JPH0488122A

JPH0488122A - 連続式加熱炉の温度制御方法

Info

Publication number: JPH0488122A
Application number: JP20224590A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Gomi; 五味　秀式; Yoshiyuki Furukawa; 嘉之古河; Kazuyuki Oda; 織田　和之
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1992-03-23
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JP2581832B2

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、連続式加熱炉の温度制御方法に関する。

〔従来技術〕

複数の連続する制御帯を有する連続加熱炉の温度制御に
おいては、従来より次のような技術力玉知られている。

各帯内の各スラブについて必要炉内温度を求め、該必要
炉内温度群のなかから各帯ごとに最も高い炉内温度を代
表炉内温度として温度制御する（特公昭５１−３０５２
６号公報）。

加熱炉においてスラブの抽出時の予測温度と目標抽出温
度との差を評価関数に含み、その評価関数を最小にする
設定炉内温度変更量を線形計画法で求める（特公昭６１
−２５７７１号公報）。

加熱炉においてスラブの予測温度と予め定めた昇温パタ
ーンとの偏差に応じて設定炉内温度を計算する（特公昭
４９−２９４０３号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、特公昭５１−３０５２６号公報は、加熱され難
いスラブのみを対象に加熱するため、他のスラブは焼は
過ぎとなり燃料消費量が多くなるため、オペレータ介入
量が多い。特公昭６］−２５７７１号公報は、実際に目
標抽出温度、目標抽出下限温度等の各スラブの製造条件
を満足し、しかも、省エネルギー操業を行なうためには
、評価関数に複数個のスラブを考慮し、目標抽出温度、
目標抽出下限温度、及び燃料消費量の評価値等の複数個
の条件を有する必要があり、該評価関数を制御周期（２
分）にて線形計画法で計算するには、膨大な計算量とな
るとともに、計算誤差等のために最適解が求められない
ことか発生するため、生産性阻害要因となる。また、線
形計画法では、最適解を求めるだめの条件設定に柔軟性
がなく、操業方針等の変化に対応出来ない。特公昭４９
−２９４０３号公報の場合。

炉内温度に対するスラブ温度の応答が緩慢でおるため、
偏差を検知してから温度制御しても遅すぎる。

本発明は、上記のような従来の課題を改善することを目
的とする。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、
複数の連続する制御帯を有する連続加熱炉の温度制御方
法において：順次に装入及び抽出される全てのスラブの
抽出時における目標抽出温度、および目標抽出下限温度
を満足して、なおかっ、燃料消費量を最適にして省エネ
ルギーを図るだめの各制御帯の最適設定炉内温度を求め
るに際して、順次に装入及び抽出される全てのスラブに
対して抽出時の目標抽出温度、目標抽出下限温度。

および燃料消費量の評価値を炉内温度変更量で表わした
評価間数を用い、該評価関数について炉内温度変更量で
偏微分を行ない零として炉内温度変更量を求め、該評価
関数を最小にする最適設定炉内温度変更量を求める、こ
とを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、評価関数を最小にする最適設定炉内温
度変更量を求める際に、結果を収束させるための繰り返
し計算が不要であり、一意的に結果が得られるので、計
算量が従来に比べて大幅に低減され、計算機の負荷が低
減される。また、評価関数の重み関数を各スラブ条件及
び各制御帯別の炉内温度変更量に対して調整及び決定す
ることができ、事前に調整及び決定しておくことにより
、オンラインにてダイナミックに変更することができる
。これにより例えば、高品質化、省エネルギ化等の操業
変化に対応して加熱炉の最適操業が可能になる。

本発明の好ましい態様においては、順次装入及び抽出さ
れる全てのスラブについて、現在時刻から抽出時刻まで
の制御周期毎（例えば２分間隔）の前記最適設定炉内温
度を予測する。これにより、熱片材と冷片材および高温
抽出材と低温抽出材などのように大幅に条件の異なる操
業に対応することができる。

また好ましい態様においては、評価関数のスラプ昇温影
響係数を、ＡＲＭＡモデル式の係数の積。

算により求める。これにより、スラブ昇温影響係数を簡
単に求めることができ、計算機で処理を行なう上で非常
に効果的に発明を実施しうる。

また本発明によれば、順次装入、抽出される全てのスラ
ブと複数個の評価値が設定可能なため、各種操業条件お
よび各スラブ条件においても加熱炉最適操業ができ、な
おかっ、該評価関数の重み関数を各スラブ毎、および各
制御帯毎に任意に選択することにより、たとえば、品質
指向・省エネルギー指向等の操業変化に対応した加熱炉
最適操業ができる。また、最適設定炉内温度変更量を繰
り返し収束計算をせず一意的に求めることができるため
、制御周期の細分化および計算機負荷低減が図れる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を詳細１こ説明する。ここでは
、最適炉内温度変更量を求める評価関数Ｊを、次式のよ
うに抽出温度・抽出下限温度、及よび燃料流量消費量を
評価値とした２次形式とする。

評価関数Ｊ Σｒ・　（抽出温度・抽出下限温度評価値）２＋Σｑ・
　（燃料流量消費量評価値）２＝（Ａ・Δｕ−Ｂ）”Ｒ
（Ａ・Δｕ−Ｂ）−ＰＴ（Ａ・Δｕ−Ｂ）十ΔｕＴ□Δ
ｕ＋Ｗ”Δｕ・・・・（１）ここで、Ａ　　スラブ昇温影響係数（拘束条件行列）　　　　（
ｍＸｎ）Δｕ：　：最適炉内温度変更量　　　　　　　
　　　（ｎＸｌ）Ａ・Δｕ：゛スラブ抽出温度変化量　
　　　　　　　　（ｍＸｌ）Ｂニスラブ抽出温度必要変
更量（拘束条件ベクトル）（ｍＸｌ）Ｒ重み関数　　　
　　　　　　　　　　　　（ｍＸｍ）Ｑ　　重み関数　
　　　　　　　　　　　　　　（ｎＸｎ）Ｐ　　重み関
数（非負ベクトル）　　　　　　　　　　（ｍＸりＷ　
　゛重み関数（非負ベクトル）　　　　　　　　　　（
ｎＸｌ）ｍ　　　２×　（スラブ本数）ｎ　　予測時間（分）／制御周期（分）×制御帯数であ
る。

この実施例では、最適炉内温度変更量を求めるために、
上記評価関数Ｊか最小値になる点を求める。即ち、評価
関数ＪをΔｕ：にて偏微分し、その結果がＯとなる点が
評価関数Ｊの最小点であり、最適炉内温度変更量の計算
式は式の第（２）式のようになる。

Δｕ”＝（Ａ”ＲＡ＋Ｑ）−’（Ａ”ＲＢ−Ｗ／２＋Ａ
”Ｐ／２）・・・・（２）第（２）式により、結果の収束のための繰り返し計算を
必要とすることなく、最適設定炉内温度変更量（Δｕ　
ｔ）を一意的に求めることができ、なおかつ、該評価関
数の重み関数を各スラブ毎および各制御帯毎に任意に選
択することにより、たとえば、後述するように品質指向
・省エネルギー指向等の操業変化に対応した加熱炉最適
操業ができる。

ここで、上記評価関数を構成する拘束条件について説明
する。まず、スラブ昇温影響係数（Ａ）の考え方につい
て説明する。ある制御帯の制御周期（Δｔ）において、
炉内温度をΔｕ：変更した時の該制御帯出側のスラブ温
度の変化量（Δ丁）は次の第（３）式のように表現でき
る。

Ａ　Ｔ＝　ａ　Ｔ／　ａ　ｕ　　　　　　　　　　　−
（３）よって、各制御帯の炉内温度変更量を、Δを刻み
で現時刻ｔ。からｔ、、までに拡張して上式を考えると
、スラブの抽出温度変更量は次の第（４）式のようにな
る。

ΔＴｋ　（ｔ、、、　ｘ）　＝一０ａｕ１　（１・Δｔ）一８ａ＋ｇ（１・Δｔ）一６ａＵ３（］・Δｔ）・・・（４）ここで、 ΔＴｋ（＋、、、　ｘ）スラブ厚み方向のＸポイント抽
出温度変化量Δｕ　ｌ　＋　Δｕ２＋　　Δｕ３　各制
御帯の炉内温度変更量（ｅｘ予熱帯、加熱帯、均熱帯）１１＋１２＋ｔ３各制御帯の残り在帯時間（ｅｘ予熱帯
、加熱帯、均熱帯）ｋ′スラブ番号である。

ここでは、抽出温度・抽出下限温度を以下のように定義
する。

抽出温度＝Ｔ　（ｔ、、、、０）抽出下限温度＝Ｔ（ｔゎ、、、１）Ｔ　（ｔ、、、、０）：全断面平均温度Ｔ　（ｔ、、、
、１）：オンスキッド部断面平均温度この定義に従って
、第（４）式をもとにスラブ昇温影響係数（Ａ）を求め
ると第３図のようになる。

ここで、偏微分項は次の第（５）式のようなＡＲＭＡモ
デル式の係数（ａ、ｂ）より第（６）式のように簡単に
求めることができ、計算機にて処理をする上で非常に有
効である。

Ｔｎ−ΣａＩ−Ｔ、、、、Ｉ＋ΣｂＩ−ｕｏ−、・・・
（５）但し、ｎ　現在時刻　　Ｊ　時刻Ｔ　スラブ温度　Ｕ゛炉内温度ここで、１、−］　　・　Δ　ｔ Δ　ｔｋニスラブ番号ｌ二手熱帯（＝１）、加熱帯（＝２）、均熱帯（・３）
である。

次に、スラブ抽出温度必要変更量方について以下に説明する。

（Ｂ）の考え θｕ１（１・Δ＋）　　　　　　　ａＵ、（］・Δｔ）
・・・（６）ここで、Ｔｉ　（ｔ。。、、０）：Ｓｉスラブの抽出時全断面平
均温度Ｔｉ　（ｔ、。ｌ＋　　１）　　：Ｓｉスラブの
抽出時オンスキッド部断面平均温度である。

以上のように、拘束条件（Ａ、Ｂ）を求めることにより
第（２）式を解くことができるが、本発明の特徴の１つ
である重み係数による操業変化への対応例を以下に示す
。

たとえば、スラブ条件が抽出下限温度規制材の時など、
上記の重みを変更することにより、該スラブを優先にし
た最適操業が可能である。

る。

たとえば、省エネルギーに優れた後段負荷操業等も、上
記の重みを変更することにより可能である。

ここでは、重みＲとＰの関係を次式とし、係数Ｋｌ（Ｉ
Ｘｍ）によりＰを決定する。

Ｐ＝に、・ＲＫ、を大きくすると抽出温度、抽出下限温度に対して安
全サイドとなり、Ｋ１を小さくすると抽出温度、抽出下
限温度に対して最適方向な操業となる。

また、重みＱとＷの関係を次式とし、係数に２（ｌＸｎ
）により重みＷを決定する。

Ｗ−に２・Ｑに２を大きくすると設定炉内温度を積極的に下げて、Ｋ
２を小さくすると設定炉内温度を一定に保とうとする操
業となる。

以上に示した制御方法を用いて評価関数の重みを変更し
た例を第１図と第２図に示す。

第１図に示した例は、重みを安全方向での焼き上げ設定
にしたものであり、図から明らかなように、目標温度を
すべて満足している。第２図に示した例は、重みを省エ
ネルギー指向での焼き上げ設定にしたものであり、図か
ら明らかなように、目標温度に対して良好に追従してい
ることが分かる。燃料原単位は、かなりこまめにオペレ
ータが介入したとき以上の結果が得られた。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、複数個のスラブに
対して抽出時の目標抽出温度・目標抽出下限温度、およ
び燃料消費量の評価値を含む評価係数を用いて、重み関
数を各スラブ毎、および各制御帯毎に任意に選択できる
ため、品質指向・省エネルギー指向等の操業変化に対応
した加熱炉最適操業が可能となり、オペレータ介入頻度
減少および燃料原単位低減が図れる。

また、最適設定炉内温度変更量を求めるための評価関数
を最小にする計算において、収束のための繰り返し計算
が不要であり、一意的に結果を求めることができるため
、計算量を従来の諸方法に比べて著しく減少させ、計算
機負荷の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例における抽出温
度特性を示すグラフ、第３図は第（４）式から求められ
た各スラブ昇温影響係数（Ａ）の集合を示すマツプであ
る。予熱帯スラブ番号

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の連続する制御帯を有する連続加熱炉の温度
制御方法において、順次に装入及び抽出される全てのスラブの抽出時におけ
る目標抽出温度、および目標抽出下限温度を満足して、
なおかつ、燃料消費量を最適にして省エネルギーを図る
ための各制御帯の最適設定炉内温度を求めるに際して、
順次に装入及び抽出される全てのスラブに対して抽出時
の目標抽出温度、目標抽出下限温度、および燃料消費量
の評価値を炉内温度変更量で表わした評価関数を用い、
該評価関数について炉内温度変更量で偏微分を行ない零
として炉内温度変更量を求め、該評価関数を最小にする
最適設定炉内温度変更量を求める、ことを特徴とする連
続式加熱炉の温度制御方法。
（２）順次装入及び抽出される全てのスラブについて、
現在時刻から抽出時刻まで、制御周期毎の前記最適設定
炉内温度を予測する、前記請求項１記載の連続式加熱炉
の温度制御方法。
（３）前記評価関数を次に示す評価関数Ｊとし、それの
スラブ昇温影響係数（拘束条件行列Ａ）を、ＡＲＭＡモ
デル式の係数の積算により求める、前記請求項１記載の
連続式加熱炉の温度制御方法。評価関数Ｊ＝Σｒ・（抽出温度・抽出下限温度評価値）
＾２＋Σｑ・（燃料流量消費量評価値）＾２＝（Ａ・Δ
ｕ−Ｂ）＾ＴＲ（Ａ・Δｕ−Ｂ）−Ｐ＾Ｔ（Ａ・Δｕ−
Ｂ）＋Δｕ＾ＴＱΔｕ＋Ｗ＾ＴΔｕ但し、Ａ：スラブ昇温影響係数（拘束条件行列）（ｍ×ｎ） Δｕ：最適炉内温度変更量（ｎ×ｌ）Ａ・Δｕ：スラブ抽出温度変化量（ｍ×ｌ）Ｂ：スラブ抽出温度必要変更量（拘束条件ベクトル）（
ｍ×ｌ）Ｒ：重み関数（ｍ×ｍ）Ｑ：重み関数（ｎ×ｎ）Ｐ：重み関数（非負ベクトル）（ｍ×ｌ）Ｗ：重み関数（非負ベクトル）（ｎ×ｌ）ｍ：２×（スラブ本数）ｎ：予測時間（分）／制御周期（分）×制御帯数である
。