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【発明の名称】 連続式加熱炉の炉温制御方法及び鋼材の製造方法
【発明者】 【氏名】北 和昭

【要約】 【課題】鋼材を目標昇温パターンに対して精度良く加熱することができる連続式加熱炉の炉温制御方法及び鋼材の製造方法を提供する。

【構成】独立して炉温の設定が可能な複数の帯を備え、連続して装入される鋼材が、鋼材の目標抽出温度及び目標抽出均熱度になるようにそれぞれの帯の炉温を設定及び調整する連続式加熱炉の炉温制御方法であって、帯からの抽出位置及び帯からの抽出位置以外の位置に目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を有し、鋼材が目標位置において目標温度及び目標均熱度となるようにそれぞれの帯の炉温を設定する連続式加熱炉の炉温制御方法とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
独立して炉温の設定が可能な複数の帯を備え、
連続して装入される鋼材が、該鋼材の目標抽出温度及び目標抽出均熱度になるようにそれぞれの前記帯の炉温を設定及び調整する連続式加熱炉の炉温制御方法であって、
前記帯からの抽出位置及び前記帯からの抽出位置以外の位置に目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を有し、前記鋼材が前記目標位置において前記目標温度及び前記目標均熱度となるようにそれぞれの前記帯の炉温を設定することを特徴とする連続式加熱炉の炉温制御方法。
【請求項2】
一の前記帯において、前記抽出位置以外の位置に目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を複数箇所備えることを特徴とする請求項1に記載の連続式加熱炉の炉温制御方法。
【請求項3】
前記炉温の設定にあたり、前記炉温の調整遅れ時間を設定要素として有することを特徴とする請求項1または2に記載の連続式加熱炉の炉温制御方法。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか一項に記載の連続式加熱炉の炉温制御方法により、それぞれの前記帯の炉温を設定する工程を有することを特徴とする鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼材を加熱する連続式加熱炉の各帯炉温の制御方法、及びその制御方法を用いた鋼材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連続式加熱炉(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及び目標抽出均熱度にされる。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最終製品に必要な性質により決定される。目標抽出均熱度は、同一鋼材内で温度差が生じると鋼材の部分により鋼の性質が異なったり、熱間圧延後に鋼材が変形したりすることから、これらを防止するために設定される。
【0003】
一般に、鋼材温度としては、指定点の温度や断面平均温度などが用いられる。また、均熱度としては、同一鋼材内における最高温度と最低温度との温度差、表面と裏面との温度差、中心と表面との温度差、スキッドマーク量、2つの指定点の温度差、またはこれらの併用などが用いられる。
【0004】
一方、鋼材の品質及び抗張力などの機械的性質向上への要求から、炉内における鋼材温度及び均熱度の目標昇温パターンが設定され、これにより炉内の各帯からの抽出時においても目標温度及び目標均熱度が設定されることがある。この目標温度及び目標均熱度を満たす方法として、特許文献1には、各燃焼帯の炉温と、予想抽出温度、予想内外温度差、予想表裏温度差、予想スキッドマーク量との関係を線形式により求めるとともに、排ガスによる炉体熱損失を最小とする評価関数を設定し、線形計画法により各被加熱材毎に各燃焼帯設定炉温を求めて平滑処理することで、各燃焼帯の炉温を設定する連続式加熱炉の炉温制御方法が開示されている。この発明によれば、被加熱材の平均温度を目標温度以上に確保でき、且つ、内外温度差、表裏温度差、予想スキッドマーク量を所定の値以下に維持できる効果がある、とされている。
【0005】
また、特許文献2には、目標スラブ温度に対するスラブ未来温度偏差の重み付き自乗和と、炉温変更量の重み付き自乗和との総和を最小にする炉温設定値を演算する炉温設定値演算手段などを備えた加熱炉の炉温制御装置が開示されている。この発明によれば、スラブの温度を目標昇温パターンに沿って極めて精度よく制御でき、かつ、燃料原単位を改善することができる、とされている。
【特許文献1】特開平5−255762号公報
【特許文献2】特開平8−311567号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献1に記載の発明では、炉での目標温度及び目標均熱度の設定が炉または各帯からの抽出位置に限られている。鋼材の厚さなどにより鋼材の加熱負荷が大きい場合や、機械的性質から昇温パターンが設定される場合には、目標温度に加え、さらに均一性を重視し、均熱度を細かく指定されたり、在炉時間を指定されたりする場合がある。この場合、各帯からの抽出位置に目標温度及び目標均熱度を設定するだけでは、各帯の途中における加熱の管理がされず、帯の途中で過剰に加熱されたり、加熱不足になったりすることで、設定した目標昇温パターンとならないことがあった。これにより、要求される品質及び機械的性質を満たすことができないという問題があった。
【0007】
また、特許文献2に記載の発明では、スラブ温度を目標昇温パターンに沿って昇温させ、かつ、燃料原単位を改善するように加熱炉の炉温を制御するため、スラブ均熱度が考慮されておらず、スラブ温度とスラブ均熱度とを同時に満足する加熱炉操業がされていないという問題があった。
【0008】
そこで、本発明は上記問題を解決するため、鋼材を目標昇温パターンに対して精度良く加熱することができる連続式加熱炉の炉温制御方法及び鋼材の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、目標温度及び目標均熱度を設定する位置により、鋼材を目標昇温パターンに対して精度良く加熱することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0010】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【0011】
請求項1に記載の発明は、独立して炉温の設定が可能な複数の帯(6〜8)を備え、連続して装入される鋼材(2a〜2j)が、鋼材の目標抽出温度及び目標抽出均熱度になるようにそれぞれの帯の炉温を設定及び調整する連続式加熱炉の炉温制御方法であって、帯からの抽出位置及び帯からの抽出位置以外の位置に目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を有し、鋼材が目標位置において目標温度及び目標均熱度となるようにそれぞれの帯の炉温を設定することを特徴とする連続式加熱炉の炉温制御方法を提供することにより前記課題を解決する。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の連続式加熱炉の炉温制御方法において、一の帯で抽出位置以外の位置に目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を複数箇所備えることを特徴とする。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の連続式加熱炉の炉温制御方法において、炉温の設定にあたり、炉温の調整遅れ時間を設定要素として有することを特徴とする。
【0014】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の連続式加熱炉の炉温制御方法により、それぞれの帯の炉温を設定する工程を有することを特徴とする鋼材の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【0015】
請求項1に記載の発明によれば、帯からの抽出位置及び帯からの抽出位置以外の位置に目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を設定する。そのため、昇温パターンが厳しく要求される場合など、帯の途中であっても必要とされる位置に目標温度及び目標均熱度の設定をすることができる。これにより、鋼材が目標昇温パターンに対して精度良く加熱されるため、鋼材の品質及び性能の低下を防ぐことが容易となる。特に、厚さ200mm以上の鋼材はその厚さから均熱化が困難であるが、細かい位置間隔で均熱度を設定することなどにより、均熱度を適正に管理することが可能となる。そのため、本発明は、厚さ200mm以上の鋼材を加熱する際に、好適に用いることができる。より好ましくは厚さ225mm以上の鋼材を加熱する際に、より好適に用いることができる。
【0016】
請求項2に記載の発明によれば、一の帯において、抽出位置以外の位置に目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を複数箇所備えることで、鋼材を目標昇温パターンに対して精度良く加熱することができる。そのため、鋼材の品質及び性能の低下を防ぐことができる。
【0017】
請求項3に記載の発明によれば、炉温の調整遅れ時間を考慮して炉温設定をすることで、鋼材が目標昇温パターンから外れて加熱されることを防ぐことができる。これにより、鋼材の品質及び性能の低下を防ぐことができる。
【0018】
請求項4に記載の発明によれば、請求項1〜3に記載の連続式加熱炉の炉温制御方法を用いて鋼材を製造することで、品質及び性能の高い鋼材を提供することが可能である。
【0019】
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための最良の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、図面に示す実施形態に基づき、本発明に係る鋼材の製造方法の一例として、連続式加熱炉がバーナを備えた3の帯を有する場合を説明するが、以下に説明するものは本発明の実施形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り以下の説明になんら限定されるものではない。
【0021】
図1は、1つの実施形態にかかる本発明の鋼材の製造方法に用いる連続式加熱炉1の炉長方向の内部を模式図に示した図である。ここで、炉長方向とは、鋼材が搬送される方向である(以下同じ。)。また、紙面垂直方向を炉幅方向、紙面上下方向を炉高方向とする(以下同じ。)。連続式加熱炉1は、鋼材2a、2b、…を搬送する炉内搬送装置3の両端に、装入口4及び抽出口5を備えている。炉内には、独立して炉温設定が可能な複数の帯が設けられる。ここでは、装入口4側から予熱帯6、加熱帯7及び均熱帯8の3つの帯が設けられている。予熱帯6、加熱帯7及び均熱帯8には、バーナ(図示省略)が備えられている。また、炉1には、5箇所の目標位置X1〜X5が定められている。それぞれの目標位置X1〜X5で、鋼材ごとに目標温度Tym(aim)及び目標均熱度△Tsm(aim)が設定されている。ここで、m=X1〜X5であり、添字mは、各目標位置mにおける値を表している(以下同じ。)。この目標温度Tym(aim)及び目標均熱度△Tsm(aim)は、鋼材2a〜2jごとに定められた目標昇温パターンから設定される。なお、装入口4の上部には煙道9が設けられ、炉内の排ガスを排出している。
【0022】
かかる構成により、鋼材2a、2b、…は、装入口4から装入され、炉内搬送装置3により予熱帯6、加熱帯7及び均熱帯8を搬送されて抽出口5から抽出される。各帯6、7、8は、独立してバーナの燃焼調整が可能であるため、独立して炉温Tf(n)の設定が可能である。ここで、n=6〜8であり、(n)は、帯nにおける値を表す(以下同じ。)。鋼材2a、2b、…は、この炉温Tf(n)の輻射熱により加熱され、各目標位置X1〜X5で、目標温度Tym(aim)及び目標均熱度△Tsm(aim)にされる。
【0023】
図2は、各帯6〜8の炉温Tf(n)と、鋼材の昇温パターンとの関係を示す図である。図の横軸は、連続式加熱炉1の炉内位置に対応しており、左端が装入口4であり、予熱帯6、加熱帯7及び均熱帯8を経て、右端が抽出口5となっている。縦軸は、炉温Tf(n)、鋼材温度Ty及び均熱度△Tsを表している。目標昇温パターンとして、鋼材温度パターン21a及び均熱度パターン22aが示されている。予想昇温パターンとして、鋼材温度パターン21b及び均熱度パターン22bが示されている。
【0024】
目標昇温パターン21a、22aは、鋼材2a〜2j(図1参照)に要求される品質及び性質から、鋼材2a〜2jごとに設定される。ここで、目標昇温パターン21a、22aは、現在の炉温Tf(6)、Tf(7)、Tf(8)を維持した場合の予想昇温パターン21b、パターン22bと隔たりが生じている。昇温パターンは、炉温と関係するため、炉温をTf(7)’、Tf(8)’に調整することで、予想昇温パターン21b、パターン22bを、目標昇温パターン21a、22aと同一にすることが可能である。
【0025】
図3は、連続式加熱炉1における目標温度Tym(aim)及び目標均熱度△Tsm(aim)を設定する目標位置を示す図である。図の横軸は、図2と同様に、炉内位置に対応している。また、5箇所の目標位置X1〜X5が定められている。この目標位置X1〜X5は、図1における目標位置X1〜X5と対応している。縦軸は、鋼材温度Ty及び均熱度△Tsを表している。そして、鋼材の目標昇温パターン21a、22aが示されている。
【0026】
目標温度Tym(aim)及び目標均熱度△Tsm(aim)は、設定する目標位置が各帯6〜8の抽出位置に制限されないため、各帯6〜8の抽出位置に加え、加熱帯7及び均熱帯8の中間位置に設定されている。そのため、連続式加熱炉1では、鋼材が5箇所の目標位置X1〜X5で目標温度Tym(aim)及び目標均熱度△Tsm(aim)になるように炉温Tf(n)を設定及び調整される。これにより、鋼材を目標昇温パターンに対して精度良く加熱することができる。
【0027】
図4は、各帯6〜8の炉温を設定するフローチャート40である。フローチャート40の流れを説明する。各ステップS1〜S9の詳細は後述する。なお、説明には、適宜、図1に付した符号を用いる。計算は鋼材ごとに行うため、炉内の鋼材2a〜2jから一の鋼材を選択する(ステップS1)。ここでは鋼材2jを選択する。そして、鋼材2jの現在の鋼材温度Tyを計算する(ステップS2)。次に、鋼材2jについて、目標位置X1〜X5間での予測滞在時間tを算出する(ステップS3)。ここで、上述したとおり添字m=X1〜X5であるため、例えばtX5では、X4−X5間における鋼材2jの予測滞在時間を表している。この予測滞在時間tを用いて、現在の各帯6〜8の炉温Tf(n)を維持した場合における鋼材2jの目標位置X1〜X5における予測鋼材温度Ty(0)及び予測均熱度△TS(0)を計算する(ステップS4)。また、滞在時間tを用いて、各帯6〜8の現在の炉温Tf(n)を個別に△T(n)変更した場合における鋼材2jの目標位置X1〜X5における予測鋼材温度Ty(△n)及び予測均熱度△Ts(△n)を計算する(ステップS5)。ここで、Ty(△n)は、上述したとおり添字m=X1〜X5、n=6〜8であるため、帯nの炉温を△T(n)変更した場合の目標位置mにおける鋼材温度を表している(以下同じ。)。△Ts(△n)についても同様である。このTy(0)及びTy(△n)から、炉温変化の予測鋼材温度Ty(△n)への影響係数α(△n)を計算する。また、△Ts(0)及び△Ts(△n)から、炉温変化の予測均熱度△Ts(△n)への影響係数β(△n)を計算する(ステップS6)。この影響係数α(△n)、β(△n)を用いた予想鋼材炉温の制約式、及び連続式加熱炉1の制約式より、線形計画法で鋼材2jについて各帯6〜8の設定炉温TF(n)を計算する(ステップS7)。そして、炉内の全鋼材2a〜2jについて、設定炉温TF(n)の計算が終了しているかが判断される(ステップS8)。ステップS8で肯定判断された場合(炉内の全鋼材2a〜2jについて、設定炉温TF(n)の計算が終了している場合)には、鋼材2a〜2jごとに計算された各帯6〜8の設定炉温TF(n)から、各帯6〜8の設定炉温TFS(n)を決定し(ステップS9)、フローチャート40は終了する。
【0028】
ステップS8で否定判断された場合(炉内の全鋼材2a〜2jについて、設定炉温TF(n)の計算が終了していない場合)には、処理はステップS1に戻される。これにより、全鋼材2a〜2jについて設定炉温TF(n)が計算される。そして、ステップ9で決定した炉温TFS(n)になるように、各帯6〜8の炉温Tf(n)が調整される。なお、フローチャート40は、適度な時間ごとに起動される。この起動周期Sは、鋼材及び連続式加熱炉などの要因に応じて設定されるが、鋼材の目標昇温パターンに対する精度を保つために20秒〜180秒とすることが好ましい。以下、各ステップS1〜S9について詳述する。
【0029】
(ステップS1)
ステップS1では、以降のステップS2〜S7の計算が鋼材ごとに行われるため、炉内の鋼材2a〜2jから一の鋼材を選択する。
【0030】
(ステップS2)
ステップS2では、現在の鋼材温度Ty及び均熱度△Tsを計算する。ここでは、鋼材温度として鋼材中心(鋼材の厚み方向、長さ方向及び幅方向の中心。以下同じ。)の温度を使用する。また、均熱度として、鋼材中心と、鋼材中心の直下にある鋼材下面中心との温度差とする。鋼材の温度は、表面から輻射熱で加熱されることから、表面と内部では温度が異なる。しかし、鋼材の内部は温度の実測が困難であり、特に鋼材が厚鋼板であるときは実測をすることができない。そのため、鋼材温度は計算で求められる。
【0031】
計算は、鋼材の内部を図5のとおりメッシュに分割する。図5は、鋼材を装入口4から抽出口5に向かって炉長方向に見た図であり、紙面左右が炉幅方向、紙面上下が炉高方向である。なお、鋼材はウォーキングビーム51、51、…により支持される。次に、前回のフローチャート40の起動により計算された鋼材温度を基準として、メッシュ各点の伝熱計算を行う。計算は、下記(1)〜(3)式を用い、周知の二次元非定常熱伝導方程式を差分法に解いて行う。
【0032】
【数1】


ここで、Qは入熱量(kJ/時)、σはステファンボルツマン定数、Fは形態係数、φcgは熱放射率調整係数、Tf(n)は帯nの現在の炉温(℃)、Tは鋼材表面温度(℃)、t:計算時間メッシュ(時)、x:長方向メッシュ(m)、y:厚方向メッシュ(m)、c:比熱(kJ/kg/℃)、ρ:密度(kg/m)、λ:熱伝導率(kJ/℃)である。Q、Tf及びT以外は、定数または設定される値である。
【0033】
ここで、Tは鋼材の装入時から計算される表面温度(起動周期S前の計算値)、Tf(n)は実測値であり、これらより(3)式から入熱量Qが求められる。この入熱量Qから、フローチャート40の起動周期Sで鋼材に与えられた熱量を求め、(2)式を用いて(1)式を差分法により解くことができる。これにより、メッシュ各点の温度が計算される。そのため、メッシュにおける鋼材中心の点Oの温度から現在の鋼材温度Tyが求められる。また鋼材中心の点Oの温度と、この点の直下にある鋼材下面中心の点Oの温度差から、現在の均熱度△Tsを求めることができる。
【0034】
(ステップS3)
ステップS3では、鋼材2jの各目標位置X1〜X5間での予測滞在時間tを計算する。この計算の一例を、図1を用いて説明する。連続式加熱炉1には、5箇所の目標位置X1〜X5が設けられている。図1を計算開始の状態とする。予測滞在時間tは、目標位置m−1を通過した時間から、次の目標位置mを通過するまでの時間である。ただし、tX1は、炉内への装入から目標位置X1を通過するまでの時間である。なお、鋼材が計算開始の位置から最初に目標位置mを通過した場合は、計算開始から目標位置mを通過するまでの時間をtとする。
【0035】
鋼材2jの予測滞在時間tの計算では、炉内の全鋼材2a〜2jを炉外に順次抽出することで行う。鋼材2a〜2jは、操業条件から加熱時間が決まっている。そのため、この加熱時間に基づき抽出ピッチを設定する。抽出ピッチとは、1つ先の鋼材が目標位置X1〜X5を通過してから、次の鋼材が同一の目標位置X1〜X5を通過するまでの時間である。最初に、先頭の鋼材2aを炉外へ抽出し、それに合わせて他の鋼材2b〜2jを抽出口5側へ移動する。これにより、鋼材2aの抽出ピッチだけ、時間が経過する。次に、鋼材2bを炉外へ抽出し、それに合わせて他の鋼材2c〜2jを抽出口5側へ移動する。これにより、鋼材2bの抽出ピッチが時間に加算される。同様に、鋼材2c〜2jを順次炉外へ抽出し、その都度抽出ピッチを時間に加算する。この間、鋼材2jが各目標位置X1〜X5を通過した時間により、鋼材2jの目標位置X1〜X5の通過時間が決定される。
【0036】
そして、例えばtX2は、鋼材が目標位置X1を通過した時点で、その鋼材の時間をリセットするか、目標位置X2の通過時間から目標位置X1の通過時間を引くことにより、求めることができる。なお、予測滞在時間tの計算方法は一例であって、他の方法を用いることも可能である。
【0037】
(ステップS4)
ステップS4では、各帯6〜8を現在の炉温Tf(n)で維持した場合における鋼材2jの各目標位置X1〜X5における予想鋼材温度Ty(0)及び予想均熱度△Ts(0)を計算する。計算は、実測できる各帯6〜8の現在の炉温Tf(n)、鋼材表面温度T、及びステップS3で計算した予測滞在時間tから、ステップS2と同様に、(1)〜(3)式を用いて行う。
【0038】
(ステップS5)
ステップS5では、各帯6〜8の現在の炉温Tf(n)を△T(n)変更した場合における、鋼材2jの各目標位置X1〜X5での予想鋼材温度Ty(n)及び予想均熱度△Ts(n)を計算する。ここで、各帯6〜8の現在の炉温Tf(n)は個別に△T(n)変更される。そのため、連続式加熱炉1では、予熱帯6の炉温を△T(6)変更した場合の予想鋼材温度Ty(6)及び予想均熱度△Ts(6)、加熱帯7の炉温を△T(7)変更した場合の予想鋼材温度Ty(7)及び予想均熱度△Ts(7)、及び均熱帯8の炉温を△T(8)変更した場合の予想鋼材温度Ty(8)及び予想均熱度△Ts(8)が計算される。計算は、実測する各帯6〜8の現在の炉温Tf(n)を△T(n)変更した炉温Tf(n)+△T(n)、実測する鋼材2jの表面温度T、及びステップS3で計算した予測滞在時間tから、ステップS2と同様に、(1)〜(3)式を用いて行う。
【0039】
(ステップS6)
ステップS6では、鋼材2jの各目標位置X1〜X5における、各帯6〜8の炉温変化△T(n)の予測鋼材温度Ty(n)への影響係数α(n)、及び予測均熱度△Ts(n)への影響係数β(n)を計算する。α(n)及びβ(n)は、下記(4)、(5)式を用い、計算される。なお、計算結果を表1に示す。
【0040】
【数2】


【0041】
【表1】



ここで、表の値が0となっているのは、影響係数α(n)またはβ(n)が0(△Ty(n)−Ty(0)=0、または△Ts(n)−Ts(0)=0)であることを表している。例えば、表1の太線で囲った値0は、加熱帯7の炉温Tf(7)を△T(7)変更しても、目標位置X1における鋼材2jの鋼材温度は影響を受けないため、変わらないことを示している。
【0042】
(ステップS7)
ステップS7では、制約式から線形計画法により各帯6〜8の最適炉温を求める。目標位置X1〜X5での予想鋼材温度をTy、予想均熱度を△Tsとすると、鋼材2jについて、Ty、△Tsは、下記の(6)、(7)式のとおりである。
【0043】
【数3】


【0044】
炉外への抽出時(目標位置X5の通過時)の予想鋼材温度TyX5、予想均熱度△TsX5には、次の制約がある。
(1)予想鋼材温度TyX5は、目標抽出温度TyX5(aim)の許容範囲内とする。許容範囲は、低温側でTms、高温側で0である。
(2)予想均熱度を△TsX5は、目標抽出温度TsX5(aim)以下とする。
これより、制約式は、下記(8)〜(10)のとおりである。
【0045】
【数4】


【0046】
目標位置X1〜X4での予想鋼材温度Ty、予想均熱度△Tsと(m=X1〜X4)には、次の制約がある。
(1)予想鋼材温度Tyは、目標抽出温度Tym(aim)以上とする。
(2)予想均熱度を△Tsは、目標抽出温度Tsm(aim)以下とする。
これより、制約式は下記(11)、(12)のとおりである。
【0047】
【数5】


【0048】
各帯6〜8の設定炉温に関する制約式は、下記(13)〜(15)のとおりである。
Tf(n)+△T(n)≧T(n)min ・・・(13)
Tf(n)+△T(n)≦T(n)max ・・・(14)
Tf(n−1)≧T(n)−△Td(n) ・・・(15)
ここで、T(n)minは各帯6〜8の炉温下限、T(n)maxは各帯6〜8の炉温上限、△Td(n)は帯n−1と帯nとの間での限界温度差である。
【0049】
炉温の設定にあたり、実際の操業から連続式加熱炉1の燃料原単位を小さくすることが必要である。そのため、評価関数Pを、排ガスによる熱損失を小さくするように下記(16)式のとおり規定する。
【0050】
【数6】


ここで、g(n)は重み係数であり、g(6)>g(7)>g(8)と設定する。そのため、設定炉温TF(n)を、△T(6)<△T(7)<△T(8)と後段負荷型にすることで、評価関数Pを小さくすることができる。
【0051】
以上から、鋼材2jについて、線形計画法により上記制約式(8)〜(15)式を満たし、かつ(16)式の評価関数Pを最小にする各帯6〜8の設定炉温TF(n)を求めることができる。
【0052】
(ステップS8)
ステップS8では、ステップS1〜ステップS7を繰り返すことで、炉内の全鋼材2a〜2jについて各帯6〜8の設定炉温TF(n)を求める。
【0053】
(ステップS9)
ステップS9では、各鋼材2a〜2jについて求められた各帯6〜8の設定炉温TF(n)から、各帯6〜8の炉温TFS(n)を設定する。上述したステップS1〜ステップS8から、表2のとおり各鋼材2a〜2jについて各帯6〜8の設定炉温TF(n)が求められる。ここで、添字qは、q=2a〜2jであり、TF(n)は、鋼材qについての帯nの設定炉温を表す。
【0054】
【表2】


ここで、表2の「なし」は、各鋼材2a〜2jの計算開始位置より装入口4側に位置する帯であることから、その鋼材によって設定されない炉温である。
【0055】
最初に、各帯6〜8の炉温TFS(n)を設定するために用いる設定炉温TF(n)を決定する。決定方法の一例としては、帯nに滞在するすべての鋼材の設定炉温TF(n)を用いる。これに、実際に各帯6〜8を炉温TFS(n)に調整する時に、調整開始から炉温TFS(n)になるまでの調整遅れ時間を考慮し、その間に帯nに入る鋼材の設定炉温TF(n)を加える。
【0056】
具体的には、均熱帯8の炉温TFS(8)の設定では、表4の太線で囲った範囲のとおり、均熱帯8に滞在している鋼材2a〜2cの設定炉温TF2a(8)、TF2b(8)、TF2c(8)と、調整遅れ時間内に均熱帯8に入る鋼材2dの設定炉温TF2d(8)とを用いる。この調整遅れ時間は、操業での実績から設定することが可能である。
【0057】
また、加熱帯7の炉温TFS(7)の設定では、表4の太線で囲った範囲のとおり、加熱帯7に滞在している鋼材2d〜2fの設定炉温TF2d(7)、TF2e(7)、TF2f(7)と、調整遅れ時間に加熱帯7に入る鋼材2gの加熱帯7の設定炉温TF2g(7)とを用いる。
【0058】
予熱帯6の炉温TFS(6)の設定では、表4の太線で囲った範囲のとおり、予熱帯6に滞在している鋼材2g〜2jの設定炉温TF2g(6)、TF2h(6)、TF2i(6)、TF2j(6)を用いる。
【0059】
次に、各帯6〜8の炉温TFS(n)を設定する。重要品などにより鋼材に優先順位が設けられているときは、各帯6〜8において、炉温TFS(n)の設定に用いる設定炉温TF(n)のうち、最も優先順位の高い鋼材の設定炉温TF(n)を炉温TFS(n)とする。鋼材に優先順位がないときは、各帯6〜8において、炉温TFS(n)の設定に用いる設定炉温TF(n)のうち、最も高温な設定炉温TF(n)を炉温TFS(n)とする。また、各帯6〜8において、優先順位などにより、炉温TFS(n)の設定に用いる設定炉温TF(n)を加重平均しても良い。これにより、各帯の炉温をTFS(n)に設定し、炉温を調整することで、鋼材を目標昇温パターンに対して精度良く加熱することができ、加熱品質低下を防ぐことができる。なお、実機において、上記実施形態のとおり操業したところ、鋼材の目標昇温パターンに対する精度が向上し、加熱品質向上が確認できた。
【0060】
なお、上記実施形態のとおり、炉温TFS(n)を決定するために用いる設定炉温T(n)には、調整遅れ時間の要素を考慮することが好ましい。こうすることで、鋼材の過加熱及び加熱不足を防ぐことができる。例えば、上記均熱帯8において、鋼材2dが重要品または鋼材2a〜2dの中で最も均熱帯8の設定炉温が高い鋼材であった場合、調整遅れ時間を考慮しないときは、鋼材2dが均熱帯8に入り、フローチャート40が起動してから、鋼材2dの設定温度TF2d(8)が均熱帯8の炉温TFS(8)に設定される。そのため、均熱帯8の炉温TFS(8)が設定炉温TF2d(8)になるまでの間、鋼材2dは設定炉温TF2d(8)で加熱されないことから、鋼材2dの目標昇温パターンに対する精度が悪化する場合がある。一方、調整遅れ時間を考慮すれば、均熱帯8の炉温が早期に設定炉温TF2d(8)に調整されるため、鋼材2dは目標昇温パターンを維持することができる。
【0061】
上記実施形態では、一の帯において抽出位置以外の位置に設定される目標位置は1箇所であるが、複数箇所備えることが好ましい。これによれば、鋼材を目標昇温パターンに対して精度良く加熱することができる。そのため、鋼材の品質及び性能の低下を防ぐことができる。また、目標位置X1〜X5において、鋼材の目標温度及び目標均熱度を設定したが、どちらか一方のみを設定することも可能である。また、帯を予熱帯6、加熱帯7、及び均熱帯8の3つとして説明したが、例えば加熱帯7において複数の帯を備えたり、炉幅方向または炉高方向で帯が分かれたりする場合においても、本発明を適用することが可能である。
【0062】
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、請求の範囲及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制御方法及び鋼材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。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】連続式加熱炉の炉長方向の内部を模式図に示した図である。
【図2】炉温と鋼材の昇温パターンとの関係を示す図である。
【図3】炉内の目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を示す図である。
【図4】各帯の炉温を決定するフローチャート40である。
【図5】鋼材温度の伝熱計算において、鋼材をメッシュに分割する状況を示す図である。
【符号の説明】
【0064】
Tf(n) 帯nの炉温
TF(n) 鋼材ごとの帯nの設定炉温
TFS(n) 帯nの設定炉温
Ty 鋼材温度
Tym(aim) 目標位置mでの目標温度
Ty(△n) 帯nの炉温を変更した場合における目標位置mでの予測鋼材温度
△Ts 均熱度
△Tsm(aim) 目標位置mでの目標均熱度
△Ts(△n) 帯nの炉温を変更した場合における目標位置mでの予測均熱度
目標位置m−1とmの間における鋼材の予測滞在時間
X1〜X5 目標温度及び目標均熱度の目標位置
1 連続式加熱炉
2a〜2j 鋼材
6 予熱帯
7 加熱帯
8 均熱帯
【出願人】 【識別番号】000002118
【氏名又は名称】住友金属工業株式会社
【出願日】 平成18年7月18日(2006.7.18)
【代理人】 【識別番号】100108800
【弁理士】
【氏名又は名称】星野 哲郎

【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦

【識別番号】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人


【公開番号】 特開2008−24966(P2008−24966A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2006−196214(P2006−196214)