JPH0160528B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続加熱炉の制御方法に係り、特に被
加熱鋼材を熱間圧延に最も適した温度に加熱制御
することのできる連続加熱炉の制御方法に関す
る。

一般に、多帯式連続加熱炉の操業における各燃
焼帯の炉温制御において最も注目すべき点は、在
炉鋼材の寸法、重量、移動速度（抽出ピツチ）が
一定でなく、しかも装入温度や目標とする加熱温
度も同じとは限らないという非定常性にある。し
たがつて、省エネルギ上、また鋼材の品質上最適
な加熱条件を満足する操業を行うためには、この
非定常性を安量化し、かつその変動を常時認識あ
るいは予測することが必要であり、それにより各
燃焼帯の炉温もしくは燃料投入量を制御する方法
が望ましい。

これに対し、従来行われている一般的方法は、
炉内での鋼材の伝熱計算をもとに伝熱計算モデル
式を定め、在炉する鋼材毎に、現時点における温
度を計算し、これと夫々の残りの在炉時間とから
鋼材毎の目標とする抽出温度なる最小熱量原単位
のヒートパターンを決定し、これに合せて各燃焼
帯の炉温もしくは燃焼投入量を決定するものであ
る。

ところが、斯かる方法では、前述の非定常性か
ら、当該燃焼帯の加熱負荷の変動すなわち鋼材を
所望通り加熱するに要する供給熱量の変動が的確
に捉えられているものではなく、またモデル式の
伝熱係数精度、信頼性が充分でないという指摘が
あることにより、非定常状態に適合した制御方法
とはいえないものである。しかも、鋼材の寸法、
装入温度、目標抽出温度、在炉時間などが鋼材毎
に異なつていることを考慮すれば、通常、炉長方
向に３〜４の燃焼ゾーンしか持たない連続加熱炉
においては、鋼材一枚一枚を予定のスケジユール
通り全て忠実に目標とする温度で抽出することは
不可能である。

これを実現させる方案としては、鋼材の抽出ス
ケジユールを炉の制御性に追従することができる
まで充分低ピツチ抽出に落とすか、あるいは、炉
を改造して燃焼ゾーンを炉長方向に細分化し、き
め細く操業を行うことなどが考えられる。

しかしながら、前者の場合は連続加熱炉の最大
特性である高生産性が失われ、圧延機能力との同
期が果せず不適となる欠点がある。また、後者の
場合においても、設備の大規模化に加えて操炉が
複雑、困難になるため実現性に乏しい。

このように、従来、連続加熱炉の制御方法とし
て多くの提案がなされているが、未だ完全に確立
された技術には至つておらず、鋼材の抽出結果は
目標に対しある程度のばらつきは避けられず、そ
の結果、品質、歩留りの向上、省エネルギ効果は
期待できないものであつた。したがつて、従来、
鋼材抽出温度のばらつきをいかに小さくし、かつ
省エネルギ、高生産性を保持するかが問題となつ
ている。この点について、各燃焼帯に位置する鋼
材のうち、どの鋼材に着目するかに深く関係する
ものであるが、近年種々提案されている連続加熱
炉の制御方法では、充分評価、検討されていない
ところである。

本発明は上記問題点に着目し、連続加熱炉の有
する非定常性という観点から、制御対象とする燃
焼帯の対象鋼材（群）を明確にするとともに、そ
の非定常性を定量化して当該燃焼帯の炉温制御を
なし、最適加熱条件を満足する操業を行うことを
可能にし、もつて省エネルギ上および品質上最適
な加熱条件に制御する連続加熱炉の制御方法を提
供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る連続
加熱炉の制御方法は、各燃焼帯毎にこの入口付近
に位置する大単位の鋼材群と、それらより鋼材進
行方向前方にあつて当該燃焼帯の最も熱的影響度
の高い位置の小単位の鋼材群とに着目し、前記大
単位鋼材群についてその過去の抽出実績および今
後の抽出予測から得られる炉内鋼材移動速度から
求められる鋼材負荷値と、当該燃焼帯入口時にお
ける鋼材平均温度の代表値として得られる熱履歴
値と、当該燃焼帯出口における鋼材目標温度の代
表値として得られる出側目標値とから、それらの
関数値として求められる要求炉温を算出し、前記
小単位鋼材群について現在までの実績経過時間お
よび実績炉温と、当該燃焼帯出口までの予測残り
滞留時間と、その出口時の目標加熱温度とから、
鋼材毎の残りの滞留時必要炉温の代表値としての
要求炉温を算出し、これら大単位および小単位鋼
材群の両要求炉温の加重平均値を当該燃焼帯の炉
温として設定制御するように構成し、当該燃焼帯
にかかつている要求加熱レベルを的確に捉え、両
鋼材群が要求する炉温を複合制御するように、も
つて目標に対するばらつきを小さくし、高品質、
省エネルギ化を図るようにした。

以下に本発明の実施例を６帯式連続加熱炉を例
として詳細に説明する。

第１図に示されるように、６帯式加熱炉１は装
入口２から抽出口３に至る炉長方向に沿つて、上
下予熱帯４，５と、上下加熱帯６，７および上下
均熱帯８，９を備えている。被加熱対象である鋼
材１０は、装入口２から順次装入され、抽出口３
の方向へ加熱されながら移動し、抽出口３にて後
の熱間圧延に最適な温度まで昇温させられて取り
出されるものである。この際、抽出口３における
最終的な出側目標値に合致させるべく、鋼材１０
に対する加熱条件を各燃焼帯４〜９で制御する必
要がある。

今、制御対象とする燃焼帯として上部加熱帯６
を考え、以下この燃焼帯の炉温を制御する方法を
例にとつて第２図に基づき説明する。

この上部加熱帯（以下燃焼帯という）６の炉温
を制御するに際して考慮しなければならないの
は、現在この燃焼帯６に在炉している鋼材１０に
対する加熱条件と、将来投入される鋼材１０に対
して必要な加熱条件である。これは当該燃焼帯６
における現在の要求加熱レベルと、将来の要求加
熱レベルとを適格に捉えておかなければ、最適な
加熱条件に制御できないからである。

そこで、この燃焼帯６に要求される加熱レベル
を捉えて炉温制御するに当り、当該燃焼帯６のバ
ーナ１１により形成される火炎位置あるいは炉温
検出端１２の位置に対応する比較的小単位の鋼材
群１４と、当該燃焼帯６の入口付近に位置する比
較的大単位の鋼材群１３とに着目するものであ
る。すなわち、前述の如く、連続加熱炉１の非定
常性および燃焼制御ゾーンが炉長方向に３〜４ゾ
ーンしかないことからすれば、ある燃焼帯の炉温
を制御しようとするとき、制御対象とする鋼材
は、そのゾーン内に位置するうちの最も加熱条件
の厳しいもの一枚と考えることもできるし、ある
程度枚数を集めた鋼材群として捉えることも可能
である。また、制御対象たる燃焼帯の将来の加熱
条件が変動する要因は、当該燃焼帯の入口付近に
位置する鋼材に存する。このようなことから、本
実施例では、第２図に示すように、当該燃焼帯６
に位置する鋼材１０のうち、燃焼帯入口付近にあ
る比較的大単位の鋼材群１３（これをＡ鋼材群と
称する）と、炉温検出端１２あるいはバーナ１１
の位置を考慮し、最も操炉影響すなわち熱的影響
度の大きい位置にある比較的小単位の鋼材群１４
（これをＢ鋼材群と称する）とに着目するものと
した。これは、要求加熱レベルの変動を燃焼帯の
炉温に反映させるためＡ鋼材については大単位で
よく、他方、焼上げ程度の最終チエツクをなすた
めにはＢ鋼材を小単位とする必要があるからであ
る。特に本実施例ではＡ鋼材群を３枚、Ｂ鋼材群
を１枚としているが、両鋼材群の大きさ、炉内位
置については各燃焼帯毎に異なつてよく、実炉に
て実験的に充分検証した上で最適なものとするこ
とが望ましい。

このように選定された着目鋼材群では、それぞ
れ要求される条件が異なるため、必要な設定炉温
も異なる。そこで、まず、Ａ鋼材群に着目し、こ
のＡ鋼材群に対する設定条件を求める。設定条件
は、当該燃焼帯６に投入される鋼材群の大きさや
抽出ピツチあるいは目標温度などにより変動する
非定常性であることから、これを定量化する手段
として、「鋼材負荷値」、「熱履歴値」、「出側目標
値」の要因に分別して求めるものである。

まず、Ａ鋼材群の鋼材負荷値M_Aは、鋼材の寸
法、重量および移動速度に関するものであり、次
式にて表現できる。

M_A＝υ_t× 〓ⁱ Wi／ 〓ⁱ Pi ……(1) ここでM_AはＡ鋼材群の鋼材負荷値（ton／
Hr）、υ_tは現在時刻ｔにおけるＡ鋼材群の移動速
度（ｍ／Hr）、WiはＡ鋼材群中の鋼材ｉの単重
（ton）、PiはＡ鋼材群中の鋼材ｉの幅（ｍ）（鋼材
間にクリアランスのある場合はこれを含める）で
ある。

このＡ鋼材群について単重Wiが幅Piについて
は、トラツキング情報により容易に知ることがで
きる。

ところで、移動速度υ_tは、現在時刻ｔにおける
平均速度であり、現時点を中心に時間間隔Δtを
考え、現在より少し前までの鋼材抽出実績と将来
の鋼材抽出予測を含めて求めたＡ鋼材群の移動距
離から算出される。すなわち、下式から求められ
る。

υ_t＝Ｘ／Δt（ｍ／Hr） ……(2) ここで、ＸはΔt内にＡ鋼材群の移動する距離
（ｍ）、Δtは現在時刻ｔを中心とする時間間隔で
ある。

上記(2)式において、Ｘを算出するためには、現
時刻ｔを中心とした過去側時刻（ｔ−Δt／２）
から将来時刻（ｔ＋Δt／２）間の鋼材の抽出時
刻の実績と予測が必要である。予測に関しては圧
延機能力を加熱炉１の能力の大小関係により、前
者が後者を上まわつている場合には、加熱炉内の
在炉鋼材の種別にて予め定められた抽出ピツチで
抽出されるので、今後抽出される鋼材の抽出時刻
予測が可能となる。逆に、後者が前者を上まわつ
ている場合には、鋼材の種別、寸法を圧延サイ
ズ、圧延スケジユールなどにより圧延所要時間が
定まり、同様に抽出時刻を予測することが可能で
ある。なお、予め知られている休止については、
その所要時間を加え修正すればよい。

また、時間間隔Δtは抽出ピツチとの兼め合い
で定まり、鋼材負荷値M_Aの変動をダイナミツク
に適確に表現し、かつその絶対値を充分議論でき
るような値として実験的に求められ、一般的には
平均抽出ピツチの５〜６倍程度にするとよいこと
が判明した。

斯かる鋼材負荷値M_Aは、現在より過去側の移
動実績のみならず、今後の移動予想も含めたリア
ルタイムかつダイナミツクな意味をもつこととな
る。

次に、Ａ鋼材群の熱履歴値HI_Aを求める。Ａ鋼
材群が当該燃焼帯６の入口位置に到達している場
合において、これらＡ鋼材群の加熱炉１への装入
から現在に至るまでの移動実績は在炉鋼材のトラ
ツキング情報により知ることができる。また、こ
の間の実績として炉内雰囲気温度およびＡ鋼材群
の装入温度は判明しているので、予め理論的もし
くは実験的に求められている伝熱係数を用い、公
知の加熱炉内鋼材の伝熱計算法により、Ａ鋼材群
の鋼材毎に当該燃焼帯６の入口時における鋼材ｉ
の平均温度（θ_I）ｉが計算される。Ａ鋼材群の
各々について、この鋼材平均温度（θ_I）ｉを求
め、その代表値をもつて熱履歴値HI_Aとするもの
である。この代表値は通常平均値としてよく、あ
るいは加熱不足などを生じる可能性がある場合な
ど状況に応じて最小値を採用する。

更に、Ａ鋼材群の出側目標値HO_Aは次のよう
にして求められる。前述の如く、在炉鋼材の抽出
ピツチから抽出時刻の予測が可能であり、したが
つて、Ａ鋼材群につき各鋼材毎の燃焼帯６の出口
位置から抽出口３までの滞留時間の予測ができ
る。したがつて、この滞留時間の予測値と、各鋼
材毎に定められている目標抽出温度、および当該
燃焼帯６の出口から抽出口３まで通過する際の炉
内雰囲気温度の予測値を用い、予め理論的あるい
は実験的に求められた伝熱係数を採用し、公知の
加熱炉内鋼材の伝熱計算法により、当該燃焼帯６
の出口時におけるＡ鋼材群についての各鋼材毎の
平均温度の目標値（θ^* ₀）ｉを算出することができ
る。Ａ鋼材群の各鋼材ｉについて求められた鋼材
平均目標温度（θ^* ₀）ｉから出側目標値HO_Aを定
めるものであるが、この出側目標値HO_Aは、当
該鋼材平均目標温度（θ^* ₀）ｉの代表値をもつて定
める。この代表値は通常平均値でよく、状況によ
つては最大値を採る。最大値とするのは燃焼帯６
において加熱不足が生じないようにするためであ
る。

このようにして求められた鋼材負荷値M_A、熱
履歴値HI_A、出側目標値HO_Aからなる３つの要因
は、当該燃焼帯６の加熱負荷すなわちＡ鋼材群が
要求している炉温レベルを定量的に表示し、しか
も加熱負荷の変動はこれら３要因の変動として表
われる。したがつて、当該燃焼帯６の設定条件で
あるＡ鋼材群の要求炉温Θ_Aは、上記３要因の関
数値として次式の如く表わされる。

Θ_A＝Ｆ（M_A、HI_A、HO_A） ……(3) ここで関数形Ｆは、当該燃焼帯６の伝熱特性に
依存するものであり、炉の操業が非定常であるこ
とからすれば理論的に求めることは困難であるた
め、これを基礎として実験的に充分検証された関
数形とすることが望ましい。通常この関数形は一
次結合の形で表わすことができる。

なお、上記値を求める上で必要な在炉鋼材の抽
出ピツチ予測や各ゾーン滞留時間予測値は、各鋼
材の圧延時間予測値を圧延機のパススケジユール
モデル等により計算する手段が有効となつている
ため、容易かつ精度よく求めることができる。

一方、当該燃焼帯６内の最も熱的影響を受ける
位置に在炉するＢ鋼材群についての設定条件は次
のように求められる。すなわち、このＢ鋼材群に
ついて、前述の公知の伝熱計算法を用いて、当該
燃焼帯６の入口における実績平均温度（θ_I）ｉ
と、同出口における目標平均温度（θ^* ₀）ｉとを求
めることが可能である。また、これらの値と、当
該燃焼帯６における予測滞留時間および当該燃焼
帯６の予め理論的あるいは実験的に求められた伝
熱係数を用い、前述の公知の伝熱計算法により、
当該燃焼帯６の通過時におけるＢ鋼材群に与えら
れるべき目標炉温（θ^* _g）ｉを予め算出することが
できる。

したがつて、今対象としているＢ鋼材群は、当
該燃焼帯６の出口に近いので、燃焼帯６の入口か
ら現在の位置に至るまでの炉温および経過時間は
実績値として判明しているので、この実績炉温お
よび実績経過時間と、現在位置から当該燃焼帯６
の出口に至るまでの予測残り滞留時間が明らかに
なれば、当該Ｂ鋼材群について燃焼帯出口時の目
標温度まで加熱すべき残りの滞留時間に必要とさ
れる要求炉温（θ_g ^* _R）ｉが定まる。この場合、予
測滞留時間は前述した如く、圧延機パススケジユ
ールなどから容易に求められる。しかして、Ｂ鋼
材群各々についての設定条件は、現在位置までの
実績炉温、実績経過時間、予測残り滞留時間、お
よび出口目標温度から定められる燃焼帯通過時の
目標炉温（θ^* _g）ｉに基づいて算出される要求炉温
（θ_g ^* _R）ｉとして与えられる。ただし、この要求炉
温（θ_g ^* _R）ｉは、当該燃焼帯通過時の目標炉温
（θ^* _g）ｉを下限としてキープすることが望ましい。
このようにして算出されるＢ鋼材群の各々につい
て求められる要求炉温（θ_g ^* _R）ｉの代表値をもつ
てＢ鋼材群の要求炉温Θ_Bとし、代表値は通常平
均値でよく、状況によつて最大値とする。なお、
実施例では一枚の鋼材を対象にしているため一義
的に決定される。

次に、上述のようにして、Ａ鋼材群についての
要求炉温Θ_Aと、Ｂ鋼材群についての要求炉温Θ_B
とが求められると、制御対象としている燃焼帯６
の設定炉温Θは、両者の加重平均をもつて定めら
れる。すなわち、下式により決定されるものであ
る。

Θ＝aΘ_A＋bΘ_B／ａ＋ｂ ……(4) 但し、ａ、ｂは重み係数である。

上記(4)式の重み係数ａ、ｂは、実炉の状況、操
炉目標に応じて任意に決定される。すなわち、非
常に加熱温度要求の厳しい材料の場合は、Θ_Aと
Θ_Bの最大値（Θ_A≧Θ_Bのときａ＝１、ｂ＝０、Θ_A
＜Θ_Bのときａ＝０、ｂ＝１）とし、目標加熱温
度に対する少々の不熱が許容される場合には省エ
ネルギ指向の操炉を行うようにａ＞ｂなる重み係
数を採用すればよく、これらは実験的に見出すも
のである。

具体的に、厚板加熱炉では、加熱帯において
は、｜Θ_A−Θ_B｜≦20℃のときａ＝１、ｂ＝１、｜
Θ_A−Θ_B｜＞20℃のとき最大値を選択して設定し、
均熱帯ではΘ_AとΘ_Bの最大値を選択して設定した。

第３図には、本実施例による各燃焼帯の炉温を
設定する場合のフローチヤートを示す。この図に
示されるように、各燃焼帯毎に、それぞれ、Ａ鋼
材群とＢ鋼材群のサーチをなし、Ａ鋼材群につい
て鋼材負荷値M_A、熱履歴値HI_A、出側目標値
HO_Aを算出し、要求炉温Θ_Aを演算するとともに、
Ｂ鋼材群について通過目標炉温（θ^* _g）ｉ、入口よ
り現位置までの実績炉温と実績時間、残りの滞留
時間を算出し、要求炉温Θ_Bを演算する。次いで、
求められた両者の要求炉温Θ_A、Θ_Bに基づき、適
宜重み係数を設定することにより最適炉温Θを式
(4)から算出し、当該炉温Θに当該燃焼帯を制御す
るものである。

このような実施例により行つた制御例の結果を
第４図に示す。この図の上段は、目標加熱条件の
厳しい場合に対応してΘ_A、Θ_Bの最大値を選択し
て行つた制御結果であり、抽出順序に従つて取り
出された各鋼材について抽出温度を測定したもの
である。なお鎖線は目標抽出温度である。また同
図下段は通常圧延機に対する制御結果であり、重
み係数をａ＝２、ｂ＝１として行つたものであ
る。

このように、本実施例によれば、制御対象とす
る燃焼帯の入口付近および最も操炉影響度の大き
い位置の両鋼材群に常時着目することにより、当
該燃焼帯に要求される要求レベルを的確に捉える
ことができる。また、Ａ鋼材群から要求加熱レベ
ルの変動を前もつて把握し、かつＢ鋼材群から焼
上げ程度をチエツクできることにより、これら両
者の要求炉温を複合して高度な制御を行うことが
可能となる。更に、鋼材の目標加熱温度に対する
実績値のばらつきを著しく軽減することも可能で
ある。特に、連続加熱炉の有する非定常性を充分
反映した制御が可能であるため、目標温度に対す
るばらつきが半減するとともに燃料原単位を略３
〜４％低減することができ、省エネルギ効果が大
きく、しかも板厚精度向上により歩留りが0.03％
向上し、品質や歩留り向上効果が大きいという好
ましい結果を得ることができた。

なお、本実施例は、炉型、バーナ配列、鋼材種
類が異なる他の炉に対しても適用でき、汎用性が
ある。その他、複数の燃焼ゾーンを有する熱処理
炉、焼成炉にも適用できることはもちろんであ
る。

以上説明したように、本発明によれば、省エネ
ルギ上、品質上最適な加熱条件を的確に与えるこ
とができ、被加熱鋼材をばらつきが少なく目標温
度で抽出できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は６帯式連続加熱炉の断面図、第２図は
制御対象燃焼帯の断面図、第３図は制御方法を示
すフローチヤート図、第４図は実施例を適用して
抽出した鋼材の抽出温度を示す図である。 １…連続加熱炉、１０…鋼材、１１…バーナ、
１２…炉温検出端、１３…Ａ鋼材群、１４…Ｂ鋼
材群。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多帯式連続加熱炉の各燃焼帯毎に、当該燃焼
   帯の入口付近に位置する大単位の鋼材群と、それ
   らより鋼材進行方向前方にあつて当該燃焼帯の最
   も熱的影響度の高い位置の小単位鋼材群に着目
   し、前記大単位鋼材群についてその過去の抽出実
   績および今後の抽出予測から得られる炉内鋼材移
   動速度から求められる鋼材負荷値と、当該燃焼帯
   入口時における鋼材平均温度の代表値として得ら
   れる熱履歴値と、当該燃焼帯出口における鋼材目
   標温度の代表値として得られる出側目標値とか
   ら、それらの関数値として求められる要求炉温を
   算出し、前記小単位鋼材群について現在までの実
   績経過時間および実績炉温と、当該燃焼帯出口ま
   での予測残り滞留時間と、その燃焼帯出口の目標
   加熱温度とから鋼材毎の残りの滞留時必要炉温の
   代表値としての要求炉温を算出し、これら大単位
   および小単位鋼材群の両要求炉温の加重平均値を
   当該燃焼帯の炉温として設定することを特徴とす
   る連続加熱炉の制御方法。