JPH0417621A - 加熱炉炉温設定方法および装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明はスラブ等の鋼片を連続した複数の帯で加熱する
連続加熱炉における炉温の設定方法および装置に関する
。

（従来の技術） 一般に、連続加熱炉（以下、単に加熱炉と称する）では
、エネルギーの消費量を最小に抑えなから、被加熱材料
を後工程に適した温度に加熱すると共に、目標の生産量
を確保するように操業されなければならない。この加熱
炉を操業する上での最も大きな問題は、炉内の負荷か変
動した場合、すなわち寸法の異った被加熱材料か同し炉
内に混在する場合、炉温をどのように設定するかという
ことである。

このことを第１０図を用いて説明すると、バーナー１を
備えた加熱炉２の内部には、抽出口から装入口に向かっ
て、被加熱材料としてのスラブＳｔ　、Ｓ２　、”’、
Ｓ１．”’、Ｓｏが配列され、スラブＳ１の寸法、例え
ば厚さが異なる場合、厚み薄いスラブＳ＋　〜Ｓｔ−＋
　、Ｓ＋＋＋　〜Ｓ、を対象にして炉温を設定すると、
厚みの大きいスラブＳが焼は不足となって後工程に大き
な支障を与える。

逆に、厚みの大きいスラブＳ、を対象にして炉温を設定
すると、厚みの小さいスラブＳ１〜ＳＳ１＋１〜Ｓ１が
焼は過ぎとなり、スケールが増大するだけでなく、エネ
ルギーを浪費することになる。

周知の如く、加熱炉の実際の温度が設定値に到達するま
でにはかなりの時間を必要とすることから、スラブ１個
１個を対象にしてそれぞれ温度設定することは、実質上
不可能である。

従って、従来では、加熱炉２の特性を考慮しながら、ス
ラブＳ１〜Ｓ　＋−１＋　　Ｓ　ｌ＋ｌ〜Ｓｆｉのいく
つかが焼は過ぎとなることを承知の上で、少なくともス
ラブＳ、が目標抽出温度に到達するように、加熱炉２の
炉温をオペレータが設定していた。そして、このように
、オペレータが炉温を設定する場合には、炉内の全スラ
ブに対して、寸法情報、現在の温度情報、目標抽出温度
情報、および抽出ピッチ情報等を悉く熟知し、オペレー
タの経験と勘に頼る操業が行なわれていた。

しかしながら、近年では熟練したオペレータを確保する
ことが困難になってきている一方、省エネ化や炉の安定
操業への要求は、増々厳しくなってきている。

そこで、最近では、数式によるアルゴリズムを用いて炉
温を人手を介さず自動的に設定する方法が、例えば“特
願昭５６−１４２６１３号゛等により提案されてきてい
る。しかしながら、このような数式によるアルゴリズム
を用いた方法においては、運転員の持っている柔軟な炉
温設定に関する知識かほとんど考慮されていないことか
ら、多種類の情報を把握しての柔軟な炉温設定を行なう
ことができない。

（発明か解決しようとする課題） 以上のように、従来の炉温設定では、省エネ化、省人化
、自動化が図れないばかりでなく、多種類の情報を把握
しての柔軟な炉温設定が行なえないという問題があった
。

本発明の目的は、省エネ化、省人化、自動化を図ること
ができると共に、運転員の持っている柔軟な炉温設定に
関する知識を考慮した柔軟な炉温設定を行なうことが可
能な加熱炉炉温設定方法および装置を提供することにあ
る。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、炉温変更に関
する制御ルールを格納している知識べ−スと、連続加熱
炉の各号に設けられた炉温検出器からの炉温および抽出
ピッチを基に、温度予測モデルを用いて連続加熱炉内の
全鋼片の現在温度を算出すると共に、帯入口にある鋼片
が帯出口に到達するまでの間、現在の炉温か維持される
と仮定して温度予測モデルを用いて鋼片の帯出口温度を
予測する鋼片温度演算手段と、鋼片温度演算手段にて予
測された帯出口予測温度と帯出口目標温度との偏差、お
よび鋼片が現在位置より帯出口を通過するまでの同−帯
内残在短時間から、帯と鋼種と鋼片寸法毎に構成される
知識ベースの制御ルールを用いてファジィ推論により、
炉温変更量を同一帯内の全鋼片に対して算出し、かつこ
の算出された炉温変更量のうちで最も大きい炉温変更量
となるネック鋼片を選定するファジィ推論手段と、ファ
ジィ推論手段にて選定されたネック鋼片に対して算出し
た炉温変更量を帯の炉温変更量設定値として炉温設定値
を算出し、全ての帯に対して炉温設定値を決定し出力す
る炉温演算手段とを備えて構成している。

（作用） 従って、本発明の加熱炉炉温設定方法および装置におい
ては、連続加熱炉内の全鋼片の現在温度が、炉温および
抽出ピッチを基に伝熱式を用いてあらかじめ求められ、
帯入口にある鋼片が帯出口に到達するまでの間、現在の
炉温か維持されると仮定して温度予測モデルにより求め
た帯出口予測温度と帯出口目標温度との偏差、および鋼
片が現在位置より帯出口を通過するまでの同−帯内残在
短時間から、帯と鋼種と鋼片寸法毎に構成される制御ル
ールを用いてファジィ推論により、炉温変更量が同一帯
内の全鋼片に対して求められ、さらにこの求められた炉
温変更量のうちで最も大きい炉温変更量となるネック鋼
片が選定され、このネック鋼片に対して求めた炉温変更
量を帯の炉温変更量設定値として炉温設定値か求められ
、上述と同様の手順で全ての帯に対して炉温設定値が決
定される。

（実施例） ます、本発明の考え方について説明する。

一般に、加熱炉は熱容量および時定数か大きいため、フ
ィードバック制御によって炉温を制御したのではその効
果か少ない。そこで、現在時刻における炉の状態から、
将来時刻の炉の状態を予測して炉温を設定するフィード
フォワード制御が有効である。

第２図は、第１０図に示したスラブ８１〜Ｓ。

か順次抽出される状態を各タイミング毎に表わした図で
あり、時刻ｔ１はスラブＳ１が抽出口に到達した時刻を
表わし、この時刻ｔ１を説明上現在時刻とする。同様に
、時刻ｔ、−１はスラブＳ１が抽出口に到達する将来時
刻であり、時刻ｊ　＋＋１でスラブＳ、が抽出される。

また、各時刻の間隔Δ１．が抽出ピッチであり、この抽
出ピッチΔｔ１は、後工程の圧延等に要する時間、炉の
能力、または製品生産量等で決定され、場合によっては
、目標抽出温度を確保するために若干引き延ばし得るも
のである。

この第２図に示すように、スラブＳ１は現在時刻ｔ１か
ら将来時刻ｔ２まて抽出口に在炉し、同様にスラブＳ１
は将来時刻ｔ１から将来時刻ｔ、。１まで抽出口に在炉
することになる。

この場合、炉温を常時検出すると共に、各スラブの装入
時の温度および在炉時間を測定すれば、全スラブの現在
温度を算出することかできる。すなわち、スラブ８１〜
Ｓｏの現在温度または将来炉温、ならびに抽出口にそれ
ぞれ在炉する期間の温度は、周知のスラブ伝熱モデル式
によって算出することかできる。

このスラブ伝熱モデル式としては、例えば次式を用いる
。

ｑ−σ・ε（（θ、＋２７３）’−（θ、＋　２７３）
’１・・　（１） θ、　（Δ　ｔ）−θ、＋　　（ｑ／ｋ）　　・　Δ　
ｔ・・　（２） ただし、上記（１）式は炉温θ、とスラブの現在温度θ
、との関係を表わす副剤伝熱の式、（２）式はスラブの
温度を算出する式であり、ｑニスラブが吸収する熱量 θ１　：炉温 θ、ニスラブの現在温度 σ：ステファンボルツマン定数 ε：炉温とスラブに係わる熱吸収係数 θ、（Δｔ）：Δを時刻後のスラブ温度にニスラブの性
質、寸法に係わる定数 である。

ところで、連続加熱炉は一般に複数の帯から構成されて
おり、スラブ装入口から抽出口の方向に、予熱帯、加熱
帯、均熱帯の順に炉温か高くなっている。

今、抽出口からｍ本のスラブが、１つの帯に在炉する（
均熱帯相当）と考える。現状炉温か、ｍ本のスラブが抽
出されるまでの間維持されると仮定すると、スラブＳ１
が抽出される時のスラブ温度は、必ずしも抽出目標温度
にならず、焼は不足あるいは焼き過ぎになることがある
。

そのため、抽出温度と目標温度との偏差が大きいと予測
されるスラブに対しては、現状の炉温を変更ルールに従
って変更する。その変更ルールは、（ａ）帯出口目標温
度と予測温度との温度偏差（ｂ）帯での残在炉時間（今
の抽出ピッチで何分後に抽出されるか） （ｃ）スラブ寸法 （ｄ）鋼種 の条件により、炉温変更量を決めるものである。

例えば、炉温変更のルールの１つは、 “もし、温度偏差が大きく　（焼けすぎ）、残在炉時間
が短かければ、炉温変更量を大きく下げる”の形で示さ
れる。

変更ルールは、このように“焼けすぎ”短かい″　　“
大きく下げる”等、あいまいな量で記述される。これは
、スラブの焼は具合やそれに対する炉温変更等のオペレ
ータの持つ判断や意思決定をモデル化する方法で、ファ
ジィ推論を用いることにより実現することができる。

すなわち、いま温度偏差、残在炉時間、炉温変更量をフ
ァジィ変数として扱うと、そのメンバシップ関係は、そ
れぞれ第３図、第４図、第５図に示すような形状で表現
される。第３図ないし第５図において、μ８．μ７１μ
ｍは、ファジィ変数Δθ、、ＴＲ，Δθ、が各々のメン
パンツブ関数に属する帰属度を示す。また、温度偏差の
メンバシップ関数は、ＮＢ（かなり焼は不足）ＮＭ（焼
は不足）、Ｚ（適当な焼は方）、ＰＮ（焼は過ぎ）、Ｐ
Ｂ（かなり焼は過ぎ）とし、残在炉時間のメンバシップ
関数はＮＢ（かなり短かい）、ＮＭ（短かい）　　Ｚ（
中間）　　ＰＭ（長い）ＰＢ（かなり長い）とし、炉温
変更量のメンバシップ関数は、ＮＢ（大きく下げる）　
、ＮＭ　（下げる）　　Ｚ（現状維持）　　ＰＭ（上げ
る）　　ＰＢ（大きく上げる）とする。

次に、ファジィ推論手段において行なわれるファジィ推
論を以下に示す。すなわち、知識ベースに蓄えられた制
御ルールは次の形式をとる。

ｉｆ　　Δθ１はＸｌであってかつＴＲがＹ、であれば
、 ｔｈｅｎ　　Δθ□はＷ、である。

ここで、Ｘ５はメンバシップ関数ＮＢ、ＮＭ。

Ｚ、ＰＭ、ＰＢのうちのいずれがで あり、 Ｙｌはメンバシップ関数ＰＢ、ＰＭ Ｚ、ＮＭ、ＮＢのうちのいずれかで あり、 Ｗｌはメンバシップ関数ＮＢＮＭ Ｚ、ＰＭ、ＰＢのうちのいずれかで ある。

そして、制御ルールは帯層、スラブ寸法毎、鋼種毎に決
められている。

第６図（ａ）〜（ｃ）は、帯層の制御ルールを示すテー
ブル図である。

均熱帯におけるファジィ推論は、次のようにして行なわ
れる。すなわち、いまΔθ、−＋１８℃で、かつＴＲ−
３２分とする。このとき、ファジィ変数Δθ、がメンバ
シップ関数ＮＢ、ＮＭ、ＺＰＭ、ＰＢへの帰属度μ、は
、それぞれ０．０゜０．０．７５，０．２５となる（第
３図）。また、ＴＲかＮＢ、ＮＭ、Ｚ、ＰＭ、ＰＢへの
帰属度μ、は、それぞれ０，０，０，０．７０゜０．３
０となる（第４図）。そして、均熱帯における２５個の
制御ルール毎に、各ルールの前件部の適合度ω、　　（
ｉ−１〜２５）を、次の（３）式を用いて演算する。

ω、−ｍｉｎｔ（μ、）、、　　（μｍ）、）・・・（
３） ここで、（μ、）Ｉは制御ルールｉ　　（ｉ−１゜・・
・２５）におけるファジィ変数Δθ。

の帰属度を示し、 （μＴ）ｌは制御ルールｉ（ｉ””１＋・・・２５）に
おけるファジィ変数ＴＲの帰属度を示し、 ｍｉｎは（μｇ）＋と（μＴ）ｌの うち小さい方の値をとるものとする。

例えば、制御ルールｉが ［ｉｆ　Δθ、がＰＢであって、かつＴＲがＰＢであれ
ば、 ｔｈｅｎ　　Δθ１はＮＭである」 と表現されていれば、（μ、）、−０，２５、（μ工）
、−０，３０であるから、ω１−〇、２５となる。

次に、制御ルールｉによる推論結果の１Ｗ、を、次の（
４）式を用いて演算する。

ω１ｗｌ　−ｍ　ｉ　ｎ　　（ωＩＷ１　（ｙ）］・・
　（４） ここで、ｙεΔθ１である。例えば、制御ルール１が前
述のように表現されていれば、Ｗ、はＮＭであるから、
ωＩＷ＋は第５図に示す斜線部となる。

そして、各制御ルールｉによる推論結果ω１Ｗ１を用い
て、合成あいまい集合Ｃ８を次の（５）式を用いて作成
する。

Ｃ，−ｔＪ　　ω　　Ｗ ・・・　（５） ここで、Ｕは和集合を演算する演算記号であｊ＝す る。

すると、合成あいまい集合Ｃ８は第７図に示す斜線部と
なる。

次に、二の合成あいまい集合Ｃ８の重心Ｐ１を、次の（
６）式を用いて演算する。

Ｐヨーｆ　Ｃ−（ｙ）ｙｄｙ／　ｆ　Ｃｍ（ｙ）ｙｄｙ
　　　　・・・（６）そして、この計算された重心Ｐ１
を、均熱帯炉温変更量についての推論結果とする。

現状炉温を、均熱帯に位置するスラブが抽出されるまで
維持したと仮定して、将来抽出時刻での抽出温度を計算
し、焼き上り具合と残在炉時間とから、現状炉温の変更
量を、知識ベースによる制御ルールで均熱帯に位置する
スラブ全てに対して求める。このうち、最大の炉温変更
量を要するスラブをネックスラブと称する。

第８図（ａ）（ｂ）は、ネックスラブの見つけ方を説明
するための図であり、スラブ個々の炉温変更量のうち最
大のもの、すなわち炉温設定値が図中最高のスラブＳ１
５がネックスラブということになる。

このことは、第９図に示すように、スラブＳ、５が均熱
帯に在炉しているスラブのうちで、最も焼は不足のスラ
ブということであり、ファジィ推論による炉温変更量は
Δθ１、すなわちθ、′まで炉温を上げることによって
、抽出時刻ｔ１におけるスラブ温度を、目標温度に確保
することができる。

以下、上記のような考え方に基づく本発明の一実施例に
ついて、図面を参照して説明する。

第１図は、本発明による加熱炉炉温設定装置の構成例を
示すブロック図である。本実施例の加熱炉炉温設定装置
は、知識ベース３と、マンマシンインタフェース４と、
プロセスインタフェース５と、鋼片温度演算手段である
スラブ温度演算装置６と、ファジィ推論装置７と、炉温
演算装置８とから構成している。

ここで、知識ベース３は、炉温変更に関する制御ルール
を、例えば前述したｉ　ｆ　−ｔ　ｈ　ｅ　ｎ形式で格
納しているものである。また、マンマシンインタフェー
ス４は、知識ベース３に格納されている制御ルールの更
新を運転員により行なうものである。

一方、プロセスインタフェース５は、加熱炉９の容器に
設置された炉温検出器からの炉温検出信号を入力すると
共に、炉温設定値信号を加熱炉９側へ出力するものであ
る。また、スラブ温度演算装置６は、プロセスインタフ
ェース５からの炉温検出信号および抽出ピッチを基に、
前述した周知の温度予測モデルを用いて加熱炉９内の全
スラブの現在温度を算出すると共に、帯入口にあるスラ
ブが帯出口に到達するまでの間、現在の炉温か維持され
ると仮定して上記温度予測モデルを用いてスラブの帯出
口温度を予測するものである。

さらに、ファジィ推論装置７は、スラブ温度演算装置６
にて予測された帯出口予測温度と帯出口目標温度１０と
の偏差、およびスラブが現在位置より帯出口を通過する
までの同−帯内残在短時間１１から、帯と鋼種とスラブ
寸法１２毎に構成される知識ベース３の制御ルールを用
いてファジィ推論により、炉温変更量を同一帯内の全ス
ラブに対して算出し、かつこの算出された炉温変更量の
うちで最も大きい炉温変更量となるネ・ツクスラブを選
定するものである。さらにまた、炉温演算装置８は、フ
ァジィ推論装置７にて選定されたネックスラブに対して
算出した炉温変更量を帯の炉温変更量設定値として炉温
設定値を算出し、全ての帯に対して炉温設定値を決定し
出力するものである。

次に、以上のように構成した加熱炉炉温設定装置におけ
る炉温設定方法について説明する。

まず、スラブが１本抽出されると、スラブ温度演算装置
６では、新しい炉内位置における全スラブの温度が演算
される。これは、前述したスラブ伝熱モデル（１）、（
２）式を用いて、炉温と前回のスラブ温度とに基づいて
算出される。次に、スラブ温度演算装置６では、同一帯
内に位置するスラブに対し、現状炉温を仮定して各帯出
口におけるスラブ温度が予測される。

次に、ファジィ推論装置７ては、このスラブ温度演算装
置６により予測されたスラブ温度と帯出口目標温度１０
との偏差と、そのスラブの抽出ピッチ１１から決まる同
−帯内残在短時間とを基に、知識ベース３の制御ルール
をファジィ推論して、炉温変更量を同一帯内の全スラブ
に耐して求め、炉温変更量の要求の最も大きいスラブ、
すなわちネックスラブが見つけ出される。

このようにして、ファジィ推論装置７によってネックス
ラブか見つけられると、炉温演算装置８によりそのネッ
クスラブが焼は不足、焼は過ぎにならない炉温変更量設
定値が決定され、これから炉温設定値を求めて加熱炉９
側へ出力伝送される。

この場合、炉温設定値は、ファジィ推論装置７で求めた
ネックスラブの炉温変更量と現状炉温とを加算すること
によって求められる。

以上の演算が各帯鋸に同様にして行なわれ、各帯鋸の炉
温設定値が求められる。

上述したように、本実施例においては、時々刻々抽出が
行なわれ、均熱帯に位置するスラブ構成が変化していく
中で、このようなネックスラブをうまく見つけ出し、焼
きすぎ、焼は不足とならないように炉温を自動的に変更
させることが可能となる。また、オペレータの持ってい
る柔軟な炉温設定に関する知識を考慮して、炉温設定の
さじかげんの部分をうまく制御ルールに載せることがで
きるため、柔軟な炉温設定を行なうことか可能となる。

さらに、炉温設定が自動的に行なえるため、省エネ化な
らびに省人化を図ることか可能となる。

さらにまた、制御ルールの微調整は、メンバシップ関数
を調整するのみでよいため、制御用計算機の炉温設定ロ
ジック全体の大幅なソフト見直し等の必要が一切生じず
、ソフトメンテナンスが極めて容易である。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、省エネ化、省人化
、自動化を図ることができると共に、運転員の持ってい
る柔軟な炉温設定に関する知識を考慮した柔軟な炉温設
定を行なうことが可能な加熱炉炉温設定方法および装置
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加熱炉炉温設定装置の一実施例を
示すブロック図、第２図はスラブ抽出タイミングと炉内
位置を説明するための図、第３図ないし第５図は炉温変
更量をファジィ推論て求める際に用いるファジィメンバ
シップ関数を説明するための図、第６図はファジィ推論
で用いる制御ルールを示すテーブル図、第７図はファジ
ィ推論で用いるファジィ演算を説明するための図、第８
図は炉温変更のためのネックスラブを説明するための図
、第９図は炉温変更とスラブ温度変化を説明するための
図、第１０図は加熱炉操業の技術的問題点を説明するた
めの図である。 １・・・バーナー　２・・・加熱炉、３・・・知識ベー
ス、４・・・マンマシンインタフェース、５・・・プロ
セスインタフェース、６・・・スラブ温度演算装置、７
・・・ファジィ推論装置、８・・・炉温演算装置、９・
・・加熱炉、１０・・・帯出口目標温度、１１・・・抽
出ピッチ情報、１２・・・スラブ情報。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 区 ９キａ女Ｐ日与Ｍ（分） 第４図 コＦ５Ａｔｊｌ：Ｉ！　（＠Ｃ） 第５図 （ｂ） 第８区 家ゴコラ！り駈り！Ｉ（’Ｃ） 帛 図 ＄　１０区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スラブ等の鋼片を連続した複数の帯で加熱する連
   続加熱炉の炉温を設定する方法において、前記連続加熱
   炉内の全鋼片の現在温度を、炉温および抽出ピッチを基
   に伝熱式を用いてあらかじめ求めておき、 帯入口にある鋼片が帯出口に到達するまでの間、現在の
   炉温が維持されると仮定して前記伝熱式により求めた帯
   出口予測温度と帯出口目標温度との偏差、および前記鋼
   片が現在位置より帯出口を通過するまでの同一帯内残在
   炉時間から、帯と鋼種と鋼片寸法毎に構成される制御ル
   ールを用いてファジィ推論により、炉温変更量を同一帯
   内の全鋼片に対して求め、 前記求められた炉温変更量のうちで最も大きい炉温変更
   量となるネック鋼片を選定し、前記ネック鋼片に対して
   求めた炉温変更量を帯の炉温変更量設定値として炉温設
   定値を求め、 前記と同様の手順で全ての帯に対して炉温設定値を決定
   するようにしたことを特徴とする加熱炉炉温設定方法。
2. （２）スラブ等の鋼片を連続した複数の帯で加熱する連
   続加熱炉の炉温を設定する装置において、炉温変更に関
   する制御ルールを格納している知識ベースと、 前記連続加熱炉の各帯に設けられた炉温検出器からの炉
   温および抽出ピッチを基に、温度予測モデルを用いて前
   記連続加熱炉内の全鋼片の現在温度を算出すると共に、
   帯入口にある鋼片が帯出口に到達するまでの間、現在の
   炉温が維持されると仮定して前記温度予測モデルを用い
   て鋼片の帯出口温度を予測する鋼片温度演算手段と、 鋼片温度演算手段にて予測された帯出口予測温度と帯出
   口目標温度との偏差、および前記鋼片が現在位置より帯
   出口を通過するまでの同一帯内残在炉時間から、帯と鋼
   種と鋼片寸法毎に構成される前記知識ベースの制御ルー
   ルを用いてファジィ推論により、炉温変更量を同一帯内
   の全鋼片に対して算出し、かつこの算出された炉温変更
   量のうちで最も大きい炉温変更量となるネック鋼片を選
   定するファジィ推論手段と、 前記ファジィ推論手段にて選定されたネック鋼片に対し
   て算出した炉温変更量を帯の炉温変更量設定値として炉
   温設定値を算出し、全ての帯に対して炉温設定値を決定
   し出力する炉温演算手段と、を備えて成ることを特徴と
   する加熱炉炉温設定装置。