JP6849843B2 - 連続熱処理設備の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、金属部材を連続的に熱処理する連続熱処理設備の制御方法に関する。

電磁誘導加熱は、誘導電流によって金属部材を自己発熱させるため、急速な昇温とリアルタイムでの温度調節とを可能にする。電磁誘導加熱は、ソレノイド式およびトランスバース式に大別される。ソレノイド式は、金属部材の周囲にソレノイド状に巻回した加熱コイルを配置し、加熱コイルに交番電流を流して、金属部材の表面に誘導電流を発生させることにより、金属部材を加熱する。トランスバース式は、金属部材を挟むように金属部材の厚み方向に一対の加熱コイルを離間して対向配置して、加熱コイルから発生した交番磁界が金属部材の厚み方向に貫通するようにしたものである。

特許文献１は、圧延時のロール冷却水などに起因する幅方向における温度不均一性に対して温度補償を行うトランスバース式誘導加熱部と、長手方向における温度不均一性に対して温度補償を行うソレノイド式誘導加熱部とを有する加熱装置を開示する。

特許文献２は、連続焼鈍設備の予熱帯に配設されるトランスバース式およびソレノイド式の各誘導加熱部によって、予熱温度（薄鋼板のキュリー温度Tｃ未満）よりも２００℃以上低い温度に、および、予熱温度に、それぞれ、薄鋼板を予熱することを開示する。そして、特許文献２は、予熱帯の下流側において、加熱帯および均熱帯を設けることを開示する。

特開２００３−２９０８１２号公報 特開２０１６−９８４２０号公報

ソレノイド式は、金属部材の幅方向の温度均一性が優れているが、金属部材の温度が上昇して金属部材のキュリー温度に近づくと、金属部材の比透磁率が大きく低下するので、誘導電流の浸透深さが深くなる。その結果、厚みが薄い金属部材では、金属部材のおもて面を流れる誘導電流と裏面を流れる誘導電流とが相互に打ち消し合うようになり、加熱効率が大幅に低下する。これに対して、トランスバース式では、金属部材の厚みの影響を受けにくいが、誘導電流が金属部材の幅方向の端部に集中することによって端部が過加熱されるため、金属部材の幅方向の温度均一性がソレノイド式よりも劣る。

特許文献１では、トランスバース式誘導加熱部およびソレノイド式誘導加熱部によって、温度不均一性に対して温度補償を行おうとしているが、厚みが薄い金属部材に対して十分な温度均一性が得られているとは言い難い。

特許文献２は、ソレノイド式誘導加熱部によってキュリー温度近傍まで薄鋼板を急速加熱することを開示するだけであり、幅方向の温度均一性を、連続焼鈍設備においてトータルで良好にするための制御を開示するものではない。

そこで、この発明の課題は、金属部材の搬送方向に直交する幅方向における温度均一性をトータルで良好にできる連続熱処理設備の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の一態様に係る連続熱処理設備の制御方法は、
金属部材の搬送方向に沿って順に連続的に配設される、第１加熱部、第２加熱部および第３加熱部と、
前記第１加熱部、前記第２加熱部および前記第３加熱部のそれぞれに出力される第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力をそれぞれ制御する制御部と、
前記第１加熱部における第１電圧および第１電流を測定する第１測定部とを備え、
前記第１加熱部、前記第２加熱部および前記第３加熱部が、それぞれ、ソレノイド式誘導加熱部、トランスバース式誘導加熱部および抵抗加熱部である連続熱処理設備において、
前記制御部は、前記第１測定部によって測定された前記第１電圧および前記第１電流に基づいて並列共振回路における等価インピーダンスを算出し、算出された前記等価インピーダンスが閾値よりも大きくなったとき、前記第１出力電力が減少するように前記第１出力電力を制御することを特徴とする。

この発明によれば、第１加熱部すなわちソレノイド式誘導加熱部の並列共振回路における等価インピーダンスが閾値よりも大きくなったとき、第１出力電力を減少させている。言い換えると、第１加熱部によって加熱される金属部材の温度が金属部材のキュリー温度になる手前において、第１出力電力を減少させている。これにより、金属部材の温度が金属部材のキュリー温度よりも低い状態で、搬送方向に直交する幅方向における温度均一性が優れているソレノイド式誘導加熱部による加熱が維持されるので、幅方向における温度均一性をトータルで良好にできる。

一実施形態に係る連続熱処理設備を模式的に説明する斜視図である。 図１に示した連続熱処理設備のブロック図である。 連続熱処理設備における最適設定値を決めるときのフローチャートである。 連続熱処理設備を運転するときのフローチャートである。 連続熱処理設備を運転するときの変形例に係るフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、この発明に係る連続熱処理設備１の制御方法の実施の形態を説明する。

〔実施形態〕
図１から図４を参照しながら、一実施形態に係る連続熱処理設備１の制御方法を説明する。図１は、一実施形態に係る連続熱処理設備１を模式的に説明する斜視図である。図２は、図１に示した連続熱処理設備１のブロック図である。図３は、連続熱処理設備１における最適設定値を決めるときのフローチャートである。図４は、連続熱処理設備１を運転するときのフローチャートである。

〔連続熱処理設備の全体構成〕
図１に示すように、連続熱処理設備１は、金属部材３の搬送方向Ｆに沿って、上流側から下流側に向けて順に連続的に配設された、第１加熱部１０と、第２加熱部２０と、第３加熱部３０とを備える。連続熱処理設備１は、搬送ローラー（図示しない）を介して、金属部材３を搬送方向Ｆに搬送しながら連続的な熱処理（例えば、連続焼鈍処理）を行う。ワークとしての金属部材３は、例えば、厚みが薄い金属片（例えば、鋼片）や、金属片を圧延させて得られた長尺状の金属ストリップである。金属部材３の厚みは、例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍである。

第１加熱部１０の搬送方向Ｆの下流側（第１加熱部１０の出側）には、第１温度センサ１６が配設されている。第１温度センサ１６は、金属部材３の幅方向Ｗにおける中央部の出側温度すなわち第１出側温度をスポット的に測定する放射温度計である。第２加熱部２０の搬送方向Ｆの下流側（第２加熱部２０の出側）には、第２温度センサ２６が配設されている。第２温度センサ２６は、搬送方向Ｆに直交する幅方向Ｗにおける金属部材３の出側温度すなわち第２出側温度をスキャンしながら測定する。第２温度センサ２６は、例えばスキャニングパイロメーターである。第３加熱部３０の搬送方向Ｆの下流側（第３加熱部３０の出側）には、第３温度センサ３６が配設されている。第３温度センサ３６は、搬送方向Ｆに直交する幅方向Ｗにおける金属部材３の出側温度すなわち第３出側温度をスキャンしながら測定する。第３温度センサ３６は、例えばスキャニングパイロメーターである。

図２に示すように、連続熱処理設備１は、第１加熱部１０と、第２加熱部２０と、第３加熱部３０と、第１温度センサ１６と、第２温度センサ２６と、第３温度センサ３６と、制御部５とを備える。

第１加熱部１０は、ソレノイド式誘導加熱部であり、第１加熱コイル１２と、第１電源１３と、第１出力電力制御部１４と、第１測定部１８とを備える。第１加熱コイル１２は、金属部材３の周囲を巻回するコイルである。第１電源１３は、高周波の交流の第１出力電力を第１加熱コイル１２に出力する。第１出力電力制御部１４は、第１電源１３によって第１加熱コイル１２に出力される第１出力電力を制御する。第１加熱コイル１２によって金属部材３の長手方向断面を貫通するように発生した交番磁界によって、金属部材３のおもて面、裏面および側面に誘導電流が発生する。そして、誘導電流と金属部材３の電気抵抗とに基づくジュール熱によって、金属部材３が加熱される。第１測定部１８は、第１加熱コイル１２に出力される第１出力電力の第１電圧および第１電流を測定する。制御部５は、測定された第１電圧および第１電流の各測定値を取得して、記憶部７が各測定値を記憶するように制御する。

第２加熱部２０は、トランスバース式誘導加熱部であり、第２加熱コイル２２と、第２電源２３と、第２出力電力制御部２４とを備える。第２加熱コイル２２は、金属部材３を挟むように金属部材３の厚み方向に離間して対向配置された一対の加熱コイルである。第２電源２３は、高周波の交流の第２出力電力を第２加熱コイル２２に出力する。第２出力電力制御部２４は、第２電源２３によって第２加熱コイル２２に出力される第２出力電力を制御する。第２加熱コイル２２から発生した交番磁界は、金属部材３の厚み方向に貫通する。この交番磁界によって誘導電流が金属部材３の表面に発生して、誘導電流と金属部材３の電気抵抗とに基づくジュール熱によって、金属部材３が加熱される。

第３加熱部３０は、抵抗加熱部であり、加熱ヒータ３２と、第３電源３３と、第３出力電力制御部３４とを備える。加熱ヒータ３２は、抵抗発熱体である。第３電源３３は、交流の第３出力電力を加熱ヒータ３２に出力する。第３出力電力制御部３４は、第３電源３３によって加熱ヒータ３２に出力される第３出力電力を制御する。第３加熱部３０では、加熱ヒータ３２に通電することで発生した熱エネルギーを金属部材３に伝達する間接抵抗加熱によって、金属部材３が加熱される。

制御部５は、連続熱処理設備１の各加熱部を制御し、詳細には、第１加熱部１０、第２加熱部２０および第３加熱部３０のそれぞれを制御する。制御部５は、例えばコンピュータであり、演算部（ＣＰＵ：中央演算装置）６と、記憶部（ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ）７とを含む。

記憶部７は、例えば次のような記憶動作を行う。すなわち、記憶部７は、第１加熱部１０、第２加熱部２０および第３加熱部３０のそれぞれにおける熱処理を実行するための各種プログラムを記憶する。記憶部７は、熱処理対象物である各種の金属部材３に関するデータ（例えば、キュリー温度や含熱量や比抵抗や幅や厚みや熱処理条件）や、第１加熱部１０の第１定格出力電力、第２加熱部２０の第２定格出力電力および第３加熱部３０の第３定格出力電力を記憶する。記憶部７は、第１温度センサ１６、第２温度センサ２６および第３温度センサ３６のそれぞれによって測定された温度データ（第１出側温度、第２出側温度および第３出側温度）を記憶する。記憶部７は、第１加熱部１０における昇温幅（第１出側温度−第１入側温度）から、第１加熱部１０の幅方向Ｗにおける第１温度ムラを算出するための第１算出式を記憶する。記憶部７は、第２加熱部２０における昇温幅（第２出側温度−第２入側温度）から、第２加熱部２０の幅方向Ｗにおける第２温度ムラを算出するための第２算出式を記憶する。記憶部７は、金属部材３の熱処理条件、第３定格出力電力、算出された誘導加熱による累積温度ムラなどに基づいて、第３加熱部３０から搬出される金属部材３の幅方向における最終温度ムラ（以下、第３温度ムラという）の大きさＴを算出するための第３算出式を記憶する。

演算部６は、例えば次のような演算動作を行う。すなわち、演算部６は、第１加熱部１０に出力される第１出力電力、第２加熱部２０に出力される第２出力電力および第３加熱部３０に出力される第３出力電力をそれぞれ算出する。演算部６は、金属部材３のキュリー温度および熱処理条件に基づいて、第３温度ムラの大きさＴが、許容値よりも小さくなる最適設定値を算出する。最適設定値は、具体的には、第１出側温度、第２出側温度、第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力に関するものである。演算部６は、第１測定部１８によって測定される第１電圧および第１電流に基づいて、等価インピーダンスを算出する。演算部６は、金属部材３の材質と、金属部材３の搬送方向Ｆに直交する幅方向Ｗにおける幅寸法とに基づいて、閾値を算出する。これにより、閾値が、金属部材３の材質および幅寸法に応じて最適化される。

第１加熱部１０としてのソレノイド式誘導加熱部は、金属部材３の幅方向Ｗにおける温度均一性が優れているが、金属部材３の厚みが薄い場合、金属部材３の温度がそのキュリー温度に近づくと、加熱効率が大幅に低下するという問題を有する。すなわち、誘導電流の浸透深さは、金属部材３の固有抵抗の平方根に比例し、金属部材３の比透磁率の平方根に反比例するという関係にある。金属部材３の温度が上昇して金属部材３のキュリー温度に近づくと、金属部材３の比透磁率が大きく低下するので、誘導電流の浸透深さが深くなる。その結果、金属部材３の厚みが薄い場合、金属部材３のおもて面を流れる誘導電流と裏面を流れる誘導電流とが相互に打ち消し合うようになり、加熱効率が大幅に低下する。

第２加熱部２０としてのトランスバース式誘導加熱部は、金属部材３の厚みが薄くなっても加熱効率が低下しないが、誘導電流が金属部材３の幅方向Ｗの端部に集中して端部が過加熱されるため、幅方向Ｗにおける温度均一性がソレノイド式よりも劣るという問題を有する。

第３加熱部３０としての抵抗加熱部は、金属部材３の幅方向Ｗにおける温度均一性が優れているとともに、金属部材３の厚みが薄くなっても加熱効率が低下しないが、急激な昇降温動作が困難である。

このように、ソレノイド式誘導加熱部１０、トランスバース式誘導加熱部２０および抵抗加熱部３０には、一長一短がある中で、金属部材３の幅方向Ｗにおける温度均一性をトータルで良好にするための制御を、図３および図４を参照しながら説明する。

〔連続熱処理設備の制御方法〕
図３は、連続熱処理設備１における最適設定値を決めるときのフローチャートである。図４は、連続熱処理設備１を運転するときのフローチャートである。

図３において、連続熱処理設備１を運転することに先だって、或る材質の金属部材３を連続熱処理設備１で熱処理するための最適設定値を決めるためのステップが開始する（ステップＳ１）。ステップＳ２では、制御部５は、記憶部７に記憶されている金属部材３のキュリー温度に基づいて、第１加熱部１０の第１出側温度を何℃にするべきかを算出する。ステップＳ３では、制御部５は、記憶部７に記憶されている金属部材３の幅や厚みと熱処理条件（含熱量差を含む）とに基づいて、第１加熱部１０に出力されるべき第１出力電力を算出する。ステップＳ４では、制御部５は、記憶部７に記憶されている熱処理条件と第３加熱部３０の第３定格出力電力とに基づいて、第２加熱部２０の第２出側温度（言い換えると、第３加熱部３０に搬入される金属部材３の温度に近似した温度）を算出する。

ステップＳ５では、制御部５は、記憶部７に記憶されている金属部材３の幅や厚みと熱処理条件（含熱量差を含む）とに基づいて、第２加熱部２０に出力されるべき第２出力電力を算出する。ステップＳ６では、制御部５は、記憶部７に記憶されている第１算出式と第２算出式とから、それぞれ、第１加熱部１０の第１温度ムラと第２加熱部２０の第２温度ムラとを算出する。そして、制御部５は、算出された第１温度ムラおよび第２温度ムラの二乗和平方根を算出して、算出された二乗和平方根の値を誘導加熱による累積温度ムラとして、記憶部７が記憶するように制御する。

ステップＳ７では、制御部５は、記憶部７に記憶されている金属部材３の幅や厚みと熱処理条件（含熱量差を含む）とに基づいて、第３加熱部３０に出力されるべき第３出力電力を算出し、また、同じく記憶部７に記憶されている第３算出式から、第３温度ムラの大きさＴを算出する。

ステップＳ８では、制御部５は、第３温度ムラの大きさＴが許容値よりも小さいか否かを判断する。

ステップＳ８において第３温度ムラの大きさＴが許容値以上である場合、ステップＳ９に進み、制御部５は、第３加熱部３０の第３出力電力が、上限にすなわち第３定格出力電力に達しているか否かを判断する。ステップＳ９において第３加熱部３０の第３出力電力が上限に達していない場合、制御部５は、第３加熱部３０の第３出力電力が高くなるように設定する（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ４に戻って、制御部５は、第３加熱部３０に搬入される金属部材３の温度を算出する。

ステップＳ９において第３加熱部３０の第３出力電力が上限に達している場合、ステップＳ１３に進み、制御部５は、第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっているか否かを判断する。ステップＳ１３において第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっている場合、制御部５は、設定エラーを報知して設定フローを終了する（ステップＳ１６）。なお、限界温度は、金属部材３の比透磁率が１になるキュリー温度よりも低い温度であって、加熱効率が大幅に低下するときの温度である。

ステップＳ１３において第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっていない場合、制御部５は、第１加熱部１０の第１出側温度が高くなるように設定するとともに、第１加熱部１０の第１出側温度を用いて上記段落番号［００２９］に準じて第１出力電力を算出する（ステップＳ１４）。ステップＳ１５では、制御部５は、第１加熱部１０の第１出力電力が、上限にすなわち第１定格出力電力に達するか否かを判断する。

ステップＳ１５において第１加熱部１０の第１出力電力が上限に達していない場合、ステップＳ３に戻って、制御部５は、第１加熱部１０の出力電力を算出する。ステップＳ１５において第１加熱部１０の第１出力電力が上限に達している場合、ステップＳ１６に進み、制御部５は、設定エラーを報知して設定フローを終了する。

ステップＳ８において第３温度ムラの大きさＴが許容値よりも小さい場合、制御部５は、算出された第１出側温度および第２出側温度と、第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力との各最適設定値を記憶部７に保存する（ステップＳ１１）。すなわち、制御部５は、第３温度ムラの大きさＴが許容値よりも小さくなるように、金属部材３のキュリー温度および熱処理条件に基づいて、第１出側温度、第２出側温度、第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力に関する各最適設定値を予め算出して、各最適設定値を記憶部７に保存する。これにより、連続熱処理設備１を運転するときの初期値として、予め算出された最適設定値を用いることにより、第３温度ムラの大きさＴを許容値よりも小さくできるようになる。

そして、ステップＳ１２では、連続熱処理設備１における最適設定値を決めるフローが終了する。

図４は、第１加熱コイル１２および図示しないコンデンサが、並列共振回路を構成する場合のフローチャートを示している。

図４において、連続熱処理設備１を運転するためのステップが開始する（ステップＳ２１）。ステップＳ２２では、制御部５は、記憶部７に記憶されている各最適設定値（すなわち、第１加熱部１０に対する第１出側温度および第１出力電力、第２加熱部２０に対する第２出側温度および第２出力電力、第３加熱部３０に対する第３出力電力）と、第３加熱部３０の目標出側温度とを設定する。ステップＳ２３では、制御部５は、第１測定部１８を介して、第１加熱コイル１２に出力される第１電圧および第１電流の各測定値を取得する。ステップＳ２４では、制御部５は、ステップＳ２３で測定された第１電圧および第１電流の各測定値に基づいて、等価インピーダンスを算出する。

ステップＳ２５では、制御部５は、算出された等価インピーダンスが閾値よりも大きいか否かを判断する。ステップＳ２４において算出された等価インピーダンスが閾値よりも大きい場合、制御部５は、第１加熱部１０の第１出側温度が低くなるように設定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２７では、制御部５は、ステップＳ２６で設定された第１加熱部１０での第１出側温度に基づいて、第１加熱部１０の第１出力電力および第２加熱部２０の第２出力電力をそれぞれ算出する。したがって、ステップＳ２６およびステップ２７では、算出された等価インピーダンスが閾値よりも大きい場合、制御部５は、第１加熱部１０の第１出力電力が減少するように第１出力電力を制御する。そして、ステップＳ２３に戻って、制御部５は、第１測定部１８を介して、第１加熱コイル１２に出力される第１電圧および第１電流の各測定値を取得する。

ステップＳ２５において算出された等価インピーダンスが閾値以下である場合、制御部５は、第３温度センサ３６を介して、第３加熱部３０から搬出される金属部材３の幅方向における最終温度ムラすなわち第３温度ムラの大きさＴを測定する（ステップＳ２８）。ステップＳ２９では、制御部５は、第３温度ムラの大きさＴが、許容値よりも小さいか否かを判断する。

ステップＳ２９において第３温度ムラの大きさＴが許容値よりも小さい場合、ステップＳ２３に戻って、制御部５は、第１測定部１８を介して、第１加熱コイル１２に出力される第１電圧および第１電流の各測定値を取得する。

ステップＳ２９において第３温度ムラの大きさＴが許容値以上である場合、ステップＳ３０に進み、制御部５は、第３加熱部３０の第３出力電力が、上限にすなわち第３定格出力電力に達しているか否かを判断する。ステップＳ３０において第３加熱部３０の第３出力電力が上限に達していない場合、制御部５は、第３加熱部３０の第３出力電力が高くなるように設定する（ステップＳ３１）。これにより、温度均一性が優れている第３加熱部３０すなわち抵抗加熱部の分担割合が大きくなるので、幅方向Ｗにおける温度均一性が向上する。

ステップＳ３２では、制御部５は、第３加熱部３０に搬入される金属部材３の温度を算出する。ステップＳ３４では、制御部５は、ステップＳ３２で算出された第２加熱部２０での第２出側温度（すなわち、第３加熱部３０に搬入される金属部材３の温度に近似している）に基づいて、第１加熱部１０の第１出力電力および第２加熱部２０の第２出力電力をそれぞれ算出する。そして、ステップＳ２３に戻って、制御部５は、第１測定部１８を介して、第１加熱コイル１２に出力される第１電圧および第１電流の各測定値を取得する。

ステップＳ３０において第３加熱部３０の第３出力電力が上限に達している場合、ステップＳ３５に進み、制御部５は、第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっているか否かを判断する。ステップＳ３５において第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっている場合、制御部５は、搬送速度を遅くすることを報知する（ステップＳ３７）。そして、ステップＳ３４に戻って、制御部５は、第１加熱部１０の第１出力電力および第２加熱部２０の第２出力電力をそれぞれ算出する。

ステップＳ３５において第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっていない場合、制御部５は、第１加熱部１０の第１出側温度が高くなるように設定する（ステップＳ３６）。これにより、幅方向Ｗの温度均一性が優れている第１加熱部１０すなわちソレノイド式誘導加熱部の分担割合が大きくなるので、幅方向Ｗにおける温度均一性が向上する。そして、ステップＳ３４に戻って、制御部５は、第１加熱部１０の第１出力電力および第２加熱部２０の第２出力電力をそれぞれ算出する。

計算エラーのような何らかの異常が発生した場合を除き、図４のフローチャートに従って、連続熱処理設備１の運転が連続的に行われる。

〔変形例〕
図５を参照しながら、変形例に係る連続熱処理設備１の制御方法を説明する。図５は、連続熱処理設備１を運転するときの変形例に係るフローチャートである。

図５は、第１加熱コイル１２および図示しないコンデンサが、直列共振回路を構成する場合のフローチャートを示している。

図５において、連続熱処理設備１を運転するためのステップが開始する（ステップＳ４１）。ステップＳ４２では、制御部５は、記憶部７に記憶されている各最適設定値（すなわち、第１加熱部１０に対する第１出側温度および第１出力電力、第２加熱部２０に対する第２出側温度および第２出力電力、第３加熱部３０に対する第３出力電力）と、第３加熱部３０の目標出側温度とを設定する。ステップＳ４３では、制御部５は、第１測定部１８を介して、第１加熱コイル１２に出力される第１電圧および第１電流の各測定値を取得する。ステップＳ４４では、制御部５は、ステップＳ４３で測定された第１電圧および第１電流の各測定値に基づいて、等価インピーダンスを算出する。

ステップＳ４５では、制御部５は、算出された等価インピーダンスが閾値よりも小さいか否かを判断する。ステップＳ４４において算出された等価インピーダンスが閾値よりも小さい場合、制御部５は、第１加熱部１０の第１出側温度が低くなるように設定する（ステップＳ４６）。ステップＳ４７では、制御部５は、ステップＳ４６で設定された第１加熱部１０での第１出側温度に基づいて、第１加熱部１０の第１出力電力および第２加熱部２０の第２出力電力をそれぞれ算出する。したがって、ステップＳ４６およびステップ４７では、算出された等価インピーダンスが閾値よりも大きい場合、制御部５は、第１加熱部１０の第１出力電力が減少するように第１出力電力を制御する。そして、ステップＳ４３に戻って、制御部５は、第１測定部１８を介して、第１加熱コイル１２に出力される第１電圧および第１電流の各測定値を取得する。

ステップＳ４５において算出された等価インピーダンスが閾値以上である場合、制御部５は、第３温度センサ３６を介して、第３加熱部３０から搬出される金属部材３の幅方向における最終温度ムラすなわち第３温度ムラの大きさＴを測定する（ステップＳ４８）。ステップＳ４９では、制御部５は、第３温度ムラの大きさＴが許容値よりも小さいか否かを判断する。

ステップＳ４９において第３温度ムラの大きさＴが許容値よりも小さい場合、ステップＳ４３に戻って、制御部５は、第１測定部１８を介して、第１加熱コイル１２に出力される第１電圧および第１電流の各測定値を取得する。

ステップＳ４９において第３温度ムラの大きさＴが許容値以上である場合、ステップＳ５０に進み、制御部５は、第３加熱部３０の第３出力電力が、上限にすなわち第３定格出力電力に達しているか否かを判断する。ステップＳ５０において第３加熱部３０の第３出力電力が上限に達していない場合、制御部５は、第３加熱部３０の第３出力電力が高くなるように設定する（ステップＳ５１）。これにより、温度均一性が優れている第３加熱部３０すなわち抵抗加熱部の分担割合が大きくなるので、幅方向Ｗにおける温度均一性が向上する。

ステップＳ５２では、制御部５は、第３加熱部３０に搬入される金属部材３の温度を算出する。ステップＳ５４では、制御部５は、ステップＳ５２で算出された第２加熱部２０での第２出側温度（すなわち、第３加熱部３０に搬入される金属部材３の温度に近似している）に基づいて、第１加熱部１０の第１出力電力および第２加熱部２０の第２出力電力をそれぞれ算出する。そして、ステップＳ４３に戻って、制御部５は、第１測定部１８を介して、第１加熱コイル１２に出力される第１電圧および第１電流の各測定値を取得する。

ステップＳ５０において第３加熱部３０の第３出力電力が上限に達している場合、ステップＳ５５に進み、制御部５は、第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっているか否かを判断する。ステップＳ５５において第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっている場合、制御部５は、搬送速度を遅くすることを報知する（ステップＳ５７）。そして、ステップＳ５４に戻って、制御部５は、第１加熱部１０の第１出力電力および第２加熱部２０の第２出力電力をそれぞれ算出する。

ステップＳ５５において第１加熱部１０の第１出側温度が限界温度になっていない場合、制御部５は、第１加熱部１０の第１出側温度が高くなるように設定する（ステップＳ５６）。これにより、幅方向Ｗの温度均一性が優れている第１加熱部１０すなわちソレノイド式誘導加熱部の分担割合が大きくなるので、幅方向Ｗにおける温度均一性が向上する。そして、ステップＳ５４に戻って、制御部５は、第１加熱部１０の第１出力電力および第２加熱部２０の第２出力電力をそれぞれ算出する。

計算エラーのような何らかの異常が発生した場合を除き、図５のフローチャートに従って、連続熱処理設備１の運転が連続的に行われる。

この発明の具体的な実施の形態や数値について説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

第１加熱部１０は、必ずしも単一の加熱ゾーンから構成されている必要は無く、複数の加熱ゾーンに分割して複数の加熱ゾーンが搬送方向Ｆに直列に配設される構成にすることもできる。第２加熱部２０および第３加熱部３０のそれぞれも、第１加熱部１０と同様に、複数の加熱ゾーンが搬送方向Ｆに直列に配設される構成にすることもできる。

この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。

この発明の一態様に係る連続熱処理設備１の制御方法は、
金属部材３の搬送方向Ｆに沿って順に連続的に配設される、第１加熱部１０、第２加熱部２０および第３加熱部３０と、
前記第１加熱部１０、前記第２加熱部２０および前記第３加熱部３０のそれぞれに出力される第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力をそれぞれ制御する制御部５と、
前記第１加熱部１０における第１電圧および第１電流を測定する第１測定部１８とを備え、
前記第１加熱部１０、前記第２加熱部２０および前記第３加熱部３０が、それぞれ、ソレノイド式誘導加熱部、トランスバース式誘導加熱部および抵抗加熱部である連続熱処理設備１において、
前記制御部５は、前記第１測定部１８によって測定された前記第１電圧および前記第１電流に基づいて並列共振回路における等価インピーダンスを算出し、算出された前記等価インピーダンスが閾値よりも大きくなったとき、前記第１出力電力が減少するように前記第１出力電力を制御することを特徴とする。

上記制御方法によれば、第１加熱部１０すなわちソレノイド式誘導加熱部の並列共振回路における等価インピーダンスが閾値よりも大きくなったとき、第１出力電力を減少させている。言い換えると、第１加熱部１０によって加熱される金属部材３の温度が金属部材３のキュリー温度になる手前において、第１出力電力を減少させている。これにより、金属部材３の温度が金属部材３のキュリー温度よりも低い状態で、搬送方向Ｆに直交する幅方向Ｗの温度均一性が優れているソレノイド式誘導加熱部による加熱が維持されるので、幅方向Ｗにおける温度均一性をトータルで良好にできる。なお、金属部材３の温度がキュリー温度付近に達すると加熱効率が大幅に低下するので、等価インピーダンスの閾値は、キュリー温度に達する手前の値が選ばれる。

この発明の別の局面に係る連続熱処理設備１の制御方法は、
金属部材３の搬送方向Ｆに沿って順に連続的に配設される、第１加熱部１０、第２加熱部２０および第３加熱部３０と、
前記第１加熱部１０、前記第２加熱部２０および前記第３加熱部３０のそれぞれに出力される第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力をそれぞれ制御する制御部５と、
前記第１加熱部１０における第１電圧および第１電流を測定する第１測定部１８とを備え、
前記第１加熱部１０、前記第２加熱部２０および前記第３加熱部３０が、それぞれ、ソレノイド式誘導加熱部、トランスバース式誘導加熱部および抵抗加熱部である連続熱処理設備１において、
前記制御部５は、前記第１測定部１８によって測定された前記第１電圧および前記第１電流に基づいて直列共振回路における等価インピーダンスを算出し、算出された前記等価インピーダンスが閾値よりも小さくなったとき、前記第１出力電力が減少するように前記第１出力電力を制御することを特徴とする。

上記制御方法によれば、第１加熱部１０すなわちソレノイド式誘導加熱部の直列共振回路における等価インピーダンスが閾値よりも小さくなったとき、第１出力電力を減少させている。言い換えると、第１加熱部１０によって加熱される金属部材３の温度が金属部材３のキュリー温度になる手前において、第１出力電力を減少させている。これにより、金属部材３の温度が金属部材３のキュリー温度よりも低い状態で、搬送方向Ｆに直交する幅方向Ｗの温度均一性が優れているソレノイド式誘導加熱部による加熱が維持されるので、幅方向Ｗにおける温度均一性をトータルで良好にできる。

また、一実施形態の連続熱処理設備１の制御方法では、
前記閾値は、前記金属部材３の材質と、前記金属部材３の搬送方向Ｆに直交する幅方向Ｗにおける幅寸法とに基づいて算出される。

上記実施形態によれば、閾値が、金属部材３の材質および幅寸法に応じて最適化される。

また、一実施形態の連続熱処理設備１の制御方法では、
前記第３加熱部３０から搬出される前記金属部材３の、前記搬送方向Ｆに直交する幅方向Ｗにおける第３温度ムラを測定する第３温度センサ３６を備え、
前記制御部５は、前記第３温度ムラの大きさＴが許容値以上であるか否かを判断し、前記第３温度ムラの前記大きさＴが前記許容値以上であるとき、前記第３出力電力が増加するように前記第３出力電力を制御する。

上記実施形態によれば、温度均一性が優れている第３加熱部３０すなわち抵抗加熱部の分担割合が大きくなるので、幅方向Ｗにおける温度均一性が向上する。

また、一実施形態の連続熱処理設備１の制御方法では、
前記制御部５は、前記第３出力電力が、前記第３加熱部３０の第３定格出力電力になっているか否かを判断し、前記第３出力電力が前記第３定格出力電力になっているとき、前記第１加熱部１０の出側温度が高くなるように前記第１出力電力を制御する。

上記実施形態によれば、幅方向Ｗの温度均一性が優れている第１加熱部１０すなわちソレノイド式誘導加熱部の分担割合が大きくなるので、幅方向Ｗにおける温度均一性が向上する。

この発明のさらに別の局面に係る連続熱処理設備１の制御方法は、
金属部材３の搬送方向Ｆに沿って順に連続的に配設される、第１加熱部１０、第２加熱部２０および第３加熱部３０と、
前記第１加熱部１０、前記第２加熱部２０および前記第３加熱部３０のそれぞれに出力される第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力をそれぞれ制御する制御部５と、
前記第３加熱部３０から搬出される前記金属部材３の、前記搬送方向Ｆに直交する幅方向Ｗにおける第３温度ムラを測定する第３温度センサ３６とを備え、
前記第１加熱部１０、前記第２加熱部２０および前記第３加熱部３０が、それぞれ、ソレノイド式誘導加熱部、トランスバース式誘導加熱部および抵抗加熱部である連続熱処理設備１において、
前記制御部５は、前記第３温度ムラの大きさＴが許容値よりも小さくなるように、前記金属部材３のキュリー温度および熱処理条件に基づいて、前記第１加熱部１０の第１出側温度、前記第２加熱部２０の第２出側温度、前記第１出力電力、前記第２出力電力および前記第３出力電力に関する最適設定値を予め算出することを特徴とする。

上記制御方法によれば、連続熱処理設備１を運転するときの初期値として、予め算出された最適設定値を用いることにより、第３加熱部３０から搬出される金属部材３の第３温度ムラの大きさＴを許容値よりも小さくできるようになる。

１…連続熱処理設備
３…金属部材
５…制御部
６…演算部
７…記憶部
１０…第１加熱部（ソレノイド式誘導加熱部）
１２…第１加熱コイル
１３…第１電源
１４…第１出力電力制御部
１６…第１温度センサ
１８…第１測定部
２０…第２加熱部（トランスバース式誘導加熱部）
２２…第２加熱コイル
２３…第２電源
２４…第２出力電力制御部
２６…第２温度センサ
３０…第３加熱部（抵抗加熱部）
３２…加熱ヒータ
３３…第３電源
３４…第３出力電力制御部
３６…第３温度センサ
Ｆ…搬送方向
Ｔ…第３温度ムラ（第３加熱部から搬出される金属部材の幅方向における最終温度ムラ）の大きさ
Ｗ…幅方向

Claims (5)

1. 金属部材の搬送方向に沿って順に連続的に配設される、第１加熱部、第２加熱部および第３加熱部と、
   前記第１加熱部、前記第２加熱部および前記第３加熱部のそれぞれに出力される第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力をそれぞれ制御する制御部と、
   前記第１加熱部における第１電圧および第１電流を測定する第１測定部とを備え、
   前記第１加熱部、前記第２加熱部および前記第３加熱部が、それぞれ、ソレノイド式誘導加熱部、トランスバース式誘導加熱部および抵抗加熱部である連続熱処理設備において、
   前記制御部は、前記第１測定部によって測定された前記第１電圧および前記第１電流に基づいて、前記ソレノイド式誘導加熱部の第１加熱コイルおよびコンデンサが並列配置された並列共振回路における等価インピーダンスを算出し、算出された前記等価インピーダンスが閾値よりも大きくなったとき、前記第１出力電力が減少するように前記第１出力電力を制御し、
   前記金属部材は、前記金属部材の温度が前記金属部材のキュリー温度に近づくと前記金属部材の比透磁率が低下して誘導電流の浸透深さが深くなることによって前記金属部材のおもて面を流れる誘導電流と前記金属部材の裏面を流れる誘導電流とが相互に打ち消し合うような厚みを有し、
   前記閾値は、前記金属部材の前記キュリー温度よりも低く、加熱効率が大幅に低下する限界温度における前記等価インピーダンスの値である、連続熱処理設備の制御方法。
2. 金属部材の搬送方向に沿って順に連続的に配設される、第１加熱部、第２加熱部および第３加熱部と、
   前記第１加熱部、前記第２加熱部および前記第３加熱部のそれぞれに出力される第１出力電力、第２出力電力および第３出力電力をそれぞれ制御する制御部と、
   前記第１加熱部における第１電圧および第１電流を測定する第１測定部とを備え、
   前記第１加熱部、前記第２加熱部および前記第３加熱部が、それぞれ、ソレノイド式誘導加熱部、トランスバース式誘導加熱部および抵抗加熱部である連続熱処理設備において、
   前記制御部は、前記第１測定部によって測定された前記第１電圧および前記第１電流に基づいて、前記ソレノイド式誘導加熱部の第１加熱コイルおよびコンデンサが直列配置された直列共振回路における等価インピーダンスを算出し、算出された前記等価インピーダンスが閾値よりも小さくなったとき、前記第１出力電力が減少するように前記第１出力電力を制御し、
   前記金属部材は、前記金属部材の温度が前記金属部材のキュリー温度に近づくと前記金属部材の比透磁率が低下して誘導電流の浸透深さが深くなることによって前記金属部材のおもて面を流れる誘導電流と前記金属部材の裏面を流れる誘導電流とが相互に打ち消し合うような厚みを有し、
   前記閾値は、前記金属部材の前記キュリー温度よりも低く、加熱効率が大幅に低下する限界温度における前記等価インピーダンスの値である、連続熱処理設備の制御方法。
3. 前記閾値は、前記金属部材の材質と、前記金属部材の搬送方向に直交する幅方向における幅寸法とに基づいて算出される、請求項１または請求項２に記載の制御方法。
4. 前記第３加熱部から搬出される前記金属部材の、前記搬送方向に直交する幅方向における第３温度ムラを測定する温度センサを備え、
   前記制御部は、前記第３温度ムラの大きさが許容値以上であるか否かを判断し、前記第３温度ムラの前記大きさが前記許容値以上であるとき、前記第３出力電力が増加するように前記第３出力電力を制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御方法。
5. 前記制御部は、前記第３出力電力が、前記第３加熱部の第３定格出力電力になっているか否かを判断し、前記第３出力電力が前記第３定格出力電力になっているとき、前記第１加熱部の出側温度が高くなるように前記第１出力電力を制御する、請求項４に記載の制御方法。

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