JPS58210120A - 加熱炉の燃焼制御方法 - 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】 本発明は多帯式加熱炉の燃焼制御方法に関する。

加熱炉の省エネルギをはかった運転制御方法は、炉操業
上重要な問題である。省エネルギを考慮した昇温予定曲
線をあらかじめ決めて記憶し、記憶されている曲線に沿
って炉を制御する方法がある。

しかし省エネルギに適した昇温予定曲線は炉の操業状態
や操業計画によって異なってくる。また炉内のある鋼片
を予定の温度に加熱するのに必要な燃料は、その鋼片自
体の加熱状態はもとより炉内の他の鋼片の加熱状態や加
熱予定曲線によっても異なる。したがって記憶しておい
た昇温予定曲線で加熱したとしても必ずしも満足できる
省エネルギ効果が得られず、鋼片を予定の抽出温度に加
熱できなりという問題がある。また起りうる全ての状態
変化、操業計画全てについてあらかじめ昇温予定曲線を
記憶しておくことは不可能に近い。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のである。本発ＢＡは鋼片あるｂは鋼片群の現時点の加
熱状態と今後の残在炉時間を経過して抽出されるまでに
必要な燃料流量を予測し、該予測した燃料流量が最小に
なるような昇温予定曲線を見出し制御１ヲおこなうもの
である。

特に抽出までの残在炉時間を−、複数の時間領域に分割
し、該分割された各時間領域における炉温を独立変数と
して燃料が最小になる昇温予定曲線を探索して決定する
ことに特徴がある。

加熱炉に装入される鋼片の組合せは全てでたらめに装入
されるのではなく、サイズや鋼種が似ている鋼片をまと
めて装入、あるいはほぼ等し込偏度の鋼片をまとめて装
入、するなどの方法がとられる。言いかえると炉内には
サイズ、鋼種、装入温度等がそれぞれ似ている鋼片グル
ープがいくつか存在してｈる。

また連続鋳造設備と加熱炉の操業が密接に結びついてい
る場合には、該連続鋳造設備から一定量の鋼片が連続し
て到着し、一定時間をおいて次の鋼片グループが到着し
装入される場合がある。すなわちある鋼片のグループの
連続装入タイミングと次のグループの装入タイミングが
比較的接近している場合と、大きく離れている場合とが
ある。

このような場合には炉内における鋼片の移動履歴は各鋼
片が新編している鋼片グループによって異なってくる。

仮に省エネルギの観点から好ましい昇温曲線が各々の鋼
片について求められたとしたら、同一グループ内の鋼片
は似たよう々昇温曲線をもつであろうし、グループが異
なればまた違う昇温曲線をもつ。

以上のような観点から本発明の実施例では炉内鋼片をグ
ループ分けし、それぞれの夛ループの昇温予定曲線を求
める場合について述べる。以下では炉の抽出口から装入
口に向って炉内の鋼片グルーＱａ、ｂ、Ｃ，・・・・・
・グループと名付けて説明する。

次に、鋼片温度の推定に関していえば炉内鋼片の内部温
度分布は、計算によって求めることができるものとする
。鋼片の表面から流入する熱量を輻射モデルで計算し、
鋼片内部の熱移動を熱拡散方程式によって計算する方式
が従来の自動燃焼制御でも多く用りられている。（例え
ば日本鉄鋼協会、特別報告Ａｌｌ、「連続鋼片加熱炉に
おける伝熱実験と計算方法」、昭４６．５発行などがあ
る〕 一定時間前の鋼片の内部温度分布と、現在までの鋼片周
囲の炉温履歴Ｔの値がわかれば、上記の方式により現在
の鋼片温度を知ることができる。

さらに、現在の鋼片温度がわかって込るとき、現在以降
の鋼片周囲の炉温履歴を仮定すれば将来の鋼片温度のｆ
ｆｉ　Ｉｃ予測することもできる。この予測計算は昇温
予定曲線の計算において用いられる。

なお、以下では鋼片温度の平均値をθ、表面と内部の温
度の差をΔθ、鋼片の内部温度分布をθで表わすことに
する。

さらに、ある時間内に鋼片に吸収される熱１ｔｔ９と表
わすことにする。９の値は上述の輻射モデルで計算する
流入熱量をその時間内に積算することにより容易に求め
ることができる。

鋼片の炉内移動スケジュールは鋼片の抽出計画情報が与
えられればそれから計算によって求めることができる。

抽出計画は通常圧延生産数として与えられることが多い
が、それが与えられない場合には、現在までの圧延実績
から推定したり、標準値を用いるようにしても良い。抽
出計画が与えられれば、その抽出量に対応する抽出の平
均ピッチが決まり、抽出側の鋼片から順にそのピッチで
抽出されると考えることにより各鋼片の抽出時刻が定ま
る。ある−片グループと次の鋼片グループの抽出の間に
適当な待ち時間がある場合には、後続グループの銅片抽
出時刻をそれだけ遅らせることもできる。

鋼片を実際に移動させるウオーキングビームが一体式の
場合には、先頭チャージが抽出予定時刻までに抽出口に
到着するように移動することにより、後続鋼片の炉内の
イ多動パターンか自動的に決まる。また炉帯単位に独立
なウオーキングビームを備えた炉、分割型移ｈｂ炉床炉
でもウオーキングビームどうしの動かし方のルールを考
慮すれば、先行鋼片の抽出予定時刻に基づいて、炉内の
後続鋼片の炉内移動パターンが決まる（具体的な計算方
法は、本願の主旨と関係ないので省略する）。

このようにして炉内移動パターンが決まると、それから
各鋼片が今後炉内の６帯にどれだけ滞留するか知ること
は容易である。

また第１図に示したように加熱炉の抽出側から第４帯に
ある鋼片をａグループ、第３帯にある鋼片１ｂグループ
・・・・・・・・・第１帯にある鋼片をｄグループ、の
ように呼ぶことにする（第１図では゛第２帝には鋼片が
なめ場合を示している）。

また以下に説明する制菌方法では、鋼片（もしくは鋼片
のグループ）が抽出までに炉内にどれだけ存在するかを
表わす在炉時間τ２や６帯にどれだけ滞留するかを表わ
す炉帯滞留時間が重要なパラメータになるが、それらの
値はあらかじめ予測することができる。第１図は分割炉
床の列であるが、本発明は従来のウオーキングビーム方
式、すなわち炉床が一体となっている連続炉にお騒ても
同様に適用てきることは云うまでもなｈ０本発明では、
抽出側のグループから装入側のグループの順忙、各グル
ープに所属する鋼片の外温曲線を計算する。以下ではＭ
ヶの帯からなる加熱炉の一般式として第（Ｍ−１）帯に
滞留してし）るチャージｂ＝２例にとって昇温曲線の計
算方法にっｂて述べる。第Ｍ帯にはチャージａか滞留し
ており、その昇温曲線の計算は完了しているものとする
（その計算方法はチャージｂの場合と本質的な違りはな
いが、ｂくっか注意すべき点はある。それにつし嶌ては
後で述べる）。

したがって、チャージｂの計算開始時には、第Ｍ帯にお
けるチャージａ加熱に必要な最適炉温及び燃料流量の値
は計算済みである。

グループｂの加熱において注意しなければならないのは
、このグループｂが第（Ｍ−１）帯に存在している間、
第Ｍ帯にあるグループａの加熱に伴って発生する高温の
排ガスが流入するということである。このため、グルー
プｂの加熱のために第（Ｍ−１）帯で投入する燃料流量
がグループａでどのような加熱をおこなうかによって異
った値になる。

グループａの昇温予定曲線の計算が先に完了していれば
各時刻に炉帯Ｍから流出される排ガスの顕熱はわかって
いるので、以下に述べるようにチャージｂの加熱に必要
な燃料流量を計算することができる。

まずグループｂが（Ｍ−１）帯、Ｍ帯に滞留する時間を
τｂ、ｕ−１とτｂ、Ｍと表わし、それぞれをＫＭ　−
ｓ　、　ＫＭ蘭の時間領域に分割する。このときグルー
プｂの抽出までの今後の炉温履歴をとし、これをまとめ
てＴｂで表わす。ここでＴθ）　、・・・・・・　Ｔ　
（Ｋｙ　−ｔ　）　　はグル−プｂの第（Ｍ−１１Ｍ−
１Ｍ−１ 帯における温度履歴、Ｔ（↓）、・・・・・・Ｔ　（Ｋ
Ｍ　）は第Ｍ帯に進入した後の温度履歴でそれぞれＴｂ
１Ｍ−１ｓＴｌ、、ｖとする。

以下ではその炉温履歴を次のように而単に表わす。

Ｔｂ＝　’１ｒ（Ｋ）ＩＫ＝１ｅ・・・・・・ＫＭ’ノ
Ｋｖ’＝Ｋｎ　−ｔ　＋ＫＭ チャージｂが炉帯Ｉ　（Ｉ＝Ｍ−１，Ｍ）　　にいる任
意の時刻の燃料流量ｖ（Ｋ）を次式により計算する。

ここで右辺の第２項がグループａの加熱の影響を表わす
項で、グループｂが８Ｍ帯に進入する時刻以降に２ＫＭ
−１＋１　ではｖ（Ｋ）＝Ｏとする。

またに２包−１＋１では第１項の〒３０のかわり−１ に〒（Ｋ）とする。

−１ さらに１≦ＫＳＫｕ　−＋のとき’；ｉ”（Ｋ）は第Ｍ
帯に滞留しているグループａの加熱によって決まる値で
あり、これは前述のとおりグループａの昇温曲線計算時
に決っているものとする。爬」伽−ｔ　＋　１　では’
；１ｒ（Ｋ）はグループｂの加熱の仕方によって変化す
關 る値である。グループｂの受熱量Ｑ（ζゝは、第に時間
領域の鋼片温度計算において求めることのできる各鋼片
の受熱量９の総和として容易に求まる。

損失熱量Ｑ（ＩＫ）と排ガス温度７（Ｋ）は次のような
回帰式によって炉温Ｔ（Ｋ）と結びつけられる。

Ｑツ＝ξＴ　（Ｋ　）＋η　　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（２）′；ｉ″（Ｋ）＝αＴ（Ｋ）＋
β　　　　　・・・・・・・・・・・・・・に））ここ
で、ζ、η、α、βは実験的に決まる回帰係数。

以上より炉温（Ｔ（Ｋ）ＩＫ＝１〜ＫＭ’）が与えられ
ればに＝１−ＫＭ’の順に燃料流量ｙ　（１）　、　ｆ
　２　）、　’、、、　、、、。

ｂ ｖ（ＫＭ）が（１）式を用いて計算できることがわかる
。

このときグループｂを予定の炉温履歴Ｔｂで加熱した場
合の所要の燃料使用量Ｖｂは次式から言１算できる。

ｖｂ＝ｙ（Ｓ）Δｒ％−，、ｂ−１・−・＋　ｖ　ｂΔ
ｒＭ−、、ｂ十・・・・・・＋ｖ（ＫＭ’）ΔτＭ、ｈ
　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）こ
こで このとき問題はＶｂを最小にするような加熱方法とそれ
に対応する昇温曲線を見出すことになるが、実際の加熱
炉では操業上の様々な制約がある。

ここでは、そのうちの主なものを次のような制約式とし
て表わし、昇温曲線の計算に反映させる。

θ１≦θ≦θＵ（抽出条件ｌ）　　　・・・・・・・・
・（５）Δθ１≦Δθ≦ΔθＵ（抽出条件２）・・・・
・・・・・（６）ＴＬ≦Ｔ（Ｋ）≦Ｔ　　（炉温条件）
　　・・・・・・・・・（７）Ｖ　≦ｖ（Ｋ）≦　Ｕ　
　＜燃料流量条件）・・・・・・・・・（８）Ｋｂ　　
　　　　　Ｋ （Ｋ＝１〜Ｋｗ勺 ここで添字りは下限値を表わしＵは上限値全表わす。（
５）式は抽出時の一片内部温度の平均値に関する条件、
（６）式は抽出時の鋼片の表面と内部の温度差に関する
条件である。

次に炉温τｔ）、　ＴＣｔ）、・・・・・・　Ｔ（ＫＳ
／蕩独立変紋として、燃料流ｔ’を制約条件のもとて最
小にする加熱方法を見出す計算アルゴリズムについて具
体的に述べる。ここで述べる手法は先ず非線形の関数ｖ
（Ｋ）と７Δθの線形式を求めることからスタ−トする
。時分割領域の炉温の基準値ｔ　Ｔ　：　、＝（Ｔ（す
、Ｔ（’）、・・・・・・、Ｔ（Ｋ＆／勺と表わし、そ
れから、０　　　０　　　　　　　　　０ 少しへだたった炉温をＴｂ：（Ｔ（１）、Ｔ（１）　ト
・・・・。

Ｔ　（Ｋｓｌ）とし、両者の差を（ΔＴＯ）、Δ’ｌ’
（１）、・・・・・・。

ΔＴ　（ｄ　＞）で表わす。このとき、Ｔｂの関数ｖ（
Ｋ）　。

θ、ΔθをＴｂのまわりで線形近似すると、次式が得ら
れる（Ｔｈ０の決め方は後述）。

（Ｋ＝１〜ＫＭ’） ここでθ。、Δθｏ、ｖ（５）は炉温ＴｂＯで加熱した
場合の鋼片の平均温度、内外温度差、各時間領域・にお
ける燃料流量を意味し、αＪ、β　、　、（Ｋ）は炉温
変化の影響の大きさを表わす係数（影響係数）を表わし
ている。

Ｔｂ０＝（Ｔ　（１）　、　Ｔ　（２）　、・・・・・
・Ｔ（ＫＭ））の各要素のＯＯＯ 値は次のように選ぶのが良い。

もし・、ａ７．βｘ　、　ｒ　’、Ｋ）（Ｋ、　Ｊ＝１
−Ｉ（Ｍ　）の値がわかっていれば各時間分割ゾーンの
炉温かある値だけ変化したとき、抽出時の一片温度７．
Δθや燃料流ｔｖ、　　かどのような値をとるか（９）
〜（１１）式から知ることができる。影響係数αに、β
Ｋ。

、（、Ｋ）は次の手続きにより計算することができる。

中　炉温ＴＩ、０で加熱した場合のθ、Δθ、ｖ（Ｋ）
の値を計算する。計算結果を００．ΔθａｍＶυ（Ｋ＝
１〜ＫＭ　）　　とする。

（１１）　　第に時間分割ゾーンの炉温だけがあらかじ
め定めた温度くΔＴ〉だけ高くなった場合のθ。

Δθ、ｖ、　の値を求めそれを＜０＞、＜Δθ〉。

＜　ｖ　（Ｋ）＞　（Ｋ＝　１〜ＫＭ’　）とする。

θＩＤ　　このときαＪ、β、　、　ｒ　（Ｆ）は次式
で求められる。

α、＝（（θ〉−〇。）／＜ΔＴ〉　　　　・・・・・
・・・・ｕｚβＪ＝（くΔθ〉−Δθ。）／〈ΔＴ〉　
　　・・・・・・・・・（１３１ｒ　、　−（（ｖ　　
、　）−ｖ、。）／〈ΔＴ＞　−・−−−−・・（１４
）以上の計算をに＝１〜ＫＭ　　に関しておこなえば全
ての影響係数は求まる。

（９）〜（ＩＩＪ式ヲ（４）〜（８）式に代入して整理
すると次の各式が得られる。

Ｖ　ｂ＝Ｃｏ　十Ｃ＋　　’＋　＋・・・・・””ＫＭ
”　ＫＭ’　　　　・・・・・・（１５１０≦ｔＫ：≦
ｂＩＪ １、Ｋ　　　　　（Ｊ＝ｌ〜Ｋｖ’）　　・・・＝ｕ８
１ｂｖｌＫ≦ｒ（、Ｋ）１．−ト”’”・十’　ｘ”ｒ
　）ｔＫＭ”Ｅ；、ｂ　Ｕ！、Ｋ （Ｋ＝　１　＝ＫＭ勺　・・・・・・Ｉここで、’１ｔ
＝Ｔ（Ｋ）−ＴＫ　（Ｋ＝１〜Ｋｍ’　）　　・・・・
・・＋２Ｉｖ（、に、）を（４）〜旧）式に適用するこ
とにより一意的に決まる。

（１ω〜ｔｌ１式は変数（’Ｉｓ’！＊・・・・・・、
ｔＫＭ’）に関し線形な関係式であるから、結局問題け
００〜０９式を満しく１５１式のＶｂＴｈ最小にする（
ｔｉ−・’　Ｋｌ／　）ｔ　見出す線形計画の問題に帰
着する。

これを解く方法は良く知られており、本発明の本質と関
係ないので説明は省略する。線形計画法の手法で求めた
解を（’ｌ”ｔ”ｔ−・・・・・・、ｔこθとする。こ
れを（イ）式に通用すると最適な炉温の組（Ｔ（１）”
、　Ｔ（１）”、・・・・・・Ｔ（ＫＭ’町が得られる
。

さらにこの炉温の組で代表鋼片を加熱した場合の鋼片温
度の時間変化を計算し、これをグループｂの昇温予定曲
線θ傘とする。

第２図に計算結果の例を示す。第２図はにシ＝４の場合
であり、（旬は炉温の時間変化、すなわち（１７（１）
”、・・・・・・　Ｔ（４）”）を示してｈる。（ｂ）
け昇温予定曲線θ１を示してｈる。また（Ｃ）は燃料流
量の時間経過を示している。この各時刻の燃料ｖ（Ｋ戸
（Ｋ）申 は１゛　　を（１）式に適用して求めた。

以上の説明では、先にグループａの昇温予定曲線の計算
がすんでおり、グループｂの加熱に及ぼす影響がその計
算結果から知りうろことを仮定してｈた。一方、第Ｍ帯
に滞留してｈるグループａの場合には他のグループの加
熱の影響を考えることなしに昇温予定曲線の計算ができ
る。すなわち第Ｍ帯では廃ガスは流出するだけで流入し
てこない。また、第Ｍ帯は最終帯だから、こ−れ以１次
の帯に移動してそこで先行グループの加熱の影響を受け
ることもない。

したがってグループａの抽出までの時間を適当に分割し
、各時間分割域の第Ｍ帯炉温を独立変数として最適な昇
温予定曲ＩＩｊ！を計算する場合、グループもの計算に
くらべ計Ｊ’ｌが簡単になる。例えば（）の燃料式はグ
ループｂの楊会第１項に相当する式だけを考えれば充分
であり、線形化のための基準炉温としては、第Ｍ帯の現
在の炉温を用いれば良い。計算の手続きはグループｂの
場合と同じなので省略する。

以下では本発明の具体的実施例ｔ−ｍａ図を用いて説明
する。

第３図におｈて１は加熱炉本体、２は加熱炉煙道３（３
〜１〜３〜．）は分割型移動炉床、４は炉内鋼片、５は
バーナ、６（６〜、〜６〜３）はマイナー調節計、７（
７，−１〜７〜．）は炉温検出ｉ！−１，１００け燃焼
制御装置を表わす。

加熱炉１に装入された鋼片４は分割移動炉床３ビームに
よって炉内を抽出口まで搬送される間に加熱される。鋼
片１の温度が所望の値になるように燃焼制御装置１００
は各４ｉｆの炉温設定値もしくは燃料ｆ）ｔｉ；置設定
値をマイナー１Ｊｆ４　ｒ＠計６に出力する。

マイナー調節計６＃ｉ、炉温もしくは燃料流量が与えら
れた設定値に一致するようにバーナ５の開度を調整する
。このパ〜すから投入された突気を燃料の混合体が炉内
で燃焼して鋼片を加熱する。燃焼制御装置１００は炉内
鋼片を最小の燃料投入量で鋼片の抽出温度に加熱する機
能を有している。

第４図に燃焼制御装置１００の機能構成を示す。

第４図において１０１＃ｉ情報管理部、１０２ｔｉ鋼片
温度計算部、１０３Ｆｉ昇温予定曲線計Ｊγ部、１０４
は制御演算部を示している。

情報管理部１０１は炉内鋼片を分割炉床単位のグループ
に分ける。すなわち第１帯にある夕数本の鋼片群が第２
帯へ移動開始するときこの鋼片群を以後の加熱における
１つのグループとみなす。

第２帯へ移動開始した後も続けて鋼片が装入される場合
には、グループの先頭から一定距離以上離れた鋼片は別
の新し込グループに属するものとみなす。

情報管理部１０１の第２の機能は各グループの昇温予定
面ｉｔ計算するタイミングを決定することである。加熱
炉は、加熱炉出鋼にある圧延機の操業状態に応じ炉の操
業計画を変更する。このような炉操業の変更が発生する
と、それまで最適と考えていた昇温予定曲線は必らずし
も実情にそぐわなｈものになるので、情報管理部１０１
は昇温予定曲線計ｎ部１０３に昇温予定曲線の計Ｊ！、
金指令する６また、鋼片を昇温予定曲線に従って加熱し
ようとしても外乱が大きい場合Ｋ１１−１ｍ片温度と昇
は予定曲線の差が大きくなる。このような場合現在の加
熱状態を出発点にして目標温畦を達成する最適な昇温カ
ーブは現在の昇温予定曲線とけ異なるであろう。そこで
現在用いている昇温予定曲線に＊ｆｎＬ、てから一定時
間経過したら外温予定曲ｌ１ｉＩヲ再計算するように昇
温予定曲線計ｎ部１０３に指令を出す。さらにあるグル
ープがある帯力為ら別の帯に移動したときにも昇温予定
曲線を計算しなおす。

以上述べたようにあら、ｄｘしめ定めたイベントの発生
全検知したら情報管理部１０１は昇温予定曲線１０３に
対し昇温予定曲線のｌ１ｌ−ｉを指令す為。

・そのイベントは上に述べたものに限らなｈことは言う
までもない。

鋼片温度計算部１０２は炉内の全−片の視検温度を計算
する。この計算は炉温検出計７で検出した６帯の炉＠　
（Ｑｔ　、金ｔ　、・・・・・・、争・）から鋼片周囲
の炉温を決定するったとえば鋼片の位置が炉温検出計ｄ
番とｄ千１番目の間にあるとき、この鋼片の周囲の炉温
Ｔを次式で計算する。

Ｌｄ：炉温検出計ｄと（ｄ＋１　）の間の距離ｔ：炉温
検出計ｄから鋼片までの距離 前回この一片の温度計算してからこのＴで加熱されてい
たものとし、現在までの鋼片温度の変化を計算する。こ
の値が、次回の鋼片温度計算の出発点となりさらに昇温
予定曲線計算の初期値として用いられる。具体的計算手
法は、前述のとうり輻射モデルと熱拡散モデルを用いる
。この結果鋼片の内部温度分布θが得られる。

昇温予定曲線演算部１０３は情報１１理部１０１よシ昇
温予定曲線１１１１０指令を受けとるとただちに計算を
開始する。その具体的方法については前の方で詳しく述
べた。

グループｂの場合の計算フロー１に第５図に示す。

図中のステップ４０，７０，１３０では鋼片の品度の計
算を実行するが前述のようにその詳細は省略した。

またステップ４０．７０で燃料流１ｖｉ−計３１すると
き抽出側の帯でグループａのために投入する燃料流量の
値が必要になるが、このためにはグループｂの計算に先
立ってグループａの昇温曲線の計算をおこなう必要があ
る。これについては後述する。なお第Ｍ帯にあるグルー
プａの場合には廃ガスの流入がないので、燃料流量の計
算が簡単になることを除けば、第５図と同じフローによ
シ計算することができる。またグループｄの計算７０−
も第５図と全く同じになることはいうまでもない。

次に情報管理部１０１で検知したイベントとこの昇温予
定曲線計算部１０３の計算との関係を述べる。

列として先ず圧延トラブルのため加熱炉からの鋼片抽出
が停止された場合を考える。このときオペレータが停止
の予定時間Δτ２をインプットすると、情報管理部１０
１は、この情報を受けとって昇温予定曲線計算部１０３
に対し昇温予定曲線の計）１Ｊ、を指令する。昇温予定
曲線計算部１０３は、それまでの在炉時間τｚｉ）かわ
りにτ２＋ｌｒｚを新しい在炉時間とみなし昇温予定曲
線を計算する。

第６図にその計算結果を示す。ＩＦｉ変更前、■は一変
史後である。燃料流量のレベルが下っており、省エネル
ギに適した昇温予定曲線となることがわかる。

別の例として、前回昇温予定曲線を計算してから一定時
間経過したことを情報管理部１０１が検知し昇温予定曲
線計算部に指令金山した場合について述べる。予知せざ
る外乱のため鋼片温度が昇温予定曲線に比べかなシ低い
場合をとりあげる。

このとき昇温予定曲線計算部１０３は、現在の鋼片温度
を出発点にして目標の温度になるように計算をおこなう
。この計算結果を第７図に示す。

θ”（１）は旧、θ＊（■）に新昇温予定曲線を示す。

昇温予定曲線演算部１０３で計算した各グループの昇温
予定曲線θ傘は制御演算部１０４に出力される。制御演
算部１０４はこのθ中と鋼片温度計算部１０２で計算し
た各鋼片の温度θを入力し、各鋼片がθ＊に沿って加熱
されるように、炉温もしくは燃料の設定（ｍｆ−計算す
る。その計算方法は本発明に関係ないので省略するが、
劉えばその一利は特公昭４９−２９４０３号に詳しい。

次に炉内鋼片をグループ化し、抽出側の炉帯から順に昇
温予定曲線を決定することによる効果を説明する。この
ため第１のケースとしてグループａが厚さ２５０藺の鋼
片の集りで、グループｂが２００ｍの鋼片の集シである
場合を考える。一方、第２のケースとしてグループａ、
ｂとも厚さ２００闘の鋼片の集りであるとする。すなわ
ちグループｂの抽出側にあるグループの厚さが２５０１
１ｒＩ１１と２００閣と異なる２ケースについて考える
。このとき、グループｂの昇温予定曲線について計算し
た結果を第８図に示す。第１のケースの方が第２のケー
スに比べ時間的に早い時期に高い温度に達するのに、燃
料のレベルはむしろ低い。これは第１のケースではグル
ープａの厚みが厚いのでこれを加熱するため炉温を高く
している。この結果グループｂの位置に流れ込んでくる
排ガスの温度が高くなり、熱量も多く流れ込んでくるた
めと考えることができる。

次に６帯の滞留時間に関する分割数を具体的に　′どの
ようにして決めるかについて簡単に述べる。

第６図に鋼片グループｂが（Ｍ−１）帯とＭ帯にそれぞ
れ４０分滞留する場合に関して、分割数ＫＭ−１とＫＭ
をともに１にした場合、３とした場合、５とした場合の
計算結果を示す。第６図（ａ）は昇温予定曲線の計算結
果を示しており、第９図（ｂ）は両帯の分割数に’　−
ｔ　ｒ　Ｋ　Ｍを１．３．５とした場合の消費燃料流量
の計算値を、Ｋ二ＫＭ　−１＝ＫＭ　＝　１の場合を１
００として比の形で示したものである。

第９図（ａ）によればＫが１のときは、昇温予定曲線が
炉帯のかわり目でかなり大きくなるのに対し、Ｋが大に
なるにつれなめらかな昇温予定曲線が得られている。ま
た、第９図（ｂ）によればに＝１のときの燃料消＊欧が
最も大きく、Ｋが大になるにつれ小さくなる傾向がある
かに＝３の場合と５の場合であまり差がない。Ｋ＝１の
とき、燃料消費が゛大きい理由としては、このときグル
ープｂが炉帯を通過する間の炉温かある高い温度に保た
れるような計算条件が原因と考えられる（Ｋ＝１のとき
鋼片グループが新しい炉帯に入ったとき、その炉帯の炉
温に向って急激に上昇しているのが（ａ）の図に表われ
ている）。一方、Ｋ＝３．５のときには同一炉帯内の炉
温か時間と共に伺段階かにわたって上るので、急激な加
熱に伴う熱効率の低下（主に排ガス顕熱の上昇によって
生ずる）を防ぐことができる。

このような考えを徹底するとＫｔ−大きくとる程−省エ
ネルギ効果が高い昇温予定曲線が得られることになるが
、第９図（ｂ）からもわかるようにに’ｔある程度以上
大きくしてもｔｌとんど差がない。一方Ｋを大きくする
と先に述べた影響係数が急激にふえ、計算時間が急増す
る。このためＫをあまり大きくすることも好ましぐなし
）。これまでの経験によれば分割時間Δτが１０〜２０
分程度になるようにに′を選ぶのが好ましく、Ｋの値と
してみたとき２〜４程度とするのが良い。これは炉の応
答特性がｌＯ〜２０分程度で、それ以上こまかく時間分
割しても意味がなｈことを表わしＣいる。

また、現在所属している炉帯の残りの滞留時間をあるＫ
の値で分割したとき、Δτがあらかじめ定めた最小の分
割時間ΔτＭＩＮ　　より小さいときは、分割数ｋＫ−
１としてΔτを決めなおすことも有効である。残シの滞
留時間がΔｔＭＩＮ　より小さいときはに＝１とすべき
ことは以上の説明から明らかであろう。

なお、時間分割による省エネルギ効果は炉帯によって異
なる。抽出側の帯を時間分割した方が効果が大きい炉で
は抽出側に近い方の帯の滞留時間のみを分割し、装入側
に近り方の帯は時間分割しないで昇温予定面＋ｖｊ！を
計算しても良い。こうすることにより省エネルギ効果を
あ“まり犠牲にすることなしに影響係数計算時間を短縮
できる。

なお、先の実施例ではθ、Δθ　、（Ｋ）を線形化して
最適な炉温変化とそれに対応する外温予定曲線θ＊を決
定したが、θ、Δθ　、（１０は炉温変化の非線形な関
数だから非線形計画法の手法を使ってθ＊を決定できる
。

また本発明で計算するθ＊は単に制御に用いるだけでな
く、オペレータに対する運転ガイダンス情報としても有
用である。

以上述べたように本発明によれば、鋼片グループがこれ
から通過する６帯の炉温の経時変化も考慮に入れて省エ
ネルギ効果の高り昇温予定曲線をオンラインで計算する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は分割型移動炉床の説明図を、第２図（樽は炉温
の時間変化を、（ｂ）は昇温予定曲線を、（Ｃ）は燃料
流量の時間経過を、第３図は本発明による制御の全体シ
ステムの説明図を、第４図は燃焼制御装置のグロック構
成図を、第５図はグループｂの演算フローを、第６図は
燃料流量予測値と鋼片温度を、第７図は現時点における
鋼片温度を基準に演算された昇温予定曲線を、第８図は
グループｂの鋼片グループｂの鋼片温度と燃料流量の２
つのケースの場合の例を、第９図は時間分割数と鋼片温
度燃料流量の関係をそれぞれ示している。 １・・・炉体、２・・・煙道、３−１〜３〜４・・・分
割型移動炉床、４・・・鋼片、５・・・バーナ、１００
・・・燃４制御装置、１０１・・・情報管理部、１０２
・・・鋼片温度計算’Ｉ７　　図 第δ　図 ｒαノ 第１頁の続き 内 ■出　願　人　株式会社日立製作所 東京都千代田区丸の内−丁目５ 番１号 １１３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の炉帯全有し昇温予定曲線に沿って鋼片を移送
   加熱する加熱炉の燃焼制御方法において、１つの鋼片あ
   るいはお互いに隣接してなる鋼片群の残在炉時間を複数
   の時間領域に分割し、該各々の時間領域の炉温の組合せ
   として与えられる加熱パターンの複数個のパターン各々
   について燃料消費量と鋼片の抽出温度を演算し、該演算
   結果を用いて該鋼片あるｂは鋼片群の温度があらかじめ
   定められた許容範囲にあって九つ燃料消費量が最小にな
   る残在炉時間における最適加熱パターンを演算し、演算
   されん最適加熱パターンを用りて鋼片あるいけ鋼片群の
   昇温予定面＋ｖＩｌｉ！を演算し、該演算された昇温予
   定曲線に沿って残在炉時間における鋼片あるいは鋼片群
   の加熱をおこなうことを特徴とする加熱炉の燃焼制御方
   法。 ２、前記特許請求の範囲第１項記載の残在炉時間を複数
   の時間領域に分割するに際し、少なくとも１つの炉帯で
   の在炉時間を複数の時間領域に分割することを特徴とす
   る加熱炉の燃焼制御方法。 ３、前記特許請求の範囲第１項記載の残在炉時間を複数
   の時間領域に分割するに際し、あらかじめ定められた最
   小時間領域数に等しいか大きい時間領域数になるように
   分割することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。 ４、前記特許請求の範囲第３項記載の最小時間領域を該
   炉の応答時間に基づいて定めることを特徴とする加熱炉
   の燃焼制御方法。 ５、前記特許請求の範囲第２項記載において、あらかじ
   め定めた炉帯についてのみ当該炉帯での在炉時間を複数
   の時間領域に分割する仁とを特徴とする加熱炉の燃焼制
   御方法。 ６、前記特許請求の範囲第１項記載において残在炉時間
   を複数時間領域に分割するに際しあらかじめ定めた最大
   分割数を越えない範囲で分割することを特徴とする加熱
   炉の燃焼制御方法。 ７、前記特許請求の範囲第１項記載の各々の加熱パター
   ンにおける燃料消＊量を該分割された時間領域の各々に
   ついて演算した和として求めることを特徴とする加熱炉
   の燃焼制御方法。 ８、前記特許請求の範囲第７項記載の燃料消費量の演算
   において当該炉帯に隣接する抽出側の炉帯から流入する
   排ガス顕熱を考慮して当該炉帯の当該分割時間領域にお
   ける燃料消費量を予測演算することを特徴とする加熱炉
   の燃焼制御方法。 ９、前記特許請求の範囲第７項記載において、分割され
   た時間領域の燃料消費量を該炉の抽出側の炉帯にある鋼
   片から順次演算することを特徴とする加熱炉の燃焼制御
   方法。 １０、前記特許請求の範囲第１項記載の最適加熱パター
   ンの演算を以下のステップにより演算することを特徴と
   する加熱炉の燃焼制御方法。 （ａ）、該演算で求められた複数個の加熱パターンにお
   ける燃料消費量と鋼片あるいは鋼片群の抽出温度力）ら
   該複数時間分割領域における炉温の変化分に対する該燃
   料消費量あるｈは該抽出温度との関係を線形式として導
   出するステップ。 （ｂ）、該導出された線形式を用いて該最適加熱パター
   ンを演算するステップ。 ｉｌ、前記特許請求の範囲第１０項記載の各々の時間領
   域の炉温の組合せとして与えられる加熱ノくターンにお
   ける燃料消費量および抽出温度の演算結果を用いて該分
   割された時間領域の炉温の変化に対する該燃料消費量お
   よび抽出温度への影響係数を演算し、該演算された影響
   係数を用い各々の時分割領域における炉温のあらかじめ
   定められた基準値からの偏差から与えられた炉温に対す
   る該燃料消費量および該抽出温度を予測演算すること全
   特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。