JP2003301218A - 鋼材の熱処理方法及びそのプログラム - Google Patents
鋼材の熱処理方法及びそのプログラムInfo
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鋼材の表面温度、内部温度を精度よく目標に
一致させ、鋼材が目的の性質をもつような熱処理を行う
ことができる鋼材の熱処理方法及びそのプログラムを提
供する。 【解決手段】 各誘導加熱装置に供給予定の電力を含む
データから加熱後における鋼材の表面温度と内部温度と
を推定する演算ステップと、鋼材の各部温度が所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定ステップと、
温度条件に適合しない場合は、電力を修正して演算ステ
ップと判定ステップとを繰り返して実行する判定処理ス
テップと、温度条件に適合する場合は、その演算に用い
られた電力を各誘導加熱装置に供給する供給ステップと
を備えた鋼材の熱処理方法である。
一致させ、鋼材が目的の性質をもつような熱処理を行う
ことができる鋼材の熱処理方法及びそのプログラムを提
供する。 【解決手段】 各誘導加熱装置に供給予定の電力を含む
データから加熱後における鋼材の表面温度と内部温度と
を推定する演算ステップと、鋼材の各部温度が所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定ステップと、
温度条件に適合しない場合は、電力を修正して演算ステ
ップと判定ステップとを繰り返して実行する判定処理ス
テップと、温度条件に適合する場合は、その演算に用い
られた電力を各誘導加熱装置に供給する供給ステップと
を備えた鋼材の熱処理方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導加熱装置を用
いて鋼材を熱処理する方法及びそのプログラムに関する
ものである。
いて鋼材を熱処理する方法及びそのプログラムに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】鉄鋼プロセスにおいては、製品となる鋼
材の硬度、靭性等の性質を向上させ、より強く粘り強い
鋼材を製造するため、焼き入れ、焼き戻し、焼きなまし
等さまざまな熱処理が行われている。これらの熱処理は
一般的に加熱過程と冷却過程に分けられるが、このうち
加熱過程では鋼材の成分に応じた変態点温度が基準とな
り、精度良く目標温度に加熱することが求められてい
る。例えば、焼入れの場合は変態点よりも高温に加熱
し、焼き戻しおよび焼きなましでは変態点に達しないよ
うに加熱を行わねばならない。
材の硬度、靭性等の性質を向上させ、より強く粘り強い
鋼材を製造するため、焼き入れ、焼き戻し、焼きなまし
等さまざまな熱処理が行われている。これらの熱処理は
一般的に加熱過程と冷却過程に分けられるが、このうち
加熱過程では鋼材の成分に応じた変態点温度が基準とな
り、精度良く目標温度に加熱することが求められてい
る。例えば、焼入れの場合は変態点よりも高温に加熱
し、焼き戻しおよび焼きなましでは変態点に達しないよ
うに加熱を行わねばならない。
【０００３】よって、熱処理の目的に応じて精度良く加
熱することが必要である。また、同一部材内での品質の
ばらつきを抑えるためには、鋼材の内部にわたり均一に
加熱する必要があるが、誘導加熱装置で鋼材の加熱を行
う場合には、鋼材内部の誘導電流が表面に近いところに
流れるために、鋼材の表面が主に加熱されることにな
る。
熱することが必要である。また、同一部材内での品質の
ばらつきを抑えるためには、鋼材の内部にわたり均一に
加熱する必要があるが、誘導加熱装置で鋼材の加熱を行
う場合には、鋼材内部の誘導電流が表面に近いところに
流れるために、鋼材の表面が主に加熱されることにな
る。
【０００４】鋼材の内部にわたり均一に加熱する加熱方
法として、鋼材を誘導加熱炉内で昇温させる加熱段階
と、加熱段階よりも周波数を高くし、かつ投入電力を下
げて加熱する均熱段階とのあいだに、加熱段階での誘導
加熱と同一の周波数で、かつ加熱段階よりも投入電力を
下げて誘導加熱する準加熱段階を設ける誘導加熱方法が
提案されている（例えば、特許文献１参照）。
法として、鋼材を誘導加熱炉内で昇温させる加熱段階
と、加熱段階よりも周波数を高くし、かつ投入電力を下
げて加熱する均熱段階とのあいだに、加熱段階での誘導
加熱と同一の周波数で、かつ加熱段階よりも投入電力を
下げて誘導加熱する準加熱段階を設ける誘導加熱方法が
提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７００２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文
献１に開示された技術では、加熱時間が数十分を要する
ため効率的ではない。また、鋼材の加熱途中において誘
導加熱装置の周波数を変更するものであるため、周波数
を切り替える機構を装備するとなれば装置が高価とな
り、さらに装置の構造が複雑なものとなってしまうとい
う問題点がある。また、鋼材を加熱するための投入電力
の決定に際しても、大気による抜熱、加熱装置の効率、
鋼材の比熱等を考慮することが精度良い温度制御を実現
する上で必要であるが、これらの諸量について定量的な
取扱いがされていないという問題点もある。
献１に開示された技術では、加熱時間が数十分を要する
ため効率的ではない。また、鋼材の加熱途中において誘
導加熱装置の周波数を変更するものであるため、周波数
を切り替える機構を装備するとなれば装置が高価とな
り、さらに装置の構造が複雑なものとなってしまうとい
う問題点がある。また、鋼材を加熱するための投入電力
の決定に際しても、大気による抜熱、加熱装置の効率、
鋼材の比熱等を考慮することが精度良い温度制御を実現
する上で必要であるが、これらの諸量について定量的な
取扱いがされていないという問題点もある。
【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、鋼材の表面温度、中心温度を精度よく目標に
一致させ、鋼材が目的の性質をもつような熱処理を行う
ことができる鋼材の熱処理方法及びそのプログラムを提
供することを目的とする。
であって、鋼材の表面温度、中心温度を精度よく目標に
一致させ、鋼材が目的の性質をもつような熱処理を行う
ことができる鋼材の熱処理方法及びそのプログラムを提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る第１の局面の熱処理方法は、各誘導加熱
装置に供給予定の電力を含むデータから誘導加熱後にお
ける鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定する
演算ステップと、鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度
とが所定の温度条件に適合するかどうかを判定する判定
ステップと、温度条件に適合しない場合は、電力を修正
して演算ステップと判定ステップとを繰り返して実行す
る判定処理ステップと、温度条件に適合する場合は、そ
の演算に用いられた電力を各誘導加熱装置に供給する供
給ステップとを備えている。
の本発明に係る第１の局面の熱処理方法は、各誘導加熱
装置に供給予定の電力を含むデータから誘導加熱後にお
ける鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定する
演算ステップと、鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度
とが所定の温度条件に適合するかどうかを判定する判定
ステップと、温度条件に適合しない場合は、電力を修正
して演算ステップと判定ステップとを繰り返して実行す
る判定処理ステップと、温度条件に適合する場合は、そ
の演算に用いられた電力を各誘導加熱装置に供給する供
給ステップとを備えている。
【０００９】また本発明に係る他の局面の熱処理方法
は、鋼材の移送速度と各誘導加熱装置に供給予定の電力
とを含むデータから誘導加熱後における鋼材の表面温度
と厚み方向の内部温度とを推定する演算ステップと、鋼
材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温度条件
に適合するかどうかを判定する判定ステップと、温度条
件に適合しない場合は、電力を修正して演算ステップと
判定ステップとを繰り返して実行する判定処理ステップ
と、温度条件に適合する場合は、移送速度を増加した新
たな移送速度を用いて演算ステップ、判定ステップ、判
定処理ステップを温度条件に適合しなくなるまで繰り返
して実行し、温度条件に適合する最終の演算に用いられ
た電力と移送速度を抽出する抽出ステップと、抽出され
た移送速度で鋼材を移送しつつ、抽出された電力を各誘
導加熱装置に供給する供給ステップとを備えている。
は、鋼材の移送速度と各誘導加熱装置に供給予定の電力
とを含むデータから誘導加熱後における鋼材の表面温度
と厚み方向の内部温度とを推定する演算ステップと、鋼
材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温度条件
に適合するかどうかを判定する判定ステップと、温度条
件に適合しない場合は、電力を修正して演算ステップと
判定ステップとを繰り返して実行する判定処理ステップ
と、温度条件に適合する場合は、移送速度を増加した新
たな移送速度を用いて演算ステップ、判定ステップ、判
定処理ステップを温度条件に適合しなくなるまで繰り返
して実行し、温度条件に適合する最終の演算に用いられ
た電力と移送速度を抽出する抽出ステップと、抽出され
た移送速度で鋼材を移送しつつ、抽出された電力を各誘
導加熱装置に供給する供給ステップとを備えている。
【００１０】また本発明に係る他の局面の熱処理方法
は、各誘導加熱装置に供給予定の電力を含むデータから
誘導加熱後における鋼材の表面温度と厚み方向の内部温
度とを推定する演算ステップと、鋼材の表面温度と厚み
方向の内部温度とが所定の温度条件に適合するかどうか
を判定する判定ステップと、温度条件に適合しない場合
は、電力を修正して演算ステップと判定ステップとを繰
り返して実行する判定処理ステップと、温度条件に適合
する場合は、その演算に用いられた電力に基づいて、鋼
材の加熱に使用されるそれぞれの誘導加熱装置の電力量
の合計値が所定の値以下である電力条件に適合するかど
うかを判定する電力判定ステップと、電力条件に適合す
る場合は、その演算に用いられた電力を各誘導加熱装置
に供給する供給ステップとを備えている。
は、各誘導加熱装置に供給予定の電力を含むデータから
誘導加熱後における鋼材の表面温度と厚み方向の内部温
度とを推定する演算ステップと、鋼材の表面温度と厚み
方向の内部温度とが所定の温度条件に適合するかどうか
を判定する判定ステップと、温度条件に適合しない場合
は、電力を修正して演算ステップと判定ステップとを繰
り返して実行する判定処理ステップと、温度条件に適合
する場合は、その演算に用いられた電力に基づいて、鋼
材の加熱に使用されるそれぞれの誘導加熱装置の電力量
の合計値が所定の値以下である電力条件に適合するかど
うかを判定する電力判定ステップと、電力条件に適合す
る場合は、その演算に用いられた電力を各誘導加熱装置
に供給する供給ステップとを備えている。
【００１１】また本発明に係る他の局面の熱処理方法
は、鋼材の移送速度と各誘導加熱装置に供給予定の電力
とを含むデータから誘導加熱後における鋼材の表面温度
と厚み方向の内部温度とを推定する演算ステップと、鋼
材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温度条件
に適合するかどうかを判定する判定ステップと、温度条
件に適合しない場合は、電力を修正して演算ステップと
判定ステップとを繰り返して実行する判定処理ステップ
と、温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力に基づいて、鋼材の加熱に使用されるそれぞれの誘
導加熱装置の電力量の合計値が所定の値以下である電力
条件に適合するかどうかを判定する電力判定ステップ
と、電力条件に適合する場合は、移送速度を増加した新
たな移送速度を用いて演算ステップ、判定ステップ、判
定処理ステップ、電力判定ステップを温度条件に適合し
なくなるまで繰り返して実行し、温度条件と電力条件に
適合する最終の演算に用いられた電力と移送速度を抽出
する抽出ステップと、その演算に用いられた電力を各誘
導加熱装置に供給する供給ステップとを備えている。
は、鋼材の移送速度と各誘導加熱装置に供給予定の電力
とを含むデータから誘導加熱後における鋼材の表面温度
と厚み方向の内部温度とを推定する演算ステップと、鋼
材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温度条件
に適合するかどうかを判定する判定ステップと、温度条
件に適合しない場合は、電力を修正して演算ステップと
判定ステップとを繰り返して実行する判定処理ステップ
と、温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力に基づいて、鋼材の加熱に使用されるそれぞれの誘
導加熱装置の電力量の合計値が所定の値以下である電力
条件に適合するかどうかを判定する電力判定ステップ
と、電力条件に適合する場合は、移送速度を増加した新
たな移送速度を用いて演算ステップ、判定ステップ、判
定処理ステップ、電力判定ステップを温度条件に適合し
なくなるまで繰り返して実行し、温度条件と電力条件に
適合する最終の演算に用いられた電力と移送速度を抽出
する抽出ステップと、その演算に用いられた電力を各誘
導加熱装置に供給する供給ステップとを備えている。
【００１２】また本発明に係る他の局面の熱処理方法
は、上記記載の熱処理方法において、演算ステップは、
誘導加熱装置内における鋼材の厚み方向の誘導電流分布
を求めて鋼材内部の発生熱量を算出し、誘導加熱装置外
における鋼材から大気への放散熱量を算出し、発生熱量
と放散熱量とを境界条件として鋼材の内部への熱伝導を
演算して鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定
する。
は、上記記載の熱処理方法において、演算ステップは、
誘導加熱装置内における鋼材の厚み方向の誘導電流分布
を求めて鋼材内部の発生熱量を算出し、誘導加熱装置外
における鋼材から大気への放散熱量を算出し、発生熱量
と放散熱量とを境界条件として鋼材の内部への熱伝導を
演算して鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定
する。
【００１３】また本発明に係る他の局面の熱処理方法
は、上記記載の熱処理方法において、判定ステップは、
熱処理中の鋼材表面の温度が第1の目標温度以下とな
り、熱処理終了時の鋼材厚み方向内部の所定位置におけ
る温度が第２の目標温度に対して所定範囲内となるかど
うかを判定する。
は、上記記載の熱処理方法において、判定ステップは、
熱処理中の鋼材表面の温度が第1の目標温度以下とな
り、熱処理終了時の鋼材厚み方向内部の所定位置におけ
る温度が第２の目標温度に対して所定範囲内となるかど
うかを判定する。
【００１４】また本発明に係る他の局面の熱処理方法
は、誘導加熱装置に供給する電力Ｕ１，…ＵＮ、電力を
用いて表したそれぞれの誘導加熱装置出側の鋼材の表面
温度Ｆ１，…ＦＮ、電力を用いて表した加熱処理後の鋼
材厚み方向内部の所定位置における温度Ｔ、誘導加熱装
置の電力最小値Ｕｍｉｎ、誘導加熱装置の電力最大値Ｕ
ｍａｘ、鋼材の表面温度上限値Ｔｒｓ、鋼材の鋼材厚み
方向内部の所定位置における温度目標値Ｔｒ、目標温度
範囲指定値Ｃ、誘導加熱装置の長さＬ１，…ＬＮ、鋼材
の移送速度ｖとして、下記式で示される制約条件の下
で、目標関数Ｄ Ｄ＝Ｕ１×（Ｌ１／ｖ）＋Ｕ２×（Ｌ２／ｖ）＋…＋Ｕ
Ｎ×（ＬＮ／ｖ） を最小とする電力Ｕ１，…ＵＮを制約条件付き非線形計
画法を用いて求める演算ステップと、求めた電力を各誘
導加熱装置に供給する供給ステップと、を備えている。
は、誘導加熱装置に供給する電力Ｕ１，…ＵＮ、電力を
用いて表したそれぞれの誘導加熱装置出側の鋼材の表面
温度Ｆ１，…ＦＮ、電力を用いて表した加熱処理後の鋼
材厚み方向内部の所定位置における温度Ｔ、誘導加熱装
置の電力最小値Ｕｍｉｎ、誘導加熱装置の電力最大値Ｕ
ｍａｘ、鋼材の表面温度上限値Ｔｒｓ、鋼材の鋼材厚み
方向内部の所定位置における温度目標値Ｔｒ、目標温度
範囲指定値Ｃ、誘導加熱装置の長さＬ１，…ＬＮ、鋼材
の移送速度ｖとして、下記式で示される制約条件の下
で、目標関数Ｄ Ｄ＝Ｕ１×（Ｌ１／ｖ）＋Ｕ２×（Ｌ２／ｖ）＋…＋Ｕ
Ｎ×（ＬＮ／ｖ） を最小とする電力Ｕ１，…ＵＮを制約条件付き非線形計
画法を用いて求める演算ステップと、求めた電力を各誘
導加熱装置に供給する供給ステップと、を備えている。
【００１５】｜Ｔ −Ｔｒ ｜≦Ｃ、
Ｔｒｓ − Ｆｉ ≧０ ここで、ｉ： １〜Ｎ
Ｕｉ − Ｕｍｉｎ ≧０ ここで、ｉ： １〜Ｎ
Ｕｉ − Ｕｍａｘ ≦０ ここで、ｉ： １〜Ｎ
また本発明に係る他の局面の熱処理プログラムは、コン
ピュータに、各誘導加熱装置に供給予定の電力を含むデ
ータから誘導加熱後における鋼材の表面温度と厚み方向
の内部温度とを推定する演算手順、鋼材の表面温度と厚
み方向の内部温度とが所定の温度条件に適合するかどう
かを判定する判定手順、温度条件に適合しない場合は、
電力を修正して演算手順と判定手順とを繰り返して実行
する判定処理手順、温度条件に適合する場合は、その演
算に用いられた電力を各誘導加熱装置に供給する供給手
順、を実行させる。
ピュータに、各誘導加熱装置に供給予定の電力を含むデ
ータから誘導加熱後における鋼材の表面温度と厚み方向
の内部温度とを推定する演算手順、鋼材の表面温度と厚
み方向の内部温度とが所定の温度条件に適合するかどう
かを判定する判定手順、温度条件に適合しない場合は、
電力を修正して演算手順と判定手順とを繰り返して実行
する判定処理手順、温度条件に適合する場合は、その演
算に用いられた電力を各誘導加熱装置に供給する供給手
順、を実行させる。
【００１６】また本発明に係る他の局面の熱処理プログ
ラムは、コンピュータに、鋼材の移送速度と各誘導加熱
装置に供給予定の電力とを含むデータから誘導加熱後に
おける鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定す
る演算手順、鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが
所定の温度条件に適合するかどうかを判定する判定手
順、温度条件に適合しない場合は、電力を修正して演算
手順と判定手順とを繰り返して実行する判定処理手順、
温度条件に適合する場合は、移送速度を増加した新たな
移送速度を用いて演算手順、判定手順、判定処理手順を
温度条件に適合しなくなるまで繰り返して実行し、温度
条件に適合する最終の演算に用いられた電力と移送速度
を抽出する抽出手順、抽出された移送速度で鋼材を移送
しつつ、抽出された電力を各誘導加熱装置に供給する供
給手順、を実行させる。
ラムは、コンピュータに、鋼材の移送速度と各誘導加熱
装置に供給予定の電力とを含むデータから誘導加熱後に
おける鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定す
る演算手順、鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが
所定の温度条件に適合するかどうかを判定する判定手
順、温度条件に適合しない場合は、電力を修正して演算
手順と判定手順とを繰り返して実行する判定処理手順、
温度条件に適合する場合は、移送速度を増加した新たな
移送速度を用いて演算手順、判定手順、判定処理手順を
温度条件に適合しなくなるまで繰り返して実行し、温度
条件に適合する最終の演算に用いられた電力と移送速度
を抽出する抽出手順、抽出された移送速度で鋼材を移送
しつつ、抽出された電力を各誘導加熱装置に供給する供
給手順、を実行させる。
【００１７】また本発明に係る他の局面の熱処理プログ
ラムは、コンピュータに、各誘導加熱装置に供給予定の
電力を含むデータから誘導加熱後における鋼材の表面温
度と厚み方向の内部温度とを推定する演算手順、鋼材の
表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温度条件に適
合するかどうかを判定する判定手順、温度条件に適合し
ない場合は、電力を修正して演算手順と判定手順とを繰
り返して実行する判定処理手順、温度条件に適合する場
合は、その演算に用いられた電力に基づいて、鋼材の加
熱に使用されるそれぞれの誘導加熱装置の電力量の合計
値が所定の値以下である電力条件に適合するかどうかを
判定する電力判定手順、電力条件に適合する場合は、そ
の演算に用いられた電力を各誘導加熱装置に供給する供
給手順、を実行させる。
ラムは、コンピュータに、各誘導加熱装置に供給予定の
電力を含むデータから誘導加熱後における鋼材の表面温
度と厚み方向の内部温度とを推定する演算手順、鋼材の
表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温度条件に適
合するかどうかを判定する判定手順、温度条件に適合し
ない場合は、電力を修正して演算手順と判定手順とを繰
り返して実行する判定処理手順、温度条件に適合する場
合は、その演算に用いられた電力に基づいて、鋼材の加
熱に使用されるそれぞれの誘導加熱装置の電力量の合計
値が所定の値以下である電力条件に適合するかどうかを
判定する電力判定手順、電力条件に適合する場合は、そ
の演算に用いられた電力を各誘導加熱装置に供給する供
給手順、を実行させる。
【００１８】また本発明に係る他の局面の熱処理プログ
ラムは、コンピュータに、鋼材の移送速度と各誘導加熱
装置に供給予定の電力とを含むデータから誘導加熱後に
おける鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定す
る演算手順、鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが
所定の温度条件に適合するかどうかを判定する判定手
順、温度条件に適合しない場合は、電力を修正して演算
手順と判定手順とを繰り返して実行する判定処理手順、
温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた電力
に基づいて、鋼材の加熱に使用されるそれぞれの誘導加
熱装置の電力量の合計値が所定の値以下である電力条件
に適合するかどうかを判定する電力判定手順、電力条件
に適合する場合は、移送速度を増加した新たな移送速度
を用いて演算手順、判定手順、判定処理手順、電力判定
手順を温度条件に適合しなくなるまで繰り返して実行
し、温度条件と電力条件に適合する最終の演算に用いら
れた電力と移送速度を抽出する抽出手順、その演算に用
いられた電力を各誘導加熱装置に供給する供給手順、を
実行させる。
ラムは、コンピュータに、鋼材の移送速度と各誘導加熱
装置に供給予定の電力とを含むデータから誘導加熱後に
おける鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定す
る演算手順、鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが
所定の温度条件に適合するかどうかを判定する判定手
順、温度条件に適合しない場合は、電力を修正して演算
手順と判定手順とを繰り返して実行する判定処理手順、
温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた電力
に基づいて、鋼材の加熱に使用されるそれぞれの誘導加
熱装置の電力量の合計値が所定の値以下である電力条件
に適合するかどうかを判定する電力判定手順、電力条件
に適合する場合は、移送速度を増加した新たな移送速度
を用いて演算手順、判定手順、判定処理手順、電力判定
手順を温度条件に適合しなくなるまで繰り返して実行
し、温度条件と電力条件に適合する最終の演算に用いら
れた電力と移送速度を抽出する抽出手順、その演算に用
いられた電力を各誘導加熱装置に供給する供給手順、を
実行させる。
【００１９】また本発明に係る他の局面の熱処理プログ
ラムは、上記記載の発明である熱処理プログラムにおい
て、演算手順は、コンピュータに、誘導加熱装置内にお
ける鋼材の厚み方向の誘導電流分布を求めて鋼材内部の
発生熱量を算出する手順、誘導加熱装置外における鋼材
から大気への放散熱量を算出する手順、発生熱量と放散
熱量とを境界条件として鋼材の内部への熱伝導を演算し
て鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定する手
順、を実行させる。
ラムは、上記記載の発明である熱処理プログラムにおい
て、演算手順は、コンピュータに、誘導加熱装置内にお
ける鋼材の厚み方向の誘導電流分布を求めて鋼材内部の
発生熱量を算出する手順、誘導加熱装置外における鋼材
から大気への放散熱量を算出する手順、発生熱量と放散
熱量とを境界条件として鋼材の内部への熱伝導を演算し
て鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とを推定する手
順、を実行させる。
【００２０】また本発明に係る他の局面の熱処理プログ
ラムは、上記記載の発明である熱処理プログラムにおい
て、判定手順は、熱処理中の鋼材表面の温度が第1の目
標温度以下となり、熱処理終了時の鋼材厚み方向内部の
所定位置における温度が第２の目標温度に対して所定範
囲内となるかどうかを判定する。
ラムは、上記記載の発明である熱処理プログラムにおい
て、判定手順は、熱処理中の鋼材表面の温度が第1の目
標温度以下となり、熱処理終了時の鋼材厚み方向内部の
所定位置における温度が第２の目標温度に対して所定範
囲内となるかどうかを判定する。
【００２１】また本発明に係る他の局面の熱処理プログ
ラムは、コンピュータに、誘導加熱装置に供給する電力
Ｕ１，…ＵＮ、電力を用いて表したそれぞれの誘導加熱
装置出側の鋼材の表面温度Ｆ１，…ＦＮ、電力を用いて
表した加熱処理後の鋼材厚み方向内部の所定位置におけ
る温度Ｔ、誘導加熱装置の電力最小値Ｕｍｉｎ、誘導加
熱装置の電力最大値Ｕｍａｘ、鋼材の表面温度上限値Ｔ
ｒｓ、鋼材の鋼材厚み方向内部の所定位置における温度
目標値Ｔｒ、目標温度範囲指定値Ｃ、誘導加熱装置の長
さＬ１，…ＬＮ、鋼材の移送速度ｖとして、下記式で示
される制約条件の下で、目標関数Ｄ Ｄ＝Ｕ１×（Ｌ１／ｖ）＋Ｕ２×（Ｌ２／ｖ）＋…＋Ｕ
Ｎ×（ＬＮ／ｖ） を最小とする電力Ｕ１，…ＵＮを制約条件付き非線形計
画法を用いて求める演算手順、求めた電力を前記各誘導
加熱装置に供給する供給手順、を実行させる。
ラムは、コンピュータに、誘導加熱装置に供給する電力
Ｕ１，…ＵＮ、電力を用いて表したそれぞれの誘導加熱
装置出側の鋼材の表面温度Ｆ１，…ＦＮ、電力を用いて
表した加熱処理後の鋼材厚み方向内部の所定位置におけ
る温度Ｔ、誘導加熱装置の電力最小値Ｕｍｉｎ、誘導加
熱装置の電力最大値Ｕｍａｘ、鋼材の表面温度上限値Ｔ
ｒｓ、鋼材の鋼材厚み方向内部の所定位置における温度
目標値Ｔｒ、目標温度範囲指定値Ｃ、誘導加熱装置の長
さＬ１，…ＬＮ、鋼材の移送速度ｖとして、下記式で示
される制約条件の下で、目標関数Ｄ Ｄ＝Ｕ１×（Ｌ１／ｖ）＋Ｕ２×（Ｌ２／ｖ）＋…＋Ｕ
Ｎ×（ＬＮ／ｖ） を最小とする電力Ｕ１，…ＵＮを制約条件付き非線形計
画法を用いて求める演算手順、求めた電力を前記各誘導
加熱装置に供給する供給手順、を実行させる。
【００２２】｜Ｔ −Ｔｒ ｜≦Ｃ、
Ｔｒｓ − Ｆｉ ≧０ ここで、ｉ： １〜Ｎ
Ｕｉ − Ｕｍｉｎ ≧０ ここで、ｉ： １〜Ｎ
Ｕｉ − Ｕｍａｘ ≦０ ここで、ｉ： １〜Ｎ
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る熱処理方法が
適用される熱処理設備の概略構成を示す側面図である。
適用される熱処理設備の概略構成を示す側面図である。
【００２４】本熱処理設備は、熱処理ラインに沿って配
設された複数の誘導加熱装置１、誘導加熱装置１の入り
口に備えられ、鋼材２の温度を検出する温度検出器３、
被加熱鋼材２を搬送するための搬送ローラ４、搬送ロー
ラ４の回転から鋼材の搬送速度を検出する速度検出器
５、温度検出器３で測定された温度と速度検出器５で測
定された速度とから、各誘導加熱装置１の供給電力量を
計算する制御装置６、制御装置６からの出力に基づいて
各誘導加熱装置１に供給する電力を制御する電力供給装
置７及び加熱後の鋼材２の温度を検出する誘導加熱装置
出側温度検出器９とで構成されている。
設された複数の誘導加熱装置１、誘導加熱装置１の入り
口に備えられ、鋼材２の温度を検出する温度検出器３、
被加熱鋼材２を搬送するための搬送ローラ４、搬送ロー
ラ４の回転から鋼材の搬送速度を検出する速度検出器
５、温度検出器３で測定された温度と速度検出器５で測
定された速度とから、各誘導加熱装置１の供給電力量を
計算する制御装置６、制御装置６からの出力に基づいて
各誘導加熱装置１に供給する電力を制御する電力供給装
置７及び加熱後の鋼材２の温度を検出する誘導加熱装置
出側温度検出器９とで構成されている。
【００２５】尚、本図では電力供給装置７は１台のみ図
示しているが、本発明はこの形態に限定されず複数台設
けるものであっても良い。
示しているが、本発明はこの形態に限定されず複数台設
けるものであっても良い。
【００２６】続いて、本熱処理設備を用いた第1の実施
の形態の熱処理方法について説明する。
の形態の熱処理方法について説明する。
【００２７】誘導加熱装置１で鋼材２を加熱すると、上
記のように誘導電流は表面近傍に集中して流れるため、
主に表面が加熱され、鋼材内部は、表面からの熱伝達で
加熱される。そこで、誘導加熱装置１で加熱を行う場合
の鋼材内部の誘導電流分布を求める。鋼材内部の電流分
布は、浸透深さで表現される。これは周波数、比透磁率
で異なり、式(1)で表される。
記のように誘導電流は表面近傍に集中して流れるため、
主に表面が加熱され、鋼材内部は、表面からの熱伝達で
加熱される。そこで、誘導加熱装置１で加熱を行う場合
の鋼材内部の誘導電流分布を求める。鋼材内部の電流分
布は、浸透深さで表現される。これは周波数、比透磁率
で異なり、式(1)で表される。
【００２８】
δ＝５．０３＊√｛（Ｒ／μ／ｆｘ）／１００｝ …(1)
ただし、δ:浸透深さ、Ｒ:比抵抗、μ:比透磁率、ｆｘ:
周波数。
周波数。
【００２９】浸透深さδが大きい場合には誘導電流が鋼
材内部まで流れるが、浸透深δが小さい場合には、誘導
電流が表面に集中するため加熱も表面に集中し、鋼材内
部は表面からの熱伝達により加熱されることになる。し
たがって、同じ電力を投入しても、浸透深さが異なれば
表面の加熱温度は変わってくることになる。そこで、式
（１）に基づいて浸透深さを求めて鋼材内部での電流密
度分布を決定し、この電流分布から誘導加熱装置１への
投入電力を決定する。
材内部まで流れるが、浸透深δが小さい場合には、誘導
電流が表面に集中するため加熱も表面に集中し、鋼材内
部は表面からの熱伝達により加熱されることになる。し
たがって、同じ電力を投入しても、浸透深さが異なれば
表面の加熱温度は変わってくることになる。そこで、式
（１）に基づいて浸透深さを求めて鋼材内部での電流密
度分布を決定し、この電流分布から誘導加熱装置１への
投入電力を決定する。
【００３０】一般的に鋼材表面からの距離ｚと、その位
置における誘導電流Ｉ（ｚ）の関係は式（２）で表され
る。αは定数である。
置における誘導電流Ｉ（ｚ）の関係は式（２）で表され
る。αは定数である。
【００３１】
Ｉ（ｚ）＝αｅｘｐ（−ｚ／δ） …（２）
よって、鋼材表面からの距離ｚでの消費電力の比は式
(3)で表される。
(3)で表される。
【００３２】
Ｅ０（ｚ）＝Ｉ（ｚ）２／∫Ｉ（ｚ）２ …（３）
すなわち、式（３）を誘導加熱の際の電力分布と考える
ことができる。
ことができる。
【００３３】次に、誘導加熱装置１を用いた加熱過程に
おける鋼材の温度変化を数式で表す。熱伝導方程式の差
分式から、式(4)〜(6)を得る。
おける鋼材の温度変化を数式で表す。熱伝導方程式の差
分式から、式(4)〜(6)を得る。
【００３４】
【数１】
【００３５】式（４）から（６）を書き換えると、鋼材
を厚み方向に三分割した温度差分式は式（７）で表され
る。
を厚み方向に三分割した温度差分式は式（７）で表され
る。
【００３６】
【数２】
【００３７】式（４）のＱ１は境界条件である大気との
熱伝達と、加熱装置から供給される熱量からなり、式
（８）で表される。
熱伝達と、加熱装置から供給される熱量からなり、式
（８）で表される。
【００３８】
【数３】
【００３９】ここで、式（９）をxi,jについて線形化す
る。鋼材の温度をｘ0と仮定し、ｘ0を中心に式（９）に
あるxi,j 4の項をテーラ展開の一次の項までを使用して
線形近似する。1次までのテーラ展開は式（１１）で表
される。
る。鋼材の温度をｘ0と仮定し、ｘ0を中心に式（９）に
あるxi,j 4の項をテーラ展開の一次の項までを使用して
線形近似する。1次までのテーラ展開は式（１１）で表
される。
【００４０】
【数４】
式（１１）を利用して、式（１２）を得る
【００４１】
【数５】
よって、式（９）は、式（１４）となる。
【００４２】
【数６】
式（１４）を用い、式（７）を整理して式（１５）を得
る。
る。
【００４３】
【数７】
【００４４】式（１５）において、行列Ｅの逆行列を左
側から掛けることにより、式（２０）を得る。
側から掛けることにより、式（２０）を得る。
【００４５】
【数８】
【００４６】式（２０）が鋼材２の温度変化の基本式と
なる。尚、この式でub=0とすると、大気による冷却過程
時の温度変化を表す式となる。
なる。尚、この式でub=0とすると、大気による冷却過程
時の温度変化を表す式となる。
【００４７】次に、この式を用いて、誘導加熱装置１の
手前に設置した温度検出器３の位置から、誘導加熱装置
出側の温度検出器位置までの温度変化を表す式を作成す
る。
手前に設置した温度検出器３の位置から、誘導加熱装置
出側の温度検出器位置までの温度変化を表す式を作成す
る。
【００４８】図２は、温度変化を表す式に用いられる記
号を表す図である。
号を表す図である。
【００４９】誘導加熱装置１の手前の温度検出器３の位
置から、誘導加熱装置１の出側の温度検出器位置までの
夫々の誘導加熱装置１の長さをｌｉ、誘導加熱装置同士
の間隔をｓｉ、夫々の誘導加熱装置１への投入電力をｕ
ｉと表す。そして、鋼材２の誘導加熱装置入り側温度を
ｘ0、誘導加熱装置出側温度をｘ＊ Ｎで表し、それぞれ
の誘導加熱装置前後の温度をｘｉ、ｘ’ｉと表す。
置から、誘導加熱装置１の出側の温度検出器位置までの
夫々の誘導加熱装置１の長さをｌｉ、誘導加熱装置同士
の間隔をｓｉ、夫々の誘導加熱装置１への投入電力をｕ
ｉと表す。そして、鋼材２の誘導加熱装置入り側温度を
ｘ0、誘導加熱装置出側温度をｘ＊ Ｎで表し、それぞれ
の誘導加熱装置前後の温度をｘｉ、ｘ’ｉと表す。
【００５０】誘導加熱装置の長さをli、間隔をsi、搬送
速度をvとして差分方程式での刻み数を求める。
速度をvとして差分方程式での刻み数を求める。
【００５１】
ｎｉ＝ｌｉ／ｖ／ｄｔ …（２４）
ｍｉ＝ｓｉ／ｖ／ｄｔ …（２５）
ただし、ｄｔ：刻み時間、ｎｉ、ｍｉ：刻み数
すると鋼材２が誘導加熱装置によって順次加熱されてい
くときの各位置の温度は式（２６）で表される。
くときの各位置の温度は式（２６）で表される。
【００５２】
【数９】
【００５３】誘導加熱装置間の温度変化、例えばｘ０−
ｘ１間の温度変化は、式（２７）で表される。
ｘ１間の温度変化は、式（２７）で表される。
【００５４】
【数１０】
【００５５】また、一番目の誘導加熱装置で加熱された
結果の温度、即ち誘導加熱装置の出側温度ｘ’１は、式
（２８）で表される。
結果の温度、即ち誘導加熱装置の出側温度ｘ’１は、式
（２８）で表される。
【００５６】
【数１１】
式（２８）に式（２７）を代入して、式（２９）を得
る。
る。
【００５７】
【数１２】
【００５８】この計算を次々と繰り返していくと、Ｎ台
目誘導加熱装置の出側温度計位置での鋼材２の温度分布
は以下のように表される。
目誘導加熱装置の出側温度計位置での鋼材２の温度分布
は以下のように表される。
【００５９】
【数１３】
これを整理すると式（３１）、（３２）のように、
ｕ1、…、ｕNの一次式になる。
ｕ1、…、ｕNの一次式になる。
【００６０】
【数１４】
【００６１】式（３２）を使用することによって、加熱
電力ｕ1、…、ｕNにより、誘導加熱後の温度分布ｘ1、
…、ｘ*を計算で求めることができる。
電力ｕ1、…、ｕNにより、誘導加熱後の温度分布ｘ1、
…、ｘ*を計算で求めることができる。
【００６２】以上説明した計算方法は、制御装置６内に
おいて処理することによって実現することができる。図
３は、加熱電力から加熱後の鋼材温度分布を求める概略
の手順を示すフロー図である。
おいて処理することによって実現することができる。図
３は、加熱電力から加熱後の鋼材温度分布を求める概略
の手順を示すフロー図である。
【００６３】先ず、加熱しようとする鋼材内部における
電力分布を式（３）により求める（Ｔ１）。そして、そ
の電力分布に基づいて誘導加熱装置１から供給される熱
量分布を式（８）、（１０）により求める（Ｔ２）。ま
た、大気への放散熱量を式（１４）により求める（Ｔ
３）。そして、これらの求めた結果を用いて、鋼材内部
の温度変化を求めるための式（２１）、（２２）、（２
３）で表される係数を算出する（Ｔ４）。
電力分布を式（３）により求める（Ｔ１）。そして、そ
の電力分布に基づいて誘導加熱装置１から供給される熱
量分布を式（８）、（１０）により求める（Ｔ２）。ま
た、大気への放散熱量を式（１４）により求める（Ｔ
３）。そして、これらの求めた結果を用いて、鋼材内部
の温度変化を求めるための式（２１）、（２２）、（２
３）で表される係数を算出する（Ｔ４）。
【００６４】続いて、誘導加熱装置１の台数、該装置の
長さ、該装置間の間隔、鋼材の搬送速度を用い、誘導加
熱装置１が供給する電力から鋼材２の温度分布を求める
（Ｔ５）。この際、式（２７）から式（３０）を適用し
て鋼材２の温度分布を求めても良く、また式（３２）を
適用して鋼材２の温度分布を求めても良い。
長さ、該装置間の間隔、鋼材の搬送速度を用い、誘導加
熱装置１が供給する電力から鋼材２の温度分布を求める
（Ｔ５）。この際、式（２７）から式（３０）を適用し
て鋼材２の温度分布を求めても良く、また式（３２）を
適用して鋼材２の温度分布を求めても良い。
【００６５】次に、この計算方法を用いて所望の熱処理
を行う方法、即ち鋼材２が目標とする温度分布となるよ
うな加熱電力を決定する手順について説明する。この手
順は、上記計算手順を備えた制御装置６内において処理
することによって実現することができる。
を行う方法、即ち鋼材２が目標とする温度分布となるよ
うな加熱電力を決定する手順について説明する。この手
順は、上記計算手順を備えた制御装置６内において処理
することによって実現することができる。
【００６６】図４は、加熱電力を求める電力演算処理の
概略のフローを示す図である。
概略のフローを示す図である。
【００６７】まず適当な初期値電力ｕ1、…、ｕNを決定
する（Ｓ１）。そして上記の計算手順（Ｔ１〜Ｔ４）に
従って誘導加熱装置出側の加熱温度分布ｘ1、…、ｘ*を
計算する（Ｓ２）。そして、各誘導加熱装置での加熱温
度と目標とする温度範囲である温度条件とを比較し、温
度条件を満たしているかどうかの判定を行う（Ｓ３）。
する（Ｓ１）。そして上記の計算手順（Ｔ１〜Ｔ４）に
従って誘導加熱装置出側の加熱温度分布ｘ1、…、ｘ*を
計算する（Ｓ２）。そして、各誘導加熱装置での加熱温
度と目標とする温度範囲である温度条件とを比較し、温
度条件を満たしているかどうかの判定を行う（Ｓ３）。
【００６８】温度条件に適合していれば（Ｓ４ Ｙｅ
ｓ）、その加熱電力を最終的な加熱電力として計算を終
了する。適合していない場合は（Ｓ４ Ｎｏ）、新たな
誘導加熱電力ｕ1、…、ｕNを与えて温度計算のやり直し
を行う。
ｓ）、その加熱電力を最終的な加熱電力として計算を終
了する。適合していない場合は（Ｓ４ Ｎｏ）、新たな
誘導加熱電力ｕ1、…、ｕNを与えて温度計算のやり直し
を行う。
【００６９】以上の処理を繰り返し行うことで、誘導加
熱装置出側での目標温度分布ｘ*を与えれば、それを実
現する電力u1、…、uNを求めることができる。尚、新し
い加熱電力u1、…、uNを与える方法は、線形計画法、非
線形計画法など一般的な方法を適用すれば良く、温度条
件が実現可能であるならば、有限回の計算で収束する。
熱装置出側での目標温度分布ｘ*を与えれば、それを実
現する電力u1、…、uNを求めることができる。尚、新し
い加熱電力u1、…、uNを与える方法は、線形計画法、非
線形計画法など一般的な方法を適用すれば良く、温度条
件が実現可能であるならば、有限回の計算で収束する。
【００７０】本実施の形態においては、任意台数の誘導
加熱装置を用いた場合の内部温度を計算することが可能
である。したがって、熱処理ライン内の誘導加熱装置一
台毎に鋼材２の内部温度を求めることも、また誘導加熱
装置複数台毎に鋼材２の内部温度を求めることも可能と
なる。
加熱装置を用いた場合の内部温度を計算することが可能
である。したがって、熱処理ライン内の誘導加熱装置一
台毎に鋼材２の内部温度を求めることも、また誘導加熱
装置複数台毎に鋼材２の内部温度を求めることも可能と
なる。
【００７１】従って、加熱工程中における鋼材の表面温
度を目標表面温度以下に加熱し、加熱工程終了時におけ
る鋼材の内部の所定位置の温度を目標内部温度に対して
所定範囲に納まるように制御することのできる電力設定
値を定めることができる。
度を目標表面温度以下に加熱し、加熱工程終了時におけ
る鋼材の内部の所定位置の温度を目標内部温度に対して
所定範囲に納まるように制御することのできる電力設定
値を定めることができる。
【００７２】次に、本熱処理設備を用いた第２の実施の
形態の熱処理方法について説明する。本実施形態では、
第１の実施形態で求める加熱電力が最小値になるように
処理を行う点に特徴がある。従って、それ以外の構成に
ついては第１の実施形態と同一であるため、詳細の説明
を省略する。
形態の熱処理方法について説明する。本実施形態では、
第１の実施形態で求める加熱電力が最小値になるように
処理を行う点に特徴がある。従って、それ以外の構成に
ついては第１の実施形態と同一であるため、詳細の説明
を省略する。
【００７３】図５は、第２の実施形態に係る、加熱電力
を求める電力演算処理の概略のフローを示す図である。
を求める電力演算処理の概略のフローを示す図である。
【００７４】まず適当な初期値電力ｕ1、…、ｕNを決定
する（Ｓ１１）。そして上記の計算手順（Ｔ１〜Ｔ４）
に従って誘導加熱装置出側の加熱温度分布ｘ1、…、ｘ*
を計算する（Ｓ１２）。そして、各誘導加熱装置での加
熱温度と目標とする温度範囲である温度条件とを比較
し、温度条件を満たしているかどうかの判定を行う（Ｓ
１３）。
する（Ｓ１１）。そして上記の計算手順（Ｔ１〜Ｔ４）
に従って誘導加熱装置出側の加熱温度分布ｘ1、…、ｘ*
を計算する（Ｓ１２）。そして、各誘導加熱装置での加
熱温度と目標とする温度範囲である温度条件とを比較
し、温度条件を満たしているかどうかの判定を行う（Ｓ
１３）。
【００７５】適合していない場合は（Ｓ１４ Ｎｏ）、
新たな誘導加熱電力ｕ1、…、ｕNを与えて温度計算のや
り直しを行う。温度条件に適合していれば（Ｓ１４ Ｙ
ｅｓ）、各誘導加熱装置での消費電力量の和である合計
消費電力量を求め、合計消費電力量が最少になるかどう
かの判定を行う（Ｓ１５）。すなわち、誘導加熱装置で
の合計消費電力量が最少になるような加熱電力を求め
る。合計消費電力量が所定量以下の条件に適合していな
い場合は（Ｓ１６ Ｎｏ）、新たな誘導加熱電力を与え
て温度計算のやり直しを行う。合計消費電力量が所定量
以下の条件に適合していれば（Ｓ１６ Ｙｅｓ）、その
加熱電力を最終的な加熱電力として計算を終了する。
新たな誘導加熱電力ｕ1、…、ｕNを与えて温度計算のや
り直しを行う。温度条件に適合していれば（Ｓ１４ Ｙ
ｅｓ）、各誘導加熱装置での消費電力量の和である合計
消費電力量を求め、合計消費電力量が最少になるかどう
かの判定を行う（Ｓ１５）。すなわち、誘導加熱装置で
の合計消費電力量が最少になるような加熱電力を求め
る。合計消費電力量が所定量以下の条件に適合していな
い場合は（Ｓ１６ Ｎｏ）、新たな誘導加熱電力を与え
て温度計算のやり直しを行う。合計消費電力量が所定量
以下の条件に適合していれば（Ｓ１６ Ｙｅｓ）、その
加熱電力を最終的な加熱電力として計算を終了する。
【００７６】この加熱電力が最小値になるように処理す
る条件は式（３３）で表される。
る条件は式（３３）で表される。
【００７７】
【数１５】
【００７８】すなわち、これら条件を満たすu(i)とは、
加熱工程中の任意の時点での鋼材の表面温度を目標表面
温度以下に加熱し、加熱工程終了時の内部の所定位置の
温度を目標内部温度に対して所定範囲内に納まるように
加熱する電力設定のうち、最も消費電力の少ない加熱電
力である。
加熱工程中の任意の時点での鋼材の表面温度を目標表面
温度以下に加熱し、加熱工程終了時の内部の所定位置の
温度を目標内部温度に対して所定範囲内に納まるように
加熱する電力設定のうち、最も消費電力の少ない加熱電
力である。
【００７９】尚、新しい加熱電力u1、…、uNを与える方
法は、線形計画法、非線形計画法など一般的な方法で良
く、また遺伝子アルゴリズムなどの最適化手法を適用し
ても良い。
法は、線形計画法、非線形計画法など一般的な方法で良
く、また遺伝子アルゴリズムなどの最適化手法を適用し
ても良い。
【００８０】次に、本熱処理設備を用いた第３の実施の
形態の熱処理方法について説明する。本実施形態では、
第２の実施形態で求める最適な加熱電力を逐次二次計画
法等の制約条件付き非線形計画法を用いて処理を行う点
に特徴がある。従って、それ以外の構成については第２
の実施形態と同一であるため、詳細の説明を省略する。
形態の熱処理方法について説明する。本実施形態では、
第２の実施形態で求める最適な加熱電力を逐次二次計画
法等の制約条件付き非線形計画法を用いて処理を行う点
に特徴がある。従って、それ以外の構成については第２
の実施形態と同一であるため、詳細の説明を省略する。
【００８１】まず、第１の実施形態、第２の実施形態に
おける鋼材の加熱条件等を数式で表現する。
おける鋼材の加熱条件等を数式で表現する。
【００８２】目標温度に関する条件式は、式（３４）、
式（３５）で表現される。
式（３５）で表現される。
【００８３】
【数１６】
【００８４】内部温度は加熱目標であるため等式の条件
で表され、表面温度は加熱上限値であるため不等式で表
されることになる。ただし、内部温度目標においては、
式（３６）のように範囲を指定することも可能である。
で表され、表面温度は加熱上限値であるため不等式で表
されることになる。ただし、内部温度目標においては、
式（３６）のように範囲を指定することも可能である。
【００８５】
【数１７】
【００８６】これらは、各誘導加熱装置の電力を求める
際の制約条件となる。さらに、誘導加熱装置の能力にも
制限があるので、この制約条件を式（３７）、式（３
８）で表す。
際の制約条件となる。さらに、誘導加熱装置の能力にも
制限があるので、この制約条件を式（３７）、式（３
８）で表す。
【００８７】
【数１８】
【００８８】さらに、式（３４）、（３５）の制約条件
において、制約条件中の温度TN、T1 sは、第一の実施例
の温度式により、誘導加熱装置の加熱電力u1、…、uNを
用いて表すことができる。すなわち、式（３２）を用い
て、制約条件式（３４）、（３５）を加熱電力u1、…、
uNで表す。
において、制約条件中の温度TN、T1 sは、第一の実施例
の温度式により、誘導加熱装置の加熱電力u1、…、uNを
用いて表すことができる。すなわち、式（３２）を用い
て、制約条件式（３４）、（３５）を加熱電力u1、…、
uNで表す。
【００８９】まず、等式の加熱条件である式（３４）は
式（３９）で表される。
式（３９）で表される。
【００９０】
【数１９】
さらに、不等式の制約条件は以下の式（４０）から式
（４１）で表すことができる。
（４１）で表すことができる。
【００９１】
【数２０】
【００９２】これらより、目的関数、制約条件がすべて
加熱電力u1、…、uNで表現されるため、最適化手法の逐
次二次計画法等の制約条件付き非線形計画法を適用する
ことができる。
加熱電力u1、…、uNで表現されるため、最適化手法の逐
次二次計画法等の制約条件付き非線形計画法を適用する
ことができる。
【００９３】以上の処理を整理し直すと以下のようにな
る。
る。
【００９４】
【数２１】
【００９５】この問題設定を、逐次二次計画法等の制約
条件付き非線形計画法を用いて最適化を行うと、温度条
件を満たす、最少の加熱電力分布が求められる。すなわ
ち、加熱時の表面温度、内部温度の目標を、必要最低限
の電力で実現することができる。尚、この手順は上記逐
次二次計画法等の制約条件付き非線形計画法による計算
手順を備えた制御装置６内において処理することによっ
て実現することができる。
条件付き非線形計画法を用いて最適化を行うと、温度条
件を満たす、最少の加熱電力分布が求められる。すなわ
ち、加熱時の表面温度、内部温度の目標を、必要最低限
の電力で実現することができる。尚、この手順は上記逐
次二次計画法等の制約条件付き非線形計画法による計算
手順を備えた制御装置６内において処理することによっ
て実現することができる。
【００９６】図６は、本発明を実機に適用した結果を示
す図である。
す図である。
【００９７】誘導加熱装置６台、初期温度４０℃、目標
内部温度５５０℃、目標表面上限温度６００℃の時、上
記最適化方法で求めた加熱電力の時系列変化を図６の
（１）に示し、その電力を用いた場合の温度分布の時系
列変化を図６の（２）に示す。
内部温度５５０℃、目標表面上限温度６００℃の時、上
記最適化方法で求めた加熱電力の時系列変化を図６の
（１）に示し、その電力を用いた場合の温度分布の時系
列変化を図６の（２）に示す。
【００９８】本発明の適用によって誘導加熱装置毎に鋼
材の温度分布を制御することができるため、本熱処理中
における鋼材の表面温度は目標表面上限温度以下に制御
されており、最終段の誘導加熱装置の出側位置である約
６０秒経過時点における鋼材の内部の所定位置の温度は
目標内部温度に対して許容範囲に納まっており、目標を
満たす温度分布が得られている。
材の温度分布を制御することができるため、本熱処理中
における鋼材の表面温度は目標表面上限温度以下に制御
されており、最終段の誘導加熱装置の出側位置である約
６０秒経過時点における鋼材の内部の所定位置の温度は
目標内部温度に対して許容範囲に納まっており、目標を
満たす温度分布が得られている。
【００９９】このように、本発明によれば加熱工程中の
鋼材の表面温度を所定の目標温度以下に加熱し、かつ加
熱工程終了時の鋼材の内部の所定位置の温度が目標温度
に対して許容範囲に納まるように熱処理された鋼材を製
造することができる。
鋼材の表面温度を所定の目標温度以下に加熱し、かつ加
熱工程終了時の鋼材の内部の所定位置の温度が目標温度
に対して許容範囲に納まるように熱処理された鋼材を製
造することができる。
【０１００】次に本熱処理設備を用いた第４の実施の形
態の熱処理方法について説明する。第４の実施の形態で
は、加熱温度の条件を満たす加熱電力の内、熱処理に要
する時間が最も短くなるように搬送速度を定める点に特
徴がある。従って、それ以外の構成については上述の実
施の形態と同一であるため、詳細の説明を省略する。
態の熱処理方法について説明する。第４の実施の形態で
は、加熱温度の条件を満たす加熱電力の内、熱処理に要
する時間が最も短くなるように搬送速度を定める点に特
徴がある。従って、それ以外の構成については上述の実
施の形態と同一であるため、詳細の説明を省略する。
【０１０１】図７は、第４の実施の形態に係る熱処理方
法の概略の手順を示すフロー図である。尚、誘導加熱装
置群を複数回往復させて鋼材２を加熱する場合には、そ
のパスごとに搬送速度を設定することが可能である。従
って、搬送速度は式（４２）で定義する。
法の概略の手順を示すフロー図である。尚、誘導加熱装
置群を複数回往復させて鋼材２を加熱する場合には、そ
のパスごとに搬送速度を設定することが可能である。従
って、搬送速度は式（４２）で定義する。
【０１０２】
Ｖ０＝［Ｖ０１，Ｖ０２，Ｖ０３，・・・，Ｖ０ｎ］ …（４２）
但し、Ｖ０：搬送速度初期値、
Ｖ０ｉ（ｉ＝１〜ｎ）：ｉパス目搬送速度初期値
先ず、搬送速度として初期値を設定する（Ｓ２０）。こ
こで、初期値Ｖ０は任意の値であっても良く、また実績
値に基づいて決定しても良い。
こで、初期値Ｖ０は任意の値であっても良く、また実績
値に基づいて決定しても良い。
【０１０３】そして、その搬送速度を用いて上述の図
４、５に示す電力演算を行い加熱電力を求める（Ｓ２
１）。次に、この加熱条件で鋼材２の加熱後温度が制約
条件を充足するかどうかを調べる（Ｓ２２）。この制約
条件は、図４のステップＳ３、図５のステップＳ１３の
温度判定条件と同一であり、鋼材２の表面温度、内部温
度がそれぞれ所定温度範囲内にあるかどうかを調べるも
のである。
４、５に示す電力演算を行い加熱電力を求める（Ｓ２
１）。次に、この加熱条件で鋼材２の加熱後温度が制約
条件を充足するかどうかを調べる（Ｓ２２）。この制約
条件は、図４のステップＳ３、図５のステップＳ１３の
温度判定条件と同一であり、鋼材２の表面温度、内部温
度がそれぞれ所定温度範囲内にあるかどうかを調べるも
のである。
【０１０４】従って、制約条件を充足している場合は
（Ｓ２２ Ｙｅｓ）、電力演算が適正に実行されたこと
を意味しているため、搬送速度を速くした条件であって
も適切な電力量が求められる可能性があるため、搬送速
度を所定量だけ速くする（Ｓ２３）。尚、搬送速度は所
定量でなく、所定割合で速くしても良く、また予め定め
た関数に基づいて搬送速度を増速しても良い。
（Ｓ２２ Ｙｅｓ）、電力演算が適正に実行されたこと
を意味しているため、搬送速度を速くした条件であって
も適切な電力量が求められる可能性があるため、搬送速
度を所定量だけ速くする（Ｓ２３）。尚、搬送速度は所
定量でなく、所定割合で速くしても良く、また予め定め
た関数に基づいて搬送速度を増速しても良い。
【０１０５】そして、増速した搬送速度を用いて再度電
力演算を行い（Ｓ２４）、鋼材２の加熱後温度が制約条
件を充足するかどうかを調べる（Ｓ２５）。制約条件を
充足する場合は（Ｓ２５ Ｙｅｓ）、更にステップＳ２
３〜２５を繰り返す。これによってより速い搬送速度を
設定することができる。
力演算を行い（Ｓ２４）、鋼材２の加熱後温度が制約条
件を充足するかどうかを調べる（Ｓ２５）。制約条件を
充足する場合は（Ｓ２５ Ｙｅｓ）、更にステップＳ２
３〜２５を繰り返す。これによってより速い搬送速度を
設定することができる。
【０１０６】制約条件を充足しない場合は（Ｓ２５ Ｎ
ｏ）、後に説明する、搬送速度を減速するステップＳ２
６からの処理を実行するが、この処理に進まずに前回の
計算に用いた制約条件を充足する搬送速度を採用しても
良い。
ｏ）、後に説明する、搬送速度を減速するステップＳ２
６からの処理を実行するが、この処理に進まずに前回の
計算に用いた制約条件を充足する搬送速度を採用しても
良い。
【０１０７】鋼材２の表面温度、内部温度がそれぞれ所
定温度範囲にない場合は（Ｓ２２Ｎｏ）、電力演算が正
しく行われなかったことを意味している。ここで、電力
演算が正しく行われない場合は、搬送速度が速すぎるた
めに鋼材２の温度が低くなっている場合である。何故な
らば、鋼材２の温度が高い場合は、電力量を低下させる
ことによって温度を下げることが可能なため、必ず電力
量を求めることができるからである。
定温度範囲にない場合は（Ｓ２２Ｎｏ）、電力演算が正
しく行われなかったことを意味している。ここで、電力
演算が正しく行われない場合は、搬送速度が速すぎるた
めに鋼材２の温度が低くなっている場合である。何故な
らば、鋼材２の温度が高い場合は、電力量を低下させる
ことによって温度を下げることが可能なため、必ず電力
量を求めることができるからである。
【０１０８】従ってこの場合には、鋼材２の温度加熱が
不十分であるため、搬送速度を所定量だけ遅くする（Ｓ
２６）。尚、搬送速度は所定量でなく、所定割合で遅く
しても良く、また予め定めた関係式または関数に基づい
て減速しても良い。
不十分であるため、搬送速度を所定量だけ遅くする（Ｓ
２６）。尚、搬送速度は所定量でなく、所定割合で遅く
しても良く、また予め定めた関係式または関数に基づい
て減速しても良い。
【０１０９】そして、減速した搬送速度を用いて再度電
力演算を行い（Ｓ２７）、鋼材２の加熱後温度が制約条
件を充足するかどうかを調べる（Ｓ２８）。制約条件を
充足しない場合は（Ｓ２８ Ｎｏ）、更にステップＳ２
６〜２８を繰り返す。制約条件を充足する場合は（Ｓ２
８ Ｙｅｓ）、この搬送速度を採用する（Ｓ２９）。
力演算を行い（Ｓ２７）、鋼材２の加熱後温度が制約条
件を充足するかどうかを調べる（Ｓ２８）。制約条件を
充足しない場合は（Ｓ２８ Ｎｏ）、更にステップＳ２
６〜２８を繰り返す。制約条件を充足する場合は（Ｓ２
８ Ｙｅｓ）、この搬送速度を採用する（Ｓ２９）。
【０１１０】本実施の形態によれば、所定の制約条件を
満たす電力の内、最も搬送速度の速い加熱条件を最終結
果として得ることができ、従って、最も処理時間が短く
なる熱処理条件を求めることができる。
満たす電力の内、最も搬送速度の速い加熱条件を最終結
果として得ることができ、従って、最も処理時間が短く
なる熱処理条件を求めることができる。
【０１１１】尚、本実施の形態では、搬送速度初期値か
ら収束演算を行ったが、複数の搬送速度値に基づいて電
力演算を行い、制約条件を満たす搬送速度の内、最速の
搬送速度を求めても良い。また、過去の搬送速度実績値
と鋼材２の諸元（例えば、厚み、幅等）の組合せに基づ
いて、加熱しようとする鋼材２の諸元に対応する搬送速
度を内分点法によって算出しても良い。
ら収束演算を行ったが、複数の搬送速度値に基づいて電
力演算を行い、制約条件を満たす搬送速度の内、最速の
搬送速度を求めても良い。また、過去の搬送速度実績値
と鋼材２の諸元（例えば、厚み、幅等）の組合せに基づ
いて、加熱しようとする鋼材２の諸元に対応する搬送速
度を内分点法によって算出しても良い。
【０１１２】以上説明したように、第1の実施形態の発
明を適用すれば、誘導加熱装置による鋼材内部の誘導電
流分布を推定して誘導加熱装置による投入電力を決定す
ることにより、鋼材の表面温度、内部温度を精度よく目
標に一致させ、鋼材を目的の性質になるような熱処理を
加えることができる。
明を適用すれば、誘導加熱装置による鋼材内部の誘導電
流分布を推定して誘導加熱装置による投入電力を決定す
ることにより、鋼材の表面温度、内部温度を精度よく目
標に一致させ、鋼材を目的の性質になるような熱処理を
加えることができる。
【０１１３】第２の実施形態の発明においては、さらに
消費電力を最少に抑えるような投入電力を求めることが
できる。
消費電力を最少に抑えるような投入電力を求めることが
できる。
【０１１４】また第３の実施形態の発明においては、最
適な投入電力を求めるための最適化問題の解を逐次二次
計画法等の制約条件付き非線形計画法によって求めるこ
とにより、効率よく精度のよい電力分布を求めることが
できる。
適な投入電力を求めるための最適化問題の解を逐次二次
計画法等の制約条件付き非線形計画法によって求めるこ
とにより、効率よく精度のよい電力分布を求めることが
できる。
【０１１５】更に、第４の実施の形態の発明において
は、上述の各実施の形態の加熱処理をできるだけ短い時
間で実現することができる。
は、上述の各実施の形態の加熱処理をできるだけ短い時
間で実現することができる。
【０１１６】そして、この処理は加熱工程中の中間段階
においても適用することができるため、鋼材の内部温度
を所望のパターンに従って制御することが可能となる。
においても適用することができるため、鋼材の内部温度
を所望のパターンに従って制御することが可能となる。
【０１１７】よって、加熱時の表面温度、内部温度の精
度が向上し、安定した品質の鋼材を製造することができ
るとともに、熱処理の加熱過程の能率を飛躍的に向上す
ることができる。
度が向上し、安定した品質の鋼材を製造することができ
るとともに、熱処理の加熱過程の能率を飛躍的に向上す
ることができる。
【０１１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鋼
材の表面温度、内部温度を精度よく目標に一致させ、鋼
材が目的の性質をもつように熱処理を行うことができ
る。
材の表面温度、内部温度を精度よく目標に一致させ、鋼
材が目的の性質をもつように熱処理を行うことができ
る。
【図１】 本発明に係る熱処理方法が適用される熱処理
設備の概略構成を示す側面図。
設備の概略構成を示す側面図。
【図２】 温度変化を表す式に用いられる記号を表す
図。
図。
【図３】 加熱電力から加熱後の鋼材温度分布を求める
概略の手順を示すフロー図。
概略の手順を示すフロー図。
【図４】 加熱電力を求めるための概略のフローを示す
図。
図。
【図５】 他の実施形態に係る加熱電力を求めるための
概略のフローを示す図。
概略のフローを示す図。
【図６】 本発明を実機に適用した結果を示す図。
【図７】 第４の実施の形態に係る熱処理方法の概略の
手順を示すフロー図。
手順を示すフロー図。
１…誘導加熱装置、 ２…鋼材、 ３…温度検出器、
４…搬送ローラ、５…速度検出器、 ６…制御装置、
７…電力供給装置、９…誘導加熱装置出側温度検出器
４…搬送ローラ、５…速度検出器、 ６…制御装置、
７…電力供給装置、９…誘導加熱装置出側温度検出器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 関根 宏
東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日
本鋼管株式会社内
(72)発明者 鈴木 宣嗣
東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日
本鋼管株式会社内
(72)発明者 杉岡 正敏
東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日
本鋼管株式会社内
Claims (14)
- 【請求項１】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設された
複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱する
鋼材の熱処理方法において、 前記各誘導加熱装置に供給予定の電力を含むデータから
誘導加熱後における前記鋼材の表面温度と厚み方向の内
部温度とを推定する演算ステップと、 前記鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定ステップと、 前記温度条件に適合しない場合は、前記電力を修正して
前記演算ステップと前記判定ステップとを繰り返して実
行する判定処理ステップと、 前記温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給ステップと、
を備えたことを特徴とする鋼材の熱処理方法。 - 【請求項２】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設された
複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱する
鋼材の熱処理方法において、 前記鋼材の移送速度と前記各誘導加熱装置に供給予定の
電力とを含むデータから誘導加熱後における前記鋼材の
表面温度と厚み方向の内部温度とを推定する演算ステッ
プと、 前記鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定ステップと、 前記温度条件に適合しない場合は、前記電力を修正して
前記演算ステップと前記判定ステップとを繰り返して実
行する判定処理ステップと、 前記温度条件に適合する場合は、前記移送速度を増加し
た新たな移送速度を用いて前記演算ステップ、判定ステ
ップ、判定処理ステップを前記温度条件に適合しなくな
るまで繰り返して実行し、前記温度条件に適合する最終
の演算に用いられた電力と移送速度を抽出する抽出ステ
ップと、 抽出された移送速度で前記鋼材を移送しつつ、抽出され
た電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給ステップ
と、を備えたことを特徴とする鋼材の熱処理方法。 - 【請求項３】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設された
複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱する
鋼材の熱処理方法において、 前記各誘導加熱装置に供給予定の電力を含むデータから
誘導加熱後における前記鋼材の表面温度と厚み方向の内
部温度とを推定する演算ステップと、 前記鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定ステップと、 前記温度条件に適合しない場合は、前記電力を修正して
前記演算ステップと前記判定ステップとを繰り返して実
行する判定処理ステップと、 前記温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力に基づいて、前記鋼材の加熱に使用されるそれぞれ
の誘導加熱装置の電力量の合計値が所定の値以下である
電力条件に適合するかどうかを判定する電力判定ステッ
プと、 前記電力条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給ステップと、
を備えたことを特徴とする鋼材の熱処理方法。 - 【請求項４】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設された
複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱する
鋼材の熱処理方法において、 前記鋼材の移送速度と前記各誘導加熱装置に供給予定の
電力とを含むデータから誘導加熱後における前記鋼材の
表面温度と厚み方向の内部温度とを推定する演算ステッ
プと、 前記鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定ステップと、 前記温度条件に適合しない場合は、前記電力を修正して
前記演算ステップと前記判定ステップとを繰り返して実
行する判定処理ステップと、 前記温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力に基づいて、前記鋼材の加熱に使用されるそれぞれ
の誘導加熱装置の電力量の合計値が所定の値以下である
電力条件に適合するかどうかを判定する電力判定ステッ
プと、 前記電力条件に適合する場合は、前記移送速度を増加し
た新たな移送速度を用いて前記演算ステップ、判定ステ
ップ、判定処理ステップ、電力判定ステップを前記温度
条件に適合しなくなるまで繰り返して実行し、前記温度
条件と前記電力条件に適合する最終の演算に用いられた
電力と移送速度を抽出する抽出ステップと、その演算に
用いられた電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給ス
テップと、を備えたことを特徴とする鋼材の熱処理方
法。 - 【請求項５】 前記演算ステップは、 前記誘導加熱装置内における前記鋼材の厚み方向の誘導
電流分布を求めて前記鋼材内部の発生熱量を算出し、 前記誘導加熱装置外における前記鋼材から大気への放散
熱量を算出し、 前記発生熱量と前記放散熱量とを境界条件として前記鋼
材の内部への熱伝導を演算して前記鋼材の表面温度と厚
み方向の内部温度とを推定することを特徴とする請求項
１乃至４の内いずれか１の請求項に記載の鋼材の熱処理
方法。 - 【請求項６】 前記判定ステップは、熱処理中の鋼材表
面の温度が第1の目標温度以下となり、熱処理終了時の
鋼材厚み方向内部の所定位置における温度が第２の目標
温度に対して所定範囲内となるかどうかを判定すること
を特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１の請求項に
記載の鋼材の熱処理方法。 - 【請求項７】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設された
複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱する
鋼材の熱処理方法において、 前記誘導加熱装置に供給する電力Ｕ１，…ＵＮ、前記電
力を用いて表したそれぞれの誘導加熱装置出側の鋼材の
表面温度Ｆ１，…ＦＮ、前記電力を用いて表した加熱処
理後の鋼材厚み方向内部の所定位置における温度Ｔ、誘
導加熱装置の電力最小値Ｕｍｉｎ、誘導加熱装置の電力
最大値Ｕｍａｘ、鋼材の表面温度上限値Ｔｒｓ、鋼材の
鋼材厚み方向内部の所定位置における温度目標値Ｔｒ、
目標温度範囲指定値Ｃ、前記誘導加熱装置の長さＬ１，
…ＬＮ、鋼材の移送速度ｖとして、 下記式で示される制約条件の下で、目標関数Ｄ Ｄ＝Ｕ１×（Ｌ１／ｖ）＋Ｕ２×（Ｌ２／ｖ）＋…＋Ｕ
Ｎ×（ＬＮ／ｖ） を最小とする電力Ｕ１，…ＵＮを制約条件付き非線形計
画法を用いて求める演算ステップと、 求めた電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給ステッ
プと、を備えたことを特徴とする鋼材の熱処理方法。 ｜Ｔ −Ｔｒ ｜≦ Ｃ、 Ｔｒｓ − Ｆｉ ≧０ ここで、ｉ： １〜Ｎ Ｕｉ − Ｕｍｉｎ ≧０ ここで、ｉ： １〜Ｎ Ｕｉ − Ｕｍａｘ ≦０ ここで、ｉ： １〜Ｎ - 【請求項８】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設された
複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱する
ための鋼材の熱処理プログラムにおいて、 コンピュータに、 前記各誘導加熱装置に供給予定の電力を含むデータから
誘導加熱後における前記鋼材の表面温度と厚み方向の内
部温度とを推定する演算手順、 前記鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定手順、 前記温度条件に適合しない場合は、前記電力を修正して
前記演算手順と前記判定手順とを繰り返して実行する判
定処理手順、 前記温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給手順、を実行
させるためのプログラム。 - 【請求項９】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設された
複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱する
ための鋼材の熱処理プログラムにおいて、コンピュータ
に、 前記鋼材の移送速度と前記各誘導加熱装置に供給予定の
電力とを含むデータから誘導加熱後における前記鋼材の
表面温度と厚み方向の内部温度とを推定する演算手順、 前記鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定手順、 前記温度条件に適合しない場合は、前記電力を修正して
前記演算手順と前記判定手順とを繰り返して実行する判
定処理手順、 前記温度条件に適合する場合は、前記移送速度を増加し
た新たな移送速度を用いて前記演算手順、判定手順、判
定処理手順を前記温度条件に適合しなくなるまで繰り返
して実行し、前記温度条件に適合する最終の演算に用い
られた電力と移送速度を抽出する抽出手順、 抽出された移送速度で前記鋼材を移送しつつ、抽出され
た電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給手順、を実
行させるためのプログラム。 - 【請求項１０】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設され
た複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱す
るための鋼材の熱処理プログラムにおいて、コンピュー
タに、 前記各誘導加熱装置に供給予定の電力を含むデータから
誘導加熱後における前記鋼材の表面温度と厚み方向の内
部温度とを推定する演算手順、 前記鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定手順、 前記温度条件に適合しない場合は、前記電力を修正して
前記演算手順と前記判定手順とを繰り返して実行する判
定処理手順、 前記温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力に基づいて、前記鋼材の加熱に使用されるそれぞれ
の誘導加熱装置の電力量の合計値が所定の値以下である
電力条件に適合するかどうかを判定する電力判定手順、 前記電力条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給手順、を実行
させるためのプログラム。 - 【請求項１１】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設され
た複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱す
るための鋼材の熱処理プログラムにおいて、コンピュー
タに、 前記鋼材の移送速度と前記各誘導加熱装置に供給予定の
電力とを含むデータから誘導加熱後における前記鋼材の
表面温度と厚み方向の内部温度とを推定する演算手順、 前記鋼材の表面温度と厚み方向の内部温度とが所定の温
度条件に適合するかどうかを判定する判定手順、 前記温度条件に適合しない場合は、前記電力を修正して
前記演算手順と前記判定手順とを繰り返して実行する判
定処理手順、 前記温度条件に適合する場合は、その演算に用いられた
電力に基づいて、前記鋼材の加熱に使用されるそれぞれ
の誘導加熱装置の電力量の合計値が所定の値以下である
電力条件に適合するかどうかを判定する電力判定手順、 前記電力条件に適合する場合は、前記移送速度を増加し
た新たな移送速度を用いて前記演算手順、判定手順、判
定処理手順、電力判定手順を前記温度条件に適合しなく
なるまで繰り返して実行し、前記温度条件と前記電力条
件に適合する最終の演算に用いられた電力と移送速度を
抽出する抽出手順、その演算に用いられた電力を前記各
誘導加熱装置に供給する供給手順、を実行させるための
プログラム。 - 【請求項１２】 前記演算手順は、 コンピュータに、 前記誘導加熱装置内における前記鋼材の厚み方向の誘導
電流分布を求めて前記鋼材内部の発生熱量を算出する手
順、 前記誘導加熱装置外における前記鋼材から大気への放散
熱量を算出する手順、 前記発生熱量と前記放散熱量とを境界条件として前記鋼
材の内部への熱伝導を演算して前記鋼材の表面温度と厚
み方向の内部温度とを推定する手順、を実行させるため
の請求項８乃至１１の内いずれか１の請求項に記載の鋼
材の熱処理プログラム。 - 【請求項１３】 前記判定手順は、熱処理中の鋼材表面
の温度が第1の目標温度以下となり、熱処理終了時の鋼
材厚み方向内部の所定位置における温度が第２の目標温
度に対して所定範囲内となるかどうかを判定することを
特徴とする請求項８乃至１２の内いずれか１の請求項に
記載の鋼材の熱処理プログラム。 - 【請求項１４】 熱処理ラインに適宜の間隔で配設され
た複数の誘導加熱装置を用いて鋼材を移送しつつ加熱す
るための鋼材の熱処理プログラムにおいて、コンピュー
タに、 前記誘導加熱装置に供給する電力Ｕ１，…ＵＮ、前記電
力を用いて表したそれぞれの誘導加熱装置出側の鋼材の
表面温度Ｆ１，…ＦＮ、前記電力を用いて表した加熱処
理後の鋼材厚み方向内部の所定位置における温度Ｔ、誘
導加熱装置の電力最小値Ｕｍｉｎ、誘導加熱装置の電力
最大値Ｕｍａｘ、鋼材の表面温度上限値Ｔｒｓ、鋼材の
鋼材厚み方向内部の所定位置における温度目標値Ｔｒ、
目標温度範囲指定値Ｃ、前記誘導加熱装置の長さＬ１，
…ＬＮ、鋼材の移送速度ｖとして、 下記式で示される制約条件の下で、目標関数Ｄ Ｄ＝Ｕ１×（Ｌ１／ｖ）＋Ｕ２×（Ｌ２／ｖ）＋…＋Ｕ
Ｎ×（ＬＮ／ｖ） を最小とする電力Ｕ１，…ＵＮを制約条件付き非線形計
画法を用いて求める演算手順、 求めた電力を前記各誘導加熱装置に供給する供給手順、
を実行させるためのプログラム。 ｜Ｔ −Ｔｒ ｜≦Ｃ、 Ｔｒｓ − Ｆｉ ≧０ ここで、ｉ： １〜Ｎ Ｕｉ − Ｕｍｉｎ ≧０ ここで、ｉ： １〜Ｎ Ｕｉ − Ｕｍａｘ ≦０ ここで、ｉ： １〜Ｎ
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2002-31470 | 2002-02-07 | ||
| JP2002031470 | 2002-02-07 | ||
| JP2003028503A JP4178976B2 (ja) | 2002-02-07 | 2003-02-05 | 鋼材の熱処理方法及びそのプログラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003301218A true JP2003301218A (ja) | 2003-10-24 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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