JPS584412A - 連続加熱炉の制御方法 - 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】 本発明は連続加熱炉の制御方法に係９、特に被加熱鋼材
を熱間圧延に最も適した温度に加熱制御することのでき
る連続加熱炉の制御方法に関する。

一般に、多帯式連続加熱炉の操業における各燃焼帯の炉
温制御において最も注目すべき点は、在炉鋼材の寸法、
重量、移動速度（抽出ピッチ）が一定でなく、′シか４
装入銀度や目標とする加熱温度も同じとは限らないとい
う非定常性にある。したがって、省エネルギ上、また鋼
材の品質上最適な加熱条件を満足する操業を行うために
は、この非定常性を定量化し、かつその変動を常時認識
あるいは予測することが必要であシ、それによシ各燃焼
帯の炉温もしくは燃料投入量を制御する方法が望ましい
。

これに対し、従来性われている一般的方法は、炉内での
鋼材の伝熱計算をもとに伝熱計算モデル式を定め、在炉
する鋼材毎に、現時点における温度を計算し、これと夫
々の残シの在炉時間とから鋼材毎の目標とする抽出温度
なる最小熱量原単位Ｏヒートパターンを決定し、これに
合せて各燃焼帯の炉温もしくは燃料投入量を決定するも
のである。

ところが、斯かる方法では、前述の非定常性から、尚該
燃焼帯０加熱負荷の変動すなわち鋼材を所望通り加熱す
るに要する供給熱量の変動が的確に捉えられているｔの
ではなく、またモデル式の伝熱係数精度、信頼性が充分
でないという指摘があることによシ、非定常状態に適合
した制御方法とはいえないものである。しかも、鋼材の
寸法、装入温度、目標抽出温度、在炉時間などが鋼材毎
に異なっていることを考慮すれば、通常、炉長方向に３
〜４の燃焼ゾーンしか持たない連続加熱炉Ｋｊ＋−いて
は、鋼材一枚一枚を予定のスケジュール通シ全てＩＩＡ
奥に目標とする温度で抽出することは不可能である。

これを実現させる方案としては、鋼材の抽出スケジュー
ルを炉の制御性に追従することができるまで充分低ピツ
チ抽出に落とすか、あるいは、炉を改造して燃焼ゾーン
を炉長方向に細分化し、きめ細く操業を行うことなどが
考えられる。

しかしながら、前者の場合は連続加熱炉の最大特性であ
る高生産性が失われ、圧延機能力との同期が果せず不適
となる欠点がある。また、後者の場合においても、設備
の大規模化に加えて操炉が複雑、困難になるため実現性
に乏しい。

このように、従来、連続加熱炉の制御方法として多くの
提案がなされているが、未だ完全に確立された技術には
至っておらず、鋼材の抽出結果は目標に約しある程度の
ばらつきは避けられず、その結果、品質、歩留シの向上
、省エネルギ効果は期待できないものであった。したが
って、従来、鋼材抽出温度のばらつきをいかに小さくシ
、かつ省エネルギ、高生産性を保持するかが問題となっ
ている。この点について、各燃焼帯に位置する鋼材のう
ち、どの鋼材に着目するか−に深く関係するものである
が、近年種々提案されている連続加熱炉の制御方法では
、充分評価、検討されていないとζろである。

本発明は上記問題点に着目し、連続加熱炉の有する非定
常性という観点から、制御対象とする燃焼帯の対象鋼材
（群）を明確にするとともに、その非定常性を定量化し
て尚該燃焼帯の炉温制御をなし、最適加熱条件を満足す
る操業を行うことを可能ＫＬ、もって省エネルギ上およ
び品質上最適な加熱条件に制御する連続加熱炉の制御方
法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る連続加熱炉の
制御方法は、各燃焼帯毎にこの入口付近に位置する大単
位の鋼材群と、それらよシ鋼材進行方向前方にあって尚
該燃焼帯の最も熱的影響度の高い位置の小単位の鋼材群
とに着目し、前記大単位鋼材群についてその過去の抽出
実績および今後の抽出予−ｊから得られる炉内鋼材移動
速度から求められる鋼材負荷値と、嶺ム燃焼帯入ロ時に
おける鋼材平均温度の代表値として得られる熱履歴値と
、＾該燃焼帯出口における鋼材目標温度の代表値として
得られる出側目挿値とから、それらの関数値として求め
られる要求炉温を算出し、前記小単位銅材群について現
在までの與績経適時間および実績炉温と、尚該燃焼帯出
口までの予ｌｉｔ残シ滞留時間と、その出口時の目標加
熱Ｉｉ度とから、鋼材毎の残りの滞留時必要炉温の代表
値としての要求炉温を算出し、これら大単位および小単
位鋼材群のＦ＋］１ｇ！求炉温の加重平均値を尚該燃焼
帯の炉温として設定制御するように構成り、、！ｅｊ鋏
燃焼帯にかかつている要求加熱レベルを的確に捉え、両
鋼材群が要求する炉温を複合制御するように、亀って目
標に対するばらつきを小さくシ、高品質、省エネルギ化
を園るようにした。

以下に本発明の実施例を６帯式連続加熱炉を例として詳
細に説明する。

第１図に示されるように、６帯式加熱炉ｌは装入口２か
ら抽出口３に至る炉長方向に沿って、上下予熱帯４．５
と、上下加熱帯６．７および上下均熱帯８．９を備えて
いる。被加熱対象である両割１０ａ、装入口２から順次
装入され、抽出口３の方向へ加熱されながら移動し、抽
出口３にて後の熱間圧嬌に最適なａ度まで昇温させられ
て取り出されるものである。仁の際、抽出口３における
最終的な出側目標値に合致させるべく、鋼材１０に対す
る加熱条件を各燃焼帯４〜９で制御する必要がある。

今、制御対象とする燃焼帯として上部加熱帯６を考え、
以下ζ０燃焼帯の炉温を制御する方法を例にとって第２
−に基づき説明する。

この上部加熱帯（以下燃焼帯とい５）６の炉温を制御す
るに際して考慮しなければならないの祉、現在この燃焼
帯６に在炉している鋼材１０に対する加熱条件と、将来
投入される鋼材ｌＯに対して必要な加熱条件である。こ
れは当該燃焼帯６における現在の要求加熱レベルと、将
来の要求加熱レベルとを適格に捉えておかなければ、最
適な加熱条件に制御できないからである。

そζで、仁の燃焼帯６に！！−求される加熱レベルを捉
えて炉温制御するＩＩｃＭ！Ａシ、当該燃焼帯６のバー
ナ１１により形成される火炎位置あるいは炉温検出端１
２の位置に対応する比較的小単位の鋼材群１４と、壱該
燃焼帯６の入口付近に位置す石比教的大単位の鋼材群１
３とに着目するものである。

すなわち、前述の如く、連続加熱炉１の非定常性および
燃焼制御ゾーンが炉長方向に３〜４ゾーンしかないこと
からすれば、ある燃焼帯の炉温を制御しようとするとき
、制御対象とする鋼材は、そのゾーン内に位置するうち
の最４加熱条件の厳しいもの一枚と考えることもできる
し、ある程度枚数を集めた鋼材群として捉えること４可
能である。

ま九、制御ｉｌ］灼象たる燃焼帯の将来の加熱条件が賓
動する要因は、当該燃焼帯の入口付近に゛位置する鋼材
に存する。このようなことから、本爽施例では、第２図
に示すように、当該燃焼帯６に位置する鋼材１０のうち
、燃焼帯入口付近にある比較的大単位の鋼材群１３（こ
れをＡ鋼材群と称する）と、炉温検出端１２あるい祉バ
ーナＩＩＣ）位置を考慮し、最も操炉影蕃すなわち熱的
影畳度の大きい位置にある比較的小単位の鋼材群１４（
これをＢ鋼材群と称する）とに着目するものとした。こ
れは、要求加熱レベルの変動を燃焼帯の炉温に反映させ
るためＡ鋼材については大単位でよく、他方、焼上げ程
度の最終チェックをなすためＫはＢ鋼材を小単位とする
必要があるからである。特に本爽施例では人鋼材群を３
枚、Ｂ鋼材群を１枚としているが、両鋼材群の大きさ、
炉内位置については各燃焼帯毎に異なってよく、実炉に
て実験的に充分検証した上で最適なものとすることが望
ましい。

このように選定され九着目鋼材群では、それぞれ要求さ
れる条件が異なるため、必要な設定炉温も異なる。そζ
で、まず、Ａ鋼材群に着目し、この人鋼材群に対する設
定条件を求める。設定条件は、当該燃焼帯６に投入され
る鋼材群の大きさや抽出ピッチあるいは目標温度などに
よシ変動する非定常性であることから、これを定量化す
る手段として、「鋼材負荷値」、ｒ声履歴値」、「出側
目標値」の要因に分別して求め木ものである。

まず、人鋼材群の銅材負荷値ＭＡは、鋼材の寸法、重量
および移動速度に関するものであり、次式にて表現でき
る。

ＭＡ＝υ、ＸΣＷム／ΣｐＬ、、、、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、、、、、、、、、　　（１）Ｌ　
　　　　　Ｌ ここでＭ＾は人鋼材群の鋼材負荷値（ｔｍ／Ｈ，）、ν
ｔは現在時刻ｌにおけるＡ鋼材群の移動速度（ＩＩ　／
　Ｈｒ　）、ＷｉｔｆＡ鋼材群中の鋼材Ａ　ｆ）単重（
ｔ＠、ＰｂはＡ鋼材群中の鋼材にの輻（−）　　（鋼材
間にクリアランスのある場合はこれを含める）である。

このＡ１１ｌｊ材群についての単重Ｗ↓や幅ＰＬＫつい
ては、トラッキング情報によシ容易に知ることができる
。

とζろで、移動速度９ｔ　　は、現在時刻１における平
均速度であり、現時点を中心に時間間隔４ｔを考え、現
在よシ少し前までの鋼材抽出実績と将来の鋼材抽出予測
を含めて求めたＡ鋼材群の移動距離から算出される。す
なわち、下式から求められる。

シー　＝　Ｘ／　Δ・之　（ガ’／Ｈｒ）　　　　　・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　　　（２
）こζで、ＸはΔχ内ＫＡ鋼材群の移動する距離（ｍ）
、Δｌは現在時刻ｌを中心とする時間間隔である。

上記（２）式において、Ｘを算出するためには、現時刻
Ａを中心とじ九過去側時刻（λ−Δｌ／２）から将来時
刻（ｉ＋）−ｔ／２）間の鋼材の抽出時刻Ｏ実績と予測
が必要である。予測に関しては圧延機能力と加熱炉１０
能力の大小関係によシ、前者が後者を上まわっている場
合には、加熱炉内の在炉鋼材の種別にて予め定められた
抽出ピッチで抽出されるので、今後抽出される鋼材の抽
出時刻予測が可能となる。逆に、後者が前者を上まわっ
ている場合には、鋼材の種別、寸法と圧砥サイズ、圧気
スケジュールなどによシ圧延所要時間が定まり、同様に
抽出時刻を予測する仁とが可能である。

なお、予め知られている休止については、その所要時間
を加え修正すればよい。

また、時間間隔ノｌは抽出ピッチとの兼ね合いで定まシ
、鋼材負荷値ＭＡＯ変やをダイ少々ツクに適確に表現し
、かつその絶対値す充分議論できるような値として実験
的に求められ、一般的には平均抽出ピッチのトＩ倍程度
にするとよいことが判明した。

斯かる鋼材負荀値Ｍ＾は、現在よシ過去側の移動実績の
みならず、今後の移動予想も含め九リアルタイムかつダ
イナミックな意味をもつむととなる。

次に、人鋼材群の熱履歴値ＨＩＡを求める。ム鋼材群が
蟲該燃焼帯６の入口位置に到達している場合において、
これらＡ鋼材群の加熱炉ｌへの鋏人から現在に至るまで
の移動実績は在炉鋼材のトラッキング情報によシ知るこ
とができる。また、仁の間の実績として炉内雰囲気ｉ１
度およびＡ鋼材群の装入温度は判明しているので、予め
理論的もしくは実験的に求められている伝熱係数を用い
、公知の加熱炉内鋼材の伝熱計算法によシ、人鋼材群の
鋼材毎に尚赦燃焼帯６の入口時における鋼材↓の平均温
度（０区）↓が計算される。人鋼材群の各々について、
この鋼材平均温度（θＩ）Ａを求め、その代表値をもっ
て熱履歴１１［［ＨＩムとするものである。この代表値
は通常平均値としてよく、あるいは加熱不足などを生じ
る可能性がある場合など状況に応じて最小値を採用する
。

更に、Ａ鋼材群の出側目標値ＨＯ＾は灰のようにして求
められる。飾述の如く、在炉鋼材の抽出ピッチから抽出
時刻の予測が可能であシ、シ九がって、人鋼材群につき
各鋼材毎の燃焼帯６の出口位置から抽出口３１での滞留
時間の予測ができる。

したがって、この滞留時間の予測値と、各鋼材毎に定め
られている目標抽出温度、および轟賦燃焼帯６の出口か
ら抽出口３まで通過する際の炉内雰囲気温度Ｏ予測値を
用い、予め理論的あるいは実験的に求められた伝熱係数
を採用し、公知の加熱炉内鋼材の伝熱計算法によシ、轟
骸燃焼帯６の出口時におけるＡ鋼材群についての各鋼材
毎の平均温度の目標値（＃、）門を算出することができ
る。

Ａ鋼材群の各鋼材ふについて求められ良鋼材平均目標温
度（−・）Ａから出側目標値ＨＯＡを定めるものである
が、この出側目標値ＨＯＡは、尚該鋼材平均目標温ｆ（
＃ｅ）ｉの代表値をもって定める。

仁の代表値祉通常平均値でよく、状況によっては最大値
を採る。最大値とするのは燃焼帯６において加熱不足が
生じないようにするためである。

このようにして求められた鋼材負荷値Ｍム、熱履歴値Ｈ
Ｉ＾、出側目標値ＨＯ＾からなる３つの要因は、嶋該燃
焼帯６の加熱負荷すなわちム鋼材群が要求している炉温
レベルを定量的に表示し、しかも加熱負荷の変動はこれ
ら３要因の変動として表われる。したがって、ｉ該燃焼
帝６の設定条件であるＡ鋼材群の要求炉温θ＾は、上記
３１１１因の関数値として次式の如く表わされる。

θＡ冨Ｆ（Ｍム、ＨＩ＾、ＨＯＡ）　　・・・・・・・
・・・・・　（３）ここで関数形Ｆは、６鋏燃焼帯６の
伝熱特性に依存するものであシ、炉の操業が非定常であ
ることからすれば理論的に求めることは困難である丸め
、これを基礎として実験的に充分検証され九関数形とす
ることが望ましい。通常この関数形は一次結合の形で表
わす仁とができる。

なお、上記値を求める上で必要な在炉鋼材の抽出ピッチ
予測や各ゾーン滞留時間予測値は、各鋼材の圧延時間予
測値を圧嬌機のパススケジスールモデル等により計算す
る手段が有効となっている丸め、容易かつ精度よく求め
ることができる。

一方、尚該燃焼帯６内の最も熱的影脅を受ける位置に在
炉するＢ鋼材群についての設定条件は次のように求めら
れる。すなわち、このＢ鋼材群について、前述の公知の
伝熱計算法を用いて、尚該燃焼帯６０人口における奥績
平均温ｆ（’ｔ）ふと、同出口における目標平均温ｆ：
（＃。）ルとを求める仁とが可能である。また、これら
の値と、当該燃焼帯６におけゐ予測滞留時間およびｍ誼
燃焼帯６の予め理論的あるい拡夷験的に求められ良伝熱
係数を用い、前述の公知の伝熱計算法によシ、邑該燃焼
帯６０通過時Ｋｌ−けるＢ鋼材群に与えられるべき目標
炉温（＄ｒ）Ａを予め算出することができる。

し九がって、今対象としているＢ鋼材群は、当該燃焼帯
６の出口に近いので、燃焼帯６０入口から現在の位置に
至るまでの炉温および経過時間は実績値として判明して
いるの士、との実績炉温および実績経過時間と、現在位
置から尚該燃焼帯６０出口に至るまでＯ予測残シ滞留時
間が明らかになれば、嶋１＊Ｂ鋼材群について燃焼帯出
口時の目標温ｔｔで加熱すべき残シの滞留時間に必要と
される要求炉温（θｆｌＩ）ｂが定まる。この場合、予
測滞留時間は前述した如く、圧延機バススケジューに′
などから容易に求められる。しかして、Ｂ鋼材群各々に
ついての設定条件は、現在位置までの実績炉温、実績経
過時間、予ＩＩＩ残ｈａｗ時間、および出口目標＠度か
ら定められる燃焼帯通過時の目標炉温（＃：）Ａに基づ
いて算出される要求炉ｌｌ１（ネ ＃ｒｍ）↓　として与えられる。ただし、仁の要求炉＊ 温←すｌ）Ａ　　は、当該燃焼帯通過時の＠標炉温（θ
１）↓を下限として中−プすることが望ましい。

このようにして算出されるＢ鋼材群の各々につい傘 て求められる要求炉温（’ｙ＋ａ）ｉｏ代表値をもって
Ｂ鋼材群の要求炉温θｌとし、代表値は通常平均慎でよ
く、状況によって最大値とする。なお、実施例では一枚
の鋼材を対象にしている丸め一義的に決定される。

次に１上述のようにして、人鋼材群についての要求炉温
θ＾と、Ｂ鋼材群についての要求炉温θ農とが求められ
ると、制御対象としている燃焼帯６の設定炉温θは、両
者の加重平均をもって定められる。すなわち、７式によ
抄淡定されるものであ但し　ｇ、ｈは重み係数である。

上記（４）式の重み係数ａ、ｊは、実炉の状況、操炉目
標に応じて任意に決定される。すなわち、非常に加熱温
度要求の厳しい材料Ｏ鳩合紘、θ、とｅｍ　（ＤＩ＆大
値（＆ａ　≧８１０と＠　ｇ　−１、ｈ　−０。

θムくθ＝０と龜ｇ　ｍ　Ｑ　、　邊−１）とし、回榔
加熱温ｊ［に対する少々の早熟が許容される場合には省
エネルギ指向の操炉を行うようにｇ）！なる重み係数を
採用すればよく、これらは実験的に見出すものである。

具体的に、厚板加熱炉では、加熱帯において紘、ｌθム
ーθｍｌ≦１ｌＱｃＯと龜−−１、遥＝１、ｌθム−θ
■、１　＞　ｇ　ｏ　ｃのと自最大値を選択して設定し
、均熱帯ではθムとθ、０最大値を選択して設定した。

第３図には、本夾施例による各燃焼帯の炉温を設定する
場合の７０−チャートを示す。この−に示されるように
、各燃焼帯毎に、それぞれ、ム鋼材群とＢ鋼材群のサー
チをなし、人鋼材群について鋼材負荷値Ｍム、熱履歴値
ＨＩＡ、出側目標値ＨＯムを算出し、要求炉温θムを演
算するとともに、ＢＩＲｔ群について通過目標炉温（＃
ｔ）↓、入口よ〕現位置までの実績炉温と実績時間、残
シの滞留時間を算出し、要求炉温θ腸を演算する。次い
で、求められた両者の要求炉温θム、θｌに基づき、適
宜重み係数を設定することＫよプ最適炉温θを式（４）
から算出し、幽咳炉温θに当該燃焼帯を制御するもので
ある。

このような実施例によシ行つ九制御例の結果を第４図に
示す。この図の上段は、目標加熱条件の厳しい場合に対
応してθム、θ箇の最大値を選択して行つ九制御結果で
あシ、抽出順序に従って取シ出され丸缶鋼材について抽
出温度を測定したものである。なお鎖線は目標抽出温度
である。ｉ九同−下段は過常圧嬌機に対する制御結果で
あｐ１重み係歇を６ｍｇ、Ａｗｌとして行つえものであ
る。

このように、本実施例によれば、制御対象とする燃焼帯
の入口付近および最も操炉影畳変の大自い位置の両鋼材
群に常時着目することによル、蟲該燃焼帯に要求される
要求レベルを的確に捉えることができる。を九、人鋼材
群から要求加熱レベルの変動を前もって把握し、かつＢ
銅材群から焼上げ１度をチェックで自ることによシ、こ
れら両者の要求炉温を複合して高度な制御を行う仁とが
可能となる。更に、鋼材の目標加熱温度に対する実績値
のばらつきを着しく軽減することも可能である。特に、
連続加熱炉の有する非定常性を充分反映し九制御が可能
である丸め、目標温度に対するばらつ龜が半減するとと
もに燃料原単位な略３〜４Ｘ低減することができ、省エ
ネルギ効果が大きく、シかも板厚精度向上によ〉歩留〉
がＯ，ＯＳ％内向上、品質や歩留）向上効果が大書いと
いう好ｔしい結果を得る仁とかで１１え。

１お、本実施例は、炉層、バーナ配列、銅材種類が異な
る他の炉に対して４適用でき、汎用性がある。その他、
複数の燃焼ゾーンを有する熱処理炉、鉤威炉にも適用で
きることはもちろんである。

以上説明したように、本発明によれば、省エネルギ上、
品質上最適な加熱条件を的確に与えることができ、被加
熱鋼材をばらつきが少なく目ＩＩ温度で抽出できる効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１−は６帝弐連続加熱炉の断面劇、第２−は制御対象
燃焼帯の断面−１第３園は制御方法を示すフローチャー
ト−１第４−は実施例を適用して抽出した鋼材の抽出温
度を示す図である。 １・一連続加熱炉、１０・・・鋼材、１１・・・バーナ
、１ｊｌ−Ｆ温検出端、１３・・・Ａ銅材群、１４・・
・Ｂ鋼材群。 代理人　　鵜　　沼　　辰　　之 （ほか２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　多帯式連続加熱炉の各燃焼帯毎に１幽該燃焼
   帯の入口付近に位置する大単位の銅材群と、それらよシ
   鋼材進行方向前方にあって尚鋏燃焼帯の最も熱的影響度
   Ｏ高い位置の小単位鋼材群に着目し、前記大単位鋼材群
   についてその過去の抽出実績および今後の抽出予測から
   得られる炉内鋼材移動速度から求められる鋼材負荷値と
   、尚鋏燃焼帯入口時における鋼材平均温度の代表値とし
   て得られる熱履歴値と、嶋該燃焼帯出口における鋼材目
   標温度の代表値として得られる出側目標値とから、それ
   らの関数値として求められる要求炉温を算出し、酌記小
   単位鋼材詳について現在までの実績経過時間および実績
   炉温と、尚尊燃焼帯出口までの予測残シ滞蕾時間と、そ
   の燃焼−出口の目標加熱温度とから鋼材毎の残シの滞留
   時必要炉温の代表値としての要求炉温を算出し、これら
   大単位および小単位鋼材群の両要求炉温の加重平均値を
   轟該燃焼帯の炉温として設定することを％像とする連続
   加熱炉の制御方法。