JPS62127422A - 加熱炉の材料昇温曲線決定方法 - Google Patents

加熱炉の材料昇温曲線決定方法

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JPS62127422A
JPS62127422A JP26844385A JP26844385A JPS62127422A JP S62127422 A JPS62127422 A JP S62127422A JP 26844385 A JP26844385 A JP 26844385A JP 26844385 A JP26844385 A JP 26844385A JP S62127422 A JPS62127422 A JP S62127422A
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    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0081Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for slabs; for billets
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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、熱間圧延ラインにおける加熱炉の温度制御
において、燃料最少となる材料の昇温パターンの決定方
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オンラインで昇
温曲線を決定する方法としては、例えば特開昭56−y
sss34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およ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使用し、非線形
の燃料最少化を行なうために、炉温をステップ状に変化
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)を用い線形化を行ない、その結果で材料の昇温曲
線を決定する方法が採られている。
〔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材料昇温曲線決定方法では
、一般に炉温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、線形化係数およ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させてシミュレ
ーションを行なっているため、実際の材料の昇温傾向お
よ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0また、抽出休止(中断)の非定常操業時
の影響が最適化のロジックに組込まれていないため、手
動時に通常なされる炉温設定値を下げるという操作がな
く、燃料原単位を悪化させてしまう問題も生じた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、実現可能で、かつ実際の状態に一致し、また
抽出休止の非定常操業時に設定炉温か下がるような昇温
曲線を決定することができる加熱炉の材料昇温曲線決定
方法を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る加熱炉の材料昇温曲線決定方法は、燃料
流量に基づき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、
および炉温を基にして材料温度を求めるモデルの3つの
非線形モデルを使用し、燃料最少化を行なうために、燃
料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&使用し、かつLP(線形計画法)手法における評両
関数に燃料流量と非定常操業時の影響を組込んで昇温曲
線を決定するようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、炉壁温度分布を含む3つの非線形
モデルを使用し、燃料最小化を行なうためにいわゆる摂
動法シミュレーションを使用して昇温曲線を決定するよ
うにしているので、実現可能で、かつ実際の状態に一致
し、また抽出休止の非定状操業時に設定炉温か下がるよ
うな昇温曲線を決定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0炉温計算モデ
ルは以下のようにして構成されている。
第1図に示す様に加熱炉を炉長方向にn(lに分割し、
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0 4“gi       、 、、炉温の温度変イヒC1
@ t =Qエ       ・・・燃料、空気の顕熱6 、 
        ・・・燃料発熱量+01+1”pF”
gl+1 ・・・上流よりの排ガス熱量 i  pg  gi   ・・・下流への排ガス熱量・
・・他メツシュ炉温よりのふく射 ・・・炉壁よりのふく射 ”2(Twi−”gi”C3(Tei−”pi)・・・
炉壁、材料への対流 −QW□      ・・・スキッド冷却水損失・ ・
 ・(1) ここで Hは燃料の単位流量当りの発*A量、Cpgは
排ガス比熱、Giは各メツシュの排ガス流量で分割数、
mはスラブ本数である0 上記式(1)は、燃料流量Wが与えられれば、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 B   拳T  +a         (1
=  1es拳H)ik  gk  i φ争Q(2) とれはs n7c連立の非線形微分方程式であるが、1
5tep 前の炉内温度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、
簡単に新らしい炉内温度分布を計算できる。
また、材料温度モデルは、良く知られている2次元の熱
伝導方程式より次の様に表わせる。
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、aB、λ8.r、はそれぞれ材料の比熱。
熱伝導率、比重であり、 q8は材料の表面熱流束であ
り次式で表わせる。
qs= Σに3u ((7g1+273)’−(Ts、
+273)’ 11=1 ” 03(T s6− T ge )        
・―・(6)式(8)は式(4)の境界条件を用いれば
、通常の差分手法で解く事ができる。
炉壁温度モデルは第1図に示されている様に炉長手方向
分割毎のメツシュ内において、厚み方向のみの1次元熱
伝導方程式によって、次の様に表わせる。
炉内表面における境界条件は 番 +02(Tg土−Tw)           ・ ・
 ・ (η炉外表面における境界条件は ここで、Xは炉壁厚み方向、d、は炉壁の厚み、Cw・
rW、λ7 は炉壁の比熱、熱伝導率、比重を表わして
おり、HOUT  は外部熱伝導率、〒1□1 は外部
温度を示している0式(6)も式(γ)1式(8)の境
界条件を用いる事によシ通常の差分方程式で解く事が可
能となる。
なお、上記3つのモデルを組み合わせて使用する事によ
シ、燃料流量を与えれば、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。
次に、燃料を最少とする材料の昇温曲線の決定方法を第
2図に基づき説明する。なお、(1)は昇温曲線決定の
第15tep s  (2)は同機の第2stop。
(8)は同様の第5stop 、  (4)は同様の第
4stop。
(6)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)は最低温度、均熱度の計算、(至)
は線形化係数の計算、α刀は線形計画法(I、P)の計
算で、(2)は材料の抽出されるまでの昇温曲線を決定
する計算である。
まず、第1 5top (1)として、現在の流量WK
。でもって全材料が抽出されるまでの時間、5つのモデ
ル(5) 、 (6) 、 (γ)を繰り返して使用す
る事により、各材料抽出時の最低温度T8゜、均熱度(
最高温度−最低温度)ΔT 、Oおよび炉内計算ゾーン
出側位置での材料平均温度T5□。が計算できる。
次に、第25top (2)として、各燃料流量制御帯
毎に上記燃料流量をΔWK″ だけ 5top状に変化
させる事によって、前記第1 5top(1)と同様に
各流量変化時の各材料抽出時最低温度;、K、均熱度Δ
TK  、各ゾーン出側位置での材料平均温度TbKを
計算することができる。
次に第3 5top(8)として、以下の線形化係数の
計算(101を実行する。第2 5top(2)の処置
により、非線形方程式の解である抽出特番材料最低温度
、均熱度、および各材料通過時の各計算ゾーンでの平均
温度は次の様に線形化する事ができる。
ここで、KMAX  は燃料流量制御帯の数であり、p
p、p   は各々流量を変化させた場合のIKl  
  2K     31に 線形化係数であり、次で与えられる。
(y、に−、;、0) Plに:□        ・Φ・叫 ΔwK0 また、各燃料流量はΔWxを各制御帯の変化量とすると w  =w  +ΔWK K と表わす事ができる。
昇温曲線を求めるうえでの制約条件は材料の冶金学的制
約、および炉操業上の制約から次の様なものである。
”biMIN≦Tbi≦Tl)l MAX”KMIN 
 ≦WK  ≦”KMAXここで、添字MIN、 MA
X  はそれぞれの下限値および上限値を示している。
また、最適化の評価関数は燃料最小化であり、また非定
常操業時の影響すなわち各帯在炉時間の延長を組込んで
次のようになる。
K=1 式儂)の制約条件下での弐〇〇)の最小化は通常の線形
計画法(LP)の計算αη式で求めることが可能である
上記解の流量が各材料の最適流量”koptであり、第
4 5topとしてこの流量を基に線形計画法(LP)
の計算叩に代入する事で抽出までの材料の昇温曲線を計
算する事ができる。
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
3図を参照して説明する。
第3図において、複数の制御帯に分割された加熱炉(1
01)には燃焼用バーナ(105) 、炉温検出器(1
04)が配置されており、炉温設定手段(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)は材料情報手段であり、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手
段(106)に指示する。
炉温設定手段(106)は、現状温度計算手段(イ)と
昇温曲線決定手段(21)と設定炉温計算手段國とから
なっており、周期的に起動される。現状温度計算手段−
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(7)により、
現在の材料温度を計算する。昇温曲線決定手段(3))
はこの発明の説明で述べた様に各材料毎の昇温曲線を各
々燃料最小化の下に決定する。
設定炉温計算手段に)は、各材料毎の目標昇温曲線と現
状温度とを比較して、各制御帯の炉温を計算し、燃料流
量制御器(103)に設定炉温を指示する。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、炉温計算手段、
炉壁計算手段、材料温度計算手段の3つの非線形モデル
を使用し、かつ非定常操業を考慮した評価関数を設けて
燃料最小化を行なうために摂動法シミュレーションを使
用して昇温曲線を決定するようにしているので、実現可
能でかつ実際の状態に即した材料の昇温曲線を決定する
ばかりでなく、非定常操業時にも設定炉温か下がるよう
な昇温曲線を決定することが可能となる。このため、各
材料の抽出温度を精度よく制御できかつ燃料原単位を低
減することができる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は加熱炉の炉温計算ゾーン分割を示す概略図、第
2図は燃料を最少とする材料の昇温曲線の決定方法を説
明するための説明図、第5図はこの発明の一実施例を示
す全体の構成図である。 (5ン:炉温計算モデル (6):炉壁温度計算モデル
(7):材料温度計算モデル (社):現状温度計算手段 tzll :昇温曲線計算手段 C@二段設定炉温計算手 段101) :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) :炉温設定手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数の制御帯を有する連続式加熱炉の加熱制御において
    、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演算手段、炉温から炉壁内部温度
    の時間変化を計算する第2演算手段、炉温から材料内部
    温度の時間変化を計算する第3演算手段、上記第1、第
    2、第3の各演算手段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演算手段、上記第1、第2
    、第3の各演算手段を用い各制御帯の燃料流量を現状流
    量からある一定値を変化させ、材料の抽出時最低温度、
    均温度および各計算ゾーンを通過する時の平均温度を計
    算し、これと第4演算手段の結果に基づき現状流量まわ
    りでの線形化係数を計算する第5演算手段、上記係数を
    用いて炉操業上の制約条件下で材料が焼上がるのに必要
    な燃料を最小とし、かつ抽出休止(中断)の予定がある
    非定常操作時を考慮して最適化の評価関数に休止の影響
    を組込み、最適燃料流量を計算する第6演算手段、この
    流量を基に材料の抽出されるまでの昇温曲線を決定する
    第7演算手段を有することを特徴とする加熱炉の材料昇
    温曲線決定方法。
JP26844385A 1985-11-27 1985-11-27 加熱炉の材料昇温曲線決定方法 Granted JPS62127422A (ja)

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