JP2014196534A - 鋼板の熱処理温度管理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、従来、炉内雰囲気から鋼板へと伝導する熱量から、時間の変化に対応した鋼板の温度分布を算出し鋼板温度を予測する実体温度管理方法が採用されてきた。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、鋼板温度を正確に算出することができる鋼板の熱処理温度管理方法を提供することを目的としている。
また、本発明に係る鋼板温度管理方法の第2の態様は、前記複数の分割領域で個別に前記形態係数と放射率との積を設定するようにしている。
また、本発明に係る鋼板温度管理方法の第3の態様は、前記複数の分割領域を、前記鋼板の幅方向に複数形成している。
また、本発明に係る鋼板温度管理方法の第6の態様は、前記一次元の熱伝導方程式が、熱伝導率をλ、鋼板内温度をT、鋼板表面からの深さをx、ステファンポルツマン定数をσ、放射率をε、形態係数をVf、対流熱伝導係数をαとしたときに、
図1は本発明を適用し得る熱処理炉を示す外観図である。この図1において、熱処理炉1の前後にスラブ等を圧延して製造された厚板鋼板でなる鋼板2を搬送する入側搬送ローラ3A及び出側搬送ローラ3Bが配置されている。
そして、炉体4の上側炉壁4aには、幅方向の中央部に上部中央温度計7aが配置され、この上部中央温度計7aの左側に所定距離離れた位置に上部左温度計7bが配置されている。さらに、炉体4の下側炉壁4bには、幅方向の略中央位置に下部中央温度計7cが配置されている。これら温度計7a〜7cのそれぞれは例えば熱電対等の温度計で構成されている。
そして、炉体4内は、鋼板2の搬送方向に分割された14の炉内ゾーンが設定され、各炉内ゾーン毎に個別に温度制御が可能に構成されている。
したがって、鋼板2は、入側搬送ローラ3Aによって搬送されて炉体4内に装入され、この炉内4内でハースロール5によって搬送され、熱処理が終了した後に炉体4の出側で、出側搬送ローラ3Bに受け渡されて外部に搬送される。
すなわち、先ず、ステップS1で鋼板の熱処理温度設定が行われる。
鋼板の熱処理温度は、鋼板の向先、用途、板厚、板幅、材質等の製品条件をもとに過去の熱処理データベースに基づいて決定される。鋼板の熱処理温度の設定に当たっては、最も効率の良い製造手順が求められ、例えば、同じ熱処理温度で処理する鋼板を複数準備し、同じチャンスで熱処理が行われる。
この炉内雰囲気温度設定では、ステップS1で設定した鋼板の熱処理温度になるように過去の熱処理データベースに基づいて熱処理炉の炉内雰囲気温度を設定する。
なお、運用として、熱処理炉の炉内雰囲気温度に合せて、対応する熱処理温度の鋼板を製品条件から選択し、鋼板保管ヤードから準備してもよい。
この鋼板の基準点設定は、図5に示すように、炉内ゾーンへの鋼板の装入は複数枚の鋼板を1つの単位として扱う、いわゆるタンデム装入を行うのが効率的で、この実施形態では最大4枚の鋼板を1つの単位としてタンデム装入している。基準点の数は温度精度の観点からは多い方が好ましいが、プロセスコンピュータによる温度データ処理の関係から計算負荷が増すだけで効率的でない。現実的には、基準点の位置及び数は鋼板の形状にもよるが、鋼板全体の温度を把握するのに十分な位置及び数があればよい。
炉内雰囲気温度は炉内幅方向、炉内長手方向の所定位置に設置した複数の熱電対で計測した。各炉内ゾーンにおいて炉内幅方向にそれぞれに少なくとも2点計測する。各炉ゾーンにおける炉内長手方向の温度分布は、幅方向の温度分布の測定に供した熱電対で代表させても良いし、別途測定点を設けても良い。前者の場合、長手方向の温度分布は1点の計測値で代表することになる。図8は炉内雰囲気温度の測定概要を示す図で、熱電対を設置した位置での炉内幅方向断面を示す。
なお、温度計測手段は熱電対に限定されるものでなく、目的温度を計測して電気信号に変えうる如何なる手段であってもよい。
この炉内雰囲気温度の算出は、ステップS4で計測した温度から例えば線形補間し、鋼板内に設定した基準点の炉内雰囲気温度を求める。図8に対応させて炉内温度を模式的に示したのが図9である。炉内幅方向に設置した2点の熱電対で計測した温度で線形補間し、炉内雰囲気温度分布を求め、そして、それに基づいて鋼板幅方向の基準点の炉内雰囲気温度を求めた例である。このようにして、仮想の熱電対で測定した基準点上の温度が求まる。上記は2点の例であるが、3点の場合もそれぞれ熱電対で計測した各温度間を線形補間すればよい。
この場合、熱処理パターンによっては、所定時間保持してから抽出することもある。
なお、上記フローチャートで、ステップS3〜ステップS7の処理は、図4に示すように、熱処理プログラマブルコントローラ8で実行される。
本発明においては、ステップS6で実行する基準点における鋼板温度の算出処理で、熱処理炉の炉内雰囲気温度から鋼板温度を推定計算するにあたっては、下記の式(4)乃至式(5)を用いた。これらの式は、下記の熱伝導のフーリエ法則を用いて求められる。
まず、炉内の境界条件、すなわち炉内雰囲気から鋼板表面への単位時間、単位面積あたりの熱量は上記式(1)により次のようになる。
ここで、式(4)で使用する放射率ε及び形態係数Vfについては、熱処理炉1の炉体4内の分割領域A1及びA2毎に個別に設定されている。
この放射率ε及び形態係数Vfの設定は、前述した式(4)における輻射伝熱を表す右辺第1項で放射率ε及び形態係数Vfを乗算する積の形で表されているので、ε×Vfとして設定する。
なお、鋼板2内の温度としては、図6に示すように、上面視で例えば搬送方向の前端部、中央部及び後端部についてそれぞれ幅方向の両端部及び中央部の3点で計9点の基準点を設定し、図7に示すように、平面視の各基準点について厚み方向に例えば等分割した前記(1)式のdxに対応する深さ毎に9点の計81の基準点の温度を前記式(4)及び(5)に基づいて計算する。
このとき、熱処理炉1内に、図5に示すように、複数の鋼板2を2列で同時装入する場合には、2列の鋼板2のうち互いに対向する内側の基準点については分割領域A1の放射率ε及び形態係数Vfの積(ε×Vf)を使用して、式(4)及び式(5)に基づいて温度計算値を算出し、外側となる2点については分割領域A2を使用して、式(4)及び式(5)に基づいて温度計算値を算出する。
しかも、放射率ε及び形態係数Vfの積(ε×Vf)として分割領域毎に設定するので、放射率ε及び形態係数Vfを個別に算出する必要がなく、放射率ε及び形態係数Vfの積(ε×Vf)の算出を容易に且つ正確に行うことができる。
また、上記実施形態においては、鋼板2の基準点を上面視で9点、深さ方向に9点の計81点設定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、基準点の設定は鋼板2の長さ、幅及び厚さに基づいて任意に設定することができる。
さらに、熱処理炉1の構成は上記構成に限定されるものではなく、燃焼方式や搬送方式が異なる他の構成を有する熱処理炉にも本発明を適用することができる。
また、温度測定部としては熱電対に限定されるものではなく、他の温度測定器を適用することができる。
Claims (7)
- 鋼板を熱処理炉内に装入して熱処理する鋼板の熱処理温度管理方法であって、
前記熱処理炉内に装入する前記鋼板の温度を炉内雰囲気温度の分布に基づいて算出する際に使用する形態係数と放射率とを複数の分割領域で個別に設定したことを特徴とする鋼板の熱処理温度管理方法。 - 前記複数の分割領域で個別に前記形態係数と放射率との積を設定することを特徴とする請求項1に記載の鋼板の熱処理温度管理方法。
- 前記複数の分割領域は、前記鋼板の幅方向に複数形成するようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼板の熱処理温度管理方法。
- 前記形態係数と放射率の積の同定は、試験用鋼板の前記分割領域に対応する位置に温度測定部を埋設し、該温度測定部を埋設した試験用鋼板を熱処理炉に装入して通板させたときの測温結果と、そのときの前記形態係数及び放射率の積に基づく鋼板温度の算出結果との平方平均2乗誤差が最小となる前記形態係数と放射率の積を設定することにより行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の鋼板の熱処理温度管理方法。
- 鋼板を熱処理炉内に装入して熱処理する鋼板の熱処理温度管理方法であって、
前記加熱処理炉内における前記鋼板の温度を炉内雰囲気温度の分布により形態係数及び放射率を含む一次元の熱伝導方程式を用いて算出する際に、前記鋼板の幅方向及び搬送方向にそれぞれ複数に分割した分割領域で個別に前記形態係数及び前記放射率を設定したことを特徴とする鋼板の熱処理温度管理方法。 - 前記形態係数と放射率の積の同定は、試験用鋼板の前記分割領域に対応する位置に温度検出部を埋設し、該温度検出部を埋設した試験用鋼板を熱処理炉に装入して通板させたときの測温結果と、そのときの前記形態係数及び放射率の積に基づいて前記一次元の熱伝導方程式で算出した鋼板温度の算出結果との平方平均2乗誤差が最小となるように前記形態係数と放射率の積を設定することにより行うことを特徴とする請求項6に記載の鋼板の熱処理温度管理方法。
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