JPH06248362A - 連続式加熱炉の材料温度制御方法 - Google Patents
連続式加熱炉の材料温度制御方法Info
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- JPH06248362A JPH06248362A JP3967693A JP3967693A JPH06248362A JP H06248362 A JPH06248362 A JP H06248362A JP 3967693 A JP3967693 A JP 3967693A JP 3967693 A JP3967693 A JP 3967693A JP H06248362 A JPH06248362 A JP H06248362A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 連続式加熱炉の材料温度制御において、材料
内各部分の温度が、必要な材質を確保する目的で定めら
れる温度上限規制を満たすとともに、加熱炉の生産性を
阻害しないように制御する。 【構成】 連続式加熱炉の材料温度制御において、材料
内各部分の温度とその上限温度との時々刻々の温度差等
を用いて、材料温度の上限規制を満たすとともに、加熱
炉の生産性を不必要に阻害しないような、設定炉温の上
限値を制御周期ごとに求め、時々刻々変化させる。また
操作量が燃料流量の場合は、炉温予測モデルを用いて、
設定炉温の上限値を燃料流量の上限値に変換し、同様に
時々刻々変化させる。
内各部分の温度が、必要な材質を確保する目的で定めら
れる温度上限規制を満たすとともに、加熱炉の生産性を
阻害しないように制御する。 【構成】 連続式加熱炉の材料温度制御において、材料
内各部分の温度とその上限温度との時々刻々の温度差等
を用いて、材料温度の上限規制を満たすとともに、加熱
炉の生産性を不必要に阻害しないような、設定炉温の上
限値を制御周期ごとに求め、時々刻々変化させる。また
操作量が燃料流量の場合は、炉温予測モデルを用いて、
設定炉温の上限値を燃料流量の上限値に変換し、同様に
時々刻々変化させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、連続式加熱炉の材料温
度制御方法に関するものである。
度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５に、制御対象とする連続式加熱炉の
長手方向（材料の進行方向）断面と、長手方向の各種温
度分布の一例を示す。図において、加熱炉は炉尻帯から
均熱帯までの５帯に区切られていて、横軸は長手方向距
離であり、材料温度と抽出目標温度のグラフは、各位置
に存在する材料に関する値をつないだ曲線である。図の
ようなプラントを対象とした材料温度制御において、被
加熱材料の材料内平均温度の昇温の目標パターンを表わ
す目標昇温曲線を設け、材料内平均温度が該目標昇温曲
線に沿うように、燃料流量または炉内温度（炉温）を操
作量として制御する方式は、材料の昇温過程に関する品
質上の制約条件（熟熱時間など）が存在する場合に、制
約条件を考慮して目標昇温曲線を定めることにより、制
約条件を満たす制御を容易に行なうことができ、また、
昇温曲線が所定の評価関数に関して最適となるように目
標昇温曲線を定めることにより、最適制御を実現するこ
ともできるため、材料温度制御の有力な方式として、近
年いくつか提案されている。たとえば特開昭６１−１９
９０２０号公報に記述されている方式は、材料ごとの最
適昇温曲線を前もって何らかの方法で定め、炉内の各材
料に関してΔｔ時間後の温度が目標温度、すなわち該曲
線上の値となるように、燃料流量設定値を操作量として
制御する方式である。
長手方向（材料の進行方向）断面と、長手方向の各種温
度分布の一例を示す。図において、加熱炉は炉尻帯から
均熱帯までの５帯に区切られていて、横軸は長手方向距
離であり、材料温度と抽出目標温度のグラフは、各位置
に存在する材料に関する値をつないだ曲線である。図の
ようなプラントを対象とした材料温度制御において、被
加熱材料の材料内平均温度の昇温の目標パターンを表わ
す目標昇温曲線を設け、材料内平均温度が該目標昇温曲
線に沿うように、燃料流量または炉内温度（炉温）を操
作量として制御する方式は、材料の昇温過程に関する品
質上の制約条件（熟熱時間など）が存在する場合に、制
約条件を考慮して目標昇温曲線を定めることにより、制
約条件を満たす制御を容易に行なうことができ、また、
昇温曲線が所定の評価関数に関して最適となるように目
標昇温曲線を定めることにより、最適制御を実現するこ
ともできるため、材料温度制御の有力な方式として、近
年いくつか提案されている。たとえば特開昭６１−１９
９０２０号公報に記述されている方式は、材料ごとの最
適昇温曲線を前もって何らかの方法で定め、炉内の各材
料に関してΔｔ時間後の温度が目標温度、すなわち該曲
線上の値となるように、燃料流量設定値を操作量として
制御する方式である。
【０００３】また特開平２−１５６０１７号公報におい
ては、炉内の材料の昇温曲線が評価関数に関して最適と
なるように、目標昇温曲線をオンラインで所定の周期で
定め、また材料への伝熱を表わす解析モデルを用いて材
料内各部の温度を時々刻々推定計算するとともに、材料
内平均温度が所定時間（Ｎ3時間）後に目標昇温曲線上
の値に一致するように、燃料流量設定値を操作量として
制御する方式が記述されている。最適化対象とするパラ
メータは、炉内のいくつかの地点、あるいは区間におけ
る目標昇温速度であり、この値は同一の材料グル−プ内
では同じ値とする。ここで材料グル−プとは、炉内の位
置が連続する複数の材料に関して、各帯在帯時間，装入
温度，抽出目標温度などが似ている部分を１まとまりと
したものである。
ては、炉内の材料の昇温曲線が評価関数に関して最適と
なるように、目標昇温曲線をオンラインで所定の周期で
定め、また材料への伝熱を表わす解析モデルを用いて材
料内各部の温度を時々刻々推定計算するとともに、材料
内平均温度が所定時間（Ｎ3時間）後に目標昇温曲線上
の値に一致するように、燃料流量設定値を操作量として
制御する方式が記述されている。最適化対象とするパラ
メータは、炉内のいくつかの地点、あるいは区間におけ
る目標昇温速度であり、この値は同一の材料グル−プ内
では同じ値とする。ここで材料グル−プとは、炉内の位
置が連続する複数の材料に関して、各帯在帯時間，装入
温度，抽出目標温度などが似ている部分を１まとまりと
したものである。
【０００４】各材料の目標昇温曲線は、上記目標昇温速
度の他、材料ごとの装入温度，抽出目標温度、および、
品質確保のための熟熱時間などにより定められる。
度の他、材料ごとの装入温度，抽出目標温度、および、
品質確保のための熟熱時間などにより定められる。
【０００５】上記のようなグル−プ分けは、各帯在帯時
間，装入温度，抽出目標温度などの種々異なる材料の炉
内での混在へ対処するとともに、最適化対象パラメータ
の数をできるだけ減らして、オンラインでの最適化処理
を効率化するために行なわれる。グル−プ分けを細かく
すれば、最適化処理はよりきめ細かくなるが、処理に要
する時間は増大する。該公報における制御を説明する機
能ブロック図を図６に示す。
間，装入温度，抽出目標温度などの種々異なる材料の炉
内での混在へ対処するとともに、最適化対象パラメータ
の数をできるだけ減らして、オンラインでの最適化処理
を効率化するために行なわれる。グル−プ分けを細かく
すれば、最適化処理はよりきめ細かくなるが、処理に要
する時間は増大する。該公報における制御を説明する機
能ブロック図を図６に示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上に述べた従来技術
（特開昭６１−１９９０２０号公報，特開平２−１５６
０１７号公報）においては、材料の平均温度の昇温曲線
を定めるため、平均温度に関しては、所定の温度上限規
制または温度下限規制を満たすように制御することがで
きるが、昇温途中における材料内各部の温度（表面およ
び内部を含めた各部温度）の上限に関する制約条件につ
いては、ほとんど考慮されていない。
（特開昭６１−１９９０２０号公報，特開平２−１５６
０１７号公報）においては、材料の平均温度の昇温曲線
を定めるため、平均温度に関しては、所定の温度上限規
制または温度下限規制を満たすように制御することがで
きるが、昇温途中における材料内各部の温度（表面およ
び内部を含めた各部温度）の上限に関する制約条件につ
いては、ほとんど考慮されていない。
【０００７】したがって従来技術において、このような
上限温度に関する制約条件を満たすためには、設定炉温
の上限値を、材料温度の上限値に等しくせざるをえな
い。このため、材料温度がその上限値よりかなり低い場
合でも、炉温が材料温度上限値以下に抑えられ、加熱炉
の生産性の低下を招く。材料温度制御のための調整対象
（操作量）が設定炉温ではなく燃料流量設定値である場
合は、たとえば上記特開平２−１５６０１７号公報に記
載のような、燃料流量変化と炉温変化との動的関係を表
わす炉温予測モデルを用いて、設定炉温上限値から燃料
流量設定値の上限値を求め、制御に用いればよいが、こ
の場合も上と同様に、加熱炉の生産性低下の問題があ
る。
上限温度に関する制約条件を満たすためには、設定炉温
の上限値を、材料温度の上限値に等しくせざるをえな
い。このため、材料温度がその上限値よりかなり低い場
合でも、炉温が材料温度上限値以下に抑えられ、加熱炉
の生産性の低下を招く。材料温度制御のための調整対象
（操作量）が設定炉温ではなく燃料流量設定値である場
合は、たとえば上記特開平２−１５６０１７号公報に記
載のような、燃料流量変化と炉温変化との動的関係を表
わす炉温予測モデルを用いて、設定炉温上限値から燃料
流量設定値の上限値を求め、制御に用いればよいが、こ
の場合も上と同様に、加熱炉の生産性低下の問題があ
る。
【０００８】以上述べたように、従来の材料温度制御方
法においては、昇温途中における材料内最高温部の温度
や最低温部の温度などに関する制約条件については、何
も考慮されていない。
法においては、昇温途中における材料内最高温部の温度
や最低温部の温度などに関する制約条件については、何
も考慮されていない。
【０００９】
【課題を解決する手段】本願の第１番の発明は、連続式
加熱炉の材料温度制御において、操作量が各燃焼帯（燃
料投入が可能な帯）の設定炉温であって、また制御周期
ごとに、プラント実績（各帯炉温、燃料流量などの観測
値）、および被加熱材料に関するデータ（材料の厚み、
幅、長さ、炉内の位置、材質、装入温度実績値など）か
ら各材料の材料内各部（表面および内部のすべてを含
む）の温度を推定計算する場合において、制御周期ごと
にまた各燃焼帯（燃料投入が可能な帯）別に、当該帯お
よびその近傍に位置する各被加熱材料ｊの中で、材料内
各部に対する上限温度ＴSUjの定められている材料に関
して、現時刻ｔにおける材料内最高温部温度ＴSMj(t)と
その時間的変化量とを用いて、ＴSMj(t)の所定時間Ｌだ
け将来の値ＴSMj(t+L)と、ＴSMj(t+L)の上限温度ＴSUj
からの差ＴSU-Mj(t+L)（＝ＴSUj−ＴSMj(t+L)）とを予
測し、しかるのちに各材料に関して、温度差ＴSU-Mj(t+
L)の最小値ＴSU-Mj1(t+L)を求め、該最小値ＴSU-Mj1(t+
L)に基づいて、炉の長手方向の炉温分布を考慮しなが
ら、現時刻ｔにおける当該帯の設定炉温の上限値を求
め、ＴSU-Mj1(t+L)の増加／減少に応じて、該上限値を
時々刻々増加／減少させることを特徴とする。
加熱炉の材料温度制御において、操作量が各燃焼帯（燃
料投入が可能な帯）の設定炉温であって、また制御周期
ごとに、プラント実績（各帯炉温、燃料流量などの観測
値）、および被加熱材料に関するデータ（材料の厚み、
幅、長さ、炉内の位置、材質、装入温度実績値など）か
ら各材料の材料内各部（表面および内部のすべてを含
む）の温度を推定計算する場合において、制御周期ごと
にまた各燃焼帯（燃料投入が可能な帯）別に、当該帯お
よびその近傍に位置する各被加熱材料ｊの中で、材料内
各部に対する上限温度ＴSUjの定められている材料に関
して、現時刻ｔにおける材料内最高温部温度ＴSMj(t)と
その時間的変化量とを用いて、ＴSMj(t)の所定時間Ｌだ
け将来の値ＴSMj(t+L)と、ＴSMj(t+L)の上限温度ＴSUj
からの差ＴSU-Mj(t+L)（＝ＴSUj−ＴSMj(t+L)）とを予
測し、しかるのちに各材料に関して、温度差ＴSU-Mj(t+
L)の最小値ＴSU-Mj1(t+L)を求め、該最小値ＴSU-Mj1(t+
L)に基づいて、炉の長手方向の炉温分布を考慮しなが
ら、現時刻ｔにおける当該帯の設定炉温の上限値を求
め、ＴSU-Mj1(t+L)の増加／減少に応じて、該上限値を
時々刻々増加／減少させることを特徴とする。
【００１０】本願の第２番目の発明は、連続式加熱炉の
材料温度制御において、操作量が各燃焼帯（燃料投入が
可能な帯）の燃料流量設定値であって、また制御周期ご
とに、プラント実績（各帯炉温、燃料流量などの観測
値）、および被加熱材料に関するデータ（材料の厚み、
幅、長さ、炉内の位置、材質、装入温度実績値など）か
ら各材料の材料内各部の温度（表面および内部のすべて
を含む）を推定計算する場合において、現在以降の将来
の操作量（燃料流量等）の変化による各帯炉温の変化を
表わす炉温予測モデルを設け、制御周期ごとにまた各燃
焼帯（燃料投入が可能な帯）別に、当該帯およびその近
傍に位置する各被加熱材料ｊの中で、材料内各部に対す
る上限温度ＴSUjの定められている材料に関して、現時
刻ｔにおける材料内最高温部温度ＴSMj(t)とその時間的
変化量とを用いて、ＴSMj(t)の所定時間Ｌだけ将来の値
ＴSMj(t+L)と、ＴSMj(t+L)の上限温度ＴSUjからの差Ｔ
SU-Mj(t+L)（＝ＴS Uj−ＴSMj(t+L)）とを予測し、しか
るのちに各材料に関して、温度差ＴSU-Mj(t+L)の最小値
ＴSU-Mj1(t+L)を求め、該最小値ＴSU-Mj1(t+L)に基づい
て、炉の長手方向の炉温分布を考慮しながら、現時刻ｔ
における当該帯の設定炉温の上限値を求め、ＴSU-Mj1(t
+L)の増加／減少に応じて、該上限値を増加／減少さ
せ、つぎに将来炉温が該上限値以下となるように、上記
炉温予測モデルを用いて、燃料流量の設定上限値を時々
刻々変化させることを特徴とする。
材料温度制御において、操作量が各燃焼帯（燃料投入が
可能な帯）の燃料流量設定値であって、また制御周期ご
とに、プラント実績（各帯炉温、燃料流量などの観測
値）、および被加熱材料に関するデータ（材料の厚み、
幅、長さ、炉内の位置、材質、装入温度実績値など）か
ら各材料の材料内各部の温度（表面および内部のすべて
を含む）を推定計算する場合において、現在以降の将来
の操作量（燃料流量等）の変化による各帯炉温の変化を
表わす炉温予測モデルを設け、制御周期ごとにまた各燃
焼帯（燃料投入が可能な帯）別に、当該帯およびその近
傍に位置する各被加熱材料ｊの中で、材料内各部に対す
る上限温度ＴSUjの定められている材料に関して、現時
刻ｔにおける材料内最高温部温度ＴSMj(t)とその時間的
変化量とを用いて、ＴSMj(t)の所定時間Ｌだけ将来の値
ＴSMj(t+L)と、ＴSMj(t+L)の上限温度ＴSUjからの差Ｔ
SU-Mj(t+L)（＝ＴS Uj−ＴSMj(t+L)）とを予測し、しか
るのちに各材料に関して、温度差ＴSU-Mj(t+L)の最小値
ＴSU-Mj1(t+L)を求め、該最小値ＴSU-Mj1(t+L)に基づい
て、炉の長手方向の炉温分布を考慮しながら、現時刻ｔ
における当該帯の設定炉温の上限値を求め、ＴSU-Mj1(t
+L)の増加／減少に応じて、該上限値を増加／減少さ
せ、つぎに将来炉温が該上限値以下となるように、上記
炉温予測モデルを用いて、燃料流量の設定上限値を時々
刻々変化させることを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明を用いれば、材料の最高温部温度の将来
値を予測しながら、炉温の上限値を時々刻々適切なタイ
ミングで変化させることができ、これにより、被加熱材
料各部分の温度は、定められた上限値以内につねに抑え
られ、必要な材質が確保されるとともに、炉温の上限値
が不必要に低く抑えられることはなく、加熱炉の生産性
は阻害されない。
値を予測しながら、炉温の上限値を時々刻々適切なタイ
ミングで変化させることができ、これにより、被加熱材
料各部分の温度は、定められた上限値以内につねに抑え
られ、必要な材質が確保されるとともに、炉温の上限値
が不必要に低く抑えられることはなく、加熱炉の生産性
は阻害されない。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の原理を説明するフローチャ
ートであり、材料温度上限規制を満たすための、操作量
（設定炉温、または燃料流量）の上限値を、制御周期ご
とに計算する方法を表わしている。まず以下の説明にお
いて、ｉは帯の番号（抽出側よりｉ＝１、２、・・
・）、ｊは材料の番号（装入順に番号を付ける；ｊ＝
１、２、・・・）、ｔは現在時刻（離散時間制御におけ
る制御周期を単位とし、ｔ＝１、２、・・・）をそれぞ
れ表わすものとする。また炉内の被加熱材料の材料内各
部の温度は、特開平２−１５６０１７号公報の(5)式に
記載のような、材料表面および内部の伝熱を表わす公知
のモデル式により、制御周期ごとに計算されるものとす
る。
ートであり、材料温度上限規制を満たすための、操作量
（設定炉温、または燃料流量）の上限値を、制御周期ご
とに計算する方法を表わしている。まず以下の説明にお
いて、ｉは帯の番号（抽出側よりｉ＝１、２、・・
・）、ｊは材料の番号（装入順に番号を付ける；ｊ＝
１、２、・・・）、ｔは現在時刻（離散時間制御におけ
る制御周期を単位とし、ｔ＝１、２、・・・）をそれぞ
れ表わすものとする。また炉内の被加熱材料の材料内各
部の温度は、特開平２−１５６０１７号公報の(5)式に
記載のような、材料表面および内部の伝熱を表わす公知
のモデル式により、制御周期ごとに計算されるものとす
る。
【００１３】図１の処理の目的は、各燃焼帯別に、材料
内各部の温度に関してその上限値が満たされるように、
材料温度制御における操作量の上限値を求めることであ
る。このとき各帯で考慮対象とする材料は、図２に示す
ように、当該帯に加えて、その両側の隣接帯を所定距離
だけ含んだ範囲に存在する材料とする。各帯の抽出口や
装入口近くの炉温には、隣接帯の操作量も大きく影響す
るため、このように範囲を定めた。図１の最初の処理で
は、帯ｉにおいて考慮対象とする被加熱材料の中で、上
限温度が定められている各材料ｊに関して、材料内最高
温部温度ＴSMj(t)[°Ｃ]の所定時間Ｌだけ将来の値Ｔ
SMj(t+L)[°Ｃ]を、下式により予測する。
内各部の温度に関してその上限値が満たされるように、
材料温度制御における操作量の上限値を求めることであ
る。このとき各帯で考慮対象とする材料は、図２に示す
ように、当該帯に加えて、その両側の隣接帯を所定距離
だけ含んだ範囲に存在する材料とする。各帯の抽出口や
装入口近くの炉温には、隣接帯の操作量も大きく影響す
るため、このように範囲を定めた。図１の最初の処理で
は、帯ｉにおいて考慮対象とする被加熱材料の中で、上
限温度が定められている各材料ｊに関して、材料内最高
温部温度ＴSMj(t)[°Ｃ]の所定時間Ｌだけ将来の値Ｔ
SMj(t+L)[°Ｃ]を、下式により予測する。
【００１４】
【数１】
【００１５】ただし、 Ｌ：正整数（Ｌ＝１、２、・・・）、制御周期単位 ａM：正定数 [無次元]；０＜ａM＜１ であり、 通常、0.9などの、１に近い値に定める。
【００１６】つぎに各材料ｊに関して、ＴSMj(t+L)とそ
の材料に対する上限温度ＴSUj[°Ｃ]との差ＴSU-Mj(t+
L)（＝ＴSUj−ＴSMj(t+L)）[°Ｃ]が最も小さい材料ｊ
１を見いだす。材料ｊ１を以後、第ｉ帯の温度上限規制
材料と呼ぶ。
の材料に対する上限温度ＴSUj[°Ｃ]との差ＴSU-Mj(t+
L)（＝ＴSUj−ＴSMj(t+L)）[°Ｃ]が最も小さい材料ｊ
１を見いだす。材料ｊ１を以後、第ｉ帯の温度上限規制
材料と呼ぶ。
【００１７】つぎに材料ｊ１の最高温部温度予測値Ｔ
SMj1(t+L)[°Ｃ]の値を用いて、時刻(t+L)における、材
料ｊ１の将来位置での炉温の上限値ＴFU,j1(t+L)[°Ｃ]
を、下式により求める。
SMj1(t+L)[°Ｃ]の値を用いて、時刻(t+L)における、材
料ｊ１の将来位置での炉温の上限値ＴFU,j1(t+L)[°Ｃ]
を、下式により求める。
【００１８】 ＴFU,j1(t+L)＝ＴSUj1＋ａTFi・ＴSU-Mj1(t+L) [°Ｃ] ・・・(2) ここで、 ＴSU-Mj1(t+L)＝ＴSUj1−ＴSMj1(t+L) [°Ｃ] ・・・(3) ただし、 ＴSU-Mj1(t+L)：材料ｊ１の最高温部温度の、上限値か
らの温度差予測値[°Ｃ] ａTFi：炉温上限変化係数（帯別の正の定数）[無次元] ＴSU-Mj1(t+L)[°Ｃ]の正負の符号に応じて値を変化さ
せ、符号が負の場合は正の場合より値を小さくする。
らの温度差予測値[°Ｃ] ａTFi：炉温上限変化係数（帯別の正の定数）[無次元] ＴSU-Mj1(t+L)[°Ｃ]の正負の符号に応じて値を変化さ
せ、符号が負の場合は正の場合より値を小さくする。
【００１９】（温度差予測値ＴSU-Mj1(t+L)[°Ｃ]の値
の符号変化による、炉温上限値の変動、すなわち炉温変
動の防止のため。）図３は、将来炉温の上限値ＴFU,
j1(t+L)[°Ｃ]の算出過程における、各変数間の関係を
表わす。上の(2)式において炉温の上限値をＬだけ将来
の値として求める理由は、操作量（設定炉温または燃料
流量設定値）変化が実績炉温の変化として現れるまでの
間の、時間遅れを考慮して、早めに操作量削減などのア
クションをとるためである。もしＬが不適当に小さい値
のときは、操作量と実績炉温間のこの時間遅れにより、
炉温が一時的に上限値を超える可能性が生じる。Ｌの値
は、この時間遅れに等しいか少し大きめの値とすれば良
い。
の符号変化による、炉温上限値の変動、すなわち炉温変
動の防止のため。）図３は、将来炉温の上限値ＴFU,
j1(t+L)[°Ｃ]の算出過程における、各変数間の関係を
表わす。上の(2)式において炉温の上限値をＬだけ将来
の値として求める理由は、操作量（設定炉温または燃料
流量設定値）変化が実績炉温の変化として現れるまでの
間の、時間遅れを考慮して、早めに操作量削減などのア
クションをとるためである。もしＬが不適当に小さい値
のときは、操作量と実績炉温間のこの時間遅れにより、
炉温が一時的に上限値を超える可能性が生じる。Ｌの値
は、この時間遅れに等しいか少し大きめの値とすれば良
い。
【００２０】(2)式の処理により、材料ｊ１の最高温部
温度の上限温度からの温度差予測値ＴSU-Mj1(t+L)[°
Ｃ]が、大きな正の値の場合は、炉温上限値ＴFU,j1(t+
L)[°Ｃ]の値は材料温度の上限値ＴSUj1[°Ｃ]より大幅
に高い値となり、加熱炉の生産性を阻害しない。一方、
ＴSU-Mj1(t+L)[°Ｃ]が減少して０に近づくにつれて、
炉温上限値ＴFU,j1(t+L)[°Ｃ]の値はＴSUj1[°Ｃ]に近
づくことにより、材料温度上限規制が満たされる。
温度の上限温度からの温度差予測値ＴSU-Mj1(t+L)[°
Ｃ]が、大きな正の値の場合は、炉温上限値ＴFU,j1(t+
L)[°Ｃ]の値は材料温度の上限値ＴSUj1[°Ｃ]より大幅
に高い値となり、加熱炉の生産性を阻害しない。一方、
ＴSU-Mj1(t+L)[°Ｃ]が減少して０に近づくにつれて、
炉温上限値ＴFU,j1(t+L)[°Ｃ]の値はＴSUj1[°Ｃ]に近
づくことにより、材料温度上限規制が満たされる。
【００２１】つぎに第ｉ帯設定炉温の上限値ＴFUi(t)
[°Ｃ]を求める。ここで加熱炉内の実績炉温に関して
は、図５に示すように、炉の長手方向（材料の進行方
向）に温度分布が存在する。このとき各帯の設定炉温と
は、通常、帯の中央付近の所定位置の炉温（以後、帯の
代表炉温と呼ぶ）に対する設定値を意味する。したがっ
て、上述の上限値ＴFUi(t)[°Ｃ]は、第ｉ帯代表炉温の
上限値であり、次式で計算される。
[°Ｃ]を求める。ここで加熱炉内の実績炉温に関して
は、図５に示すように、炉の長手方向（材料の進行方
向）に温度分布が存在する。このとき各帯の設定炉温と
は、通常、帯の中央付近の所定位置の炉温（以後、帯の
代表炉温と呼ぶ）に対する設定値を意味する。したがっ
て、上述の上限値ＴFUi(t)[°Ｃ]は、第ｉ帯代表炉温の
上限値であり、次式で計算される。
【００２２】 ＴFUi(t)＝ＴFU、j1(t+L)＋ＴFi(t)−ＴF、j1(t/t+L) [°Ｃ] ・・・(4) ここで、 ＴFi(・)：第ｉ帯代表炉温（実績値または予測値） [°
Ｃ] ＴF、j1(t/t+L)：時刻(t+L)での材料j1の予想位置にお
ける炉温の、現時刻ｔにおける実績値 [°Ｃ] 材料温度制御において、設定炉温を操作量とする場合
は、(4)式で計算された炉温上限値ＴFUi(t)[°Ｃ]を超
えないように、時刻ｔにおける第ｉ帯の設定炉温Ｔ
FSi(t)[°Ｃ]を定める。このとき燃料流量設定値は、材
料温度制御系のマイナーループである炉温制御系におけ
る操作量であり、炉温が設定値に等しくなるように、た
とえば普遍的で公知のＰＩＤ（比例＋積分＋微分）制御
則により定められる。一方、特開平２−１５６０１７号
公報に記載の方法のように、燃料流量設定値を操作量と
する場合は、次式のような、公知の炉温予測モデルを用
いる。
Ｃ] ＴF、j1(t/t+L)：時刻(t+L)での材料j1の予想位置にお
ける炉温の、現時刻ｔにおける実績値 [°Ｃ] 材料温度制御において、設定炉温を操作量とする場合
は、(4)式で計算された炉温上限値ＴFUi(t)[°Ｃ]を超
えないように、時刻ｔにおける第ｉ帯の設定炉温Ｔ
FSi(t)[°Ｃ]を定める。このとき燃料流量設定値は、材
料温度制御系のマイナーループである炉温制御系におけ
る操作量であり、炉温が設定値に等しくなるように、た
とえば普遍的で公知のＰＩＤ（比例＋積分＋微分）制御
則により定められる。一方、特開平２−１５６０１７号
公報に記載の方法のように、燃料流量設定値を操作量と
する場合は、次式のような、公知の炉温予測モデルを用
いる。
【００２３】
【数５】
【００２４】ここで、 ΔＴFi(τ-1)＝ＴFi(τ)−ＴFi(τ-1) [°Ｃ]（代表炉温変化量） ・・・(6a) ΔＦi(τ-k)＝Ｆi(τ-k)−Ｆi(τ-k-1) [Nm3/h](燃料流量変化量) ・・・(6b) ただし、τ：時刻（制御周期単位；τ＝１、２、・・
・） ＴFi(・)：第ｉ帯代表炉温［実績値（τ≦ｔ）または予
測値（τ＞ｔ）］ [°Ｃ] Ｆi(・)：第ｉ帯燃料流量［実績値（τ≦ｔ）または予測
値（τ＞ｔ）］ [Nm3/h] ａFi：[無次元]、ｃFk,i[°Ｃ・h/Nm3]：モデル係数 （実操業データより、最小２乗法などを用いて実験的に
値を定める） mF：０または正の整数、 制御周期単位 注）[Nm3/h]：１ hour 当たりの流量の、０°Ｃ換算時
の体積[m3]。
・） ＴFi(・)：第ｉ帯代表炉温［実績値（τ≦ｔ）または予
測値（τ＞ｔ）］ [°Ｃ] Ｆi(・)：第ｉ帯燃料流量［実績値（τ≦ｔ）または予測
値（τ＞ｔ）］ [Nm3/h] ａFi：[無次元]、ｃFk,i[°Ｃ・h/Nm3]：モデル係数 （実操業データより、最小２乗法などを用いて実験的に
値を定める） mF：０または正の整数、 制御周期単位 注）[Nm3/h]：１ hour 当たりの流量の、０°Ｃ換算時
の体積[m3]。
【００２５】なお(5)式は、特開平２−１５６０１７号
公報に記載のモデル式である。(2)式により算出された
炉温上限値ＴFU,j1(t+L)[°Ｃ]が満たされるような、第
ｉ帯燃料流量設定値の、現在値からの変化量上限値ΔＦ
Ui(t) [Nm3/h]を与える式は、(5)式より導かれ、下の
ように与えられる。
公報に記載のモデル式である。(2)式により算出された
炉温上限値ＴFU,j1(t+L)[°Ｃ]が満たされるような、第
ｉ帯燃料流量設定値の、現在値からの変化量上限値ΔＦ
Ui(t) [Nm3/h]を与える式は、(5)式より導かれ、下の
ように与えられる。
【００２６】
【数７】
【００２７】注）(5)式から(7)式を導出するには、(5)
式のτに、t+1、t+2、・・・、t+L を代入して得られる
Ｌ個 の式から、ＴFi(t+1)、ＴFi(t+2)、・・・、ＴFi
(t+L-1)の（Ｌ−１）個の変数を消去すればよい。これ
により導出された式は、(7)式において、ＴFU,j1(・)，
ＴF、j1(・)をいずれもＴFi(・)に、またΔＦUi(・)をΔＦ
i(・)に、形式的に置き換えた式である。
式のτに、t+1、t+2、・・・、t+L を代入して得られる
Ｌ個 の式から、ＴFi(t+1)、ＴFi(t+2)、・・・、ＴFi
(t+L-1)の（Ｌ−１）個の変数を消去すればよい。これ
により導出された式は、(7)式において、ＴFU,j1(・)，
ＴF、j1(・)をいずれもＴFi(・)に、またΔＦUi(・)をΔＦ
i(・)に、形式的に置き換えた式である。
【００２８】以上の処理により、現時刻ｔにおける第ｉ
帯燃料流量設定値の上限値ＦUi(t)[Nm3/h]は、次式によ
り求められる。 ＦUi(t)＝Ｆi(t)＋ΔＦUi(t) [Nm3/h] ・・・(8) 第ｉ帯燃料流量設定値は、上限値ＦUi(t)[Nm3/h]を超え
ないように定める。このように操作量を燃料流量設定値
として、炉温変化モデルを用いて設定値を求める場合
は、操作量が設定炉温の場合より計算量は多いが、操作
量変更から炉温変化までの時間遅れは一般に小さく、よ
り速い制御が可能である。
帯燃料流量設定値の上限値ＦUi(t)[Nm3/h]は、次式によ
り求められる。 ＦUi(t)＝Ｆi(t)＋ΔＦUi(t) [Nm3/h] ・・・(8) 第ｉ帯燃料流量設定値は、上限値ＦUi(t)[Nm3/h]を超え
ないように定める。このように操作量を燃料流量設定値
として、炉温変化モデルを用いて設定値を求める場合
は、操作量が設定炉温の場合より計算量は多いが、操作
量変更から炉温変化までの時間遅れは一般に小さく、よ
り速い制御が可能である。
【００２９】以上、本発明の材料温度上限規制方法によ
り計算された、材料温度制御における操作量の上限値
は、たとえば図６に示すような材料温度制御システムに
おいて用いられる。
り計算された、材料温度制御における操作量の上限値
は、たとえば図６に示すような材料温度制御システムに
おいて用いられる。
【００３０】次に、本発明の実施例として、材料温度の
上限値が1250[°Ｃ]、抽出目標温度が1230[°Ｃ]に定め
られている材料ｊ１が、加熱炉に装入され、同時に材料
ｊ１は、その前後の数本の材料よりも抽出目標温度が高
く、材料温度制御においてネック材料（上下面の単位面
積当たり必要な入熱量が最も大きい材料）であり、また
加熱炉には高負荷操業（燃料流量、炉温をできるだけ高
くした、高生産性操業）が要請されている場合について
説明する。このとき材料温度制御においては、材料ｊ１
に関して、温度の上限値を守りながら、できるだけ早く
材料内平均温度を抽出目標温度まで昇温させることが必
要である。ここで、(1)〜(2)式におけるパラメータは以
下のように設定された。
上限値が1250[°Ｃ]、抽出目標温度が1230[°Ｃ]に定め
られている材料ｊ１が、加熱炉に装入され、同時に材料
ｊ１は、その前後の数本の材料よりも抽出目標温度が高
く、材料温度制御においてネック材料（上下面の単位面
積当たり必要な入熱量が最も大きい材料）であり、また
加熱炉には高負荷操業（燃料流量、炉温をできるだけ高
くした、高生産性操業）が要請されている場合について
説明する。このとき材料温度制御においては、材料ｊ１
に関して、温度の上限値を守りながら、できるだけ早く
材料内平均温度を抽出目標温度まで昇温させることが必
要である。ここで、(1)〜(2)式におけるパラメータは以
下のように設定された。
【００３１】制御周期：２[min]、 Ｌ＝２（＝４ [mi
n]）、 ａM＝0.9、 ａTFi ＝2.0 （ＴU-Mj1(t+L)＞０ のとき） 0.8 （ＴU-Mj1(t+L)≦０ のとき） また、炉の設備上の制約条件から定められる炉温上限値
は、1340[°Ｃ]と定められている。制御上は、この値
と、本発明の処理により算出される炉温上限値との小さ
い方が、制御における実際の炉温上限値として用いられ
る。
n]）、 ａM＝0.9、 ａTFi ＝2.0 （ＴU-Mj1(t+L)＞０ のとき） 0.8 （ＴU-Mj1(t+L)≦０ のとき） また、炉の設備上の制約条件から定められる炉温上限値
は、1340[°Ｃ]と定められている。制御上は、この値
と、本発明の処理により算出される炉温上限値との小さ
い方が、制御における実際の炉温上限値として用いられ
る。
【００３２】図４は、材料ｊ１装入時刻を０としたとき
の各時刻ｔ[min]における、材料ｊ１の材料内平均温度
ＴSAj1(t)[°Ｃ]、材料内最高温部温度（表面温度）Ｔ
SMj1(t)[°Ｃ]、材料ｊ１の位置における炉温ＴF,j1(t)
[°Ｃ]、同位置における炉温の上限値ＴFU,j1(t)[°Ｃ]
の値を、ｔを横軸として表わしたグラフであり、材料温
度上限規制を含んだ材料温度制御の結果を表わす。グラ
フの実線は、本発明を用いた場合を示し、破線は、従来
技術の１つとして、炉温上限値を単に材料上限値に等し
くした場合を示す。ここで材料ｊ１は、炉内をほぼ一定
の速度で、抽出側まで搬送された。
の各時刻ｔ[min]における、材料ｊ１の材料内平均温度
ＴSAj1(t)[°Ｃ]、材料内最高温部温度（表面温度）Ｔ
SMj1(t)[°Ｃ]、材料ｊ１の位置における炉温ＴF,j1(t)
[°Ｃ]、同位置における炉温の上限値ＴFU,j1(t)[°Ｃ]
の値を、ｔを横軸として表わしたグラフであり、材料温
度上限規制を含んだ材料温度制御の結果を表わす。グラ
フの実線は、本発明を用いた場合を示し、破線は、従来
技術の１つとして、炉温上限値を単に材料上限値に等し
くした場合を示す。ここで材料ｊ１は、炉内をほぼ一定
の速度で、抽出側まで搬送された。
【００３３】まず本発明における各温度の挙動を以下に
説明する。図からわかるようにｊ１の位置の炉温は、材
料ｊ１が炉の装入口近くに存在するときは低いが、その
後急速に上昇し、時刻ｔ1＝３０[min]において、ｊ１に
対する上限温度の1250[°Ｃ]を超えている。ただしこの
ときは、ｊ１の最高温部温度はまだ上限温度より150[°
Ｃ]以上低いため、材料温度上限規制のための炉温の上
限値は1500[°Ｃ]以上と、非常に高い。
説明する。図からわかるようにｊ１の位置の炉温は、材
料ｊ１が炉の装入口近くに存在するときは低いが、その
後急速に上昇し、時刻ｔ1＝３０[min]において、ｊ１に
対する上限温度の1250[°Ｃ]を超えている。ただしこの
ときは、ｊ１の最高温部温度はまだ上限温度より150[°
Ｃ]以上低いため、材料温度上限規制のための炉温の上
限値は1500[°Ｃ]以上と、非常に高い。
【００３４】しかしながらその後、ｊ１の最高温部温度
がその上限温度に近づくとともに、炉温の上限値は急速
に減少し、時刻ｔ2＝６０[min]以降は、材料ｊ１位置の
炉温を抑えるように働いている。時刻ｔ3＝８０[min]に
おいてｊ１の最高温部温度がその上限温度にほぼ一致す
るとともに、材料ｊ１位置の炉温、およびその上限値も
ｊ１の上限温度にほぼ等しくなっている。その後は、ｊ
１の最高温部温度はほぼ一定で推移するとともに、ｊ１
の平均温度はさらに上昇を続け、時刻ｔ4＝１２０[min]
において抽出目標温度に到達している。
がその上限温度に近づくとともに、炉温の上限値は急速
に減少し、時刻ｔ2＝６０[min]以降は、材料ｊ１位置の
炉温を抑えるように働いている。時刻ｔ3＝８０[min]に
おいてｊ１の最高温部温度がその上限温度にほぼ一致す
るとともに、材料ｊ１位置の炉温、およびその上限値も
ｊ１の上限温度にほぼ等しくなっている。その後は、ｊ
１の最高温部温度はほぼ一定で推移するとともに、ｊ１
の平均温度はさらに上昇を続け、時刻ｔ4＝１２０[min]
において抽出目標温度に到達している。
【００３５】一方従来技術の場合は、材料ｊ１位置の炉
温の上限値はつねに、ｊ１の最高温部温度に等しく設定
されるため、ｊ１位置の炉温も、時刻ｔ1以降はｊ１の
最高温部温度にほぼ等しい。このため従来技術において
は本発明に比べて、時刻ｔ1からｔ3の間は炉温が不必要
に低く抑えられ、その結果材料の昇温は遅れ、時刻ｔ4
＝１２０[min]においても材料ｊ１の材料内平均温度が
抽出目標温度に到達していない。すなわち従来技術にお
いては、材料温度上限規制を守ろうとすると、加熱炉の
生産性の低下を招く。
温の上限値はつねに、ｊ１の最高温部温度に等しく設定
されるため、ｊ１位置の炉温も、時刻ｔ1以降はｊ１の
最高温部温度にほぼ等しい。このため従来技術において
は本発明に比べて、時刻ｔ1からｔ3の間は炉温が不必要
に低く抑えられ、その結果材料の昇温は遅れ、時刻ｔ4
＝１２０[min]においても材料ｊ１の材料内平均温度が
抽出目標温度に到達していない。すなわち従来技術にお
いては、材料温度上限規制を守ろうとすると、加熱炉の
生産性の低下を招く。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、材料
の最高温部温度の将来値を予測しながら、炉温の上限値
を時々刻々適切なタイミングで変化させることにより、
被加熱材料各部分の温度は、定められた上限値以内につ
ねに抑えられ、必要な材質が確保されるとともに、炉温
の上限値を不必要に低く抑えることはなく、加熱炉の生
産性は阻害されない。
の最高温部温度の将来値を予測しながら、炉温の上限値
を時々刻々適切なタイミングで変化させることにより、
被加熱材料各部分の温度は、定められた上限値以内につ
ねに抑えられ、必要な材質が確保されるとともに、炉温
の上限値を不必要に低く抑えることはなく、加熱炉の生
産性は阻害されない。
【図１】 本発明の原理を表わすフローチャートであ
る。
る。
【図２】 本発明の一実施例での、各帯操作量上限値計
算における、計算対象材料の範囲を示すブロック図であ
る。
算における、計算対象材料の範囲を示すブロック図であ
る。
【図３】 本発明の一実施例での、材料将来位置での炉
温上限値算出過程における、各変数間の関係を示すグラ
フである。
温上限値算出過程における、各変数間の関係を示すグラ
フである。
【図４】 本発明の一実施例における、材料温度と炉温
の時間的推移を示すグラフである。
の時間的推移を示すグラフである。
【図５】 連続式加熱炉の長手方向断面と、長手方向温
度分布の関係を示すブロック図およびグラフである。
度分布の関係を示すブロック図およびグラフである。
【図６】 従来例および本発明の材料温度制御方法を適
用する、連続式加熱炉の温度制御システムの機能を示す
ブロック図である。
用する、連続式加熱炉の温度制御システムの機能を示す
ブロック図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 制御周期ごとに連続式加熱炉の各帯炉温
ならびに被加熱材料の寸法，材質および装入温度実績値
等に基づき連続式加熱炉内被加熱材料それぞれの温度を
推定計算し、算出した値に基づいて連続式加熱炉の各燃
焼帯の炉温を調整する連続式加熱炉の材料温度制御にお
いて、 制御周期ごとにまた各燃焼帯別に、当該帯およびその近
傍に位置する各被加熱材料の中で、材料内各部に対する
上限温度ＴSUjの定められている材料ｊに関して、現時
刻ｔにおける材料内最高温部温度ＴSMj(t)とその時間的
変化量とを用いて、ＴSMj(t)の所定時間Ｌだけ将来の値
ＴSMj(t+L)と、上限温度ＴSUjからのＴSMj(t+L)の差Ｔ
SU-Mj(t+L)とを予測し、しかるのちに各材料に関して、
温度差ＴSU-Mj(t+L)の最小値ＴSU-Mj1(t+L)を求め、該
最小値ＴSU-Mj1(t+L)に基づいて、炉の長手方向の炉温
分布を考慮しながら、現時刻ｔにおける当該帯の炉温上
限値を算出し、各燃焼帯の炉温を該算出した炉温上限値
以下に調整することを特徴とする、連続式加熱炉の材料
温度制御方法。 - 【請求項２】 制御周期ごとに連続式加熱炉の各帯炉温
ならびに被加熱材料の寸法，材質および装入温度実績値
等に基づき連続式加熱炉内被加熱材料それぞれの温度を
推定計算し、算出した値に基づいて連続式加熱炉の各燃
焼帯の炉温を調整する連続式加熱炉の材料温度制御にお
いて、 現在以降の将来の燃料流量の変化による各帯炉温の変化
を表わす炉温予測モデルを設け、制御周期ごとにまた各
燃焼帯別に、当該帯およびその近傍に位置する各被加熱
材料の中で、材料内各部に対する上限温度ＴSUjの定め
られている材料ｊに関して、現時刻ｔにおける材料内最
高温部温度ＴSMj(t)とその時間的変化量とを用いて、Ｔ
SMj(t)の所定時間Ｌだけ将来の値ＴSMj(t+L)と、上限温
度ＴSUjからのＴSMj(t+L)の差ＴSU-Mj(t+L)とを予測
し、しかるのちに各材料に関して、温度差ＴSU-Mj(t+L)
の最小値ＴSU-Mj1(t+L)を求め、該最小値ＴSU-Mj1(t+L)
に基づいて、炉の長手方向の炉温分布を考慮しながら、
現時刻ｔにおける当該帯の炉温の上限値を求め、将来炉
温が該上限値以下となるように、上記炉温予測モデルを
用いて、燃料流量の上限値を算出し、各燃焼帯の燃料流
量を該算出した上限値以下に調整することを特徴とす
る、連続式加熱炉の材料温度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3967693A JPH06248362A (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 連続式加熱炉の材料温度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3967693A JPH06248362A (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 連続式加熱炉の材料温度制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06248362A true JPH06248362A (ja) | 1994-09-06 |
Family
ID=12559707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3967693A Withdrawn JPH06248362A (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 連続式加熱炉の材料温度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06248362A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010275631A (ja) * | 2009-04-22 | 2010-12-09 | Nippon Steel Corp | 直火式ローラーハース型連続熱処理炉及びラジアントチューブ式ローラーハース型連続熱処理炉における厚鋼板の熱処理方法 |
| JP2012026011A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Nippon Steel Corp | 連続式熱処理炉の炉温決定方法 |
-
1993
- 1993-03-01 JP JP3967693A patent/JPH06248362A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010275631A (ja) * | 2009-04-22 | 2010-12-09 | Nippon Steel Corp | 直火式ローラーハース型連続熱処理炉及びラジアントチューブ式ローラーハース型連続熱処理炉における厚鋼板の熱処理方法 |
| JP2012026011A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Nippon Steel Corp | 連続式熱処理炉の炉温決定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |