JPH0288719A - 低損失方向性珪素鋼帯製造用熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低損失方向性珪素鋼帯製造用熱処理炉に係り、
特に珪素鋼帯に高速昇温、高温保持熱処理を施して磁気
特性を改善するための低損失方向性珪素鋼帯製造用熱処
理炉に関する。

〔従来の技術〕

（１１０）［１１０３結晶粒集合組織を有する方向性珪
素鋼帯を冷間圧延後、常温から目的の速度で昇温するこ
とによって目的温度に保持し、低損失方向性珪素鋼帯を
製造する方法が提案されている。

この方法は、特願昭６２−３２７０号に記載のように、
冷間圧延後５００ｉＣ以上で生じる１次再結晶過程、及
びｉ、ｏｏｏｃ〜１，１００Ｃで生じる２次再結晶過程
における結晶粒成長を抑制し、１，０００ｔ：〜１，４
００　Ｃで３時間以上保持することによって生じる３次
再結晶過程での高度に集積された（１１０）ＣＯＯＬ）
方位結晶粒を成長させる熱処理を行うことが基礎になっ
ている。

このため、冷間圧延後の熱処理において、１次及び２次
の再結晶条件温度領域を３Ｃ／８以上の昇温速度をもっ
て経過し、速やかに３次再結晶条件温度へ到達すること
が必要である。更に、目的温度で３時間以上保持するこ
とも必要であり、目的低損失方向性珪素鋼帯を得るため
には、第６図に示す様に、±１０Ｃの安定な温度に保持
する必要がある。

上記方法による従来の熱処理炉は、例えば、第４図（正
面断面図）及び第５図（平面断面図）の如くである。

第４図及び第５図に示すように、熱処理炉は、容器佃の
内壁の近傍に配設された棒状の通電端子２、容器４０の
中心に設けられた通電端子３、容器４０の下縁部に形成
されたフランジ４１、容器４０の底面になると共に容器
４０内を密封状態に保持する底板４２、該底板４２と７
ランジ４１との間をシールするＱ　ＩＪング４３、通電
端子２及び通電端子３を底板４２に対し絶縁するための
絶縁シール材４４、容器４０内に対するガスの供給を制
御するガス供給口４５、容器４０内よりガスを排出する
ガス排気口４６、底板４２の上面に配設される断熱材４
７、及び熱処理珪素鋼板１を囲繞するように配設される
断熱・絶縁材招の各々を備えて構成されている。

熱処理を行うに際しては、断熱・絶縁材北が介挿された
熱処理珪素鋼板１を断熱材４７上に配設し、熱処理珪素
鋼板１０両端の各々を通電端子２及び通電端子３に接続
する。通電端子２と通電端子３０間に交流電源を印加す
ることにより、熱処理珪素鋼板１に電流が流れ、熱処理
珪素鋼板１自体の有する抵抗のジュール熱によって発熱
し、これによって熱処理珪素鋼板１０目的熱処理が行わ
れる。

熱処理珪素鋼板１に対する通電量はＰＩＤ調節計を用い
て行われ、熱処理珪素鋼板１０発熱温度を制御すること
により目的熱処理が行われる。即ち、入力され友熱処理
温度と温度設定値との偏差を検出し、この偏差に応じて
熱処理炉に供給する電力を偏差値が最小なるように制御
する。これを演算式で示すと（１）式のようになる。

−（ｕ　−ｕｏ）　＝　ＫＰ　（θ−θｉ）（但し、Ｕ
：電力又は電力素子点弧角制御用パルス周期、θ：湿温
度 （１）式で、第１項は比例（Ｐ）動作、第２項は積分（
Ｉ）動作、第３項は微分（Ｄ）動作を示している。

また、Ｋｐ　、　Ｋｓ及びＫＤはＰＩＤパラメータであ
り、比例係数を意味している。

なお、このような熱処理炉における温度特性は、被熱処
理物である断熱・絶縁材の間に隙間があると珪素鋼帯相
互の距離が定まらず、熱処理のたびにＰＩＤＩＤパラメ
ータ定し直す必要がある。従来、この調整は経験豊富な
操作者の手動操作によって行われている。

この手動操作に代えてＰＩＤパラメータの調整を自動的
に行うものもある。例えば、目標温度に達したときに生
じる振動周期からＰＩＤパラメータを調整するものであ
る。

ＰＩＤパラメータの調整が不良であると、目的速度で高
速昇温し、目的温度に達した時点でオーバーシュートを
生じることがある。高速昇温によって短時間で目的温度
に達した場合、熱処理炉は熱平衡状態罠達していないこ
と、及び断熱・電気絶縁材により熱の散逸量が少ないこ
とによりオーバーシュートが生じると、目的温度より高
温で保持されることになる。目的低損失方向性珪素鋼板
の鉄損値はオーバーシュートによる偏位の保持時間の増
加に伴って増加し、目的温度１，２００Ｃに対しては、
±ＩＯｒで１０分間保持されると、目的低損失方向性珪
素鋼板は得られない。特に、オーバーシュートが著しい
場合には、珪素鋼板が溶断し、目的熱処理を行うことが
できなくなる。オーバーシュートを小さくする為にＰＩ
Ｄパラメータを小さく調整した場合、アンダーシュート
が生じて速やかに目的温度に達しないため、目的低損失
方向性珪素鋼帯の鉄損値はアンダーシュートによる偏位
温度、偏位時間の増加に伴って増加し、目的温度１，２
００ｔｌ：’に対しては一１ＯＣで５分間保持されると
目的低損失方向性珪素鋼板は得られない。したがって、
目的低損失方向性珪素鋼帯を得るためには、目的速度で
高速昇温し目的温度で高温保持することが必要であるこ
とから、オーバーシュート及びアンダーシュートの極め
て少ない正確な温度制御が要求される。このため、熱処
理炉の温度制両性に応じたＰＩＤパラメータの調整が不
可欠になっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の熱処理炉では、被処理珪素鋼帯と
断熱・絶縁材との間に隙間が生じると、珪素鋼帯相互間
の距離が定まらず、同一形状の珪素鋼帯を用いても、温
度制御性は珪素鋼帯のとりつけの度に異なる。このため
、ＰＩＤパラメータをその都度調整する必要があり、操
作員に熟練を要求されると共に、温度制御性を一定にす
ることは困難であった。

また、珪素鋼帯の取り付けの度に温度制御性が変わり、
熱処理の実行時にオーバーシュートが生じるかアンダー
シュートが生じるか、或いは好適な温度制御ができるか
は適度に調整し７ＩｃＰＩＤ調節計によって実際に熱処
理を実行してみるしか無く、従来においては予測するこ
とができなかったＯさらに、目的低損失方向性珪素鋼帯
生産性は、高温保持開始時の５〜６分の温度変位に大き
な影譬を受ける。このため、目標温度に達した時に生じ
る振動周期からＰＩＤパラメータを調整する既存の自動
調整機能付ＰＩＤ調節計は、用いることができない。ま
た、目標値より小さいプリ設定値に対してステップ応答
をとり、ＰＩＤパラメータを調整するＰＩＤ調節計があ
るが、１次及び２次再結晶温度領域を速やかに経過しな
ければならない点が考慮されておらず、前記したＰＩＤ
調節計と同様に、ここで対象とする熱処理に用いること
ができない。

本発明は、上記従来技術の実情に鑑みなされたものであ
り、ＰＩＤパラメータを熱処理の実行の度に自動調整し
、オーバーシュート及びアンダーシュートを低減した温
度制御を行うことができるようにした低損失方向性珪素
鋼帯製造用熱処理炉を提供することにある。

〔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は、被処理珪素帯に通
電して加熱すると共に、その通電量なＰＩＤ調節計を用
いて制御しながら目標速度で高速昇温し、目標保持温度
を保持して目的熱処理を行う珪素鋼帯製造用熱処理炉に
おいて、１次再結晶温度以下の所定温度を目標値として
前記通電量を制御する為のステップ状の操作量を発生す
るステップ操作量発生手段と、該手段によるステップ応
答の測定結果に基づいて目的温度を目標値とするステッ
プ応答最大傾き及び無駄時間を求め、これらを用いて前
記ＰＩＤ調節計を制御するための最適ＰＩＤパラメータ
を演算するＰＩＤパラメータ発生手段とを設ける構成に
したものである。

〔作　用〕

上記構成の低損失方向性珪素鋼帯製造用熱処理炉では、
適当なステップ操作量によって珪素鋼帯に通電がなされ
、これに対するステップ応答が測定される。この測定は
珪素鋼帯の発熱温度であり、その温度変化量に基づいて
最大変化量すなわちステップ応答最大傾きが演算される
と共に、この時点のステップ応答接線の時間軸切片を演
算して無駄時間を求める。さらに、これらを目的熱処理
で保持する目的温度を目標値とするステップ応答最大傾
き及び無駄時間に換算し、これらに基づいて最適ＰＩＤ
パラメータを演算しＰＩＤ調節計を制御する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。なお、第１図においては、第４図と同一であるもの
には同一引用符号を用いたので、以下においては重複す
る説明を省略する。

第１図において、交流電源５には珪素鋼帯１に供給する
為の電力を調整する電力制御部６が接続され、その二つ
の出力端子にはケーブル７及びケーブル８を介して通電
端子２及び通電端子３が接続されている。接点９に接続
された接触式測温部１１は通電端子２及び通電端子３に
測温部が接触している。接点９の一方にはプログラマブ
ルＰＩＤ調節計１２の入力端子が接続され、更にその出
力端子には接点１０を介して電力制御部６の制御端子に
入力されている。

１３はＰＩＤパラメータ調整部であり、開始信号を発生
する開始信号発生部１４、該開始信号発生部１４の出力
に基づいてステップ操作量を発生するステップ操作量発
生部１５、微分器１６で構成されるステップ応答傾き演
算部１７、該ステップ応答傾き演算部１７及び開始信号
発生部１４の各出力信号に基づいて無駄時間の演算を行
う無駄時間演算部匹、該無駄時間演算部２２による演算
結果を記憶するメモリ器及び微分器１６の出力伯゛号に
対しデータ補間するデータ補間部Ｕより成る換算器５、
該換算器部の出力信号に基づいてＰＩＤパラメータを演
算する匹、演算されたＰＩＤパラメータを記憶するメモ
リ加、微分器１６の出力信号に基づいてステップ応答の
最大傾きを判定するステップ応答最大傾き判定部Ｍ１該
ステップ応答最大傾き判定部讃の出力信号に基づいてメ
モリホールド信号、接点を切り換え用の操作信号を発生
するメモリホールド信号、温度制御開始信号及び停止信
号の各々を備えるメモリホールド信号発生部３５、接点
操作部３６、温度制御開始信号発生部３７及び停止信号
発生部間の各々を備えて構成されている。

無駄時間演算部ρは、ステップ応答傾き演算部１７の出
力信号に基づいて割り算処理を行う割算器１８、該割算
器１８の出力信号に基づいて乗算処理を行う乗算器１９
、開始信号発生部１４の出力信号によって起動するタイ
マー加、及び該タイマー加及び乗算器１９の各出力信号
の偏差を算出する減算器２１を備えて構成されている。

また、ＰＩＤパラメータ演算部四は、メモリ器の記憶デ
ータに基づいてパラメータの倍率を演算する倍率器が、
倍率器が及びデータ補間部Ｕの出力信号とメモリ器のデ
ータとを乗算する乗算器部より構成される。

更に、ステップ応答最大傾き判定部調は、微分器１６の
出力信号を微分処理する微分器３１、該微分器３１の出
力信号を遅延させる遅延器３２及び該遅延器３２の出力
信号と微分器３１の出力信号とを減算処理する減算器３
３より構成されている。

次に、以上の構成による実施例の動作について説明する
。

先ず、温度制御の開始に先行してＰＩＤノ（ラメ一タを
自動調整する。この為に接点９及び接点１０は、ステッ
プ応答傾き演算部１７及びステップ操作量発生部１５を
選択する。開始信号発生部１４の出力信号により、タイ
マー加は時間測定を開始し、ステップ操作量発生部１５
は電力制御部６に対してステップ操作量（熱処理炉にス
テップ状の電力を供給する目的で電力制御部６に与える
第７図（ａ）の如きステップ状の制御信号）を供給して
いる。これによって、交流電源５の電力が電力制御部６
、通電端子２及び通電端子３を介して珪素鋼帯ｌに交流
電流が通電される。珪素鋼帯１は通電によって生じるジ
ュール熱で発熱する。その発熱温度の変化が接触式測温
部１１によってステップ応答として検出され、ステップ
応答傾き演算部１７及び無駄時間演算部器の各々に取り
込１れ、ステップ応答傾き（ステップ応答における最大
昇温速度を意味し、グラフ上では折線の最大傾きになる
）及び無駄時間（第７図（ｂ）に図示）の各々が演算さ
れる０目的熱処理で保持する目的温度を目標値にしたス
テップ応答の最大傾き及び無駄時間と、−次男結晶温度
以下の温度を目標値にしたステップ応答の最大傾き及び
無駄時間とには比例関係の有ることを発明等は実測によ
り確認している。この事実から一次再結晶温度以下の温
度を目標値としたステップ応答により得られたステップ
応答最大傾き及び無駄時間を目的熱処理で保持する目的
温度を目標値にしたステップ応答の最大傾き及び無駄時
間に換算することにより、最適なＰＩＤパラメータを演
算することができる。

ステップ応答傾き演算部１７及び無駄時間演算部乙によ
り得られた各々の演算結果に対し、換算器部によって保
持温度付近のステップ応答傾き及び無駄時間へ換算する
。この換算結果に基づいてＰＩＤパラメータ演算部四は
ジ−グラ−・ニコルス（Ｚｉｅｇｌｅｒ　−Ｎ１ｃｈｏ
ｌｓ　）法（例えば、「プロセス制御の基礎」１５２頁
〜１５３頁、朝食書店〔昭和４２年刊〕井伊、堀田著に
記載がある）によりＰＩＤパラメータを演算する。演算
されたＰＩＤパラメータは、メモリ加に記憶される。

一方、ステップ応答最大傾き判定部あは、微分器１６に
より求められたステップ応答傾きを微分器３１によって
微分し、これに対し遅延器３２及び減算器３３を用いて
極性変化の瞬間からステップ応答最大傾きを判定する。

この極性変化に基づいてメモリホールド信号発生部３５
はメモリ加に対しメモリホールド信号を与え、記憶内容
を保持する。また、接点操作部３６は接点９及び接点１
０をプログラマブルＰＩＤｐ１節計１２の入力端子及び
出力端子に切り換え、ＰＩＤパラメータ訓整部１３より
接点９．１０を分離する。なお、ステップ操作量発生部
１５は停止信号発生部間より与えられる停止信号によっ
て停止する。プログラマブルＰＩＤ調節計１２　ハ、メ
モリ３０に記憶されているＰＩＤパラメータを用い、温
度制御開始信号発生部３７よりの温度制御開始信号が与
えられた時点から温度制御を開始する。

なお、ステップ操作量は、−次再結晶温度以下の範囲に
目標値があればよいので、熱処理炉の応答性を単に数値
的に合わせただけの数値モデルから概算することもでき
るし、ユーザーが経験的に得た一次再結晶温度以下にな
りうる下限操作量を用いることもできる。

以上の制御により、熱処理毎のオーバーシュートは、例
えば、従来、＋３０Ｃ〜＋２０００であったのが本実施
例では＋１０　Ｃ以内に収まり、アンダーシュートを零
にすることができた。そして、目的保持温度の±３Ｃ以
内に安定するまでに従来加分〜１時間を要したものが本
実施例では１２以内になった。

第２図は本発明の他の実施例の主要部の構成を示すブロ
ック図である。

本実施例の特徴は、第１図の実施例が各機能毎に回路を
構成していたのに対し、そのプログラマブルＰＩＤ調節
計１２及びＰＩＤパラメータ調整部１３を電子計算機３
９に代え、ソフトウェア的に行うようにしたものである
。

電子計算機３９による処理は、第３図のフローチャート
に従って実行される。

先ず、ステップ応答目標値及び設定値が与えられると（
ステップ１０１　）、これに基づいてステップ操作量が
求められる（ステップ１０２）。このステップ操作量に
基づいて電力制御部６は珪素鋼帯１に電力を供給し、珪
素鋼帯１をジュール熱により発熱させる。珪素鋼帯１の
発熱温度は接触式測温部１１によって検温され（ステッ
プ１０３）、その温度が〔熱処理源１）＞［：０．８目
標値〕の関係にあるか否かを判定（ステップ１０４　）
　Ｌ、ステップ応答のデータを収集する。ステップ１０
４で、〔熱処理温度）　＞　［０，８目標値〕が成立し
た場合、ＰＩＤパラメータを算出する（ステップ１ｏ５
）。また、不成立の場合にはステップ１０３へ戻り、以
降の処理を再実行する。

ＰＩＤパラメータが求まると、これに基づいてＰＩＤ制
御が行われ（ステップ１０６）、つぎに〔時間〕〉〔設
定値〕が成立するか否かが判定される（ステップ１０７
）。成立の場合、処理を終了し、不成立の場合にはステ
ップ１０６に戻って以降の処理を再実行する。

第２図の構成によれば、プログラマブルＰＩＤ調節計１
２及びＰＩＤパラメータ調整部１３に対する切り換え部
を省略できるので、装置の小型化が可能になる。また、
ジ−グラ−・ニコルス法を用いず、実測して得たテーブ
ルを用意して、−次再結晶温度以下の目標温度に対する
ステップ応答の無駄時間及び最大傾きからテーブルを参
照することで、最適ＰＩＤパラメータを得ることもでき
る。

また、以上各実施例によれば、珪素鋼帯の形状Ｃ幅、長
さ等）が異なる場合や、熱処理雰囲気が異なる場合でも
予備テスト無しに目的熱処理ができる。さらに、熱処理
炉の温度制御性の経年変化に対しても対処することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明に係る低損失方向性珪素鋼帯
製造用熱処理炉では、−次再結晶温度以下の所定温度を
目標値として珪素鋼帯に対する通電量を制御する為のス
テップ状の操作量を発生するステップ操作量発生手段と
、該手段によるステップ応答の測定結果に基づいて目的
温度を目標値とするステップ応答最大傾き及び無駄時間
を求め、これらを用いてＰＩＤ調節計を制御するための
最適ＰＩＤパラメータを演算するＰＩＤパラメータ発生
手段とを設けるようにしたので、オーバーシュートやア
ンダーシュートの少ない温度制御が可能になり、低損失
方向性珪素鋼帯の品質を保持することが可能になる。

また、ＰＩＤパラメータを熱処理炉の温度制御性によら
ず最適に調整できるので、珪素鋼帯の相互間の隙間に相
違が生じても不都合を生じることが無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による低損失方向性珪素鋼帯製造用熱処
理炉の一実施例を示すブロック図、第２図は本発明の他
の実施例の主要部を示すブロック図、第３図は第２図の
実施例の処理を説明するフローチャート、第４図及び第
５図は従来の熱処理炉を示す正面断面図及び平面断面図
、第６図は低損失方向性珪素鋼帯製造における熱処理過
程と再結晶領域を説明する説明図、第７図（ａ）、（ｂ
）はステップ操作量及びステップ応答特性図である。 １・・・・・・珪素鋼帯、２．３・・・・・・通電端子
、６・・・・・・電力制御部、９，１０・・・・・・接
点、１１・・・・・・接触式測温部、１２・・・・・・
プログラマブルＰ　Ｉ　Ｄ調節計、１３・・・・・・Ｐ
ＩＤパラメータ調整部、１５・・・・・・ステップ操作
量発生部、１７・・・・・・ステップ応答傾き演算部、
ｎ・・・・・・無駄時間演算部、δ・・・・・・換算器
、四・・・・・・ＰＩＤパラメータ演算部、加・・・・
・・メモリ、あ・・・・・・ステップ応答最大傾き判定
部、あ・・・・・・メモリホールド信号発生部、あ・・
・・・・接点操作部、３７・・・・・・温度制御開始信
号発生部、あ・・・・・・停止信号発生部、３９・・・
・・・電子計算機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被熱処理珪素鋼帯に通電して加熱すると共に、その通
   電量をＰＩＤ調節計を用いて制御しながら目標速度で高
   速昇温し、目標保持温度を保持して目的熱処理を行なう
   珪素鋼帯製造用熱処理炉において、１次再結晶温度以下
   の所定温度を目標値として前記通電量を制御する為のス
   テップ状の操作量を発生するステップ操作量発生手段と
   、該手段によるステップ応答の測定結果に基づいて目的
   温度を目標値とするステップ応答最大傾き及び無駄時間
   を求め、これらを用いて前記ＰＩＤ調節計を制御するた
   めの最適ＰＩＤパラメータを演算するＰＩＤパラメータ
   発生手段とを具備することを特徴とする低損失方向性珪
   素鋼帯製造用熱処理炉。