JP5482650B2 - Method for setting furnace temperature and furnace temperature control system for continuous heating furnace, continuous heating furnace, and method for producing metal material - Google Patents
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Description
本発明は、連続式加熱炉の炉温設定方法及び炉温制御システム、連続式加熱炉、並びに金属材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a furnace temperature setting method and furnace temperature control system for a continuous heating furnace, a continuous heating furnace, and a method for producing a metal material.
鋼材は、鉄鉱石から精錬及び鋳造により製造され、その後、薄く延ばしたり、中空管などの形状にしたりするために熱間圧延が行われる。鋼材は、この熱間圧延の前に加熱炉(以下「炉」ということがある。)での加熱により、設定された目標抽出温度にされる。目標抽出温度は、熱間圧延時の鋼材温度の違いにより鋼の性質が異なることから、その鋼材から製造される製品に必要な性質により決定される。また、目標抽出均熱度が設定されることもある。目標抽出均熱度は、同一鋼材内で温度差が生じると鋼材の部分により鋼の性質が異なったり、熱間圧延後に鋼材が変形したりすることから、これらを防止するために設定される。 The steel material is manufactured from iron ore by refining and casting, and then hot-rolled to make it thin or to form a hollow tube or the like. The steel material is brought to a set target extraction temperature by heating in a heating furnace (hereinafter sometimes referred to as “furnace”) before the hot rolling. The target extraction temperature is determined by the properties required for a product manufactured from the steel material because the properties of the steel differ depending on the difference in steel material temperature during hot rolling. Moreover, a target extraction soaking degree may be set. The target extraction soaking degree is set to prevent the steel material from being deformed after hot rolling because the properties of the steel differ depending on the portion of the steel material when a temperature difference occurs in the same steel material.
一般に、熱間圧延を行うために連続式加熱炉にてスラブの加熱を行う際には、スラブを炉から抽出する際に、スラブ毎に設定した目標抽出温度までスラブ温度が上昇しているように各燃焼帯の炉温を設定し、操業する。 In general, when heating a slab in a continuous heating furnace for hot rolling, the slab temperature seems to rise to the target extraction temperature set for each slab when extracting the slab from the furnace. Set the furnace temperature of each combustion zone in the operation.
各燃焼帯の炉温を設定するにあたっては、上記目標抽出温度を満足することだけではなく、スラブ表面とスラブ内部との温度差の低減(均熱度の確保)、加熱時間の短縮、燃料使用量の低減などを考慮することが多い。燃料使用量を低減させるための炉温設定方法に関する技術として、例えば特許文献1には、評価関数を最適化する炉内温度変更量を決定する温度制御方法において、その評価関数を、スラブの目標抽出温度と予測抽出温度との差の項及び燃料消費量の項を有する、各燃焼帯の設定炉温及び設定炉温変更量の2次関数として、後段負荷操業となるように評価関数中の重み係数を選択することにより、燃料消費量低減を主眼においた操業を行うことが記載されている。 In setting the furnace temperature of each combustion zone, not only satisfying the target extraction temperature above, but also reducing the temperature difference between the slab surface and the inside of the slab (ensuring soaking), shortening the heating time, fuel consumption In many cases, consideration is given to the reduction of the above. As a technique related to a furnace temperature setting method for reducing the amount of fuel used, for example, Patent Document 1 discloses a temperature control method for determining an in-furnace temperature change amount that optimizes an evaluation function. As a quadratic function of the set furnace temperature and the set furnace temperature change amount of each combustion zone having a difference term between the extraction temperature and the predicted extraction temperature and a fuel consumption term, It is described that operation is performed with a focus on reducing fuel consumption by selecting a weighting factor.
また、特許文献2には、スラブの各グループの目標昇温曲線を定め、該曲線を満足するように設定炉温を決定する際に、均熱度確保のために熟熱を開始する時点における材料温度予測値が目標昇温曲線の値を上回る材が存在する場合、熟熱を開始する燃焼帯において昇温速度を補正することによって、むだ焼きを防止する技術が開示されている。 Further, in Patent Document 2, when a target temperature increase curve for each group of slabs is determined and the set furnace temperature is determined so as to satisfy the curve, the material at the time of starting maturation in order to ensure the soaking degree A technique is disclosed in which when there is a material whose predicted temperature value exceeds the value of the target temperature rise curve, dead heat is prevented by correcting the temperature rise rate in the combustion zone where the ripe heat starts.
しかしながら、特許文献1に記載の方法においては、各燃焼帯のスラブ状況に応じて変化するはずの炉温と燃料流量との関係が定量的に評価されていない。そのため、燃料使用量について良好な最適化を行うことは困難であった。 However, in the method described in Patent Document 1, the relationship between the furnace temperature and the fuel flow rate that should change according to the slab status of each combustion zone is not quantitatively evaluated. For this reason, it has been difficult to optimize fuel consumption.
また、特許文献2に記載の方法においては、上記のように熟熱開始帯の温度を補正することが、燃料消費量を考慮したときに妥当であるとする根拠が薄弱である。すなわち、省エネルギーの達成はあくまで定性的なものに過ぎず、したがって燃料消費量を効果的に低減しているとは言い難かった。 Further, in the method described in Patent Document 2, there is a weak basis that it is appropriate to correct the temperature of the ripening start zone as described above when considering the fuel consumption. That is, the achievement of energy saving is only qualitative, and it is difficult to say that fuel consumption is effectively reduced.
そこで本発明は、上記の事情に鑑み、燃料消費量を効果的に低減することが可能な、連続式加熱炉の炉温設定方法及び炉温制御システム、連続式加熱炉、並びに金属材料の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides a furnace temperature setting method and furnace temperature control system for a continuous heating furnace, a continuous heating furnace, and production of a metal material that can effectively reduce fuel consumption. It is an object to provide a method.
本発明の第1の態様は、所定の制御周期毎に少なくとも一つの燃焼帯の設定温度を更新する連続式加熱炉の炉温設定方法であって、設定温度を更新する各燃焼帯における熱の入出を示す熱収支方程式を用いて、各燃焼帯の炉温変化が連続式加熱炉全体の燃料使用量に与える影響を評価する影響係数を算出する、影響係数算出工程と、該影響係数を係数とし、各燃焼帯の炉温変化量を変数とする評価関数を構成する、評価関数構成工程と、各燃焼帯の炉温変化量に課す制約条件を決定する、制約条件決定工程と、制約条件の下で評価関数を最適化する各燃焼帯の炉温変化量を算出して設定炉温変更量とする、設定炉温変更量決定工程と、該設定炉温変更量にしたがって各燃焼帯の設定温度を更新する、設定温度更新工程と、を有することを特徴とする、連続式加熱炉の炉温設定方法である。 A first aspect of the present invention is a furnace temperature setting method for a continuous heating furnace in which a set temperature of at least one combustion zone is updated every predetermined control cycle, and the heat in each combustion zone in which the set temperature is updated is updated. An influence coefficient calculation step for calculating the influence coefficient for evaluating the influence of the furnace temperature change in each combustion zone on the fuel consumption of the whole continuous heating furnace using the heat balance equation indicating the input and output, and the influence coefficient And an evaluation function constituting step that constitutes an evaluation function with the furnace temperature change amount of each combustion zone as a variable, a constraint condition determining step that determines a constraint condition imposed on the furnace temperature change amount of each combustion zone, and a constraint condition The furnace temperature change amount of each combustion zone that optimizes the evaluation function is calculated and set as a set furnace temperature change amount, and a set furnace temperature change amount determining step, and according to the set furnace temperature change amount, A set temperature update process for updating the set temperature. To a furnace temperature setting method of a continuous heating furnace.
ここに、本発明において、「熱収支方程式」とは、伝熱工学に基いて、各燃焼帯へ流入する熱量と、各燃焼帯から流出する熱量との関係を記述する方程式を意味する。また、「熱」は、熱エネルギーとして各燃焼帯に出入りする態様だけでなく、各燃焼帯に流入するときは熱エネルギー以外のエネルギーとして流入し、各燃焼帯中において熱エネルギーに変換される態様をも包含する概念とする。例えば、各燃焼帯に流入するときは化学エネルギーであるが、各燃焼帯中において燃焼反応により熱エネルギーに変換される、燃料が有する化学エネルギーもここで言う「熱」に含まれる。 Here, in the present invention, the “heat balance equation” means an equation describing the relationship between the amount of heat flowing into each combustion zone and the amount of heat flowing out from each combustion zone based on heat transfer engineering. Further, “heat” is not only an aspect of entering and exiting each combustion zone as thermal energy, but also an aspect of entering into each combustion zone as energy other than thermal energy and being converted into thermal energy in each combustion zone The concept also includes For example, although it is chemical energy when it flows into each combustion zone, the chemical energy of the fuel that is converted into thermal energy by a combustion reaction in each combustion zone is also included in the “heat” here.
本発明の第1の態様において、評価関数が、燃焼帯の炉温変化に伴う燃料消費量の予測量を表す関数であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, it is preferable that the evaluation function is a function representing a predicted amount of fuel consumption associated with a change in furnace temperature in the combustion zone.
ここに、本発明において、評価関数が、「燃焼帯の炉温変化に伴う燃料消費量の予測量を表す関数」であるとは、評価関数が、燃焼帯の炉温変化に伴う燃料消費量の予測値を表す項と、定数項とからなることを意味する。なお、評価関数に含まれる定数項は0であってもよい。 Here, in the present invention, the evaluation function is “a function representing the predicted amount of fuel consumption accompanying the change in the furnace temperature in the combustion zone”. The evaluation function is the fuel consumption accompanying the change in the furnace temperature in the combustion zone. It means that it consists of a term representing the predicted value of and a constant term. The constant term included in the evaluation function may be zero.
本発明の第1の態様において、評価関数構成工程において構成される評価関数が線形であり、制約条件決定工程において決定される制約条件が全て線形であり、設定炉温変更量決定工程において、前記評価関数を最適化する前記各燃焼帯の炉温変化量の算出を線形計画法により行うことが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the evaluation function configured in the evaluation function configuration step is linear, all the constraint conditions determined in the constraint condition determination step are linear, and in the set furnace temperature change amount determination step, It is preferable to calculate the amount of change in the furnace temperature of each combustion zone that optimizes the evaluation function by linear programming.
ここに、「制約条件が全て線形」であるとは、制約条件が、全て線形関数の等式及び/又は不等式で記述されていることを意味する。 Here, “all constraints are linear” means that all constraints are described by equations and / or inequalities of linear functions.
本発明の第2の態様は、本発明の第1の態様に係る連続式加熱炉の炉温設定方法により、燃焼帯の炉温を設定することを特徴とする、連続式加熱炉の炉温制御システムである。 According to a second aspect of the present invention, the furnace temperature of the continuous heating furnace is characterized in that the furnace temperature of the combustion zone is set by the furnace temperature setting method for the continuous heating furnace according to the first aspect of the present invention. Control system.
本発明の第3の態様は、本発明の第2の態様に係る連続式加熱炉の炉温制御システムを備えることを特徴とする、連続式加熱炉である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a continuous heating furnace including the furnace temperature control system for the continuous heating furnace according to the second aspect of the present invention.
本発明の第4の態様は、本発明の第3の態様に係る連続式加熱炉を用いて金属材料を加熱する工程を有することを特徴とする、金属材料の製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a metal material, comprising the step of heating the metal material using the continuous heating furnace according to the third aspect of the present invention.
本発明の第1の態様に係る連続式加熱炉の炉温設定方法によれば、各燃焼帯における熱の入出を、熱収支方程式を用いて定量的に考慮しているため、燃料消費量を効果的に低減しつつ、連続式加熱炉における炉温設定を行うことができる。 According to the furnace temperature setting method for a continuous heating furnace according to the first aspect of the present invention, since the heat input and output in each combustion zone is quantitatively considered using the heat balance equation, the fuel consumption is reduced. The furnace temperature can be set in the continuous heating furnace while effectively reducing the temperature.
本発明の第1の態様において、評価関数構成工程において構成される評価関数が、燃焼帯の炉温変化に伴う燃料消費量の予測量を表す関数であることにより、燃料消費量を定量的に評価した上で最適化することができるので、燃料消費量をより効果的に低減しつつ、連続式加熱炉における炉温設定を行うことができる。 In the first aspect of the present invention, the evaluation function configured in the evaluation function configuration step is a function that represents a predicted amount of fuel consumption accompanying a furnace temperature change in the combustion zone, so that the fuel consumption is quantitatively determined. Since it can optimize after evaluating, the furnace temperature setting in a continuous heating furnace can be performed, reducing fuel consumption more effectively.
本発明の第1の態様において、評価関数構成工程において構成される評価関数が線形であり、制約条件決定工程において決定される制約条件が線形であり、設定炉温変更量決定工程において、評価関数を最適化する各燃焼帯の炉温変化量の算出を線形計画法により行うことにより、計算機を用いて容易に評価関数を最適化できるので、計算機資源を節約でき、したがってコストの削減が可能となる。 In the first aspect of the present invention, the evaluation function configured in the evaluation function configuration step is linear, the constraint condition determined in the constraint condition determination step is linear, and in the set furnace temperature change amount determination step, the evaluation function By calculating the furnace temperature change of each combustion zone using the linear programming method, it is possible to easily optimize the evaluation function using a computer, thus saving computer resources and thus reducing costs. Become.
本発明の第2の態様に係る連続式加熱炉の炉温制御システムによれば、連続式加熱炉の炉温設定が、本発明の第1の態様にかかる連続式加熱炉の炉温設定方法によって行われる。上記したように、本発明の第1の態様にかかる連続式加熱炉の炉温設定方法は、燃料消費量を効果的に低減できる。したがって、本発明の第2の態様によれば、燃料消費量を効果的に低減可能な、連続式加熱炉の炉温制御システムを提供することができる。 According to the furnace temperature control system for the continuous heating furnace according to the second aspect of the present invention, the furnace temperature setting method for the continuous heating furnace is the furnace temperature setting method for the continuous heating furnace according to the first aspect of the present invention. Is done by. As described above, the furnace temperature setting method for the continuous heating furnace according to the first aspect of the present invention can effectively reduce fuel consumption. Therefore, according to the 2nd aspect of this invention, the furnace temperature control system of a continuous heating furnace which can reduce fuel consumption effectively can be provided.
本発明の第3の態様に係る連続式加熱炉は、本発明の第2の態様に係る連続式加熱炉の炉温制御システムを備える。上記したように、本発明の第2の態様に係る連続式加熱炉の炉温制御システムによれば、燃料消費量を効果的に低減しつつ、炉温設定を行うことができる。したがって、本発明の第3の態様によれば、燃料消費量を効果的に低減可能な、連続式加熱炉を提供することができる。 The continuous heating furnace which concerns on the 3rd aspect of this invention is equipped with the furnace temperature control system of the continuous heating furnace which concerns on the 2nd aspect of this invention. As described above, according to the furnace temperature control system of the continuous heating furnace according to the second aspect of the present invention, the furnace temperature can be set while effectively reducing the fuel consumption. Therefore, according to the 3rd aspect of this invention, the continuous heating furnace which can reduce fuel consumption effectively can be provided.
本発明の第4の態様に係る金属材料の製造方法によれば、本発明の第3の態様に係る連続式加熱炉を用いて、金属材料を加熱する。上記したように、本発明の第3の態様にかかる連続式加熱炉は、燃料消費量を効果的に低減できる。したがって、本発明の第4の態様によれば、燃料費を効果的に削減可能な、金属材料の製造方法を提供することができる。 According to the method for producing a metal material according to the fourth aspect of the present invention, the metal material is heated using the continuous heating furnace according to the third aspect of the present invention. As described above, the continuous heating furnace according to the third aspect of the present invention can effectively reduce fuel consumption. Therefore, according to the 4th aspect of this invention, the manufacturing method of a metal material which can reduce fuel cost effectively can be provided.
本発明の上記した作用および利得は、以下に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。 The above-mentioned operation and gain of the present invention will be clarified from embodiments for carrying out the invention described below. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to these forms.
<1.連続式加熱炉の炉温設定方法>
本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法について説明する。図1は、連続式加熱炉の炉温設定方法S10(以下、「炉温設定方法S10」又は単に「S10」ということがある。)を説明するフローチャートである。図2は、S10が適用される連続式加熱炉10を示す模式図である。図3は、連続式加熱炉10の一の燃焼帯について熱の出入りを説明する図である。
以下、図1〜3を参照しつつ、本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法について説明する。
<1. How to set the furnace temperature of a continuous heating furnace>
The furnace temperature setting method of the continuous heating furnace of the present invention will be described. FIG. 1 is a flowchart for explaining a furnace temperature setting method S10 (hereinafter sometimes referred to as “furnace temperature setting method S10” or simply “S10”) for a continuous heating furnace. FIG. 2 is a schematic diagram showing the continuous heating furnace 10 to which S10 is applied. FIG. 3 is a view for explaining heat input and output for one combustion zone of the continuous heating furnace 10.
Hereinafter, the furnace temperature setting method of the continuous heating furnace of the present invention will be described with reference to FIGS.
図2に示すように、連続式加熱炉10においては、炉壁1によって炉内と炉外とが隔てている。炉内の空間はさらに、炉壁1によって、予熱帯2、第1加熱帯3、第2加熱帯4、及び均熱帯5に分画されており、これら4つの燃焼帯はこの順に紙面左側から右側へ並んでいる。上記4つの燃焼帯にはスキッド6が配されており、スラブ装入口7から装入されたスラブ9、9、…は、このスキッド6上を予熱帯2から順に各燃焼帯を移動し、所望の温度まで加熱された後、最終的にスラブ抽出口8から取り出される。
本発明の炉温設定方法は、図2のように複数の燃焼帯を有する連続式加熱炉において、各燃焼帯に複数存在するスラブを各スラブに設定された目標抽出温度まで加熱してから抽出するにあたり、特定の制御周期毎に炉温設定モデルを起動し、各燃焼帯の設定温度の更新を行う。
As shown in FIG. 2, in the continuous heating furnace 10, the inside and outside of the furnace are separated by the furnace wall 1. The space in the furnace is further divided into a pre-tropical zone 2, a first heating zone 3, a second heating zone 4, and a soaking zone 5 by the furnace wall 1, and these four combustion zones are arranged in this order from the left side of the page. Lined up to the right. The above four combustion zones are provided with skids 6, and the slabs 9, 9,... Inserted from the slab inlet 7 move in the respective combustion zones on the skid 6 in order from the pre-tropical zone 2, and are desired. Is finally taken out from the slab extraction port 8.
In the furnace temperature setting method of the present invention, in a continuous heating furnace having a plurality of combustion zones as shown in FIG. 2, extraction is performed after heating a plurality of slabs in each combustion zone to a target extraction temperature set for each slab. In doing so, the furnace temperature setting model is activated for each specific control period, and the set temperature of each combustion zone is updated.
図1に示すように、連続式加熱炉の炉温設定方法S10は、影響係数算出工程S11と、評価関数構成工程S12と、制約条件決定工程S13と、設定炉温変更量決定工程S14と、設定温度更新工程S15とを有する。 As shown in FIG. 1, the furnace temperature setting method S10 for the continuous heating furnace includes an influence coefficient calculation step S11, an evaluation function configuration step S12, a constraint condition determination step S13, a set furnace temperature change amount determination step S14, And a set temperature update step S15.
影響係数算出工程S11(以下、単に「S11」ということがある。)は、各燃焼帯における熱の入出を示す熱収支方程式を用いて、各燃焼帯の炉温変化が連続式加熱炉全体の燃料使用量に与える影響を評価する影響係数を算出する工程である。以下にその詳細を説明する。なお、以下において、あるベクトルXについて「X=(x1,…xN)」と表記するときは、XがN次の横ベクトルであることを意味し、あるベクトルYについて「Y=(y1,…yN)T」と表記するときは、YがN次の縦ベクトルであることを意味するものとする。上記ベクトルYの右辺における上付き添え字Tは、転置を表す記号である。また、特に断らない限り、単に「ベクトル」と表記した場合には縦ベクトルを意味するものとする。 The influence coefficient calculation step S11 (hereinafter, sometimes simply referred to as “S11”) uses a heat balance equation indicating heat input and output in each combustion zone, and changes in the furnace temperature in each combustion zone are the same for the entire continuous heating furnace. This is a step of calculating an influence coefficient for evaluating the influence on the fuel consumption. Details will be described below. In the following, when “X = (x 1 ,... X N )” is expressed for a certain vector X, it means that X is an Nth-order horizontal vector, and “Y = (y 1 ,... Y N ) T ”means that Y is an Nth-order vertical vector. A superscript T on the right side of the vector Y is a symbol representing transposition. In addition, unless otherwise specified, a simple expression “vector” means a vertical vector.
炉温設定モデルにおいて、各燃焼帯の設定炉温ベクトル In the furnace temperature setting model, the set furnace temperature vector for each combustion zone
を決定する。式(1)はzN次の縦ベクトルを表す。各成分は各燃焼帯の炉内ガス温度を表し、単位は[℃]である。各成分の上付き添字zは燃焼帯を表す。zNは炉温設定しようとする燃焼帯の総数を表す。例えば第1加熱帯、第2加熱帯及び均熱帯の炉温を設定する場合はzN=3である。上記上付き添え字zは、加熱炉の装入口に近い側の燃焼帯から順に割り当てる。 To decide. Equation (1) represents a z N -th order vertical vector. Each component represents the in-furnace gas temperature of each combustion zone, and its unit is [° C.]. The superscript z of each component represents a combustion zone. z N represents the total number of the combustion zone to try to furnace temperature setting. For example, z N = 3 when setting the first heating zone, the second heating zone, and the soaking zone furnace temperature. The superscript z is assigned in order from the combustion zone closer to the charging furnace inlet.
各燃焼帯の熱収支方程式を立式する。各燃焼帯においては図3に示すような熱の入出が起こっていると考えられるので、各燃焼帯における熱収支と炉内ガス温度の時間微分を考慮すると、燃焼帯zの熱収支方程式は次のように表される。 Formulate the heat balance equation for each combustion zone. In each combustion zone, it is considered that heat is input and output as shown in FIG. 3. Therefore, considering the heat balance in each combustion zone and the time differentiation of the gas temperature in the furnace, the heat balance equation for the combustion zone z is It is expressed as
式(2)において、cgasは炉内ガス比熱[kcal/Nm3・℃]である。Vf zは燃焼帯zの炉容積[m3]である。Hlは燃料の燃焼発熱量[kcal/Nm3]である。vz fuel(Tz f)は燃焼帯zの燃料流入量[Nm3/hr]である。qair(Tz f)は燃料単位あたりの燃焼用空気が有する熱量[kcal/Nm3]である。qgas(Tz f)は燃料単位あたり燃焼帯zから炉外に排出される、燃焼帯zの炉内ガスが有する熱量[kcal/Nm3]である。Qz nextは燃焼帯zから隣接する燃焼帯に流出する熱量(隣接帯輻射熱)[kcal/hr]である。なお、Qz nextにおいて、上付き添え字zが1である場合には、燃焼帯z−1は考慮しないものとし、zがzNである場合には、燃焼帯z+1は考慮しないものとする。Qz slabは燃焼帯zに存在するスラブの加熱に使用される熱量(スラブ顕熱)[kcal/hr]である。スラブ温度ベクトル In the formula (2), c gas is the furnace specific gas heat [kcal / Nm 3 · ° C.]. V f z is the furnace volume [m 3 ] of the combustion zone z. Hl is the combustion calorific value [kcal / Nm 3 ] of the fuel. v z fuel (T z f ) is the fuel inflow amount [Nm 3 / hr] in the combustion zone z. q air (T z f ) is the amount of heat [kcal / Nm 3 ] of the combustion air per fuel unit. q gas (T z f ) is the amount of heat [kcal / Nm 3 ] of the gas in the furnace in the combustion zone z that is discharged from the combustion zone z to the outside of the furnace per fuel unit. Q z next is an amount of heat (adjacent radiant heat) [kcal / hr] flowing out from the combustion zone z to the adjacent combustion zone. Note that in the Q z next, when the superscript z is 1, a combustion zone z-1 is not considered, when z is z N, the combustion zone z + 1 is not considered . Q z slab is the amount of heat (slab sensible heat) [kcal / hr] used for heating the slab existing in the combustion zone z. Slab temperature vector
は燃焼帯zに存在する各スラブの温度[℃]を成分とする縦ベクトルであり、Nzは燃焼帯zに存在するスラブの総数である。Qz bodyは加熱炉体の燃焼帯z部分から環境に放散される熱量(炉体放散熱)[kcal/hr]である。Qz skidは燃焼帯zに存在するスキッド内を流れる冷却水に吸収される熱量(スキッド損失熱)[kcal/hr]である。Qz openは燃焼帯zが有する加熱炉開口部から環境へ放射される熱量(開口部輻射熱)[kcal/hr]である。 Is a vertical vector whose component is the temperature [° C.] of each slab present in the combustion zone z, and N z is the total number of slabs present in the combustion zone z. Q z body is the amount of heat (furnace body heat dissipation) [kcal / hr] dissipated to the environment from the combustion zone z portion of the heating furnace body. Q z skid is the amount of heat (skid loss heat) [kcal / hr] absorbed by the cooling water flowing in the skid existing in the combustion zone z. Q z open is the amount of heat (opening radiant heat) [kcal / hr] radiated to the environment from the heating furnace opening of the combustion zone z.
また、Hlvz fuel(Tz f)は燃料燃焼による発熱量(燃料燃焼熱)[kcal/hr]である。qz air(Tz f)vz fuel(Tz f)は余熱された燃焼用空気が燃焼帯zに持ち込む熱量(予備空気顕熱)[kcal/hr]である。qz gas(Tz f)vz fuel(Tz f)は燃焼帯zから排出される炉内ガスが燃焼帯zから持ち去る熱量(排ガス顕熱)[kcal/hr]である。 Hlv z fuel (T z f ) is a calorific value (fuel combustion heat) [kcal / hr] due to fuel combustion. q z air (T z f ) v z fuel (T z f ) is the amount of heat (preliminary sensible heat) [kcal / hr] that the preheated combustion air brings into the combustion zone z. q z gas (T z f ) v z fuel (T z f ) is the amount of heat (exhaust gas sensible heat) [kcal / hr] that the in-furnace gas discharged from the combustion zone z takes away from the combustion zone z.
また、式(3)中の各スラブの温度は加熱炉内で測定する手段がないため、加熱炉装入前に測定した温度を初期値とし、時刻毎のスラブ顕熱Qslabの累積により温度上昇したと考えた計算値を用いる。 In addition, since there is no means for measuring the temperature of each slab in formula (3) in the heating furnace, the temperature measured before charging the heating furnace is set as an initial value, and the temperature is determined by accumulating the slab sensible heat Q slab at each time. Use the calculated value considered to have risen.
式(2)をvz fuelについて解くと、炉温を入力とした時刻毎の燃料流量計算式(4)を得る。 When equation (2) is solved for v z fuel , a fuel flow rate calculation equation (4) for each time with the furnace temperature as an input is obtained.
式(4)の燃料流量計算式を使用し、炉温設定モデル起動時刻t0の炉温を初期値として、時間t1の間その設定炉温ベクトルのまま操業を行った場合の加熱炉全体での予測燃料使用量U0 fuelを次の式(5)で計算する。t1は、3分以上60分以下とすることが好ましく、例えば30分とすることができる。t1を3分以上とすることにより、一の加熱炉で炉温を変化させた場合の予測燃料使用量とU0 fuelとの差を確保することが容易になる。またt1を60分以下とすることにより、計算量が低減されるので、計算機資源を節約してコストを削減することが容易になる。また、後述する式(7)による影響係数の算出において、左辺の偏微分係数のより良好な近似値を得ることが容易になる。 Using the fuel flow rate calculation formula of Formula (4), with the furnace temperature at the furnace temperature setting model start time t 0 as the initial value, the entire heating furnace when operating with the set furnace temperature vector for the time t 1 The predicted fuel usage U 0 fuel at is calculated by the following equation (5). t 1 is preferably 3 minutes or more and 60 minutes or less, for example, 30 minutes. By setting t 1 to 3 minutes or more, it becomes easy to ensure the difference between the predicted fuel usage and the U 0 fuel when the furnace temperature is changed in one heating furnace. Further, by the t 1 and 60 minutes or less, since the amount of calculation is reduced, it becomes easier to reduce the cost by saving computer resources. In addition, in the calculation of the influence coefficient by the equation (7) described later, it becomes easy to obtain a better approximate value of the partial differential coefficient on the left side.
さらに、ある燃焼帯ziにおいて炉温をTzi fからδTzi fだけ変化させ、同様に時間t1だけ操業を行った場合の予測燃料使用量は次の式で計算できる。 Furthermore, the predicted fuel usage when the furnace temperature is changed from T zi f by δT zi f in a certain combustion zone z i and the operation is performed only for time t 1 can be calculated by the following equation.
式(6)の計算を、影響係数を算出すべき全ての燃焼帯、すなわち炉温設定を行うzN個の燃焼帯に対して行う。なお、上記式(6)の計算にあたっては、δTzi fを5℃以上50℃以下とすることが好ましく、例えば20℃とすることができる。δTzi fを5℃以上とすることにより、Uzi fuelとU0 fuelとの差を確保することが容易になる。またδTzi fを50℃以下とすることにより、後述する式(7)の計算において左辺の偏微分係数のより良好な近似値を得ることが容易になる。 The calculation of Equation (6) is performed for all combustion zones for which influence coefficients are to be calculated, that is, z N combustion zones for which the furnace temperature is set. In the calculation of the above formula (6), δT zi f is preferably 5 ° C. or more and 50 ° C. or less, and can be set to 20 ° C., for example. By setting δT zi f to 5 ° C. or more, it becomes easy to ensure the difference between U zi fuel and U 0 fuel . Further, by setting δT zi f to 50 ° C. or less, it becomes easy to obtain a better approximate value of the partial differential coefficient on the left side in the calculation of equation (7) described later.
燃焼帯ziの炉温変化が加熱炉全体の燃料使用量Ufuelに与える影響を評価する影響係数は、偏微分係数∂Ufuel/∂Tzi fで表わされ、式(6)で炉温を変化させた場合の予測燃料使用量と、式(5)で炉温変化なしとした場合の予測燃料使用量との差を、炉温変更量δTzi fで除算した値で近似できる。よって次の式(7)で計算する。 The influence coefficient for evaluating the influence of the change in the furnace temperature of the combustion zone z i on the fuel consumption amount U fuel of the entire heating furnace is expressed by the partial differential coefficient ∂ U fuel / ∂ T zi f , and the furnace is expressed by the equation (6). The difference between the predicted fuel usage when the temperature is changed and the predicted fuel usage when there is no furnace temperature change in Equation (5) can be approximated by a value divided by the furnace temperature change amount δT zi f . Therefore, it calculates with the following formula | equation (7).
式(7)の計算を各燃焼帯について行うことにより、各燃焼帯についての影響係数を成分に持つ影響係数ベクトル By calculating the equation (7) for each combustion zone, an influence coefficient vector having an influence coefficient for each combustion zone as a component.
を求める。以上で影響係数算出工程S11が完了する。 Ask for. Thus, the influence coefficient calculation step S11 is completed.
評価関数構成工程S12(以下、単に「S12」ということがある。)は、S11で求めた影響係数を用いて、式(1)の設定炉温ベクトルからの各燃焼帯の炉温変化量を成分に持つ炉温変化量ベクトル In the evaluation function configuration step S12 (hereinafter, simply referred to as “S12”), the amount of change in the furnace temperature of each combustion zone from the set furnace temperature vector of Equation (1) is calculated using the influence coefficient obtained in S11. Furnace temperature change vector for components
を変数とする評価関数Jを構成する工程である。評価関数Jは、燃料消費量の予測量Ufuelであり、S11で求めた影響係数を重み係数として使用し、各燃焼帯の影響係数と炉温変化量との積和により構成する。すなわち、式(8)の影響係数ベクトル∂Ufuel/∂Tfと、式(9)の炉温変化量ベクトルΔTfとの内積を用いて、次式のように構成する。 Is a step of constructing an evaluation function J with 変 数 as a variable. The evaluation function J is a predicted fuel consumption amount U fuel , and is constituted by the product sum of the influence coefficient of each combustion zone and the furnace temperature change amount, using the influence coefficient obtained in S11 as a weighting coefficient. That is, using the inner product of the influence coefficient vector ∂ U fuel / ∂T f of Equation (8) and the furnace temperature change vector ΔT f of Equation (9), the following equation is used.
式(10)の評価関数Jは、炉温変化量ベクトルΔTfの関数であって、燃焼消費量の予測量Ufuelを直接に評価している。よって、式(10)の評価関数Jを後述する設定炉温変更量決定工程S14で炉温変化量ベクトルΔTfについて最適化することにより、燃料消費量を効果的に低減できる炉温設定方法S10とすることが可能となる。また、評価関数Jを式(10)のように線形な関数として構成することにより、後述するように設定炉温変更量の決定を線形計画法によって行うことが可能となる。 The evaluation function J in the equation (10) is a function of the furnace temperature change amount vector ΔT f and directly evaluates the predicted amount U fuel of the combustion consumption. Therefore, by optimizing the evaluation function J of the equation (10) with respect to the furnace temperature change vector ΔT f in the set furnace temperature change amount determination step S14 described later, the furnace temperature setting method S10 that can effectively reduce the fuel consumption. It becomes possible. Further, by configuring the evaluation function J as a linear function as shown in Expression (10), the set furnace temperature change amount can be determined by linear programming as described later.
制約条件決定工程S13(以下、単に「S13」ということがある。)は、各燃焼帯の炉温変化量に課す制約条件を決定する工程である。制約条件は、式(9)の炉温変化量ベクトルΔTfについて実行可能領域をなすように決定する。S13においては、制約条件を一般式(11)で表わされる線形式として定める。 The constraint condition determination step S13 (hereinafter sometimes simply referred to as “S13”) is a step of determining a constraint condition imposed on the furnace temperature change amount of each combustion zone. The constraint condition is determined so as to form a feasible region with respect to the furnace temperature change vector ΔT f of Equation (9). In S13, the constraint condition is defined as a line form represented by the general formula (11).
aiは定数ベクトル、biは定数である。例えば、炉温の上限制約は式(12)で表わされ、下限制約は式(13)で表わされる。また、隣接帯との設定炉温差の上限制約は式(14)で表され、下限制約は式(15)で表わされる。 a i is a constant vector and b i is a constant. For example, the upper limit constraint on the furnace temperature is expressed by equation (12), and the lower limit constraint is expressed by equation (13). Moreover, the upper limit constraint of the set furnace temperature difference from the adjacent zone is expressed by Equation (14), and the lower limit constraint is expressed by Equation (15).
Tz f,MAXは燃焼帯zの設定炉温上限である。Tz f,minは燃焼帯zの設定炉温下限である。Tz fnext,MAXは隣接燃焼帯との設定炉温差上限である。Tz fnext,minは隣接燃焼帯との設定炉温差下限である。式(12)〜(15)はいずれも線形である。 T z f, MAX is the set furnace temperature upper limit of the combustion zone z. T z f, min is a set furnace temperature lower limit of the combustion zone z. T z fnext, MAX is the upper limit of the set furnace temperature difference from the adjacent combustion zone. T z fnext, min is the lower limit of the set furnace temperature difference from the adjacent combustion zone. Expressions (12) to (15) are all linear.
制約条件には、各スラブの抽出時の温度が各スラブの目標抽出温度以上であるという条件(目標抽出温度条件)も組み込まれる。一般には、各燃焼帯の炉温変化量と、スラブの抽出時の温度とは非線形な関係にあるため、該条件は厳密には線形式では表せない。しかし、あるスラブslabiにおいて、各燃焼帯の炉温を式(1)の設定炉温ベクトルTfとしたまま抽出まで操業した際の予測抽出温度をT0 slabi,out、ある燃焼帯zにおいて炉温をTz fからδTz fだけ変化させ、同様に抽出まで操業を行った場合の予測抽出温度をTz slabi,outとすると、燃焼帯zの炉温変化に対する抽出温度の変化割合、すなわち偏微分係数∂Tz slabi,out/∂Tz fは次の式で近似できる。 The constraint condition also incorporates a condition (target extraction temperature condition) that the temperature when each slab is extracted is equal to or higher than the target extraction temperature of each slab. Generally, since the furnace temperature change amount in each combustion zone and the temperature at the time of slab extraction are in a non-linear relationship, the condition cannot be expressed strictly in a linear form. However, in a certain slab slab i , the predicted extraction temperature when operating until extraction with the furnace temperature of each combustion zone set to the set furnace temperature vector T f of equation (1) is T 0 slab i, out , in a certain combustion zone z If the predicted extraction temperature when the furnace temperature is changed from T z f by δT z f and the operation until the extraction is performed similarly is T z slabi, out , the change rate of the extraction temperature with respect to the furnace temperature change in the combustion zone z, That is, the partial differential coefficient ∂T z slabi, out / ∂T z f can be approximated by the following equation.
式(16)の計算を、炉温を設定するzN個の燃焼帯について行うことにより、式(17)で表わされるスラブ抽出温度変化係数ベクトル∂Tz slab,out/∂Tfを得る。ここで、δTz fの値を式(6)におけるδTzi fと一致させる必要はない。δTz fは5℃以上50℃以下とすることが好ましく、例えば10℃とすることができる。δTz fを5℃以上とすることにより、Tz slabi,outとT0 slabi,outとの差を確保することが容易になる。またδTz fを50℃以下とすることにより、式(16)において左辺の偏微分係数のより良好な近似値を得ることが容易になる。 By calculating the equation (16) for z N combustion zones for setting the furnace temperature, the slab extraction temperature change coefficient vector ∂T z slab, out / ∂T f expressed by the equation (17) is obtained. Here, it is not necessary to make the value of δT z f coincide with δT zi f in the equation (6). δT z f is preferably 5 ° C. or more and 50 ° C. or less, and can be, for example, 10 ° C. By setting δT z f to 5 ° C. or more, it becomes easy to ensure the difference between T z slabi, out and T 0 slabi, out . Further, by setting δT z f to 50 ° C. or less, it becomes easy to obtain a better approximate value of the partial differential coefficient on the left side in Equation (16).
式(17)のスラブ抽出温度変化係数ベクトルを用いることにより、スラブの予測抽出温度を線形式で近似して、目標抽出温度条件の条件式を次の線形式(18)で表すことができる。 By using the slab extraction temperature change coefficient vector of Expression (17), the predicted extraction temperature of the slab can be approximated in a linear form, and the conditional expression of the target extraction temperature condition can be expressed in the following linear form (18).
式(12)〜(15)及び式(18)を炉温変化量ベクトルΔTfの制約条件として決定して、S13が完了する。式(12)〜(15)及び式(18)は全て線形であり、またS12で構成した評価関数Jも線形である。よって、次の工程である設定炉温変更量決定工程S14において、S13で決定した制約条件の下での評価関数Jの最適化を、線形計画法によって行うことができる。 Determine the formula (12) to (15) and equation (18) as a constraint condition of furnace temperature variation vector [Delta] T f, S13 is completed. Expressions (12) to (15) and Expression (18) are all linear, and the evaluation function J configured in S12 is also linear. Therefore, in the set furnace temperature change amount determination step S14, which is the next step, the evaluation function J can be optimized by the linear programming method under the constraint conditions determined in S13.
設定炉温変更量決定工程S14(以下、単に「S14」ということがある。)は、S13で決定した制約条件の下で、S12で構成した評価関数Jを最適化する各燃焼帯の炉温変化量を算出して、設定炉温変更量とする工程である。具体的には、上記制約条件を満足しながら、評価関数Jを最小化するような、設定炉温ベクトルTfからの炉温変化量ベクトルΔTfを求め、このΔTfを設定炉温変更量ベクトルΔTf,optとする。 In the set furnace temperature change amount determination step S14 (hereinafter, also simply referred to as “S14”), the furnace temperature of each combustion zone that optimizes the evaluation function J configured in S12 under the constraint conditions determined in S13. This is a step of calculating the change amount and setting it as the set furnace temperature change amount. Specifically, a furnace temperature change vector ΔT f from the set furnace temperature vector T f that minimizes the evaluation function J while satisfying the above-mentioned constraint conditions is obtained, and this ΔT f is set as the set furnace temperature change amount. Let it be a vector ΔT f, opt .
上述したように、制約条件をなす式(12)〜(15)及び式(18)は全て線形であり、またS12で構成した評価関数Jも線形であるので、S14における最適化は線形計画法によって行うことができる。よって、容易に設定炉温変更量ベクトルΔTfを導出することが可能である。したがって、計算量を低減することが可能となるので、計算機資源を節約し、操業コストを低減することが可能となる。最適化にあたっては、シンプレックス法やカーマーカー法(内点法)等の、線形計画問題の公知の求解アルゴリズムを特に制限なく用いることができる。 As described above, since the equations (12) to (15) and (18) constituting the constraint conditions are all linear, and the evaluation function J configured in S12 is also linear, the optimization in S14 is linear programming. Can be done by. Therefore, it is possible to derive easily set oven temperature change amount vector [Delta] T f. Therefore, since the amount of calculation can be reduced, it is possible to save computer resources and reduce operating costs. In the optimization, a known solution algorithm for a linear programming problem such as a simplex method or a car marker method (inner point method) can be used without particular limitation.
設定温度更新工程S15(以下、単に「S15」ということがある。)は、S14で導出した設定炉温変更量にしたがって各燃焼帯の設定温度を更新する工程である。すなわち、新たな設定炉温ベクトルTf,newを、設定炉温ベクトルTfと設定炉温変更量ベクトルΔTf,optとから、次の式で算出する。 The set temperature update step S15 (hereinafter sometimes simply referred to as “S15”) is a step of updating the set temperature of each combustion zone in accordance with the set furnace temperature change amount derived in S14. That is, a new set furnace temperature vector T f, new is calculated from the set furnace temperature vector T f and the set furnace temperature change amount vector ΔT f, opt by the following equation.
式(19)で算出した新たな設定炉温ベクトルTf,newが成分に持つ設定炉温値を対応する各燃焼帯に適用することにより、S15は終了する。 By applying the set furnace temperature value that the new set furnace temperature vector Tf, new calculated by Equation (19) has as the component to each corresponding combustion zone, S15 ends.
S11乃至S15の終了を以て連続式加熱炉の炉温設定方法S10の全工程が終了する。S15の終了後は、特定周期(制御周期)毎にS10を実行し、設定炉温を更新することを繰り返す。制御周期は、3分以上60分以下とすることが好ましく、例えば3分とすることができる。制御周期を3分以上とすることにより、計算量が低減されるので、計算機資源を節約してコストを削減することが容易になる。また制御周期を60分以下とすることにより、より細かな炉温制御が可能となるので、スラブの抽出温度が目標抽出温度を下回る事態を抑制することがより容易になる。また、時々刻々と変化する操業条件に柔軟に対応することが可能となるので、燃料消費量をより効果的に削減することが可能となる。 With the completion of S11 to S15, all the steps of the furnace temperature setting method S10 for the continuous heating furnace are completed. After the end of S15, S10 is executed every specific cycle (control cycle), and the set furnace temperature is repeatedly updated. The control period is preferably 3 minutes or more and 60 minutes or less, for example, 3 minutes. By setting the control period to 3 minutes or more, the amount of calculation is reduced, so it is easy to save computer resources and reduce costs. Further, by setting the control period to 60 minutes or less, finer furnace temperature control becomes possible, and it becomes easier to suppress the situation where the slab extraction temperature is lower than the target extraction temperature. In addition, since it becomes possible to flexibly cope with operating conditions that change from moment to moment, fuel consumption can be more effectively reduced.
本発明に関する上記説明では、影響係数算出工程S11と、評価関数構成工程S12と、制約条件決定工程S13と、設定炉温変更量決定工程S14と、設定温度更新工程S15とをこの順に行う形態の連続式加熱炉の炉温設定方法S10を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、影響係数算出工程11に先立って制約条件決定工程S13を行う形態とすることも可能である。 In the above description regarding the present invention, the influence coefficient calculation step S11, the evaluation function configuration step S12, the constraint condition determination step S13, the set furnace temperature change amount determination step S14, and the set temperature update step S15 are performed in this order. Although the furnace temperature setting method S10 of the continuous heating furnace has been exemplified, the present invention is not limited to this form. For example, the constraint condition determining step S13 may be performed prior to the influence coefficient calculating step 11.
本発明に関する上記説明では、評価関数Jの最適化が最小化である形態の連続式加熱炉の炉温設定方法S10を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば評価関数の符号を反転させることにより、評価関数を最大化する形態とすることも可能である。 In the above description regarding the present invention, the furnace temperature setting method S10 of the continuous heating furnace in which the optimization of the evaluation function J is minimized has been exemplified, but the present invention is not limited to this form. For example, the evaluation function can be maximized by inverting the sign of the evaluation function.
本発明に関する上記説明では、制約条件決定工程S13において、制約条件が各燃焼帯の設定炉温上限及び下限、各燃焼帯の隣接燃焼帯との設定炉温差上限及び下限、並びに目標抽出温度条件である形態の連続式加熱炉の炉温設定方法S10を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、設定炉温下限や、隣接燃焼帯との設定炉温差上限及び下限については、これらの少なくとも一部を制約条件としない形態であってもよい。また、上記以外の制約条件も決定する形態であってもよい。上記以外の制約条件としては、例えば目標抽出均熱度を満足するという条件を挙げることができる。 In the above description regarding the present invention, in the constraint condition determination step S13, the constraint conditions are the set furnace temperature upper and lower limits of each combustion zone, the set furnace temperature difference upper and lower limits of adjacent combustion zones of each combustion zone, and the target extraction temperature condition. Although the furnace temperature setting method S10 of the continuous heating furnace of a certain form was illustrated, this invention is not limited to the said form. For example, the lower limit of the set furnace temperature and the upper and lower limits of the set furnace temperature difference with the adjacent combustion zone may be in a form in which at least a part of these is not a constraint. Moreover, the form which also determines constraint conditions other than the above may be sufficient. As a constraint condition other than the above, for example, a condition that the target extraction soaking degree is satisfied can be exemplified.
本発明に関する上記説明では、制約条件を全て線形式とする形態の連続式加熱炉の炉温設定方法S10を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。制約条件の少なくとも一部を非線形式として決定する形態とすることも可能である。例えば、目標抽出温度条件において上記の線形近似式(18)を採用せず、目標抽出温度条件が非線形式で表わされる形態とすることも可能である。目標抽出温度条件において線形近似を採用しない形態によれば、スラブ抽出温度変化係数ベクトル∂Tz slab,out/∂Tfを得るために式(16)の計算をスラブの個数回行う必要がなくなる。しかし、その代わりに評価関数Jの最適化を線形計画法によって行うことができなくなる等、一般には計算量の増大を招く。したがって、厳密には非線形式で表わされる制約条件があっても、線形近似を採用して、全ての制約条件を線形式で決定する形態とすることが好ましい。 In the above description regarding the present invention, the furnace temperature setting method S10 of the continuous heating furnace in which all the constraint conditions are in the linear form is exemplified, but the present invention is not limited to this form. It is also possible to adopt a form in which at least a part of the constraint condition is determined as a nonlinear expression. For example, it is possible to adopt a form in which the target extraction temperature condition is represented by a nonlinear expression without adopting the linear approximation formula (18) in the target extraction temperature condition. According to the form in which the linear approximation is not adopted in the target extraction temperature condition, it is not necessary to perform the calculation of Expression (16) several times for the slab in order to obtain the slab extraction temperature change coefficient vector ∂T z slab, out / ∂T f. . However, in general, the evaluation function J cannot be optimized by linear programming, which generally increases the amount of calculation. Therefore, strictly speaking, it is preferable to adopt a linear approximation to determine all the constraint conditions in a linear format even if there are constraint conditions represented by a non-linear expression.
本発明に関する上記説明では、式(2)で表わされる熱収支方程式を用いる形態の連続式加熱炉の炉温設定方法S10を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。式(2)が有する項以外の項を含む熱収支方程式を用いる形態とすることも可能である。式(2)が有する項以外の項としては、例えば隣接燃焼帯との間で炉内ガスが移動することによる熱の出入りを評価する項等を挙げることができる。このような項を熱収支方程式にさらに含ませることにより、より精度よく熱収支を評価できるので、燃料消費量をより精度よく予測することが可能となる。よって、燃料消費量をより効果的に低減可能な、連続式加熱炉の炉温設定方法とすることが容易になる。 In the above description regarding the present invention, the furnace temperature setting method S10 of the continuous heating furnace in the form using the heat balance equation represented by the equation (2) is exemplified, but the present invention is not limited to this form. It is also possible to adopt a form using a heat balance equation including a term other than the term of equation (2). Examples of the term other than the term possessed by the formula (2) include a term for evaluating the heat in and out due to the movement of the in-furnace gas between the adjacent combustion zones. By further including such a term in the heat balance equation, the heat balance can be evaluated with higher accuracy, so that the fuel consumption can be predicted with higher accuracy. Therefore, it becomes easy to set it as the furnace temperature setting method of a continuous heating furnace which can reduce fuel consumption more effectively.
また、本発明に関する上記説明では、全ての制御周期において常にzN個の燃焼帯について設定炉温の更新を行う形態の連続式加熱炉の炉温設定方法について説明したが、本発明は当該形態に限定されない。制御周期によって、設定炉温の更新を行う燃焼帯又は燃焼帯の組が異なる形態とすることも可能である。例えば、4つの燃焼帯を有する連続式加熱炉において、ある制御周期においては4つ全ての燃焼帯について設定炉温の更新を行い、次の制御周期においてはスラブ抽出口に近い側の2つの燃焼帯のみについて設定炉温の更新を行う形態とすることも可能である。このような形態によれば、計算量を低減することが可能となる。ただし、本発明の燃料消費量低減効果を良好に発揮させるためには、全ての制御周期において、常に全ての燃焼帯、又は予熱帯以外の全ての燃焼帯について設定炉温の更新を行う形態とすることが好ましい。 Further, in the above description regarding the present invention, the furnace temperature setting method of the continuous heating furnace in which the set furnace temperature is constantly updated for z N combustion zones in all control cycles has been described. It is not limited to. It is also possible to adopt a form in which the combustion zone or the set of combustion zones in which the set furnace temperature is updated differs depending on the control cycle. For example, in a continuous heating furnace having four combustion zones, the set furnace temperature is updated for all four combustion zones in a certain control cycle, and the two combustions on the side closer to the slab extraction port in the next control cycle. It is also possible to update the set furnace temperature only for the belt. According to such a form, it is possible to reduce the amount of calculation. However, in order to satisfactorily exert the fuel consumption reduction effect of the present invention, the set furnace temperature is always updated for all combustion zones or all combustion zones other than the pre-tropical zone in all control cycles. It is preferable to do.
<2.連続式加熱炉の炉温制御システム>
図4は、本発明の連続式加熱炉の炉温制御システム20(以下、単に「炉温制御システム20」ということがある。)を説明する図である。炉温制御システム20は、連続式加熱炉10(図2参照)が有する4つの燃焼帯の炉温を、炉温設定方法S10によって設定し、制御するシステムである。図4に示すように、炉温制御システム20は、制御手段11に、記憶手段12と、入力手段13と、出力手段14と、炉温測定手段15と、装入前スラブ温度測定手段16と、炉温調整手段17と、が接続されてなる。図4において、矢印は情報が流れる向きを表す。以下、各構成要素について順に説明する。
<2. Continuous heating furnace temperature control system>
FIG. 4 is a diagram illustrating a furnace temperature control system 20 (hereinafter, simply referred to as “furnace temperature control system 20”) of the continuous heating furnace of the present invention. The furnace temperature control system 20 is a system that sets and controls the furnace temperatures of the four combustion zones of the continuous heating furnace 10 (see FIG. 2) by the furnace temperature setting method S10. As shown in FIG. 4, the furnace temperature control system 20 includes a control unit 11, a storage unit 12, an input unit 13, an output unit 14, a furnace temperature measurement unit 15, and a pre-charging slab temperature measurement unit 16. The furnace temperature adjusting means 17 is connected. In FIG. 4, arrows indicate the direction in which information flows. Hereinafter, each component will be described in order.
制御手段11は、炉温制御システム20全体を制御する構成要素である。炉温制御システム20において、入力か出力かを問わず、存在する全ての情報は制御手段11によって管理され、処理を加えられ、他の構成要素へと伝達される。制御手段11には、電子計算機その他の公知の制御装置を特に制限なく用いることができる。 The control means 11 is a component that controls the entire furnace temperature control system 20. In the furnace temperature control system 20, regardless of input or output, all existing information is managed by the control means 11, processed, and transmitted to other components. As the control means 11, an electronic computer or other known control device can be used without particular limitation.
記憶手段12は、炉温制御システム20における全ての情報を制御手段11から受け取って保管し、制御手段11から要求があったときに制御手段11に出力する構成要素である。記憶手段12には、上記した炉温設定方法S10を実行するためのアルゴリズムA1(以下、「アルゴリズムA1」という。)が格納される他、S10を実行するにあたって必要な情報が格納される。S10を実行するにあたって必要な情報には、上記した、設定炉温ベクトルTf、スラブ温度ベクトルTz slabその他の燃料流量計算式(4)の計算に必要な全てのパラメータ、影響係数ベクトル∂Ufuel/∂Tf、炉温変化量ベクトルΔTf、評価関数J、スラブ抽出温度変化係数ベクトル∂Tz slab,out/∂Tf、及び制約条件式が含まれる。記憶手段12には、磁気記憶装置や揮発性メモリ(RAM)等の公知の記憶装置を特に制限なく用いることができる。 The storage unit 12 is a component that receives and stores all information in the furnace temperature control system 20 from the control unit 11 and outputs the information to the control unit 11 when requested by the control unit 11. The storage unit 12 stores an algorithm A1 (hereinafter referred to as “algorithm A1”) for executing the above-described furnace temperature setting method S10, and stores information necessary for executing S10. Information necessary for executing S10 includes all the parameters required for the calculation of the above-described set furnace temperature vector T f , slab temperature vector T z slab and other fuel flow rate calculation formula (4), and the influence coefficient vector ∂U. fuel / ∂T f , furnace temperature change vector ΔT f , evaluation function J, slab extraction temperature change coefficient vector ∂T z slab, out / ∂T f , and constraint equation are included. As the storage means 12, a known storage device such as a magnetic storage device or a volatile memory (RAM) can be used without particular limitation.
入力手段13は、炉温制御システム20において、現在の炉温及び装入前スラブ温度以外の必要な情報を操作者及び/又は上位コンピュータが入力するための構成要素である。入力手段13から入力された情報は制御装置11に伝達され、記憶手段12に格納される。入力手段13には、キーボード等の公知の入力装置や、シリアルポート等の公知の通信装置を特に制限なく用いることができる。 The input means 13 is a component for the operator and / or the host computer to input necessary information other than the current furnace temperature and pre-charging slab temperature in the furnace temperature control system 20. Information input from the input means 13 is transmitted to the control device 11 and stored in the storage means 12. As the input means 13, a known input device such as a keyboard or a known communication device such as a serial port can be used without particular limitation.
出力手段14は、炉温制御システム20において、操作者及び/又は上位コンピュータが知るべき情報を制御手段11から受け取って操作者又は上位コンピュータに対して表示するための構成要素である。出力手段14には、設定炉温、現在の炉温、スラブ温度、スラブの加熱状況、燃料流量、空気流量その他の必要な情報が表示または出力される。出力手段14には、ディスプレイ等の公知の表示装置や、シリアルポート等の公知の通信装置を特に制限なく用いることができる。 In the furnace temperature control system 20, the output unit 14 is a component for receiving information to be known by the operator and / or the host computer from the control unit 11 and displaying the information to the operator or the host computer. The output means 14 displays or outputs the set furnace temperature, current furnace temperature, slab temperature, slab heating status, fuel flow rate, air flow rate and other necessary information. For the output means 14, a known display device such as a display or a known communication device such as a serial port can be used without particular limitation.
炉温測定手段15は、各燃焼帯の炉温を測定する構成要素である。図4に示すように、炉温測定手段15は炉温センサ15a、15b、15c、15d(以下において、「炉温センサ15a〜15d」ということがある。)を有し、これら4つの炉温センサは各燃焼帯に1個ずつ設置されている。炉温測定手段15により取得された炉温情報は制御手段11に伝達され、記憶手段12に格納される。炉温センサ15a〜15dには、熱電対、放射温度計等の高温域の測定に適した公知の温度センサを特に制限なく用いることができる。 The furnace temperature measuring means 15 is a component that measures the furnace temperature of each combustion zone. As shown in FIG. 4, the furnace temperature measuring means 15 has furnace temperature sensors 15a, 15b, 15c, and 15d (hereinafter, sometimes referred to as “furnace temperature sensors 15a to 15d”), and these four furnace temperatures. One sensor is installed in each combustion zone. The furnace temperature information acquired by the furnace temperature measuring unit 15 is transmitted to the control unit 11 and stored in the storage unit 12. As the furnace temperature sensors 15a to 15d, a known temperature sensor suitable for measurement in a high temperature region such as a thermocouple or a radiation thermometer can be used without particular limitation.
装入前スラブ温度測定手段16は、連続式加熱炉10に装入する前の各スラブの温度を測定する構成要素である。装入前スラブ温度測定手段16により取得された装入前のスラブの温度情報は、制御手段11に伝達され、記憶手段12に格納される。装入前スラブ温度測定手段16には、熱電対、放射温度計等の公知の温度センサを特に制限なく用いることができる。 The pre-charging slab temperature measuring means 16 is a component that measures the temperature of each slab before charging into the continuous heating furnace 10. The temperature information of the slab before charging acquired by the slab temperature measuring means 16 before charging is transmitted to the control means 11 and stored in the storage means 12. A known temperature sensor such as a thermocouple or a radiation thermometer can be used as the pre-loading slab temperature measuring means 16 without any particular limitation.
炉温調整手段17には、各燃焼帯のバーナーであるバーナー21a、21b、21c、21d(以下において、「バーナー21a〜21d」ということがある。)が接続されている。炉温調整手段17は、制御装置11によって決定される設定炉温に合わせて、バーナー21a〜21dの各燃焼量を調整する構成要素である。炉温調整手段17は制御装置11から各燃焼帯の設定炉温及び現在の実際の炉温を取得し、実際の炉温が設定炉温となるようにバーナー21a〜21dの各燃焼量を調整する。バーナー燃焼量の調整は、各バーナーに供給される燃料及び燃焼用空気の流量を調整することにより行う。炉温調整手段17としては、上記の働きをする公知の炉温調整手段を特に制限なく用いることができる。 The furnace temperature adjusting means 17 is connected to burners 21a, 21b, 21c, and 21d (hereinafter, sometimes referred to as “burners 21a to 21d”) that are burners in each combustion zone. The furnace temperature adjusting means 17 is a component that adjusts each combustion amount of the burners 21 a to 21 d in accordance with the set furnace temperature determined by the control device 11. The furnace temperature adjusting means 17 acquires the set furnace temperature of each combustion zone and the current actual furnace temperature from the control device 11, and adjusts each combustion amount of the burners 21a to 21d so that the actual furnace temperature becomes the set furnace temperature. To do. The amount of burner combustion is adjusted by adjusting the flow rates of fuel and combustion air supplied to each burner. As the furnace temperature adjusting means 17, a known furnace temperature adjusting means having the above function can be used without any particular limitation.
以下、炉温制御システム20の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the furnace temperature control system 20 will be described.
(a.情報の入力)
操作者及び/又は上位コンピュータは、入力手段13により、スラブの目標抽出温度その他、炉温設定方法S10による炉温の設定に必要な情報を入力する。制御手段11は入力された情報を取得し、記憶手段12に格納する。
(A. Information input)
The operator and / or the host computer inputs the target extraction temperature of the slab and other information necessary for setting the furnace temperature by the furnace temperature setting method S10 through the input means 13. The control unit 11 acquires the input information and stores it in the storage unit 12.
(b.操業:スラブの加熱)
操作者及び/又は上位コンピュータは、入力手段13により設定炉温の更新開始を制御装置11に指示する。制御装置11は、装入前スラブ温度測定手段16により各スラブの装入前の温度情報を取得し、記憶手段12に格納する。制御装置11は、記憶手段12からアルゴリズムA1を読み込んで実行し、炉温設定方法S10による設定炉温の更新を制御周期3分毎に繰り返す。
(B. Operation: Slab heating)
The operator and / or the host computer instructs the control device 11 to start updating the set furnace temperature through the input means 13. The control device 11 acquires the temperature information before charging each slab by the slab temperature measuring means 16 before charging and stores it in the storage means 12. The control device 11 reads and executes the algorithm A1 from the storage means 12, and repeats the update of the set furnace temperature by the furnace temperature setting method S10 every control cycle of 3 minutes.
設定炉温が更新される毎に、制御装置11は炉温調整手段17に各燃焼帯の新たな設定炉温及び現在の炉温を伝達する。炉温調整手段17は、新たな設定炉温に基き、実際の炉温情報を制御装置11から常時受け取って監視しながら、各燃焼帯のバーナーの燃焼を調整することにより、炉温を更新された設定炉温まで変化させる。炉温が更新された設定炉温に到達したら、炉温調整手段17は当該設定炉温を、次回の更新された設定炉温が制御装置11から伝達されるまで維持する。 Each time the set furnace temperature is updated, the control device 11 transmits to the furnace temperature adjusting means 17 the new set furnace temperature and the current furnace temperature of each combustion zone. The furnace temperature adjusting means 17 updates the furnace temperature by adjusting the burner combustion in each combustion zone while constantly receiving and monitoring the actual furnace temperature information from the control device 11 based on the newly set furnace temperature. Change to the set furnace temperature. When the furnace temperature reaches the updated set furnace temperature, the furnace temperature adjusting means 17 maintains the set furnace temperature until the next updated set furnace temperature is transmitted from the control device 11.
本発明に関する上記説明では、4つの燃焼帯の炉温を制御する形態の炉温制御システム20を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。制御すべき連続式加熱炉の形態に合わせ、4つ未満、あるいは5つ以上の燃焼帯の炉温を制御する形態とすることも可能である。 In the above description regarding the present invention, the furnace temperature control system 20 in the form of controlling the furnace temperatures of the four combustion zones has been exemplified, but the present invention is not limited to this form. In accordance with the form of the continuous heating furnace to be controlled, it is possible to control the furnace temperature of less than four, or five or more combustion zones.
<3.連続式加熱炉>
図5は、本発明の連続式加熱炉30を説明する図である。連続式加熱炉30は、上記した炉温制御システム20を備える連続式加熱炉である。図5に示すように、連続式加熱炉30は、炉壁1によって炉外と隔てられかつ区分された予熱帯2、第1加熱帯3、第2加熱帯4、及び均熱帯5を有し、さらにスキッド6、スラブ装入口7、及びスラブ抽出口8を有する。予熱帯2、第1加熱帯3、第2加熱帯4、及び均熱帯5は、スラブ装入口7の側からスラブ抽出口8の側へ向けてこの順に並んでいる。スキッド6はスラブ装入口7からスラブ抽出口8まで、各燃焼帯に存在し、スキッド6の上をスラブ装入口7からスラブ抽出口8へ向けてスラブ9、9、…が移動する。スキッド6のうち、燃焼帯内部にある部分には不図示の冷却水路が設けられており、不図示のポンプによって冷却水が循環させられている。各燃焼帯はそれぞれバーナー21a、21b、21c、21dを一基ずつ備え、さらに炉温センサ15a〜15dが1つずつ配されている。また、スラブ装入口7の直前には装入前スラブ温度測定手段16が配されている。バーナー21a〜21dはそれぞれ、炉温制御システム20の炉温調整手段17(図4参照)に接続されており、各バーナーへの燃料及び燃焼用空気の供給流量は炉温調整手段17によって調整される。図5において、炉温センサ15a〜15d及び装入前スラブ温度測定手段16は炉温制御システム20の一部である。
<3. Continuous heating furnace>
FIG. 5 is a diagram illustrating the continuous heating furnace 30 of the present invention. The continuous heating furnace 30 is a continuous heating furnace including the furnace temperature control system 20 described above. As shown in FIG. 5, the continuous heating furnace 30 has a pre-tropical zone 2, a first heating zone 3, a second heating zone 4, and a soaking zone 5 separated from the outside of the furnace by the furnace wall 1. And a skid 6, a slab loading port 7, and a slab extraction port 8. The pre-tropical zone 2, the first heating zone 3, the second heating zone 4, and the soaking zone 5 are arranged in this order from the slab loading inlet 7 side to the slab extraction port 8 side. The skid 6 exists in each combustion zone from the slab loading inlet 7 to the slab extraction opening 8, and the slabs 9, 9,... Move on the skid 6 from the slab loading inlet 7 to the slab extraction opening 8. A cooling water passage (not shown) is provided in a portion of the skid 6 inside the combustion zone, and the cooling water is circulated by a pump (not shown). Each combustion zone is provided with one burner 21a, 21b, 21c, 21d, and one furnace temperature sensor 15a-15d. Further, a slab temperature measuring means 16 before charging is disposed immediately before the slab inlet 7. Each of the burners 21a to 21d is connected to the furnace temperature adjusting means 17 (see FIG. 4) of the furnace temperature control system 20, and the supply flow rate of fuel and combustion air to each burner is adjusted by the furnace temperature adjusting means 17. The In FIG. 5, the furnace temperature sensors 15 a to 15 d and the pre-charging slab temperature measuring means 16 are a part of the furnace temperature control system 20.
バーナー21a〜21dとしては、連続加熱バーナーや蓄熱式切り替えバーナー等の公知のバーナーを特に制限なく用いることができる。ただし、設定温度の変化に柔軟に対応できる等の観点からは、蓄熱式切り替えバーナーを用いることが好ましい。 As the burners 21a to 21d, known burners such as a continuous heating burner and a regenerative switching burner can be used without particular limitation. However, it is preferable to use a heat storage type switching burner from the viewpoint of being able to respond flexibly to changes in the set temperature.
連続式加熱炉30においては、装入前スラブ温度測定手段16によって装入される直前のスラブ温度情報が測定される。また、炉温センサ15a〜15dにより各燃焼帯の炉温情報が取得される。これらの情報は炉温制御システム20によって処理され、炉温制御システム20によって炉温が設定される。設定された炉温は、炉温制御システム20によるバーナー21a〜21dの制御によって実際の炉温に反映される。炉温制御システム20は所定の制御周期毎に設定炉温の更新を繰り返しており、設定炉温が更新される毎に、更新された設定炉温を実際の炉温に反映している。炉温制御システム20による炉温の設定及び炉温の調整については既に述べたので説明を省略する。 In the continuous heating furnace 30, the slab temperature information immediately before being charged is measured by the pre-charging slab temperature measuring means 16. Moreover, the furnace temperature information of each combustion zone is acquired by the furnace temperature sensors 15a to 15d. These pieces of information are processed by the furnace temperature control system 20, and the furnace temperature is set by the furnace temperature control system 20. The set furnace temperature is reflected on the actual furnace temperature by the control of the burners 21 a to 21 d by the furnace temperature control system 20. The furnace temperature control system 20 repeats the update of the set furnace temperature every predetermined control cycle, and each time the set furnace temperature is updated, the updated set furnace temperature is reflected on the actual furnace temperature. Since the setting of the furnace temperature and the adjustment of the furnace temperature by the furnace temperature control system 20 have already been described, the description thereof will be omitted.
本発明に関する上記説明では、4つの燃焼帯を有する形態の連続式加熱炉30を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。4つ未満、あるいは5つ以上の燃焼帯を有する形態とすることも可能である。 In the above description related to the present invention, the continuous heating furnace 30 having four combustion zones has been illustrated, but the present invention is not limited to this form. It is also possible to have a configuration having less than four, or five or more combustion zones.
本発明に関する上記説明では、一の燃焼帯につき一基のバーナーが備えられる形態の連続式加熱炉30を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。一の燃焼帯に複数のバーナーを備える燃焼帯を有する形態とすることも可能である。このような形態によれば、単に火力が増すだけでなく、燃焼帯内の温度むらを低減することが容易になり好ましい。さらには、炉温制御システム20により全バーナーを個別に制御する形態とすることも可能である。このような形態によれば、各燃焼帯の炉温及び温度分布についてより詳細な制御が容易になり好ましい。 In the above description related to the present invention, the continuous heating furnace 30 in which one burner is provided for each combustion zone has been exemplified, but the present invention is not limited to this form. It is also possible to have a combustion zone having a plurality of burners in one combustion zone. According to such a form, it is preferable because not only the thermal power is increased but also it is easy to reduce the temperature unevenness in the combustion zone. Furthermore, all the burners can be individually controlled by the furnace temperature control system 20. According to such a form, more detailed control is easy about the furnace temperature and temperature distribution of each combustion zone, and it is preferable.
本発明に関する上記説明では、一の燃焼帯につき一の炉温測定手段が備えられる形態の連続式加熱炉30を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。一の燃焼帯に複数の炉温測定手段を備える燃焼帯を有する形態とすることも可能である。このような形態によれば、燃焼帯の内部で一か所だけでなく複数箇所で温度を監視することができるので、各燃焼帯の炉温及び温度分布についてより詳細な制御が容易になり好ましい。 In the above description related to the present invention, the continuous heating furnace 30 in which one furnace temperature measuring means is provided for each combustion zone is exemplified, but the present invention is not limited to this form. It is also possible to adopt a form having a combustion zone provided with a plurality of furnace temperature measuring means in one combustion zone. According to such a configuration, the temperature can be monitored not only in one place but also in a plurality of places inside the combustion zone, and therefore, detailed control of the furnace temperature and temperature distribution in each combustion zone is facilitated, which is preferable. .
また、本発明に関する上記説明では、全ての燃焼帯を炉温制御システム20により炉温制御する形態の連続式加熱炉30を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の連続式加熱炉は、少なくとも一つの燃焼帯が本発明の炉温設定方法に基いて炉温制御されていればよく、炉温制御システム20により炉温制御されない燃焼帯を有する形態とすることも可能である。ただし、燃料消費量を低減する効果を最大限に発揮する観点からは、全ての燃焼帯が炉温制御システム20により炉温制御される形態、又は予熱帯を除く全ての燃焼帯が炉温制御システム20により炉温制御される形態とすることが好ましい。 Moreover, in the said description regarding this invention, although the continuous heating furnace 30 of the form which controls the furnace temperature of all the combustion zones by the furnace temperature control system 20 was illustrated, this invention is not limited to the said form. The continuous heating furnace of the present invention only needs to control at least one combustion zone based on the furnace temperature setting method of the present invention, and has a form having a combustion zone that is not controlled by the furnace temperature control system 20. It is also possible to do. However, from the standpoint of maximizing the effect of reducing fuel consumption, a mode in which all combustion zones are controlled by the furnace temperature control system 20 or all combustion zones except the pre-tropical zone are controlled by the furnace temperature. It is preferable that the furnace temperature is controlled by the system 20.
<4.金属材料の製造方法>
本発明の金属材料の製造方法について説明する。図6は、熱延鋼板の製造方法S20(以下、単に「S20」ということがある。)を説明するフローチャートである。S20では、上記した連続式加熱炉30(図5参照)を用いてスラブを加熱した後、熱間圧延を行って熱延鋼板を製造する。図6に示すように、S20は、スラブ準備工程S21と、スラブ加熱工程S22と、熱間圧延工程S23とをこの順に有する。以下、順に説明する。
<4. Manufacturing method of metal material>
The manufacturing method of the metal material of this invention is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart for explaining a hot-rolled steel sheet manufacturing method S20 (hereinafter sometimes simply referred to as “S20”). In S20, after heating a slab using the above-mentioned continuous heating furnace 30 (refer FIG. 5), hot rolling is performed and a hot-rolled steel plate is manufactured. As shown in FIG. 6, S20 has slab preparation process S21, slab heating process S22, and hot rolling process S23 in this order. Hereinafter, it demonstrates in order.
スラブ準備工程S21(以下、単に「S21」ということがある。)は、S20において熱間圧延すべきスラブを準備する工程である。S21は、スラブを鋳造する工程と、鋳造したスラブを連続式加熱炉10まで搬送する工程とを有する。 The slab preparation step S21 (hereinafter sometimes simply referred to as “S21”) is a step of preparing a slab to be hot-rolled in S20. S21 has the process of casting a slab, and the process of conveying the cast slab to the continuous heating furnace 10. FIG.
スラブ加熱工程S22(以下、単に「S22」ということがある。)は、S21で準備したスラブを、連続式加熱炉30により目標抽出温度以上まで加熱する工程である。連続式加熱炉30は、図5に示すように、予熱帯2、第1加熱帯3、第2加熱帯4及び均熱帯5の計4つの燃焼帯を有する。連続式加熱炉30は、炉温制御システム20によって、4つ全ての燃焼帯について制御周期3分で繰り返し設定炉温を更新され、炉温制御されている。S22においては、スラブをスラブ装入口7から連続式加熱炉30に装入し、予熱帯2、第1加熱帯3、第2加熱帯4及び均熱帯5をこの順に経つつ、目標抽出温度以上の温度まで加熱する。加熱したスラブはスラブ抽出口8から抽出する。 The slab heating step S22 (hereinafter sometimes simply referred to as “S22”) is a step of heating the slab prepared in S21 to a target extraction temperature or higher by the continuous heating furnace 30. As shown in FIG. 5, the continuous heating furnace 30 has a total of four combustion zones: a pre-tropical zone 2, a first heating zone 3, a second heating zone 4, and a soaking zone 5. In the continuous heating furnace 30, the furnace temperature is controlled by the furnace temperature control system 20 by repeatedly updating the set furnace temperature in a control period of 3 minutes for all four combustion zones. In S22, the slab is charged into the continuous heating furnace 30 from the slab inlet 7, and passes through the pre-tropical zone 2, the first heating zone 3, the second heating zone 4 and the soaking zone 5 in this order, and is above the target extraction temperature. Heat to the temperature of. The heated slab is extracted from the slab extraction port 8.
熱間圧延工程S23(以下、単に「S23」ということがある。)は、S22で目標抽出温度まで加熱したスラブに熱間圧延を行うことにより、熱延鋼板とする工程である。S23での熱間圧延に際しては、熱延鋼板の製造に用いられる公知の圧延装置を特に制限なく用いることができる。 The hot rolling step S23 (hereinafter, sometimes simply referred to as “S23”) is a step of forming a hot-rolled steel sheet by performing hot rolling on the slab heated to the target extraction temperature in S22. In the hot rolling in S23, a known rolling device used for manufacturing a hot rolled steel sheet can be used without particular limitation.
本発明の金属材料の製造方法に関する上記説明では、熱延鋼板を製造する形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。熱間圧延の後、酸洗及び冷間圧延を行うことにより、冷延鋼板を製造する形態とすることも可能である。また、冷延鋼板にさらにめっき処理を施すことにより、めっき鋼板を製造する形態とすることも可能である。また、冷間圧延を経た後、調質圧延を行うことにより、靭性等の特性を所望の範囲に調整する形態とすることも可能である。また、上記熱延鋼板、冷延鋼板、又はめっき鋼板に化学処理等の表面処理を施す、表面処理工程を備える形態とすることも可能である。 In the said description regarding the manufacturing method of the metallic material of this invention, although the form which manufactures a hot-rolled steel plate was illustrated, this invention is not limited to the said form. After hot rolling, it is possible to produce a cold rolled steel sheet by pickling and cold rolling. Moreover, it is also possible to set it as the form which manufactures a plated steel plate by performing a plating process further to a cold-rolled steel plate. Moreover, it is also possible to adjust the properties such as toughness to a desired range by performing temper rolling after cold rolling. Moreover, it is also possible to set it as the form provided with the surface treatment process which performs surface treatments, such as chemical treatment, to the said hot-rolled steel plate, cold-rolled steel plate, or plated steel plate.
本発明の金属材料の製造方法に関する上記説明では、鋼板を製造する形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の金属材料の製造方法は、本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法により炉温を設定している連続式加熱炉を用いて金属材料を加熱する工程を有していればよい。例えば鋼管を製造する形態とすることも可能である。 In the said description regarding the manufacturing method of the metal material of this invention, although the form which manufactures a steel plate was illustrated, this invention is not limited to the said form. The manufacturing method of the metallic material of the present invention only needs to have a step of heating the metallic material using the continuous heating furnace in which the furnace temperature is set by the furnace temperature setting method of the continuous heating furnace of the present invention. . For example, it is possible to adopt a form in which a steel pipe is manufactured.
また、本発明の金属材料の製造方法に関する上記説明では、鋼を加工する形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。金属材料は鋼に限定されず、非鉄金属や合金その他の、鋼以外の金属材料であってもよい。鋼以外の金属材料を製造する形態であっても、燃料消費量を効果的に低減しつつ金属材料を製造することができる。 Moreover, in the said description regarding the manufacturing method of the metal material of this invention, although the form which processes steel was illustrated, this invention is not limited to the said form. The metal material is not limited to steel, and may be a metal material other than steel, such as a non-ferrous metal or an alloy. Even if it is a form which manufactures metal materials other than steel, a metal material can be manufactured, reducing fuel consumption effectively.
以下、実施例に基き、本発明についてさらに詳述する。 Hereinafter, based on an Example, this invention is further explained in full detail.
本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法についてシミュレーション実験を行った。シミュレーション実験は、本発明の炉温設定方法を適用する連続式加熱炉を、スラブ装入口側から、予熱帯、第1加熱帯、第2加熱帯、及び均熱帯をこの順に有する連続式加熱炉とし、該4つの燃焼帯のうち第1加熱帯、第2加熱帯、及び均熱帯の炉温を設定するものとした。 A simulation experiment was conducted on the furnace temperature setting method of the continuous heating furnace of the present invention. In the simulation experiment, a continuous heating furnace to which the furnace temperature setting method of the present invention is applied is a continuous heating furnace having a pre-tropical zone, a first heating zone, a second heating zone, and a soaking zone in this order from the slab loading side. Among the four combustion zones, the first heating zone, the second heating zone, and the soaking zone furnace temperature were set.
(発明例)
制御周期中に加熱炉の炉温が不変と仮定した。予熱帯の炉温は加熱実績の値で固定とした。制御周期3分毎に、上述の式(2)で表される熱収支方程式により影響係数ベクトル(式(8))を算出し、該影響係数ベクトルを式(10)の係数として評価関数を構成した。制約条件式(12)〜(15)及び式(18)の下で、線形計画法により評価関数を最適化し、各燃焼帯(第1加熱帯、第2加熱帯、均熱帯)の設定すべき炉温を計算した。このときの予測燃料消費量についても合わせて計算した。なお、影響係数ベクトルを算出するにあたっては、式(5)及び(6)の計算においてt1を30分とした。また、式(6)及び(7)の計算においてはδTzi fを10℃とし、式(16)の計算にあたってはδTz fを10℃とした。また、評価関数を最適化するにあたっては、内点法を採用した。なお、加熱するスラブの条件は、スラブ164個、スラブ厚み250mm〜300mm、スラブ幅1100mm〜2400mm、スラブ長900mm〜5000mm、抽出目標温度1060〜1150℃とした。
(Invention example)
It was assumed that the furnace temperature was unchanged during the control period. Pre-tropical furnace temperature was fixed at the value of actual heating. An influence coefficient vector (equation (8)) is calculated by the heat balance equation expressed by the above equation (2) every three control cycles, and an evaluation function is configured with the influence coefficient vector as a coefficient of equation (10). did. Under the constraint conditions (12) to (15) and (18), the evaluation function should be optimized by linear programming, and each combustion zone (first heating zone, second heating zone, soaking zone) should be set The furnace temperature was calculated. The predicted fuel consumption at this time was also calculated. In calculating the influence coefficient vector, t 1 was set to 30 minutes in the calculations of equations (5) and (6). Further, in the calculations of Equations (6) and (7), δT zi f was 10 ° C., and in the calculation of Equation (16), δT z f was 10 ° C. In order to optimize the evaluation function, the interior point method was adopted. The slab conditions to be heated were 164 slabs, slab thickness 250 mm to 300 mm, slab width 1100 mm to 2400 mm, slab length 900 mm to 5000 mm, and extraction target temperature 1060 to 1150 ° C.
本発明例における炉温の推移のシミュレーション結果を図7に示す。また、予測燃料消費量の推移を図8に示す。 The simulation result of the transition of the furnace temperature in the example of the present invention is shown in FIG. Moreover, the transition of the predicted fuel consumption is shown in FIG.
(比較例)
評価関数(式(10))の係数として、後段負荷とした固定値(1000,100,1)を採用した従来法である。すなわち評価関数Jを
(Comparative example)
This is a conventional method that employs a fixed value (1000, 100, 1) as a subsequent stage load as a coefficient of the evaluation function (Expression (10)). That is, the evaluation function J is
とした以外は上記発明例と同様に、炉温および予測燃料消費量の推移について計算した。なお、式(20)において、ΔT1 fは第1加熱帯の炉温変化量を、ΔT2 fは第2加熱帯の炉温変化量を、ΔT3 fは均熱帯の炉温変化量を表している。 The transition of the furnace temperature and the predicted fuel consumption was calculated in the same manner as in the above-described example except that. In equation (20), ΔT 1 f is the amount of change in furnace temperature in the first heating zone, ΔT 2 f is the amount of change in furnace temperature in the second heating zone, and ΔT 3 f is the amount of change in furnace temperature in the soaking zone. Represents.
本比較例における炉温の推移のシミュレーション結果を図9に示す。また、予測燃料消費量の推移を図10に示す。 The simulation result of the transition of the furnace temperature in this comparative example is shown in FIG. Moreover, the transition of the predicted fuel consumption is shown in FIG.
(評価結果)
上記発明例及び比較例の燃料消費量の推移(図8、図10)を比較すると、時間12まではほぼ同じ推移を示しているのに対し、時間12〜時間15まででは比較例の燃料消費量が発明例の燃料消費量に比べ、特に第1加熱帯で激減し、第2加熱帯で激増している。時間16以降では、時間12〜時間15の影響を受けて、全体的に比較例の第1加熱帯及び第2加熱帯の燃料消費量が、発明例の燃料消費量に比べて多くなっている。
(Evaluation results)
Comparing the changes in the fuel consumption of the above-described invention example and the comparative example (FIGS. 8 and 10), the fuel consumption of the comparative example is shown from time 12 to time 15 while it is almost the same until time 12. Compared to the fuel consumption of the example of the invention, the amount is drastically reduced particularly in the first heating zone and is increasing sharply in the second heating zone. After time 16, the fuel consumption of the first heating zone and the second heating zone of the comparative example is generally larger than the fuel consumption of the invention example under the influence of time 12 to time 15. .
結果として、時間6〜時間24の燃料消費量は比較例43062Nm3、発明例36132Nm3となり、発明例では比較例に比べ燃料消費量を約16.1%低減できた。 As a result, the fuel consumption from time 6 to time 24 was Comparative Example 43062Nm 3 and Invention Example 36132Nm 3 , and the fuel consumption in the Invention Example could be reduced by about 16.1% compared to the Comparative Example.
以上の実験結果から、本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法によれば、連続式加熱炉における炉温設定を、燃料消費量を効果的に低減しつつ行うことができることが示された。 From the above experimental results, it was shown that according to the furnace temperature setting method of the continuous heating furnace of the present invention, the furnace temperature setting in the continuous heating furnace can be performed while effectively reducing the fuel consumption. .
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う連続式加熱炉の炉温設定方法及び炉温制御システム、連続式加熱炉、並びに金属材料の製造方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 While the present invention has been described in connection with embodiments that are presently the most practical and preferred, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein. Rather, it can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a furnace temperature setting method and furnace temperature control system for a continuous heating furnace with such changes, Continuous heating furnaces, as well as methods for producing metallic materials, should also be understood as being within the scope of the present invention.
本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法及び炉温制御システムは、連続式加熱炉の炉温設定に好適に用いることができ、本発明の連続式加熱炉は、金属材料の加熱に好適に用いることができ、また、本発明の金属材料の製造方法は、加熱を要する金属材料の製造に好適に用いることができる。 The furnace temperature setting method and furnace temperature control system of the continuous heating furnace of the present invention can be suitably used for the furnace temperature setting of the continuous heating furnace, and the continuous heating furnace of the present invention is suitable for heating metal materials. Moreover, the manufacturing method of the metal material of this invention can be used suitably for manufacture of the metal material which requires a heating.
1 炉壁
2 予熱帯
3 第1加熱帯
4 第2加熱帯
5 均熱帯
6 スキッド
7 スラブ装入口
8 スラブ抽出口
9 スラブ
10 連続式加熱炉
11 制御手段
12 記憶手段
13 入力手段
14 出力手段
15 炉温測定手段
15a、15b、15c、15d 炉温センサ
16 装入前スラブ温度測定手段
17 炉温調整手段
20 連続式加熱炉の炉温制御システム
21a、21b、21c、21d バーナー
30 連続式加熱炉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Furnace wall 2 Pre-tropical zone 3 1st heating zone 4 2nd heating zone 5 Soaking zone 6 Skid 7 Slab inlet 8 Slab extraction port 9 Slab 10 Continuous heating furnace 11 Control means 12 Storage means 13 Input means 14 Output means 15 Furnace Temperature measuring means 15a, 15b, 15c, 15d Furnace temperature sensor 16 Pre-charging slab temperature measuring means 17 Furnace temperature adjusting means 20 Furnace temperature control system for continuous heating furnace 21a, 21b, 21c, 21d Burner 30 Continuous heating furnace
Claims (5)
設定温度を更新する各燃焼帯における熱の入出を示す熱収支方程式を用いて、前記各燃焼帯の炉温変化が前記連続式加熱炉全体の燃料使用量に与える影響を評価する影響係数を算出する、影響係数算出工程と、
前記影響係数を係数とし、前記各燃焼帯の炉温変化量を変数とする評価関数を構成する、評価関数構成工程と、
前記各燃焼帯の炉温変化量に課す制約条件を決定する、制約条件決定工程と、
前記制約条件の下で前記評価関数を最適化する前記各燃焼帯の炉温変化量を算出して設定炉温変更量とする、設定炉温変更量決定工程と、
前記設定炉温変更量にしたがって前記各燃焼帯の設定温度を更新する、設定温度更新工程とを有し、
前記評価関数が、前記燃焼帯の炉温変化に伴う燃料消費量の予測量を表す関数である、連続式加熱炉の炉温設定方法。 A furnace temperature setting method for a continuous heating furnace in which a set temperature of at least one combustion zone is updated every predetermined control cycle,
Using the heat balance equation showing the heat input and output in each combustion zone that updates the set temperature, the influence coefficient that evaluates the effect of the furnace temperature change in each combustion zone on the fuel consumption of the entire continuous heating furnace is calculated. An influence coefficient calculation step,
An evaluation function configuration step that configures an evaluation function with the influence coefficient as a coefficient and the furnace temperature change amount of each combustion zone as a variable;
A constraint condition determining step for determining a constraint condition imposed on the furnace temperature change amount of each combustion zone;
A set furnace temperature change amount determination step that calculates a furnace temperature change amount of each combustion zone that optimizes the evaluation function under the constraint conditions and sets a set furnace temperature change amount;
A set temperature update step of updating the set temperature of each combustion zone according to the set furnace temperature change amount,
The evaluation function is a function representing the predicted amount of fuel consumption due to the furnace temperature change in the combustion zone, furnace temperature setting method of continuous expression furnace.
前記制約条件決定工程において決定される前記制約条件が全て線形であり、
前記設定炉温変更量決定工程において、前記評価関数を最適化する前記燃焼帯の炉温変化量の算出を線形計画法により行う、請求項1に記載の連続式加熱炉の炉温設定方法。 The evaluation function configured in the evaluation function configuration step is linear,
The constraints determined in the constraint determination step are all linear;
The furnace temperature setting method for a continuous heating furnace according to claim 1 , wherein, in the setting furnace temperature change amount determination step, calculation of a furnace temperature change amount of the combustion zone that optimizes the evaluation function is performed by a linear programming method.
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