(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造設備で生産された後所定長さに切断された材料をテーブルローラで搬送しながら加熱炉内を通過させ、加熱炉から抽出される時の材料の抽出温度が予め設定された抽出目標温度となるように炉温を制御する加熱炉の制御装置において、
前記加熱炉内の材料搬送方向に複数設けられた各加熱帯の温度を制御する炉温制御手段と、
前記材料の尾端が前記加熱炉内に装入される時刻、及び前記材料の先端が前記加熱炉内から抽出される時刻を予測するトラッキング手段と、
前記トラッキング手段の予測に基づき前記テーブルローラの搬送を制御するテーブル制御手段と、
前記材料の尾端が前記加熱炉内に装入される時刻、及び前記材料の先端が前記加熱炉内から抽出される時刻、並びに前記テーブルローラが前記材料を搬送するテーブル速度に基づいて、前記材料の平均温度を前記抽出目標温度に加熱するための加熱時間、及び材料の表面温度と中心温度との間の温度差である均熱度を所定温度以内にするための均熱時間を演算する材料加熱時間演算手段と、
前記材料が前記加熱炉内へ装入されるときの加熱炉装入初期温度を前記材料の温度計算モデルを用いて演算する炉装入材料初期温度演算手段と、
前記材料加熱時間演算手段で演算された前記材料の加熱時間及び均熱時間、前記炉装入材料初期温度演算手段で演算された前記加熱炉装入初期温度、並びに前記材料の抽出目標温度及び抽出時の均熱条件に基づき前記加熱炉の設定炉温を演算する設定炉温演算手段と、
前記設定炉温演算手段で演算され前記炉温制御手段に加える設定炉温を記憶する設定炉温記憶手段と、
前記加熱炉の応答時間を考慮して演算した所定タイミングで前記設定炉温記憶手段に記憶された設定炉温を前記炉温制御手段に加える炉温設定タイミング演算手段と、
を備えており、前記炉温制御手段は前記炉温設定タイミング演算手段により加えられた設定炉温に基づき前記各加熱帯の温度を制御する、
ことを特徴とする加熱炉の制御装置。
【請求項２】
加熱炉の一つの加熱帯に複数の材料が在炉する場合、当該加熱帯の炉温を各材料に対する設定炉温の中で最も高い設定炉温に設定する機能を前記設定炉温記憶手段に付加した請求項１に記載の加熱炉の制御装置。
【請求項３】
加熱炉の材料装入側に材料温度を測定する温度計を設置し、前記温度計の測定値を使い、前記炉装入材料初期温度演算手段で予測計算した材料温度を内部補正する機能を前記炉装入材料初期温度演算手段に付加した講求項１又は請求項２に記載の加熱炉の制御装置。
【請求項４】
加熱炉の材料抽出側にて材料温度を測定する温度計と、該温度計の測定値と材料の抽出目標温度との差に応じた値によって前記炉温制御手段に加えられる設定炉温を補正するフィードバック手段とを、さらに備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の加熱炉の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホットストリップミルライン上に設置された加熱炉の制御に係り、被加熱材料（以下、単に材料と言う）を圧延に適した温度に加熱する加熱炉の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のホットストリップミルラインのレイアウトの一例を図１１に示す。同図において、上流部にスラブを加熱するスラブ加熱炉３１が設置されている。その下流には、スラブ加熱炉３１から抽出されたスラブ３２を圧延する粗圧延機３３及び仕上圧延機３４が順に配設され、最下流に圧延材を巻き取るコイラー３５が設置されている。スラブ加熱炉３１はラインと直角の方向に配置され、材料の装入側より、厚みが約２３０ｍｍ、長さが１０ｍ前後のスラブ３２を装入し、数時間をかけてスラブ３２を約１２００℃に加熱し、抽出する。この場合、スラブ加熱炉３１は、一般に複数の炉を備え、一つの炉に４０〜５０本のスラブを在炉させる。
【０００３】
この従来のホットストリップミルラインでは、加熱炉から抽出されたスラブは複数の粗圧延機３３で複数のパスで約２０〜６０ｍｍの厚みに圧延された後、仕上圧延機３４に送られる。従って、生産性の高いミルラインではあるが、消費エネルギーが大きく、さらに、ラインの新設に大きな設備投資を必要とした。
【０００４】
最近、連続鋳造（以下、連続鋳造を連鋳と略称する）技術の進歩により、薄いスラブ、例えば、厚みが５０ｍｍ前後のスラブを連鋳で生産できるようになった。このため、連鋳設備とホットストリップミルとをつなぎ、従来形のスラブ加熱炉の代わりに構成がより簡易な新しい加熱炉を設け、粗圧延機を省略あるいは少ない粗圧延機台数でホットストリップミルを構成する、いわゆる、ミニミルとかコンパクトミルと呼ばれる新しいミルラインが注目を浴びている。図１２は、この新しいミルラインの設備のレイアウトの一例を示したもので、本発明は、この新しいミルラインの新しい加熱炉を適用対象としている。
【０００５】
新しいミルラインは、生産量は従来のミルラインと較べて少ないが、ホットストリップミルの建設費用が安く、消費エネルギーも少ないと言う特徴を有している。この新しいミルラインには、連鋳設備２１で生産された材料をシャー７によって生産計画で決まる長さに切断し、得られた短尺のスラブ６を後工程の圧延に適した温度に加熱する加熱炉１が設置される。
【０００６】
ここで、スラブ６は加熱炉内にも連続して設置されているテーブルローラ上を動きながら目標の抽出温度に加熱される。従って、この加熱炉１は図１１に示す従来のホットストリップミルに設置されている加熱炉３１とは、大きく異なる設備であり、例えば、加熱される材料の厚みが異なり、加熱時間が大きく異なることに対応できる構成になっている。従来の加熱炉は約３時間もかけてスラブを加熱していたが、新しいミルラインの新しい加熱炉１は、数分で焼き上げる必要がある。また、新しい加熱炉１は連鋳設備２１と直結しているため、下流の圧延機群９Ａが何らかの理由で操業できなくなった場合、連鋳設備は生産をストップすることができないため、この新しい加熱炉は材料を蓄積しておくバッファーの役目をも果たさなければならない。従って、加熱炉１の長さは従来のそれに較べて数倍の長さとなる。さらに、新しい加熱炉１は材料をテーブルローラで搬送する構造になっている。
以上のように新しい加熱炉は新しい概念に基づく炉であり、新しい制御方法が必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示した新しいミルラインでは、連鋳設備２１で生産された材料はシャー７によって圧延計画に基づく長さに切断される。得られたスラブ６は従来のホットストリップミルでも必須の周知の技術であるトラッキング技術により、ライン上でのスラブの先端及び尾端の位置および各設備の通過時刻の予測と管理が行われる。また、切断されたスラブは図１２では省略したテーブル制御装置によって制御されるテーブルローラ８により搬送され、加熱炉１に装入される。加熱炉１に装入されたスラブ６は搬送されながら抽出目標温度に焼き上げられる。この場合、スラブ６が加熱炉１に在炉している間は、加熱帯毎に設けられる図１２では省略した炉温制御装置により加熱炉の各加熱帯の炉温が制御される。スラブ６の抽出時刻になるとスラブ６は抽出され、後行程の圧延機で圧延される。
【０００８】
このミルラインでは、連鋳速度は一定であるので、ミルの生産量は連鋳の速度に基づく生産量で決まる。従って、圧延機側で早い抽出ピッチを要求しても、連鋳が追いつかないことになる。例えば、必要なスラブの長さが１６ｍで、連鋳速度が４ｍ／分の場合、圧延ピッチを４分以下に短縮することを要求しても連鋳が追いつけない状態になる。若し、圧延ピッチが４分の場合には、４分でスラブを目標の抽出温度に焼き上げて圧延機に送らなければならない。
【０００９】
このように、新しいミルラインでの新しい加熱炉（以後、単に加熱炉と呼ぶ場合は新しい加熱炉を対象としている）では、省エネルギーを図りながら圧延に適した温度になるように短時間で加熱しなければならない点と、圧延計画に基づく圧延ピッチに応じた時間にスラブを圧延機に送らなければならない点とが課題となる。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、圧延生産量に基づく圧延計画に対応し、かつ、省エネルギーのもとでスラブを圧延に適した温度に精度良く加熱する加熱炉の制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の加熱炉の制御装置は、連続鋳造設備で生産された後所定長さに切断された材料をテーブルローラで搬送しながら加熱炉内を通過させ、加熱炉から抽出される時の材料の抽出温度が予め設定された抽出目標温度となるように炉温を制御する加熱炉の制御装置において、前記加熱炉内の材料搬送方向に複数設けられた各加熱帯の温度を制御する炉温制御手段と、前記材料の尾端が前記加熱炉内に装入される時刻、及び前記材料の先端が前記加熱炉内から抽出される時刻を予測するトラッキング手段と、前記トラッキング手段の予測に基づき前記テーブルローラの搬送を制御するテーブル制御手段と、前記材料の尾端が前記加熱炉内に装入される時刻、及び前記材料の先端が前記加熱炉内から抽出される時刻、並びに前記テーブルローラが前記材料を搬送するテーブル速度に基づいて、前記材料の平均温度を前記抽出目標温度に加熱するための加熱時間、及び材料の表面温度と中心温度との間の温度差である均熱度を所定温度以内にするための均熱時間を演算する材料加熱時間演算手段と、前記材料が前記加熱炉内へ装入されるときの加熱炉装入初期温度を前記材料の温度計算モデルを用いて演算する炉装入材料初期温度演算手段と、前記材料加熱時間演算手段で演算された前記材料の加熱時間及び均熱時間、前記炉装入材料初期温度演算手段で演算された前記加熱炉装入初期温度、並びに前記材料の抽出目標温度及び抽出時の均熱条件に基づき前記加熱炉の設定炉温を演算する設定炉温演算手段と、前記設定炉温演算手段で演算され前記炉温制御手段に加える設定炉温を記憶する設定炉温記憶手段と、前記加熱炉の応答時間を考慮して演算した所定タイミングで前記設定炉温記憶手段に記憶された設定炉温を前記炉温制御手段に加える炉温設定タイミング演算手段と、を備えており、前記炉温制御手段は前記炉温設定タイミング演算手段により加えられた設定炉温に基づき前記各加熱帯の温度を制御する、ことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の加熱炉の制御装置は、加熱炉の一つの加熱帯に複数の材料が在炉する場合、当該加熱帯の炉温を各材料に対する設定炉温の中で最も高い設定炉温に設定する機能を設定炉温記憶手段に付加したものである。
【００１３】
請求項３に記載の加熱炉の制御装置は、加熱炉の材料装入側に材料温度を測定する温度計を設置し、その測定値を使い、炉装入材料初期温度演算手段で予測計算した材料温度を内部補正する機能を炉装入材料初期温度演算手段に付加したものである。
【００１４】
請求項４に記載の加熱炉の制御装置は、加熱炉の材料抽出側にて材料温度を測定する温度計と、該温度計の測定値と材料の抽出目標温度との差に応じた値によって炉温制御手段に加えられる設定炉温を補正するフィードバック手段とを、さらに備えたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において、１は制御対象の加熱炉であり、この加熱炉１は材料の搬送方向に複数の加熱帯（以下、加熱帯を単に帯とも言う）２を有し、加熱帯２毎にバーナー３、炉温制御装置４及び炉温計５が設けられ、炉温制御装置４は炉温計５の検出値を設定炉温に追従させるようにバーナー３の燃料供給量を制御するようになっている。
【００１６】
また、加熱炉１の材料装入側にシャー７が設けられ、連鋳設備で生産された材料を所定の長さのスラブ６に切断する。切断されたスラブ６はテーブルローラ８で搬送されながら目標の温度に加熱され、加熱炉１から抽出され、後工程の圧延機９で圧延される。テーブルローラ８は所定数が一組みとなるように分割され、組み毎にテーブル制御装置１０によって速度制御される。この場合、テーブル制御装置１０は図示省略の搬送制御装置の搬送指令と、トラッキング装置１１の指令に従ってテーブルローラ８を制御する。トラッキング装置１１は材料の先端及び尾端が加熱炉の各加熱帯を含むライン上の主要設備を通過する時刻を予測すると同時に時間をも管理し、テーブル制御装置１０の起動も指令する装置である。
【００１７】
一方、材料加熱時間演算装置１２は、スラブ６が加熱炉１に装入される前に、スラブ６の在炉時間からスラブを目標温度に加熱する時間を演算し、演算結果を設定炉温演算装置１４に送ると同時に、スラブ焼き上げ時刻信号をトラッキング装置１１に与えるものである。炉装入材料初期温度演算装置１３は、スラブ６が加熱炉１に装入される前に、詳細を後述する加熱炉装入スラブ初期温度を演算して設定炉温演算装置１４に加えるものである。
【００１８】
設定炉温演算装置１４は、材料加熱時間演算装置１２で演算されたスラブ６の加熱時間と、炉装入材料初期温度演算装置１３で演算された加熱炉装入スラブ初期温度と、圧延スケジュールから決められる抽出目標温度とに基づいて、加熱炉１の各加熱帯２の最適設定炉温を演算するもので、その演算結果が設定炉温記憶装置１５に送り込まれて、ここで記憶される。炉温設定タイミング演算装置１６は、トラッキング装置１１の追跡結果に基づき、スラブ６が加熱炉１に装入される時刻より前に、加熱炉１の温度制御の応答を考慮し、設定炉温記憶装置１５に記憶された炉温設定値を炉温制御装置４に加えるタイミングを決定し、その出力指令を与えるものである。
【００１９】
上記の如く構成された第１の実施形態について、主要な構成要素に対する原理及び動作を説明した後で、全体的な動作を説明する。
加熱炉でスラブを加熱すると、周知のように表面から加熱されるため表面温度が高くなり、表面温度と中心温度との間に温度差（均熱度と呼ぶ）を生じる。この温度差が大きいと、圧延上好ましくないため、この温度差を少なくする必要がある。そこで、材料の温度解折を行い、抽出時のスラブの温度差を少なくするため、スラブの平均温度を抽出目標温度に加熱する加熱時間Ｔ1 と均熱度を指定した温度以内にするための均熱時間Ｔ2 に分けることに着目する。
【００２０】
図２は温度解析の一例で、連鋳の溶鋼温度から、スラブが加熱炉から抽出されるまでの材料温度の概略の変化を横軸に時間で示した図である。この図２では材料の厚み方向の中心温度、表面温度及び平均温度と、加熱時間Ｔ1 での炉温θG.1 、均熱時間Ｔ2 での炉温θG.2 を示している。図２で材料の在炉時間ＴF は圧延計画で決まるが、この圧延計画で決まる時間ＴF から加熱時間Ｔ1 と均熱時間Ｔ2 を演算するのが材料加熱時間演算装置１２である。
【００２１】
図３を使って、加熱時間Ｔ1 及び均熱時間Ｔ2 の決め方を説明する。
先ず、スラブの在炉時間ＴF を定義しておく。本実施形態ではスラブの尾端が加熱炉に装入された時刻からスラブの先端が加熱炉から抽出されるまでの時間を在炉時間としている。
圧延計画でスラブの長さは決まっており、シャー７で切断されてからスラブが加熱炉に装入される時刻ｔinは圧延計画に基づいてトラッキング装置１１で把握されている。また、後行程の圧延のためにスラブが抽出されるべき時刻ｔ0UT も決まっている。すなわち、スラブを加熱炉に在炉させる時間ＴF は決まっている。従って、この時間ＴF でスラブを加熱し、目標の均熱度と抽出温度を確保すれば良い。この材料加熱時間演算装置１２は上で述べたようにＴF から加熱時間Ｔ1 と均熱時間Ｔ2 を決めるものである。
【００２２】
この場合、加熱時間Ｔ1 と均熱時間Ｔ2 を加えた時間が在炉時間ＴF でなければならないので次の（１）式が成立する。
Ｔ1 ＋Ｔ2 ＝ＴF                               …（１）
均熱時間Ｔ2 は、スラブの平均温度が抽出目標温度に焼き上がった時刻ｔH にて即座にテーブルローラでスラブを搬送し、加熱炉から抽出させれば最も効率の良い操業であることがわかる。すなわち、Ｔ2 は次の（２）式で決定すれば良い。
【００２３】
【数１】
0003710572.tif 000002
ただし、
Ｌ2 ：スラブが焼き上がる時刻ｔH のスラブの先端から加熱炉抽出口までの距離。
Ｖ2 ：スラブを搬送する時のテーブル速度
である。
Ｌ2 には図３から分かるように以下の関係がある。
Ｌ2 ＝ＬF −ＬS −Ｌ1 ＝ＬF −ＬS −Ｔ1 ・Ｖ1   …（３）
ただし
ＬF ：加熱炉長、
ＬS ：スラブ長、
Ｌ1 ：スラブの尾端が炉に装入された後、加熱時間Ｔ1 に
スラブが進んだ距離
Ｖ1 ：加熱時間Ｔ1 でのテーブル速度
である。
（１）〜（３）式から、加熱時間Ｔ1 及び均熱時間Ｔ2 は以下のように計算できる。
【００２４】
【数２】
0003710572.tif 000003
材料加熱時間演算装置１２は以上の（４），（５）式を用いて加熱時間Ｔ1 と均熱時間Ｔ2 とを求める。
なお、上式の導入の過程においては、テーブルの加減速時間を考慮しないかたちになっているが、考慮すれば、より厳密な値が求まるけれどもその影響は少なく、上式で十分である。
【００２５】
次に、設定炉温演算装置１４は、スラブが目標の抽出温度になるように加熱炉の最適な設定炉温を演算する装置である。設定炉温を決めるには、スラブの温度予測演算が必要である。そこで、設定炉温演算装置１４は、スラブ温度演算モデル式と最適な設定炉温を演算する最適炉温演算モデル式を使って設定炉温を演算する。
そこで、スラブ温度演算モデル式から説明する。
加熱炉内のスラブの温度は（６）式のフーリェの熱伝導微分方程式で演算できる。
【００２６】
【数３】
0003710572.tif 000004
ただし、
θ：スラブ温度
ｃ：スラブの比熱
ρ：スラブの密度
Ｘ：Ｘ軸方向（スラブ厚み方向）の深さ
ｋ：スラブの熱伝導率
ｔ：時間
である。
【００２７】
上式を解くのに、図４に示すように、スラブを厚み方向に等分に分割し、各分割境界点の温度を差分方程式で解くことができる。図４はスラブの厚み方向を６分割した例で、温度の計算位置を７点とした場合で、通常、４から８分割すれば十分である。
このようにスラブを分割した場合、スラブ内部の任意の分割境界点ｉの温度θi （ｉ＝２〜６）は、下式で計算できる。
【００２８】
【数４】
0003710572.tif 000005
上記（７）式は、時刻ｔのスラブ分割境界温度θi （ｔ）から時間刻み△ｔ後のスラブの分割境界点ｉの温度θi （ｔ＋Δｔ）を計算する式である。なお、△Ｘはスラブを厚み方向に分割した距離である。
一方、スラブの表面点温度θi （ｉ＝１＝７）は下式で演算できる。
【００２９】
【数５】
0003710572.tif 000006
上記（８）式でＱはスラブ表面から入る熱流束で、下式のステファンボルツマンの熱輻射の式が適応できる。
Ｑ＝σ・ΦG ・｛（θG ＋２７３）4 −（θi   ＋２７３）4 ｝…（９）
ただし、
σ：ステファンボルツマン定数
ΦG ：加熱炉内の総括熱吸収率
θG ：炉温で、加熱時間では加熱期間での炉温θG.1 、均熱時間では均熱期間
での炉温θG.2 
である。
【００３０】
以上の（７）式から（９）式を使い、炉温θG とスラブが加熱炉に装入される時の初期温度（この初期温度に関しては、次の炉装入材料初期温度演算装置１３で述べる）とを与えれば、スラブが加熱炉に装入されてから抽出されるまでの時間すなわち材料加熱時間演算装置１２で演算された加熱時間Ｔ1 と均熱時間Ｔ2 とにわたってスラブの温度を予測計算できる。
【００３１】
この設定炉温演算装置１４では（９）式の炉温θG を求めるのが目的である。（９）式に試行錯誤的に炉温を与え、スラブ温度の計算を（７）〜（９）式の演算を実施し、スラブが目標温度になるように繰り返し演算すれば良いが、繰り返しが膨大となり、実際のプラントのオンライン制御では無理がある。しかも、操業上、エネルギー消費最小のもとで、スラブを目標の抽出温度以上に焼き上げ、しかも均熱度をある値以下にしなければならない等の条件がある。
そこで、効率良く、省エネギーを考慮し、最適な炉温を求めるのに、最適炉温演算モデル式として最適化手法である線形計画法により、最適な炉温を演算する。
【００３２】
炉温を決定する上での条件は、先ず、抽出温度を目標の値以上に加熱しなければならない。抽出温度よりあまり高いと加熱炉の燃料消費が大きくなり、好ましくないので、燃料消費は最低にした上で抽出温度を確保しなければならない。また、前述したように、抽出時のスラブ内の温度差を指定した温度内におさめなければならない。この条件で、加熱時間での最適な設定炉温θG.1 と均熱時間での最適な設定炉温θG.2 を決定するのが、設定炉温演算装置１４の最適化炉温演算モデル式である。以下、具体的に最適炉温の求め方を示す。
【００３３】
線形計画法では、システムの評価関数Ｊと制約条件とを定義することにより、周知の解法手法で計算され、最適な解が得られる。
そこで、先ず、評価関数Ｊとして、消費エネルギー最小を選ぶ。消費エネルギー最小は消費燃料を最小にすれば良いが、燃料と炉温は密接に関係し、炉温を高くすれば燃料を多く消費し、炉温を低くすれば燃料が少なくなる関係にある。そこで、評価関数は燃料最小を炉温最小として良いことになり、その評価関数を（１０）式に示す。
Ｊ＝α・θG.1 ＋β・θG.2                         …（１０）
ただし
α，β：重み係数
である。
【００３４】
一般に加熱時間の方が均熱時間より長く、しかも加熱時間での炉温は均熱時間での炉温より高いので、重みαの値はβより大きい値の一定値である。
制約条件としては、次の（１１）〜（１３）式とする。
【００３５】
【数６】
0003710572.tif 000007
（１１）式は加熱炉抽出時のスラブの平均温度θout を目標の抽出平均温度θout.r に焼き上げるという条件である。
【００３６】
スラブの平均温度は図４の例の場合、次式で計算できる。
【００３７】
【数７】
0003710572.tif 000008
ただし、
θi ：抽出時の各分割部分のスラブ温度
Ｎ  ：スラブの厚み方向の分割数
である。
【００３８】
（１２）式は抽出時のスラブの均熱度θmmを指定した均熱度θmm.u以下にするという条件である。スラブの均熱度θmmはスラブの厚み方向に対して、最も高い分割境界点温度と最も低い分割境界点温度との差であるので、スラブ表面温度と中心温度との差で計算できる。
【００３９】
（１３）式は、求める炉温は設備上のあるいは操業上の上限値θG.1.u 、θG.2.u を越えてはならないという条件であり、このθG.1.u 、θG.2.u の値はテーブル値として持っている。
【００４０】
しかして、上記（１０）式から（１３）式までの評価関数と制約条件、及び（７）〜（９）式のスラブ温度モデルを用いて公知の最適化手法により最適な炉温θG.1 ，θG.2 が演算できる。
【００４１】
次に炉装入材料初期温度演算装置１３について説明する。
図２の材料の温度履歴に示すように、加熱炉に装入される時の材料の初期温度は加熱炉での加熱時間が短いので、重要である。図１１に示す従来のホットストリップミルの加熱炉は在炉時間が数時間あるので、加熱炉装入時のスラブ内部温度の分布の誤差は抽出温度にほとんど影響を与えない。
一方、新しい加熱炉は在炉時間が短いので、加熱炉装入時のスラブの温度分布は抽出温度に影響する。抽出温度に影響することは、上記の最適な炉温を演算する結果に影響する。そこで、加熱炉に装入される材料の装入初期温度をこの炉装入材料初期温度演算装置１３によって計算する。
【００４２】
初期温度を計算するのに、本実施形態では、連鋳設備から、すなわち、溶鋼からモデルにより加熱炉に装入されるスラブの初期温度を計算する。以下その計算方法を説明する。
このスラブの温度も、基本的に加熱炉内のスラブ温度計算モデル式がそのまま使用できる。すなわち図４に示すようにスラブをその厚み方向を分割し、（７），（８）式で計算できる。
【００４３】
（９）式は加熱炉から輻射でスラブが加熱される式であるのでそのまま使用できない。連鋳設備から加熱炉に装入されるまでに、図２に示すように、表面が冷却される期間とその後の空冷期間があるので、（９）式の代わりに水冷の熱伝達式と空冷の熱伝達式を適用すれば良い。水冷による熱伝達式は次の（１５）式となる。
Ｑ＝−Ｋ・（θｉ−θw ）                    …（１５）
ただし、
Ｑ：スラブの表面から奪われる熱量（マイナスの符号がつく）
θw ：冷却水の温度
θi ：スラブのラブの表面温度
Ｋ：平均熱伝達係数
である。
【００４４】
空冷期間では、スラブは輻射により自然冷却となり、輻射の式は（９）式のステファンボルツマンの熱輻射の式が適応できる。すなわち、（９）式の炉温θG の代わりに外気温度θa を用いた次式を適用すれば良い。
Ｑ＝−σ・Φ・｛（θi ＋２７３）4 −（θa ＋２７３）4 ｝…（１６）
ただし、
Ｑ：スラブ表面から奪われる熱量（マイナスの符号がつく）
σ：ステファンボルツマン定数、
Φ：総括熱吸収率
θa ：外気温度、
θi ：スラブ表面温度
である。
【００４５】
すなわち、（８），（９），（１５），（１６）式を使い、連鋳速度で決まる時間すなわち溶鋼からスラブが加熱炉に入る時間までスラブの温度が計算でき、加熱炉装入スラブ初期温度が演算できることになる。このように、連鋳設備から加熱炉まで連続したモデルでスラブの分割数も同じとすれば、正確な温度計算ができることになる。本実施形態の炉装入材料初期温度演算装置１３による温度計算は鋼種、連鋳速度、厚みなどが同じ条件であれば、１回計算しておけば良く、同じ条件のスラブの初期温度に適用できる。
【００４６】
次に、設定炉温記憶装置１５と炉温設定タイミング演算装置１６について説明する。
設定炉温演算装置１４で演算される炉温は、あらかじめスラブが加熱炉に入る前に計算できるものである。通常、連鋳速度、スラブの厚みなどは一定であり、シャーで切断されるスラブの長さなどはあらかじめ圧延計画でわかるので、スラブが加熱炉に入る前に計算できる。
【００４７】
設定炉温記憶装置１５は設定炉温演算装置１４で計算された炉温を記憶し、出力する装置である。記憶された炉温は次に述べる炉温設定タイミング演算装置１６により起動がかけられ実際の炉温制御装置４に設定される。
【００４８】
一方、炉温設定タイミング演算装置１６は、加熱炉の応答時間を考慮するために設けた装置であり、図５を使ってこの装置を説明する。
加熱炉は炉温設定値を変化させた場合、瞬時に炉温は変わらず、ある応答時間を持って応答する。そこで、スラブの尾端が加熱炉に装入されるタイミングの場合を例にとると、図５に示すように、スラブの尾端が加熱炉に装入されるタイミングで、設定炉温演算装置１４で演算された炉温に加熱炉の温度が達成されているようなタイミングを計算する装置である。スラブの尾端が加熱炉に装入される時刻はあらかじめトラッキング装置１１からもらい、加熱炉の応答時間を考慮し、応答時間ＴRFだけ早く炉温の設定値を変更すれば良いことになる。加熱炉の応答は別途測定した値をテーブル値として持っておけば良い。図５ではスラブが加熱炉に装入される例で示したが、均熱時間での均熱炉温を設定する場合も同様に加熱炉の応答を考慮して設定する。このように、設定炉温演算装置１４で求めた最適な設定炉温は、一度、設定炉温記憶装置１５に記憶され、炉温設定タイミング演算装置１６により起動がかけられ、各加熱帯の炉温制御装置４に送られ、各加熱帯の温度が制御され、スラブが目標温度に加熱される。
【００４９】
以上、材料加熱時間演算装置１２、炉装入材料初期温度演算装置１３、設定炉温演算装置１４、設定炉温記憶装置１５及び炉温設定タイミング演算装置１６の詳細な動作を、その原理と併せて説明したが、図１に示した全体的な動作を以下に説明する。
【００５０】
連鋳設備で生産された材料は、シャー７によって所定の長さに切断されて、スラブ６となる。このスラブ６はテーブルローラ８によって加熱炉１に装入される。そして、スラブ６は加熱炉１にてテーブルローラ８で搬送されながら、目標の温度に加熱されて抽出され、後工程の圧延機９にて圧延される。テーブルローラ８はテーブル制御装置１０によって制御される。
【００５１】
材料加熱時間演算装置１２は、スラブ６が加熱炉１に装入される前に、スラブ６の在炉時間からスラブ６を目標の平均温度に加熱する時間Ｔ1 と均熱時間Ｔ2 とを（４）式と（５）式とから演算する。材料加熱時間演算装置１２はこの計算した時間を設定炉温演算装置１４に送ると同時に、トラッキング装置１１に図３で示したスラブを焼き上げる時刻信号ｔH を送る。トラッキング装置１１はライン上のスラブ６のトラッキングをすると同時に時間をも管理し、テーブル制御装置１０の起動制御をも行う。炉装入材料初期温度演算装置１３は（８），（９），（１５），（１６）式を使用し、スラブ６が加熱炉１に装入される前に加熱炉装入材料初期温度を演算する。演算された加熱炉装入材料初期温度は設定炉温演算装置１４に送られる。
【００５２】
設定炉温演算装置１４はこのスラブ初期温度と、材料加熱時間演算装置１２で演算された加熱時間Ｔ1 と均熱時間Ｔ2 と、スラブの抽出目標温度と、均熱条件とから、（７）〜（９）式を使ったスラブ温度演算モデル式と、線形計画法の基本式（１０）〜（１３）式を使った最適炉温演算モデル式とから省エネルギーを図った加熱炉の最適設定温度（加熱時間では加熱期間での最適炉音θG.1 、均熱時間では均熱期間の最適炉温θG.2 ）を演算する。演算した結果は設定炉温記憶装置１５に送られ記憶される。
【００５３】
炉温設定タイミング演算装置１６はスラブ６が加熱炉１に装入される時刻ｔinより前に加熱炉１の応答を考慮し、炉温設定値を炉温制御装置４に送るタイミングを設定炉温記憶装置１５に指令する。その結果、スラブ６の尾端が加熱炉１に装入されるタイミングで、材料加熱時間演算装置１２にて演算された炉温（加熱期間での最適炉温θG.1 ）が達成され、スラブ６は加熱炉内をテーブルローラ８により移動せしめられながら目標の平均温度に加熱される。
【００５４】
スラブ６が焼き上がる時刻ｔH になると、トラッキング装置１１はテーブル制御装置１０を起動し、スラブ６を加熱炉１の下流の加熱帯を通過させ、スラブ６は指定された均熱度で抽出され、圧延機９に送られる。このスラブ６が焼き上がる時刻ｔH から抽出されるまでの均熱時間では設定炉温記憶装置１５にて記憶された均熱期間での最適炉温θG.2 がスラブ６の炉内位置に応じた加熱帯に設定され、スラブ６が均熱されることになる。この均熱期間での最適炉温θG.2 の炉温の設定においても、加熱炉の応答を考慮し、スラブ６が焼き上がる時刻ｔH より早めに炉温制御装置４に送られる。このタイミングも前述したと同様に炉温設定タイミング演算装置１６で管理される。このようにして、スラブ６は指定された時刻に、均熱条件を満足した抽出目標温度で抽出される。
【００５５】
なお、この実施形態では、スラブ長が長く、スラブ６が第１の加熱帯と第２の加熱帯に跨がる場合は、言うまでもなく第１の加熱帯及び第２の加熱帯の各炉温を同じ炉温θG.1 に設定する。
【００５６】
かくして、第１の実施形態によれば、圧延生産量に基づく圧延計画に対応し、省エネルギーのもとで、スラブを圧延に適した温度に精度良く加熱することができる。
【００５７】
図６は本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この第２の実施形態は加熱炉１の一つの加熱帯に複数のスラブ６が在炉する場合の構成例で、設定炉温記憶装置１５Ａが、図１に示した設定炉温記憶装置１５の機能の他に、一つの加熱帯に材炉する複数のスラブ６に対して、最も高い設定炉温を炉温制御装置４に与える機能を備えた点が図１と構成を異にしている。これは図７に示すように、スラブ６の長さが短いケースで、第１の加熱帯にスラブＡとスラブＢとが在炉する場合、設定炉温記憶装置１５Ａには、材料加熱時間演算装置１２で演算されたスラブＡと、スラブＢの両方の設定炉温が記憶されている。設定炉温記憶装置１５Ａでは記憶されている設定炉温の高い炉温設定値を選択し、第１の加熱帯の炉温制御装置４に送り、そこに在炉するスラブを加熱する。スラブは圧延に適した温度まで焼き上げるのが基本であるので、高い圧延温度を要求するスラブを焼き上げ、他のスラブは目標温度よりも高くなるがこれは仕方のないことである。このように、設定炉温記憶装置１５Ａに設定炉温の大小の判別機能を持たせ、全てのスラブ６を目標温度以上に焼き上げることができる。
【００５８】
かくして、第２の実施形態によれば、一つの加熱帯に複数のスラブ６が在炉する場合でも、圧延生産量に基づく圧延計画に対応し、省エネルギーのもとで、スラブを圧延に適した温度に精度良く加熱することができる。
【００５９】
図８は本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。図中、図１と同一の要素には同一の符合を付してその説明を省略する。この実施形態は加熱炉１の材料の入側に炉入側材料温度計１７を設け、炉装入材料初期温度演算装置１３Ａに対して、図１中の炉装入材料初期温度演算装置１３の機能の他に、炉装入初期温度の補正機能を持たせた点が図１と構成を異にしている。以下、この実施形態の動作について、図１と構成を異にする部分について、図９をも参照して説明する。
【００６０】
この実施形態は前述したようにスラブの温度をモデルで計算する際、このモデルによる誤差を解消することを目的としており、図９にて黒丸●で示したのがモデルによるスラブの温度分布であり、モデルによる表面温度計算値をθ1 とする。炉入側材料温度計１７による検出値をθ1.D とする。これらの表面温度の差Δθ1 ＝θ1.D −θ1 を使い、モデルで計算した各分割境界点温度を一律にΔθ1 だけ白丸○に示したように補正する。これは、スラブの厚み方向の温度分布は二次曲線で表せるという解析結果に基づくものである。これによって、スラブの加熱炉装入初期温度の高精度化が可能となり、設定炉温演算装置１４で計算するスラブ温度計算の高精度化が図られる。
【００６１】
かくして、第３の実施形態によれば、スラブを圧延に適した温度に加熱する精度を第２の実施形態よりも高めることができる。
【００６２】
なお、炉装入材料初期温度演算装置１３の代わりに炉装入材料初期温度演算装置１３Ａを用いることは、図１に示した第１の実施形態に適用するだけでなく、図２に示した第２の実施形態にも適用可能である。
【００６３】
図１０は本発明の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。図中、図３と同一の要素には同一の符合を付してその説明を省略する。この実施形態は加熱炉１の出側に材料温度計１８が設けられ、フィードバック装置１９が材料温度計１８による実測値と抽出目標温度との差を演算すると共に、この差を零にする温度補正値を演算し、加算器２０を介して、設定炉温記憶装置１５から出力される設定値を補正して、炉温制御装置４に加えるようにした点が図８と構成を異にしている。
【００６４】
以下、図８と構成が異なる部分の動作を以下に説明する。
第１乃至第３の実施形態は温度予測に基づくフィードフォワード制御である。このフィードフォワード制御の場合、予測計算したスラブの抽出温度が必ずしも、目標の抽出温度にならない場合がある。そこで、加熱炉１の出側に材料温度計１８を設置し、その検出値を使用して設定炉温を補正し、スラブの抽出温度の高精度化を図るものである。
【００６５】
いま、炉出側材料温度計１８によるスラブの温度の検出値をθout.D とし、スラブの抽出目標温度をθout.r とすると、その差Δθout ＝θout.r −θout.D に応じた量、すなわち、次式によって得られる量を設定炉温にフィードバックする。
ΔθSET ＝Ｃ・Δθout                           …（１７）
ここで、Ｃは係数である。
このように、実績温度と目標値との差に応じた値をフィードバックすることにより、同じロットの後行材のスラブの抽出温度の高精度化が図られる。
【００６６】
かくして、第４の実施形態によれば、スラブを圧延に適した温度に加熱する精度を第３の実施形態よりも高めることができる。
【００６７】
なお、スラブの温度検出値と抽出目標温度と差に応じた量量を設定炉温にフィードバックする機能は、第３の実施形態に限らず、第１及び第２の実施形態にも適用することができる。
【００６８】
一方、第１乃至第４の各実施形態では、それぞれ独立した装置によって、加熱炉１の制御装置を構成したが、これらの要素がもつ機能のいくつか、又は、その殆どを計算機にもたせることも可能である。
【００６９】
【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、圧延計画に基づき、省エネルギーを図りつつ、材料を目標温度に精度良く焼き上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した実施形態の動作を説明するために、連続鋳造設備から加熱炉の出側までの材料の温度と時間との関係を示した線図。
【図３】図１に示した実施形態の動作を説明するために、加熱炉での加熱時間及び均熱時間と加熱炉の長さとの関係を示す線図。
【図４】図１に示した実施形態の動作を説明するために、スラブ温度モデルにおけるスラブの厚み方向の分割例を示した図。
【図５】図１に示した実施形態の動作を説明するために、炉温を設定する場合のタイミングを示した図。
【図６】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】図６に示した実施形態の動作を説明するために、加熱炉の一つの加熱帯に二つのスラブが在炉する例を示した図。
【図８】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図９】図８に示した実施形態の動作を説明するために、スラブ温度計の検出値による温度計算結果の修正方法の説明図。
【図１０】本発明の第４の実施形態の構成を示すブロック図。
【図１１】従来のホットストリップミルラインのレイアウト図。
【図１２】本発明の適用対象のホットストリップミルラインのレイアウト図。
【符号の説明】
１  加熱炉
２  加熱帯
３  バーナー
４  炉温制御装置
５  炉温計
６  スラブ
７  シャー
８  テーブルローラ
９  圧延機
１０  テーブル制御装置
１１  トラッキング装置
１２  材料加熱時間演算装置
１３，１３Ａ  炉装入材料初期温度演算装置
１４  設定炉温演算装置
１５，１５Ａ  設定炉温記憶装置
１６  炉温設定タイミング演算装置
１７  炉入側材料温度計
１８  炉出側材料温度計
１９  フィードバック装置
２０  加算器
【図１】
0003710572.tif 000009
【図２】
0003710572.tif 000010
【図３】
0003710572.tif 000011
【図４】
0003710572.tif 000012
【図５】
0003710572.tif 000013
【図６】
0003710572.tif 000014
【図７】
0003710572.tif 000015
【図８】
0003710572.tif 000016
【図９】
0003710572.tif 000017
【図１０】
0003710572.tif 000018
【図１１】
0003710572.tif 000019
【図１２】
0003710572.tif 000020