JPH05230526A - 連続加熱炉の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉全体としての最適炉温を迅速かつ的確に求
め、少ない燃料消費量で十分な加熱が行えるようにした
連続加熱炉の温度制御方法を確立する。 【構成】 複数の炉帯を有する連続加熱炉の操業におい
て所定周期でプラント実績や炉内各材料の加熱条件を基
に各炉帯の炉温設定を行う際、前記各炉帯の加熱制御範
囲内にある全ての被加熱材の滞留時間を基に算出した
“各被加熱材の平均温度及び均熱度を表す評価関数値の
時間推移についての予測結果”と“現在各炉帯に設定さ
れている炉温を現時点で微小量化させたときの各被加熱
材の平均温度及び均熱度の時間推移予測結果”とによっ
て、“現在及び将来の炉温より抽出時における各被加熱
材の平均温度及び均熱度を予測する簡易線形モデル式”
を作成し、それを使い制御評価関数の値を一番小さくす
る現在及び将来の炉温設定値を求めて炉温の設定を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続加熱炉の温度制
御方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】一般に、熱延前の鋼片等の加熱
には連続加熱炉が使用されており、この連続加熱炉を通
過する間に鋼片等は所定温度に均熱され、次工程に送ら
れる。例えば、図４はウォ−キングビ−ム式連続加熱炉
の概要模式図であって、この連続加熱炉１は可動炉床た
るウォ−キングビ−ム２の長手方向に複数の炉帯３，
３，…を配置して成り、ウォ−キングビ−ム２の両端部
に鋼片（被加熱材）４の装入口５及び抽出口６が付設さ
れたものである。上記連続加熱炉１において、装入口５
から装入された鋼片４，４，…は加熱されながらウォ−
キングビ−ム２により炉帯３，３，…を移送され、最終
的には所定の温度にまで加熱されて抽出口６から炉外に
抽出される。

【０００３】ただ、連続加熱炉においては、一般に“鋼
片４を所定温度に均熱すべく連続加熱炉１に投入される
熱量”のほぼ半分が損失熱になると言われている。それ
故、各鋼片４，４，…の抽出温度条件を満足させながら
熱効率を改善し、しかも燃料消費量の低減が図れるよう
に、従来から連続加熱炉に関する種々の温度制御法が提
案されてきた。

【０００４】例えば、特開平２−１５６０１７号公報に
は次のような連続加熱炉の温度制御方法が提案されてい
る。即ち、炉内各鋼片４の所定時間だけ将来の温度が
“鋼片別に求められている目標昇温曲線（装入から抽出
までの鋼片の温度推移目標曲線）上の値”を下回らない
ようにするだけの燃料流量を鋼片毎に求めておいて、第
ｉ帯の燃料流量設定値Ｆ_i (t) を「第ｊ鋼片の第ｉ帯に
対する重み」と「第ｊ鋼片が目標昇温曲線に沿って昇温
するように定めた第ｉ帯の燃料流量設定値」とに基づく
特定の式によって算出する方法であり、更に、制御精度
を上げるため、炉内又は装入予定の各鋼片４が抽出され
るまでの期間における加熱炉操業を、将来における時々
刻々の各帯の燃料流量設定値を前記と同様の方法で求め
ながらシミュレ−ションすることによって、材料の焼き
上げ品質の確保や省エネルギ−等の操業目標に従って設
定された所定の評価関数の値を求め、この値が小さくな
るように最急降下法等の非線形最適化手法を用いて目標
昇温曲線を定めるパラメ−タの値を修正しながら、上記
シミュレ−ションによる評価関数の値を最小とする各鋼
片別の最適な目標昇温曲線を最適化する手法も取り入れ
られている。

【０００５】また、これとは別に、以下のような方法も
知られている。連続加熱炉１内に装入される鋼片４の各
炉帯予測滞留時間及び各炉帯の炉温測定値により“連続
加熱炉１内に存在する鋼片４の現在平均温度”を算出し
（公知モデルによる）、これらの値に基づいて“鋼片４
の抽出時に各鋼片４が目標抽出温度を達成しかつ熱損失
が最小になる炉温設定値”を次のように求める方法であ
る。つまり、各燃焼帯の炉温を微小変動させて各燃焼帯
の炉温変更量が鋼片４の抽出温度に及ぼす割合（影響係
数）を算出すると共に、炉全体について重み付き平均を
とり、これを加味して炉温設定値として連続加熱炉１に
設定する。

【０００６】しかしながら、上述の如き従来の温度制御
方法により炉温設定値或いは燃料流量設定値を求めて連
続加熱炉の操業を行ったとしても、実際には図５或いは
図６に示すように部分的に極端な加熱不足材が発生する
のを如何ともし難かった。なお、図５及び図６は、目標
抽出温度をそれぞれ５０℃上昇又は下降変更した場合の
抽出温度の実測値を示すグラフであり、縦軸は抽出温度
を、横軸は鋼片の本数を示している。そして、図中の○
印は目標値を、×印は実測値をそれぞれ示す。

【０００７】つまり、図５は、７本目の鋼片から目標抽
出温度を１２００℃より１２５０℃に上昇変更した場合
の例を示しているが、７，８本目の鋼片に加熱不足が発
生している。また、図６は、６本目の鋼片から目標抽出
温度を１２５０℃より１２００℃に下降変更した場合の
例を示しているが、その前の４，５本目の鋼片に加熱不
足が発生している。

【０００８】これらの加熱不足材は、各鋼片毎に算出し
た炉温設定値或いは燃料流量設定値に何らかの平滑化を
行って加熱炉に設定する以上は不可避の問題であると考
えられた。そこで、この問題を解決すべく、本出願人は
既に、前記平滑化した炉温設定値を現在炉温と仮定して
鋼片の予想抽出温度を算出し、該予想抽出温度と目標抽
出温度とを比較して予想抽出温度が目標抽出温度の許容
下限値を下回る鋼片が検出された場合に、少なくとも許
容下限値に達するように前記炉温設定値を修正する手法
を提案している（特開平３−１３８３１９号）。

【０００９】しかし、このようにして求めた炉温設定値
は炉内全体としての最適炉温ではない。従って、更に燃
料消費量を少なくし、かつ上記加熱不足材を発生させな
い設定炉温或いは設定燃料流量が存在していることにな
る。しかるに、その値を求めることは炉全体の最適化を
意味し、従来の鋼片１本毎の最適化に比べて非常に多く
の演算時間を必要とするので、これを所定の制御周期の
内に行うことは極めて困難であった。

【００１０】このようなことから、本発明が目的とした
のは、連続加熱炉の温度制御に指摘されていた上述のよ
うな問題点を解消し、炉全体としての最適炉温を迅速か
つ的確に求め、少ない燃料消費量で抽出温度条件を十分
に満足させ得るようにした連続加熱炉の温度制御方法を
確立することであった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成すべくなされたものであり、「複数の炉帯を有する連
続加熱炉の操業において所定周期でプラント実績や炉内
各材料の加熱条件を基に各炉帯の炉温設定を行う際、 前
記各炉帯の加熱制御範囲内にある全ての被加熱材の滞留
時間を基に算出した“各被加熱材の平均温度及び均熱度
を表す評価関数値の時間推移についての予測結果”と
“現在各炉帯に設定されている炉温を現時点で微小量化
させたときの各被加熱材の平均温度及び均熱度の時間推
移予測結果”とによって、 “現在及び将来の炉温より抽
出時における各被加熱材の平均温度及び均熱度を予測す
る簡易線形モデル式”を作成し、 それを使い制御評価関
数の値を一番小さくする現在及び将来の炉温設定値を求
めて炉温の設定を行う点」に大きな特徴を有している。

【００１２】

【作用】即ち、上記本発明に係る連続加熱炉の温度制御
方法に従えば、次のような手順で炉温或いは燃料流量が
設定される。まず、被加熱材たる各鋼片等について、現
状炉温（燃料流量）にて今後も操業すると仮定した場合
の温度推移を求める。更に、各鋼片等について、各炉帯
の炉温（燃料流量）設定値を現時点で微小に変更したと
きの温度推移を求める。

【００１３】次いで、これらの結果を基に“現在及び将
来の炉温（燃料流量）設定値から炉内の各鋼片の抽出温
度を予測する簡易線形モデル”を求め、“非線形モデル
を適用する場合に必要であった非線形計画法”よりも高
速で求解できる線形計画法を用いて最適な現在及び将来
の炉温（燃料流量）設定値を求める。

【００１４】最後に、上記炉温（燃料流量）設定値のう
ちの“現在の炉温（燃料流量）設定値”を用いて炉温
（燃料流量）の設定を行う。これにより、従来技術にみ
られたような「各鋼片毎の最適炉温（燃料流量）設定値
を平滑化して最適性を崩すといった問題」を生じること
なく、連続加熱炉の的確な温度制御を行うことが可能と
なる。

【００１５】続いて、実施例を基にして本発明をより具
体的に説明する。

【実施例】図１は、本発明に係る“連続加熱炉の温度制
御手順例”を示したフロ−チャ−トである。なお、ここ
では「最適炉温設定値を求める例」を中心に説明する
が、最適燃料流量設定値についても同様に求め得ること
は言うまでもない。

【００１６】さて、図１のフロ−チャ−トに従えば、ま
ず現在及び将来の各炉帯における炉温設定値から炉内の
各鋼片の抽出温度を予測する線形モデルが、数１｛ (1)
式｝の如くに作成される〔ステップＳ₁ 〕。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、Ａ_ijk は以下のようにして求め
る。まず、各鋼片について、炉温を現在炉温のまま維持
すると仮定した場合の鋼片温度の時間推移を求め数２と
する〔ステップＳ₄ 〕。

【００１９】

【数２】

【００２０】引き続いて、各々の鋼片につき、各炉帯毎
に現時点で該炉帯の設定炉温を微小（ΔＴ_f ）だけ変化
させたときの鋼片温度の時間推移を求め、それと前記数
３との差を数４とする〔ステップＳ₅ 〕。

【００２１】

【数３】

【００２２】

【数４】

【００２３】このステップＳ₄ 及びステップＳ₅ の演算
例を示したのが図２である。この例では、装入時点で平
均温度が９００℃であった鋼片を加熱中であり、現時点
で炉温設定を変更せずに操業した場合には鋼片平均温度
が約１１５０℃で抽出され、現時点で第ｋ帯の炉温をΔ
Ｔ_f だけ変化させたときは約１２００℃で抽出されるこ
とが予想される。この際、数５はｉ≦０の時には０で、
１≦ｉ≦α_mの時には徐々に増加し、ｉ＞α_m 以降は一
定の値となる。

【００２４】

【数５】

【００２４】最後に、数６｛ (2)式｝の如くに係数行列
Ａ_ijk が求められる。なお、この式は第ｊ鋼片がα_jkΔ
ｔ時間後に第ｋ帯の入口に到達するとした時のもので、
α_j0は装入時刻となる〔ステップＳ₅ 〕。

【００２５】

【数６】

【００２６】上述のように線形モデルたる (1)式を作成
すると、非線形モデルでは計算時間の点で実用的ではな
かった炉全体としての最適化が公知の線形計画法等を用
いて高速で計算できようになり、従来法によるよりも燃
料消費量を節減でき、しかも加熱不足材の発生を殆ど生
じさせることのない将来炉温設定値が求められる〔ステ
ップＳ₂ 〕。

【００２７】その内の“現時点の最適設定炉温”を加熱
炉に設定する〔ステップＳ₃ 〕ことによって前記目的
（燃料消費量少なく、 かつ加熱不足材を発生させずに目
的とする温度に加熱すること）が達成される。

【００２８】なお、図３は、本発明法にてステップＳ₂
における条件を a) 設定炉温の平均値をなるべく小さくし、燃料消費量
を小さくする， b) 抽出時における鋼片温度平均値を所定の目標値より
高くする， という条件を設定した場合の“抽出温度のタイムチャ−
ト例”であり、鋼片のサイズ，材質，抽出温度等、その
他の条件は先に述べた図６の場合と同様である。この図
３からも、本発明法によると焼け不足を発生させること
がなく、かつ焼き過ぎによる燃料消費量増大を招くこと
も防止されることが確認できる。

【００２９】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、連続加熱炉操業での現在及び将来における“炉全体
としての炉温設定の最適化値”を現実的な計算期間で算
出して設定することができ、それにより各材料の抽出温
度を一段と高精度化できる上に燃料消費量も低減するこ
とが可能となり、更に、その際に設定する制約条件を従
来技術の場合に比べてより直接的に指定できるので制約
条件選定の自由度も高くなるなど、産業上非常に有用な
効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る連続加熱炉の温度制御法の手順を
示すフロ−チャ−トである。

【図２】本発明法の実施例に係わる説明図である。

【図３】本発明法例による抽出温度のタイムチャ−トで
ある。

【図４】ウォ−キングビ−ム連続式加熱炉の構成を表す
模式図である。

【図５】従来法による抽出温度のタイムチャ−ト例であ
る。

【図６】従来法による抽出温度タイムチャ−トの別例で
ある。

【符号の説明】

１ 連続加熱炉 ２ ウォ−キングビ−ム ３ 炉帯 ４ 鋼片（被加熱材） ５ 装入口 ６ 抽出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の炉帯を有する連続加熱炉の操業に
   おいて所定周期でプラント実績や炉内各材料の加熱条件
   を基に各炉帯の炉温設定を行うに際し、前記各炉帯の加
   熱制御範囲内にある全ての被加熱材の滞留時間を基に算
   出した“各被加熱材の平均温度及び均熱度を表す評価関
   数値の時間推移についての予測結果”と“現在各炉帯に
   設定されている炉温を現時点で微小量化させたときの各
   被加熱材の平均温度及び均熱度の時間推移予測結果”と
   によって、“現在及び将来の炉温より抽出時における各
   被加熱材の平均温度及び均熱度を予測する簡易線形モデ
   ル式”を作成し、それを使い制御評価関数の値を一番小
   さくする現在及び将来の炉温設定値を求めて炉温の設定
   を行うことを特徴とする、連続加熱炉の温度制御方法。