JP2607795B2 - 連続式炉の処理条件調整方法およびその装置 - Google Patents

連続式炉の処理条件調整方法およびその装置

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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、炉内で金属ストリップ
等の帯状材料を連続的に熱処理する連続式炉において材
料の処理条件を調整する方法およびその方法を実施する
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】帯状材料が炉内で連続的に搬送されなが
ら熱処理される連続式炉では、材料処理条件特に加熱条
件を予め決められた状態に維持するために、炉内温度を
検出し、その結果に基づいて材料処理条件を定期的に補
正する必要がある。そこで、従来、連続炉では、温度検
出器で検出された炉内の熱風温度(以下「実績熱風温
度」という。)と、材料が炉内を搬送されている実際の
ライン速度(以下「実績ライン速度」という。)を計算
機に読み込み、これらの値をもとに材料加熱に要する熱
伝達量、具体的には材料に吹付ける熱風のノズル圧力を
計算するようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記必
要ノズル圧力を求める計算は極めて複雑で、上記実績熱
風温度と実績ライン速度等から一義的に計算できるもの
でなく、繁雑な回帰計算を行わなければならなかった。
すなわち、従来の計算方法では、まず材料板厚、材料板
幅、設定ライン速度、炉出口材料温度、炉入口材料温度
などのデータを処理材料毎にスケジュール登録しておき
(ステップ1)、この登録されたデータをもとに必要ノ
ズル圧力算出係数を算出し(ステップ2)、次に実績熱
風温度をもとに上記必要ノズル圧力算出係数を補正し
(ステップ3)、最後に実績ライン速度と上記必要ノズ
ル算出係数をもとに必要ノズル圧力を算出しており(ス
テップ4)、上記ステップ2からステップ4の計算には
いずれも回帰計算が含まれていた。また、上記回帰計算
は、周知の通り、入熱値と出熱値との熱平衡差が所定の
許容値内に入るまで繰り返し行われるものである。
【0004】そのため、必要ノズル圧力を計算するのに
長時間(具体的に約20秒程度)を要し、その結果ノズ
ル圧力の調整サイクルが極めて長くなり、材料変更に伴
う実績熱風温度並びに実績ライン速度の変化に即座に対
応出来ず、材料の加熱不良を招来するという問題点があ
った。特に、多品種の帯状材料を処理する場合、板厚の
異なる材料間の接続部前後で所要の熱処理が行えず、多
量の不良長が発生していた。
【0005】そこで、本発明は上記問題点を解決し、連
続式炉の処理条件を実績熱風温度、実績ライン速度を用
いてリアルタイムで計算でき、材料処理条件の調整サイ
クルが極めて短時間となる処理条件調整方法およびその
方法を実施する装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る連続式炉の処理条件調整方法は、生産
スケジュールに基き定められた熱風温度基準値及び材料
搬送速度基準値を用いて材料の出熱と入熱との間の熱平
衡式から求めた出熱補正係数および入熱補正係数の各々
とその各々に対応する出熱基準係数および入熱基準係数
との差が許容範囲内に入るまで計算を繰り返す回帰計算
により最終的な出熱基準係数と入熱基準係数を予め計算
しておき、この最終的な出熱基準係数と入熱基準係数、
および所定時間毎に検出される熱風温度検出値、並びに
材料搬送速度検出値を用いて材料加熱に要する熱伝達量
を補正計算するものである。
【0007】また、本発明に係る連続式炉の処理条件調
整装置は、比熱計算手段、材料搬送速度基準値を用いて
出熱を計算する手段、熱風温度基準値を用いて入熱を計
算する手段、および材料の出熱と入熱との間の熱平衡式
から求めた出熱補正係数および入熱補正係数の各々とそ
の各々に対応する出熱基準係数および入熱基準係数との
差が許容範囲内に入るまで計算を繰り返す回帰計算を行
う係数計算手段を備えた第1計算手段と、上記出熱基準
係数、入熱基準係数、および所定時間毎に入力される熱
風温度検出値並びに材料搬送速度検出値を用いて材料加
熱に要する熱伝達量を計算する第2計算手段と、を備え
たものである。
【0008】
【作用】上記処理条件調整方法では、材料条件等に応じ
て熱風温度基準値、並びにライン速度基準値を用いて出
熱と入熱がそれぞれ計算される。また、これら出熱と入
熱との熱平衡回帰計算より出熱基準係数と入熱基準係数
が計算される。そして、以後、上記出熱基準係数と入熱
基準係数、および所定時間毎に検出される実績熱風温度
並びに実績ライン速度をもとに処理条件、例えば必要ノ
ズル圧力が求められる。
【0009】次に、上記処理条件調整装置では、第1計
算手段で、比熱計算、ライン速度基準値に基づく出熱計
算、および熱風温度基準値に基づく入熱計算が行われる
と共に、上記出熱計算と入熱計算によってそれぞれ得ら
れた出熱と入熱の熱平衡回帰計算により出熱基準係数と
入熱基準係数が求められる。第2計算手段では、上記第
1計算手段で求められた出熱基準係数、入熱基準係数
と、所定時間毎に入力される実績熱風温度並びに実績ラ
イン速度をもとに処理条件が計算される。
【0010】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図1は連続式炉における材料加熱にか
かわる熱風吸付ノズル圧力制御系を示し、1は連続式炉
(以下単に「炉」という。)、2はバーナ、3はバーナ
2に供給される燃料の調整弁、4は燃料調整弁3の開度
調整モータ、5はバーナ2により加熱された空気を材料
に吹付ける循環ファン、6は循環ファンの駆動モータ、
7は循環ファンの回転数調整装置、8は炉内排ガスの排
気ファン、9は排気ファンの駆動モータ、10は排気フ
ァンの回転数調整装置、11はバーナ2により加熱され
た空気のノズル圧力検出器、12は熱風温度検出器、1
3は第1計算機、14は第2計算機、15は熱風温度調
節計、16は圧力調節計である。
【0011】上記構成を有する制御系では、第1計算機
13と第2計算機14により炉1の操業条件が決定さ
れ、第2計算機14から熱風温度調節計15に温度制御
データが出力され、圧力調節計16に圧力制御データが
出力される。上記第1計算機13と第2計算機14の処
理内容は後に詳述する。
【0012】熱風温度調節計15は、第2計算機14か
ら出力された温度制御データに基づいて開度調整モータ
4を駆動し、燃料調整弁3の開度調整によりバーナ2に
供給される燃料の供給量を調節する。また、熱風温度調
節計15は、温度検出器12で検出された炉内の熱風温
度(実績熱風温度)TFAに関する信号を第2計算機14
に出力する。
【0013】圧力調節計16は、第2計算機14から出
力された圧力制御データに基づいて回転数調整装置7に
モータ6の回転数を調整する回転数設定信号を出力し、
バーナ2により加熱された空気を材料に吹付ける循環フ
ァン6の風量を調節する。また、圧力調節計16は、圧
力検出器11で検出されたノズル圧力PF、すなわちノ
ズルから噴出される加熱された空気のノズル圧力に関す
る検出信号を第2計算機14に出力する。
【0014】次に、第1計算機13の計算内容について
図2を参照して説明する。第1計算機13では、材料に
吹付ける必要ノズル圧力を計算するために用いる係数、
具体的には、材料の比熱CM,出熱基準係数Q
OUT(C),入熱(対流加熱)基準係数QC(C),入熱
(輻射伝熱)基準係数QR(C)が、下記するステップ
#1〜ステップ#6の計算によって求められる。
【0015】具体的に、ステップ#1では、材料板厚T
H、材料板幅Wを材料ごとにスケジュール登録すること
と、炉入口の板温TIN、炉出口の板温TOUT等をもとに
比熱CMを計算することとが行われる。
【0016】ステップ#2では、数式1に、材料板厚T
H,比熱CM等にもとに求められる出熱基準係数QOUT
(C),材料板幅W,実績ライン速度LSAを代入し、
出熱QOUTが計算される。
【数1】
【0017】ステップ#3では、数式2に、炉長,炉内
の伝熱係数等をもとに求められる入熱(対流加熱)基準
係数QC(C),生産目的ごとに作成されたテーブルか
ら求められる熱風温度基準値TFS,この熱風温度基準値
FSおよび上記板温度TIN,TOUT等をもとに求められ
る温度対数平均温度差LMT,材料板幅W,ノズル圧力
F,その他の諸定数を代入して入熱(対流加熱)QC
計算される。
【数2】
【0018】ステップ#4では、数式3に、材料放射
率,炉長,上記熱風温度基準値TFSおよび温度対数基準
値LMT等をもとにに求められる入熱(輻射加熱)基準
係数QR(C)、材料板幅Wを代入して入熱(輻射伝
達)QRが計算される。
【数3】
【0019】ステップ#5では、上記出熱QOUTと入熱
(QC+QR)との熱平衡計算を行い、その結果に基づい
て出熱補正係数QOUT(C)’,入熱(対流加熱)補正
係数QC(C)’,入熱(輻射伝熱)補正係数Q
R(C)’が計算される。
【0020】ステップ#6では、上記ステップ#5で計
算された出熱補正係数QOUT(C)’,入熱(対流加
熱)補正係数QC(C)’,入熱(輻射伝熱)補正係数
R(C)’と、上記ステップ#2,#3,#4でそれ
ぞれ用いた出熱基準係数QOUT(C),入熱(対流加
熱)基準係数QC(C),入熱(輻射伝熱)基準係数QR
(C)とを比較し、それらの差(│Q(C)’−Q
(C)│)がすべて許容値δの範囲内に入っているか否
かそれぞれ判定される。そして、判定の結果、補正係数
と基準係数との差がすべての係数について所定の許容値
δの範囲内に入っていれば、ステップ#7で上記出熱基
準係数QOUT(C),入熱(対流加熱)基準係数Q
C(C),入熱(輻射伝熱)基準係数QR(C)の値が第
2計算機14に出力される。一方、補正係数と基準係数
との差が所定の許容値δの範囲内に入っていなければス
テップ#8が実行され、上記補正係数と基準係数をもと
に新たな基準係数が設定され、この基準係数に基づいて
再びステップ#1〜#6の処理が実行される。
【0021】次に、第2計算機14の計算内容を図3を
参照して説明する。第2計算機14では、下記するステ
ップ#11,#12にしたがって、上記第1計算機13
で計算された出熱基準係数QOUT(C)、入熱(対流加
熱)基準係数QC(C)、入熱(輻射伝熱)基準係数QR
(C)と、実績熱風温度TFA、実績ライン速度LSA
もとに材料に吹付けるに必要なノズル圧力が計算され
る。
【0022】具体的に、ステップ#11では、実績熱風
温度TFAを数式4に代入して実績熱風温度補正係数TF
(C)が求められる。
【数4】
【0023】ステップ#12では、上記実績熱風温度補
正係数TF(C)と実績ライン速度LSA、および上記第
1計算機13で計算された出熱基準係数QOUT(C)、
入熱(対流加熱)基準係数QC(C)、入熱(輻射伝
熱)基準係数QR(C)を数式5に代入してノズル圧力
Fが計算される。
【数5】
【0024】そして、上記ノズル圧力PFが設定値とし
て圧力調節計16に出力され、バーナ2により加熱され
た空気を材料に吹付ける循環ファン5の回転数を制御す
ることによりノズル圧が調整され、材料加熱に要する熱
伝達量が補正される。また、上記実績熱風温度TFA並び
実績ライン速度LSAは所定時間毎に第2計算機14に
読み込まれ、その都度ノズル圧力PFが補正される。つ
まり、第2計算機14におけるノズル圧力PFを求める
計算は簡単で、複雑な回帰計算を必要としないので、第
2計算機14の計算時間は極めて短く、実績熱風温度並
びに実績ライン速度の変化に対してこれを早期に補正す
ることができる。
【0025】なお、上記実施例では、実績熱風温度TFA
と実績ライン速度LSAをもとにバーナ加熱装置を用い
て必要ノズル圧力を調整する場合について説明したが、
電熱ヒータ等その他の熱源あるいはノズル風速を調整す
る制御にも本発明を適用することができる。
【0026】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
かかる連続式炉の処理条件調整方法では、熱風温度基準
値並びにライン速度基準値を用いて出熱と入熱が計算さ
れ、それら出熱と入熱の熱平衡回帰計算によって出熱基
準係数と入熱基準係数が予め計算される。次に、上記出
熱基準係数、入熱基準係数と、所定時間毎に検出される
実績熱風温度、並びに実績ライン速度をもとに材料処理
条件が計算される。また、本発明にかかる連続式炉の処
理条件調整装置では、上記出熱基準係数、入熱基準係数
の計算は第1計算手段で行われ、材料処理条件の計算は
所定時間毎に入力される実績熱風温度並びに実績ライン
速度に基づいて第2計算手段で行われる。
【0027】したがって、確かに、出熱基準係数と入熱
基準係数は回帰計算によるので出熱基準係数と入熱基準
係数を求めるまでの計算には長時間を要するが、一度出
熱基準係数と入熱基準係数が計算されると、これら出熱
基準係数、入熱基準係数と、実績熱風温度、並びに実績
ライン速度を用いて連続式炉の処理条件が簡単かつ短時
間で計算できる。そのため、ノズル圧力等の処理条件の
調整サイクルが短くなり、実績熱風温度、並びに実績ラ
イン速度の変化に対して高精度の材料温度管理が可能と
なる。例えば、従来の方式では帯状材料接続部で約15
00m(ライン速度60m/min)の不良長が発生し
たが、本発明を採用することにより同じライン速度で不
良長を約40mに抑えることが可能になった。
【0028】また、第1計算手段で複雑な回帰計算を予
め行っておき、第2計算手段では簡単な計算だけを行う
ことができるので、第1計算手段の負担を軽減される。
つまり、炉を全体的に統括するホストコンピュータで予
め出熱基準係数と入熱基準係数を計算しておけば、その
後の処理は専用のコントローラで制御することができる
ので、ホストコンピュータの負担が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 材料加熱にかかわる熱風のノズル圧力調整装
置および制御回路図である。
【図2】 第1計算機のフローチャートである。
【図3】 第2計算機のフローチャートである。
【符号の説明】
1…連続式炉、2…バーナ、11…ノズル圧力検出器、
12…熱風温度検出器、13…第1計算機、14…第2
計算機。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生産スケジュールに基き定められた熱風
    温度基準値及び材料搬送速度基準値を用いて材料の出熱
    と入熱との間の熱平衡式から求めた出熱補正係数および
    入熱補正係数の各々とその各々に対応する出熱基準係数
    および入熱基準係数との差が許容範囲内に入るまで計算
    を繰り返す回帰計算により最終的な出熱基準係数と入熱
    基準係数を予め計算しておき、この最終的な出熱基準係
    数と入熱基準係数、および所定時間毎に検出される熱風
    温度検出値、並びに材料搬送速度検出値を用いて材料加
    熱に要する熱伝達量を補正計算することを特徴とする連
    続式炉の処理条件調整方法。
  2. 【請求項2】 比熱計算手段、材料搬送速度基準値を用
    いて出熱を計算する手段、熱風温度基準値を用いて入熱
    を計算する手段、および材料の出熱と入熱との間の熱平
    衡式から求めた出熱補正係数および入熱補正係数の各々
    とその各々に対応する出熱基準係数および入熱基準係数
    との差が許容範囲内に入るまで計算を繰り返す回帰計算
    を行う係数計算手段を備えた第1計算手段と、上記出熱
    基準係数、入熱基準係数、および所定時間毎に入力され
    る熱風温度検出値並びに材料搬送速度検出値を用いて材
    料加熱に要する熱伝達量を計算する第2計算手段と、か
    らなることを特徴とする連続式炉の処理条件調整装置。
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