JPH032213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多帯式加熱炉の燃焼制御方法に関す
る。加熱炉の省エネルギをはかつた運転制御方法
は、炉操業上重要な問題である。省エネルギを考
慮した昇温予定曲線をあらかじめ決めて記憶し、
記憶されている曲線に沿つて炉を制御する方法が
ある。しかし省エネルギに適した昇温予定曲線は
炉の操業状態や操業計画によつて異なつてくる。
また炉内のある鋼片を予定の温度に加熱するのに
必要な燃料は、その鋼片自体の加熱状態はもとよ
り炉内の他の鋼片の加熱状態や加熱予定曲線によ
つても異なる。したがつて記憶しておいた昇温予
定曲線で加熱したとしても必ずしも満足できる省
エネルギ効果が得られず、鋼片を予定の抽出温度
に加熱できないという問題がある。また起りうる
全ての状態変化、操業計画全てについてあらかじ
め昇温予定曲線を記憶しておくことは不可能に近
い。

本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたものである。本発明は鋼片あるいは鋼片群
の現時点の加熱状態と今後の残在炉時間を経過し
て抽出されるまでに必要な燃料流量を予測し、該
予測した燃料流量が最小になるような昇温予定曲
線を見出し制御をおこなうものである。

特に抽出までの残在炉時間を複数の時間領域に
分割し、該分割された各時間領域における炉温を
独立変数として燃料が最小になる昇温予定曲線を
探索して決定することに特徴がある。

加熱炉に装入される鋼片の組合せは全てでたら
めに装入されるのではなく、サイズや鋼種が似て
いる鋼片をまとめて装入、あるいはほぼ等しい温
度の鋼片をまとめて装入、するなどの方法がとら
れる。言いかえると炉内にはサイズ、鋼種、装入
温度等がそれぞれ似ている鋼片グループがいくつ
か存在している。

また連続鋳造設備と加熱炉の操業が密接に結び
ついている場合には、該連続鋳造設備から一定量
の鋼片が連続して到着し、一定時間をおいて次の
鋼片グループが到着し装入される場合がある。す
なわちある鋼片のグループの連続装入タイミング
と次のグループの装入タイミングが比較的接近し
ている場合と、大きく離れている場合とがある。
このような場合には炉内における鋼片の移動履歴
は各鋼片が所属している鋼片グループによつて異
なつてくる。

仮に省エネルギの観点から好ましい昇温曲線が
各々の鋼片について求められたとしたら、同一グ
ループ内の鋼片は似たような昇温曲線をもつであ
ろうし、グループが異なればまた違う昇温曲線を
もつ。

以上のような観点から本発明の実施例では炉内
鋼片をグループ分けし、それぞれのグループの昇
温予定曲線を求める場合について述べる。以下で
は炉の抽出口から装入口に向つて炉内の鋼片グル
ープをａ，ｂ，ｃ，……グループと名付けて説明
する。

次に、鋼片温度の推定に関していえば炉内鋼片
の内部温度分布は、計算によつて求めることがで
きるものとする。鋼片の表面から流入する熱量を
輻射モデルで計算し、鋼片内部の熱移動を熱拡散
方程式によつて計算する方式が従来の自動燃焼制
御でも多く用いられている。（例えば日本鉄鋼協
会、特別報告No.11、「連続鋼片加熱炉における伝
熱実験と計算方法」、昭46.5発行などがある） 一定時間前の鋼片の内部温度分布と、現在まで
の鋼片周囲の炉温履歴Ｔの値がわかれば、上記の
方式により現在の鋼片温度を知ることができる。
さらに、現在の鋼片温度がわかつているとき、現
在以降の鋼片周囲の炉温履歴を仮定すれば奨来の
鋼片温度の値を予測することもできる。この予測
計算は昇温予定曲線の計算において用いられる。

なお、以下では鋼片温度の平均値、表面と内
部の温度の差をΔθ、鋼片の内部温度分布をθで
表わすことにする。

さらに、ある時間内に鋼片に吸収される熱量を
ｑと表わすことにする。ｑの値は上述の輻射モデ
ルで計算する流入熱量をその時間内に積算するこ
とにより容易に求めることができる。

鋼片の炉内移動スケジユールは鋼片の抽出計画
情報が与えられればそれから計算によつて求める
ことができる。抽出計画は通常延生産量として与
えられることが多いが、それが与えられない場合
には、現在までの圧延実績から推定したり、標準
値を用いるようにしても良い。抽出計画が与えら
れれば、その抽出量に対応する抽出の平均ピツチ
が決まり、抽出側の鋼片から順にそのピツチで抽
出されると考えることにより各鋼片の抽出時刻が
定まる。ある鋼片グループと次の鋼片グループの
抽出の間に適当な待ち時間がある場合には、後続
グループの鋼片抽出時刻をそれだけ遅らせること
もできる。

鋼片を実際に移動させるウオーキングビームが
一体式の場合には、先頭チヤージが抽出予定時刻
までに抽出口に到着するように移動することによ
り、後続鋼片の炉内の移動パターンが自動的に決
まる。また炉帯単位なに独立なウオーキングビー
ムを備えた炉、分割型移動炉床炉でもウオーキン
グビームどうしの動かし方のルールを考慮すれ
ば、先行鋼片の抽出予定時刻に基づいて、炉内の
後続鋼片の炉内移動パターンが決まる（具体的な
計算方法は、本願の主旨と関係ないので省略す
る）。

このようにして炉内移動パターンが決まると、
それから各鋼片が今後炉内の各帯にどれだけ滞留
するか知ることは容易である。

また第１図に示したように加熱炉の抽出側から
第４帯にある鋼片をａグループ、第３帯にある鋼
片をｂグループ……第１帯にある鋼片をｄグルー
プ、のように呼ぶことにする（第１図では第２帯
には鋼片がない場合を示している）。

また以下に説明する制御方法では、鋼片（もし
くは鋼片のグループ）が抽出までに炉内にどれだ
け存在するかを表わす在炉時間τzや各帯にどれだ
け滞留するかを表わす炉帯滞留時間が重要なパラ
メータになるが、それらの値はあらかじめ予測す
ることができる。第１図は分割炉床の例である
が、本発明は従来のウオーキングビーム方式、す
なわち炉床が一体となつている連続炉においても
同様に適用できることは云うまでもない。

本発明では、抽出側のグループから装入側のグ
ループの順に、各グループに所属する鋼片の昇温
曲線を計算する。以下ではＭケの帯からなる加熱
炉の一般式として第（Ｍ−１）帯に滞留している
チヤージｂを例にとつて昇温曲線の計算方法につ
いて述べる。第Ｍ帯にはチヤージａが滞留してお
り、その昇温曲線の計算は完了しているものとす
る（その計算方法はチヤージｂの場合と本質的な
違いはないが、いくつか注意すべき点はある。そ
れについては後で述べる）。

したがつて、チヤージｂの計算開始時には、第
Ｍ帯におけるチヤージａ加熱に必要な最適炉温及
び燃料流量の値は計算済みである。

グループｂの加熱において注意しなければなら
ないのは、このグループｂが第（Ｍ−１）帯に存
在している間、第Ｍ帯にあるグループａの加熱に
伴つて発生する高温の排ガスが流入するというこ
とである。このため、グループｂの加熱のために
第（Ｍ−１）帯で投する燃料流量がグループａで
どのような加熱をおこなうかによつて異つた値に
なる。グループａの昇温予定曲線の計算が先に完
了していれば各時刻に炉帯Ｍから流出される排ガ
スの顕熱はわかつているので、以下に述べるよう
にチヤージｂの加熱に必要な燃料流量を計算する
ことができる。

まずグループｂが（Ｍ−１）帯、Ｍ帯に滞留す
る時間をτ_b,M-1とτ_b,Mと表わし、それぞれをK_M-1，
K_M個の時間領域に分割する。このときグループ
ｂの抽出までの今後の炉温履歴を ｛T⁽¹⁾ _M-1，T⁽¹⁾ _M-1，……，T^(KM-1) _M-1，T⁽¹⁾ _M， ……，T^(KM) _M｝ とし、これをまとめてT_bで表わす。ここでT⁽¹⁾ _M-1，
……，T^(KM-1) _M-1はグループｂの第（Ｍ−１）帯に
おける温度履歴、T⁽¹⁾ _M，……T^(KM) _Mは第Ｍ帯に進し
た後の温度履歴でそれぞれT_b,M-1，T_b,Mとする。

以下ではその炉温履歴を次のように簡単に表わ
す。

T_b＝｛T^(K)｜Ｋ＝１，……K_M′｝ K_M′＝K_M-1＋K_M チヤージｂが炉帯Ｉ（Ｉ＝Ｍ−１，Ｍ）にいる
任意の時刻の燃料流量v^(K) _bを次式により計算する。

v^(K) _b＝QT〓／Δτ＋QT〓／Δτ／H_L′−T^(K)／_M-1・C_g
w ＋C_gw（T〓−T〓）vT〓／H_L′−T^(K)／_M-1C_gw ……(1) （Ｋ＝１，２，……，K_M，……，K_M′） 〔Q^(K) _b：第Ｋ時間領域におけるグループｂの鋼
片の受熱量 Q^(K) _L：第Ｋ時間領域における所属炉帯の損失熱
量 ^(K) _M-1，^(K) _M：第Ｋ時間領域における第（Ｍ−
１）帯と第Ｍ帯から流出する廃ガスの温度 Δτ：第Ｋ時間領域の時間長 H_L′，C_gw：定数〕 ここで右辺の第２項がグループａの加熱の影響
を表わす項で、グループｂが第Ｍ帯に進入する時
刻以降Ｋ≧K_M-1＋１ではv^(K) _a＝０とする。

またＫ≧K_M-1＋１では第１項の^(K) _M-1のかわり
に^(K) _M-1とする。

さらに１≧Ｋ≧K_M-1のとき^(K) _Mは第Ｍ帯に滞
留しているグループａの加熱によつて決まる値で
あり、これは前述のとおりグループａの昇温曲線
計算時に決つているものとする。Ｋ≧K_M-1＋１
では^(K) _Mはグループｂの加熱の仕方によつて変化
する値である。グループｂの受熱量Q^(K) _bは、第Ｋ
時間領域の鋼片温度計算において求めることので
きる各鋼片の受熱量ｑの総和として容易に求ま
る。損失熱量Q^(K) _Lと排ガス温度^(K)は次のような
回帰式によつて炉温T^(K)と結びつけられる。

Q^(K) _L＝ξT^(K)＋η ……(2) ^(K)＝αT^(K)＋β ……(3) ここで、ξ，η，α，βは実験的に決まる回帰
係数。

以上より炉温｛T^(K)｜Ｋ＝１〜K_M′｝が与えら
れればＫ＝１〜K_M′の順に燃料流量v⁽¹⁾ _b，v⁽²⁾ _b，…
…，v^(KM′⁾ _bが(1)式を用いて計算できることがわか
る。

このときグループｂを予定の炉温履歴T_bで加
熱した場合の所要の燃料使用量V_bは次式から計
算できる。

V_b＝v⁽¹⁾ _bΔτ_M-1,b＋……＋V_bΔτ_M-1,b＋……＋
v^(KM′⁾ _bΔτ_M,b ……(4) ここで Δτ_M-1,b＝τ_b,M-1／K_M-1 ……（4′） Δτ_M,b＝τ_b,M／K_M ……（4″） このとき問題はV_bを最小にするような加熱方
法とそれに対応する昇温曲線を見出すことになる
が、実際の加熱炉では操業上の様々な制約があ
る。ここでは、そのうちの主なものを次のような
制約式として表わし、昇温曲線の計算に反映させ
る。

^L≦≦^U（抽出条件１） ……(5) Δθ^L≦Δθ≦Δθ^U（抽出条件２） ……(6) T^L _K≦T^(K)≦T^U _K（炉温条件） ……(7) v^L _K≦v^(K) _b≦v^U _K（燃料流量条件） ……(8) （Ｋ＝１〜K_M′） ここで添字Ｌは下限値を表わしＵは上限値を表
わす。(5)式は抽出時の鋼片内部温度の平均値に関
する条件、(6)式は抽出時の鋼片の表面と内部の温
度差に関する条件である。

次に炉温T⁽¹⁾，T⁽²⁾，……，T^(KM′⁾を独立変数と
して、燃料流量を制約条件のもとで最小にする加
熱方法を見出す計算アルゴリズムについて具体的
に述べる。ここで述べる手法は先ず非線形の関数
v^(K) _bとΔθの線形式を求めることからスタートす
る。時分割領域の炉温の基準値をT⁰ _b＝（T⁽¹⁾ ₀，
T⁽²⁾ ₀，……，T^(KM′⁾）と表わし、それから少しへ
だたつた炉温をT_b＝（T⁽¹⁾，T⁽²⁾，……，T^(KM′⁾と
し、両者の差を（ΔT⁽¹⁾，ΔT⁽²⁾，……，ΔT^(KM′⁾
で表わす。このとき、T_bの関数v^(K) _b，，Δθを
T^{0 b}のまわりで線形近似すると、次式が得られ
る（T⁰ _bの決め方は後述）。

＝₀＋_kM 〓^J=1 ′α_J・ΔT^(J) ……(9) Δθ＝Δθ₀＋_kM 〓^J=1 ′β_J・ΔT^(J) ……(10) Δ^(K) _b＝v^(K) _b0＋_kM 〓^J=1 ′γ^(K) _JΔT^(J) ……(11) （Ｋ＝１〜K_M′ ここで₀，Δθ₀，v^(K) _b0は炉温T_b ⁰で加熱した場
合の鋼片の平均温度、内外温度差、各時間領域に
おける燃料流量を意味し、α_J，β_J，γ^(K) _Jは炉温変
化の影響の大きさを表わす係数（影響係数）を表
わしている。

T⁰ _b＝｛T⁽¹⁾ ₀，T⁽²⁾ ₀，……，T^(KM′⁾ ₀｝の各要素の
値
は次のように選ぶのが良い。

１≦Ｋ≦K_M-1T^(K) ₀＝T⁽⁰⁾ _M-1（第Ｍ−１帯の現在炉
温） K_M-1＋１≦Ｋ≦K_M′ T^(K) ₀＝T⁽⁰⁾ _M（グループｂが
第Ｍ帯に進入したときの初期炉温で、グループａ
の昇温計算で決まる）。

もし、α_J，β_J，γ^(K) _J（Ｋ，Ｊ＝１〜K_M）の値がわ
かつていれば各時間分割ゾーンの炉温がある値だ
け変化したとき、抽出時の鋼片温度，Δθや燃
料流量v^(K) _bがどのような値をとるか(9)〜(11)式から
知ることができる。影響係数α_K，β_K，γ^(K) _Jは次の
手続きにより計算することができる。

(i) 炉温T⁰ _bで加熱した場合の，Δθ，v^(K) _bの値を
計算する。計算結果を₀，Δθ₀，v^(K) _b0（Ｋ＝１〜
K_M）とする。

(ii) 第Ｋ時間分割ゾーンの炉温だけがあらかじめ
定めた温度＜ΔT＞だけ高くなつた場合の，
Δθ，v^(K) _bの値を求めそれを＜＞，＜Δθ＞，＜
v^(K) _b＞（Ｋ＝１〜K_M′）とする。

(iii) このときα_J，β_J，γ^(K) _Jは次式で求められる
。

α_J＝（＜＞−₀）／＜ΔT＞ ……（12） β_J＝（＜Δθ＞−Δθ₀）／＜ΔT＞ ……（13） γ^(K) _J＝（＜v^(K) _b＞−v^(K) _b0）／＜ΔT＞……（14） 以上の計算をＫ＝１〜K_Mに関しておこなえば
全ての影響係数は求まる。

(9)〜(11)式を(4)〜(8)式に代して整理すると次の各
式が得られる。

V_b＝C₀＋C₁t₁＋……＋C_KM′t_KM′ ……（15） b^L〓≦α₁t₁＋……＋α_KM′t_KM′≦b^U〓 ……（16） b^L〓〓≦β₁t₁＋……＋β_KM′t_KM′≦b^U〓〓……（17
） Ｏ≦t_K≦b^U _t,K （Ｊ＝１〜K_M′） ……（18） b^L _v,K≦γ^(K) ₁t₁＋……＋γ^(K) _KM′t_KM′≦b^U _v,K （Ｋ＝１〜K_M′ ……（19） ここで、 t_K＝T^(K)−T^L _K（Ｋ＝１〜K_M′） ……（20） またC_a，……，C_KM′，b^L〓，b^U〓，b^L〓〓，b^U〓〓
，b^U _t，
Ｋ，b^L _v，Ｋ，b^U _v，Ｋは影響係数やT⁰ _b，₀，Δθ₀，
v^(K) _b0を(4)〜(11)式に適用することにより一意的に決
まる。

（15）〜（19）式は変数｛t₁，t₂，……，t_KM′｝
に関し線形な関係式であるから、結局問題は
（16）〜（19）式を満し（15）式のV_bを最小にす
る｛t₁〜t_KM′｝を見出す線形計画の問題に帰着す
る。

これを解く方法は良く知られており、本発明の
本質と関係ないので説明は省略する。線形計画法
の手法で求めた解を｛t₁ ^*，t₂ ^*，……，t^* _KM′｝と
する。これを（20）式に適用すると最適な炉温の
組｛T^(1)*，T^(2)*，……，T_(KM′_)*｝が得られる。
さらにこの炉温の組で代表鋼片を加熱した場合の
鋼片温度の時間変化を計算し、これをグループｂ
の昇温予定曲線θ^*とする。

第２図に計算結果の例を示す。第２図はK_M′＝
４の場合であり、ａは炉温の時間変化、すなわち
｛T^(1)*，……，T^(4)*｝を示している。ｂは昇温予
定曲線θ^*を示している。またｃは燃料流量の時間
経過を示している。この各時刻の燃料v^(K)* _bは
T^(K)*を(1)式に適用して求めた。

以上の説明では、先にグループａの昇温予定曲
線の計算がすんでおり、グループｂの加熱に及ぼ
す影響がその計算結果から知りうることを仮定し
ていた。一方、第Ｍ帯に滞留しているグループａ
の場合には他のグループの加熱の影響を考えるこ
となしに昇温予定曲線の計算ができる。すなわち
第Ｍ帯では廃ガスは流出するだけで流入してこな
い。また、第Ｍ帯は最終帯だから、これ以上次の
帯に移動してそこで先行グループの加熱の影響を
受けることもない。

したがつてグループａの抽出までの時間を適当
に分割し、各時間分割域の第Ｍ帯炉温を独立変数
として最適な昇温予定曲線を計算する場合、グル
ープｂの計算にくらべ計算が簡単になる。例えば
(1)の燃料式はグループｂの場合第１項に相当する
式だけを考えれば充分であり、線形化のための基
準炉温としては、第Ｍ帯の現在の炉温を用いれば
良い。計算の手続きはグループｂの場合と同じな
ので省略する。

以下では本発明の具体的実施例を第３図を用い
て説明する。

第３図において１は加熱炉本体、２は加熱炉煙
道３，３_〜1〜３_〜3は分割型移動炉床、４は炉内鋼
片、５はバーナ、６，６_〜1〜６_〜3はマイナー調節
計、７，７_〜1〜７_〜3は炉温検出計、１００は燃焼
制御装置を表わす。

加熱炉１に装入された鋼片４は分割移動炉床３
ビームによつて炉内を抽出口まで搬送される間に
加熱される。鋼片１の温度が所望の値になるよう
に燃焼制御装置１００は各帯の炉温設定値もしく
は燃料流量設定値をマイナー調節計６に出力す
る。マイナー調節計６は、炉温もしくは燃料流量
が与えられた設定値に一致するようにバーナ５の
開度を調整する。このバーナから投入された空気
を燃料の混合体が炉内で燃焼して鋼片を加熱す
る。燃焼制御装置１００は炉内鋼片を最小の燃料
投入量で鋼片の抽出温度に加熱する機能を有して
いる。

第４図に燃焼制御装置１００の機能構成を示
す。第４図において１０１は情報管理部、１０２
は鋼片温度計算部、１０３は昇温予定曲線計算
部、１０４は制御演算部を示している。

情報管理部１０１は炉内鋼片を分割炉床単位の
グループに分ける。すなわち第１帯にある複数本
の鋼片群が第２帯へ移動開始するときこの鋼片群
を以後の加熱における１つのグループとみなす。
第２帯へ移動開始した後も続けて鋼片が装される
場合には、グループの先頭から一定距離以上離れ
た鋼片は別の新しいグループに属するものとみな
す。

情報管理部１０１の第２の機能は各グループの
昇温予定曲線を計算するタイミングを決定するこ
とである。加熱炉は、加熱炉出側にある圧延機の
操業状態に応じ炉の操業計画を変更する。このよ
うな炉操業の変更が発生すると、それまで最適と
考えていた昇温予定曲線は必らずしも実情にそぐ
わないものになるので、情報管理部１０１は昇温
予定曲線計算部１０３に昇温予定曲線の計算を指
令する。また、鋼片を昇温予定曲線に従つて加熱
しようとしても外乱が大きい場合には鋼片温度と
昇温予定曲線の差が大きくなる。このような場合
現在の加熱状態を出発点にして目標温度を達成す
る最適な昇温カーブは現在の昇温予定曲線とは異
なるであろう。そこで現在用いている昇温予定曲
線を計算してから一定時間経過したら昇温予定曲
線を再計算するように昇温予定曲線計算部１０３
に指令を出す。さらにあるグループがある帯から
別の帯に移動したときにも昇温予定曲線を計算し
なおす。

以上述べたようにあらかじめ定めたイベントの
発生を検知したら情報管理部１０１は昇温有予定
曲線１０３に対し昇温予定曲線の計算を指冷す
る。そのイベントは上に述べたものに限らないこ
とは言うまでもない。

鋼片温度計算部１０２は炉内の全鋼片の現在温
度を計算する。この計算は炉温検出計７で検出し
た各帯の炉温（T^₁，T^₂，……，T^_N）から鋼片周
囲の炉温を決定する。たとえば鋼片の位置が炉温
検出計ｄ番とｄ＋ｉ番目の間にあるとき、この鋼
片の周囲の炉温Ｔを次式で計算する。

T^＝（T^_d+1−T^_d）・L^l _d＋T^_d ……（21） L_d：炉温検出計ｄと（ｄ＋１）の間の距離 ｌ：炉温検出計ｄから鋼片までの距離 前回この鋼片の温度計算してからこのＴで加熱
されていたものとし、現在までの鋼片温度の変化
を計算する。この値が、次回の鋼片温度計算の出
発点となりさらに昇温予定曲線計算の初期値とし
て用いられる。具体的計算手法は、前述のとうり
輻射モデルと熱拡散モデルを用いる。この結果鋼
片の内部温度分布θが得られる。

昇温予定曲線演算部１０３は情報管理部１０１
より昇温予定曲線計算の指令を受けとるとただち
に計算を開始する。その具体的方法については前
の方で詳しく述べた。

グループｂの場合の計算フローを第５図に示
す。図中のステツプ４０，７０，１３０では鋼片
の温度の計算を実行するが前述のようにその詳細
は省略した。

またステツプ４０，７０で燃料流量を計算する
とき抽出側の帯でグループａのために投入する燃
料流量の値が必要になるが、このためにはグルー
プｂの計算に先立つてグループａの昇温曲線の計
算をおこなう必要がある。これについては後述す
る。なお第Ｍ帯にあるグループａの場合には廃ガ
スの流入がないので、燃料流量の計算が簡単にな
ることを除けば、第５図と同じフローにより計算
することができる。またグループｄの計算フロー
も第５図と全く同じになることはいうまでもな
い。

次に情報管理部１０１で検知したイベントとこ
の昇温予定曲線計算部１０３の計算との関係を述
べる。

例として先ず圧延トラブルのため加熱炉からの
鋼片抽出が停止された場合を考える。このときオ
ペレータが停止の予定時間Δτzをインプツトする
と、情報管理部１０１は、この情報を受けとつて
昇温予定曲線計算部１０３に対し昇温予定曲線の
計算を指令する。昇温予定曲線計算部１０３は、
それまでの在炉時間τzのかわりにτz＋Δτzを新し
い在炉時間とみなし昇温予定曲線を計算する。第
６図にその計算結果を示す。は変更前、は変
更後である。燃料流量のレベルが下つており、省
エネルギに適した昇温予定曲線となることがわか
る。

別の例として、前回昇温予定曲線を計算してか
ら一定時間経過したことを情報管理部１０１が検
知し昇温予定曲線計算部に指令を出した場合につ
いて述べる。予知せざる外乱のため鋼片温度が昇
温予定曲線に比べかなり低い場合をとりあげる。
このとき昇温予定曲線計算部１０３は、現在の鋼
片温度を出発点にして目標の温度になるように計
算をおこなう。この計算結果を第７図に示す。θ
＊（）は旧、θ＊（）に新昇温予定曲線を示
す。

昇温予定曲線計算部１０３で計算した各グルー
プの昇温予定曲線θ＊は制御演算部１０４に出力
される。制御演算部１０４はこのθ＊と鋼片温度
計算部１０２で計算した各鋼片の温度θを入力
し、各鋼片がθ＊に沿つて加熱されるように、炉
温もしくは燃料の設定値を計算する。その計算方
法は本発明に関係ないので省略するが、例えばそ
の一例は特公昭49−29403号に詳しい。

次に炉内鋼片をグループ化し、抽出側の炉帯か
ら順に昇温予定曲線を決定することによる効果を
説明する。このため第１のケースとしてグループ
ａが厚さ250mmの鋼片の集りで、グループｂが200
mmの鋼片の集りである場合を考える。一方、第２
のケースとしてグループａ，ｂとも厚さ200mmの
鋼片の集りであるとする。すなわちグループｂの
抽出側にあるグループの厚さが250mmと200mmと異
なる２ケースについて考える。このとき、グルー
プｂの昇温予定曲線について計算した結果を第８
図に示す。第１のケースの方が第２のケースに比
べ時間的に早い時期に高い温度に達するのに、燃
料のレベルはむしろ低い。これは第１のケースで
はグループａの厚みが厚いのでこれを加熱するた
め炉温を高くしている。この結果グループｂの位
置に流れ込んでくる排ガスの温度が高くなり、熱
量も多く流れ込んでくるためと考えることができ
る。

次に各帯の滞留時間に関する分割数を具体的に
どのようにして決めるかについて簡単に述べる。
第９図に鋼片グループｂが（Ｍ−１）帯とＭ帯に
それぞれ40分滞留する場合に関して、分割数
K_M-1とK_Mをともに１にした場合、３とした場
合、５とした場合の計算結果を示す。第９図ａは
昇温予定曲線の計算結果を示しており、第９図ｂ
は両帯の分割数K_M-1，K_Mを１，３，５とした場
合の消費燃料流量の計算値を、Ｋ＝K_M-1＝K_M＝
１の場合を100として比の形で示したものである。

第９図ａによればＫが１のときには、昇温予定
曲線が炉帯のかわり目でかなり大きくなるのに対
し、Ｋが大になるにつれなめらかな昇温予定曲線
が得られている。また、第９図ｂによればＫ＝１
のときの燃料消費量が最も大きく、Ｋが大になる
につれ小さくなる傾向があるがＫ＝３の場合と５
の場合であまり差がない。Ｋ＝１のとき、燃料消
費が大きい理由としては、このときグループｂが
炉帯を通過する間の炉温がある高い温度に保たれ
るような計算条件が原因と考えられる（Ｋ＝１の
とき鋼片グループが新しい炉帯に入つたとき、そ
の炉帯の炉温に向つて急激に上昇しているのがａ
の図に表われている）。一方、Ｋ＝３，５のとき
には同一炉帯内の炉温が時間と共に何段階かにわ
たつて上るので、急激な加熱に伴う熱効率の低下
（主に排ガス顕熱の上昇によつて生ずる）を防ぐ
ことができる。

このような考えを徹底するとＫを大きくとる程
省エネルギ効果が高い昇温予定曲線が得られるこ
とになるが、第９図ｂからもわかるようにＫをあ
る程度以上大きくしてもほとんど差がない。一方
Ｋを大きくすると先に述べた影響係数が急激にふ
え、計算時間が急増する。このためＫをあまり大
きくすることも好ましくはない。これまでの経験
によれば分割時間Δτが10〜20分程度になるよう
にＫを選ぶのが好ましく、Ｋの値としてみたとき
２〜４程度とするのが良い。これは炉の応答特性
が10〜20分程度で、それ以上こまかく時間分割し
ても意味がないことを表わしている。

また、現在所属している炉帯の残りの滞留時間
をあるＫの値で分割したとき、Δτがあらかじめ
定めた最小の分割時間Δτ_MINより小さいときは、
分割数をＫ−１としてΔτを決めなおすことも有
効である。残りの滞留時間がΔτ_MINより小さいと
きはＫ＝１とすべきことは以上の説明から明らか
であろう。

なお、時間分割による省エネルギ効果は炉帯に
よつて異なる。抽出側の帯を時間分割した方が効
果が大きい炉では抽出側に近い方の帯の滞留時間
のみを分割し、装入側に近い方の帯は時間分割し
ないで昇温予定曲線を計算しても良い。こうする
ことにより省エネルギ効果をあまり犠性にするこ
となしに影響係数計算時間を短縮できる。

なお、先の実施例ではθ，Δθ，v^(K) _Mを線形化し
て最適な炉温変化とそれに対応する昇温予定曲線
θ＊を決定したが、θ，Δθ，v^(K) _Mは炉温変化の非
線形な関数だから非線形計画法の手法を使つてθ
＊を決定できる。

また本発明で計算するθ＊は単に制御に用いる
だけでなく、オペレータに対する運転ガイダンス
情報としても有用である。

以上述べたように本発明によれば、鋼片グルー
プがこれから通過する各帯の炉温の経時変化も考
慮に入れて省エネルギ効果の高い昇温予定曲線を
オンラインで計算することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は分割型移動炉床の説明図を、第２図ａ
は炉温の時間変化を、ｂは昇温予定曲線を、ｃは
燃料流量の時間経過を、第３図は本発明による制
御の全体システムの説明図を、第４図は燃料制御
装置のブロツク構成図を、第５図はグループｂの
演算フローを、第６図は燃料流量予測値と鋼片温
度を、第７図は現時点における鋼片温度を基準に
演算された昇温予定曲線を、第８図はグループｂ
の鋼片グループｂの鋼片温度と燃料流量の２つの
ケースの場合の例を、第９図は時間分割数と鋼片
温度燃料流量の関係をそれぞれ示している。 １……炉体、２……煙道、３_〜1〜３_〜4……分割
型移動炉床、４……鋼片、５……バーナ、１００
……燃焼制御装置、１０１……情報管理部、１０
２……鋼片温度計算部、１０３……昇温予定曲線
計算部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の炉帯を有し昇温予定曲線に沿つて鋼片
   を移送加熱する加熱炉の燃焼制御方法において、
   １つの鋼片あるいはお互いに隣接してなる鋼片群
   の残在炉時間を複数の時間領域に分割し、該各々
   の時間領域の炉温の組合せとして与えられる加熱
   パターンの複数個のパターン各々について燃料消
   費量と鋼片の抽出温度を演算し、該演算結果を用
   いて該鋼片あるいは鋼片群の温度があらかじめ定
   められた許容範囲にあつてかつ燃料消費量が最小
   になる残在炉時間における最適加熱パターンを演
   算し、演算された最適加熱パターンを用いて鋼片
   あるいは鋼片群の昇温予定曲線を演算し、該演算
   された昇温予定曲線に沿つて残在炉時間における
   鋼片あるいは鋼片群の加熱をおこなうことを特徴
   とする加熱炉の燃焼制御方法。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の残在炉時間
   を複数の時間領域に分割するに際し、少なくとも
   １つの炉帯での在炉時間を複数の時間領域に分割
   することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。 ３ 前記特許請求の範囲第１項記載の残在炉時間
   を複数の時間領域に分割するに際し、あらかじめ
   定められた最小時間領域数に等しいか大きい時間
   領域数になるように分割することを特徴とする加
   熱炉の燃焼制御方法。 ４ 前記特許請求の範囲第３項記載の最小時間領
   域を該炉の応答時間に基づいて定めることを特徴
   とする加熱炉の燃焼制御方法。 ５ 前記特許請求の範囲第２項記載において、あ
   らかじめ定めた炉帯についてのみ当該炉帯での在
   炉時間を複数の時間領域に分割することを特徴と
   する加熱炉の燃焼制御方法。 ６ 前記特許請求の範囲第１項記載において残在
   炉時間を複数時間領域に分割するに際しあらかじ
   め定めた最大分割数を越えない範囲で分割するこ
   とを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。 ７ 前記特許請求の範囲第１項記載の各々の加熱
   パターンにおける燃料消費量を該分割された時間
   領域の各々について演算した和として求めること
   を特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。 ８ 前記特許請求の範囲第７項記載の燃料消費量
   の演算において当該炉帯に隣接する抽出側の炉帯
   から流入する排ガス顕熱を考慮して当該炉帯の当
   該分割時間領域における燃料消費量を予測演算す
   ることを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。 ９ 前記特許請求の範囲第７項記載において、分
   割された時間領域の燃料消費量を該炉の抽出側の
   炉帯にある鋼片から順次演算することを特徴とす
   る加熱炉の燃焼制御方法。 １０ 前記特許請求の範囲第１項記載の最適加熱
   パターンの演算を以下のステツプにより演算する
   ことを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。 (a) 該演算で求められた複数個の加熱パターンに
   おける燃料消費量と鋼片あるいは鋼片群の抽出
   温度から該複数時間分割領域における炉温の変
   化分に対する該燃料消費量あるいは該抽出温度
   との関係を線形式として導出するステツプ。 (b) 該導出された線形式を用いて該最適加熱パタ
   ーンを演算するステツプ。 １１ 前記特許請求の範囲第１０項記載の各々の
   時間領域の炉温の組合せとして与えられる加熱パ
   ターンにおける燃料消費量および抽出温度の演算
   結果を用いて該分割された時間領域の炉温の変化
   に対する該燃料消費量および抽出温度への影響係
   数を演算し、該演算された影響係数を用い各々の
   時分割領域における炉温のあらかじめ定められた
   基準値からの偏差から与えられた炉温に外する該
   燃料消費量および該抽出温度を予測演算すること
   を特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。