JPH0420969B2 - - Google Patents

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JPH0420969B2
JPH0420969B2 JP26844385A JP26844385A JPH0420969B2 JP H0420969 B2 JPH0420969 B2 JP H0420969B2 JP 26844385 A JP26844385 A JP 26844385A JP 26844385 A JP26844385 A JP 26844385A JP H0420969 B2 JPH0420969 B2 JP H0420969B2
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temperature
furnace
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calculating
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Makoto Tsuruta
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B9/40Arrangements of controlling or monitoring devices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0081Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for slabs; for billets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0003Monitoring the temperature or a characteristic of the charge and using it as a controlling value
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00Arrangements of controlling devices
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    • F27D2019/0059Regulation involving the control of the conveyor movement, e.g. speed or sequences

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱間圧延ラインにおける加熱炉の
温度制御において、燃料最少となる材料の昇温パ
ターンの決定方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の加熱炉の温度制御としてオンラ
インで昇温曲線を決定する方法としては、例えば
特開昭56−75533号公報に示されているように、
炉温から材料温度を計算するモデルおよび炉温と
材料温度とから燃料流量を計算するモデルの両非
線形モデルを使用し、非線形の燃料最少化を行な
うために、炉温をステツプ状に変化させて摂動シ
ミユレーシヨン法(基準状態と摂動状態において
シミユレーシヨンを行ない線形化係数を決定する
方法)を用いて線形化を行ない、その結果で材料
の昇温曲線を決定する方法が採られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のような従来の加熱炉の材料昇温曲線決定
方法では、一般に炉温計算ゾーンは燃料流量を制
御できるゾーンよりも数が多いため、炉温を基に
した摂動法による最適化後の最適炉温および昇温
曲線は、常に実現可能なパターンとは限らないと
いう問題があつた。
また、線形化係数および、昇温パターンを決定
する際、炉壁への損失熱量、炉壁温度分布等を無
視し、炉の応答遅れを考慮せずに炉温をステツプ
状に変化させてシミユレーシヨンを行なつている
ため、実際の材料の昇温傾向および炉の状態とか
け離れた昇温曲線が決定されるという問題があつ
た。
また、抽出休止(中断)の非定常操業時の影響
が最適化のロジツクに組込まれていないため、手
動時に通常なされる炉温設定値を下げるという操
作がなく、燃料原単位を悪化させてしまう問題も
生じた。
この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、実現可能で、かつ実際の状態
に一致し、また抽出休止の非定常操業時に設定炉
温が下がるような昇温曲線を決定することができ
る加熱炉の材料昇温曲線決定方法を得ることを目
的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る加熱炉の材料昇温線決定方法
は、燃料流量に基づき非定常熱バランス式により
炉温を計算するモデル、炉温を基にして炉壁温度
分布を求めるモデル、および炉温を基にして材料
温度を求めるモデルの3つの非線形モデルを使用
し、燃料最少化を行なうために、燃料流量をステ
ツプ状に変化させる摂動法シミレーシヨンを使用
し、かつLP(線形計画法)手法における評価関数
に燃料流量と非定常操業時の影響を組込んで昇温
曲線を決定するようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、、炉壁温度分布を含む3
つの非線形モデルを使用し、燃料最少化を行なう
ためにいわゆる摂動法シミユレーシヨンを使用し
て昇温曲線を決定するようしているので、実現可
能で、かつ実際の状態に一致し、また抽出休止の
非定常操業時に設定炉温が下がるような昇温曲線
を決定することが可能となる。
〔実施例〕
以下、この発明の原理について説明する。炉温
計算モデルは以下のようにして構成されている。
第1図に示す様に加熱炉を炉長方向にn個に分
割し、各分割されたメツシユについて各々次の様
な熱バランス方程式をたてる。
c1・dtgi/dt…炉温の温度変化 =Q1…燃料、空気の顕熱 +Hg・W1…燃料発熱量 +Gi+1・cpg・Tgi+1…上流より排ガス熱量 −Gi・Cpg・Tgi…下流への排ガス熱量 +oj=1 K1ij{Tgj+273)4 −(Tgi+2734}…他メツシユ炉温よりのふく射 +ok=1 K2ik{(Twk+273)4 −(Tgi+2734}…炉壁よりのふく射 +nl=1 K3il{(Tsl+273)4 −(Tgi+2734}…材料へのふく射 +C2(Twi−Tgi) +C3(Tsi−Tgi)…炉壁、材料への対流 −Qwi…スキツド冷却水損失 ……(1) ここでHgは燃料の単位流量当りの発熱量、Cpg
は排ガス比熱、Giは各メツシユの排ガス流量であ
り、K1ij、K2ik、K3ilはそれぞれふく射交換係数、
C1、C2、C3は定数である。また、nは炉長分割
数、mはスラブ本数である。
上記式(1)は、燃料流量wが与えられれば、炉壁
温度、スラブ温度を既知とすれば、次の様に変形
される。
dtgi/dt=oj=1 Aij(Tgj+273)4oK Bik・Tgk+ci(i=1…n) ……(2) これは、n元連立の非線形微分方程式である
が、1step前の炉内温度分布を出発値として、時
間に関して離散化し、ニユートン法等を様いて収
束させれば、簡単に新らしい炉内温度分布を計算
できる。
また、材料温度モデルは、良く知られている2
次元の熱伝導方程式より次の様に表わせる。
dTsl/dt=λs/cs・rs(d2Tsl/dx2+d2Tsl/dY2
……(3) 表面における境界条件は ここでXは材料厚み方向、Yは材料の巾方向を
表わし、d1、d2はそれぞれ材料厚み、材料巾を表
わす。また、cs、λs、rsはそれぞれ材料の比熱、
熱伝導率、比重であり、qsは材料の表面熱流束で
あり次式で表わせる。
qsoi=1 k3il{(Tgi+273)4 −(Tsl+273)4}+c3(Tsl−Tgl)……(5) 式(3)は式(4)の境界を用いれば、通常の差分手法
で解く事ができる。
炉壁温度モデルは第1図に示されている様に炉
長手方向分割毎のメツシユ内において、厚み方向
のみの1次元熱伝導方程式によつて、次の様に表
わせる。
dTw/dt=λw/cw・rw・d2Tw/dx2 ……(6) 炉内表面における境界条件は dTw/dx|x=0=1/λwoi=1 K2ij {(Tgi+273)4−(Tw+273)4} +c2(Tgi−Tw) ……(7) 炉外表面における境界条件は dTw/dx|x=d3=1/λw・HOUT・(Tw−Tair……(8
) ここで、xは炉壁厚み方向、d3は炉壁の厚み、
cw、rw、λwは炉壁の比熱、熱伝導率、比重を表
わしており、HOUTは外部熱伝導率、Tairは外部温
度を示している。式(6)も式(7)、式(8)の境界条件を
用いる事により通常の差分方程式で解く事が可能
となる。
なお、上記3つのモデルを組み合わせて使用す
る事により、燃料流量を与えれば、炉温、材料温
度、炉壁温度の現在値を初期値として炉温、材料
温度、炉壁温度、3者の将来温度が計算出来る。
次に燃料を最少とする材料の昇温曲線の決定方
法を第2図に基づき説明する。なお、1は昇温曲
線決定の第1step、2は同様の第2step、3は同様
の第3step、4は同様の第4step、5は炉温計算モ
デル、6は炉壁温度計算モデル、7は材料温度計
算モデル、8は材料通過位置炉温の計算、9は最
低温度、均熱度の計算、10は線形化係数の計
算、11は線形計画法(LP)の計算で、12は
材料の抽出されるまでの昇温曲線を決定する計算
である。なお、均熱度とは、1本の材料における
最高温度(スキツド間)と最低温度(スキツド
部)の温度差である。また、スキツドとは、加熱
炉におけるスラブ搬送に用いるビームで、このビ
ームの接触部をスキツド部、非接触部(スキツド
とスキツドの間)をスキツド間と言う。
まず、第1step1として、現在の流量WK 0でも
つて全材料が抽出されるまでの時間、3つのモデ
ル5,6,7を繰り返して使用する事により、各
材料抽出時の最低温度s 0、均熱度(最高温度一
最低温度)ΔTs 0および炉内計算ゾーン出側位置
での材料平均温度Tbi 0が計算できる。
次に、第2step2として、各燃料流量制御帯毎
に上記燃料流量をΔWk *だけ、step状に変化させ
る事によつて、前記第1step1と同様に各流量変
化時の各材料抽出時最低温度s K、均熱度ΔTs K
各ゾーン出側位置での材料平均温度Tb Kを計算す
ることができる。
次に第3step3として、以下の線形化係数の計
算10を実行する。第2step2の処置により、非
線形方程式の解である抽出時各材料最低温度、均
熱度、および各材料通過時の各計算ゾーンでの平
均温度は次の様に線形化する事ができる。
ss 0KMAXK=1 P1K・ΔWK ……(9) ΔTs=ΔTsKMAXK=1 P2K・ΔWK ……(10) Tbi=Tbi 0KMAXK=1 P3iK・ΔWK ……(11) ここで、KMAXは燃料流量制御帯の数であり、
P1K、P2K、P3iKは各々流量を変化さえた場合の線
形化係数であり、次で与えられる。
P1K=(TS K−TS 0)/ΔWK * ……(12) P2K=(ΔTS K−ΔTS 0)/ΔWK * ……(13) P3iK=(Tbi K−Tbi 0)/ΔWK * ……(14) また、各燃料流量はΔWKを各制御帯の変化量
とすると WK=WK 0+ΔWK と表わす事ができる。
昇温曲線を求めるうえでの制約条件は材料の治
金学的制約、および炉操業上の制約から次の様な
ものである。
SMINsSMAX ΔTSMIN≦ΔTs≦ΔTSMAX TbiMIN≦Tbi≦TbiMAX WKMIN≦WK≦WKMAX ……(15) ここで、添字MIN、MAXはそれぞれの下限値
および上限値を示している。また最適化の評価関
数は燃料最小化であり、また非定常操業時の影響
すなわち各帯在炉時間の延長を組込んで次のよう
になる。
Φ=KMAXK=1 wK・ΔtK ……(16) 式(15)の制約条件下での式(16)の最小化は
通常の線形計画法(LP)の計算(11)式を求め
ることが可能である。
上記解の流量が各材料の最適流量Wkpptであり、
第4stepとしてこの流量を基に線形計画法(LP)
の計算(11)に代入する事で抽出までの材料の昇
温曲線を計算する事ができる。
次にこの発明の一実施例に基づく加熱炉制御に
ついて第3図を参照して説明する。
第3図において、複数の制御帯に分割された加
熱炉101には燃焼用バーナ105、炉温検出器
104が配置されており、炉温設定手段106に
よつて設定された各制御帯毎の設定温度になるよ
う燃料流量制御器103によつて流量が制御され
ている。102は材料情報手段であり、炉内の材
料の寸法、重量、抽出温度、炉内搬送情報等の材
料情報を炉温設定手段106に指示する。
炉温設定手段106は、現状温度計算手段20
と昇温曲線決定手段21と設定炉温計算手段22
とからなつており、周期的に起動される。現状温
度計算手段20は材料情報を基にして炉温計算モ
デル5、炉壁温度計算モデル6、材料温度計算モ
デル7により、現在の材料温度を計算する。昇温
曲線決定手段21はこの発明の説明で述べた様に
各材料毎の昇温曲線を各々燃料最小化の下に決定
する。
設定炉温計算手段22は、各材料毎の目標昇温
曲録と現状温度とを比較して、各制御帯の炉温を
計算し、燃料流量制御器103に設定炉温を指示
する。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、炉温計
算手段、炉壁計算手段、材料温度計算手段の3つ
の非線形モデルを使用し、かつ非定常操業を考慮
した評価関数を設けて燃料最小化を行なうために
摂動法シミユレーシヨンを使用して昇温曲線を決
定するようにしているので、実現可能でかつ実際
の状態に即した材料の昇温曲線を決定するばかり
でなく、非定常操業時にも設定炉温が下がるよう
な昇温曲線を決定することが可能となる。このた
め、各材料の抽出温度を精度よく制御できかつ燃
料原単位を低減することができる等の効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は加熱炉の炉温計算ゾーン分割を示す概
略図、第2図は燃料を最少とする材料の昇温曲線
の決定方法を説明するための説明図、第3図はこ
の発明の一実施例を示す全体の構成図である。 5:炉温計算モデル、6:炉壁温度計算モデ
ル、7:材料温度計算モデル、20:現状温度計
算手段、21:昇温曲線計算手段、22:設定炉
温計算手段、101:加熱炉、103:燃料流量
制御器、104:炉温検出器、105:燃焼用バ
ーナ、106:炉温設定手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 複数の制御帯を有する連続式加熱炉の加熱制
    御において、燃料流量に基づき非定常熱バランス
    式により炉温の時間変化を計算する第1演算手
    段、炉温から炉壁内部温度の時間変化を計算する
    第2演算手段、炉温から材料内部温度の時間変化
    を計算する第3演算手段、上記第1、第2、第3
    の各演算手段を用い各制御帯の現状燃料流量での
    材料抽出時平均温度、均熱度、および材料通過時
    の各炉温をそれぞれ計算する第4演算手段、上記
    第1、第2、第3の各演算手段を用い各制御帯の
    燃料流量を現状流量からある一定値を変化させ、
    材料の抽出時最低温度、均熱度および各計算ゾー
    ンを通過する時の平均温度を計算し、これと第4
    演算手段の結果に基づき現状流量まわりでの線形
    化係数を計算する第5演算手段、上記係数を用い
    て炉操業上の制約条件下で材料が燃上がるのに必
    要な燃料を最小とし、かつ抽出休止(中断)の予
    定がある非定常操作時を考慮して最適化の評価関
    数に休止の影響を組み込み、最適燃料流量を計算
    する第6演算手段、この流量を基に材料の抽出さ
    れるまでの昇温曲線を決定する第7演算手段を有
    し、これらの演算手段により、加熱炉燃焼制御上
    必要な炉内の材料の目標昇温曲線を求めることを
    特徴とする加熱炉の材料昇温曲線決定方法。
JP26844385A 1985-11-27 1985-11-27 加熱炉の材料昇温曲線決定方法 Granted JPS62127422A (ja)

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