JPH04143223A - 加熱炉の燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は加熱炉のバーナの燃料流量を稼働状況に応じて
最適に自動制御するための加熱炉の燃焼制御方法に関す
るものである。

［従来の技術〕 従来、線材の加熱炉はブツシャ−式が一般に用いられ、
その加熱制御は熱伝導方程式をベースとした加熱プロセ
スを用いて行われている。

しかし、最近では、高級線材などを扱うことが多くなる
傾向にあり、品質向上や生産性の面からウオーキングビ
ーム類（以下、ＷＢ炉という）を用いる傾向にある。

線材用のビレットを加熱するためのＷＢ炉においては、
炉内に多数（例えば、５３本）のビレットを装入し、こ
れらを一定速度で搬送する過程でバーナにより加熱及び
均熱を施している。このような炉において、所望の焼き
上がりの製品を得るためには、炉内温度を最適に設定な
らびに保持する必要がある。また、何らかの理由により
所定時間（例えば、１０分）以上の圧延の停止、ダウン
などには焼き過ぎ防止と省エネのために、バーナへの燃
料流量を絞り込む必要がある。

なお、炉内制御に関する技術として、例えば、特公平２
−１７６０９号及び特公平２−１７６１０号がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来においては圧延の停止、ダウンなどには焼
き過ぎ防止と省エネのための燃料流量制御を手動によっ
て行っていたため、迅速な対応が取りにく（、焼き過ぎ
防止と省エネを効果的に制御することができなかった。

本発明の目的は、燃料流量制御を最適かつ自動的に行え
るようにした加熱炉の燃焼制御方法を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、仕様などの異な
るビレットが連続的に炉内に装入されると共にバーナを
備えた加熱帯及び均熱帯を有するウオーキングビーム加
熱炉において、該加熱炉の炉内温度を制御する炉温制御
モードと前記バーナに対する燃料流量を直接制御する流
量制御モードを備え、これを操業状態に応じて自動で帯
電に切り替えて制御するようにしている。

そして、前期制御モードの切り替えは、定常操業時には
前記加熱帯及び均熱帯を炉温制御モードにし、立ち上げ
途中では前記加熱帯を炉温制御モードに設定すると共に
前記均熱帯をビレットの在炉の有無に応じて炉温制御モ
ードまたは流量制御モードにし、空炉時には前記加熱帯
を流量制御モードにすると共に前記均熱帯を炉温制御モ
ードにし、かつ長期圧延休止時及びトン／時間ダウン時
には前記加熱帯及び均熱帯を流量制御モードにすること
により達成される。

［作用］ 上気した手段によれば、操業状態に応じて加熱帯及び均
熱帯に個別に炉温制御モードまたは流量制御モードが選
択される。また、制御モードは、通常操業時、空炉途中
、立ち上げ途中、圧延休止、Ｔ／Ｈダウン、空炉時など
の操業状態と、ビレットの在炉状態とに応じて炉温制御
モードまたは流量制御モードが選択される。

したがって、操業状態に応じた最適な制御が自動的に実
行され、特に、圧延停止などに伴う焼き過ぎを回避する
ことが可能になり、省エネにも効果的である。

［実施例］ 第１図は本発明を適用するに好適な燃焼制御装置を示す
ブロック図である。

例えば、全要約１５ｍを有するＷＢＢ１０、端に装入口
を有し他端に抽出口を有し、装入口から抽出口へ向けて
ビレット２（例えば、−本が長さ１８ｍ、１２２ｍｍ角
、重さ約２トン）が一定の速度（例えば、抽出−炉内搬
送−装入を１サイクル約５０秒の速度）で移送される。

ＷＢＢ１０前半部が加熱帯を形成し、後半が均熱帯を形
成し、そのゾーン境界部の上下に一対のバーナ３が設け
られ、更に均熱帯の出側の上下に一対のバーナ４が設け
られている。また、ＷＢ炉１内の各所には、炉内温度を
測定するための複数の熱電対５が設置されている。

バーナ３及びバーナ４の燃料流量を制御するために炉温
制御部６が設けられ、この炉温制御部６を制御するため
に主制御部７が設けられている。

この主制御部７は、例えば、プロセスコンピュータを流
用することができる。主制御部７には、生産スケジュー
ルで決められた製造命令の送信と、製造実績の受信、管
理を行うためのビジネス・コンピュータ８、ビレットご
との製造仕様、トラッキング情報、主制御部７による計
算結果などを記憶する磁気記憶装置９、計算により得ら
れた設定炉温、燃料流量（ガス流量）などを表示する表
示装置１０、及び予定休止時間などの操業情報を入力す
るためのキーボード１１が接続されている。

炉温制御部６は、炉内温度調節計６ａと流量調節計６ｂ
を備え、いずれか一方を操業状況に応じて選択できるよ
うに構成されている。

次に、以上の構成による実施例の炉温制御の概略動作を
説明する。

ビレット２の装入に先立ってビジネス・コンピュータ８
から製造命令（ロットＮｏ、ビレットＮｏ、　、　　ビ
レットサイズ、標準Ｔ／ＨＤン／時間）、各帯出口目標
温度、特別脱炭管理材コード、圧延列数など）を受信す
る。バーナ３，４を点火することによって炉内温度が上
昇し、その温度値は熱電対５によって測定され、実測炉
温として主制御部７に取り込まれる。

主制御部７は、ビジネス・コンピュータ８からの受信デ
ータ、キーボード１１による入力データ及び熱電対５に
よる炉温実測値とに基づいて、次のような計算処理を行
う。なお、ビジネス・コンピュータ８による受信情報及
びキーボード１１による操業情報などは磁気記憶装置９
に記憶される。

Ａ、実時刻ビレット温度の計算（この計算結果は磁気記
憶装置９に記憶される）。

一次元熱伝導差分方程式を用いて一分周期により行う。

Ｂ、燃焼制御の計算（この計算結果は磁気記憶装置９に
記憶される）。

（１）残り在炉時間計算（炉内各ビレットについて。

（２）炉内各ビレット所要炉温計算。

（３）設定炉温計算。

■ファジィ理論適用による炉内各ビレット寄与率（重み
）計算。

■炉内各ビレット所要炉温に対する加重平均による設定
炉温決定。

（４）流量ターンダウン制御。

圧延休止、Ｔ／Ｈ（トン／時間）ダウン時の流量制御モ
ードの切り替え、設定流量値の決定。

Ｃ９設定出力処理（この結果が炉温制御部６へ送出され
る）。

各ゾーン上下部設定炉温、燃焼制御モード、及び設定流
量を計装へ出力すると共に表示装置１０に結果が表示さ
れる。

Ｄ、炉内温度分布計算。

熱電対５の測定値に基づいて、例えば、−分周期で計算
し、これを実時刻ビレット温度の計算に用いる。

以上の一連の計算によって得られた設定出力に基づいて
、炉温制御部６は炉温制御モードまたは流量制御モード
を選択し、炉温制御モードにあっては炉内温度調節計６
８を制御し、流量制御モードにあっては流量調節計６ｂ
を制御する。

炉温制御部６の出力はＷＢＢ１０バーナ３及びバーナ４
に印加され、炉内温度をビレット２に応じた最適な値に
制御する。

次に、上記した燃焼制御計算の詳細について説明する。

この処理は、次の４つに大別され、そのうち■はファジ
ィ理論を利用して行われる。

■製造命令で決められた標準Ｔ／Ｈ及び予定休止時間よ
りビレットごとに残り在炉時間を計算する。

■炉内各ビレットについて、残り在炉時間と現在ビレッ
ト温度をもとに帯出口目標温度に到達させるための所要
炉温を推定する。

■決められた在炉時間（例えば、４５分）内に全ビレッ
トを帯出口目標温度まで焼き上げるために必要な設定炉
温を決定する。

■搬送停止のタイミング、時間に応じて流量ターンダウ
ン（大きく遅れる時はガスの流量を落とし、焼き過ぎを
防ぐ処理）を行う。

周知のように、ファジィ理論にあってはファジィ変数を
定義する必要がある。この場合のファジィ変数は、前件
部（「もし〜ならば」の部分）と後件部（「〜である」
の部分）に大別され、その各々は次の如くである。

（１）前件部（次の３つの条件を考慮する）。

ａ）焼けにくさｆ、（昇温率）： 残り在炉時間（該当ビレットが在荷帯 の出口に達するまでの時間）内に現在 のビレット温度から帯出口目標温度ま で焼き上げるのに要する昇温速度（’Ｃ／分）。

ｆ、＝（目標ビレット温度−現在ビレット温度）／残り
在炉時間τ（分） ｂ）残り在炉時間ｔｘ　　（分）： ビレットが現在在荷（荷は、この場合ビレットを指す）
地点から帯出口に到達するまでの時間（分）。

Ｃ）脱炭材比率ｆ３　： 帯（ゾーン）毎に在荷総本数に対する脱炭管理材の占め
る割合。

（２）後件部 ｄ）寄与率（重み付け）。

ビレットは材質や仕様が異なれば、焼き具合も異なる。

そこで、どのビレットに注目すればよいか否かを考慮す
るため、各ビレットに重み付けをする。

寄与率は焼けに（さｆｌ、残り在炉時間ｆ２及び脱炭材
比率（特別脱炭管理材が占める本数割合）ｆ３をファジ
ィ変数とするファジィ制御規則に基づき決定される。

脱炭材比率は次のように帯層に求められる。

脱炭材比率；在荷帯における脱炭材本数／在荷帯におけ
る総本数 （本実施例では、炉内満杯時加熱帯総本数＝３２本、均
熱帯総本数＝２１本） なお、ビレット２を加熱し過ぎると脱炭が大きく進行し
て所要の強度を保持することができなくなるなど品質に
悪影響を及ぼすため、脱炭材比率に応じて炉温を調整し
、脱炭の進行を抑止しなければならない。

次に、上記した各変数に対するメンバーシップ関数の定
義について説明する。

第２図は焼けに（さ（昇温率）のメンバーシップ関数を
示すもので、昇温率ｆ１に対し、焼は易さ（Ｌｏｗ）及
び焼けに（さ（Ｈｉｇｈ）の各関数を設定する。また、
第３図は残り在炉時間ｆ２のメンバーシップ関数を示す
もので、残り在炉時間ｆ２に対し、時間の短い（Ｓｈｏ
ｒｔ）及び長い（Ｌｏｎｇ）の各関数を設定する。さら
に、第４図は脱炭材比率ｆ３のメンバーシップ関数を示
すもので、脱炭材受ない（Ｓｍａｌｌ）及び多い（Ｂ　
ｉ　ｇ）の各関数を設定する。

また、ファジィ制御規則は、上記３つのファジィ変数（
焼けにくさｆｌ、残り在炉時間ｆ２及び脱炭材比率ｆ、
）の夫々の状態（Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ、５ｈｏｒｔ／Ｌｏ
ｎｇ、Ｓｍａｌ　１／Ｂｉｇ）を前件部（Ｉ　Ｆ）とし
、設定炉温に対する寄与率（Ｖｅｒｙ−ＬＯｗ〜■ｅｒ
ｙ・Ｈｉｇｈ）を後件部（ＴＨＥＮ）とした構造を有し
ている。本実施例では８つの規則〔ルール〕を有し、第
５図のごときルール内容を持っている。

寄与率は、加熱帯及び均熱帯の夫々における一般材及び
脱炭管理材について各々ルールが設定される。また、後
件部に対するメンバーシップ関数は第６図のようになる
。

次に、本発明の特徴である燃焼制御（炉温制御または流
量制御）について説明する。

この制御はビレット２の炉内における在荷状態に応じて
加熱帯と均熱帯の制御モードを炉温制御モードまたは流
量制御モード（流量ターンダウン）を切り替えて用いる
必要がある。すなわち、第７図（ａ）、　　（ｂ）、　
　（ｃ）、　　（ｄ）に示すように、４つの在荷状態（
ビレットの炉内存在状態）を考えることができる。

第１のケースは、第７図（ａ）に示すように、加熱帯及
び均熱帯のいずれにもビレット２が存在しない場合であ
り、その制御は加熱帯、均熱帯ともに流量調節計６ｂで
は流量制御モードを設定する。第７図（ｂ）は第２のケ
ースを示し、ビレット２は加熱帯にのみ存在する場合で
、加熱帯を炉温制御モードとし、均熱帯を流量制御モー
ドにして制御する。また、第７図（Ｃ）は第３のケース
を示し、ビレット２が加熱帯と均熱帯の両方に存在する
場合であり、各々な炉温制御モードで制御する。さらに
、第７図（ｄ）は第４のケースを示し、均熱帯にのみビ
レット２が存在する場合であり、加熱帯を流量制御モー
ドにし、均熱帯を炉温制御モードにして制御する。

なお、以上の他、圧延休止時（例えば、１０分以上の休
止を制御の対象とすればよい）及びＴ／Ｈダウン時には
、流量制御モードが設定される。

また、定常操業中に材料ピッチの影響から空の状態が発
生しても、炉温制御モードのままで燃焼を続行するよう
に制御を行う。

ここで、以上の制御内容を表形式で示せば、第１表のよ
うになる。また、流量の制御はＴ／Ｈダウンレベルに応
じて第２表のように、複数（本実施例では４段階）の低
減率を設定するのがよい。

Ｃ以下、余白） 第１表 第２表 次に、炉温制御モードと流量制御モードの選択処理につ
いて、第８図〜第１１図を参照して説明する。

まず、第８図に示すように、定常操業中か否かが判定さ
れる（Ｓ８１）。定常操業中であればビレット２を搬送
制御中か否かが判定される（Ｓ８２）。また、非定常操
業中であれば、モード＆設定値セット処理を実行する（
Ｓ８３）。その詳細は次のごとくである。

■立ち上げ時（ビレットを加熱帯へ装入する段階） 加熱帯：炉温制御モード及び炉温設定値をセットする。

均熱帯二流量制御モード及び流量設定値をセットする。

（均熱帯に在荷有りのときは炉温制御モード及び炉温設
定値をセットする。） ■空炉選択モード 加熱帯二流量制御モード及び流量設定値をセットする。

（加熱帯に在荷有りのときは、在荷なしになるまで炉温
制御モード及び炉温設定値をセットする。） 均熱帯：炉温制御モード及び炉温設定値をセットする。

（均熱帯が空のときは流量制御モード及び流量設定値を
セットする。） 一方、ステップ８２で搬送制御停止中が判定されると、
第９図に示す圧延休止処理が実行される（Ｓ８４）。第
９図に示すように、まず、抽出筒の在荷が有るか否かを
判定する（Ｓ９１）。在荷有りの場合、再開残り在炉時
間Ｔ８とＴＥＰＳ（ターンダウン判定基準時間）との比
較が行われる（Ｓ９２）。ＴＩＩ≧ＴＥＰＳの場合には
、流量設定値を決定しく５９３）、処理をステップ８５
へ移行する。

ステップ９１において在荷無しが判定された場合には、
第１０図に示す突発休止処理を実行する（ステップ８６
）。この処理は１つのみのステップ１０１からなり、現
在の燃焼モードが炉温制御モードであるか流量制御モー
ドであるかを判定し、炉温制御モードであればステップ
８９へ移行し、流量制御モードであればステップ８５へ
移行する。

ステップ８５では、流量制御モードの下で抽出予定温度
を計算し、さらに焼き遅れの恐れが有るか否かを判定す
る（Ｓ８７）。その恐れがない場合には、加熱帯及び均
熱帯を流量制御モード及び流量設定値にセットする（Ｓ
８８）。また、焼き遅れの恐れが有る場合には、加熱帯
、均熱帯の各々に炉温制御モード及び設定炉温計算値を
セットする（Ｓ８９）。

さらに、ステップ８２で搬送制御中が判定された場合、
第１１図に示すＴ／Ｈ（トン／時間）ダウン処理が実行
される（Ｓ９０）。まず、現在の燃焼モードが流量制御
モードであるか炉温制御モードであるかを判定する（Ｓ
ｌｌｌ）。流量制御モードである場合には処理をＳ８５
へ移行し、炉温制御モードである場合には（現設定炉温
実績値−今回設定炉温計算値）＞ＴＨＥＰＳの比較を行
う（Ｓ１１２）。ここで、ＴＲＥＰＳはＴ／Ｈダウンに
よるターンダウン判定の設定炉温変化の判定温度である
。

ステップ１１２において、＜ＴＲＥＰＳが判定された場
合、処理はステップ８９へ移行する。そして、＞ＴＨＥ
ＰＳ　（Ｔ／ＨダウンによるターンダウンＴ／Ｈ（Ｔ／
Ｈの変化量））が判定された場合には、処理をステップ
１１１３へ移行して（予定Ｔ／Ｈ−修正後Ｔ／Ｈ）＞Ｔ
ＨＥＰＳの判定を実行する。ここで、＜ＴＨＥＰＳの場
合、処理はステップ８９へ移行し、とＴＨＥＰＳの場合
には流量設定値を決定しくＳ１’１４）、さらにステッ
プ８５へ移行する。なお、Ｔ／Ｈダウンの目安としては
、例えば、４０　Ｔ／Ｈをあげることができる。

なお、上記したＴＥＰＳ、ＴＲＥＰＳ及びＴＨＥＰＳの
各々は、個別に表示装置１ｏに表示される定数設定画面
を見ながらオペレータが選択する。

［発明の効果］ 本発明は上記の通り構成されているので、次に記載する
効果を奏する。

請求項（１）の加熱炉の燃焼制御方法においては、仕様
などの異なるビレットが連続的に炉内に装入されると共
にバーナを備えた加熱帯及び均熱帯を有するウオーキン
グビーム加熱炉において、該加熱炉の炉内温度を制御す
る炉温制御モードと前記バーナに対する燃料流量を制御
する流量制御モードを備え、これを操業状態に応じて自
動で帯毎に切り替えて制御するようにしたので、バーナ
の流量絞り込み制御を迅速かつ適切に行うことができ、
被加工物に対する焼き過ぎ防止と省エネが可能である。

請求項（２）の加熱炉の燃焼制御方法においては、制御
モードの切り替えは、定常操業時には前記加熱帯及び均
熱帯を炉温制御モードにし、立ち上げ途中では前記加熱
帯を炉温制御モードに設定すると共に前記均熱帯をビレ
ットの在炉の有無に応じて炉温制御モードまたは流量制
御モードにし、空炉時には前記加熱帯を流量制御モード
にすると共に前記均熱帯を炉温制御モードにし、かつ長
期圧延休止時及びトン／時間ダウン時には前記加熱帯及
び均熱帯を流量制御モードにするようにしたので、状況
に応じた燃焼制御モードを自動的に設定でき、製品の高
度な品質管理と大幅な省エネが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するに好適な燃焼制御装置を示す
ブロック図、第２図は焼けに（さ（昇温率）ｆｌのメン
バーシップ関数を示す関数特性図、第３図は残り在炉時
間ｆ２のメンバーシップ関数を示す関数特性図、第４図
は脱炭材比率ｆ３のメンバーシップ関数を示す関数特性
図、第５図は本発明によるファジィ制御規則を示す説明
図、第６図は後件部に対するメンバーシップ関数を示す
関数特性図、第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）。 （ｄ）は炉内のビレットの在荷状態を示す説明図、第８
図は本発明による燃焼制御の処理を示すフローチャート
、第９図は第８図中のステップ８４の処理の詳細を示す
フローチャート、第１０図は第８図中のステップ８６の
処理の詳細を示すフローチャート、第１１図は第８図中
のステップ９０の処理の詳細を示すフローチャートであ
る。 図中、 １・・・ウオーキングビーム炉、 ２・・・ビレット、 ３．４・・・バーナ、 ６　・　・ ６ａ　・ ６ｂ　・ ７　・　・ ８　・　・ ９　・　・ １０　・ １１　・ ・炉温制御部、 ・・炉内温度調節計、 ・・流量調節計、 ・主制御部、 ・ビジネス・コンピュータ、 ・磁気記憶装置、 ・・表示装置、 ・・キーボード。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）製造仕様や加熱条件がそれぞれ異なるビレットが
   連続的に炉内に装入されると共にバーナを備えた加熱帯
   及び均熱帯を有するウォーキングビーム加熱炉において
   、該加熱炉の炉内温度を制御する炉温制御モードと前記
   バーナに対する燃料流量を直接制御する流量制御モード
   を備え、これを操業状態に応じて自動で帯毎に切り替え
   て制御することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。
2. （２）前記制御モードの切り替えは、定常操業時には前
   記加熱帯及び均熱帯を炉温制御モードにし、立ち上げ途
   中では前記加熱帯を炉温制御モードに設定すると共に前
   記均熱帯をビレットの在炉の有無に応じて炉温制御モー
   ドまたは流量制御モードにし、空炉時には前記加熱帯を
   流量制御モードにすると共に前記均熱帯を炉温制御モー
   ドにし、かつ長期圧延休止時及びトン／時間ダウン時に
   は前記加熱帯及び均熱帯を流量制御モードにすることを
   特徴とする請求項（１）に記載の加熱炉の燃焼制御方法
   。