JPS5836837B2 - トンネル形誘導加熱装置の温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトンネル形誘導加熱装置の温度制御方法に関す
るものである。

一般にトンネル形誘導加熱装置は第１図および第２図に
示すように所定の長さの誘導加熱コイル１を有し、この
誘導加熱コイル１の内壁に形成された耐火壁２内の空間
中に被加熱材料３を送りローラ４によって送り込み、誘
導加熱コイル１内に発生する磁界により被加熱材料３に
誘導電流を発生させ、この誘導電流によって被加熱材料
自身に発熱させる加熱装置で電圧制御による温度匍脚が
比較的容易であるため加熱装置として広く使用されてい
る。

この種のトンネル形誘導加熱装置は温度制御が比較的容
易であるとは言っても加熱開始時および一定時間休止後
の加熱再開時の設定電圧、被加熱材料の送り速度の決定
は大変困難である。

その理由は加熱中（実際は被加熱材料の発熱中）におい
て被加熱材は周囲に熱をうばわれることによりたえず冷
却され、エネルギーを損失している０ この損失エネルギーの大部分は被加熱材料から耐火壁内
面への熱輻射損失であり、加熱開始時、すなわち耐火壁
が常温の時には放射損失が大きく、加熱開始後の時間の
経過に応じて耐火壁は被加熱材料により熱せられ、放射
損失はしだいに小さくなり、定常状態になれば一定値に
おちつくことになる。

すなわち、第３図に曲線５で示すように耐火壁の熱の吸
収が大となり温度が上がるに従い被加熱材料からのエネ
ルギーの損失は少なくなり、やがて一定の時間ｔ６にな
るとエネルギー損失はほぼ一定のｅ。

の値におちつき定常状態となるゎけである。

従って、定常状態で被加熱材料が一定の加熱温度となる
ような一定の電力で加熱を始めると、加熱開始時、すな
わち耐火壁が定常となるまでの冷えた状態では材料は定
常状態に比較して余分な放射損失があるため、被加熱材
の温度が低くなり、所期の加熱効果が得られないことと
なる。

このような加熱不十分の状態が生じないようにするため
に従来においては、加熱開始時の余分なエネルギー損失
を経験的に推測して、定常時に比較して余分な電力を投
入して、発生するエネルギーを高めることにより、加熱
開始時の最初に炉中に導かれる材料より一定温度で加熱
された材料を連続して炉から排出させることができるわ
けである。

また、一定時間加熱を休止して耐火壁が冷えはじめた後
で加熱再開した場合でも全く同様の現象が生じる。

以上のように従来においては耐火壁の温度分布、従って
被加熱材の加熱温度が定常状態に達するまでの加熱電力
の供給の補正は作業者の勘によっていたために最適な設
定ができす、加熱温度が低すぎるか、あるいは高すぎる
という無駄材が多くなり、さらに人間の勘にたよるため
に個人差があるばかりではなく、たえず炉内の温度を監
視しなければならないという繁雑な作業を伴なうなどの
欠点があった。

本発明は以上の点に鑑み、このような問題を解決すると
共に、かかる欠点を除去するためになされたものであり
、誘導加熱コイルの内壁温度が熱的に飽和するまでの過
渡状態に対して送り速度を制御し、投入電力の補正を自
動的に最適に行なうことにより省力と電力消費量の削減
、無駄な材料の節約を実現できるトンネル形誘導加熱装
置の温度制御方法を提供するものである。

以下、本発明方法の詳細を図面に基いて説明する。

まず、加熱開始時における誘導加熱炉内の耐火壁の温度
について一般的に述べると、耐火壁が室温（常温）の状
態で加熱を開始すると、耐火壁の温度は被加熱材の熱を
受けて徐々に上昇し、第４図に示すように曲線ｔ４→ｔ
３→ｔ２→ｔ１と加熱時間の経過につれてある定常状態
である曲線ｔ１て示？温度分布におちつく。

このような状態を被加熱材の側から見ると前述した第３
図に示すようになるわけである。

ところで、定常状態における被加熱材の出口温度をＴｏ
、被加熱材の送り速度をＶ。

、加熱電圧をＥｏとすると、耐火壁の温度分布が定常状
態の温度分布よりも低い場合に、Ｖ ， Ｅの設定で加
熱開始を行なうと、被加熱材から耐火壁に対して発散す
るエネルギーが定常時より太きいため、被加熱材の加熱
開始の経過時間に対する温度分布は第５図に示す曲線ｔ
４→ｔ３→ｔ２→ｔ１のように変化する。

すなわち、過渡時の材料の出口温度はＴ。

よりも低くなる。

これを加熱開始時からＴ。に上げるためには加熱開始の
過渡時に定常時に比し、被加熱材から余分にとられるエ
ネルギーを補償するような加熱電力を供給してやる必要
がある。

一方、加熱開始または一旦加熱休止後加熱再開を行なう
場合には基本的に三つの方法が考えられる。

すなわち、コイル内に材料を入れた状態で加熱する方法
、コイル内を空にした状態で加熱する方法およびコイル
の中間まで材料を入れた状態で加熱する方法の三つの方
法である。

以下の説明においては説明を簡略にするために、最も広
く行なわれているコイル内が空の状態で加熱開始し、コ
イル内の材料を全て排出した空の状態で加熱を休止し、
加熱再開を行なう場合を例にとって述べる。

また、加熱温度を調整する方法としては電圧によるもの
と被加熱材の送り速度によるものと、その両者によるも
のとが考えられるが、本発明においては送り速度による
方法を採用している。

以上の前提のもとに定常状態の送り速度■ｏを１ｏｏ％
とした時の時間経過に伴なう補正済送り速度カーブを実
験データをもとに第６図に示すように設定する。

第６図において符号ｍ１で示す曲線は耐火壁が室温の状
態から加熱開始した場合の補正された被加熱材の送り速
度曲線であり、曲線ｍ２は加熱休止したのちに加熱再開
するときの補正された送り速度を示す曲線である。

これらの曲線ｍｌ ， ｍ２はたとえば光電式プログラ
ム設定器に記憶されている。

なお、曲線ｍ１は材料がコイル内に満たされている時の
速度補正曲線で、ｍ２はコイル内が空のときの速度補正
曲線である。

このような速度補正曲線による温度制御は加熱開始後、
曲線ｍ１に従って送り速度を補正しつつコイル中の被加
熱材を送り、曲線ｍ１の終端、すなわち、定常状態に達
したときにこの送り速度の補正は終了する。

そして、曲線ｍ１の終端、第６図においては点Ｆで示す
定常状態に達したとき、この補正は終り、以後送り速度
■。

１００％で被加熱材が送られる。また、加熱休止をする
と休止時間と共に送り速度は曲線ｍ２に従って下降する
。

ここで注意すべきは、曲線ｍ２はたしかに送り速度を示
しているが、休止中においては被加熱材はコイル中を送
られているわけではないということである。

ところが一方コイルの耐火壁は直ちに常温になるわけで
はなく、徐々に冷却されてゆくため、一旦加熱休止を行
なったのちに再加熱を開始する場合には現在の耐火壁の
温度に応じた無駄のない電力供給を行なわなければなら
ず、このためにはどの時点で加熱を再開したときはどの
ような送り速度で被加熱材料を供給しなければならない
かがはっきりとしなければならない。

このために必要な速度曲線が曲線ｍ２である。

このようにして、たとえば第６図におけるＣ点で加熱再
開を行なうと同じレベルの曲線ｍ１上の点Ｄにとび、こ
の点Ｄから曲線ｍ１に従って送り速度が制御され、加熱
再開が行なわれる。

また、定常状態であるＦ点に達する前の時点、例えばＡ
点で加熱休止をすると曲線ｍ２上のＢ点に飛び曲線ｍ２
に沿った速度制御がなされるわけである。

ところで、被加熱材料の送り速度制御において問題とな
るのは加熱コイルの長さである。

すなわち、被加熱材料の送り速度が速くコイルの長さが
短い場合、換言すれば被加熱コイルの通過時間が短い場
合には、被加熱材料の挿入時あるいは排出時に被加熱材
料がコイル全体に満たされていない過渡的な期間に起る
耐火壁の温度変化はほとんど無視できる。

これに反して、コイル長が長い場合には被加熱材料の挿
入時、排出時において、コイルの中間にまで材料が挿入
されている状態が長いため、耐火壁の温度分布に変化を
きたす結果となる。

このような温度分布の変化を補正するためにはプログラ
ム設定器の回転をＯＮ，ＯＦＦする信号を用いる。

すなわち、材料の挿入完了までの時間が長いほどコイル
全体に材料がある場合に比較し、耐火壁の温度上昇は小
さく、その差の分だけ送り速度を下げて加熱時間を長く
して温度上昇を行なわせる必要がある。

第７図はこのような送り速度制御補正の方法を説明する
もので、図において符号ｍ１で示す曲線は第６図の曲線
ｍ１に相当するもので、曲線Ｓは材料挿入時における送
り速度補正曲線を示している。

すなわち、適当な補正パルスＰを用いてプログラム設定
器の回転を断続させることにより、実際の送り速度補正
曲線を四線Ｓに示すように補正して、材料の送り速度を
制御し、材料の挿入が完了した時点でプログラム設定器
の回転は通常にもどし、送り速度制御は曲線ｍ１、ある
いはｍ２に沿って行なうようにすればよい。

また、排出時における補正は次のようにして行なう。

すなわち、被加熱材料の排出は押棒などを使用するが、
押棒を挿入しはじめた時点ではまだコイル内に大部分の
材料が残っており、押棒の進行につれて徐々にコイル内
の材料が排除さへ耐火壁の温度上昇が小さくなるため、
前述した挿入時における速度補正と同様に別に設定され
た補正パルスにより、プログラム設定器の回転を断続し
て曲線ｍ１の立上りを低くすればよいわけである。

つぎに、本発明方法を実施するに必要な機器の概略構成
およびその作用につき第８図と共に説明する。

すなわち、加熱制御装置Ｈｃからの加熱開始信号が主制
御器Ｍｃに送られ、この加熱開始信号を受けて主制御器
Ｍｅからの信号でプログラム設定器Ｐｓのドラムを回転
させる。

このプログラム設定器Ｐｓは本例の場合光電式であり、
目的とする設定曲線を印刷表示できるドラムを備えてい
る。

このプログラム設定器Ｐｓからの信号によって、曲線ｍ
１に沿った送り速度信号が変換器Ｃｖ，記憶器Ｓｔ１比
較器Ｃｐに送らへ変換器Ｃｖからの信号は速度設定器Ｓ
ｓに送られ送りモータＭｔを曲線ｍ１に沿った速度で回
転させ、被加熱材料をコイル中に送り込む。

そして、加熱開始後一定の時間が経過し、定常状態に達
するとプログラム設定器Ｐｓのドラム上に設定されたタ
イムシグナル信号ｔｌ（第６図参照）によりドラムはＦ
点で停止し、送り速度は一定値となる。

なお、タイムシグナル信号ｔ１ ， ｔ２のパルス幅は
無視できるものとする。

ところで、定常状態後の加熱休止は材料が押棒により排
出されたのち送りモータＭｔは回転を停止し、その後加
熱制御装置Ｈｃから加熱停止信号が主制御器Ｍｃに送ら
れ、第６図の曲線ｍ２のＦ点より下降が始まって停止時
間中の炉内温度の変化に応じて送り速度信号がプログラ
ム設定器Ｐｓ内で発生される。

そして、充分時間が経過して耐火壁が室温となると第６
図の曲線ｍ２の下端に達し、タイムシグナルｔ２により
ドラムの回転は停止する。

また、過渡状態、すなわち、加熱開始後、定常状態に達
していないうちにおいて、例えば曲線ｍ１上のＡ点で加
熱休止すると、主制御器Ｍｃの指令により、Ａ点のレベ
ルを記憶器Ｓｔで記憶し、プログラム設定器Ｐｓのドラ
ムを早送りして、比較器Ｃｐで記憶器Ｓｔのレベルと、
プログラム設定器Ｐｓの出力信号を比較し、Ａ点のレベ
ルと一致した曲線ｍ２上のＢ点でプログラム設定器の回
転を通常の送りに切換える。

そして、このＢ点より曲線ｍ２に沿って送り速度信号が
発生する。

しかし、この場合にも被加熱材はコイル中にはなく、休
止中の送り速度信号は送りモークＭｔには出力されない
。

一方、加熱再開時には加熱制御装置Ｈｃから加熱再開信
号が主制御器Ｍｃに送られ、今まで休止中であって、か
つ曲線ｍ２上を下降中の場合、例えばＣ点で加熱再開が
行なわれるとすると、主制御器Ｍｃの指令により、Ｃ点
のレベルを記憶器Ｓｔで記憶し、プログラム設定器Ｐｓ
のドラムを早送りして、比較器Ｃｐで記憶器Ｓｔのレベ
ルとプログラム設定器Ｐｓの出力信号を比較して一致し
た曲線ｍ１上のＤ点でプログラム設定器Ｐｓのドラムの
回転を通常の送りに切換える。

このようにして、一致点Ｄ点から再び曲線ｍ１に沿って
送り制御がなされるわけである。

他方、前述したように、コイル長が長く、被加熱材料の
通過速度が無視できない場合には、つぎのように補正制
御がなされる。

すなわち、主制御器Ｍｃで発生される挿入時補正パルス
により、加熱再開時よりコイル内に被加熱材料が挿入完
了するまでの間、プログラム設定器Ｐｓのドラムの回転
をＯＮ，ＯＦＦし、第７図に示すように曲線Ｓに沿った
送り速度制御を行なう。

被加熱材料の挿入完了の検出は図示していない検出器に
よって行なえばよい。

また、被加熱材料の排出時の補正は主制御器Ｍｃに内蔵
された排出時補正パルス発生器から発生されるパルスに
より、被加熱材料を押す押棒がコイル内に入ってから被
加熱材料の排出完了までの間にプログラム設定器Ｐｓの
ドラムの回転をＯＮ ，ＯＦＦＬて排出時の送り速度制
御を行ない、被加熱材料の排出完了時点で加熱休止とな
る。

ここでプログラム設定器を説明簡略にするため２台使用
した場合について第９図とともに説明する。

（例えばコイル内に被加熱材料が一杯入った状態での加
熱休止し、次に加熱再開する時の速度設定曲線を加え、
３台とすることも可能である。

）第９図に示すように第８図にあった記憶器Ｓｔがなく
なりそのかわりにプログラム設定器Ｐ ｓ １とプログ
ラム設定器Ｐｓ２の２台となっている。

ここでプログラム設定器Ｐ ｓ １には第６図のｍ１の
曲線とタイムシグナルｔ１、またプログラム設定器Ｐｓ
２にはｍ２の曲線とタイムシグナルｔ２が各々分けて印
刷されている。

まず加熱制御装置Ｈｃからの加熱開始信号が主制御器Ｍ
ｃに送られ、この加熱開始信号受けて主制御器Ｍｃから
の信号でプログラム設定器Ｐｓ１のドラムを回転させる
。

このプログラム設定器ＰＳＩからの信号によって曲線ｍ
１に沿った送り速度信号が変換器Ｃｖ、比較器Ｃｐに送
らへ変換器Ｃｖからの信号は速度設定器Ｓｓに送られ送
りモータＭｔを曲線ｍ１に沿った速度で回転させ被加熱
材料をコイル中に送り込む。

そして加熱関始後一定の時間が経過し定常状態に達する
とプログラム設定器ＰＳＩのドラム上に設定されたタイ
ムシグナル信号ｔｌ（第６図参照）によりドラムはＦ点
で停止し送り速度は一定値となる。

なおタイムシグナル信号ｔｌ ， ｔ２のパルス幅は無
視できるものとする。

ところで定常状態後の加熱休止は材料が押棒により排出
されたのち送りモータＭｔは回転を停止し、その後加熱
制御装置Ｈｃから加熱停止信号が主制御器のＭｃに送ら
れ、この主制御器Ｍｃはプログラム設定器Ｐｓ２に回転
信号を送り第６図の曲線ｍ２のＦ点より下降が始まって
曲線ｍ２に沿った送り速度信号がプログラム設定器Ｐｓ
２内に発生される。

そして充分時間が経過して耐火壁が室温となると第６図
の曲線ｍ２の下端に達しタイムシグナルｔ２によりドラ
ムの回転が停止する。

また過渡状態すなわち加熱開始後、定常状態に達してい
ないうちにおいて例えば曲線ｍ１上のＡ点で加熱休止す
ると、主制御器Ｍｃの指令により、プログラム設定器Ｐ
ｓｌの回転を停止し、プログラム設定器Ｐｓ２のドラム
を早送りして比較器Ｃｐでプログラム設定器Ｐｓｌの出
力信号とプログラム設定器Ｐｓ２の出力信号を比較し、
Ａ点のレベルと一致した曲線ｍ２上のＢ点でプログラム
設定器Ｐ ｓ ２の回転を通常の送りに切換える。

そしてこのＢ点より曲線ｍ２に沿って送り速度信号が発
生する。

しかし、この信号は変換器Ｃｖの方には出力されない。

従って休止中の送り速度信号は送りモータＭｔには出力
されない。

一方、加熱再開時には加熱制御装置Ｈｃから加熱再開信
号が主制御器Ｍｃに送られ、今まで休止中であってかつ
曲線ｍ２上を下降中の場合、例えばＣ点で加熱再開が行
なわれるとすると主制御器Ｍｃの指令により、プログラ
ム設定器Ｐｓ２の回転を停止し、プログラム設定器Ｐｓ
ｌのドラムを早送りして比較器ｃｐでプログラム設定器
Ｐｓｌとプログラム設定器Ｐｓ２の出力信号を比較して
一致した曲線ｍ，上のＤ点でプログラム設定器Ｐｓｌの
回転を通常の送りに切換える。

このようにして一致点Ｄ点から再び曲線ｍｌに沿って送
り制御されるわけである。

以上の説明から明らかなように、本発明方法によれば、
トンネル形誘導加熱装置において、加熱開始時および加
熱再開時における被加熱材料の温度制御を従来のような
経験と勘にたよる方法に代えて、プログラム設定器によ
りあらかじめ定めた送り速度制御曲線に沿って、被加熱
材料のコイル中の通過速度を制御し、定常温度に達した
状態で排出するようにし、さらに、挿入時および排出時
における温度制御もプログラム設定器にあらかじめ設定
された曲線を補正しながら送り速度を制御するように構
成されているため、被加熱材料の適正な加熱を自動的に
かつ正確に行なうことができ、電力の無駄や消費や、被
加熱材料の加熱ミスなどの欠点も解消されて、労力の節
約と、操業コストの低下、省資源の観点からも極めて優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はトンネル形誘導加熱装置の正面図、第２図は同
じく縦断側面図、第３図は加熱開始時における放出エネ
ルギー特性を示すグラフ、第４図は時間経過に伴なう耐
火壁温度変化を説明するグラフ、第５図は時間経過に伴
なう被加熱材料の温度変化を説明するグラフ、第６図は
被加熱材料の送り速度特性を示すグラフ、第７図は被加
熱材料挿入開始時における送り速度特性を示すグラフ、
第８図は制御方法を説明するブロック図、第９図は２台
のプログラム設定器を用いた場合の制御方法を説明する
ブロック図である。 １・・・・・・加熱コイル、２・・・・・・耐火壁、３
・・・・・・被加熱材料、４・・・・・・送りローラ、
ｍｌ ， ｍ２ ， Ｓ・・・・・・曲線、Ｈｃ・・・
・・・加熱制御装置、Ｍｃ・・・・・・主制御装置、Ｐ
ｓ Ｈ Ｐｓ１，Ｐｓ２・・・・・・プログラム設定器
、ｃｐ・・・・・・比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内面に耐火壁を有するトンネル状の誘導加熱コイル
   中を被加熱材料を順送りして加熱を行なうトンネル形誘
   導加熱装置において、加熱制御装置からの加熱開始信号
   と加熱停止信号および加熱再開信号を入力とする主制御
   器と、前記耐火壁が室温の状態から加熱開始した場合の
   補正された前記被加熱材料の第１の送り速度制御パター
   ンと加熱休正した後に加熱再開するときの補正された送
   り速度を示す第２の送り速度制御パターンを予め記憶し
   かつ前記主制御器からの信号で制御されるプログラム設
   定器と、前記主制御器の指令により前記第１の送り速度
   制御パターンの所要レベルを記憶する記憶器と、この記
   憶器のレベルと前記プログラム設定器の出力信号とを比
   較しその比較出力を前記主制御器に送出する比較器とを
   備え、前記プログラム設定器により予め定めた第１およ
   び第２の送り速度匍脚パターンに沿って前記被加熱材料
   の誘導加熱コイルの通過速度を制御し、定温状態に達し
   た状態で排出するようになし、かつ前記被加熱材料の挿
   入時および排出時における温度制御も前記プログラム設
   定器に予め設定された第１および第２の送り速度制御パ
   ターンを補正しながら送り速度を制御するようになし、
   加熱開始時における前記被加熱材料の誘導加熱コイル中
   への挿入開始から挿入完了までの間、または加熱終了時
   における前記被加熱材料が誘導加熱コイルから排出開始
   され、排出完了する間において、前記プログラム設定器
   の送り速度制御パターン記憶媒体の送りを断、，続する
   ことにより誘導加熱コイル内が空あるいは前記被加熱材
   料が誘導コイル内にあるとして設定した送り速度制御パ
   ターンを修正するようにしたことを特徴とするトンネル
   形誘導加熱装置の温度制御方法。 ２ 内面に耐火壁を有するトンネル状の誘導加熱コイル
   中を被加熱材料を順送りして加熱行なうトンネル形誘導
   加熱装置において、加熱制御装置からの加熱開始信号と
   加熱停止信号および加熱再開信号を入力とする主制御器
   と、前記耐火壁が室温の状態から加熱開始した場合の補
   正された前記被加熱材料の第１の送り速度制御パターン
   を予め記憶しかつ前記主制御器からの信号で制御される
   第１のプログラム設定器と、加熱休止した後に加熱再開
   するときの補正された送り速度を示す第２の送り速度制
   ＃／マターンを予め記憶しかつ前記主制御器からの信号
   で制御される第２のプログラム設定器と、この第１のプ
   ログラム設定器の出力信号と第２のプログラム設定器の
   出力信号とを比較しその比較出力を前記主制御器に送出
   する比較器とを備え、前記第１および第２のプログラム
   設定器により予め定めた第１および第２の送り速度制御
   パターンに沿って前記被加熱材料の誘導加熱コイルの通
   過速度を制御し、定温状態に達した状態で排出するよう
   になし、かつ前記被加熱材料の挿入時および排出時にお
   ける温度制御も前記第１および第２のプログラム設定器
   にそれぞれ予め設定された第１および第２の送り速度制
   御パターンを補正しながら送り速度を制御するようにな
   し、加熱開始時における前記被加熱材料の誘導加熱コイ
   ル中への挿入開始から挿入完了までの間、または加熱終
   了時における前記被加熱材料が誘導加熱コイルから排出
   開始され、排出完了する間において、前記プログラム設
   定器の送り速度制御パターン記憶媒体の送りを断，続す
   ることにより誘導加熱コイル内が空あるいは前記被加熱
   材料が誘導コイル内にあるとして設定した送り速度制御
   パターンを修正するようにしたことを特徴とするトンネ
   ル形誘導加熱装置の温度制御方法。