JPS60200319A - 炉温度制御装置 - Google Patents

炉温度制御装置

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JPS60200319A
JPS60200319A JP5581184A JP5581184A JPS60200319A JP S60200319 A JPS60200319 A JP S60200319A JP 5581184 A JP5581184 A JP 5581184A JP 5581184 A JP5581184 A JP 5581184A JP S60200319 A JPS60200319 A JP S60200319A
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    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1917Control of temperature characterised by the use of electric means using digital means

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  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、鋼片なとの加熱炉の炉温度制御装置に係シ、
特に炉温度制御の外乱を除去する炉温度制御装置の改良
に関する。
〔発明の技術的背景〕
従来のこの種の装置として、ウオーキング・ビーム型鋼
片加熱炉の炉温度制御装置がある。
との制御装置において加熱炉は、分塊圧延された鋼片(
コールドチャージ)または連続鋳造された鋼片(ホット
チャージ)などを熱間圧延するために、その鋼片を所望
温度まで再加熱する設備である。そして、この鋼片の加
熱条件としては、■鋼片を出来るだけ速やかに目標温度
まで加熱するとと、■各鋼片を均一に加熱すること、■
鋼片の表面状態を低下させないよう温度制御すること、
01個の鋼片に対する消費燃料を出来るだけ少なくする
こと等が要求されている。
以前は、オペレータの経験、過去の操業データをペース
として、各制御ゾーンごとに独立して定値制御を実施し
ていた。しかし、最近の傾向としては、こまめに温度変
更を行なう省エネルギー指向が強まって来たこと、所定
個数ごとのコールドチャージとホットチャージが不規則
に搬入されてくる場合が多くなってきたこと、加熱炉へ
の搬入時の鋼片温度変動範囲が常温から700Cと非常
に広いこと、鋼片を加熱炉内で長時間停止させておく必
要があること等に伴ない、外乱要素が非常に多くなシ、
オにレータの勘に頼る操炉が困難になって来た。
そこで、オペレータの勘によらない制御手段として、最
近、上位計算機と炉の検出端および操作端に直結して炉
の温度を直接制御するDDC(Dlrset Dlgi
tal Control )等とを組合せた自動燃焼制
御手段が開発されている。
以下、この燃焼制御手段を備えた炉温度制御装置につい
て具体的に説明する。即ち、この装置は、予熱帯、複数
の加熱帯および均熱帯ごとに上下2つに分割した制御ゾ
ーンを有する加熱炉を有し、この炉内には1チヤージ(
最大10個の鋼片)単位の鋼片が搬入されるも、これら
各鋼片の炉内への搬入、搬送および搬出はウオーキング
ビームで行なうとともに1通常、1チヤージは2〜4時
間存炉して加熱されるようになっている。炉内に搬入さ
れたチャージは搬出側制御ゾーンつまシ均熱帯から搬入
側の予熱帯へ順次前詰めされて滞留するため、炉内には
4つの制御ゾーンに対して最大40個の鋼片(10個×
4チャージ)が滞留できることになる。
そして、各制御ゾーンのうち予熱帯の制御ゾーンは、バ
ーナがなく排ガスで温められるようになっておシ、かつ
炉温度検出器が設けられている。他の制御ゾーンには炉
温度検出器のほか、バーナが設けられている。さらに、
炉温度検出器からの検出温度は第1図に示すDDC制御
の温度調節計1に送られ、ここで炉温度検出器2の検出
温度pvとローカル炉温度設定値SV、又は上位計算機
からの炉温度設定値SV、とを用いてPID演!(速度
形)手段3によシPID演η、を行なって制御開偏差Δ
MVnをめ、この偏差ΔMnを前回までの制御量M′v
n−1を加えてフィードバック制御量M Vを得、これ
を燃料流:m:U筒針4および空気流量調節計5の設定
値sv、 、 svAとして与えている。そして、この
両鍔筒針4.5によって最終的な操作量MY、 、 M
VAがめられた後、この操作量に基づいて操作端つまシ
流量調節弁6,7の開度を調節して燃料流量及び空気流
量を制御することによシ、炉温度設定値SV。
に近づけるようにしている。このような制御は加熱帯お
よび均熱帯の制御ゾーンについても同様に行なわれる。
図中、8はCモード(コンムータモード)時にオンする
スイッチ、9.10は燃料流星および空気流量の検出器
である。なお、第1図において燃料流量を調節計5、空
気流量を調節計5にそれぞれ与えることにょシ空燃比制
御を行なっているう 〔背景技術の問題点〕 ところが、以上のような炉温度制御装置にあっては、鋼
片が各制御ゾーンを出入れすることによって制御性を乱
すといった、外乱の問題がある。以下、外乱の程度につ
いて熱バランス式(熱収支式)を用いて説明する。加熱
炉における熱収支とは、エネルギー保存の法則を加熱炉
に適用し、加熱炉に入った熱がどのような形態で、どこ
へどのように分配されていくかを計算するものである。
即ち、エネルギー保存の法則によシ、 入熱=出熱+蓄熱 ・・・・・・・・・・・・・・・(
1)が成立する。ここで、入熱とは熱収支の対象として
いる部分に、ある時間内に外部よシ入る熱量であり、出
熱とは同じくある時間内に外部へ出る熱量、蓄熱とは同
じくある時間内に、当該部分の保有熱量の増加分を意味
する。熱精算的な観点からは、出熱と蓄積を合計したも
のを出熱と呼ぶので、ここではそれに従うと、入熱=出
熱 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・(2)となる。そこで、この(2)式に基づい
て鋼片加熱炉の熱バランス式を表わすと、均熱帯の上部
制御ゾーン(例えば第4のゾーン)は(3)式のように
なシ、まだ、加熱帯の上部制御ゾーン(例えば第3のゾ
ーン)は(4)式のようになる。
入熱→mfu、4・Hf+mfu、4・Cf・(T、 
−T。)(燃料燃焼熱) (燃料顕熱) +mfu、4・Bu、4・Ca・(T、−To)+β4
 ’M4・HK(空気顕熱) (スケール生成熱) =出熱→Qu、4+λア・Awu 、4・(TGu、4
 ”0 )(鋼片への伝熱) (壁損失) 十hsu、4(TGLl、4 Tgw)+m、u、4°
”g”au、a T、)(スキッド損失) (廃ガス損
失) ・・・・・・・・・・・・・・・(3)入熱→mfu、
3・Hf +mfu、5・C2・(Tf−To)(燃料
燃焼熱) (燃料顕熱) 十mfu、3・Bu、3・Cu・(T、−To)(空気
顕熱) + mgu 、4 ’ Cg・(T(lu、4 ”6)
+β3 ”3 ・Hjc(第4ゾーンからの廃ガス熱)
(スケール生成熱)=出熱→Qu、3+λ7・AWu、
5・(TGu、S−T□)(鋼片への伝熱)(壁損失) +Asu、3・(Tau、5−Taw)十mgu−3・
Cg”Gu、5 ’r0)(スキッド損失) (廃ガス
損失) ・・・・・・・・・・・・・・・(4)但し、上式にお
いて記号および添字は第1表のような意味をもっている
次に、(3)式および(4)式のうち鋼片への伝熱量(
Qu、、 )について具体的に式をもって説明する。
一般に、加熱炉内から鋼片への熱伝達は、殆んど熱放射
による伝熱の場合が多い。故に、放射による伝熱量Qj
u (!: シては、ステファン・ポルツマンの法則か
ら次式によってめられる。
Qu、j=Σ丸、j、1 d ここで、n:jゾーンに在滞する鋼片の個数、熱吸収率
、Tou、j ” jゾーン上部炉温(tl’)、Ts
u(i)” jゾーンに在滞する個々の鋼片の上部表面
温度〔C〕、Su:jゾーンに在滞する個々の鋼片の上
部表面積〔m2〕である。下部ゾーンの鋼片への伝熱量
QjLも同様の式で表わすことができる。
而して、上述した熱バランス式は、炉内の対象部分を制
御ゾーンごとに分割して個々に考えたが、熱バランスを
加熱炉全体で表わし、長時間について平均をとったもの
が加熱炉の熱勘定(熱精算)と呼ばれるものである。つ
1す、炉に入った総ての熱量と炉から出た総ての熱11
:をそれぞれ計3’l、L 、熱力1″の有効利用と損
失量がどれだけかを吟味するものである。熱設備は必然
的に熱損失を伴うが、この損失熱の種類〔(3)式およ
び(4)式参照〕と量が熱勘定によって明らかになシ、
その結果、炉の運転が適正か否か、燃料の浪費が無いか
否かを判定でき、さらに熱損失をできる限シ小さくする
対策を結びつけることができる。
かなシ過去においては、第2表に示す銅材加熱炉の熱s
p二表が使用されていた。
第2表 上記の熱量9表の例では、デー)として古いので抽出@
拐の顕熱(加熱炉から鋼材へ加えられる熱量)は39.
7%であるが、炉の改良その他の省エネルギー技術の進
歩により、報近(1980年)においては鉄鋼業界の鋼
材加熱炉の平均が徐々に高くなシ、ある大手の鉄鋼メー
カでは全社平均が約63チ、幼設炉にあっては抽出鋼材
の顕熱は全出熱の約73チにもなっている。
ところで、以上のような点を考慮しながら銅片の各制御
ゾーンでの出入れによる外乱の程度について考えてみる
。jセクションの制御ゾーンに銅片が一個搬送された場
合、(5)式における鋼片への伝熱量Qu、はjゾーン
に在滞する鋼片本数nが1個増加するので、総和の項が
1つ増加することになる。そこで、このことに基づいて
j制御ゾーンに与える外乱の大きさの割合を推定してみ
る。今、炉全体における抽出Inへの抽熱を60%と仮
定すると、jセクションの制御ゾーンでも鋼材への伝達
量は平均的にjゾーン全出熱の60チとなる。鋼片は前
述したようにjゾーンに最大10個まで在滞できるので
、鋼片1個当96%(60/10 )である。ゆえに、
J ll1lJ御ゾーンでは1個の鋼片が入ったことに
よシロ%の出熱となるので、その分だけ燃料を急増させ
なければならない。
一方、第2表から明らかな如く、入熱での燃料燃焼熱の
割合は90チ程度であシ、燃料を計器最大レンジの70
%焚いていたとすると、出熱6チ急増による入熱側の燃
料不足分は計器最大レンジに対して3.78%(6X0
.9X0.7)にもなる。
従って、以上述べたように定席状態での温度制御系にお
いて、1チヤ一ジ分の鋼片が連続的に当該制御ゾーンに
搬送されてきた場合、相当大きな外乱となって現われ、
通常のフィード・々ツク制御系によって炉温度制御をし
ていたのでは、制御性が大きく乱されることになる。鋼
片が当該制御ゾーンから出ていく時も同様の外乱が生じ
ることは明らかである。
〔発明の目的〕
本発明は以上のような点に着目してなされたもので、被
加熱物体の各制御ゾーンへの出入れに対して炉温度を極
めて安定に炉温度設定値に保持でき、炉温度制御を高精
度に行ない得る炉温度制御装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、被加熱物体の制御ゾーンへの搬入および搬出
に伴う熱景示足分および熱量過剰分を解消するために熱
バランス式によって燃料流量増加分および燃料流量減少
分をめ、これを被加熱物体の搬入、搬出のタイミングで
事前に本来のフィードバック制御系のフィートノぐツク
制御量に付加することによシ、燃焼制御系の設定値信号
を得る炉温度制御装置である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例について第2図および第3図を
参照して説明する。第2図は炉温度制御装置の概要を示
す全体構成図、第3図は第2図に示すDDCの温度調節
計の構成図である。
第2図において2ノは加熱炉であって、これは被加熱物
体の搬入方向から搬出方向へ予熱帯A1第1の加熱帯B
1、第2の加熱帯B2および均熱帯Cの順序で連通して
一体化され、被加熱物体22.・・・が各号A、Bl、
B2.Cをウオーキングビームによって連続的に搬送さ
れるようになっている。そして、6帝A−Cはそれぞれ
被加熱物体22の搬送路23を境として上部および下部
制御ゾーンに分けられ、炉全体としては8つの制御ゾー
ンから構成されている。予熱帯Aにはバーナがなく、他
の各号B1.B2゜Cからの排ガスによって温められる
ものであシ、他の各号B1.B2.Cは6つの制御ゾー
ンを有しこれらゾーンの所望個所に必要数のバーナ(図
示せず)が設けられている。また、炉入口近傍および6
帝A−Cにはそれぞれ被加熱物体22、・・・の表面温
度を測定する放射温度計等の物体表面温度検出器24.
・・・が設置され、さらに各号A−Cの上部および下部
制御ゾーンごとにそれぞれ炉温度検出器25.・・・が
設けられている。
30はDDCであって、これには第3図で具体的に示す
温度調節計31が設けられている。この温度調節!13
ノにはローカル炉温度設定値SV、および上位計算機炉
温度設定値SVTが入力され、また制御ゾーンに設置さ
れた炉温度検出器25から炉温度信号pvが入力され、
また上位計算機40から搬入、搬出する被加熱物体22
の物体表面温度信号TTin ’ TToutおよび搬
入、搬出タイミング信号ST、5Toutが入力される
n この温度調節計31は、Cモード(コンヒ−タモード)
時にオンするスイッチ32と、ローカル又は上位計算’
Pl& 4oからの炉温設定値SV。
と当該制御ゾーンの炉温度検出器25からの炉温度信号
pvとを用いてPID演算を行なってフィードバック制
御系の制御量偏差ΔJ謀をめる制御1演算手段33と、
被加熱物体220当該制御ゾーンへの搬入に伴うゾーン
熱量不足分を補なうために当該制御ゾーン炉温度信号と
搬入物体22の物体表面温度信号とを用いて熱バランス
式によシ燃刺流量増加分をめる堆加燃料演算手段34と
、被加熱物体22の制御ゾーン搬入タイミング信号を受
けてオンする燃料増用スイッチ35と、被加熱物体22
の当該制御ゾーンへの搬出に伴うゾーン熱量過剰分を除
去するために当該制御ゾーン炉温度信号と搬出物体22
の物体表面温度信号とを用いて熱バランス式によシ燃料
流量減少分をめる減少燃料演q手段36と、被加熱物体
22の制御ゾーン搬出タイミング信号を受けてオンする
燃料減用スイッチ37と、これらスイッチ35.37を
経て入力される燃料流量の増加・減少分信号を出力する
出力回路38と、フィードバック制御量。
(MVn−1+ΔMvn)に前記燃料流量増加分信号又
は減少分信号ΔFFnを付加して燃焼制御系5oを構成
する燃料流量調節側51および空気流量検出器52の流
量設定値信号を得るフィードバック制御量演舞手段39
とよシなっている。53および54は燃料流紺訓節弁お
よび空気流お、調節弁、55および56は燃料流量検出
番および空気流量検出器である。
一方、上位計算機4oの主な機能としては、各種の情報
処理および管理、ウオーキングビームによって移送され
るすべての被加熱物体22の位置をトラッキングして物
体搬入および搬出タイミングを得ること、複雑な操業ス
ヶジー−ル及びその変更にマツチングした燃焼スケジュ
ールを計算すること、最とも経済的に加熱・均熱するた
め最適ヒートノリ−ンに基づいた各制御ゾーンの炉温設
定値svTを計算すること、被加熱物体22の各部メジ
一温度を刻々伝熱計算でめて焼き上シ状況を監視すると
ともに(5)式および後述する(6)式の計算に利用す
ること、各制御ゾーンの被加熱体22の物体表面温度を
放射温度計の如き温度検出器24を介して実測し、その
都度後述する(7)式の伝熱計算結果を修正すること等
を行なっている。
次に、以上のように構成された装置の作用を説明する。
即ち、本装置は外乱の要因となるプロセス変数とそのプ
ロセス変数の変化となる物。
体搬入、搬出タイミングを検出し、この搬入、搬出によ
る影響がゾロセスの遅れを通して制御系にす1われる前
に、本来のフィードバック制御計に前記影響を打ち消す
だめの制御量いわゆるフィード・フォワード制御量を付
加して燃焼制御系50の燃料設定値48号とし、よって
外乱の影響を未然に防ぎ、各制御ゾーンの炉温度を極め
て安定に制御するものである。なお、各相81゜B2.
Cの各制御ゾーンは同様の処理を行なうのて、以下、均
熱帯Cの制御ゾーンについて説明する。
上位計算機40では、通常、炉内の総ての被加熱物体2
20位置を、ウオーキングビームの動きを利用してトラ
ッキングしているので、−個ずつの被加熱物体22が当
該制御ゾーンに搬入するごとにその搬入タイミングを得
ている。
この物体搬入タイミング信号は上位計算機40よりDD
Cの温度vL1節計筒針に与えられる。温度調節計31
では、当該制御ゾーンの物体搬入に伴なう燃料不足分を
補なうために、増加燃料演。
算手段34にて熱バランス式に基づいて燃料流量増加分
ΔFF1nをめ、これを上位計算Φ4゜からの搬入タイ
ミング(rT号を受けてフィードバック制御系のフィー
ドバック制御量°にフィード・7オワード制御景ΔFF
nとして付は加える。即ち、」二連する熱バランス式に
おいて被加熱物体22の搬入によシ出熱側で急増する物
体22への伝熱Qu、4((イ)式)の増加分ΔFF1
nは、均熱帯Cのとなる。但し’ Tsu、5は被加熱
物体22が第3の制御ゾーン即ち第2の加熱帯B2の制
御ゾーンを搬出する時の物体上部表面温度、K は第F 4の制御ゾーンとなる均熱帯の上部制御ゾーンにおける
フィード・フォワード制御ダイン(プラント現地調整時
可変)、B7は燃料発熱量である。
一方、均熱帯Cの下部制御ゾーンにおける燃料増加分Δ
FFthnは、 となる。世し、TsL、3は被加熱物体22が第3の制
御ゾーンである第2の加熱帯B2を搬出する時の物体下
部表面温度、K は第4の下部制御F ゾーンにおけるフィード・フォワード制御ゲイン(プラ
ント現地調整時可変)である。なお、物体下部表面温度
T8L、5等は第2図においては測定されていないが、
上位計算機40では前述したように常時物体温度伝達計
算によシ被加熱物体22の各メツシーの温度を数値計算
しているので、この計算を利用して得ている。
次に、被加熱物体22が第4の制御ゾーンである均熱帯
Cの制御ゾーンから搬出するに伴って燃料過剰分を除去
するために、減少燃料演算手段36で熱バランス式に基
づいて燃料減少分ΔFFontをめ、これを上位計算機
40からの搬出タイミング信号を受けてフィートノ々ツ
ク制御系のフィードバック制御爪にフィード・フォワー
ド操作量ΔFFnとして付は加える。即ち、上述する熱
バランス式において被加熱物体22の搬出によシ出熱側
で急激する物体22への伝熱Qu、4 ((4)式)の
減少分ΔFFontは、第4の制御ゾとなる。ここで、
T は被加熱物体22が第11u、4 4の制御ゾーンから搬出する時の物体上部表面温度であ
る。なお、第4制御ゾーンである均熱帯Cの下部制御ゾ
ーンにおける燃料減少分ΔFFoutについても同様な
演算手段によってめる。また、他の制御ゾーンB1.B
2においても、被加熱物体22が当該制御ゾーンに搬入
、搬出するタイミングごとに同様なフィード・フォワー
ド制御量ΔFFnをめて、それぞれのフィードバック制
御t(MVn−1+ΔMVn)に付は加えればよい。な
お、燃焼制御系50は従来よシ周知であシ、ここではそ
の動作説明は省略する。
従って、以上のような構成によれば、被加熱物体22の
制御ゾーンへの出入れに伴う燃料不足分および燃料過剰
分を充足するために熱バランス式に基づいて態別増加分
および燃料減少分を計pし、この計9結果を物体搬入お
よび物体搬出タイミングによって、本来のフィードバッ
ク制御量に事前にフィード・フォワード制御量を付加す
るようにしたので、炉温度と搬入・搬出する物体表面温
度の差の大小に拘らず、また任意数の被加熱物体22が
連続して制御ゾーンに出入れしても、常にその影響がフ
ィードバック制御量に和、われる前にそれを打ち消すよ
うな制御lを加えることができ、比較的簡単な構成によ
り外乱の影響を未然に防ぐことができ、従来装動に比べ
てきわめて安定した精度の高い炉温制御ができる。
なお、上記実施例では、被加熱物体22として鋼片を用
いたがこれに限らないものである。
また、出力回銘38をなくして直接制御1を偏差演舞手
段33に入力し、ここで後段処胛手段39の演算を行な
ってもよい。
〔発明の効果〕
従って、以上述べたように本発明によれば、制御ゾーン
への被加熱物体の出入れによって生ずる制御系の外乱を
未然に除去してきわめて安定した高精度な炉温度制御を
行なえる炉温度制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装宿゛の温度ル□・1節打1および燃焼制
御系を示す構成図、第2図は本発明に係る炉温度制御形
装置の一実施例の全体概略構成図、第3図は第2図のD
DCの一部である温度鈎筒針を具体的に示す模式図であ
る。 21・・・加熱炉、22・・・被加熱物体、24・・・
物体表面温度検出器、25・・・炉温度検出器、30・
・・DDC,,9J・・・温度調節計、33・・・制御
量偏差演算手段、34・・・増加燃料演算手段、35・
・・燃料増用スイッチ、36・・・減少燃料演算手段、
37・・・燃料減用スイッチ、39・・・フィートノ々
ツク制仰量演p一手段、40・・・上位計算機、50・
・・燃焼制御系。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第 1 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被加熱物体が搬送される複数の制御ゾーンを有する炉の
    温度を制御する炉温度制御装置において、前記各制御ゾ
    ーンごとに設置された被加熱物体表面温度検出器、炉温
    度検出器と、前記制御ゾーンの炉温度検出器から出力さ
    れる炉温度と予め設定された炉温度設定値とを用いてフ
    ィードバック制御量をめるフィードバック制御系と、前
    記被加熱物体の制御ゾーン搬入要因による当該制御ゾー
    ン熱量不足分を補なうために、炉温モデルの熱バランス
    式により必要な燃料流量増加分をめ、この燃料流量増加
    分を前記被加熱物体の制御ゾーン搬入タイミングによっ
    て事前に前記フィードバック制御量に加える手段と、前
    記被加熱物体の制御ゾーン搬出要因による当該制御ゾー
    ン熱量過剰分を除去するために、前記炉温モデルの熱バ
    ランス式によシ必要な燃料減少分をめ、この燃料減少分
    を前記被加熱物体の制御ゾーン搬出タイミングによって
    事前に前記フィードバック制御量から差し引く手段とを
    備え、修正されたフィードバック制御量を燃焼制御系の
    設定値信号とすることを特徴とする炉温度制御装置。
JP5581184A 1984-03-23 1984-03-23 炉温度制御装置 Granted JPS60200319A (ja)

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JP5581184A JPS60200319A (ja) 1984-03-23 1984-03-23 炉温度制御装置

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JPH0332606B2 JPH0332606B2 (ja) 1991-05-14

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03201012A (ja) * 1989-12-28 1991-09-02 Tokyo Erekutoron Kyushu Kk レジスト処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03201012A (ja) * 1989-12-28 1991-09-02 Tokyo Erekutoron Kyushu Kk レジスト処理装置

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