(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の制御周期毎に少なくとも１の燃焼帯の温度を、該燃焼帯からの各スラブの目標抽出温度に基づいて設定する、連続式加熱炉の炉温設定方法であって、
温度設定を行う燃焼帯のうち１の燃焼帯を、作業燃焼帯として選択する、燃焼帯選択工程と、
初期時刻において前記作業燃焼帯の内部に存在する各スラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブの前記作業燃焼帯からの予想抽出温度が、前記作業燃焼帯からの前記各スラブの目標抽出温度以上となるような、前記作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、設定炉温軌道計算工程と、
計算した前記作業燃焼帯の設定炉温軌道のうち、前記初期時刻から次回の制御周期開始時刻までの時間区間に係る部分を、前記作業燃焼帯の炉温設定に反映する、設定炉温軌道反映工程と、
を有し、
前記設定炉温軌道計算工程が、
前記初期時刻において前記作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブのうち、前記作業燃焼帯から１番目に抽出される最先スラブの前記作業燃焼帯からの予想抽出温度が目標抽出温度以上となるような、前記初期時刻から前記最先スラブの予定抽出時刻までの時間区間に係る前記作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、第１計算工程と、
前記初期時刻において前記作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブのうち前記作業燃焼帯から２番目以降に抽出される各スラブの前記作業燃焼帯からの予想抽出温度がそれぞれ該各スラブの目標抽出温度以上となるような、前記作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、第２計算工程と、
を有し、
前記第２計算工程において、前記初期時刻において前記作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブの個数をＮｓ個とし、ｊを２以上Ｎｓ以下の整数とするとき、前記作業燃焼帯からｊ番目に抽出される第ｊスラブについて、
前記初期時刻から、前記第ｊスラブの一つ前に抽出される第ｊ−１スラブの予定抽出時刻までは、前記最先スラブから前記第ｊ−１スラブまでの各スラブの目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道に従って加熱することを前提として、前記第ｊスラブの目標抽出温度を満足するような、前記第ｊ−１スラブの予定抽出時刻から前記第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間に係る設定炉温軌道を計算し、
計算した設定炉温軌道が前記作業燃焼帯の炉温設定の制約条件を満足しない場合に、ｋを１以上ｊ−１以下のいずれかの整数として、前記作業燃焼帯からｊ−ｋ番目に抽出される第ｊ−ｋスラブから前記第ｊスラブまでの各スラブの前記作業燃焼帯からの予想抽出温度がそれぞれ該各スラブの目標抽出温度を満足するような、下記（Ａ）又は（Ｂ）の時間区間：
（Ａ）前記第ｊ−ｋスラブが前記最先スラブと同一である場合には、前記初期時刻から前記第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間；
（Ｂ）前記第ｊ−ｋスラブが前記最先スラブと同一でない場合には、前記第ｊ−ｋスラブの一つ前の第ｊ−ｋ−１スラブの予定抽出時刻から前記第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間、
に係る設定炉温軌道を、下記（Ｃ）又は（Ｄ）の条件：
（Ｃ）前記（Ａ）の場合には、既に計算した前記初期時刻以降の設定炉温軌道に従って加熱する時間を設けない条件；
（Ｄ）前記（Ｂ）の場合には、前記初期時刻から前記第ｊ−ｋ−１スラブの予定抽出時刻までは、前記最先スラブから前記第ｊ−ｋ−１スラブまでの各スラブの目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道に従って加熱する条件、
に基づいて計算し、
前記第２計算工程において、前記作業燃焼帯の炉温設定の制約条件を満足する設定炉温軌道が得られるまで、前記ｋの値を１から順に増加させながら計算を繰り返すことを特徴とする、連続式加熱炉の炉温設定方法。
【請求項２】
連続式加熱炉の炉温制御システムであって、
前記連続式加熱炉の炉温を設定するためのアルゴリズムを格納する、記憶手段と、
前記記憶手段から前記アルゴリズムを読み込んで実行する、制御手段と、
前記連続式加熱炉の各燃焼帯の炉温を測定する、炉温測定手段と、
前記連続式加熱炉に装入する前の各スラブの温度を測定する、装入前スラブ温度測定手段と、
前記連続式加熱炉の各燃焼帯のバーナーが接続され、前記制御装置によって決定される設定炉温軌道に合わせて、前記バーナーのそれぞれの燃焼量を調整する、炉温調整手段と
を有し、
前記アルゴリズムは、所定の制御周期毎に少なくとも１の燃焼帯の温度を、該燃焼帯からの各スラブの目標抽出温度に基づいて設定する、連続式加熱炉の炉温設定アルゴリズムであって、
温度設定を行う燃焼帯のうち１の燃焼帯を、作業燃焼帯として選択する、燃焼帯選択工程と、
初期時刻において前記作業燃焼帯の内部に存在する各スラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブの前記作業燃焼帯からの予想抽出温度が、前記作業燃焼帯からの前記各スラブの目標抽出温度以上となるような、前記作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、設定炉温軌道計算工程と、
計算した前記作業燃焼帯の設定炉温軌道のうち、前記初期時刻から次回の制御周期開始時刻までの時間区間に係る部分を、前記作業燃焼帯の炉温設定に反映する、設定炉温軌道反映工程と、
を有し、
前記設定炉温軌道計算工程が、
前記初期時刻において前記作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブのうち、前記作業燃焼帯から１番目に抽出される最先スラブの前記作業燃焼帯からの予想抽出温度が目標抽出温度以上となるような、前記初期時刻から前記最先スラブの予定抽出時刻までの時間区間に係る前記作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、第１計算工程と、
前記初期時刻において前記作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブのうち前記作業燃焼帯から２番目以降に抽出される各スラブの前記作業燃焼帯からの予想抽出温度がそれぞれ該各スラブの目標抽出温度以上となるような、前記作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、第２計算工程と、
を有し、
前記第２計算工程において、前記初期時刻において前記作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブの個数をＮｓ個とし、ｊを２以上Ｎｓ以下の整数とするとき、前記作業燃焼帯からｊ番目に抽出される第ｊスラブについて、
前記初期時刻から、前記第ｊスラブの一つ前に抽出される第ｊ−１スラブの予定抽出時刻までは、前記最先スラブから前記第ｊ−１スラブまでの各スラブの目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道に従って加熱することを前提として、前記第ｊスラブの目標抽出温度を満足するような、前記第ｊ−１スラブの予定抽出時刻から前記第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間に係る設定炉温軌道を計算し、
計算した設定炉温軌道が前記作業燃焼帯の炉温設定の制約条件を満足しない場合に、ｋを１以上ｊ−１以下のいずれかの整数として、前記作業燃焼帯からｊ−ｋ番目に抽出される第ｊ−ｋスラブから前記第ｊスラブまでの各スラブの前記作業燃焼帯からの予想抽出温度がそれぞれ該各スラブの目標抽出温度を満足するような、下記（Ａ）又は（Ｂ）の時間区間：
（Ａ）前記第ｊ−ｋスラブが前記最先スラブと同一である場合には、前記初期時刻から前記第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間；
（Ｂ）前記第ｊ−ｋスラブが前記最先スラブと同一でない場合には、前記第ｊ−ｋスラブの一つ前の第ｊ−ｋ−１スラブの予定抽出時刻から前記第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間、
に係る設定炉温軌道を、下記（Ｃ）又は（Ｄ）の条件：
（Ｃ）前記（Ａ）の場合には、既に計算した前記初期時刻以降の設定炉温軌道に従って加熱する時間を設けない条件；
（Ｄ）前記（Ｂ）の場合には、前記初期時刻から前記第ｊ−ｋ−１スラブの予定抽出時刻までは、前記最先スラブから前記第ｊ−ｋ−１スラブまでの各スラブの目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道に従って加熱する条件、
に基づいて計算し、
前記第２計算工程において、前記作業燃焼帯の炉温設定の制約条件を満足する設定炉温軌道が得られるまで、前記ｋの値を１から順に増加させながら計算を繰り返すアルゴリズムであることを特徴とする、連続式加熱炉の炉温制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の連続式加熱炉の炉温制御システムを備えることを特徴とする、連続式加熱炉。
【請求項４】
請求項１に記載の連続式加熱炉の炉温設定方法によって、連続式加熱炉の炉温を設定する工程と、
前記連続式加熱炉を用いて金属材料を加熱する工程と、
を有することを特徴とする、金属材料の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の連続式加熱炉を用いて金属材料を加熱する工程を有することを特徴とする、金属材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材は、鉄鉱石から精錬及び鋳造により製造され、その後、薄く延ばしたり、中空管などの形状にしたりするために熱間圧延が行われる。鋼材は、この熱間圧延の前に加熱炉（以下「炉」ということがある。）での加熱により、設定された目標抽出温度にされる。目標抽出温度は、熱間圧延時の鋼材温度の違いにより鋼の性質が異なることから、その鋼材から製造される製品に必要な性質により決定される。
【０００３】
一般に、熱間圧延を行うために連続式加熱炉にてスラブの加熱を行う際には、スラブを炉から抽出する際に、スラブ毎に設定した目標抽出温度までスラブ温度が上昇しているように各燃焼帯の炉温を設定し、操業する。
【０００４】
各燃焼帯の炉温を設定するにあたっては、上記目標抽出温度を満足することだけではなく、スラブ表面とスラブ内部との温度差の低減(均熱度の確保)、加熱時間の短縮、燃料使用量の低減などを考慮することが多い。連続式加熱炉の炉温設定方法に関する技術として、例えば特許文献１には、各燃焼帯に複数存在するスラブのそれぞれについてその抽出時に目標抽出温度まで加熱するように、炉温変化がスラブ抽出温度の変化に及ぼす影響係数を計算し、それに基づく各燃焼帯の炉温設定値を算出し、各燃焼帯の炉温変化の各スラブ抽出温度への影響係数を重みとした重み付き平均により、最終的な各燃焼帯の設定炉温とすることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、連続式加熱炉の燃焼帯からの抽出位置だけでなく、抽出位置以外の途中位置にも目標位置を設定し、各スラブについて目標位置で満足するべき目標スラブ温度や目標均熱度を設定し、それを満足するような各燃焼帯の設定炉温をスラブ毎に算出し、燃焼帯毎にスラブ毎算出値の最高値あるいはスラブの優先準位に基づく加重平均値を採用することで最終的な設定炉温とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５７７６０号公報
【特許文献２】特開２００８−２４９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
炉温設定における最大の課題はスラブを目標抽出温度で抽出することである。このため、通常、燃焼帯の出側においてスラブ温度が目標抽出温度となるような制御が行われる。さらに、連続式加熱炉の一の燃焼帯内には複数のスラブが存在し、各スラブには製造される製品に合わせた熱処理条件が設定されていることが多い。異なる熱処理条件を設定されている複数のスラブを加熱炉中に装入する場合には、一のスラブの加熱条件を満足しつつ、熱処理条件の異なる別のスラブの加熱条件を満足するように加熱炉の制御を行う必要がある。その一方で、加熱炉の制御には様々な制約条件が課される。制約条件としては、例えば炉温の設定上限や、隣接する燃焼帯との温度差の上限等を挙げることができる。
【０００８】
特許文献１に記載の技術は、各燃焼帯の抽出位置（出側）のみにおいてスラブ温度について目標値を設定して炉温の制御を行うものである。これに対して、特許文献２に記載の技術は、各燃焼帯の出側におけるスラブ温度に加えて、出側以外の所定の位置におけるスラブ温度についても目標値を設定して炉温の制御を行うものであり、加熱精度の向上が図られている。しかし、これら従来の制御技術は言わば点での制御であるため、制約条件との関係で細かな制御を行い得るには至っていなかった。その結果、制約条件によりスラブ温度を目標抽出温度とする制御が困難となる場合があり、スラブ温度が目標抽出温度に達しない事態が発生するおそれがあった。スラブ温度が目標抽出温度を下回ると、スラブを加熱炉から抽出した後の加工に支障を来すおそれや、加工が可能ではあっても得られる製品の品質が低下し、歩留まりの低下を招くおそれがある。
加えて、加熱炉の制御は制約条件及び目標抽出温度を同時に満足させる必要があることから、場合によってはスラブの目標抽出温度を大きく超えて高い炉温を設定せざるを得ないこともあり、その結果燃料消費量が増大するおそれがあった。近年の環境保全等の観点から、燃料消費量の削減への要求は高まる一方であり、目標抽出温度及び制約条件の両方を満足しつつも、燃料消費量をさらに削減することが望まれている。
【０００９】
そこで本発明は、上記の事情に鑑み、加熱条件の異なる複数のスラブを連続式加熱炉に装入して加熱する場合であっても、スラブの目標抽出温度及び制約条件をより確実に満足し、かつ燃料消費量を低減することが可能な、連続式加熱炉の炉温設定方法を提供することを課題とする。また、連続式加熱炉の炉温制御システム、連続式加熱炉、並びに金属材料の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、従来よりさらに細かな制御を行うことを検討し、スラブの温度を燃焼帯の現時点より任意の未来までを制御する、言い換えれば、スラブの温度軌道を制御する着想を得た。本発明者らはさらなる検討の結果、燃焼帯の設定炉温軌道を調整してスラブの温度軌道を制御することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
本発明の第１の態様は、所定の制御周期毎に少なくとも１の燃焼帯の温度を、該燃焼帯からの各スラブの目標抽出温度に基づいて設定する、連続式加熱炉の炉温設定方法であって、温度設定を行う燃焼帯のうち１の燃焼帯を、作業燃焼帯として選択する、燃焼帯選択工程と、初期時刻において作業燃焼帯の内部に存在する各スラブおよび作業燃焼帯に導入される直前のスラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度が、作業燃焼帯からの各スラブの目標抽出温度以上となるような、作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、設定炉温軌道計算工程と、計算した作業燃焼帯の設定炉温軌道のうち初期時刻から次回の制御周期開始時刻までの時間区間に係る部分を、作業燃焼帯の炉温設定に反映する、設定炉温軌道反映工程と、を有し、設定炉温軌道計算工程が、初期時刻において作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブのうち、作業燃焼帯から１番目に抽出される最先スラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度が目標抽出温度以上となるような、初期時刻から最先スラブの予定抽出時刻までの時間区間に係る作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、第１計算工程と、初期時刻において作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび作業燃焼帯に導入される直前のスラブのうち作業燃焼帯から２番目以降に抽出される各スラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度がそれぞれ該各スラブの目標抽出温度以上となるような、作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、第２計算工程と、を有し、第２計算工程において、初期時刻において作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび作業燃焼帯に導入される直前のスラブの個数をＮｓ個とし、ｊを２以上Ｎｓ以下の整数とするとき、作業燃焼帯からｊ番目に抽出される第ｊスラブについて、初期時刻から、第ｊスラブの一つ前に抽出される第ｊ−１スラブの予定抽出時刻までは、最先スラブから第ｊ−１スラブまでの各スラブの目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道に従って加熱することを前提として、第ｊスラブの目標抽出温度を満足するような、第ｊ−１スラブの予定抽出時刻から第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間に係る設定炉温軌道を計算し、計算した設定炉温軌道が作業燃焼帯の炉温設定の制約条件を満足しない場合に、ｋを１以上ｊ−１以下のいずれかの整数として、作業燃焼帯からｊ−ｋ番目に抽出される第ｊ−ｋスラブから第ｊスラブまでの各スラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度がそれぞれ該各スラブの目標抽出温度を満足するような、下記（Ａ）又は（Ｂ）の時間区間：
（Ａ）第ｊ−ｋスラブが最先スラブと同一である場合には、初期時刻から第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間；
（Ｂ）第ｊ−ｋスラブが最先スラブと同一でない場合には、第ｊ−ｋスラブの一つ前の第ｊ−ｋ−１スラブの予定抽出時刻から第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間、
に係る設定炉温軌道を、下記（Ｃ）又は（Ｄ）の条件：
（Ｃ）上記（Ａ）の場合には、既に計算した初期時刻以降の設定炉温軌道に従って加熱する時間を設けない条件；
（Ｄ）上記（Ｂ）の場合には、初期時刻から第ｊ−ｋ−１スラブの予定抽出時刻までは、最先スラブから第ｊ−ｋ−１スラブまでの各スラブの目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道に従って加熱する条件、
に基づいて計算し、第２計算工程において、前記作業燃焼帯の炉温設定の制約条件を満足する設定炉温軌道が得られるまで、前記ｋの値を１から順に増加させながら計算を繰り返すことを特徴とする、連続式加熱炉の炉温設定方法である。
【００１２】
ここに、本発明において、「温度設定を行う燃焼帯のうち１の燃焼帯を、作業燃焼帯として選択する」とは、温度設定を行う燃焼帯が複数存在する場合の他、温度設定を行う燃焼帯が１つのみ存在する場合をも包含する概念である。なお、「作業燃焼帯」とは、温度設定を行う燃焼帯のうち着目する一の燃焼帯を他の燃焼帯と区別するための概念であって、「作業燃焼帯」という名の燃焼帯が連続式加熱炉に存在することを要求するものではない。「初期時刻」とは、その制御周期の開始時刻を意味する。「作業燃焼帯に導入される直前のスラブ」とは、その後作業燃焼帯に導入される作業燃焼帯の入口前のスラブをいうが、その数は１に限られない。「設定炉温軌道」とは、その燃焼帯の炉温の設定計画を表す、時刻を変数とする関数である。また、「設定炉温軌道のうち少なくとも一部を、作業燃焼帯の炉温設定に反映する」とは、上記時間の関数である設定炉温軌道が計算されている時間区間のうち少なくとも一部の時間区間について、その設定炉温軌道を作業燃焼帯の実際の炉温設定に反映することを意味する。
【００１４】
本発明において、「目標抽出温度」とは、作業燃焼帯からの、当該スラブの目標抽出温度を意味する概念であって、一般には当該スラブの連続式加熱炉からの最終的な目標抽出温度を意味しない。ただし、作業燃焼帯が連続式加熱炉における最後の燃焼帯である場合には、当該作業燃焼帯からの目標抽出温度はそのスラブの連続式加熱炉からの最終的な目標抽出温度に一致する。「予定抽出時刻」とは、作業燃焼帯からの当該スラブの予定抽出時刻を意味する概念であって、一般には当該スラブが連続式加熱炉から抽出される予定時刻を意味しない。ただし、作業燃焼帯が連続式加熱炉における最後の燃焼帯である場合には、当該作業燃焼帯からの予定抽出時刻はそのスラブの連続式加熱炉からの予定抽出時刻に一致する。あるスラブについて「目標抽出温度を満足する」とは、当該スラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度が、当該スラブの作業燃焼帯からの目標抽出温度以上となることを意味する。
【００１５】
本発明の第２の態様は、連続式加熱炉の炉温制御システムであって、連続式加熱炉の炉温を設定するためのアルゴリズムを格納する、記憶手段と、記憶手段からアルゴリズムを読み込んで実行する、制御手段と、連続式加熱炉の各燃焼帯の炉温を測定する、炉温測定手段と、連続式加熱炉に装入する前の各スラブの温度を測定する、装入前スラブ温度測定手段と、連続式加熱炉の各燃焼帯のバーナーが接続され、制御装置によって決定される設定炉温軌道に合わせて、バーナーのそれぞれの燃焼量を調整する、炉温調整手段とを有し、アルゴリズムは、所定の制御周期毎に少なくとも１の燃焼帯の温度を、該燃焼帯からの各スラブの目標抽出温度に基づいて設定する、連続式加熱炉の炉温設定アルゴリズムであって、温度設定を行う燃焼帯のうち１の燃焼帯を、作業燃焼帯として選択する、燃焼帯選択工程と、初期時刻において作業燃焼帯の内部に存在する各スラブおよび作業燃焼帯に導入される直前のスラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度が、作業燃焼帯からの各スラブの目標抽出温度以上となるような、作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、設定炉温軌道計算工程と、計算した作業燃焼帯の設定炉温軌道のうち、初期時刻から次回の制御周期開始時刻までの時間区間に係る部分を、作業燃焼帯の炉温設定に反映する、設定炉温軌道反映工程と、を有し、設定炉温軌道計算工程が、初期時刻において作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび作業燃焼帯に導入される直前のスラブのうち、作業燃焼帯から１番目に抽出される最先スラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度が目標抽出温度以上となるような、初期時刻から最先スラブの予定抽出時刻までの時間区間に係る作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、第１計算工程と、初期時刻において作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび作業燃焼帯に導入される直前のスラブのうち作業燃焼帯から２番目以降に抽出される各スラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度がそれぞれ該各スラブの目標抽出温度以上となるような、作業燃焼帯の設定炉温軌道を計算する、第２計算工程と、を有し、第２計算工程において、初期時刻において作業燃焼帯の内部に存在するスラブおよび作業燃焼帯に導入される直前のスラブの個数をＮｓ個とし、ｊを２以上Ｎｓ以下の整数とするとき、作業燃焼帯からｊ番目に抽出される第ｊスラブについて、初期時刻から、第ｊスラブの一つ前に抽出される第ｊ−１スラブの予定抽出時刻までは、最先スラブから第ｊ−１スラブまでの各スラブの目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道に従って加熱することを前提として、第ｊスラブの目標抽出温度を満足するような、第ｊ−１スラブの予定抽出時刻から第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間に係る設定炉温軌道を計算し、計算した設定炉温軌道が作業燃焼帯の炉温設定の制約条件を満足しない場合に、ｋを１以上ｊ−１以下のいずれかの整数として、作業燃焼帯からｊ−ｋ番目に抽出される第ｊ−ｋスラブから第ｊスラブまでの各スラブの作業燃焼帯からの予想抽出温度がそれぞれ該各スラブの目標抽出温度を満足するような、下記（Ａ）又は（Ｂ）の時間区間：
（Ａ）第ｊ−ｋスラブが最先スラブと同一である場合には、初期時刻から第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間；
（Ｂ）第ｊ−ｋスラブが最先スラブと同一でない場合には、第ｊ−ｋスラブの一つ前の第ｊ−ｋ−１スラブの予定抽出時刻から第ｊスラブの予定抽出時刻までの時間区間、
に係る設定炉温軌道を、下記（Ｃ）又は（Ｄ）の条件：
（Ｃ）上記（Ａ）の場合には、既に計算した初期時刻以降の設定炉温軌道に従って加熱する時間を設けない条件；
（Ｄ）上記（Ｂ）の場合には、初期時刻から第ｊ−ｋ−１スラブの予定抽出時刻までは、最先スラブから第ｊ−ｋ−１スラブまでの各スラブの目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道に従って加熱する条件、
に基づいて計算し、第２計算工程において、作業燃焼帯の炉温設定の制約条件を満足する設定炉温軌道が得られるまで、ｋの値を１から順に増加させながら計算を繰り返すアルゴリズムであることを特徴とする、連続式加熱炉の炉温制御システムである。
【００１６】
本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様に係る連続式加熱炉の炉温制御システムを備えることを特徴とする、連続式加熱炉である。
【００１７】
本発明の第４の態様は、本発明の第１の態様に係る連続式加熱炉の炉温設定方法によって、連続式加熱炉の炉温を設定する工程と、該連続式加熱炉を用いて金属材料を加熱する工程と、を有することを特徴とする、金属材料の製造方法である。
【００１８】
ここで、本発明の第４の態様は、上記連続式加熱炉の炉温を設定する工程と、該連続式加熱炉を用いて金属材料を加熱する工程とが同時に並行して実行される形態を包含する。
【００１９】
本発明の第４の態様に係る金属材料の製造方法は、本発明の第３の態様に係る連続式加熱炉を用いて金属材料を加熱する工程を有するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の態様に係る連続式加熱炉の炉温設定方法によれば、設定炉温軌道計算工程及び設定炉温軌道反映工程を有するので、燃焼帯の炉温軌道を制御することにより、燃焼帯における各スラブの温度軌道を制御することができる。よって、加熱条件の異なる複数のスラブを連続式加熱炉に装入して加熱する場合であっても、スラブの目標抽出温度及び制約条件をより確実に満足し、かつ燃料消費量を低減することが可能な、連続式加熱炉の炉温設定方法を提供することができる。そして、燃焼帯内に存在するスラブのうち先行するスラブ（先スラブ）の抽出後に燃焼帯の炉温を制御しても残りの遅行するスラブ（遅スラブ）の目標抽出温度及び制約条件の両方を満足することができないと予測される場合に、先スラブの温度軌道を調整するように燃焼帯の設定炉温軌道を計算するので、目標抽出温度及び制約条件の両方を満足する設定炉温軌道を発見することが一層容易になる。また、このような臨機応変な計算により、燃料消費量を低減することも一層容易になる。
【００２２】
本発明の第２の態様に係る連続式加熱炉の炉温制御システムによれば、連続式加熱炉の炉温設定が、本発明の第１の態様にかかる連続式加熱炉の炉温設定方法によって行われる。したがって、本発明の第２の態様によれば、加熱条件の異なる複数のスラブを連続式加熱炉に装入して加熱する場合であっても、スラブの目標抽出温度及び制約条件をより確実に満足し、かつ燃料消費量を低減することが可能な、連続式加熱炉の炉温制御システムを提供することができる。
【００２３】
本発明の第３の態様に係る連続式加熱炉は、本発明の第２の態様に係る連続式加熱炉の炉温制御システムを備える。本発明の第２の態様に係る連続式加熱炉の炉温制御システムは、上記効果を奏するものである。したがって、本発明の第３の態様によれば、加熱条件の異なる複数のスラブを連続式加熱炉に装入して加熱する場合であっても、スラブの目標抽出温度及び制約条件をより確実に満足し、かつ燃料消費量を低減することが可能な、連続式加熱炉を提供することができる。
【００２４】
本発明の第４の態様に係る金属材料の製造方法によれば、金属材料を加熱する連続式加熱炉の炉温設定が、本発明の第１の態様に係る連続式加熱炉の炉温設定方法によって行われる。上記したように、本発明の第１の態様に係る連続式加熱炉の炉温設定方法によれば、加熱条件の異なる複数のスラブを連続式加熱炉に装入して加熱する場合であっても、スラブの目標抽出温度及び制約条件をより確実に満足し、かつ燃料消費量を低減することが可能である。よって、本発明の第４の態様によれば、製品品質及び製造歩留まりを向上させ、また、燃料費を低減することが可能な、金属材料の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法を説明するフローチャートである。
【図２】連続式加熱炉の模式図である。
【図３】燃焼帯の状況を説明する模式図である。
【図４】設定炉温軌道計算工程を説明するフローチャートである。
【図５】抽出予定順の早いスラブから設定炉温軌道を計算する手順を説明する図である。
【図６】スラブｓｊにおいて炉温制約条件を満足できない場合の設定炉温軌道の計算を説明する図である。
【図７】本発明の連続式加熱炉の炉温制御システムを説明する図である。
【図８】本発明の連続式加熱炉を説明する図である。
【図９】本発明の金属材料の製造方法を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明例及び比較例における第２加熱帯の設定炉温の推移を示す図である。
【図１１】本発明例及び比較例における均熱帯の設定炉温の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の上記した作用および利得は、以下に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。
【００２７】
＜１．連続式加熱炉の炉温設定方法＞
本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法について説明する。図１は、連続式加熱炉の炉温設定方法Ｓ１０（以下、「炉温設定方法Ｓ１０」又は単に「Ｓ１０」ということがある。）を説明するフローチャートである。図２は、Ｓ１０が適用される連続式加熱炉１０を示す模式図である。図３は、燃焼帯の状況を説明する模式図である。また、図４は、炉温設定方法Ｓ１０が有する設定炉温軌道計算工程Ｓ１２を説明するフローチャートである。
以下、図１〜４を参照しつつ、本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法について説明する。
【００２８】
図２に示すように、連続式加熱炉１０においては、炉壁１によって炉内と炉外とが隔てられている。炉内の空間はさらに、炉壁１によって、予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４、及び均熱帯５に分画されており、これら４つの燃焼帯はこの順に紙面左側から右側へ並んでいる。上記４つの燃焼帯にはスキッド６が配されており、スラブ装入口７から矢印Ａの如く装入されたスラブ９、９、…は、このスキッド６上を予熱帯２から順に、矢印Ｂの方向に各燃焼帯を移動し、所望の温度まで加熱された後、最終的にスラブ抽出口８から矢印Ｃの如く取り出される。
本発明の炉温設定方法は、図２のように複数の燃焼帯を有する連続式加熱炉において、各燃焼帯に複数存在するスラブを各スラブ及び各燃焼帯について予め設定された目標抽出温度まで加熱してから抽出するにあたり、所定の制御周期毎に炉温設定モデルを起動し、燃焼帯の設定炉温の更新を行う。
【００２９】
図１に示すように、炉温設定方法Ｓ１０は、燃焼帯選択工程Ｓ１１と、設定炉温軌道計算工程Ｓ１２と、設定炉温軌道反映工程Ｓ１３と、終了判断工程Ｓ１４とを有する。
【００３０】
（燃焼帯選択工程Ｓ１１）
燃焼帯選択工程Ｓ１１（以下、単に「Ｓ１１」ということがある。）は、炉温設定を行う燃焼帯のうち一の燃焼帯を作業燃焼帯として選択する工程である。炉温設定を行う燃焼帯の個数をＮｚ個とすると、該計Ｎｚ個の燃焼帯は、例えばスラブが通過する順に、ｚ１、…、ｚＮｚと表わすことができる。例えば図２の連続式加熱炉１０で第２加熱帯４及び均熱帯５の炉温を設定する場合には、Ｎｚ＝２、第２加熱帯４がｚ１、均熱帯５がｚ２となる。
Ｓ１１においては、この中から一の燃焼帯ｚｉ（ただしｉは１以上Ｎｚ以下の整数）を、後に続く設定炉温軌道計算工程Ｓ１２及び設定炉温軌道反映工程Ｓ１３で着目する作業燃焼帯として選択する。作業燃焼帯を選択する方法は、後述する終了判断工程Ｓ１４と組み合わせて漏れ及び重複が生じない方法を特に制限なく採用できる。例えば、ｉを１から順にＮｚまで１ずつ増加させる形態を挙げることができる。
【００３１】
（設定炉温軌道計算工程Ｓ１２）
設定炉温軌道計算工程Ｓ１２（以下、単に「Ｓ１２」ということがある。）は、Ｓ１０を開始した時刻、すなわち炉温設定モデル起動時の時刻ｔ０（以下において、「初期時刻ｔ０」又は単に「ｔ０」ということがある。）において、上記Ｓ１１で選択した作業燃焼帯ｚｉの内部に存在する各スラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブの作業燃焼帯ｚｉからの予想抽出温度が、作業燃焼帯ｚｉからの該各スラブの目標抽出温度以上となるような、作業燃焼帯ｚｉの設定炉温軌道を計算する工程である。以下にその詳細を説明する。なお、ある変数ｔの関数Ｆ（ｔ）及びｔの条件式Φ（ｔ）について、Ｆ（ｔ｜Φ（ｔ））とは、Ｆ（ｔ）においてｔに条件式Φ（ｔ）を課していることを意味するものとする。
【００３２】
図３に示すように、作業燃焼帯ｚｉに存在するスラブおよび前記作業燃焼帯に導入される直前のスラブの個数をＮｓ個とし、該Ｎｓ個のスラブを抽出予定順にｓ１、…、ｓＮｓとする。これらのスラブは図３紙面左から右方向へ搬送されている。以下、時刻ｔにおける燃焼帯ｚｉの設定炉温をＴｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ）で表わし、時刻ｔにおける燃焼帯ｚｉ中のスラブｓｊ（ただしｊは１以上Ｎｓ以下の整数）のスラブ温度をＴｓｌｂ［ｓｊ］（ｔ）で表す。また、スラブｓｊの燃焼帯ｚｉからの予定抽出時刻をｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］で表わし、スラブｓｊの燃焼帯ｚｉからの目標抽出温度をＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］で表わす。
【００３３】
１以上Ｎｓ以下の全てのｊについて、スラブｓｊが燃焼帯ｚｉの図３における右端を出る予定時刻、すなわち予定抽出時刻ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］に、スラブ温度Ｔｓｌｂ［ｓｊ］（ｔ｜ｔ＝ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）が目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］以上となるように、燃焼帯ｚｉの炉温を設定しながら操業する必要がある。なお、ここでいうスラブ温度Ｔｓｌｂ［ｓｊ］（ｔ）の定義は適宜選択することができ、例えばスラブ中心温度やスラブ平均温度を挙げることができる。目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］についても同様である。ただし、スラブ温度Ｔｓｌｂ［ｓｊ］（ｔ）の定義と目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］の定義とは揃える必要がある。例えばスラブ温度Ｔｓｌｂ［ｓｊ］（ｔ）の定義にスラブ中心温度を採用したならば、目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］の定義もスラブ中心温度とする必要がある。
【００３４】
図４は、Ｓ１２を説明するフローチャートである。Ｓ１２は、第１計算工程Ｓ１２１（以下において、単に「Ｓ１２１」ということがある。）と、第２計算工程Ｓ１２２（以下において、単に「Ｓ１２２」ということがある。）とを有する。図４に示すように、第１計算工程Ｓ１２１はステップＳＳ１〜２を有し、第２計算工程Ｓ１２２はステップＳＳ３〜８を有する。
【００３５】
（第１計算工程Ｓ１２１）
第１計算工程Ｓ１２１は、初期時刻ｔ０において燃焼帯ｚｉの中に存在するスラブのうち、燃焼帯ｚｉから１番目に抽出される最先スラブｓ１の燃焼帯ｚｉからの予想抽出温度Ｔｓｌｂ［ｓ１］（ｔ｜ｔ＝ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］）が目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］以上となるような、初期時刻ｔ０から最先スラブｓ１の予定抽出時刻ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］までの時間区間に係る燃焼帯ｚｉの設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］）を計算する工程である。ただし初期時刻ｔ０においては、初期時刻の設定炉温Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ０）を前提とする。第１計算工程Ｓ１２１においては、ステップＳＳ１においてｊに１を代入し、ステップＳＳ２においてＴｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）を計算する。
【００３６】
（第１計算工程Ｓ１２１：ステップＳＳ１）
ステップＳＳ１においてｊに１が代入される。これによりｓｊが最先スラブｓ１を意味することになる。
【００３７】
（第１計算工程Ｓ１２１：ステップＳＳ２）
ステップＳＳ２において上記の目標抽出温度の条件、すなわち下記式（１）
【００３８】
【数１】
0005919734.tif 000002
【００３９】
を充足する設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］）を計算する。このようなＴｆｕｒ［ｚｉ］は例えば次のようにして決定することができる。
【００４０】
まず、初期時刻ｔ０における炉温Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ０）を維持したまま時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］で操業したと仮定して、燃焼帯ｚｉからの抽出時（ｔ＝ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］）の予想スラブ温度Ｔ０ｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］を計算する。板状のスラブに対する計算は例えば、下記式（２）〜（４）からなる公知の二次元非定常熱伝導方程式を解くことにより行うことができる。
【００４１】
【数２】
0005919734.tif 000003
【００４２】
【数３】
0005919734.tif 000004
【００４３】
【数４】
0005919734.tif 000005
【００４４】
ただし、Ｑは入熱量［Ｊ／ｓ］である。σはＳｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ定数［Ｊ／ｓ・ｍ２・Ｋ４］である。Ｆは形態係数である。φｃｇは熱放射率調整係数である。Ｔｆｕｒ［ｚｉ］は燃焼帯ｚｉの炉温［Ｋ］である。Ｔｓｕｒｆａｃｅはスラブの表面温度［Ｋ］である。ｔは計算時間メッシュ［ｓ］である。ｘは長方向メッシュ［ｍ］である。ｙは厚方向メッシュ［ｍ］である。ｃは比熱［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］である。ρは密度［ｋｇ／ｍ３］である。また、λは熱伝導率［Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ］である。上記式（２）〜（４）においては、Ｑ、Ｔｆｕｒ［ｚｉ］、及びＴｓｕｒｆａｃｅ以外は、定数又は設定により与えられる値である。
上記式（２）〜（４）を陽解法、陰解法、クランク−ニコルソン法といった差分法等の公知の数値解法を用いて解くことにより、燃焼帯ｚｉの炉温を初期温度Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ０）のまま維持した場合の最先スラブｓ１の予想抽出温度Ｔ０ｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］を算出できる。
【００４５】
次に、燃焼帯ｚｉの炉温を初期温度Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ０）からΔＴｆｕｒ［ｚｉ］だけ変更した条件下で、上記同様に時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］で操業すると仮定して、燃焼帯ｚｉからの抽出時の予想スラブ温度Ｔ１ｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］を計算する。計算した２つの予想抽出温度Ｔ０ｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］、Ｔ１ｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］を用いて、燃焼帯ｚｉの炉温変更がスラブｓ１の抽出温度に及ぼす影響を表す影響係数∂Ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］／∂Ｔｆｕｒ［ｚｉ］を下記式（５）で近似する。
【００４６】
【数５】
0005919734.tif 000006
【００４７】
上記式（５）で得た影響係数∂Ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］／∂Ｔｆｕｒ［ｚｉ］を用いて、上記式（１）の条件を満たす、すなわちｓ１の予想抽出温度が目標抽出温度の条件を満たすような時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］に係る設定炉温Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］）を、一次近似により下記式（６）で決定できる。
【００４８】
【数６】
0005919734.tif 000007
【００４９】
なお、上記計算にあたっては、ΔＴｆｕｒ［ｚｉ］の値は特に制限されるものではない。ただし、ΔＴｆｕｒ［ｚｉ］の値は５Ｋ以上１００Ｋ以下とすることが好ましく、例えば２０Ｋとすることができる。ΔＴｆｕｒ［ｚｉ］を５Ｋ以上とすることにより、Ｔ１ｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］とＴ０ｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］との差を確保することが容易になる。またΔＴｆｕｒ［ｚｉ］を１００Ｋ以下とすることにより、上記式（６）の計算において左辺の良好な近似値を得ることが容易になる。
【００５０】
（第２計算工程Ｓ１２２）
第２計算工程Ｓ１２２は、初期時刻ｔ０において作業燃焼帯ｚｉの内部に存在するスラブおよび作業燃焼帯ｚｉに導入される直前のスラブｓ１、…、ｓＮｓのうち該燃焼帯ｚｉから２番目以降に抽出される各スラブｓｊ（ただしｊは２以上Ｎｓ以下の整数）の燃焼帯ｚｉからの予想抽出温度Ｔｓｌｂ［ｓｊ］（ｔ｜ｔ＝ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）がそれぞれ該各スラブｓｊの目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］以上となるような、燃焼帯ｚｉの設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓＮｓ］）を計算する工程である。図４に示すように、第２計算工程Ｓ１２２は、ステップＳＳ３〜ＳＳ８を有する。
【００５１】
（第２計算工程Ｓ１２２：ステップＳＳ３）
ステップＳＳ３は、ｊを１増加させることにより、着目するスラブを１つ後ろのスラブにする工程である。例えばステップＳＳ３の直前がステップＳＳ２であった場合には、ステップＳＳ３を経ることによりｊ＝２となり、着目するスラブがｓ１からｓ２に移る。
【００５２】
（第２計算工程Ｓ１２２：ステップＳＳ４）
ステップＳＳ４は、後述するステップＳＳ５で用いる整数ｋを０に初期化する工程である。ステップＳＳ４を経ることにより、スラブｓｊ−ｋはスラブｓｊに一致し、スラブｓｊ−ｋ−１はスラブｓｊ−１すなわちスラブｓｊの一つ前の先スラブに一致する。
【００５３】
（第２計算工程Ｓ１２２：ステップＳＳ５）
ステップＳＳ５は、０以上ｊ−１以下の整数ｋによって定まるｓｊ−ｋ、…、ｓｊの各スラブについて、初期時刻ｔ０からスラブｓｊ−ｋ−１の予定抽出時刻ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］までの時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］においては、最先スラブｓ１からスラブｓｊ−ｋ−１までの各スラブについて目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］）に従って加熱することを前提として、各スラブｓｊ−ｋ、…、ｓｊの目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ］、…、ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］を満足する、すなわちｊ−ｋ以上ｊ以下の全ての整数ｐについてスラブｓｐの予想抽出温度が下記式（７）の目標抽出温度条件：
【００５４】
【数７】
0005919734.tif 000008
【００５５】
を満足するような、ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］の時間区間に係る設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）を計算する工程である。
ただし、ｊ−ｋ＝１すなわちスラブｓｊ−ｋが最先スラブｓ１と同一である場合には、既に計算した初期時刻ｔ０以降の設定炉温軌道に従って加熱する時間を設けない前提で、ｊ−ｋ＝１以上ｊ以下の全ての整数ｐについてスラブｓｐの予想抽出温度が上記式（７）の目標抽出温度条件を満足するような、ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］の時間区間に係る設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）を計算する。
【００５６】
例えば、ステップＳＳ５に至るまで上記ステップＳＳ１〜ＳＳ４を順に経てきた場合にはｊ＝２、ｋ＝０であるから、ステップＳＳ５は、「スラブｓ２について、時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］においては、スラブｓ１について目標抽出温度を満足するように既に計算した設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］）に従って加熱することを前提として、スラブｓ２の目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］を満足する、すなわちスラブｓ２の予想抽出温度が下記式（８）の目標抽出温度条件：
【００５７】
【数８】
0005919734.tif 000009
【００５８】
を満足するような、ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］の時間区間に係る設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］）を計算する工程」である。この場合には、図５に示すように、時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］においてはＴｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］）に従って加熱することを前提として、スラブｓ１抽出時のスラブｓ２の予想温度Ｔｓｌｂ［ｓ２］（ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］）を、上記非定常熱伝導方程式（２）〜（４）を解くことにより算出する。その後、上記同様の方法により、スラブｓ２が上記式（８）を満足するような時間区間ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］に係る設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］）を下記式（９）により算出できる。
【００５９】
【数９】
0005919734.tif 000010
【００６０】
なお、ここでＴ０ｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］とは、炉温をＴｆｕｒ［ｚｉ］（ｔｅｘｔｌｓｂ［ｓ１］）のまま、時間区間ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］の間維持したと仮定した場合のスラブｓ２の予想抽出温度であり、上記非定常熱伝導方程式（２）〜（４）を解くことにより算出できる。また、∂Ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］／∂Ｔｆｕｒ［ｚｉ］とは、燃焼帯ｚｉの炉温変更がスラブｓ２の抽出温度に及ぼす影響を表す影響係数である。この影響係数は、上記同様に、燃焼帯ｚｉの炉温をｓ１抽出時の温度Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔｅｘｔｌｓｂ［ｓ１］）からΔＴｆｕｒ［ｚｉ］だけ変更した条件下で、上記同様に時間区間ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］で操業すると仮定して、燃焼帯ｚｉからの抽出時の予想スラブ温度Ｔ１ｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］を計算し、計算した２つの予想抽出温度Ｔ０ｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］及びＴ１ｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］を用いて、下記式（１０）により算出できる。
【００６１】
【数１０】
0005919734.tif 000011
【００６２】
（第２計算工程Ｓ１２２：ステップＳＳ６）
ステップＳＳ６は、上記ステップＳＳ５で計算した設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）が、燃焼帯ｚｉの炉温設定に課せられた制約条件を満足するか否か判断する工程である。制約条件としては、連続式加熱炉１０の仕様等に起因する制約条件、例えば設定炉温の上限値ＴＨｆｕｒ［ｚｉ］等を挙げることができる。
【００６３】
例えば、ステップＳＳ６に至るまでステップＳＳ１〜ＳＳ５を順に経てきた場合には、ｊ＝２、ｋ＝０であるから、ステップＳＳ６は、「ステップＳＳ５で計算した設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓ２］）が、燃焼帯ｚｉの炉温設定に課せられた制約条件を満足するか否か」を判断する工程である。
【００６４】
ステップＳＳ６で肯定判断がなされた場合（制約条件が満足される場合）には、ステップＳＳ７に処理が移る。ステップＳＳ６で否定判断がなされた場合（制約条件が満足されない場合）には、後述するステップＳＳ８に処理が移る。
【００６５】
（第２計算工程Ｓ１２２：ステップＳＳ７）
ステップＳＳ７は、ｊ＝Ｎｓか否か、すなわちスラブｓｊが燃焼帯ｚｉの内部に存在するスラブおよび燃焼帯ｚｉに導入される直前のスラブの中の最遅スラブｓＮｓと同一であるか否かを判断する工程である。ステップＳＳ７で肯定判断がなされた場合には、ｓ１、…、ｓＮｓの全てのスラブについて目標抽出温度及び制約条件を満足する設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓＮｓ］）の計算が完了したことを意味するので、設定炉温軌道計算工程Ｓ１２を終了する。ステップＳＳ７で否定判断がなされた場合、すなわちｊ＜Ｎｓの場合には、まだ考慮すべきスラブが残っているので、ステップＳＳ３に処理を移し、ｊを１増加させてステップＳＳ４以降の処理を行う。
【００６６】
（第２計算工程Ｓ１２２：ステップＳＳ８）
ステップＳＳ８は、上記ステップＳＳ６で否定判断がなされた場合に行われる工程である。ステップＳＳ８では、ｋを１増加させた後、上記ステップＳＳ５に処理を戻す。
上述したようにステップＳＳ５は、「ｓｊ−ｋ、…、ｓｊの各スラブについて、時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］においては既に計算した設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］）に従って加熱することを前提として、各スラブｓｊ−ｋ、…、ｓｊの目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ］、…、ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］を満足する設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）を計算する工程」である。
【００６７】
ｋを１増加させた上でステップＳＳ５を再度行うことにより、スラブの目標抽出温度を満足するために設定炉温軌道を操作できる時間区間がスラブ１個分広がる。例えば図６に示すように、ステップＳＳ８の直前にｋ＝０であった場合には、直前のステップＳＳ５は、「スラブｓｊについて、時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−１］においては既に計算した設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−１］）に従って加熱することを前提として、スラブｓｊの目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］を満足する設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）を計算する工程」であるが、ステップＳＳ８を経てから再度行うステップＳＳ５は、「ｓｊ−１、ｓｊの各スラブについて、時間区間ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−２］においては既に計算した設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−２］）に従って加熱することを前提として、各スラブｓｊ−１、ｓｊの目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−１］、ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］を満足する設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−２］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］）を計算する工程」である。
【００６８】
このように、ステップＳＳ８を経てからステップＳＳ５を再度実行することにより、スラブの目標抽出温度を満足するために設定炉温軌道を操作できる時間区間がスラブ１個分広がるので、目標抽出温度及び制約条件を共に満足できる、時刻ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］までの設定炉温軌道を発見できる可能性が一層高くなる。
【００６９】
また、ステップＳＳ８を経て再度実行したステップＳＳ５においても制約条件を満足する設定炉温軌道が発見できない場合には、ステップＳＳ６で再び否定判断がなされて処理がステップＳＳ８に移るので、ｋがさらに１増加された上でステップＳＳ５に処理を移される。設定炉温軌道を操作できる時間区間がさらにスラブ１個分広がるので、目標抽出温度及び制約条件を共に満足できる、時刻ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］までの設定炉温軌道を発見できる可能性がより一層高くなる。
【００７０】
なお、ステップＳＳ５、ＳＳ６、及びＳＳ８の繰り返しにより最終的に得られた、目標抽出温度及び制約条件を共に満足する時刻ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］までの設定炉温軌道のうち、既に計算した設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−ｋ−１］）と重複する時間区間については、新たに計算した設定炉温軌道で上書きする。例えば上記の例では、時間区間ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−２］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−１］に係る部分が重複するので、該部分を新たに計算した設定炉温軌道で上書きする。
【００７１】
上記ステップＳＳ１〜ＳＳ８を有する設定炉温軌道計算工程Ｓ１２により、各スラブｓ１、…、ｓＮｓについて目標抽出温度及び制約条件を共に満足する、初期時刻から最遅スラブｓＮｓの予定抽出時刻までの設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓＮｓ］）を計算することができる。
【００７２】
（設定炉温軌道反映工程Ｓ１３）
設定炉温軌道反映工程Ｓ１３（以下において、単に「Ｓ１３」ということがある。）は、上記Ｓ１２で計算された設定炉温軌道Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔ０＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓＮｓ］）のうち、初期時刻ｔ０からスラブｓＮｓの予定抽出時刻ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓＮｓ］以前の任意の時刻までの時間区間に係る部分を、燃焼帯ｚｉの実際の炉温設定に反映させるものとして採用する工程である。例えば、初期時刻ｔ０から次回の制御周期開始時刻までの時間区間に係る部分を採用するものとすることができる。これは、一般的に制御周期の開始時刻（モデル起動時）において一の燃焼帯中に存在する全てのスラブが抽出されるまでに１時間〜３時間程度かかるのに対して、一の制御周期を開始してから次回の制御周期を開始（モデルを起動）可能になる時刻までは３分程度であり、一の制御周期で計算可能な設定炉温軌道の時間範囲に対し、制御周期（モデル起動周期）が短いためである。
【００７３】
（終了判断工程Ｓ１４）
終了判断工程Ｓ１４（以下において、単に「Ｓ１４」ということがある。）は、炉温軌道の設定が炉温設定を行うべき全ての燃焼帯ｚ１、…、ｚＮｚについて完了したか否かを判断する工程である。Ｓ１４で肯定判断がなされた場合には、炉温設定を行うべき全ての燃焼帯について炉温軌道の設定が完了しているので、炉温設定方法Ｓ１０を終了する。Ｓ１４で否定判断がなされた場合には、炉温設定を行うべき燃焼帯がまだ残っているので、処理がＳ１１に戻され、まだ炉温を設定していない燃焼帯の中から新たな作業燃焼帯ｚｉが選択された後、以降の工程Ｓ１２、Ｓ１３が行われ、再びＳ１４に処理が戻ってくる。このようにして、工程Ｓ１１〜Ｓ１４により、炉温設定を行うべき全ての燃焼帯について炉温軌道の設定が完了する。
【００７４】
本発明に関する上記説明においては、設定炉温軌道計算工程Ｓ１２のステップＳＳ５において影響係数を用いる一次近似によって設定炉温軌道を計算する態様を例示したが、本発明は当該態様に限定されない。スラブｓｊの抽出時の温度が目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］以上となる設定炉温軌道（例えばｋ＝０であれば、Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ｜ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ−１］＜ｔ≦ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］））を計算できる方法であれば、特に制限なく用いることができる。そのような方法として上記説明で例示した以外のものとしては、例えば、目標抽出温度＋固定温度（例えば１０℃）によって設定炉温軌道を計算する態様等を挙げることができる。
【００７５】
本発明に関する上記説明では、板状のスラブを仮定し、スラブ温度の計算を式（２）〜（４）の二次元非定常熱伝導方程式を解くことにより行う態様を例示したが、本発明は当該態様に限定されない。スラブ温度の計算方法は、炉温の値に基づいてスラブ温度を予測できる方法であれば特に制限なく採用できる。スラブの形状は板状以外の形状、例えば円柱形状でもよく、温度軌道の計算は上記式（２）〜（４）以外の熱伝導方程式により行ってもよい。
【００７６】
本発明に関する上記説明では、設定炉温軌道計算工程Ｓ１２のステップＳＳ８において、ｋの値を１ずつ増加させる（設定炉温軌道を操作する時間範囲をスラブ１個分ずつ増やす）態様を例示したが、本発明は当該態様に限定されない。ｋの値を増加させる幅は適宜選択可能であり、例えば３以上のｊについてはｋを２以上の整数値ずつ増加させる態様も可能である。ただし、先の計算結果をより有効に利用できる観点からは、ｋの値を１ずつ増加させることが好ましい。
【００７７】
＜２．連続式加熱炉の炉温制御システム＞
図７は、本発明の連続式加熱炉の炉温制御システム２０（以下、単に「炉温制御システム２０」ということがある。）を説明する図である。炉温制御システム２０は、連続式加熱炉１０（図２参照）が有する４つの燃焼帯の炉温を、上記炉温設定方法Ｓ１０によって設定し、制御するシステムである。図７に示すように、炉温制御システム２０は、制御手段１１に、記憶手段１２と、入力手段１３と、出力手段１４と、炉温測定手段１５と、装入前スラブ温度測定手段１６と、炉温調整手段１７と、が接続されてなる。図７において、矢印は情報が流れる向きを表す。以下、各構成要素について順に説明する。
【００７８】
制御手段１１は、炉温制御システム２０全体を制御する構成要素である。炉温制御システム２０において、入力か出力かを問わず、存在する全ての情報は制御手段１１によって管理され、処理を加えられ、他の構成要素へと伝達される。制御手段１１には、電子計算機その他の公知の制御装置を特に制限なく用いることができる。
【００７９】
記憶手段１２は、炉温制御システム２０における全ての情報を制御手段１１から受け取って保管し、制御手段１１から要求があったときに制御手段１１に出力する構成要素である。記憶手段１２には、上記した炉温設定方法Ｓ１０を実行するためのアルゴリズムＡ１（以下、「アルゴリズムＡ１」という。）が格納される他、Ｓ１０を実行するにあたって必要な情報が格納される。Ｓ１０を実行するにあたって必要な情報には、現在の設定炉温Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｔ）（ｉ＝１、…、Ｎｚ）、各燃焼帯ｚｉ（ｉ＝１、…、Ｎｚ）中にあるスラブｓｊ（ｊ＝１、…、Ｎｓ）の燃焼帯ｚｉからの目標抽出温度ＴＬｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］、影響係数∂Ｔｅｘｔｓｌｂ［ｓｊ］／∂Ｔｆｕｒ［ｚｉ］（ｉ＝１、…、Ｎｚ；ｊ＝１、…、Ｎｓ）、及び炉温上限ＴＨｆｕｒ［ｚｉ］（ｉ＝１、…、Ｎｚ）等の制約条件式が含まれる。記憶手段１２には、磁気記憶装置や揮発性メモリ（ＲＡＭ）等の公知の記憶装置を特に制限なく用いることができる。
【００８０】
入力手段１３は、炉温制御システム２０において、現在の炉温及び装入前スラブ温度以外の必要な情報を操作者及び／又は上位コンピュータが入力するための構成要素である。入力手段１３から入力された情報は制御装置１１に伝達され、記憶手段１２に格納される。入力手段１３には、キーボード等の公知の入力装置や、シリアルポート等の公知の通信装置を特に制限なく用いることができる。
【００８１】
出力手段１４は、炉温制御システム２０において、操作者及び／又は上位コンピュータが知るべき情報を制御手段１１から受け取って操作者又は上位コンピュータに対して表示するための構成要素である。出力手段１４には、設定炉温、現在の炉温、スラブ温度、スラブの加熱状況、燃料流量、空気流量その他の必要な情報が表示または出力される。出力手段１４には、ディスプレイ等の公知の表示装置や、シリアルポート等の公知の通信装置を特に制限なく用いることができる。
【００８２】
炉温測定手段１５は、各燃焼帯の炉温を測定する構成要素である。図７に示すように、炉温測定手段１５は炉温センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ（以下において、「炉温センサ１５ａ〜１５ｄ」ということがある。）を有し、これら４つの炉温センサは各燃焼帯に１個ずつ設置されている。炉温測定手段１５により取得された炉温情報は制御手段１１に伝達され、記憶手段１２に格納される。炉温センサ１５ａ〜１５ｄには、熱電対、放射温度計等の高温域の測定に適した公知の温度センサを特に制限なく用いることができる。
【００８３】
装入前スラブ温度測定手段１６は、連続式加熱炉１０に装入する前の各スラブの温度を測定する構成要素である。装入前スラブ温度測定手段１６により取得された装入前のスラブの温度情報は、制御手段１１に伝達され、記憶手段１２に格納される。装入前スラブ温度測定手段１６には、熱電対、放射温度計等の公知の温度センサを特に制限なく用いることができる。
【００８４】
炉温調整手段１７には、各燃焼帯のバーナーであるバーナー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ（以下において、「バーナー２１ａ〜２１ｄ」ということがある。）が接続されている。炉温調整手段１７は、制御装置１１によって決定される設定炉温軌道に合わせて、バーナー２１ａ〜２１ｄの各燃焼量を調整する構成要素である。炉温調整手段１７は制御装置１１から各燃焼帯の設定炉温軌道及び現在の実際の炉温を取得し、実際の炉温が設定炉温軌道に沿うようにバーナー２１ａ〜２１ｄの各燃焼量を調整する。バーナー燃焼量の調整は、各バーナーに供給される燃料及び燃焼用空気の流量を調整することにより行う。炉温調整手段１７としては、上記の働きをする公知の炉温調整手段を特に制限なく用いることができる。
【００８５】
以下、炉温制御システム２０の動作について説明する。
【００８６】
（情報の入力）
操作者及び／又は上位コンピュータは、入力手段１３により、各スラブの目標抽出温度その他、炉温設定方法Ｓ１０による炉温の設定に必要な情報を入力する。制御手段１１は入力された情報を取得し、記憶手段１２に格納する。
【００８７】
（操業：スラブの加熱）
操作者及び／又は上位コンピュータは、入力手段１３により設定炉温の更新開始を制御装置１１に指示する。制御装置１１は、装入前スラブ温度測定手段１６により各スラブの装入前の温度情報を取得し、記憶手段１２に格納する。制御装置１１は、記憶手段１２からアルゴリズムＡ１を読み込んで実行し、炉温設定方法Ｓ１０による設定炉温軌道の更新を例えば制御周期３分毎に繰り返す。
【００８８】
設定炉温軌道が更新される毎に、制御装置１１は炉温調整手段１７に各燃焼帯の新たな設定炉温軌道及び現在の炉温を伝達する。炉温調整手段１７は、新たな設定炉温軌道に基き、実際の炉温情報を制御装置１１から常時受け取って監視しながら、各燃焼帯のバーナーの燃焼を調整することにより、炉温を更新された設定炉温軌道に沿うように変化させる。
【００８９】
本発明に関する上記説明では、４つの燃焼帯の炉温を制御する形態の炉温制御システム２０を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。制御すべき連続式加熱炉の形態に合わせ、４つ未満、あるいは５つ以上の燃焼帯の炉温を制御する形態とすることも可能である。
【００９０】
＜３．連続式加熱炉＞
図８は、本発明の連続式加熱炉３０を説明する図である。連続式加熱炉３０は、上記した炉温制御システム２０を備える連続式加熱炉である。図８に示すように、連続式加熱炉３０は、炉壁１によって炉外と隔てられかつ区分された予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４、及び均熱帯５を有し、さらにスキッド６、スラブ装入口７、及びスラブ抽出口８を有する。予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４、及び均熱帯５は、スラブ装入口７の側からスラブ抽出口８の側へ向けてこの順に並んでいる。スキッド６はスラブ装入口７からスラブ抽出口８まで、各燃焼帯に存在し、スキッド６の上をスラブ装入口７からスラブ抽出口８へ向けてスラブ９、９、…が移動する。スキッド６のうち、燃焼帯内部にある部分には不図示の冷却水路が設けられており、不図示のポンプによって冷却水が循環させられている。各燃焼帯はそれぞれバーナー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを一基ずつ備え、さらに炉温センサ１５ａ〜１５ｄが１つずつ配されている。また、スラブ装入口７の直前には装入前スラブ温度測定手段１６が配されている。バーナー２１ａ〜２１ｄはそれぞれ、炉温制御システム２０の炉温調整手段１７（図７参照）に接続されており、各バーナーへの燃料及び燃焼用空気の供給流量は炉温調整手段１７によって調整される。図８において、炉温センサ１５ａ〜１５ｄ及び装入前スラブ温度測定手段１６は炉温制御システム２０の一部である。
【００９１】
バーナー２１ａ〜２１ｄとしては、連続加熱バーナーや蓄熱式切り替えバーナー等の公知のバーナーを特に制限なく用いることができる。ただし、設定温度軌道の変化に柔軟に対応できる等の観点からは、蓄熱式切り替えバーナーを用いることが好ましい。
【００９２】
連続式加熱炉３０においては、装入前スラブ温度測定手段１６によって装入される直前のスラブ温度情報が測定される。また、炉温センサ１５ａ〜１５ｄにより各燃焼帯の炉温情報が取得される。これらの情報は炉温制御システム２０によって処理され、炉温制御システム２０によって炉温軌道が設定される。設定された炉温軌道は、炉温制御システム２０によるバーナー２１ａ〜２１ｄの制御によって実際の炉温に反映される。炉温制御システム２０は所定の制御周期毎に設定炉温軌道の更新を繰り返しており、設定炉温軌道が更新される毎に、更新された設定炉温軌道を実際の炉温制御に反映している。炉温制御システム２０による炉温軌道の設定及び炉温の調整については既に述べたので説明を省略する。
【００９３】
本発明に関する上記説明では、４つの燃焼帯を有する形態の連続式加熱炉３０を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。４つ未満、あるいは５つ以上の燃焼帯を有する形態とすることも可能である。
【００９４】
本発明に関する上記説明では、一の燃焼帯につき一基のバーナーが備えられる形態の連続式加熱炉３０を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。一の燃焼帯に複数のバーナーを備える燃焼帯を有する形態とすることも可能である。このような形態によれば、単に火力が増すだけでなく、燃焼帯内の温度むらを低減することが容易になり好ましい。さらには、炉温制御システム２０により全バーナーを個別に制御する形態とすることも可能である。このような形態によれば、各燃焼帯の炉温及び温度分布についてより詳細な制御が容易になり好ましい。
【００９５】
本発明に関する上記説明では、一の燃焼帯につき一の炉温測定手段が備えられる形態の連続式加熱炉３０を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。一の燃焼帯に複数の炉温測定手段を備える燃焼帯を有する形態とすることも可能である。このような形態によれば、燃焼帯の内部で一か所だけでなく複数箇所で温度を監視することができるので、各燃焼帯の炉温及び温度分布についてより詳細な制御が容易になり好ましい。
【００９６】
また、本発明に関する上記説明では、全ての燃焼帯を炉温制御システム２０により炉温制御する形態の連続式加熱炉３０を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の連続式加熱炉は、少なくとも一つの燃焼帯が本発明の炉温設定方法に基いて炉温制御されていればよく、炉温制御システム２０により炉温制御されない燃焼帯を有する形態とすることも可能である。ただし、加熱条件の異なる複数のスラブを連続式加熱炉に装入して加熱する場合であっても、スラブの目標抽出温度及び制約条件をより確実に満足し、かつ燃料消費量を低減することが可能になるという効果を最大限に発揮する観点からは、炉温制御システム２０により炉温制御される燃焼帯が多いことが好ましく、究極的には全ての燃焼帯が炉温制御システム２０により炉温制御される形態、又は予熱帯を除く全ての燃焼帯が炉温制御システム２０により炉温制御される形態とすることが好ましい。また、計算コスト等の観点から一部の燃焼帯について炉温制御システム２０により炉温制御する場合には、後段側の燃焼帯を炉温制御システム２０により炉温制御することが好ましい。
【００９７】
＜４．金属材料の製造方法＞
本発明の金属材料の製造方法について説明する。図９は、熱延鋼板の製造方法Ｓ２０（以下、単に「Ｓ２０」ということがある。）を説明するフローチャートである。Ｓ２０では、上記した連続式加熱炉３０（図８参照）を用いてスラブを加熱した後、熱間圧延を行って熱延鋼板を製造する。図９に示すように、Ｓ２０は、スラブ準備工程Ｓ２１と、スラブ加熱工程Ｓ２２と、熱間圧延工程Ｓ２３とをこの順に有する。以下、順に説明する。
【００９８】
スラブ準備工程Ｓ２１（以下、単に「Ｓ２１」ということがある。）は、Ｓ２０において熱間圧延すべきスラブを準備する工程である。Ｓ２１は、スラブを鋳造する工程と、鋳造したスラブを連続式加熱炉３０まで搬送する工程とを有する。
【００９９】
スラブ加熱工程Ｓ２２（以下、単に「Ｓ２２」ということがある。）は、Ｓ２１で準備したスラブを、連続式加熱炉３０により目標抽出温度以上まで加熱する工程である。連続式加熱炉３０は、図８に示すように、予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４及び均熱帯５の計４つの燃焼帯を有する。連続式加熱炉３０は、炉温制御システム２０によって、炉温設定方法Ｓ１０に従い、４つ全ての燃焼帯について制御周期３分で繰り返し設定炉温軌道を更新され、炉温制御されている。Ｓ２２においては、スラブをスラブ装入口７から連続式加熱炉３０に装入し、予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４及び均熱帯５をこの順に経つつ、目標抽出温度以上の温度まで加熱する。加熱したスラブはスラブ抽出口８から抽出する。
【０１００】
熱間圧延工程Ｓ２３（以下、単に「Ｓ２３」ということがある。）は、Ｓ２２で目標抽出温度まで加熱したスラブに熱間圧延を行うことにより、熱延鋼板とする工程である。Ｓ２３での熱間圧延に際しては、熱延鋼板の製造に用いられる公知の圧延装置を特に制限なく用いることができる。
【０１０１】
本発明の金属材料の製造方法に関する上記説明では、熱延鋼板を製造する形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。熱間圧延の後、酸洗及び冷間圧延を行うことにより、冷延鋼板を製造する形態とすることも可能である。また、冷延鋼板にさらにめっき処理を施すことにより、めっき鋼板を製造する形態とすることも可能である。また、冷間圧延を経た後、調質圧延を行うことにより、靭性等の特性を所望の範囲に調整する形態とすることも可能である。また、上記熱延鋼板、冷延鋼板、又はめっき鋼板に化学処理等の表面処理を施す、表面処理工程を備える形態とすることも可能である。
【０１０２】
本発明の金属材料の製造方法に関する上記説明では、鋼板を製造する形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の金属材料の製造方法は、本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法により炉温を設定している連続式加熱炉を用いて金属材料を加熱する工程を有していればよい。例えば鋼管を製造する形態とすることも可能である。
【０１０３】
また、本発明の金属材料の製造方法に関する上記説明では、鋼を加工する形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。金属材料は鋼に限定されず、非鉄金属や合金その他の、鋼以外の金属材料であってもよい。鋼以外の金属材料を製造する形態であっても、製品品質及び製造歩留まりを向上させ、また、燃料費を低減しつつ、金属材料を製造することが可能である。
【実施例】
【０１０４】
以下、実施例に基づき、本発明についてさらに詳述する。
【０１０５】
本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法についてシミュレーション実験を行った。シミュレーション実験は、本発明の炉温設定方法を適用する連続式加熱炉を、スラブ装入口側から、予熱帯、第１加熱帯、第２加熱帯、及び均熱帯をこの順に有する連続式加熱炉とし、該４つの燃焼帯のうち第２加熱帯、及び均熱帯の炉温を設定するものとした。
【０１０６】
（本発明例）
上述した連続式加熱炉の炉温設定方法Ｓ１０に従い、炉温軌道の設定を行った。なお制御周期は３分とした。また、加熱するスラブの条件は、スラブ２４０個、第２加熱帯からの目標抽出温度１０９５℃〜１１１５℃（平均値１０９８℃、標準偏差７℃）、均熱帯からの目標抽出温度１０９５℃〜１１１５℃（平均値１０９８℃、標準偏差７℃）とし、これらのスラブデータは実際の操業におけるスラブ情報を基にしたものであり、装入順も参考にしたスラブデータの実際の装入順に基づくものである。
【０１０７】
（比較例）
特許文献２に記載の炉温設定方法において、全スラブについて目標抽出温度を満足すべく各燃焼帯のスラブ設定炉温の最大値を採用するものとし、他の条件は上記本発明例と同様にして炉温設定を行った。
【０１０８】
（評価結果）
本発明例及び比較例における、第２加熱帯の設定炉温の推移のシミュレーション結果を図１０に示す。また、本発明例及び比較例における、均熱帯の設定炉温の推移のシミュレーション結果を図１１に示す。また、本発明及び比較例における、燃料消費量、及び、目標抽出温度に到達しなかったスラブの数を表１に示す。
【０１０９】
【表１】
0005919734.tif 000012
【０１１０】
表１に示すように、本発明例、比較例共に全てのスラブについて目標抽出温度を満足できた。その一方で、合計燃料消費量を見ると、本発明例では約１１０３９７ｋｃａｌであったのに対し比較例では約１１３３８７ｋｃａｌであり、本発明例は比較例に対して燃料消費量を約３％削減できた。
【０１１１】
本発明例及び比較例の設定炉温の推移（図１０、図１１）を比較すると、本発明例が比較例よりも設定炉温が低い場合が多く、シミュレーションの合計時間の５８％において本発明の設定炉温が比較例の設定炉温を下回っていた。このことから、本発明例においては、燃焼帯内のスラブ状況に応じて臨機応変に設定炉温を下げるように設定炉温軌道を調整していることが確認できる。上記燃料消費量の削減は、この臨機応変な設定炉温軌道の調整により達成されたものである。
【０１１２】
以上の実験結果から、本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法によれば、加熱条件の異なる複数のスラブを連続式加熱炉に装入して加熱する場合であっても、スラブの目標抽出温度及び制約条件を確実に満足し、かつ燃料消費量を低減することが可能であることが示された。
【０１１３】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う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もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明の連続式加熱炉の炉温設定方法及び炉温制御システムは、連続式加熱炉の炉温設定に好適に用いることができ、本発明の連続式加熱炉は、金属材料の加熱に好適に用いることができ、また、本発明の金属材料の製造方法は、加熱を要する金属材料の製造に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１  炉壁
２  予熱帯
３  第１加熱帯
４  第２加熱帯
５  均熱帯
６  スキッド
７  スラブ装入口
８  スラブ抽出口
９  スラブ
１０  連続式加熱炉
１１  制御手段
１２  記憶手段
１３  入力手段
１４  出力手段
１５  炉温測定手段
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  炉温センサ
１６  装入前スラブ温度測定手段
１７  炉温調整手段
２０  連続式加熱炉の炉温制御システム
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  バーナー
３０  連続式加熱炉
【図１】
0005919734.tif 000013
【図２】
0005919734.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005919734.tif 000018
【図７】
0005919734.tif 000019
【図８】
0005919734.tif 000020
【図９】
0005919734.tif 000021
【図１０】
0005919734.tif 000022
【図１１】
0005919734.tif 000023