JP2602384B2 - 熱処理炉の雰囲気制御方法と装置 - Google Patents

熱処理炉の雰囲気制御方法と装置

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JP2602384B2
JP2602384B2 JP3346405A JP34640591A JP2602384B2 JP 2602384 B2 JP2602384 B2 JP 2602384B2 JP 3346405 A JP3346405 A JP 3346405A JP 34640591 A JP34640591 A JP 34640591A JP 2602384 B2 JP2602384 B2 JP 2602384B2
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heat treatment
treatment furnace
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孝 史 関
崎 巧 三 小
藤 信 博 進
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Nittetsu Hokkaido Control Systems Co Ltd
Nippon Steel Corp
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Nittetsu Hokkaido Control Systems Co Ltd
Nippon Steel Corp
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  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は鋼材等の雰囲気熱処理炉
におけるPF(カーボンポテンシャル)値を変動なく一
定範囲内に制御する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鋼材熱処理炉において、炉内雰囲気ガス
の成分組成は、PF値で管理するのが一般的であり、P
F値PFは、(1)式で表わされる。
【0003】 PF=(CO)2/CO2 ・・・(1) その制御方法は、鋼材毎に決定されるPF値に従い、そ
の目標値に一致させる様に、炉内へ供給するガス量を制
御することにより行われている。この場合、炉内ガス成
分のCO,CO2 濃度より、PF演算器を用いてPF値
を求め、この演算値と予め設定された目標PF値との偏
差(△PF)がなくなるように、調節器でPI(比例・
積分)制御されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、PF値は、そ
の演算式からも判る様に、CO2 濃度が減少してくると
値が極端に大きくなる為、PF制御にハンチングが発生
し、その結果炉内鋼材の脱炭・侵炭が目標値以上に変化
してしまう場合が発生するが、これを防止する為に、特
開昭63-162820号公報にみられる様に、CO2 濃度が低
下してきた場合、そのPF調節ゲインをあるパターンに
沿って変化させることにより、PF値のハンチングを防
止する方法があるが、この場合、PF調節ゲインはCO
2 濃度と正の相関関係にあるように規制する為、その関
係を逸脱した場合には、PF値にハンチングが発生して
しまう問題があった。即ち、この場合CO2 濃度起因に
よるPF値変動に対しては有効であるが、CO濃度変
動,炉内温度変動等その他の要因による変動は考慮され
ていない為、狭義の意味でしか、最適PF制御ができな
いという問題があった。
【0005】本発明は、PF制御をCO2 濃度如何に係
わらず、多数要因によるものも含めて、あらゆる範囲に
わたって目標範囲にPF値を抑えることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、PF値自身の
変動状況を直接・連続的に演算し変動範囲がある一定値
以上を越えた場合PF調整ゲインを調整するという新し
いPF調節ゲインコントロール方法を提供する。又、P
F値の変動範囲が一定値以下になった場合は、PF調節
ゲインを逆に調整することにより応答性を高める。以下
に、その具体的手段について示す。
【0007】熱処理炉においては、雰囲気ガスの組成変
動は非常に重要な指標である。その変動は(1)式すなわ
ちPF値の演算式からも判る様に、CO,CO2 濃度の
変動により決定され、その変動状態は連続的であり且
つ、滑らかな曲線を描く。そこで、このPF値の変動状
況を演算式により捉える為には、PF値を△t秒間毎に
サンプリングし、サンプリング値をPF1 ,PF2 ,‥
‥‥‥‥,PFn とすると、PF値の連続的な変動は、
△t秒間の離散的な値に変換され、演算処理が容易とな
る。この値を用いて、まず、次式により△t秒間でのP
F値の変動量△PFn を演算する。
【0008】 △PFn =(PFn −PFn-1 )/△t ・・・(2) ここで、△PFn は、n時点のサンプリング値とn+1
時点のサンプリング値の間の変化量すなわち△t秒間の
PF値の変化量である。
【0009】この△PFを逐次演算すると、△PF1
△PF2 ‥‥‥‥‥△PFn がもとめられる。次に、こ
の△PFn を隣接する値で、逐次符号照合し、符号変化
があった場合の点を極大値または極小値すなわちピ−ク
値とし、その時点でのPF値をPFn ’としてメモリす
る。以降、順次△PFn 演算,符号照合およびピ−ク検
出を行い、変曲点毎のPF値をメモリする。これを、P
1 ’、PF2 ’‥‥‥PF’n-1 、PF’n とする
と、 △PFn ’=PFn ’−PFn-1 ’ ・・・(3) が求められる。そして、この△PFn ’と予め決めてお
いた△PFa との絶対値比較を行い変動判定を行う。そ
して、 △PFa <△PFn ’でありかつ△PFn ’>△P
n-1 ’>△PFn-2’の場合は、PF値がハンチング
していると判断し、PF調節ゲインをX倍(X<1)変
化させることによりPFゲインを落とし、ハンチングを
抑制する。又、 △PFa <△PFn ’でありかつ△PFn ’≒△P
n-1 ’≒PFn-2 ’の場合は、PF値がサイクリング
していると判断し、PF調節ゲインをY倍(Y<1)変
化させることによりPFゲインを落とし、サイクリング
を抑制する。
【0010】更に、PF調節ゲインを変化させた後、P
F値の変動が、△PFb 以内にはいっている場合には、
つまり △PFm ’<△PFb であり、△PFm ’≒△PF
m-1 ≒△PFm-2 で、しかも、PF設定値を変更するこ
とが生じた場合は、PF調節ゲインをZ倍(Z>1)変
化させることにより、従来の、PF値に戻し、設定値変
更時の応答性を回復させる。
【0011】そして、以上の判定を行う場合、一定の観
測時間を設け、その観測時間の中でゲイン変更ロジック
を動作させるようにしている。
【0012】以上のように、PF値の変動を常時把握
し、各種の演算を施すことでオンラインでダイナミック
にPFゲインを変更することができる。
【0013】
【実施例】図1に、本発明の熱処理炉PF制御装置の全
体構成を示す。図において1は熱処理炉であり、炉内の
加熱及び雰囲気ガス供給の為、バーナ等必要装置が装備
されている。2は雰囲気ガス分析計で、炉内雰囲気のC
O,CO2 を分析するものであり、炉内のサンプリング
点は炉内代表点をとるように複数設定される。3はPF
演算回路で、CO,CO2 の濃度によりPF値を演算す
る。4はPF調節器で、3で演算されたPF値にもとず
き、処理される鋼材毎に予め設定器8で設定された値と
なるようにP1制御するもので、その操作出力は、雰囲
気ガス調節弁5に出力され雰囲気ガス量を制御する。6
はPF値変動判定回路で、PF値のサンプリング処理,
変化率演算処理,ピーク判定処理、などをおこなうもの
である。7はPF調節ゲイン補正回路で、PF変動量に
応じて、PF調節器4の制御ゲインを変更できる機能を
備えている。
【0014】図2に、従来法によって鋼材を熱処理する
場合の時間経過に従ったPF値の変化を示す。先ず、炉
温を一定温度になるまで除々に高くすると、PF値も炉
内温度の上昇に伴って除々に上昇して行く。ここでは、
PF値の応答性を向上させる為、一般的にはPF調節器
の制御ゲインはやや高めに調整されている。次に、炉温
がある一定値に落ち着き、均熱状態を保持としている状
態では、PF値も同様に一定値に保持される。この均熱
状態を一定時間経過した後、徐冷却状態に入る。PF値
の変動は、炉内ガス組成変動が主因であり、PF調節ゲ
イン補正がない従来の場合は、炉内ガス組成の変動がP
F値の変動としてそのまま発生してしまう。 図3に、
本発明のPF値ゲイン制御を行った場合のPF値の変化
を示す。温度パターンは、昇熱から除々に上昇させて行
き、均熱状態を保持し、徐冷状態にはいるのは従来法と
同じであるが、PF値の変動を常時演算しており、PF
値が基準PF範囲を越える変動が発生した場合は、PF
値変動判定回路6で変動の発生を検知し、PF調節ゲイ
ン補償が行われる為、PF値の変動を一定の許容範囲以
内に抑制することができている。PF基準値を250に
設定した場合、従来法の変動幅は±20であったが、本
発明法では±10以内に収った。尚、△t秒は、プロセ
スの状況によって変化させるのが好ましく、0.5〜数
秒の範囲が現在のところ適切である。図3に示す例では
1秒とした。
【0015】
【効果】以上のように、本発明ではPF値の変動を逐次
演算することにより、常時変動状況を把握し、その変動
がある設定範囲を越えた場合、PF調節ゲインを抑制
し、PFの変動発生を抑えることができる為に、常にP
F値を最適なある一定範囲に抑制することができるとい
う利点がもたらされる。このことは、熱処理鋼材に対
し、脱炭・浸炭を起すことなく、適正な熱処理が可能で
あり、ひいては良質な鋼材が製造でき、産業上非常に大
きい効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【図2】 従来の制御によるPF値の変化を示すタイム
チャ−トである。
【図3】 本発明の制御によるPF値の変化を示すタイ
ムチャ−トである。
【図4】 本発明のPF値のサンプリング値PF1等と
演算結果ΔPFn,PF1 ’,ΔPF1 ’等を示すタイ
ムチャ−トであり、横軸が時間である。
【符号の説明】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進 藤 信 博 室蘭市仲町12番地 ニッテツ北海道制御 システム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−162820(JP,A) 特公 昭57−61097(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱処理炉内雰囲気中のカーボンポテンシャ
    ルを測定し、その測定値と予め定められたカーボンポテ
    ンシャルの基準値との差値に制御ゲインを加味して得ら
    れる投入ガス量変更信号をガス量調整手段に与えて雰囲
    気制御を行う熱処理炉の雰囲気制御方法において、測定
    したカーボンポテンシャルの変動振幅と予め定められた
    変動振幅の制御範囲基準との大小関係と、前記測定した
    変動振幅の増減傾向で変化する制御ゲインを用いて前記
    雰囲気制御を行うことを特徴とする熱処理炉の雰囲気制
    御方法。
  2. 【請求項2】熱処理炉内雰囲気中のカーボンポテンシャ
    ルを測定し、その測定値と予め入力されたカーボンポテ
    ンシャルの基準値との差値に制御ゲインを加味して得ら
    れる投入ガス量変更信号をガス量調整手段に与えて雰囲
    気制御を行うカーボンポテンシャル調節計を具備する熱
    処理炉の雰囲気制御装置において、測定したカーボンポ
    テンシャルを一定周期で読み取り且つ記憶し、前回測定
    値と今回測定値の差値から時々刻々変動するカーボンポ
    テンシャルの極大値と極小値を演算且つ記憶し、該極大
    値と極小値からカーボンポテンシャルの変動振幅を演算
    する演算手段と、該変動振幅と予め入力された変動振幅
    の制御範囲基準との大小関係および前記演算した変動振
    幅の増減傾向によりカーボンポテンシャル調節計の制御
    ゲインを補正する補正手段を設けたことを特徴とする熱
    処理炉の雰囲気制御装置。
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JPH075958B2 (ja) * 1986-12-26 1995-01-25 大同特殊鋼株式会社 熱処理炉の雰囲気制御方法

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