JPH07109790B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

誘導加熱装置

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JPH07109790B2
JPH07109790B2 JP61289635A JP28963586A JPH07109790B2 JP H07109790 B2 JPH07109790 B2 JP H07109790B2 JP 61289635 A JP61289635 A JP 61289635A JP 28963586 A JP28963586 A JP 28963586A JP H07109790 B2 JPH07109790 B2 JP H07109790B2
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【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、温度補償用加熱コイルを有する誘導加熱装置
に関する。
B.発明の概要 本発明は、温度フイードバツク制御系のほかに、加熱コ
イルの後段に設けた温度補償用加熱コイルによる温度フ
イードフオワード制御系を備えた誘導加熱装置におい
て、 被加熱材のつぎ目等の非定常部の位置検出で温度補償用
加熱コイルによる温度制御を行うことにより、 非定常部での高精度の加熱温度制御もできるようにした
ものである。
C.従来の技術 鋼管や鋼線の製造ラインにおいて、成形後の焼入れ,焼
なまし,コーテイング等のために被加熱材を加熱する熱
処理を施すことが多い。この熱処理には従来から誘導加
熱装置が使われ、第5図に示すような入熱制御が行われ
ている。
連続的に図示矢印方向に移送される被加熱材1に対し
て、加熱コイル(ワークコイル)2をその移送路途中に
位置させ、該加熱コイル2には加熱用高周波電源3から
高周波電流を供給し、加熱コイル2位置を通過する被加
熱材1に誘導電流による加熱を施す。被加熱材1の加熱
温度を調整するための入熱制御には温度フイードバツク
制御系が設けられる。すなわち、加熱コイル2の後段で
温度検出器4により被加熱材1の温度を検出し、この検
出値を温度変換器5で増幅,補正して温度検出をなし、
この温度検出値θinと温度設定器6の温度設定値θ
から制御装置7によつて入熱量を求め、この入熱量は電
源3への出力電力指令Eo(又は出力電流)として得る。
制御装置7による入熱量演算には、被加熱材1の送り速
度(ライン速度)変更及び変動による入熱量変化を補償
するよう被加熱材1の送り速度を速度検出器8によつて
検出し、この検出信号をライン速度変換器9によつて電
圧変換して制御装置7への速度検出信号Spとして取込
む。
制御装置7は、調節計などを使つたアナログ方式、ある
いはマイクロコンピユータを制御中枢部とするデイジタ
ル方式にされ、入熱量演算には温度,速度の検出値θw,
Spと被加熱材1の外径,板厚等から決まる入熱量設定値
θとから求める。このうち、速度については設定値に
ライン速度を含ませた入熱量補正や被加熱材1の端部で
の入熱量補正を行うものがある。また、温度について
は、検出温度と設定温度との偏差を比例,積分演算し、
さらにはライン速度に応じた応答時間の調整を行うもの
がある(例えば、特開昭60−25177号公報)。
従来の入熱制御装置によれば、被加熱材の速度及び温度
の検出による入熱量調整、さらに入熱量調整の応答性も
変更可能とすることによつて精度良い加熱温度を得るこ
とができる。しかし、フイードバツク制御になるため
に、応答性良くしかも温度変動を小さくすることの両方
を満す制御が難しく、目標処理温度に対して精度を±5
%よりも小さくするのが難しくなる問題があつた。
そこで、本出願人は加熱コイルの後段位置に温度補償用
加熱コイルを設け、その前段の温度検出信号によつて該
温度補償用加熱コイルに供給する電力を制御する温度フ
イードフオワード制御手段を備えた誘導加熱装置を既に
提案している(特願昭60−194292号公報)。この装置に
よれば、フイードバツク系で補償しきれない温度変動を
フイードフオワード系で補償できる。
D.発明が解決しようとする問題点 従来の温度補償用加熱コイルとそのフイードフオワード
制御手段を備える誘導加熱装置において、被加熱材(例
えば鋼管)の継目部や端部になる非定常部での加熱温度
は温度低下が発生する問題があつた。これは、被加熱材
が加熱コイル内又は誘導空間に満ちている定常部での加
熱では加熱コイルとの間の空隙のない磁気回路状態にあ
るのに対して、非定常部では空隙のある磁気回路状態に
なり、空隙分だけ磁気抵抗が増加して誘導磁束が減少、
つまり被加熱材表面でのうず電流損による発熱量の減少
により表面温度分布に凹部が発生すると考えられる。
上述の非定常部での温度低下は、温度フイードフオワー
ド制御では温度差に従つた定常部に対する電力制御にな
つて、入熱量不足となり、補償しきれないことになる。
E.問題点を解決するための手段と作用 本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、温度フ
イードフオワード制御手段に加えて、被加熱材の非定常
部位置検出信号に応じて温度補償用加熱コイルに供給す
る電力を制御する非定常部温度制御手段を備え、非定常
部の位置による加熱温度低下量に見合つた入熱量増を行
い、非定常部の温度を定常部温度に一致させる。
F.実施例 第1図は本発明の一実施例を示す装置構成図であり、第
5図と同じものあるいは同じ機能を有するものは同一符
号で示す。温度検出器4の後段位置に温度補償用加熱コ
イル10が設けられ、この加熱コイル10には高周波電源11
から高周波電流が供給されて被加熱材1の温度調整のた
めの加熱を行う。加熱コイル10への電流制御量は制御装
置7により制御され、定常部では温度検出器4からの温
度検出信号θinを使つた温度フイードフオワード制御と
し、非定常部では該検出信号θinの変化から非定常部位
置検出をした非定常部温度制御にされる。
温度フイードフオワード制御、すなわち、制御装置7に
よる定常部での加熱コイル10への制御量は次式による演
算で決定される。
Es=K・D・T・Sp(θ−θin)≡Eo ……(1) 但し、Es:制御量 K:定数 D:被加熱材の外径 T:被加熱材の板厚 Sp:ライン速度 θs:目標温度 θin:サンプル温度 上記(1)式中、被加熱材1の外径,板厚が一定(同種
の被加熱材)では制御量Esは Es=K1・Sp(θ−θin) ……(1)′ 但し、K1=K・D・T となり、ライン速度Spと目標温度θとサンプル温度θ
inから決定される。
非定常部温度制御は、温度検出器4からの温度検出信号
θinの変化から非定常部が加熱コイル10位置に達したこ
とを検出し、該非定常部の入熱量を定常部での制御量Es
に補正量を加算した制御量Esとして求める。
第2図は加熱コイル10に対する被加熱材1A,1Bの継目部
の入熱制御量Es(t)を時間関数として示す。同図中、
θin(t)は温度検出器4の検出信号を示し、定常部で
は一定値θ0,非定常部(被加熱材1Aの後端部から1Bの先
端部)では一次関数的にθまで減少と該θからθ
まで増加する変化とする。また、発熱効率A(t)は入
熱制御量E0の時間積分に対する温度上昇Δθを示す比に
なり、定常部では一定効率A0となるが、非定常部では前
述のようにうず電流損の減少による効率A1までの減少と
増加の一次関数変化とする。
このような非定常部の効率変化に対して、入熱制御量Es
(t)は定常部に一致した加熱温度になるよう定常部で
の制御量E0に加えて継目部が加熱コイル10位置を通過す
る際に最高値E1に達する補正量を加えた値に制御する。
この入熱制御量Es(t)は時間区間別に下記の式で示
す。
i)o≦t<t1(前述の定常部制御量) Es(t)=K・D・T・Sp(θ−θin)≡E0 ……
(1) ii)t1≦t<t3 iii)t3≦t<t5 iv)t≧t5(前述の定常部制御量) Es(t)=E0 ………(4) 上述のように、制御装置7によるフイードフオワード制
御と非定常部温度制御のために、制御装置7は第3図に
示す制御フローを備える。同図において、ステツプS1〜
S5は加熱条件データを取込む。即ち、加熱コイル10の中
心と温度検出点間距離L(S1)、定数K(S2)、被加熱
材外径D(S3)、被加熱材板厚T(S4)、目標温度θ
(S5)の各データを取込む。この後、加熱開始で被加熱
材1の検出温度θinをサンプリングで入力し(ステツプ
S6)、サンプルデータのソート(ステツプS7)とセツト
(ステツプS8)によつてサンプルデータを順次記憶して
おく。これに並行して検出ライン速度Spを取込み(S
9)、ライン速度Spと距離Lから温度検出点と加熱位置
の遅れ時間L/Spを求め、この遅れ時間を制御時間Δtで
除算することによつて温度検出部位の被加熱材が加熱コ
イル10の中心位置に達するまでのサンプルデータ数nを
求める(ステツプ10)。このデータ数nに相当するサン
プルデータθin(n)を加熱コイル10の中心位置にある
被加熱部材1の検出温度として前述の(1)式又は
(1)式′に従つて制御量Esを求める(ステツプS1
1)。
次に、温度検出信号θinの変化すなわちサンプル値θin
(n+m)−θin(n)が所定値Δθ以上あるか否か判
定し(ステツプS12)、Δθ未満では定常部と判定して
ステツプS11で求めた制御量Esを電力指令出力として加
熱コイル10に与える(ステツプ19)。一方、Δθ以上で
はタイマ起動を行い(ステツプS13)、このタイマ起動
で非定常部の入熱制御を開始する。タイマ時間tについ
て、継目部に達する時間(前述の(2)式のt3−t1)又
は継目部から非定常部の終端に達する時間(前述の
(3)式のt5−t3)とするt0と比較すなわち継目部前後
の判定をし(ステツプS14)、継目部前では前述の
(2)式による制御量Esを求め(ステツプS15)、継目
部後では前述の(3)式による制御量Esを求める(ステ
ツプS16)。これら制御量Esは加熱コイル10の制御量と
して出力Esとし(ステツプ17)、タイマ時間tが非定常
部を越えるに相当する時間2t0以上になるとき(ステツ
プS18)、制御装置は定常部での制御を再開する。
こうした非定常部での温度制御によつて加熱温度の精度
を向上できることを以下に詳細に説明する。
前述の第2図において、区間I〜VIIに分けて被加熱材
が加熱コイル10を通過した後の温度θoutを求めると以
下のようになる。
I 0t<t0 II t0<t<t1 III t1t<t2 IV t2t<t3 V t3t<t4 VI t4t<t5 VII t5t<t6 ここで、▲▼は入熱制御量Es(t)の時間積
分量である。
上述の具体例として、以下の条件では前述のI〜VIIの
区間による出口温度θoutは夫々以下の(12)〜(18)
式のようになる。
sp=1.5m/min=25mm/s E0=100Kw,E=150Kw θ=160℃ θ=140℃ θ=230℃ A0=0.08℃/Kw・s A1=0.07℃/Kw・s L=220mm LD=100mm I Ost<4.4s θout(t)=230(℃) ………(12) II 4.4st<8.8s θout(t)=230+0.069(t−4.4)(℃)…(13) III 8.8st<9.2s θout(t)=241.7−0.069(13.2−t)(℃)…(1
4) IV 9.2st<13.2s θout(t)=311.8−7.57t+0.089(t−13.2) −0.0022t(t−13.2)(℃) …(15) V 13.2st<17.2s θout(t)=112+7.57t−0.032(t−13.2) −0.0022t(t−13.2)(℃) …(16) VI 17.25t<17.6s θout(t)=241.7−0.069(t−13.2)(℃) ……
(17) VII 17.6st<22s θout(t)=230+0.069(22−t)(℃) ……(1
8) 上述の(12)〜(18)式による出口温度θoutは第4図
に示す波形図になる。
この第4図からも明らかなように、非定常部75mm(継目
部を中心とした±50mm)を除いて、目標温度230℃に対
して±7℃の範囲内まで補正した入熱制御ができる。
なお、実施例において、電源11の容量及びライン速度Sp
の許す範囲内で前述の(2),(3)式を例えば3次関
数式に変更して非定常部の温度精度を一層高めることが
できる。
G.発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、温度フイードフオワー
ド制御系に加えて非定常部での温度制御手段を備え、温
度フイードフオワード制御系で補償しきれない非定常部
の温度変動を補正するようにしたため、非定常部も含め
て温度フイードフオワード制御による温度補償を高精度
に行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す装置構成図、第2図は
第1図における非定常部の入熱制御量特性図、第3図は
第1図における制御装置のフローチヤート、第4図は実
施例における非定常部温度偏差波形図、第5図は従来の
装置構成図である。 1,1A,1B……被加熱材、2……加熱コイル、3……高周
波電源、4……温度検出器、6……温度設定器、7……
制御装置、8……速度検出器、10……温度補償用加熱コ
イル、11……高周波電源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】連続移送される被加熱材の加熱温度を検出
    して加熱コイルに供給する電力を制御する温度フィード
    バック制御系を備えた誘導加熱装置において、前記加熱
    コイルの後段位置に設けられた温度補償用加熱コイル
    と、前記温度補償用加熱コイルの前段の温度検出信号に
    よって該温度補償用加熱コイルに供給する電力を制御す
    る温度フィードフォワード制御手段と、被加熱材の先端
    部及び後端部が前記温度補償用加熱コイル位置に達した
    ときに該温度補償用加熱コイルに供給する電力量を該先
    端部及び後端部の位置による加熱温度低下量に応じて増
    加する非定常部温度制御手段とを備えたことを特徴とす
    る誘導加熱装置。
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