JPS5935636A - 間接加熱炉の温度制御装置 - 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】 本発明は、間接加熱炉の温度制御装置に関し、特に、操
作入力範囲内に温度制御に寄与しないアイドル域があっ
ても、好適な温度制御特性が得られる温度制御装置に関
するもので・ある。

バーナによって加熱される隔壁を介して被加熱物を熱処
理する間接加熱炉において、第１図の実線に示されるよ
うに、所定の操作入力範囲（０乃至１００％）を備え、
その操作入力範囲中の中立操作値Ｎを境にして操作入力
量がその中立操作値Ｎから離れる程、上記バーナに供給
する空気量を増加させる空気量調節装置と、第１図の破
線に示されるように上記操作入力量が中立操作値Ｎを超
えた状態に於いて、前記空気量に対して一定の割合の燃
料をバーナに供給する燃料調節装置と、第１図の中立操
作値Ｎとカット値Ｃとの間に示されるように、前記空気
量調節装置に於ける操作入力量が燃焼状態を良好に維持
し得る最小空気量をバーナに供給するためのカット値Ｃ
よシも下廻ったとき、バーナに供給される燃料を遮断す
る燃料遮断装置とを備え、前記空気量調節装置に付与す
る操作入力量を前記カット値Ｃよシも大ぎい加熱制御範
囲内として加熱操作するとともに、その操作入力量を前
記中立操作位置Ｎよシも小さい冷却制御範囲内として冷
却操作することによシ、前記加熱炉内の雰囲気温度を目
標温度に一致させるように制御する温度制御装置が提案
されている。

しかしながら、斯る温度制御装置に於いては、その操作
入力範囲内に於いて温度制御に寄与しないアイドル範囲
を含むため、そのアイドル範囲に起因する制御応答の遅
れが避けられず、高精度の温度制御特性が得られない欠
点があった。即ち、第１図に於いて、例えば操作入力量
が燃焼制御範囲内からカット値Ｃを下廻ってカット値Ｃ
と中立操作値Ｎとの間のアイドル範囲に入ると、燃料は
遮断されるものの空気流量は更に減少して積極的な冷却
操作に何等寄与しないのである。また、操作入力量が冷
却制御範囲内から中立操作値Ｎを超えてアイドＩし範囲
に入ると、空気量のみが増大して炉内が冷却され、積極
的な加熱操作に何等寄与しないのである。従って、操作
入力量がアイドル範囲に−ある時間が制御応答の遅れ（
無駄時間）となシ、加熱炉内の雰囲気温度のハンチング
を大きくしてしまうのである。また、斯るアイドル範囲
は単に制御応答の遅れの原因になるのみならずごアイド
ル範囲に於いては温度制御方向に対して逆方向に空気量
を変化させるので、これも雰囲気温度をばらつかせる原
因となっていたのである。間接加熱炉は、直火式の炉と
異シ被加熱物の雰囲気制御が容易である反面、その加熱
炉内零囲気温度制御に際しては本来的に応答時間が長い
ため、特に、均熱或いは徐冷ゾーンにおいて上記アイド
ル範囲に起因する不都合が顕著である。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであシ
、その目的とするところは、高精度の温度制御特性が得
られる間接加熱炉の温度制御装置を提供することにある
。

斯る目的を達成するため、本発明の温度制御装置は、少
なくとも前記操作入力量が前記中立操作値を超えたこと
、及びその操作入力量が前記カット値よりも下廻ったこ
とを検知する検知手段と、前記操作入力量が前記冷却制
御範囲から前記中立操作値を超えたとき、その操作入力
量を直ちに前記カット値以上の予め定められた値に変更
し、その操作入力量が前記加熱制御範囲からカット値を
下廻ったとき、その操作入力量を直ちにその中立値以下
の予め定められた値に変更する操作量変更手段とを含む
ことを特徴とする。

この様にすれば、操作入力量が中立操作値を超えたとぎ
、直ちにカット値以上の値に変更されるとともに、操作
入力量がカット値を下廻ったとぎ直ちに中立操作値以下
の値に変更されるので、操作入力量がアイドル範囲をス
キップさせられ、操作入力範囲中のアイドル範囲が恰も
存在しない如くとなる。このため、アイドル範囲に起因
する制御応答の遅れ及び雰囲気温度のばらつぎが全く解
消され、“高精度の温度特性が得られるのである。

以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に説
明する。

第２図に於いて、ＩＯは間接加熱炉であシ、その炉壁１
２には隔壁としてのラジアントチューブ１４がその端部
を炉外に開口した状態で固定されている。ラジアントチ
ューブ１４の一端にはバーナ１６が取シ付けられておシ
、そのバーナ１６には空気配管１８及び燃料配管２，０
が接続されて、空気及び燃料が供給されるようになって
いる。空気配管１８には空気量調節装置としてのバタフ
ライ弁２２が取シ付けられている。このバタフライ弁２
２は、第１図および第３図に示されるように±９０度の
操作入力範囲（弁操作角度範囲）を備え、所定の中立操
作位置Ｎ（本実施例では操作入力が５０％、すなわち弁
操作角度が０度）を境にして、操作入力量が離れるほど
、バーナ１６に供給される空気量を増加させる特性を備
えている。

そして、バタフライ弁２２は、駆動モータ２４に連結棒
２６によって連結されておシ、駆動モータ２４によって
操作されるようになっている。燃料配管２０には燃料を
流通、遮断させる電磁弁２７が直列に設けられていると
ともに、燃料調節装置としての調節弁２８が股、けられ
ている。調節弁２８は駆動モータ３０に連結されておシ
、駆動モー＾３０は空気配管１８に設けられた流量セン
サ３２の出力信号が表す空気流量に対して一定の比率の
燃料を流すように調節する調節計３４からの信号に従−
て作動する。従−て、燃料配管２０を通して流れる燃料
は、第１図の破線に示されるように、空気配管１８内を
流れる空気流量に対して所望の空燃比が・得られるよう
に所定の割合で調節されるのである。

一方、炉壁１２には炉１０内の雰囲気温度を検出するた
めの熱電対３６が取り付けられいる。熱電対３６の出力
信号は、記録計３８に供給されて炉１０内の温度が記録
紙上に記録されるとともに、温度変換器４０に供給され
て所定の温度信号に変換される。温度変換器４０から出
力される温度信号は、Ａ／Ｄコンバータ４２を介して演
算制御装置４４に供給される。演算制御装置４４には、
温度プログラム設定器４６から、例えば第４図に示され
るような目標温度を表す指令信号が予め定められたプロ
グラムに従って遂次供給される。またバタフライ弁２２
を駆動する連結棒２６には、バタフライ弁２２の移動位
置即ち操作入力量を検知する検知手段としてのリミット
スイッチ４８が設けられておシ、バタフライ弁２２の操
作入力量（操作角度）が中立操作値Ｎおよびカット値Ｃ
であることを表わす操作量信号が、リミットスイッチ４
８から演算制御装置４４に供給される。

演算制御装置４４は、所謂デジタルピユータで構成され
ておシ、予め記憶されたプログラムに従って温度信号、
指令信号、および操作量信号を処理し、その結果、バタ
フライバルブ２２を開閉するための０Ｎ−ＯＦＦ信号で
ある開閉信号をパルプ駆動回路５０に供給して駆動モー
フ２４を駆動させるとともに、電磁弁２７にカット信号
を供給して燃料を遮断させる。

以下、本実施例の作動を説明する。

図示しない操作スイッチによってスタート操作が為され
ると、演算制御装置４４は第５図のフローチャートに従
って作動する。

先ずステップＳ１が実行されて、バタフライ弁２２にお
ける操作入力量が冷却制御範囲であることを表わす冷却
モードにセットされるとともに、ステップＳ２が実行さ
れてモードの設定状態が判断される。この状態において
は既に冷却モードにセットされているのでステップＳ３
が実行され、温度制御操作が行われる。すなわち、前記
温度信号および指令信号が読み込まれることによって、
炉１０内の雰囲気温度と目標温度との偏差が算出される
とともに、その偏差が零となるように、その偏差に基づ
いて比例、積分、微分制御のための演算式から操作量が
算出され、その操作量に対応した角度量だけバタフライ
弁２２が駆動されるように、その角度量に対応した時間
幅を有するパルス状の開閉信号がパルプ駆動回路５０に
供給される。このため、駆動モータ２４はバクフライ弁
２２をその操作入力量が中立操作位置Ｎ（５０％）に近
ずく方向に開閉信号に従って駆動する。

次に、ステップＳ４が実行され、バタフライ弁２２の開
度が全閉であるか、換言すればバタフライ弁２２におけ
る操作入力量が５０％に到達したか否かが判断される。

バタフライ弁２２における操作入力量が未だ５０％に到
達する前においては前記ステップ８２．８３および１秒
時機のステップ８１５が繰返し実行されて温度制御動作
が行なわれるが、バタフライ弁２２における操作入力量
が５０％に達すると、ステップＳ５が実行されてパルプ
駆動回路５０にバタフライＪ↑２２を連続的に正転させ
る開閉信号が供給される。すなわね、一定電圧の開閉信
号が連続的に供給され、バタフライ弁２２における操作
入力量が急速に増大させられるのである。

この状態において、ステップＳ６が実行されることによ
ってバタフライ弁２２における操作入力量がリミットス
イッチ４８からの操作量信号に従ってカット値Ｃに到達
したか否かが判断され、到達するとステップＳ７が実行
される。ステップＳ７においては、上記開閉信号の供給
が停止されることによってバタフライ弁２２の駆動が停
止されるとともに、それまで電磁弁２７に供給されてい
たカット信号の出力を停止して燃料をバーナ１６に供給
し、ラジアントチューブ１４内で燃料を燃焼させる。同
時に、本ステップＳ７において、バタフライ弁２２にお
ける操作入力量が加熱制御範囲内であることを表わす加
熱モードにセットされる。

このように、ステップＳ４乃至Ｓ６において、バタフラ
イ弁２２の操作入力量が冷却制御範囲から中立操作位置
Ｎを超えてアイドル範囲に入ると直ちにその操作入力量
がカット値Ｃに増量変更されるので、ステップＳ４乃至
Ｓ６が操作量変更手段を形成しているのである。

ステップＳ７における燃焼開始後、ステップＳ８が実行
され、燃焼安定期間に対応する時間である５秒間時機さ
せられる。その後、再びステップＳ２が実行されてモー
ドの設定状態が判断される。

ステップＳ７において加熱モードにセットされているの
で、次のステップＳ９が実行され、温度制御作動が行な
われる。すなわち、ステップＳ３と同様に、温度信号お
よび、指令信号が読込まれることによって、炉１０内の
雰囲気温度と目標度との偏差が算出されるとともに、そ
の偏差が零となるように、その偏差に基づいて比例、積
分、微分制御のための演算式から操作量が算出され、そ
の操作量に対応した角度量だけバタフライ弁２２が駆動
されるように、その角度量に対応した時間幅を有するパ
ルス状の開閉信号がパルプ駆動回路５０に供給されるの
である。

次に、ステップ８１０が実行され、バクフライ弁２２に
おける操作入力量がカット値Ｃを下廻ったか否かが判断
される。未だ下廻っていない場合には、前記ステップｓ
２．ｓｇおよび８１５が繰返し実行されて温度制御動作
が行なわれるが、下廻るとステップ８１１が実行されて
、カット信号が電磁弁２７に供給されて燃料が遮断され
るとともに、パルプ駆動回路５０にバタフライ弁２２を
連続的に逆転させる開閉信号が供給される。すなわち、
バタフライ弁２２における操作入力量が急速に減少させ
られるのである。

この状態においてステップ８１２が実行されることによ
ってバタフライ弁２２における操作入力量が、リミット
スイッチ４８からの操作量信号に従って、中立操作位置
Ｎ以下であって弁開度が略２％である予め定められた値
りに到達したか否かが判断され、到達するとステップ°
Ｓ１３が実行される。ステップＳ１８においては、上記
開閉信号の供給が停止されることによってバタフライ弁
２２の駆動が停止されるとともに、冷却モードにセット
される。

このように、ステップＳｌＯ乃至８１８において、バタ
フライ弁２２における操作入力量が加熱制御範囲からカ
ット値Ｃを下廻ってアイドル範囲に入ると、直ちにその
操作入力量が中立操作値Ｎ以下の予め定められた値りに
減量変更されるのでステップＳ１０乃至８１１が操作量
変更手段を形成しているのである。

そして、ステップ８１８の実行後、ステップＳ１４．８
１５が実行されて待機させられた後、再びステップＳ２
が実行され、上述の作動が繰返される。

このように、本実施例によれば、温度制御に何等寄与し
ないのみならず、温度制御方向に対して逆方向の特性を
有するアイドル範囲に、バタフライ弁２２の操作入力量
（弁操作角度）が入ると、アイドル範囲列となるように
、操作入力量が直ちに変更される。即ち、バタフライ弁
２２の操作入力量がアイドル範囲をスキップさせられる
ので、恰も操作入力範囲からアイドル範囲が除かれた如
くとなシ、アイドル範囲の存在に起因する制御応答の遅
れや温度制御のばらつきが全く解消され、高精度の温度
制御特性が得られるのである。本発明者の実験によれば
、上記操作量変更手段を設けない従来の場合には、被加
熱物の温度のばらつきが徐冷ゾーンにおいて±１５℃で
あったのに対し操作量変更手段を備えた本実施例の装置
を用いると±３℃と、大幅に高精度の温度制御が得られ
たのである。

以上、本発明の一実施例を示す図面に基づいて説明した
が、本発明はその他の態様に於いても適用される。

例えば、前述の実施例に於いて、アイドル範囲をスキッ
プさせるための、バタフライ弁２２の操作入力量変更後
の値は、加熱モードに於いてはカた値りであるが、カッ
ト値Ｃ以上の値または中立位置Ｎ以下の値に予め定めら
れておれば良いのである。

前述の実施例に於いて、調節弁２８はバーナ１６に一供
給される空気量に対して一定の比率で燃料を供給するよ
うに調節計８４及び駆動モータ８０によって操作される
が、連結棒２６に機械的に連結され、その連結棒２６に
よって操作されるように構成されていても良いのである
。

また、駆動モータ２４は、ＡＣ若しくはＤＣのサーボモ
ータのみならずパルスモータによって構成されても良い
ことは言うまでもない。

また、連結棒２６の操作位置を検知する検知手段は、リ
セットスイッチ２８のみならずロークリエンコーダやポ
テンショメータ等の位置センサを用いてバタフライ弁２
２の操作入力量を連続的に検出するとともに、予め記憶
された中立操作位置Ｎやカット値とその検出値とを比較
することによって、バタフライ弁２２の操作入力量を判
断するように構成しても良い。この場合には、その位置
センサとコンパレータまたは判断プログラムステップと
が検知手段を形成する。

また、バタフライ弁２２における操作入力量を変更して
、アイドル範囲をスキップさせる際、駆動モータ２４を
増速して駆動させても良いのである。このような場合に
は、スキップ時間が更に短縮される利点がある。

更に、バタフライ弁２２の特性において、操作入力範囲
中の中立操作値Ｎは５０％でなくても良く、また中立操
作値における空気流量（弁開度）が零でなくても良いの
である。要するに、中立操作値Ｎから操作入力量が離れ
る時空気流量が増加する特性を備えていれば良いのであ
る。

尚、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であシ、
本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更が
加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は本発明の一実施例に用いられるバ
タフライ弁の特性および構成を示す図である。第２図は
第１図の実施例の構成を説明するブロック線図である。 第４図は第２図に示される温度プログラム設定器の出力
特性を示す図である。 第５図は第２図に示される実施例の作動を説明するフロ
ーチャートである。 ｌＯ：間接加熱炉 １４：ラジアントチューブ（隔壁） １６：バーナ ２２：バタフライ弁（空気調節装置） ２７：電磁弁（燃料遮断装置） ２８：調節弁（燃料調節装置） ４４：演算制御装置 ５０：パルプ駆動回路 ４８：リミットスイッチ（検知手段） 出願人　　大同特殊鋼株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 バーナによって加熱される隔壁を介して被加熱物を熱処
   理する間接加熱炉において、 所定の操作入力範囲を備え、該操作入力範囲中の中立操
   作値を境にして操作入力量が該中立操作値から離れる程
   、前記バーナに供給する空気量を増加させる空気量調節
   装置と、 該空気量調節装置における操作入力量が前記中立操作値
   を超えた状態において、前記空気量に対して一定の割合
   の燃料を前記バーナに供給する燃料調節装置と、 前記空気量調節装置における操作入力量が燃焼状Ｂを良
   好に維持し得る最小空気量を前記バーナに供給するため
   のカット値よシも下廻ったとき、該バーナに供給される
   前記燃料を遮断する燃料遮断装置と を備え、前記空気量調節装置に付与する操作入力量を前
   記カット値よシも大きい加熱制御範囲内として加熱操作
   するとともに、該操作入力量を前記中立操作値よシも小
   さい冷却制御範囲内として冷却操作することによシ、前
   記加熱炉内の零囲気温度を目標温度に一致させるように
   制御する温度制御装置であって、 少なくとも、前記操作入力量が前記中立操作値を超えた
   こと、および該操作入力量が前記カット値よシも下廻っ
   たことを検知する検知手段と、前記操作入力量が前記冷
   却制御範囲から前記中、立操作値を超えたとき、該操作
   入力量を直ちに前記カット値以上の予め定められた値に
   変更し、該操作入力量が前記加熱制御範囲から該カット
   値を下廻ったとぎ、該操作入力量を直ちに該中立操作値
   以下の予め定められた値に変更する操作量変更手段と を含むことを特徴とする間接加熱炉の温度制御装置。