JP2013124415A

JP2013124415A - 熱処理装置及び熱処理方法

Info

Publication number: JP2013124415A
Application number: JP2011275730A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Shinozawa; 和宏篠澤; Tomotoshi Mochizuki; 智俊望月; Tamotsu Oda; 保小多
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-24

Abstract

【課題】加熱炉内での加熱処理による被搬送材のクリープ量を安全、正確且つリアルタイムに把握し、以って被搬送材の適切な熱処理を実現する。
【解決手段】コイル状に巻回された被搬送材を搬送方向へ送出する巻出機と、前記巻出機の下流側に設置され、前記被搬送材を加熱処理する加熱炉と、前記加熱処理後の前記被搬送材をコイル状に巻き取る巻取機と、前記加熱炉の入口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第１の速度計測器と、前記加熱炉の出口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第２の速度計測器と、前記第１の速度計測器及び前記第２の速度計測器から得られる各計測結果に基づいて、前記加熱炉での加熱処理による前記被搬送材のクリープ量を推定し、当該クリープ量が許容範囲内に収まるように前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御する制御装置とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理装置及び熱処理方法に関する。

下記特許文献１には、コイル状に巻回された母材を巻き戻す巻き戻し装置と、母材の表面に粉体原料を固着させる圧延機と、該圧延機によって母材表面に固着した粉体層を母材に焼結させる加熱炉と、該加熱炉から送り出された粉体層と母材とがクラッド化により一体化されたシート材をコイル状に巻き取る巻き取り機とを備えた粉体クラッドシートの製造設備が開示されている。

ところで、従来は、加熱炉内への材料搬送前に予め任意に複数のマーキングを行い、その隣り合うマーキング箇所の間隔を計測して、該マーキング箇所が加熱炉を通過した後に、再度同一箇所の間隔の変化量を実測し、過大なクリープが確認された場合は加熱炉内温度と搬送速度を調節していた。ここで、クリープとは、材料が加熱によって軟化を起こし、本来その材料が許容可能な応力に達する前の小さな力でも材料が外力により伸びを生じさせる現象を指す。

また、加熱炉内では、被搬送体を搬送するためにローラーやメッシュベルト、その他の搬送支持手段を用いると、加熱による被搬送体の軟化等によって、これら搬送支持手段との物理的な接触に起因する加熱温度ムラやこすれ、キズなどを生じる恐れがあった。この対策として、被搬送体に適度な張力を付与して炉内中空を支持体無しで搬送していた。この被搬送体への張力負荷による炉内中空搬送では、搬送速度や炉内温度の不調和によっては、張力によって引き起こされるクリープ的な伸びが許容範囲を超えてしまう場合があるため、随時このクリープ量を前述のマーキング作業によりモニタリングしていた。

特開２００６−２９７４３０号公報

加熱炉内で起こるクリープ量が許容範囲か否かの判断が、該マーキング箇所が加熱炉内を通過してからでないと確認できなかったため、好適なクリープ伸びに収まらない場合は、同様の計測作業を繰り返さなければならず、当該作業に要する時間とこの間に加熱炉内を搬送された材料がロスとなっていた。

また、熱処理中に、時々刻々と加熱炉内へ向かって搬送される間に動きを止めることなく計測しなければならず、正確に計測することが難しかった。

また、熱処理温度が好適な範囲を超えて、搬送される材料が過度に軟化している場合には、発生するクリープ量（伸び）も極めて過大になり、好ましくなく、且つ材料が搬送途中で、搬送のために付与されている張力に耐えきれずに材料が破断する可能性も考えられる。加熱炉の炉長が長大になるほど、また炉内の雰囲気に対する要求が厳格になるほど、この材料破断により必要となる復旧作業には多大な手間と時間を要することとなるため、これを未然に防ぐために事前に過度のクリープ量（伸び量）を把握し、回避する必要があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、加熱炉内での加熱処理による被搬送材のクリープ量を安全、正確且つリアルタイムに把握し、以って被搬送材の適切な熱処理を実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、熱処理装置に係る第１の解決手段として、コイル状に巻回された被搬送材を搬送方向へ送出する巻出機と、前記巻出機の下流側に設置され、前記被搬送材を加熱処理する加熱炉と、前記加熱処理後の前記被搬送材をコイル状に巻き取る巻取機と、前記加熱炉の入口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第１の速度計測器と、前記加熱炉の出口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第２の速度計測器と、前記第１の速度計測器及び前記第２の速度計測器から得られる各計測結果に基づいて、前記加熱炉での加熱処理による前記被搬送材のクリープ量を推定し、当該クリープ量が許容範囲内に収まるように前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御する制御装置とを具備する、という手段を採用する。

また、本発明では、熱処理装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記加熱炉の炉内温度を計測する炉内温度計をさらに備え、前記制御装置は、前記被搬送材のクリープ量が第１閾値を超えた場合に、前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御し、前記被搬送材のクリープ量が前記第１閾値より高い第２閾値を超えた場合で且つ前記炉内温度が許容値を超えた場合、前記巻出機及び前記巻取機の制御に加えて、前記加熱炉を制御して前記炉内温度を低下させる、という手段を採用する。

また、本発明では、熱処理方法に係る第１の解決手段として、巻出機によってコイル状に巻回された被搬送材を搬送方向へ送出する巻出工程と、加熱炉によって前記被搬送材を加熱処理する加熱工程と、巻取機によって前記加熱処理後の前記被搬送材をコイル状に巻き取る巻取工程と、前記加熱炉の入口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第１の速度計測工程と、前記加熱炉の出口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第２の速度計測工程と、前記第１の速度計測工程及び前記第２の速度計測工程から得られる各計測結果に基づいて、前記加熱炉での加熱処理による前記被搬送材のクリープ量を推定し、当該クリープ量が許容範囲内に収まるように前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御する制御工程とを有する、という手段を採用する。

また、本発明では、熱処理方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記加熱炉の炉内温度を計測する炉内温度計測工程をさらに有し、前記制御工程では、前記被搬送材のクリープ量が第１閾値を超えた場合に、前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御し、前記被搬送材のクリープ量が前記第１閾値より高い第２閾値を超えた場合で且つ前記炉内温度が許容値を超えた場合、前記巻出機及び前記巻取機の制御に加えて、前記加熱炉を制御して前記炉内温度を低下させる、という手段を採用する。

本発明によれば、従来のように被搬送材にマーキングする手法と比較して、加熱炉内での加熱処理による被搬送材のクリープ量を安全、正確且つリアルタイムに把握でき、以って被搬送材の適切な熱処理を実現することができる。

本実施形態に係る熱処理装置Ａの構成概略図である。熱処理装置Ａの動作に関する補足説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る熱処理装置Ａの構成概略図である。なお、本熱処理装置Ａは、常に同じ断面形状を有する被搬送材Ｘを、張力を駆動力として搬送しながら熱処理するものであり、被搬送材Ｘの材質は特に限定されない（金属材料でも樹脂材料でも良い）。

この図１において、符号１は、コイル状に巻回された被搬送材Ｘを搬送方向へ送出する巻出機である。符号２は、巻出機１の回転軸を回転させる巻出用可変速モータである。この巻出用可変速モータ２の回転速度及び回転トルクは、後述の制御装置９によって制御される。

符号３は、被搬送材Ｘの搬送経路上の所定位置に設置された加熱炉であり、巻出機１から搬送される被搬送材Ｘを任意の温度で連続的に加熱処理を行う。符号４は、加熱炉３の炉内温度を計測し、その計測結果を示す炉内温度信号を制御装置９へ出力する炉内温度計である。この加熱炉３の炉内温度は、制御装置９によって目標温度となるようにフィードバック制御される。

符号５は、加熱炉３による加熱処理後の被搬送材Ｘをコイル状に巻き取る巻取機である。符号６は、巻取機５の回転軸を回転させる巻取用可変速モータである。この巻取用可変速モータ６の回転速度及び回転トルクは、後述の制御装置９によって制御される。なお、詳細は後述するが、上記の巻出用可変速モータ２及び巻取用可変速モータ６の回転トルクは、加熱炉３の入口側及び出口側における被搬送材Ｘの張力（入口側張力Ｔ１、出口側張力Ｔ２）が等しくなるよう（Ｔ１＝Ｔ２）に制御される。

符号７は、加熱炉３の入口側における被搬送材Ｘの搬送速度（以下、入口側材料搬送速度と称す）を計測する第１の速度計測器である。この第１の速度計測器７は、被搬送材Ｘを上下方向から挟み込むように平行対峙するように配置された一対の加熱炉入口側補助ロール７ａ、７ｂと、加熱炉入口側補助ロール７ａの回転軸に取り付けられたエンコーダ７ｃとから構成されている。

加熱炉入口側補助ロール７ａ、７ｂは、常に被搬送材Ｘを上下方向から挟み込む力を付与されながら、被搬送材Ｘの搬送動作に同期して回転する構成となっている。つまり、加熱炉入口側補助ロール７ａ、７ｂの回転速度は入口側材料搬送速度に相当する。エンコーダ７ｃは、加熱炉入口側補助ロール７ａの回転速度（つまり入口側材料搬送速度）を検出し、その検出結果に応じたパルス信号を後述の制御装置９に出力する。

符号８は、加熱炉３の出口側における被搬送材Ｘの搬送速度（以下、出口側材料搬送速度と称す）を計測する第２の速度計測器である。この第２の速度計測器８は、被搬送材Ｘを上下方向から挟み込むように平行対峙するように配置された一対の加熱炉出口側補助ロール８ａ、８ｂと、加熱炉出口側補助ロール８ａの回転軸に取り付けられたエンコーダ８ｃとから構成されている。

加熱炉出口側補助ロール８ａ、８ｂは、常に被搬送材Ｘを上下方向から挟み込む力を付与されながら、被搬送材Ｘの搬送動作に同期して回転する構成となっている。つまり、加熱炉出口側補助ロール８ａ、８ｂの回転速度は出口側材料搬送速度に相当する。エンコーダ８ｃは、加熱炉出口側補助ロール８ａの回転速度（つまり出口側材料搬送速度）を検出し、その検出結果に応じたパルス信号を後述の制御装置９に出力する。

符号９は、炉内温度計４、第１の速度計測器７及び第２の速度計測器８から得られる各計測結果、つまり炉内温度、入口側材料搬送速度及び出口側材料搬送速度に基づいて、加熱炉３での加熱処理による被搬送材Ｘのクリープ量（伸び量）が許容範囲内に収まるように、巻出用可変速モータ２及び巻取用可変速モータ６の回転速度及び回転トルクを制御する制御装置である。

次に、上記のように構成された熱処理装置Ａの動作について詳細に説明する。
まず、制御装置９は、炉内温度計４から得られる炉内温度の計測結果に基づき、当該炉内温度が目標温度となるように加熱炉３を制御すると共に、不図示の張力計によって加熱炉３の入口側及び出口側における被搬送材Ｘの張力（入口側張力Ｔ１、出口側張力Ｔ２）を常にモニターしながら、両張力が等しくなる（Ｔ１＝Ｔ２）ように巻出用可変速モータ２及び巻取用可変速モータ６の回転トルク（つまり、巻出機１の巻出トルク及び巻取機５の巻取トルク）を制御する。

この時、被搬送材Ｘは、一定速度で巻出機１から巻取機５へ搬送されるが、加熱炉３内での加熱処理により被搬送材Ｘが軟化して一定張力の下で伸びると、その伸びた量分だけ巻取機５は巻出機１よりも早く回転して、被搬送材Ｘの長さ方向の増加量（伸び量）を吸収する。このため、加熱炉３の入口側と出口側での材料搬送速度（入口側材料搬送速度、出口側材料搬送速度）との間に相対速度差が生じるため、この相対速度差から加熱炉３内での加熱処理による被搬送材Ｘのクリープ量（伸び量）を推定することができる。

このように、制御装置９は、被搬送材Ｘの搬送動作中において、第１の速度計測器７及び第２の速度計測器８から得られる入口側材料搬送速度及び出口側材料搬送速度の計測結果を基に、加熱炉３内での加熱処理による被搬送材Ｘのクリープ量をリアルタイムで監視しながら、当該クリープ量が許容範囲内に収まるように、巻出用可変速モータ２及び巻取用可変速モータ６の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御する。

例えば、図２に示すように、制御装置９は、クリープ量が許容範囲を超えた場合（クリープ量が第１閾値を超えた場合）、巻出用可変速モータ２及び巻取用可変速モータ６の回転速度、つまり巻出機１と巻取機５の回転速度を制御することで、被搬送材Ｘの張力を許容範囲内で小さく下げる。これにより、好適な熱処理を続けることが可能となる。

また、制御装置９は、被搬送材Ｘの破断につながる恐れのある過大なクリープ量が検知された場合（クリープ量が第１閾値より高い第２閾値を超えた場合）は、許容される範囲で巻出機１と巻取機５の回転速度の制御（巻出用可変速モータ２及び巻取用可変速モータ６の回転速度の制御）により被搬送材Ｘの張力を下げると共に、被搬送材Ｘの搬送速度を上げることで、搬送材が加熱される時間を短くし、これによってクリープの発生を抑制しながら速やかに加熱炉３内を通過させる。これにより、被搬送材Ｘの破断を未然に防ぐことも可能である。

さらに、制御装置９は、クリープ量が第２閾値を超えた場合で且つ、炉内温度計４から得られる炉内温度の計測結果から加熱炉３の炉内温度が許容値を超えたと判断した場合には、巻出機１と巻取機５の制御に加えて、加熱炉３を制御して炉内温度を低下させる。炉内温度を低下させる手法としては、加熱炉３に対して、炉内雰囲気と同じガス（つまり被搬送材Ｘの熱処理にガス組成的には悪影響を及ぼさないガス）の新規の封入量を増やすことや、ガスの温度を事前に下げることで速やかに炉内温度を下げること、或いは二次壁などによって冷却水が流されている場合はこの冷却水の温度や流量を調節することにより速やかに炉内温度を下げること、さらには加熱に用いている燃焼機器や電気加熱手段等の加熱機器の温度を下げること等を採用できる。

以上のような本実施形態によれば、従来のように被搬送材Ｘにマーキングする手法と比較して、加熱炉３内での加熱処理による被搬送材Ｘのクリープ量を安全、正確且つリアルタイムに把握でき、このように把握したクリープ量が許容範囲内に収まるように巻出機１、巻取機５及び加熱炉３の制御を行うことにより、被搬送材Ｘの適切な熱処理を実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
例えば、上記実施形態では、クリープ量が許容範囲内に収まるように、巻出機１と巻取機５の回転速度を制御する場合を例示したが、これら巻出機１と巻取機５の回転速度或いは回転トルクの制御によって、クリープ量が許容範囲内に収まるようにしても良い。

Ａ…熱処理装置、１…巻出機、２…巻出用可変速モータ、３…加熱炉、４…炉内温度計、５…巻取機、６…巻取用可変速モータ、７…第１の速度計測器、８…第２の速度計測器、９…制御装置、Ｘ…被搬送材

Claims

コイル状に巻回された被搬送材を搬送方向へ送出する巻出機と、
前記巻出機の下流側に設置され、前記被搬送材を加熱処理する加熱炉と、
前記加熱処理後の前記被搬送材をコイル状に巻き取る巻取機と、
前記加熱炉の入口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第１の速度計測器と、
前記加熱炉の出口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第２の速度計測器と、
前記第１の速度計測器及び前記第２の速度計測器から得られる各計測結果に基づいて、前記加熱炉での加熱処理による前記被搬送材のクリープ量を推定し、当該クリープ量が許容範囲内に収まるように前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とする熱処理装置。
前記加熱炉の炉内温度を計測する炉内温度計をさらに備え、
前記制御装置は、前記被搬送材のクリープ量が第１閾値を超えた場合に、前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御し、前記被搬送材のクリープ量が前記第１閾値より高い第２閾値を超えた場合で且つ前記炉内温度が許容値を超えた場合、前記巻出機及び前記巻取機の制御に加えて、前記加熱炉を制御して前記炉内温度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
巻出機によってコイル状に巻回された被搬送材を搬送方向へ送出する巻出工程と、
加熱炉によって前記被搬送材を加熱処理する加熱工程と、
巻取機によって前記加熱処理後の前記被搬送材をコイル状に巻き取る巻取工程と、
前記加熱炉の入口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第１の速度計測工程と、
前記加熱炉の出口側における前記被搬送材の搬送速度を計測する第２の速度計測工程と、
前記第１の速度計測工程及び前記第２の速度計測工程から得られる各計測結果に基づいて、前記加熱炉での加熱処理による前記被搬送材のクリープ量を推定し、当該クリープ量が許容範囲内に収まるように前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御する制御工程と、
を有することを特徴とする熱処理方法。
前記加熱炉の炉内温度を計測する炉内温度計測工程をさらに有し、
前記制御工程では、前記被搬送材のクリープ量が第１閾値を超えた場合に、前記巻出機及び前記巻取機の回転速度或いは回転トルクの少なくとも一方を制御し、前記被搬送材のクリープ量が前記第１閾値より高い第２閾値を超えた場合で且つ前記炉内温度が許容値を超えた場合、前記巻出機及び前記巻取機の制御に加えて、前記加熱炉を制御して前記炉内温度を低下させることを特徴とする請求項３に記載の熱処理方法。