JPS61281820A - 連続式加熱炉の燃焼制御方法 - 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］ 本発明は、連続式加熱炉の燃焼制御方法に係り、特に、ウオーキングビーム型あるいはブツシャ−型の連続式鋼片加熱炉に用いるのに好適な、装入から抽出までの被加熱片の最適昇温曲線に基づいて、加熱炉各帯の炉温設定を行うようにした連続式加熱炉の燃焼制御方法の改良に関する。 【従来の技術】

例えばウオーキングビーム型の連続式鋼片加熱炉１０は
、第７図に示す如く多帯式とされ、各帯毎に加熱バーナ
１２−１．１２−２．１２−３が配設されている。前記
加熱炉１ｏの装入口１０Ａより装入された鋼片１４は、
加熱バーナ１２−１．１２−２．１２−３で加熱されな
がら、ウオーキングビーム１６により、加熱炉１０内を
装入０１０Ａより抽出口１０Ｂまで矢印の方向に搬送さ
れる。前記鋼片１４の加熱状態の制御は、前記加熱バー
ナ１２−１．１２−２．１２−３の燃料を調節すること
で行われている。 第７図に示したような加熱炉１０の燃焼制御系は、例え
ば第８図に示づように構成されており、計算機２ｏは、
プロセス入出力装置２２を介して入力される、６帯に設
置された温度計１８−１．１８−２．１８−３の出力に
より６帯の炉温を測定し、該測定炉温に基づいて炉内の
鋼片温度を推定する。次いで、推定鋼片温度と最適鋼片
昇温曲線より求められた最適湿度との１ｍ差から、前記
加熱バーナ１２−１．１２−２．１２−３の制御装置で
ある温度調節計２４を介して、又は直接、流蝋ｍ節計２
６に設定値を出力し、鋼片１４の加熱状態を最適に調整
する。 前記温度調節計２４に計算機２ｏから炉温設定値が出力
された場合、温度調節計２４は、設定炉温と８度肝１８
−１．１８−２．１８−３から入力される各帯温度との
偏差に基づき、流ＩＩＩ節計２Ｇへ流量を設定する。前
記流１１１節計２Ｇは、設定された流量になるように加
熱バーナ１２−１．１２−２，１２−３の流量を調節す
る。又、計算機２０より流量調節計２６に直接流量を設
定プる場合は、設定された流量に従って、流ｆＩＩｉ調
部計２６が加熱バーナ１２−１．１２−２．１２−３の
流量を調節する。 このような加熱炉１０において、オフラインあるいはオ
ンラインで求められた鋼片の装入から抽出までの最適昇
温曲線に基づいて燃焼制（財）を行う場合、加熱炉容置
の炉温設定は、従来、当該帯に在帯する鋼片各々が有づ
る最適昇温曲線から求められる現時刻での最適温度と、
装入から現在に至るまでの炉内温度履歴により計算で推
定される鋼片の現在温度との偏差が最大となるものに焦
点を合わせて求められた設定炉温、あるいは、前記偏差
の総和が最小となる設定炉温を、当該帯の設定炉温とし
て採用するようにしていた。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、何れも当該帯に在帯づる鋼片のみに着目
しているため、比較的加熱負荷が均一な鋼片が連続的に
継続する場合や当該帯より装入側の帯に当該帯の鋼片よ
り加熱負荷が小さな鋼片がある場合には良好な制−が行
われるものの、当該帯より装入側の帯に当該帯の鋼片よ
り加熱負荷が大きな鋼片がある場合には、焼は不足とい
った問題が生じる場合があった。 即ち、前記のような炉温設定方法では、当該帯より装入
側の帯に当該帯の鋼片より加熱負荷が大きな鋼片がある
場合、加熱負荷が大きな鋼片が当該帯に進入して始めて
当該帯の設定炉温を高くする。ところが、実際の炉温は
設定値に到３ｉするまでにある程度の時間遅れを有して
いるため、この時間遅れが甚しい時には、結果的に鋼片
の最適昇温曲線に対して大きな焼は不足が生じることが
ある。特に、最抽出側帯である均熱帯でこのような事態
が生ずる場合には、鋼片の目標抽出温度が未達成となる
ため、操作員による事前の手動介入や、最悪の場合には
ラインの操業を停止して、鋼片の昇熱を持つといった問
題にまで発展づる。 このような問題点は、バーナ能力に起因することが大き
いが、全ての事態に対処できるためには、バーナ容量を
巨大なものにせざるを得す、現実的に不可能である。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、当該帯より装入側の帯に加熱負荷の大きな被加熱
片が在帯する場合でも、バーナ能力に起因した設定炉温
上昇時の時間遅れによる焼は不足等が発生づることがな
く、安定した制（財）を行うことができる連続式加熱炉
の燃焼制御方法を提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段１ 本発明は、装入から抽出までの被加熱片の最適昇温曲線
に基づいて、加熱炉容置の炉温設定を行うようにした連
続式加熱炉の燃焼制御方法において、当該帯に在帯する
各被加熱片の現在温度と各被加熱片の最適昇温曲線によ
り求まる現時刻での最適温度を比較して、炉温設定値を
設定周期で算出づる手順と、算出された炉温設定値を用
いたシミュレーションにより、当該帯より装入側の帯に
在帯する被加熱片の加熱負荷も考慮して、現時刻より設
定期間内における将来の被加熱片温度を繰返し推定する
手順と、推定された将来の被加熱片温度により、将来的
に当該帯の前記炉温設定値に矛盾を生じることがあるか
否かを判定する手順と、前記炉温設定値に矛盾を生じる
時は、該炉温設定値を補正する手順とを含むことにより
、前記目的を達成したものである。 【作用１ 以下、第１図に示プ本発明の手順の一例を参照しながら
、本発明の詳細な説明する。 本発明における帯炉温段定方法は、当該帯より装入側の
帯に在帯する被加熱片（以下鋼片を例にとって説明する
）の加熱負荷まで考慮し、バーナ能力に起因する設定炉
温上昇時の時間遅れ等を防止するように、当該帯の炉温
設定値を決定するものであり、炉温設定の際に考慮され
る当該帯より装入側の鋼片量は、第２図に示す如くであ
る。即ち、抽出口より鋼片本数Ｘ本、又は距離ＸＩ、又
は時間Ｘ分である。ここでＸは定数であり、何れの単位
による方法を用いることもできる。 本発明において、炉温設定値は、まず、従来と同様に、
当該帯に在帯する鋼片量々の温度と各々が有する最適昇
温曲線により求まる現時刻での最適鋼片温度の比較によ
り算出される。−例として、次の（１）、（２）式によ
る方法を用いることができる。 Ｔｓ　ｉ＝Ｍａｘ　（ＷＩ　Ｊ　・（θｍＪ−θＩＪ）
）・・・・・・・・・（１） Ｔ１−α１・Ｔｓｌ　　　　　　・・・・・・・・・（
２＞ここで、Ｔｓｉは、第：帯に在帯する最も焼は不足
の材料、Ｗｉ　Ｊは、第１帯残在帯時間毎の定数である
重み係数、θｍＪは、最適鋼片温度、θ直Ｊは、鋼片の
現在温度、ＴＩは、第１帯炉温設定値、α１は、第１帯
定数である。なお、前記第１帯炉温設定ｆｌｌＴｔは、
シミュレーション上逐次変化していくので、実際に第１
帯の設定炉温となる値はＴｏｉとする。Ｔｏｌの初期値
は、現時刻において第１帯に在帯している鋼片温度によ
り決定される。 前記の炉温設定値計算は、例えば一定周期で行われるの
で、この周期の時間分前出（１）、（２）式で求まった
炉温設定値を用いて、シミュレーションにより将来の鋼
片温度を推定する。鋼片の昇温計算は、一般に鋼片の熱
伝導方程式を解くことにより求めることができるが、熱
伝導方程式は一般に多次元の偏微分方程式となるので、
計算機では、差分方程式による近似あるいは更に簡易化
した式による近似を行う。 一例として、鋼片がスラブの場合で、厚み方向にのみメ
ツシュ点をとった場合の差分方程式系を次に示す。 θｉ（ｊ＋Δｔ）−Ａ（θ１−＋　（１）十０１．＋（
１））＋（１−２Ａ）・θ１（ｔ）　・・・（３）（ｉ
−２〜ｎ−１） θ＋（ｊ＋Δｔ）−２Ａ・θ２　（ｔ　）＋（１−２Ａ
）　・θ、（ｔ） ＋Ｑｕ　（ｔ　）／　（ｃ−、ｏ−ｏｘ＞−（４）θｎ
（ｔ＋Δｔ）−２Ａ−θｎ−＋（ｒ）＋（１−２Ａ）　
　・　θ　ｎ　（【　〉＋ＱＪ２　　（ｔ　　）　／　
（Ｃ・ρ・ＤＸ）　・・・　（５）Ｑｕ　　（ｔ　　）
　　＝　　４．８８　　・Δ１−φｃｏｕＸ　　［（（
Ｔｕ　＋　　２７３）　／１００　　）　　’−（（θ
＋　　（ｔ　　）　　＋　　２７３）　／１００　　）
　　’　　］・・・・・・・・・　（６） Ｑｌ　　（ｔ　　）　　−４，８８−Δ１−　φｃａｌ
ｘ　　［（（Ｔｉ＋　　２７３＞　／１００　　）　　
◆−（（θｎ　　（ｔ　　）＋　　２７３＞／１００　
　）’　　］・・・・・・・・・　（Ｔ７ θＩ（ｔｏ）−〇！ｏ＜１＝１〜ｎ　）・・・（８）Ａ
−（ｋ−Ａｔ　　）／　（Ｃ−ρ−ＤＸ”　　）　・　
（９）ここで、ｎは、メツシュ点数、θ１　（【）は、
メツシュ点ｉの時刻りの温度、Δ【は、時間刻み、Ｑｕ
　（ｔ　）は、上部よりの入熱量、０℃（１）は、下部
よりの入熱量、ＤＸは、鋼片厚み方向メツシュ点の間隔
、Ｃは、鋼片の材質等により決定される物理定数である
鋼片の比熱、ρは、同じく鋼片のＷｉ潰、ｋは、同じく
鋼片の熱伝導率、Ｔｕは、炉内の温度討入力より推定さ
れる鋼片上部の炉温、１℃は、同じく鋼片下部の炉温、
φＣＯＵは、炉構造や炉温等の影響を受ける未知のパラ
メータで、熱電対を埋込んだ鋼片の加熱実験により求め
られる上部総括熱吸収率、φｃｏＪ２は、同じく下部総
括熱吸収率、ｔｏは装入時刻、θ１ｏは、装入時の鋼片
温度である。 一方、シミュレーションでは、鋼片昇温計算中に最抽出
側の鋼片が抽出時刻に到達づれば抽出され、絶えず抽出
側に鋼片の移動が行われている。 従って、当該帯には、当該帯より装入側の帯にある鋼片
が、絶えず進入してくることになる。 第３図は、第１帯の設定炉温を決定する際に、第１−１
帯から第１帯に進入してくる鋼片の加熱負荷を考慮する
鋼片量を、抽出口に在帯する鋼片３本抽出までとし、鋼
片を３本抽出した時に第１帯に加熱負荷が高い鋼片Ｓｉ
十ｙが進入してくる様子を示したものである。 従って、この間に鋼片の昇温計算時間が、炉温設定値計
算周期の１周期分に到達すれば、再度例えば前出（１）
式〜（２）式により炉温設定値の計算を行い、改めて得
られた炉温設定値を用いて、鋼片の昇温計算を行う。 以上の計算を、現時刻よりＸ本（第３図ではＸ−３）抽
出、又は現時刻より距１１１１１（鋼片幅の累積１１）
ｘａ＋抽出、あるいは現時刻より鋼片抽出ピッチの累積
Ｘ分抽比に到達ツるまで繰返して行う。 次いで、このようなシミュレーションを行うことで、将
来的に当該帯の炉温設定値に、例えばバーナの時定数上
矛盾を生じることがないか否かを判定する。この判定は
、シミュレーション上での前回炉温設定値と今回炉温設
定値の偏差を判定することで行われる。 一例として、次の（１０）式による判定を行うことがで
きる。 ＴＩ−Ｔ＋’−’≦ｖ＋　−ｔ　　−＝”・（１０）こ
こで、ＴＩは、第１帯の今回炉温設定値、Ｔ１（りは、
第１帯の前回炉温設定値、Ｖｌは、第１帯のバーナ容量
により決定される最大温度上昇率（定数）　（℃／秒＞
、１は、炉ａｊ設定値の計算周期（定数）である。 この（１０）式が常に満される場合は、将来的に当該帯
の炉温設定直に対して実際の炉温もバーナ能力に見合い
良く追従することになり、問題は生じない。即ち、当該
帯の炉温設定値は、現在時刻において当該帯に在帯して
いる鋼片のみを用いて、−例として挙げた前出（１）式
及び（２）式によって求めた値（Ｔｏｉとする）を用い
ればよい。 一方、前出（１０）式が満足されなかった場合には、当
該帯の設定炉温にＴｏｉを用いると、将来的に炉温設定
値に対して実際の炉温か追従しなくなるので、Ｔｅｌに
補正を加える。 −例として、次の（１１）式による補正を行うことがで
きる。 Ｔｏｉ＝Ｔｉ−Σｖｌ　−ｔ　−・−−−−−−−（１
１）ｉｎ＋ ここで、Ｔｏｉは、実際に設定する第１帯の炉温設定値
、ＴＩは、シミュレーションによる第１帯の今回炉温設
定値、ｎ　　（−１〜Ｘ）は、炉温設定値計算回数（例
えば鋼片本数）である。 なお、補正後のＴｅｌが補正前のＴｅｌ（−）より小で
ある時は、Ｔｏｉ＝Ｔｏｌ’−’とする。 第４図に、前出第３図の場合におけるシミュレーション
上での設定炉温の推移を示ず。図から明らかなように、
時刻ｔ３において、加熱負荷が高い鋼片Ｓ１＋７が第１
帯に進入したことにより、前回炉温設定Ｉｆ！Ｔｉ（−
）と今回炉温設定ｆｉｆｌＴｉの偏差が極端に大きくな
って、バーナ能力Ｖｌ−ｔを超えていることがわかる。 従って、本発明による制御では、例えば前出（１１）式
に示す方法を用いて、第５図に示す如く、現時刻で設定
プる炉温を本来より高くすることにより、将来加熱負荷
が高い鋼片Ｓ１＋７が第１帯に進入した際に、設定炉温
値に対して実ｗＡ値が良く追従できるようになる。 なお、本発明で主に問題としているのは、焼は不足材で
あり、設定炉温か次第に昇温する過程に対して将来的に
問題がないか否かを判定し、降温する過程については問
題としていない。これは、焼は不足の鋼片が１本でも抽
出された場合は、ラインで材質特性を得るための所望の
温度を得ることができず、甚しい時にはラインの構成機
器に支陣を来たまため、焼は不足の鋼片が発生した場合
は、従来、操作員による手動介入あるいは操業を停止し
て鋼片の昇温を待つことを余儀なくされているのに対し
て、焼は過ぎ材に対しては、ステンレス鋼のような一部
の特殊鋼を除き問題となるものが少なく、又、焼は不足
材発生の被害に対してその影響が極めて少ないためであ
る。更に、焼は過ぎが問題となるような材料に対しては
、炉温設定方法に別ロジックを追加づれば容易に対応で
きるからである。 なお、前記説明においては、オンラインのシミュレーシ
ョン上で経時的に変化する設定炉温の偏差により、バー
ナ能力範囲内か否かを判定しているが、更に例えば前出
（１０）式で示したｖｌを小さくすることで、急昇熱に
よる原単位悪化や品質悪化も防止することができる。 又、前記説明では、最装入側炉潟ｌ１ＩＪＷＪ帯第Ｎ帯
の炉温決定に際しては、本発明によるシミュレーション
を適用せず、現状Ｎ帯に用いる材料のみで炉温を決定し
、第Ｎ帯炉温を起点として第Ｎ帯より抽出側帯Ｎ＋１〜
Ｎ＋ｉ帯の炉温を本シミュレーションにより順次決定す
る場合を取扱っているが、前記方法とは逆に、最抽出銅
帯からＩ４装入側帯の炉温を順次決定していくことも可
能である。 更に、前記説明においては、何れも、鋼片が対象とされ
ていたが、本発明の対象はこれに限定されず、鋼片以外
の一般の被加熱片にも同様に適用できることは明らかで
ある。 【実施例】 以下、本発明の詳細な説明する。 第６図は、従来例と本発明が適用された実施例における
、ホットストリップミルのウオーキングビーム型２基稼
動連続式加熱炉の鋼片抽出温度の推移を比較して示した
ものである。いずれも、鋼片の鋼種は０．１％Ｃの低炭
素鋼、製品厚さは２゜３ｎであり、スラブ寸法が、厚さ
１９５ｎ、幅９２０　ｎから厚さ２３０ｗｍ、幅８８０
　ｎに変化し、これによって、目標抽出温度が１１６０
℃から１１３０℃へ、目標抽出温度下限が１１３０”Ｃ
から１１００℃へ変更になった状態を示している。鋼片
１１ｘは４本である。図から明らかな如く、従来の方法
では、第６図（Ａ）に示す如く、スラブ厚が１９５ｎか
ら２３０ｎに変遷した直後に焼は不足材が発生している
のに対して、本発明による場合は、第６図（Ｂ）に示１
如く、スラブ厚が１９５　ｎから２３０ｎに変遷し、加
熱負荷が大きくなっているにも拘わらず、焼は不足材は
全く生じておらず、安定したＩＩＩ　ＷＪが行われてい
る。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、当該帯より装入側
の帯に加熱負荷が高い被加熱片が在帯する場合であって
も、バーナ能力に起因した設定炉温上昇時の時闇遅れに
よる焼は不足材等が発生することがなく、安定した制（
財）を行うことが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、本発明に係る連続式加熱炉の燃焼制計方法の
手順の一例を示す縮図、第２因は、本発明の詳細な説明
するための、鋼片抽出状況を示す縮図、第３図は、同じ
く、鋼片の移動推移を示す縮図、第４図は、同じく、シ
ミュレーション時の第１帯設定炉温推移の例を示す縮図
、第５図は、同じく、本発明により設定炉温を補正した
時の第１帯の設定炉温の推移を示す線図、第６図は、本
発明の実施例及び従来例における抽出時の鋼片温度の変
化の例を示す線図、第７図は、本発明が適用される加熱
炉の構造を示す断面図、第８図は、前記加熱炉で用いら
れている燃焼制御系の構成を示すブロック線図である。 　　、 １ｏ・・・加熱炉、 １２−１．１２−２．１２−３・・・加熱バーナ、１４
・・・鋼片、 １８−１．１８−２．１８−３・・・温度計、２０　・
Ｉ’！ｔ　＊　Ｉｆｆ、 ２２・・・プロセス入出力装置、 ２４・・・温度調節計、　　　　２６・・・流量調節計
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）装入から抽出までの被加熱片の最適昇温曲線に基
   づいて、加熱炉各帯の炉温設定を行うようにした連続式
   加熱炉の燃焼制御方法において、当該帯に在帯する各被
   加熱片の現在温度と各被加熱片の最適昇温曲線により求
   まる現時刻での最適温度を比較して、炉温設定値を設定
   周期で算出する手順と、 算出された炉温設定値を用いたシミユレーシヨンにより
   、当該帯より装入側の帯に在帯する被加熱片の加熱負荷
   も考慮して、現時刻より設定期間内における将来の被加
   熱片温度を繰返し推定する手順と、 推定された将来の被加熱片温度により、将来的に当該帯
   の前記炉温設定値に矛盾を生じることがあるか否かを判
   定する手順と、 前記炉温設定値に矛盾を生じる時は、該炉温設定値を補
   正する手順と、 を含むことを特徴とする連続式加熱炉の燃焼制御方法。