JPS61261433A - 加熱炉の温度制御方法 - 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】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、鉄鋼プラントにおいて、熱間圧延ラインに
おける加熱炉の温度制御方法に関するものである。 〔従来の技術〕 第３図は、特開昭５７−８２４２５号公報に示された従
来の温度制御方法を示すブロック図である。 図において、（１）は３帯加熱炉、（２）は炉内に存在
する材料で、炉内を右方へ加熱されながら搬送される。 （３）は燃焼用バーナ、（７）は炉内温度制御用温度計
、叫は材料情報指示機能、Ｑ力は炉内温度計算機能、（
６）は材料温度計算機能、（６）は昇温曲線計算機能、
α◆は設定炉温計算機能、（至）は燃料流量制御器であ
る。 次に、動作について説明する。炉内温度計算機能α力は
、材料情報指示機能αＱからの材料情報と各帯毎の燃料
流量制御器（至）からの燃料流量情報とにより炉内の温
度分布を計算する。材料温度計算機能（２）は、この計
算された炉内温度分布に基づいて２次元の熱伝導方程式
により炉内に存在する材料（２）の夫々の温度を計算し
、昇温曲線計算機能（６）は計算された炉内温度及び材
料温度から、材料の冶金学的制約および炉操業上の制約
条件下の通常の非線形最適化を行うことにより昇温曲線
を決定する。そして、設定炉温計算機能α◆は、機能α
やで計算された炉内温度分布と、機能（至）で決定され
た昇温曲線とに基づいて各加熱帯の炉内温度の設定値を
求め、この設定値を各燃料流量制御器四に指令し、これ
に従って各バーナ（３）への燃料流量をそれぞれ制御す
る。 従来の加熱炉制御方法は以上のように、炉温から材料温
度を計算するモデル、炉温と材料温度とから燃料流量を
計算するモデルの２つの非線形モデルを使用し、燃料流
量を最適化（最小）するために通常の非線形最適化を行
って材料の昇温曲線を決定し、この昇温曲線と材料の現
状温度あるいは材料の任意時刻後の温度とを比較して、
炉温を決定するという方法がとられていた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の加熱炉の温度制御方法は以上のように構Ｉ！！、
すれており、炉温から材料の現在温度あるいは材料の任
意時刻後の温度を計算するモデルが基本となっているが
、炉内に存在する材料の現在温度および将来温度は操業
状態においては計測不能であるので、実験的に計測した
状態でのパラメータを使用して制御を行ってきた。この
ため、実験時と状態の異なる操業および炉の経時変化に
おいて、材料の温度計算モデルはこの種の制御の最も重
要ｔｙ素モデルであるにもかかわらず、精度的に十分で
ないという問題があった。 この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、材料温度の予測計算を、さらに燃料消費量
の予測精度も向上させて、燃料消費量を低減できるよう
にすることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る加熱炉の温度制御方法は、従来の温度制
御方法に加え、加熱炉の下流に存在する粗圧延機出側の
材料温度実測値より抽出時の材料温度を計算する機能と
、これにより得られた抽出時材料温度と計算炉温を基に
して計算された抽出時材料温度との比較により、計算炉
温を基にして材料温度を計算する機能を修正する機能を
設けたものである。 〔作用〕 この発明における加熱炉の温度制御方法は、燃料流量を
基にして熱バランス方程により炉温を計算し、求めた計
算炉温から加熱炉内に存在する材料温度を計算し、この
計算材料温度と計算炉温を基にして通常の非線形最適化
の手法を用いて材料毎の昇温曲線を決定し、これに従っ
て炉内に存在する材料を平均値に加温するための炉温を
設定する。また、加熱虐の下流に存在する粗圧延機出側
の材料温度実測値より抽出時の材料温度を計算し、求め
た抽出時材料温度と先に計算炉温より求めた抽出時の材
料温度との比較により、先の材料温度計算機能を修正し
て材料温度の予測計算精度を高める。この修正された計
算材料温度と計算炉温とにより材料毎の昇温曲線を決定
し、これに従って各加熱帯（例えば６帯）の炉温を設定
し、夫々の燃料流量制御器を介して燃焼用バーナへの燃
料流量を調節し、材料温度を精蜜よ〈最適に加熱する。 〔発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例を第１図に示すブロック図に
よって説明する。図において、（１）は加熱炉（３帯式
連続加熱炉）、（２）Ｈ炉内に存在する材料、（３）は
燃焼用バーナ、（４）は加熱炉の下流側に設置された粗
圧延機、（５）は粗圧延機出側の材料、（６）は粗出側
材料（５）の温度を検出する温度計測用温度計、（７）
は炉内温度制御用温闇討である。なお、機能←１〜Ｃｌ
５Ｆｉ従来の制御系と同様な機能を有するものであり、
叫は材料情報指示機能、住めは炉内温度計算機能、（６
）は材料温度計算機能、［１３は昇温曲線計算機能、α
→は設定炉温計算機能、αｃＪは燃料流量制御器である
。また、ａ・は抽出温度逆算機能で。 温度計（６）によって検出された粗出側材料（５）の温
度から抽出時の材料（２）の温度を逆算する。曹は材料
温度計算モデル修正機能で、抽出温度逆算機能ｔＳで得
られた抽出時材料温度と材料温度計算機能（６）で得ら
れた抽出時材料温度とを比較し、この結果に基づいて材
料温度計算機能（６）の計算モデルを修正する。 次に、各機能に含まれるモデルについて、第２図に示す
フローチャートを参照しながら説明する。 炉内温度計算機能αηは加熱炉（１）を炉長方向にｎ個
に分割し、各分割されたメツシュについて各々欠の様な
熱バランス方程式をたてる。 −ＩＩＱ＋　　　　　・・・燃料、空気の顕熱＋１１　
・Ｗ　　・　・燃料発熱量 十Ｇ−（’−’ｌ’　　　・・上流よりの排ガス熱量”
　　　ｐｇ　　　ｆｌ＋１ −　Ｇ、・Ｃｐｇ・Ｔ５１　　　・・下流への排ガス熱
量＋　Σ　Ｋｌｔｊ（（１ｇ」”２７３７−　（ＴＫ量
＋２７５）’　）ｊ冒１ ・・他メツシュ炉温よりのふく射 ＋　Σ　　Ｘ２＋ｋ（（”ｗｈ十２７３）’−（Ｔ、、
　＋２７３）４　　）ｋ冨１ ・・・炉壁よりのふく射 ・・・材料へのふく射 十　Ｃ２（”Ｗｌ−Ｔ１）＋ｃｓ　（↑ｓ＋−Ｔｇｔ）
・・炉壁、材料への対流 −Ｑ、ｌ　　　　　　　　・・スキッド冷却水損失・・
・〔１〕 ここでＨｌは燃料の単位流量当りの発熱量、Ｃｐｇは排
ガス比熱、　Ｇｌは各メツシュの排ガス流量であり・Ｋ
１１ｊ、に２ＩｋＩＫ３ＩｔＶｉそれぞれふく射交換係
数、ＣＩ　１　Ｃ２１０３は定数である。また、ｎは炉
長分割数、ｍは材料（２）のスラブ本数である。 上記〔１〕式は、燃焼用バーナ（３）への燃料流量Ｗが
与えられれば、炉壁温度、スラブ温度を既知とすれば、
次の様に変形される。 これは、ｎ元連豆の非線形微分方程式であるが、１ｓｔ
ｅｐ前の炉内温度分布を出発値として時間に関して離散
化し、二ニートン法等を用いて収束させれば、簡単に新
しい炉内温度分布を計算できる。 また、材料温度計算機能（ロ）は、良く知られている２
次元の熱伝導方程式より次の様に表わせる。 表面における境界条件は、 ここで、Ｘは材料厚み方向、ｙは材料の巾方向を我わし
、ｄ、、ｄ、はそれぞれ材料厚み、材料中を我わす。ま
た、ｃＩｌ、λ、、ｒ、はそれぞれ材料の比熱、熱伝導
率、比重であり％ｑＩは材料の表面熱流束で次式で表わ
せる。 十Ｃ５・（置−Ｔ　ｔｔ）　　　　・　・・〔５〕ここ
でＣ１は材料温度計算モデル修正機能αηで計算される
修正係数である。〔６〕式は〔４〕式の境界条件を用い
れば、通常の差分手法で解くことができる。 抽出温度逆算機能αＱは次のモデルから構成されている
。 Ｔｓｏｔｒｔ譚ｐ、１８Ｍ　＋　ｐｔ　　　　パ・・〔
６〕ここで、Ｔ８ＯＵＴは逆算された抽出時の材料温度
、’ｌ’ｆｉＭは粗圧延機（４）の出側で計測された材
料温度であり、ｐ、　Ｉ　烏は材料の圧延スケジュール
と材料鋼種によって決定 される定数である。 材料温度計算モデル修正機能Ｑηは、次の様にして構成
されている。材料温度計算機能（６）は、炉内に存在す
る材料（２）の１本毎の温度を時々刻々計算する事がで
きるため、装入時から抽出時まで、炉内のｎ分割した地
点での材料温度を全て計算可能である。この材料のｎ分
割された各メツシュでの材料温度計算機能（２）で計算
された各温度上昇量をΔＴ　ｓ　ｌとする。 なる。材料装入温度をＴａ２とすると、材料温度計算機
能（６）で計算される抽出温度は。 となる。このＴ８０Ｕ丁と逆算抽出温度機能Ｑ時から求
められた抽出温度Ｔ８００’ｒとにより、修正係数α１
は次の様にして決定される。 昇温曲線決定機能α埠ハ、炉温計算機能αカと材料温度
計算機能（２）とを用いて、下記の材料の冶金学的制約
および炉操業上の制約条件のもとて通常の非線形最適化
を行なう事により、昇温曲線を決定する。 ここで、ΔＴＢＢは材料の内部温度分布の最高温度と最
低温度との差であり、添字ＭＩＮ、　ＭＡＸはそれぞれ
下限値及び上限値を示している。 最適化の指標となる評価関数は、燃料最小化であるから
次の様に艮わせる。 ＭＡＸ 上記の様にして求まった昇温曲線と材料の現在温度とか
ら、設定濾過機能α棒によって任意時刻後の材料温度が
昇温曲線に近づく様に設定濾過が計算される。 次に、制御フローについて、第２図を基に説明する。制
御系の起動はタイマ起動又は材料（２）の装入毎に行わ
れ、起動されると材料情報指示機能（ト）により材料の
寸法１重量、抽出目標温度等の初期情報とともに、材料
（２）の現在の位置、材料（２）の前回計算温度等を読
取る。そして、前回制御時から今回の制御の間に粗圧延
機（４）の出側温度計（６）を通過した材料（５）があ
れば、逆算抽出温度計算機能α→において、〔６〕式に
従って加熱炉（１）から抽出される時の材料（２）の温
度を逆算し、材料温度計算モデル修正機能α力で〔７〕
式、〔８〕式に従って修正係数を決定する。この新たに
求められた修正係数α％を用いて、炉内温度計算機能Ｃ
Ｌ、）および材料温度計算機能（２）により現在の材料
（２）の温度を〔２〕式及び〔３〕式に従って計算する
。 矢に、昇温曲線決定機能ａ−１Ｆｉ、

〔９〕式の制約条
件で、〔１０〕式を評価関数とする非線形の最適化によ
って各材料（２）の各メツシュにおける昇温曲線を決定
し、設定炉温計算機能へ尋で現在の材料（２）の温度と
決定された昇温曲線によって各帯の炉温設定値を求める
。この炉温設定値′ハ、燃料流量制御器（至）に設定値
として送られ、炉内温度制御用温度計（７）で横用され
る炉内温度との偏差に基づいて。 燃焼用バーナ（３）への燃料流量をそれぞれ制御する。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、燃料流量を最小とす
る加熱炉の温度制御において、最も重要となる材料温度
計算モデルを、粗圧延機岸側の材料温度の実測値より修
正係数を求め、この修正係数によって補正するようにし
たので、材料温度の予測計算をｙＩ！よく行え、材料源
■を最適に精度よく制御することができる。更に、燃料
消費量の予測精度も向上するので、燃料消費量の低減効
果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す温度制御方法のブロ
ック図、第２図はその制御フローを示すフローチャート
、！！３図は従来の技術を示す温度制御方法のブロック
図である。 図において、（６）は粗圧延機出側材料温度計測用温度
計、（７）は炉内温度制御用温度計、ａＩは捗料情報指
示機能、αめは炉内温度計算機能、αつは材料温度計算
機能、α３は昇温曲線計算機能、α４ｆｉ設定炉温計算
機能、（１５け燃料流量制御器、ＯＱは抽出温度逆算機
能、助は材料温度計算モデル修正機能である。 なお１図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の加熱制御帯を有する連続式加熱炉の温度制御にお
   いて、 ｉ）燃料流量を基にして熱バランス方程式により炉温を
   計算する機能 ｉｉ）上記計算炉温を基にして材料温度を計算する機能 ｉｉｉ）非線形最適化の手法を用いて材料毎の昇温曲線
   を決定する機能 ｉｖ）上記昇温曲線に従つて炉内に存在する材料を平均
   値に加熱する炉温を設定する機能 ｖ）上記加熱炉の下流に設置された粗圧延機出側の材料
   温度実測値より抽出時の材料温度を逆に計算する機能 ｖｉ）上記機能ｖ）で計算された抽出時材料温度と上記
   機能ｉｉ）で計算された抽出時材料温度との比較によつ
   て上記材料温度計算機能ｉｉ）の計算モデルを修正する
   機能 を備えたことを特徴とする加熱炉の温度制御方法。