JPH0684867B2 - 連続加熱炉の炉温設定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の構成〕 （産業上の利用分野） 本発明は、スラブまたはビレット等の被加熱材料片（以
下、鋼片という）を加熱する連続加熱炉の炉温設定装
置、より詳細には、鋼片が連続的に通過する複数の制御
帯の各炉温を個別に制御するために各制御帯の炉温を個
別に設定する連続加熱炉の炉温設定装置に関する。

（従来の技術） 従来の代表的な連続加熱炉として、予熱帯、加熱及及び
均熱帯の３つの制御帯を有する複帯式連続加熱炉があ
る。

この複帯式連続加熱炉は、各制御帯ごとに、噴射燃料を
燃焼させるバーナと、炉温を検出する炉温センサと、こ
の炉温センサによる炉温検出値及び炉温設定器等で与え
られる炉温設定値の偏差を零に近付けるように制御する
制御装置とを有し、各制御帯で独立に温度制御ができる
ように構成されている。

鋼片は予熱帯、加熱帯及び均熱帯を順次連続的に移動す
る間に加熱され、抽出口において抽出目標温度に到達す
るように焼き上げられる。これらの制御帯には複数の鋼
片が存在するのが普通であり、さらに、鋼片の寸法や材
質、抽出目標温度、表面温度制限値等は、必ずしも同一
ではない。鋼片の寸法、材質、抽出目標温度、表面温度
制限値等が異なる場合、鋼片を抽出する度ごとに炉温を
設定し直さなければならず、その設定が適切でないと、
在炉している鋼片を抽出目標温度に焼き上げることがで
きなかったり、逆に抽出時に焼け過ぎてしまったりする
ことがある。

また、在炉している鋼片に対して、鋼片の寸法材質、抽
出目標温度表面温度制限値などを考慮して、適切な炉温
設定値を算出し、炉温制御装置に設定した場合において
も、加熱炉内の炉温が炉温制御装置によって炉温設定値
に制御されるまでには、かなりの時間遅れがある。その
ため、個々の鋼片に注日してきめこまかい制御を行うこ
とは困難である。

このような問題を解決するために、加熱炉の特性を考慮
しながら、加熱炉の中に混在している複数の鋼片の中で
最も焼け不足の鋼片に注目し、その鋼片が抽出される時
に抽出目標温度に到達できるように加熱炉の炉温を設定
する方式が考えられる。しかしながら、この炉温設定方
式では、加熱炉の同じ制御帯の中に１本でも焼け不足の
鋼片が存在していると、その鋼片に注目して炉温をより
高く設定することになるため、同じ制御帯に存在して、
焼け不足の鋼片に先行している鋼片及び後行している鋼
片の多くが各鋼片の抽出目標温度よりもかなり高く焼き
上げられてしまう。

また、別の炉温設定方式として、加熱炉の特性を考慮し
ながら、現在時刻から加熱炉の同じ制御帯に混在してい
る鋼片が抽出される時刻までの時間における各鋼片の抽
出温度を推定し、この抽出温度推定値と抽出目標温度と
の温度差の合計あるいは温度差の自乗合計を最小にする
ように、現在時刻から同じ制御帯に混在している鋼片が
抽出されるまでの時間における炉温設定値を算出する方
式が考えられる。この炉温設定方式においては、加熱炉
の同じ制御帯に混在している鋼片の全部に注目して炉温
設定値を算出するため、求めた炉温設定値は平均的な炉
温設定値となる。このため、加熱炉の同じ制御帯に混在
している鋼片の中で最も焼け不足の鋼片に対しては、そ
の鋼片の抽出温度が抽出目標温度よりもかなり低くなる
場合がある。この時、その鋼片の抽出温度が例えば次の
工程の圧延可能許容抽出温度よりも低くなった場合に
は、圧延可能許容抽出温度に鋼片が加熱されるまで抽出
を遅らせること、すなわち加熱炉待ちをしなければなら
なくなる。この加熱炉待ちが発生すると圧延生産スケジ
ュールに大幅な変更を来たしてしまう。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、焼き上がり状態の異なる鋼片が制御帯に混在した場
合でも、焼け過ぎや焼け不足のない高精度の温度制御を
可能にし、しかもバラツキの少ない炉温設定の可能な連
続加熱炉の炉温設定装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明による連続加熱炉の炉温設定装置は、被加熱材料
固有の材料データ、工程固有の工程データ、及び過去の
演算結果として得られた被加熱材料片の推定温度データ
を記憶するメモリと、このメモリに記憶されている工程
データに基づいて炉内の被加熱材料片が連続加熱炉から
抽出されるまでの抽出予定ピッチを演算する第１の演算
手段と、この第１の手段手段によって演算された抽出予
定ピッチから算出される抽出予定時刻における被加熱材
料片の炉内の将来位置を演算する第２の演算手段と、各
制御帯の炉温検出値とメモリに記憶されている推定温度
データとに基づいて被加熱材料片の現在温度を推定し、
メモリの推定温度データを逐次更新させる第３の演算手
段と、被加熱材料片の炉内各位置における目標温度を目
標温度曲線として記憶し、第２の演算手段によって演算
された被加熱材料片の将来位置とメモリに記憶されてい
る材料データ及び工程データに基づいて被加熱材料片の
炉内各位置における目標温度を索引する目標温度索引手
段と、この目標温度索引手段によって索引された被加熱
材料片の炉内における目標温度、第３の演算手段によっ
て演算された被加熱材料片の現在温度、第１の演算手段
によって演算された抽出予定ピッチ、及び第２の演算手
段によって演算された被加熱材料片の炉内の将来位置に
基づいて、被加熱材料片が加熱炉の帯出口を通過する時
の材料温度を予測演算し、それと目標温度との偏差を演
算する第４の演算手段と、炉温度設定値を算出するため
に注目すべき最も適した被加熱材料片を推論するための
ルール及び炉温設定値を算出するために注目すべき最も
適した被加熱材料が帯出口を通過する時にちょうど目標
温度になるように焼き上げるための炉温設定値を推論す
るためのルールを記憶している知識記憶部と、メモリに
記憶されている材料データ、第１の演算手段によって演
算された被加熱材料片の抽出予定ピッチ、第２の演算手
段によって演算された被加熱材料片の炉内位置、第３の
演算手段によって演算された被加熱材料片の現在温度、
及び第４の演算手段によって演算された帯出口温度偏
差、並びに知識記憶部に記憶されているルールに基づい
て、炉温設定値を算出するために注目すべき最も適した
被加熱材料片を見出し、その被加熱材料片が帯出口を通
過する時にそれを目標温度に焼き上げるための炉温設定
値を推論する推論部とを備えたことを特徴とする。

（作 用） 加熱炉の一つの制御帯に存在する鋼片Ｓが、第２図に示
すように、時刻t₀に位置X₀に在炉し、時刻t₁に位置X₁に
在炉したとする。この鋼片Ｓは、抽出口に向かう方向の
各位置において材料平均温度の目標値を持っており、こ
の目標値を連ねたものが目標温度曲線Ａになっている。
ここで位置X₀における目標温度をT₀、位置X₁における目
標温度をT₁とすれば、鋼片Ｓが位置X₀から位置X₁に移動
する時間Δｔ（＝t₁−t₀内で、現在温度θ_０から目標温
度T₁まで加熱する必要がある。この温度差Δθ（＝T₁−
θ_０）だけ加熱するのに必要な炉温θ_ｇは、材料の表面
温度を用いることによって次式で演算することができ
る。

ただし、 c:比熱（Kcal/kg℃） ρ：密度（kg/m³） b:鋼片の幅（ｍ） σ：ステファンボルツマン定数 Φ_CGu：上部総括熱吸収率 Φ_CG1：下部総括熱吸収率 Δθ：温度偏差（＝T¹−θ_０）（℃） Δ_ｔ：時間間隔（＝t₁−t₀）（hr） θ_ｇ：炉温度（℃） θ_ｕ：鋼片の上部表面温度（℃） θ₁:鋼片の下部表面温度（℃） である。

一方、加熱炉の一つの制御帯には、第３図に示すよう
に、ｎ個の鋼片S₁,S₂,S₃,…,S_ｎ−１,S_ｎがそれぞれ抽
出口（図上、右側）から順に（左側に）離れた位置X₁,X
₂,X₃,…,X_ｎ−１,X_ｎに存在し、しかも、これらの鋼片
の抽出予定時刻が各々t₁,t₂,t₃,…,t_ｎ−１,t_ｎ、これ
らの鋼片の現在温度が各々θ₁,θ₂,θ₃,…，θ_ｎ−１，
θ_ｎ、これらの鋼片の目標温度曲線Ａであったとすれ
ば、上記（１）式を用いることによって、それぞれ抽出
目標温度に加熱するのに必要な炉温θ_g1，θ_g2，θ_g3，
…，θ_gn−１，θ_gnを演算することができる これらの炉温θ_g1，θ_g2，θ_g3，…，θ_gn−１，θ
_gnが、第３図に示すように、抽出口に近いものが最も高
く、抽出口から遠くなるに従って順に低くなる場合があ
ったり、第４図に示すように、狭い温度範囲でわずかに
ばらついたり、あるいはまた、第５図に示すように、抽
出口から遠くなるに従って順に低くなるものの、鋼片Ｓ
_ｎの炉温θ_gnのみが飛抜けて高くなったりすることがあ
る。

本発明は、加熱炉のオペレータの操業ノウハウを知識ベ
ースとして記憶して、加熱炉の中に混在する鋼片の帯出
口温度偏差、抽出予定時刻、材料データ、工程データな
どの各種データを入力し、その知識ベースを用いて、加
熱炉に在炉する鋼片の焼き上がり状態から炉温設定値を
算出するめに注目すべき最も適した鋼片を推論し、推論
から求めた鋼片が帯出口を通過する時にその目標温度に
焼き上げるように、最適な炉温設定値を推論して決定す
ることにより、常時、加熱炉を最適な状態に制御するこ
とができる。

このために、まず、入力手段を介して入力される材料デ
ータおよび工程データをメモリに記憶させる一方、第２
の演算手段により鋼片S₁,S₂,S₃,…,S_ｎ−１,S_ｎのそれ
ぞれの抽出時刻における制御帯の将来位置を演算する。
そして、第３の演算手段により鋼片S₁,S₂,S₃,…,S
_ｎ−１,S_ｎの各々の現在温度を推定してメモリに記憶さ
せる。

次に、目標温度曲線索引手段が鋼片S₁,S₂,S₃,…,S
_ｎ−１,S_ｎの将来位置と、材料データ及び工程データと
に基づいて、鋼片の目標温度を索引する。

一方、炉温設定値を算出するのに最も適した鋼片を推論
し、最適炉温設定値の演算方法と最適炉温設定値を演算
する時に用いる最適重み係数とを決定するためのルール
を予め知識記憶部に記憶させておく。

そこで、メモリに記憶されている材料データ、第１の演
算手段によって演算された鋼片の抽出予定ピッチ、第２
の演算手段によって演算された鋼片の炉内位置、第３の
演算手段によって演算された鋼片の現在温度、及び目標
温度曲線索引手段によって索引された鋼片の炉内各位置
における目標温度、並びに知識記憶部に記憶されている
ルールに基づいて、炉温設定値を算出するのに最も適し
た鋼片を推論して、最適な炉温設定値の演算方法と最適
な炉温設定値を演算する時に用いる最適重み係数とが推
論される。この推論のために用いられた各データと推論
によって得られた最適な炉温設定値の演算方法及び最適
重み係数とに基づいて鋼片が連続加熱炉から抽出される
時に個々の材料温度が抽出目標温度に確保されるように
各制御帯の炉温設定値が演算される。

以上のように加熱炉のオペレータの操業ノウハウを知識
ベースとして記憶し、これを用いて在炉する鋼片の焼き
上がり状態から炉温設定値を算出するのに最も適した鋼
片を推論することにより、たとえ焼き上がり状態の異な
る鋼片が加熱炉内に混在しているような場合であって
も、常時、最適な炉温設定値を得ることができ、それに
より、焼け過ぎや焼け不足のない高精度の温度制御を達
成することができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を、連続加熱炉の制御系と併
せて示したブロック図である。同図において、予熱帯、
加熱帯および均熱帯の各制御帯にそれぞれバーナを備え
た連続加熱炉２は圧延スケジュールに従って抽出口から
鋼片を抽出する鋼片抽出手段３を備えている。また、連
続加熱炉２は各制御帯ごとに、炉温を検出する炉温セン
サ５とバーナの燃料噴射量を調節して炉温を制御する炉
温制御手段４とを備えている。さらに、炉温センサ５の
出力信号及び連続加熱炉２の鋼片抽出信号を入力して、
炉温設定値を演算し、鋼片抽出手段３に鋼片抽出指令
を、炉温制御手段４に炉温設定信号を与える炉温設定装
置10が備えられている。

ここで、炉温設定装置10は鋼片抽出口を有する均熱帯を
制御対象としたもので、鋼片の寸法、材質、表面温度制
限値等の鋼片固有の材料データ、及び加熱工程の種類、
抽出目標温度、所要時間等の工程固有の工程データを入
力する入力手段11と、この入力手段11からの入力データ
を記憶すると共に、現在温度を推定した現在温度データ
を記憶するメモリ12と、鋼片が連続加熱炉２の均熱帯か
ら抽出されるまでの抽出抽出予定ピッチを演算する抽出
ピッチ演算手段13と、ここで算出された抽出予定ピッチ
から求られる抽出予定時刻における鋼片の炉温内での将
来位置を演算する位置演算手段14と、鋼片の現在温度を
演算してメモリ12からの推定温度データを逐次更新する
温度演算手段15と、位置演算手段14から得られる鋼片の
炉内位置とメモリ12から得られる鋼片についてのデータ
とから加熱炉に在炉している鋼片の目標温度を索引する
目標温度索引手段16と、メモリ12に記憶されている鋼片
の現在の平均温度及び鋼片についてのデータ、抽出ピッ
チ演算手段13によって演算されたある一定時間後までの
抽出予定ピッチ、位置演算手段14によって演算された鋼
片の連続加熱炉２内の将来位置、及び目標温度索引手段
16によって索引された目標温度に基づいて、鋼片が制御
帯の出口を通過する時の平均温度を推定値を演算し目標
温度との偏差を求める帯出口温度偏差演算手段17と、目
標温度の分布状態に応じて最適な炉温設定値を求めて出
力す最適炉温決定手段18とで構成されている。

最適炉温決定手段18は、データ編集部19、知識記憶部2
0、及び推論部21から成っている。データ編集部19で
は、位置演算手段14によって演算された鋼片の加熱炉内
における将来位置データや、メモリ12に記憶保持された
鋼片の現在温度、寸法、材質、表面温度制限値等のデー
タ、帯出口温度偏差演算手段17によって演算された鋼片
の帯出口温度偏差データ、抽出ピッチ演算13によって演
算された抽出予定ピッチデータなどを編集して推論部21
へ送る。推論部21は、これらの編集されたデータと知識
記憶部20に予め記憶されているルールとに基づいて炉温
設定値を算出するために注目すべき最も適した鋼片はど
れかを推論し決定する。そして、求めた鋼片が帯の出口
を通過する時に、その鋼片を目標温度に焼き上げるため
の炉温設定値を推論し決定する。

ここで知識記憶部20に記憶されているルール群は、従
来、加熱炉のオペレータが操業ノウハウとして持ってい
たものを知識ベースとして記憶しているものである。ル
ール群を構成する各ルールの具体例について説明する。

なお、∧はAND（論理積）条件を示す論理式記号である
とする。

（１）どの鋼片に注目すべきかを決定するためのルール
例 例 1: （制御帯出口温度偏差が他の鋼片と比較して大きい） ∧（残在炉時間が少ない） ∧（同じ制御帯に温度制限材が無い） ∧（在炉位置が制御帯の出口に近い） →（その鋼片に注目して炉温設定値を算出する） 例 2: （温度制限材である） ∧（同じ制御帯に他の温度制限材が無い） →（温度制限材に注目して炉温設定値を算出する） （２）最適な炉温設定値を決定するルール例 例 1: （材料寸法は標準寸法である） ∧（材質は普通材である） ∧（残在炉時間は10分以内である） ∧（制御帯出口温度偏差は、−30℃から−15℃の間であ
る） ∧（温度制限材ではない） ∧（同じ制御帯に温度制限材が無い） →（炉温設定値を基準値より30℃上昇させる） このようなルールを用いて決定された炉温設定値は炉温
設定装置10の出力となり、この炉温設定値に基づいて、
連続加熱炉２の炉温は、炉温制御手段４によって制御さ
れる。

次に、第１図の装置の動作について説明する。

連続加熱炉２は挿入口から次々と挿入される鋼片を予熱
帯、加熱及び均熱帯の各制御帯でそれぞれ異なる態様で
加熱し、加熱し終った鋼片を鋼片抽出手段３によって抽
出口から順次抽出する。

この時、均熱帯の炉温は炉温センサ５によって検出さ
れ、その検出値に基づいて炉温設定装置10が最適炉温を
演算し設定すると、炉温制御手段４がその炉温設定値に
従って炉温を独立に制御する ここで、炉温設定するために、入力手段11により、鋼片
の寸法、材質、表面温度制限値等の材料データ、工程の
種類、抽出目標温度、所要時間等の工程データを入力す
ると、これらのデータがメモリ12に記憶される。また、
連続加熱炉２から鋼片が抽出される度ごとに、抽出ピッ
チ演算手段13及び温度演算手段15に抽出信号が加えられ
る。抽出ピッチ演算手段13は、この抽出信号とメモリ12
に記憶された工程データとに基づいて、一定時間後まで
の抽出予定ピッチを演算する。また、位置演算手段14
は、この抽出予定ピッチから求められる抽出予定時刻に
おける鋼片の均熱帯の将来位置を演算する。

一方、温度演算手段15においては、連続加熱炉２から得
られる抽出信号を受けて、炉温センサ５からの炉温検出
値と、過去にこの温度演算手段15で演算してメモリ12に
記憶されている鋼片の平均温度演算値とから、鋼片の平
均温度を演算推定し、その結果によりメモリ12の記憶内
容を更新させる。さらに、目標温度索引手段16において
は、位置演算手段14から得られる鋼片の均熱帯内位置と
メモリ12から得られる鋼片の材料データとから、鋼片の
目標温度を索引する。帯出口温度偏差演算手段17におい
ては、メモリ12に記憶されている鋼片の現在の平均温度
及び鋼片についてのデータと、抽出ピッチ演算手段13に
よって演算されたある一定時間後までの抽出予定ピッチ
と、位置演算手段14によって演算された鋼片の連続加熱
炉２内の将来位置と、目標温度索引手段16によって索引
された目標温度とから、鋼片が制御帯の出口を通過する
時の平均温度を推定値を演算し、目標温度との偏差を求
める。

最適炉温決定手段18は、メモリ12、抽出ピッチ演算手段
13、位置演算手段14、及び帯出口温度偏差演算手段17か
らの各データをデータ編集部18が編集し、そこから得ら
れるデータと、すでに述べた知識記憶部20に記憶されて
いる知識ベースとに基づいて推論部21が炉温設定値を決
定する。

かくして、本実施例によれば、均熱帯に混在している鋼
片の焼き上がり状態等が変化しても、それを短時間で正
確に判断し、炉温設定値を算出するのに最も適した鋼片
を推論により決定し、この結果に基づいて最適な炉温設
定値を算出することができ、さらに加熱炉オペレータに
よる炉温設定値のバラツキを無くして鋼片の品質を均一
に制御することができる。

なお、上記実施例では、特に均熱帯の炉温を制御するた
めの炉温設定装置について説明したが、予熱帯から加熱
帯への鋼片の移動、加熱帯から均熱帯への鋼片の移動を
それぞれ予熱帯、加熱帯からの鋼片の抽出と見なすこと
により、本発明は予熱帯または加熱帯の温度制御にも適
用することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
材料データや工程データ、さらには表面温度推定値及び
材料温度推定値などのデータから加熱炉内に存在する鋼
片の焼き上がり状態を短時間で正確に判断して、炉温設
定値を算出するために注目すべき最適の鋼片を推論し、
この推論結果に基づいて最適な炉温設定値を算出するこ
とができ、それにより、焼き上がり状態の異なる鋼片が
炉内に混在した場合でも、焼き過ぎや焼け不足のない高
精度の温度制御を達成することができる。また本発明に
よれば、加熱炉オペレータによる炉温設定値のバラツキ
を無くして鋼片の品質の均一化に寄与することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図な
いし第５図は同実施例の原理を説明するための、鋼片の
位置と温度との関係を示す線図である。 10……炉温設定装置、11……入力手段、12……メモリ、
13……抽出ピッチ演算手段、14……位置演算手段、15…
…温度演算手段、16……目標温度索引手段、17……帯出
口温度偏差演算手段、18……最適炉温決定手段、19……
データ編集部、20……知識記憶部、21……推論部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加熱材料片が連続的に通過する複数の制
   御帯の各炉温を個別に制御するために各制御帯の最適炉
   温を個別に設定する連続加熱炉の炉温設定装置におい
   て、 被加熱材料固有の材料データ、工程固有の工程データ、
   及び過去の演算結果として得られた被加熱材料片の推定
   温度データを記憶するメモリと、 このメモリに記憶されている工程データに基づいて炉内
   の被加熱材料片が連続加熱炉から抽出されるまでの抽出
   予定ピッチを演算する第１の演算手段と、 この第１の手段手段によって演算された抽出予定ピッチ
   から算出される抽出予定時刻における被加熱材料片の炉
   内の将来位置を演算する第２の演算手段と、 各制御帯の炉温検出値とメモリに記憶されている推定温
   度データとに基づいて被加熱材料片の現在温度を推定
   し、メモリの推定温度データを逐次更新させる第３の演
   算手段と、 被加熱材料片の炉内各位置における目標温度を目標温度
   曲線として記憶し、第２の演算手段によって演算された
   被加熱材料片の将来位置とメモリに記憶されている材料
   データ及び工程データに基づいて被加熱材料片の炉内各
   位置における目標温度を索引する目標温度索引手段と、 この目標温度索引手段によって索引された被加熱材料片
   の炉内における目標温度、第３の演算手段によって演算
   された被加熱材料片の現在温度、第１の演算手段によっ
   て演算された抽出予定ピッチ、及び第２の演算手段によ
   って演算された被加熱材料片の炉内の将来位置に基づい
   て、被加熱材料片が加熱炉の帯出口を通過する時の材料
   温度を予測演算し、それと目標温度との偏差を演算する
   第４の演算手段と、 炉温設定値を算出するために注目すべき最も適した被加
   熱材料片を推論するためのルール及び炉温設定値を算出
   するするために注目すべき最も適した被加熱材料片が帯
   出口を通過する時にちょうど目標温度になるように焼き
   上げるための炉温設定値を推論するためのルールを記憶
   している知識記憶部と、 メモリに記憶されている材料データ、第１の演算手段に
   よって演算された被加熱材料片の抽出予定ピッチ、第２
   の演算手段によって演算された被加熱材料片の炉内位
   置、第３の演算手段によって演算された被加熱材料片の
   現在温度、及び第４の演算手段によって演算された帯出
   口温度偏差、並びに知識記憶部に記憶されているルール
   に基づいて、炉温設定値を算出するために注目すべき最
   も適した被加熱材料片を見出し、その被加熱材料片が帯
   出口を通過する時にそれを目標温度に焼き上げるための
   炉温設定値を推論する推論部と を備えたことを特徴とする連続加熱炉の炉温う定装置。