JPS61199018A - 加熱炉の加熱制御方法 - Google Patents

加熱炉の加熱制御方法

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Publication number
JPS61199018A
JPS61199018A JP60040379A JP4037985A JPS61199018A JP S61199018 A JPS61199018 A JP S61199018A JP 60040379 A JP60040379 A JP 60040379A JP 4037985 A JP4037985 A JP 4037985A JP S61199018 A JPS61199018 A JP S61199018A
Authority
JP
Japan
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furnace
temperature
temp
function
flow rate
Prior art date
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Pending
Application number
JP60040379A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoshi Kohama
小濱 聡
Nobunori Wakamiya
若宮 宣範
Makoto Tsuruta
誠 鶴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd, Mitsubishi Electric Corp filed Critical Kobe Steel Ltd
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Priority to KR1019860000907A priority patent/KR900005989B1/ko
Priority to DE19863605740 priority patent/DE3605740A1/de
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Priority to GB08604732A priority patent/GB2171816B/en
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  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱間在廷ラインにおける加熱炉の温度制御
において、燃料を最少とする炉温設定値及び複数燃料の
混焼比率の設定方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の加熱炉の温度制御としては、例えば特開
昭56−75533号公報に示されているように炉温か
ら材料温度を計算するモデル、及び炉温と材料温度とか
ら燃料流量を計算するモデルの両弁線形モデルを用い、
非線形の燃料最少化を行なうために、炉温をステップ状
だ変化させて摂動シミュレーション法(基準状態と摂動
状態においてシミュレーションを行ない線形化係数を決
定する方法)を用いて線形化を行ない、その結果で材料
の昇温曲線を決定し、この昇温曲線と材料の現状温度と
を比較して炉温を決定する方法が採られている0 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記のような従来の加熱炉の加熱制御方法では、第5図
に示すように一般に炉温の計算ゾーンは燃料流量を制御
できるゾーンよりも数が多いため、炉温を基にした摂動
法による最適化後の最適炉温および昇温曲線は、常に実
現可能なパターンとは限らないという問題があった。
また、線形化係数及び昇温パターンを決定する際、炉壁
への損失熱量、炉壁温度分布等を無視し、炉の応答遅れ
を考慮せずに炉温をステップ状に変化サセてシミュレー
ションを行なっているため、実際の材料の昇温傾向及び
炉の状態とかけ離れた昇温曲線が決定されるという問題
があった。
また、従来の方法では、@6図に示すようにフィードバ
ック信号を得る炉温検出器(104)は、各制御帯(1
01a)において1ケ所であり、したがってこの1ケ所
の炉温を制御することになる。
ところで通常加熱炉においては、抽出端に近けくに従っ
て材料温度が高くなるため、第6図に示すようにバーナ
側温度が高くなるようなバーナ設計となっている。この
ため、第6図に示すように前方に低負荷材料、後方に高
負荷材料が制御帯(101a)内に存在する場合、この
高負荷材料の必要炉内温度に合わせて炉温か制御され、
したがって常に炉温設定値を高めにせざるを得す、燃料
消費の面からは大きな損失となるという問題があつ念〇
この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、燃料消費の損失を少なくし、しかも制御帯の温度分
布を適正に制御することができる加熱炉の加熱制御方法
を得ることを目的とする。
C問題点を解決するための手段〕 この発明に係る加熱炉の加熱制御方法は、燃料流量を基
にし非定常熱バランス式によシ炉温を計算するモデル、
炉温を基にして炉壁温度分布を求めるモデル、及び炉温
を基にして材料温度を求めるモデルの3つの非線形モデ
ルを用い、流量をステップ状に変化させる摂動法シミュ
レーションにより線形化を行ない燃料流量最少の最適化
を行なって材料毎の最適炉温を決定し、各燃料の総発熱
量を全燃料の総発熱量で除して得られる複数燃料の混焼
比率と炉温設定値とを、上記材料毎最適炉温を用いてそ
れぞれ計算し設定するようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、燃料流量を基にし非定常熱バラン
ス式により炉温を計算するモデル、炉温を基にして炉壁
温度分布を求めるモデル、及び炉温を基にして材料温度
を求めるモデルの3つの非線形モデルを用いて材料毎の
最適炉温を決定し、この材料毎最適炉温を用いて複数燃
料の混焼比率及び炉温設定値を計算し設定するようにし
ているので、炉内に高負荷材と低負荷材とが混在してい
る場合でも、材料毎の必要炉温を満たし、しかも燃料流
量が最少となる炉温設定値が得られ、精度よく抽出温度
を制御することが可能となる。
〔実施例〕
以下、この発明の原理について説明する。
第1図は材料毎の最適炉温の決定方法を示す流れ図であ
り、図中(1)は材料毎最適炉温計算の第1step、
 (2) 、 (8)は同様の第2及び第3の各5te
p、 (5)は炉温計算モデル、(6)は炉壁温度計算
モデル、(γ)は材料温度計算モデル、(8)は材料通
過位置炉温の計算、(9)は平均温度、均熱度の計算、
αO1は線形化係数の計算、(6)は線形計画法(LP
)の計算である0 次に、上記流れ図中の各モデル(5) 、 (6)、 
(γ)について説明する。
炉温計算モデルlは、以下の様にして構成されている。
第5図に示す様に加熱炉を炉長方向にn個[分割し、各
分割されたメツシュについて各々次の様な熱バランス方
程式をたてる。
t =Qエ     ・・・燃料、空気の顕熱+H*W  
  ・・・燃料発熱量 ” GllloCpg′Tgi11 ・・・上流よりの排ガス熱量 i  pg  gi   ・・下流への排ガス熱量働・
他メツシュ炉温よシのふく射 ・・・炉壁よシのふく射 ・・e材料へのふく射 + 02(TWl−T、) +03(Ta□−Tg、)
・曇・炉壁、材料への対流 −Q、□    ・・・スキッド冷却水頂失・ 1(1
) ここで、Hは燃料の単位流量轟りの発熱量、Cは排ガス
比熱、G1は各メツシュの排ガス流量g であり、K工usK2□k”’3itはそれぞれふく射
交俣係数、Cニー 02,03は定数である。またnは
炉長分割数、mはスラブ本数である。
上記式(1)は、燃料流ft1wが与えらnれば、炉壁
温度、スラブ温度を既知とすれば、次の様に変形される
+Σ 81keTgk十〇、   (1=1.5on)
・・・(2) これは、n元連立の非線形微分方程式であるが、i 5
tep前の炉内vjA!分布を出発値として、時間に関
して離散化し、ニュートン法等を用いて収束させれば、
量率に新しい炉内温間分布を計算できる。
また、材料温度モデル(7)は、良く知られている2次
元の熱伝導方程式よシ次の様に表わせる。
・・・(8) 表面における境界条件は ここで、Xは材料厚み方向、Yは材料の巾方向を表わし
、d工、d2はそれぞれ材料厚み、材料中を表わす。ま
た、Ca、λ8.γ8はそれぞれ材料の比熱、熱伝導率
、比重であり、qは材料の表面熱流束であり次式で表わ
せる。
G8 :□蛋、に31t((1g1+273)′−(T
st+276)′)式(8)は、式(4)の境界条件を
用いれば11通常の差分手法で解く事ができる。
さらに、炉壁温度モデル(6)は、第5図に示されてい
る様に炉長方向分割毎のメツシュ内において、厚み方向
のみの1次元熱伝導刀根式によって、次の様に表わせる
炉内表面における境界条件は −(T、+273)’J+C2(’rg1−’rw)・
・(7)炉外表面における境界条件は ここで、Xは炉壁厚み方向、d3は炉壁の厚み、Cw、
λyl 1”Ji炉壁の比熱、熱伝導率、比重を表わし
ており、Hは外部熱伝達率、Ta1rは外部温度をUT 示している。式(6)も、式(7)、式(8)の境界条
件を用いる事により通常の差分方程式で解く事が可能と
なる。
上記3つのモデル(5) 、 (6)、 (ア)を組み
合わせて使用する蓼により、燃料流址を与えれば、炉温
、材料温度、炉壁温度の現在値を初期値として炉温、材
料温度、炉壁温度、3者の将来温度が計算出来るO 次に、第1図を参照して材料毎最適炉温の決定方法につ
いて説明する。
まず、第1step(1)として、現在の流量WKOで
もつで全材料が抽出されるまでの時間、3つのモデル+
5) 、 (6’l 、 (7)を繰り返して使用する
事により、各材料抽出時の平均温度T 、均熱度(最高
温度−最低温度)ΔT 、及び材料通過時の各位置での
炉上記燃料流量を#1だけ5tep状に変化させる事に
よって、前記第i 5tep(1)と同様に、各流量変
化時の各材料抽出時平均温度T 、均熱度ΔT 、及び
材料通過時の炉内基vT、を計算する事が可能になる。
次に第3stop(81として、以下の線形化係数の計
算αO)を実行する。第2Stθp(2)の処置により
、非線形方程式の解である抽出時各材料平均温度、均熱
度、及び各材料通過時の各計算ゾーンでの炉内温度は次
の様に線形化する事ができる。
ここで、KMAXは燃料流音制御帯の数であり、PIK
” 2K” 3□には各々流量を変化させfc場合の線
形化係数であり、次で与えられる。
また、各燃料流tは#Kft各制御帯の変化量とすると WK=WK  +ΔWえ と表わす事ができる。
燃料最適化を行なううえでの制約条件は、材料の冶金学
的制約、及び炉操業上の制約から次の様なものである。
ここで、添字MIN、 MAX Fi、それぞれの下限
値及び上限値を示している。
また、最適化の評価関係は、燃料最少化であるから次の
様になる。
式(15)の制約条件下での式α6)の最少化は通常の
線形計画法(LP)の計算C11)で求める事が可能で
ある。
上記解の流量が各材料の最適流量W  であり、Opt 同時に式(9)によって各材料の最適炉温1g1本が計
算される事になる。
次に、各材料毎の最適炉温を用いて、各制御帯の設定炉
温及び混焼比率の計算方法について説明する。
各材料の全炉内位置での最適炉温が計算されているから
、現時刻より任意時間後の各材料の位置に対応する計算
ゾーンの最適炉温を各材料の必要炉温とする。但し、抽
出側に存在して、任意時刻後に抽出されてし°まう材料
は、破細出側計算ゾーンでの温度とする。この時の各材
料の位置をxj必要炉温をTgj*とする。また、Jは
材料NOを示すものとする。
今、各制御帯に燃料として通常のバーナ側が高くなる炉
内温度分布を実現できる燃料A(例えば重油)とバーナ
側での燃焼を極力おさえる緩慢燃焼型の燃料B(例えば
転炉ガス)との相互に燃焼温度特性を異にする2種類の
燃料が存在している場合を考える。
混焼比率を以下の様に定義する。
・・・07) 上記混焼比率を変化させれば、各制御帯において、同一
の総発熱量時に第2図に示す様に炉内の温度分布を変更
する事が可能となる。
混焼比率及び設定炉温は前記各材料の位置X、と必要炉
温とによって下記の式で決定する。
・・・(ト) Nは制御帯内材料本数 XTは炉温検出器位雪 しかして、第3図に示すように炉内に高負荷材と低負荷
材とが混在している場合にも、精度よく抽出温度を制御
できるばかりでなく、各燃料A。
Bの損失を最少限に抑えることが可能となる0次にこの
発明の一実施例に基づく加熱炉制御について第4図を参
照して説明する。
!4図において、複数の制御帯(101a)に分割され
た加熱炉(101)には燃焼用バーナ(105) 、炉
温検出器(1o4)が配置されておシ、炉温設定機能(
106)によって設定された各制御帯毎の設定温度にな
るよう燃料流量制御器(103)によって流量が制御さ
れている。(1o2)は材料情報機能であり、炉内の材
料の寸法、重量、抽出温度、炉内搬送情報等の材料情報
を炉温設定機能(106)に指示する。
炉温設定機能(106)は、現状温度計算機能(財)と
材料毎最適炉温計算機能@l)と、混焼比率、設定炉温
計算機能(2)とからなっており、周期的に起動される
。現状温度計算機能−は、材料情報を基にして炉温計算
モデル(6)、炉壁温度計算モデル(6)、材料温度計
算モデル(γ)により、現在の材料温度を計算する。材
料毎最適炉温計算機能(21)は、この発明の説明で述
べた様にWJ1図の流れ図に従って各材料毎の最適炉温
を各々、燃料最少化の下に決定する0 混焼比率、設定炉温計算機能□□□)は、各材料毎の必
要炉温及び位看を用いて、式(ト)、式o呻に従って各
制御帯の炉温を計算し、燃料流量制御器(103)に指
示をする。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおり、燃料流量を基にして炉
内温度、炉壁温度、材料温度の将来変動をも考慮し、各
材料について燃料流量が最少となシかつ実現可能な必要
炉温を決定し、これに基づいて各制御帯の炉温設定値と
混焼比率とを設定するようにしているので、炉内に高負
荷材と低負荷材とが混在しているような場合でも、精度
よく抽出温度が制御できるばかりでなく、燃料流量の低
減効果が非常に大きくなる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は材料毎の最適炉温の決定方法を示す流れ図、第
2図は混焼比率と炉内温度との関係図、第3図はこの発
明の効果を示す説明図、第4図はこの発明の一実施態様
を示す全体構成図、第5図は加熱炉の炉温計算ゾーン分
割を示す概略図、第6図は従来の加熱炉の加熱制御方法
を示す説明図である。 (6)の・炉温計算モデル (6)・Φ炉壁温度計算モデル (γ)・・材料温度計算モデル −・・現状温度計算機能 (21+・・材料毎最適炉温計算機能 暖・・混焼比率、設定炉温計算機能 (101)・Φ加熱炉 (103)・・燃料流量制御器 (104)・・炉温検出器 (105)・・燃焼用バーナ (106) ”・炉温設定機能 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示すもの
とする。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数の加熱制御帯を有し、燃焼温度特性の異なる複数の
    燃料を同一の加熱制御帯で燃焼させることができる加熱
    炉において、燃料流量に基づき非定常熱バランス式によ
    り炉温の時間変化を計算する第1機能、炉温から炉壁内
    部温度の時間変化を計算する第2機能、炉温から材料内
    部温度の時間変化を計算する第3機能、上記第1、第2
    、第3の各機能を用い各制御帯の現状燃料流量での材料
    抽出時平均温度、均熱度、および材料通過時の各炉温を
    それぞれ計算する第4機能、上記第1、第2、第3の各
    機能を用い各制御帯の燃料流量を現状流量からある一定
    値変化させた時の材料抽出時平均温度、均熱度、および
    材料通過時の各炉温をそれぞれ計算する第5機能、およ
    び上記第4、第5の各機能の結果に基づき現状燃料流量
    まわりでの線形化係数を計算しこれを用いて制約条件下
    で燃料最少化となる材料毎の最適炉温を決定する第6機
    能を備え、各燃料の総発熱量を全燃料の総発熱量で除し
    て得られる複数燃料の混焼比率と炉温設定値とを、上記
    第6機能で得られる材料毎最適炉温を用いてそれぞれ計
    算し設定することを特徴とする加熱炉の加熱制御方法。
JP60040379A 1985-02-27 1985-02-27 加熱炉の加熱制御方法 Pending JPS61199018A (ja)

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JP60040379A JPS61199018A (ja) 1985-02-27 1985-02-27 加熱炉の加熱制御方法
KR1019860000907A KR900005989B1 (ko) 1985-02-27 1986-02-10 가열로의 로온도 설정 및 가열제어방법
DE19863605740 DE3605740A1 (de) 1985-02-27 1986-02-22 Verfahren zur heizungsregelung in einem waermeofen
US06/833,023 US4657507A (en) 1985-02-27 1986-02-26 Heating control method of heat furnace
GB08604732A GB2171816B (en) 1985-02-27 1986-02-26 Heating control method of heat furnace
AU54091/86A AU573425B2 (en) 1985-02-27 1986-02-26 Heating control method of heat furnace

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1517107A1 (de) * 2003-09-17 2005-03-23 Voest-Alpine Industrieanlagenbau GmbH & Co. Verfahren zum optimalen Betrieb eines Erwärmungsofens
JP2012140662A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Sumitomo Metal Ind Ltd 連続式加熱炉の炉温設定方法及び炉温制御システム、連続式加熱炉、並びに金属材料の製造方法
JP2021046570A (ja) * 2019-09-17 2021-03-25 株式会社神戸製鋼所 鋼材の温度予測方法

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