域よりも多い帯域をもつていてもよく、又
帯域末端の噴燃口の代りに天井又は側避の噴燃口
をもつていてもよく、更に又帯域末端噴燃口を別
の所に設けてもよい。

スラブ置場から取出された周囲温度のスラブ
は、予熱帯１２に先立つ炉口部２０に連なる装入
扉１８を通し一回に一個が加熱炉１０に装入され
る。炉口２０に結合された排ガス煙突２２は加熱
炉１０から排気ガスを不図示の復熱室に排出す
る。熱電対２４が排ガスの温度を監視する。温度
が或る最高限を超えると煙突２２の不図示の冷却
スプレーが用いられて排気ガスの温度を下げる。

扉１８から加熱炉１０に入るスラブは固定又は
可動の梁２６に沿つて予熱帯１２に移動する。予
熱帯１２は夫々噴燃口３４，３６を具えた上の点
火壁３０と下の点火壁３２を有する予熱室２８を
具備している。噴燃口３４，３６は単一部品で示
されているが、之等は通常炉幅を横切つて並べら
れた部品列で炉の片側に対し均一な温度勾配を保
つている。予熱室２８の温度は噴燃口３４から僅
かに離れて予熱室２８の天井に取付けられた熱電
対３８で監視される。熱電対３８は、予熱室２８
の最高温度部分に、又はその近くに置かれてい
て、従つて、熱電対３８で検出された温度は予熱
室２８内で到達する最高温度を示す。熱電対３８
は予熱室２８内の唯一の温度検知器である。

加熱帯１４は、予熱帯１２と類似していて加熱
室４０を具えている。加熱室４０は夫々噴燃口４
６，４８を具えた上部点火壁４２と下部点火壁４
４を有している。熱電対５０が加熱室４０の天井
に取付けられ、加熱室４０の最高温度部分に、又
はその近くに置かれている。

均熱帯１６は主として均熱帯１６を通るスラブ
の温度を均一にする。均熱帯１６は噴燃口５６で
表わされた一列の噴燃口を取付けた単一の点火壁
５４を有する均熱室５２を具えている。熱電対５
８が均熱室５２の天井に取付けられ均熱帯の最高
温度を検出する。加熱されたスラブは蝶番付排出
扉６２で覆われた傾斜面６０で炉１０から排出さ
れる。スラブはローラ６４で示されるローラテー
ブルに乗せられ、ローラは、スラブを圧延機のス
ケールブレーカーに運ぶ。

スラブが加熱されている時、噴熱口は第２図で
番号６５で示された形の所望の厚板温度曲線を確
立するように調整される。予熱帯１２の実際の放
射熱源温度は、この帯域の入口の最低温度６８か
ら加熱帯１４の入口の中間温度レベル７２に下降
する前に、予熱室２８内の平坦部７０までほぼ直
線６６に沿つて昇温する。中間温度レベル７２か
らは、ほぼ直線７４に沿つて、均熱帯１６の入口
の第二中間温度レベル７８に下降する前に加熱室
４０の第２平坦部７２に昇温する。均熱帯１６は
もともとスラブ全体の温度を均一にしようとして
いるので、均熱帯内の温度は事実上均一である。
第２図ではこれが第二中間温度レベル７８の水平
延長８０として示されている。

加熱炉は常にスラブの集団を収容すると仮定さ
れるが、個々のスラブの加熱に対する制御度合
は、炉１０の放熱源温度曲線の傾斜と温度の大き
さについての情報に従つて達成される。帯域内で
検出された温度とそれにより予知された放射熱源
温度に従つて、帯域内の各スラブの平均温度はス
ラブの熱特性、そのスラブの置かれた所の放射熱
源温度、スラブの大きさ、その帯域のスラブの位
置、スラブの速度、スラブの熱履歴の関数として
計算される。各スラブについて計算された（予知
された）平均温度と、第２図で番号６５で示され
たような予め定められた温度曲線に従う所望の平
均温度間の偏差が計算される。“制限加熱要求”
付のスラブの温度偏差は、帯域の温度設定値を連
続して増加し周期的に温度偏差を計算し直すこと
により、零にすることができる。

最も重要な温度偏差は、表面が溶融する温度に
近付きつつある任意のスラブの温度偏差である。
このことはスラブを“洗浄”（washing）すると
いうことで知られていて、この状態が緊急であれ
〓〓〓〓
ば、そのスラブの許容表面温度からの温度偏差は
この結果にならぬように零にされる。他の重要な
温度偏差は、(a) 予め定められた所望温度に達す
るのに最大の時間を要求しているとか、(b) 予め
定められた所望温度に達するのに最大の温度上昇
を要求しているとかの、制限加熱要求を有する
個々のスラブの温度偏差である。低加熱のスラブ
がないと、制限加熱要求は所望の平均温度以上に
最も高く加熱されるスラブについてのものとな
る。洗浄温度の制御については、制限加熱要求の
あるスラブの温度偏差は零に齎らされる。予熱帯
１２と加熱帯１４と均熱帯１６における温度設定
値は、それぞれ独立しており、実質的には同一の
方式で制御される。繰返しを避けるためにはここ
には一方式だけが記載される。

スラブ集団の各スラブの平均温度を予知するこ
とはその帯域の各スラブの位置の確認をすること
に関わる。第７図について説明すると、各各の帯
域はＩ個の位置に分割される。ここでＩはその帯
域の長さをスラブの平均の幅で割つて定められ
る。例えば、その帯域の長さが48呎で、スラブの
平均の幅が４呎であれば、その帯域内の位置の数
は48/4即ち12である。押出し型炉又は移動ビーム
型炉に於ける通常の加熱の仕方では、各帯域に完
全にスラブを装入して、スラブの中心が第７図に
示した各々の位置に来るようにする。帯域のある
所定位置ｉにおける各スラブの平均温度は、スラ
ブをモデル化し適当な熱伝達方程式を用いてその
モデルの平均温度を決めることにより計算でき
る。モデルは、本発明によれば、上部表面積一平
方呎（9.29dm²）を有するほぼ立方形の、スラブ
の一部分を吟味することとなる。モデルはＨ呎の
高さをもつている。モデルは、頂部と底部をガス
温度Tgiで対称的に加熱され、かつ表面温度Tsi
に達するものと仮定される。スラブの平均温度を
決めるために、スラブへの熱入力は通常の熱伝達
方程式によつて考察される。スラブに入り込む熱
全部がスラブに蓄積され、従つて平均温度の増加
があるものと仮定される。更にスラブに蓄積され
た熱は放射源からスラブ表面に入つたものでなけ
ればならないと仮定される。実際は、スラブの上
方と下方の放射熱源の温度は等しくはない。この
場合スラブは、計算のために頂部と底部の等しい
厚みに２分され、スラブの平均温度は頂部と底部
それぞれの半分の部分の平均温度から決められ
る。上方と下方から均一に加熱されたスラブの熱
分布は、放物線様であるというのが合理的な仮定
である。従つて、中心温度Tciと、等表面温度
Tsiを有するスラブの平均温度Taiは (1) Tai＝（Tci＋2Tsi）／３ である。

上記の仮定にもとずき、次の非線型連立微分方
程式が得られる。

(2) Tsi＝Tai＋ρＣＨｉ^２／１２Ｋ・ｄＴａｉ／ｄ
ｔ ＝Tai＋K₁Hi²・ｄＴａｉ／ｄｔ (3) ｄＴａｉ／ｄｔ＝２σｅ_ｉ／ρＣＨ_ｉ〔（Tgi＋
460）⁴ −（Tsi＋460）⁴〕 ＝Ｋ_２ｅ_ｉ／Ｈｉ（Tgi＋460）⁴−（Tsi＋460）⁴ ここにTsi＝位置ｉにおけるスラブの表面温度
（〓） Tgi＝位置ｉにおける放射熱源温度（〓） Tai＝位置ｉにおけるスラブの平均温度（〓） ei ＝位置ｉにおける放射率 σ ＝ステフアン―ボルツマン常数 （0.172×10^-8BTU／時間―ft²―〓^４） Ｃ ＝スラブの熱容量BTU／ポンド―〓） ρ ＝スラブの密度ポンド／ft³ Hi ＝位置ｉにおけるスラブの厚み（ft） Ｋ ＝スラブの熱伝導度BTU／ft―hr―〓 K₁＝ρＣ／１２Ｋ K₂＝２σ／ρＣ スラブは厚みＨが変化すると考えられるだけ
で、長さと巾は、一定であると仮定する。第２、
第３の方程式中若干の項は帯域におけるスラブの
位置に無関係であるが、放射熱源温度とか放射率
のような他の項は帯域内でスラブの位置と共に変
る。所定位置ｉにおける放射率はスラブの表面状
態で影響され、一次式 (4) ｅ_i＝ｅ_p＋mL で近似される。所定位置ｉにおける熱伝導度はそ
の位置におけるスラブの平均温度の関数である。
式(4)は、前特許で十分に記載されている。式(4)に
〓〓〓〓
おいては、 ｅ_i＝位置ｉにおけるスラブの放射率 ｅ_p＝炉入口におけるスラブの放射率 Ｌ＝炉入口からの距離（ft） ｍ＝スラブの放射率と位置に関する係数 である。

本発明において帯域の放射熱源温度曲線は帯域
の熱電対３８，５０又は５８からの、各帯域毎に
一つの温度Ｔ_tだけを測定して設定される。帯域
の放射熱源温度曲線は“オンライン”モデルから
計算される。このモデルは炉の運転をオフライン
計算で模擬するか、または炉の運転パラメータと
炉の各位置における有効放射熱源の間の経験的関
係を明らかにするために実際の炉で炉のパラメー
タを集めるかして得られたデータを格納する。オ
ンラインモデルでは、多数の特定運転条件に対す
る熱源形成データが計算され図示される。熱源オ
フセツトＴ_pは帯域の熱電対で検出した温度Ｔ_t
と、帯域の長さに沿い帯域の放射熱源モデルの温
度差として定義される。熱源オフセツトＴ_pは帯
域の噴燃口からの距離、スラブの厚み、スラブの
速度、及び例えば天然ガス、コークス炉ガス、又
は他の燃料のような燃料の積類の関数である。そ
れでオフラインの熱源形成モデルは之等のパラメ
ータに関する非線型曲線群である。之等の曲線の
一つが第３図に示されている。

オンライン制御系では、熱源オフセツトＴ_pは
帯域の位置ｉにおける放射熱源温度Tgiを計算す
るのに用いられる。Tgiは位置ｉにおけるその温
度として定義され、この温度は帯域の長さに沿つ
た総べての放射源からの二次元熱伝達計算より求
められる実際の熱放射束を、一次元のオンライン
計算中で表わす温度として定義される。之等の放
射熱は、ガス、耐火物及びスラブから反射された
放射を含む。一度Ｔ_pが之等の特殊条件に対する
オフラインモデルに基いて、位置と運転パラメー
タの関数として帯域内の各スラブに対して決めら
れると、第４図に示す、放射熱源温度Tgiを決め
るためにオフセツト値Ｔ_pが帯域熱電対３８，５
０又は５８で測定された温度から差引かれる。次
いで温度Tgiはスラブに適用される放射熱伝達計
算に用いられる（方程式３）。

本発明はスラブ平均温度調整装置を具えてい
る。本発明を実行する際は、帯域における各スラ
ブの平均温度は第４図に示すオンラインモデルか
ら放射熱源温度Tgiを定め、式(1)、(2)からTsiを
置換した後、式(3)を解いて計算される。放射率は
式(4)から計算され、伝導率は記憶された伝導率対
温度のデータから定められ、スラブの厚さは予め
行われた測定値から求められる。各スラブの平均
温度Taiは第２図に示す型の予め定められたスラ
ブ温度曲線から求められたその位置のスラブの所
望温度Tdiと比較されて、両者の間の温度偏差Δ
Tdiを決める。温度偏差は炉の運転制御のため次
の計算に用いられる。

当然のことながら帯域の出口に近いスラブの偏
差は帯域の入口に近いスラブの偏差よりも決定的
である。このことを反映するため前特許は、帯域
内の各偏差の重要度を帯域内のスラブ位置の関数
として等級付けるために加重因子を用いた。本発
明はこのような別個の関数計算を用いることとそ
れに伴う帯域の加重温度偏差を集計することを避
けている。之等の結果は各スラブの偏差を他のス
ラブの偏差と比較し、帯域にある何れのスラブが
制限加熱要求をもつているかを決めることにより
達成される。制限加熱要求はその所望の温度から
最も離れているか、または、その代りに所望の平
均温度に加熱されるのに最も時間を要するという
スラブに関するものである。制限加熱要求は、所
望温度以下の最大温度偏差をもつスラブ、又は所
望温度以上の最大温度偏差をもつスラブ、若しく
は所望平均温度に冷却するのに最も長時間を要す
るスラブというような各種の根拠に基いて設定さ
れるが、所定スラブを加熱するに最も長い時間を
要するものに基準をおくのが最も都合がよいと考
えられる。

そこで、各スラブに対する加熱要求は温度偏差
ΔTdiを方程式(3)を解いて求めた平均温度の変化
率の値（dTai／dt）で除して決めることができ
る。最大の加熱要求を有するスラブが一たん識別
されると、そのスラブの温度偏差は、温度偏差を
零に持つてゆく、閉ループ調整器に基準信号とし
て用いられる。これは調整器から出力された設定
値が制限加熱要求を有するスラブの温度を上昇さ
せるために、噴燃口が適正に調節されるようにす
ることを意味する。スラブ全部が過熱されると、
制限加熱要求を有するスラブは負の温度偏差をも
ち、噴燃口はその特別のスラブを所望の平均温度
〓〓〓〓
に冷却するよう適当に調節される。或るスラブは
過熱され、あるものは低加熱であるとすると、低
加熱のスラブが制御の目安となり、噴燃口は低加
熱のスラブの温度を上昇するよう調節される。

上記の処理方法は、潜在的可能性をもつてある
スラブを洗浄する結果になる。このことは負の温
度偏差をもつスラブが存在していても、正の温度
偏差をもつスラブが検出される時に、噴燃口の出
力が増加されるからである。それで既に所望の平
均温度に又はそれ以上に加熱されたスラブに対し
て更に加熱されることが起り得る。或る場合に
は、若干のスラブに対して洗浄されるようになる
ことが可能である。この好ましくない結果は既述
の平均温度調整器に優先する表面温度調整器を用
いて避けられる。表面温度調整器に対する制限温
度偏差は、制限加熱要求を有するスラブの温度偏
差が零に押進められると、洗浄されるスラブの温
度偏差として定義される。このような場合、制限
表面温度偏差が優先し、設定値が調節されて問題
のスラブ洗浄を防止する。

〔実施例〕

本発明による加熱炉の加熱手段制御方法の実施
例を図面を参照して説明する。

上記の方法の一実施例は第５図と第６図に機能
的に記載された型式のアナログ装置又はデジタル
装置で実施される。デジタル装置はより好まし
く、本実施例はハネウエル4000シリーズプロセス
電算機を用いて成功裡に行なわれた。この制御系
の機能は温度設定値Ｔ_zを決めることにあり、こ
れはこの温度Ｔ_zが熱電対３８，５０，５８の何
れか一つからの入力Ｔ_tと共に接合点８２に入力
すると、燃料流れ制御系８４をして燃料流れを変
え、予め定められた方法で帯域の熱電対によつて
測定された帯域の温度を変えさせる。温度設定値
信号Ｔ_zを決めることは、少くとも帯域内のスラ
ブの数又は位置が変る毎に繰返され、スラブの数
と位置が変らないときは予め定められた時間間隔
で繰返される、プロセスの最終結果である。

帯域の熱電対で検出された温度Ｔ_tは熱源形成
モデル８６に加えられ、該モデルは第４図に示す
帯域放射熱源温度Tgiを示す出力信号を発生す
る。計算を開始して、Tgiはまず帯域の最初のス
ラブ位置に適用される。発生器８６からの出力信
号は第一番位置のスラブの平均温度Taiを予知す
るため方程式(2)を解く計算機８８に入力される。
この結果は加算回路９０に入力される。第一番位
置における所望のスラブ温度Tdiは加算回路９０
に入力される。加算回路９０の出力は、第一番位
置におΔる予知された平均温度Taiの、所望のス
ラブ温度Tdiからの偏差ΔTdiを表わす。所望の
平均温度に達する時間が加算回路９０の出力を式
(3)で定められたｄＴａｉ／ｄｔ値で割つて計算される
。

この装置は帯域の他のスラブ位置に対して前記
計算を繰返す。スラブの次の位置における帯域温
度は次の位置におけるスラブの平均温度を決める
計算機８８に適用される。平均温度、所望温度及
び所望の平均温度に達する時間はスラブに対し次
の位置で、最初の位置でスラブについてなされた
のと同じ方法で予知される。このスラブに対する
制限加熱要求が先行する何れのスラブに対するも
のより大きいと、このスラブに対するデータは次
のスラブに対するデータと比較するためメモリさ
れる。

スラブ全部が前記のようにして検査されてか
ら、制限加熱要求を伴うスラブの平均温度偏差が
分る。

この偏差信号は調整器９２に加えられる。調整
器９２は指数関数の順方向ゲーン、積分器、進み
常数を具えている。之等の構成要素はどんな加熱
過程にも存在する熱的遅れにうまく応える。換言
すれば、代表的なスラブは帯域設定値における変
化に応答するのに半時間の時定数を持つかも知れ
ない。従つて調整器はこの熱遅れにうまく応えて
炉帯域制御系８４の運転を安定させる。加算回路
９０へ掛けられるTaiとTdiが同一であると加算
回路からは偏差信号は発生しない。この場合調整
器は作動されない。正の偏差信号があると、調整
器９２は偏差を零にするように、作動される。加
算回路９０からの入力はデータ記憶回路の調整器
９２に記録される。

制限加熱要求が所望温度からの最大偏差を有す
るスラブとして決められていると、調整器９２の
出力は帯域の全位置の中で最大の温度偏差の関数
である信号以外の何ものでもない。調整器９２の
出力ΔＴ_zは制限加熱要求を有するスラブが低加
熱であるか又は過加熱であるかによつて、正又は
負である。制限加熱要求が所望の平均温度にさせ
〓〓〓〓
られるのに最も時間を要するスラブとして定義さ
れると、調整器は（dTai／dt）に対するΔTdiの
比を計算し、計算値の関数である出力信号ΔＴ_z
を発生する。

調整器９２の出力ΔＴ_zは加算接合点９４に加
えられる。ここにはその他、帯域が運転される設
定温度Tnを示す入力と、観測された長時間の変
化を反映するため、又はスラブの圧延を助けるた
めに要求され得るスラブの頂面と底面間、又はス
ラブの前半分と後半分の間の温度差分を導入する
ため炉の運転者によつて設定されるバーニヤ温度
又はバイヤス温度Ｔ_vが入力される。設定温度Ｔ_o
は設定値モデル９６で生成される。モデル９６
は、オフライン計算で炉の運転を模擬するか、ま
たは炉の運転パラメータが多数得られるとき、そ
れらのパラメータと必要とされる帯域設定値との
間の経験的関係を明らかにするために実際の加熱
炉で運転中に蒐集することにより得られたデータ
を炉制御計算機内に記憶する。モデル９６は帯域
の形状寸法、スラブの厚み、所望のスラブ温度曲
線、帯域を通るスラブの速度（押出し割合）を考
慮している。一例として、当該帯域が加熱帯１４
であるとして加熱帯１４を出るスラブの所望温度
が2200〓（約1204℃）であるとすると、設定値モ
デル96は2400〓（約1316℃）の設定温度を生成す
る。加熱帯のスラブの一つが低加熱であると仮定
すると、信号ΔＴ_zが調整器９２により生成さ
れ、加算接合点９４に入力される。ΔＴ_zは低加
熱スラブに対しては正の数である。更に運転者が
信号Ｔ_vを接合点９４に加えなかつたと仮定する
と、Ｔ_oとΔＴ_zが加算されて加算接合点８２に入
力される最終設定値を発生する。最終設定値Ｔ_z
は正の数で、この例では2400〓（約1316℃）を超
え、例えば2450〓（約1343℃）である。帯域熱電
対からの帰還信号は亦加算接合点８２に入力され
る。帯域熱電対が2300〓（1260℃）の温度を検出
すると仮定すると、加算接合点８２の出力は
（2450〓―2300〓）即ち150〓（約83℃）の温度増
加に比例する信号である。この温度信号は、帯域
制御系８４に加えられる。そこで、噴燃口の出力
は帯域温度を150〓（約83℃）上昇させる量だけ
増加される。このようにして、絶えずそれ自体を
更新してスラブを第２図図示のスラブ温度曲線
で、又はこの軌道に極めて近い温度曲線に沿つて
加熱する閉ループ制御系が得られる。

本実施例は、亦表面温度調整器を用いてスラブ
の過熱に対する保護をも含んでいる。これは各ス
ラブの表面温度を計算し、表面温度Tsiがその制
限温度Ｔ_Liを最高に越えているスラブを識別して
行なわれる。温度の制限値Ｔ_Liは、種種の組成の
鋼が圧延される圧延機にかけられる特定のスラブ
の化学組成の関数である。この保護のための特長
は第６図に概略示されている。構成要素の多く
は、第５図の装置に用いられたものと同じで、同
じ数字が該当する所に転用されている。

熱源形状発生器８６の出力は計算機９８に入力
される。この計算機は帯域の何れかの位置での放
射熱源温度Tgiの値が入力された時に、その位置
におけるスラブの表面温度Tsiを計算する。この
計算は、計算機８８がスラブの平均温度Taiを求
めて式(3)を解いた後に式(2)を解いて行なわれる。

第５図の装置と同じように、制限表面温度条件
付スラブの温度Tsiが、予め定められた制限温度
Ｔ_Liが加えられている加算回路１００に入力され
る。加算回路１００の出力は制限温度信号ΔＴ_Li
である。ΔＴ_Liは表面温度が洗浄温度より小さい
所では零又は負の数である。ΔＴ_Liは表面温度が
洗浄温度より大きい所では正の数である。ゲイン
の項と時定数の項がスラブ表面温度の調整に適当
なものであることを除いては調整器９２と類似の
調整器１０２にΔＴ_Liを表わす信号が加えられ
る。調整器１０２の出力ΔＴ_z′が信号ΔＴ_zと同
じように加算接合点９４に加えられる。

ΔＴ_Liの値が正の数でなければ、調整器１０２
の出力ΔＴ_z′は零である。ΔＴ_Liの値が正の数で
あると、ΔＴ_Liの値は、加算接合点９４に供され
る信号ΔＴ_z′を生成するのに用いられる。ΔＴ
_z′の値が生成された時には、調整器９２は、ΔＴ
_z′が要求するよりも設定値Ｔ_oで大きく減少する
ことを要求するのでなければ調整器９２は直ちに
機能を無効とされる。これは帯域温度が更に増加
する可能性を阻止する。ΔＴ_z′の値は加算接合点
９４から発生する最終設定値Ｔ_z′を直ちに減らし
て帯域制御系８４が直ちに燃料の流れを減らすよ
うにする。制御系８４が減少される程度は加算接
合点８２よりの出力によるもので、そこでは設定
値Ｔ_z′が検出された帯域温度Ttと比較される。
第５図の例のように、限定温度回路は、スラブが
〓〓〓〓
炉内を進むにつれ絶えずそれ自体を更新する閉ル
ープである。

計算間隔と放射率の値の調節のような附加的特
徴の記載についても前特許に述べられているのと
同様である。

〔発明の効果〕

上記記載から本発明は、前特許の総べの利点を
もつており、更に個々のスラブの熱条件について
も本格的に取り組み、かつ最小限の計装装置のみ
を備えた現存のスラブ加熱炉においても用いられ
得ることが分る。炉における実際条件を近似する
非線型の帯域温度分布が用いられているので更に
正確な帯域温度計算が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はスラブ加熱炉の略図で噴燃口と温度検
出器の位置を示しており、第２図は炉の長さにわ
たりガス温度と所望のスラブ温度の代表的な曲線
であり、第３図は各種の変数の内で、帯域噴燃口
からの距離の関数として熱源オフセツト温度を描
いた代表的な熱源形成曲線であり、第４図は帯域
噴燃口からの距離の関数としての放射熱源温度曲
線、第５図はスラブの所望平均温度の制御のため
本発明の制御方法の実施例を組込んだ装置のブロ
ツク図、第６図はスラブが加熱される最高温度の
制御のため本発明の方法の実施例を組込んだ装置
のブロツク図、第７図は各帯域における位置番号
の一例を示す図である。 １０…加熱炉、１２…予熱帯、１４…加熱帯、
１６…均熱帯、１８…装填扉、２０…炉口、２２
…排ガス煙突、２４，３８，５０，５８…熱電
対、３０，３２，４２，４４，５４…点火壁、３
４，３６，４６，４８，５６…噴燃口、６２…排
出扉、６４…ローラ。 〓〓〓〓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御可能な加熱手段を備えた少くとも一つの
   帯域を有するスラブ加熱炉において、 ａ 前記帯域にある各スラブの平均温度を予知
   し、 ｂ 前記帯域の特定位置における、予知した各ス
   ラブの平均温度と各スラブの所望平均温度との
   間の偏差を確立し、 ｃ 所望平均温度に加熱されるのに最大時間を要
   するような温度偏差を有するスラブを識別し、 ｄ 加熱手段の出力を、前記識別されたスラブが
   所望平均温度に加熱されるような大きさに調節
   する 諸段階からなる加熱部の加熱手段制御方法。 ２ 前記加熱手段制御方法の諸段階は、帯域にお
   けるスラブの数または位置が変る毎に引続いて繰
   返し行なわれ、もしくは所定の時間内にスラブの
   数または位置の変化がない場合、所定の時間の経
   過後に繰返し行なわれてなる特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３ 各スラブの平均温度を予知する諸段階は、 ａ スラブの表面温度をスラブの熱特性、大き
   さ、位置、速度、スラブの過去の熱履歴の関数
   として予知し ｂ 帯域内の各位置における放射熱源温度を予知
   し ｃ 平均温度計算のため表面温度と組合せて予知
   された放射熱源温度を用いる ことからなる特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ４ 所定の帯域位置ｉにおけるスラブの平均温度
   は、次の連立非線型微分方程式を解くことにより
   予知される、 Tsi＝Tai＋K₁Hi²・ｄＴａｉ／ｄｔ ｄＴａｉ／ｄｔ＝Ｋ_２ｅ_ｉ／Ｈｉ〔（Tgi＋460）⁴ −（Ts_i＋460）⁴〕 ここに、Tsiはスラブの予知された表面温度、
   Taiはスラブの予知された平均温度、Tgiはスラ
   ブ位置における帯域熱源温度、ｅ_iはスラブの放
   射率、Hiはスラブの厚み、K₁とK₂はスラブ特性
   による常数である特許請求の範囲第３項に記載の
   方法。 ５ 加熱手段の出力調節は、スラブ表面の溶融を
   避けるため予め定められた最大値に制限されてな
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６ 帯域の温度は、 ａ 見掛け上の放射熱温度を帯域の一箇所の位置
   だけで測定し、 〓〓〓〓
   ｂ 測定された温度から帯域の全位置における一
   連の温度偏差を予知して設定し、 ｃ 帯域の任意の位置の放射熱源温度を予知して
   設定するため、測定されたガス温度から予知さ
   れた温度偏差値を減算することにより設定され
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ７ 予知された温度偏差は、加熱手段からの距離
   ならびにスラブの厚さと速度および燃料の種類の
   関数として計算されてなる特許請求の範囲第６項
   に記載の方法。 ８ 予知された放射熱源温度は、加熱手段と炉壁
   とスラブ自体を含む帯域内の全放射源からの熱束
   に相当する特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ９ 前記加熱手段の出力を、設定された信号の関
   数として調節する前に、識別されたスラブの温度
   偏差の大きさに比例する信号を設定する段階を更
   に含んでなる特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 １０ 設定された信号は帯域の公称温度と帯域の
   測定された最高温度を示す他の信号と比較される
   特許請求の範囲第９項に記載の方法。 １１ 前記段階ｃは所望平均温度以下の最大温度
   偏差を有するスラブの識別を含んでなる特許請求
   の範囲第１項ないし第１０項の何れかに記載の方
   法。 １２ 帯域における各スラブの表面温度を予知
   し、各スラブの予知された表面温度と、帯域の各
   スラブの特定位置に対する各スラブの予め定めら
   れた最高表面温度との間の表面温度偏差を設定
   し、 識別されたスラブの平均温度偏差の大きさに比
   例する第一の信号を設定し、 帯域のスラブの予知された表面温度が、その予
   め定められた最大許容表面温度の予め定められた
   近傍内にあるとき第二の信号を設定し、第二の信
   号が設定されると第一の信号の設定を阻止し、 第二の信号がないとき加熱手段の出力を第一の
   信号の大きさの関数として増加することを更に含
   んでなる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １３ 各スラブの予知された平均および表面温度
   は帯域の各位置における計算された放射熱源温度
   を基礎とし、各位置における放射熱源温度は ａ 一箇所の位置だけで帯域の温度を測定し、 ｂ 測定された温度と、スラブの厚み、スラブの
   速度、燃料の種類を考慮した帯域モデルのいず
   れかの位置における温度との間の温度オフセツ
   トを計算し、 ｃ 帯域の測定した温度から計算した温度オフセ
   ツト値を減算して決められてなる特許請求の範
   囲第１２項に記載の方法。 １４ 制御可能な加熱手段を備えた少くとも一つ
   の帯域を有するスラブ加熱炉に用いられる制御方
   式であつて、 ａ 帯域の放射熱源温度と各スラブの熱特性、大
   きさ、位置、過去の熱履歴の関数として、帯域
   の各スラブの平均温度を予知する手段と、 ｂ 帯域を通してスラブの予め定められた所望温
   度を記憶する手段と、 ｃ 各スラブの温度偏差を設定するため、同じ位
   置におけるスラブの予め定められた所望温度か
   ら各スラブの設定された平均温度を差引く手段
   と、 ｄ 最大温度偏差を有するスラブを識別する手段
   と、 ｅ 加熱手段の出力を識別されたスラブの温度偏
   差の大きさと方向の関数として調節する手段 を備えてなる制御方式。 １５ スラブ表面の溶融を阻止するため加熱手段
   の出力を予め定められた最高値に制限する手段を
   具えてなる特許請求の範囲第１４項に記載の制御
   方式。 １６ ａ 唯一箇所の位置で帯域内の温度を測定
   する手段と、 ｂ スラブの厚み、スラブの速度、燃料の種類の
   関数として生成された、帯域全体にわたる温度
   分布に関する多数のモデルと、 ｃ 帯域の測定された温度とに応答して、炉全体
   にわたる温度分布と、選定された温度分布モデ
   ルを計算する手段 を含んでなる特許請求の範囲第１４項に記載の制
   御方式。