JPH0799311B2 - 加熱炉の温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、処理物を加熱処理する過程において、特に均
温性を要求される真空炉、雰囲気炉等の加熱炉に関する
ものである。

［従来の技術］ この種の加熱炉においては、処理物の品質を向上させる
ため、均温性のレベルが年々高くなってきている。

一般に、炉の均温性を低下させる要因としては、被処
理物及び炉内構造物等を昇温させる熱量と、炉外に放
散する熱量が、各加熱ゾーンによって異なるという点が
上げられる。したがって、このための温度分布の差が生
じるのである。

熱処理のパターンは、昇温加熱期と均熱加熱期とに大別
されるが、は昇温中に、は均熱中に温度分布差とし
て現れる。製品の品質に影響を与えるのは均熱中の温度
が大部分であるが、一部のものは昇温中の均温性を要求
されるものもある。

このように均温性の向上を要求されるに従い、加熱ヒー
タを複数に分割して、各々のヒータに投入する熱量（電
力量）を個別に制御することにより、均温化を図ること
が行なわれるようになってきた。

第２図に均温化を図れるようにした装置の例を示す。図
において、１は炉であり、この炉１内に複数のヒータ２
（この場合抵抗発熱ヒータ）が配置されている。各ヒー
タ２はそれぞれ加熱ゾーンを相当していて、各ヒータ２
には熱電対３が配置されている。

一つの加熱ゾーンにおけるヒータ２の制御システムにつ
いて述べると、熱電対３でヒータ２の温度を検出し、こ
の信号を熱電対信号変換器４により測定温度に比例した
出力信号に変換して温度調節器５に入力し、一方、温度
調節器５には温度設定値信号を入力し、この温度制御器
５により操業中の各瞬間における温度設定値と前記熱電
対３の測定温度との偏差値を制御演算して、この演算値
によりヒータ出力制御器６を制御して、ヒータ出力を増
減するようになっている。なお７は手動出力制御器であ
る。

このように、各ヒータは設定温度となるように独立して
制御される。しかし、このようなシステムを実際に使用
すると、次のような問題を生じる。

［発明が解決しようとする問題点］ 均温性のテストとしては、一般に空炉の炉内の数点に熱
電対を配置し、その温度差が設定値より例えば±５℃以
内という条件のものが多い。実際に第２図で述べたシス
テムで測定点をプロットすると第３図に示すようにな
る。昇温域では昇温設定値より下まわって上昇してい
き、均熱域では温度差が一旦少なくなる。この状態で、
均熱を続けると、次第に温度差が拡大していく。このと
き、第２図に示す手動出力制御器でヒータ出力を調整す
ると、ａで示す如く温度は設定値に近付くが、また温度
差が拡大し再度手動出力制御器で調整する（図中ｂ）必
要がある。このような調整を繰り返すと、最終的には、
手動出力制御器を50〜60％まで絞らないと均温性を具現
できないときがある。

この原因は、均熱域では炉内容物への昇温熱が殆どなく
なり、炉外への放散熱が、ヒータに要求される出力の大
部分となるからである。一方、昇温中は被処理物及び炉
内の構造物の昇温に大部分の熱量が消費され、ヒータ出
力も増大しているので、均熱最終域における手動出力制
御器の値のままにしておくと、極端な温度差が生じてし
まう。

すなわち、従来の問題点をあげると、従来においては炉
固有の熱的挙動、特に均熱のための時間帯（すなわち均
熱域）において様々な要因により生じる熱的挙動により
均熱性が阻害されていたのであるが、そのような熱的挙
動を相殺するためには、操業中何度も手動出力制御器を
操作しなくてはならないため面倒であり、また経年変化
で例えば断熱材特性が変化してくると、温度設定値も変
えなくてはならないが、従来ではその点の補正はしてい
ないのが実状であり、均温性が良好に保たれていないと
いう問題があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、被処理物を処理するために組んである加熱パ
ターンプログラムに、均熱性に損う炉固有の熱的挙動を
相殺するための補正プログラムを乗じて、それに基づい
てヒータ出力を制御するというもので、詳しくは、炉内
を複数の加熱ゾーンに区分し、各加熱ゾーンに配置した
ヒータ出力を独立的に制御することによって、炉内全体
の温度を昇温させた後に均熱させるに際し、各ヒータに
与える温度設定値と、その時点における各ヒータの実際
の温度とを比較してそれらの偏差を求め、その偏差を相
殺するように各ヒータの出力を制御する加熱炉の温度制
御方法において、均熱時間帯において生じる炉固有の熱
的挙動を相殺するための補正値を時間のみまたは時間と
温度の関数として予め求めておき、各ヒータの出力を制
御するに際しては前記補正値を前記偏差に乗じて得た値
を制御量として用いることを特徴としている。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

この実施例の温度制御方法の従来方法と異なる点は、温
度調節器５とヒータ出力制御器６との間に均熱域出力制
御器８を設け、該制御器８に、均熱性を損う炉固有の熱
的挙動を相殺するための特有の補正プログラムを予め入
力しておき、それによってヒータ出力制御器６への入力
値（つまり各ヒータ２の制御量）を補正するようにした
点である。具体的には、たとえば第３図に破線で示すよ
うな温度変化を生じるような炉の場合には、そのような
温度変化をキャンセルして実線で示すような設定値に漸
近する昇温曲線を描くように補正プログラムを設定して
おくのである。

この場合の補正プログラムは、（イ）均熱域に入ってか
らの時間または均熱域のステップ数、（ロ）前記（イ）
と均熱域温度との組み合わせ、のうちいずれかのパター
ンで作成したものを入力するようにし、出力として各ヒ
ータの偏差率を与えるものであり、コンピュータ等を使
用し仮操業あるいはシミュレーションにより予め求めて
記憶させておく。

この際、均熱域に入ってからの時間または均熱域のステ
ップ数は、操業開始から、または他の特定の瞬間から数
えるようにすればよい。つまり、時間の関数としておけ
ばよい。

このように制御することにより、炉の特性によって均温
性が阻害されることがなくなり、したがって均熱性を改
善できるとともに、従来のような手動操作による面倒な
補正が不要となる。なお、第１図において、第２図にて
説明したものと同一構成要素には同一符号を付してあ
る。

［発明の効果］ 本発明によれば、均熱性を損う炉固有の熱的挙動を相殺
する補正値を予め求めておき、各ヒータの出力を制御す
るに際してはその補正値によりヒータ制御量を補正する
ようにしたので、たとえばヒータや断熱材が劣化して炉
の特性が変化しても、その補正プログラムを改正するだ
けで、均温性を損なわないように対処できる。このた
め、ヒータや断熱材の改造等を頻繁に行なわなくてもす
む。また、均温性を良好に保つことができるようにな
り、被処理物の品質向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は従来方法
の説明図、第３図は従来の問題点を説明するために示す
時間とヒータ温度の関係の特性図である。 １……炉、２……ヒータ、３……熱電対、４……熱電対
信号変換器、５……温度調節器、６……ヒータ出力制御
器、７……手動出力制御器、８……均熱域出力制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内を複数の加熱ゾーンに区分し、各加熱
   ゾーンに配置したヒータ出力を独立的に制御することに
   よって、炉内全体の温度を昇温させた後に均熱させるに
   際し、各ヒータに与える温度設定値と、その時点におけ
   る各ヒータの実際の温度とを比較してそれらの偏差を求
   め、その偏差を相殺するように各ヒータの出力を制御す
   る加熱炉の温度制御方法において、均熱時間帯において
   生じる炉固有の熱的挙動を相殺するための補正値を時間
   のみまたは時間と温度の関数として予め求めておき、各
   ヒータの出力を制御するに際しては前記補正値を前記偏
   差に乗じて得た値を制御量として用いることを特徴とす
   る加熱炉の温度制御方法。