JPS6032696B2 - 連続加熱炉の温度制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続加熱炉の温度制御方法及び装置、特に加熱
炉内の温度分布を所望の目標値に自動的に制御するため
の温度制御方法及び装置に関するものである。

鋼管、条鋼あるいはピレット等の長尺鋼材を熱処理ある
いは次の熱間工程にて処理するための所定温度に加熱す
るために種々の連続加熱炉が用いられており、例えば鋼
材表面に癖をつけることなく搬送しながら加熱すること
のできるウオーキングビーム式連続加熱炉が周知である
。

従釆のこの種の加熱炉・では、数十本の長尺鋼材を被加
熱材として連続的に同時加熱するが、炉内温度が均一で
ないために被加熱材の長さ方向に対して必ずしも一定の
加熱温度を得ることができないという問題があった。こ
のような温度ムラは熱処理炉において熱処理品質の低下
例えば強度ムラ等を発生することとなり、あるいは絞り
圧延機の前段に置かれた加熱炉にあっては、温度ムラが
絞り圧延される製品の寸法精度低下の原因となる等の欠
点を出じてし・た。前記炉内温度の不均一は、炉内ガス
流、被加熱材の挿入による温度低下、抽出扉の開閉、炉
床からの大気吸込み、被加熱材の炉内での在炉位置、被
加熱材の形状あるいは大きさ等の変化によって生じ、こ
れら各要因が加熱炉の各部において異なるために加熱炉
内には無視できない不適正温度分布が発生し、またこれ
らの温度分布は時間とともに変化することが知られてい
る。通常の加熱炉においては、加熱炉が複数の加熱ゾー
ンに分割されており、各加熱ゾーン毎に温度制御が行わ
れ、目標とする温度設定値に対して炉内温度をフィード
バック制御にて均一化する構成から成るが、従来方式で
は、これらの温度制御が操炉者の経験に基づく手動操作
にて制御され、良好な温度制御を行うことが困難であっ
た。

従来の一般的な方法としては、加熱炉から抽出される被
加熱材の温度を放射温度計等の記録チャートを参照しな
がら、操炉者が各加熱ゾーンの温度設定値を修正操作す
るが、この方法では、被加熱材の平均的な加熱温度に基
づく経験による制御であるために、極めて粗い制御しか
行えず、また被加熱材の長さ方向にわたった総合的な加
熱ゾーンの制御が不可能であった。従来、前述した欠点
に対して、各被加熱材を加熱炉内で均一に分布配置させ
、被加熱材の挿入による炉内温度低下を全体的に等しく
設定することによって、制御能力の不足を補うことも提
案され、各被加熱材毎に千鳥状に炉内に挿入する挿入制
御方式がとられているが、このような挿入時の工夫によ
っても本質的に温度分布を均一化することは不可能であ
った。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、
その目的は、被加熱材がその全長にわたって均一に加熱
されるよう連続加熱炉を自動的に温度制御する温度制御
方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る方法は、連続
加熱炉に挿入される最尺被加熱材の長さ及び炉内での停
止位置に基づいて加熱炉内での各被加熱材の在炉領域を
記憶し、加熱炉から抽出された被加熱材の表面温度分布
を全長にわたって測定し、各被加熱材の在炉領域データ
及び表面温度分布データから加熱炉内の温度を目標値に
制御することを特徴とする。

また、本発明に係る装置は、複数の加熱ゾーンに分割さ
れ各加熱ゾーン毎に温度制御可能な連続加熱炉と、加熱
炉に長尺被加熱材を挿入する搬送ローラ機構と、被加熱
材の長さを測定する漁り長器と、被加熱材をその長さに
応じて加熱炉内の所望位置に停止するよう搬送ローラ機
構を制御する搬送制御部と、加熱炉から抽出される被加
熱材の表面温度分布を全長にわたって測定する温度測定
器と、頚。

長器と搬送制御部と温度測定器から得られる各被加熱材
の在炉領域データ及び表面温度分布データとから加熱炉
内の温度を各加熱ゾーン毎に制御する温度制御部と、を
含む。以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明
する。

第１図には本発明に係る温度制御方法が適用される連続
加熱炉及びその制御装置の好適な実施例が示され、鋼管
を連続的に加熱するウオーキングビーム式連続加熱炉が
用いられている。ウオーキングビーム式連続加熱法戸１
０はその内部が被加熱材１２の長さ方向に沿って複数の
加熱ゾーンに分割され、図において各加熱ゾーンが１０
ａ，１ｏｂ，１０ｃにて示されている。そして、各加熱
ゾーン１０ａ，１０ｂ，１０ｃは各ゾーン毎に温度制御
することができる。すなわち、各ゾーン１０ａ，１０ｂ
，１０ｃにはそれぞれ調節弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃを
介して流量制御された燃料が供給され、各論節弁１４を
炉内温度制御装置１６ａ，１６ｂ及び１６ｃによって開
閉制御して、各加熱ゾーン１０ａ，１０ｂ，１０ｃの温
度制御が別個に行われる。温度制御装置１６にはコピュ
ータ等から成る制御計算機１８からそれぞれ別個の温度
設定値が供Ｖ給されており、また各加熱ゾーン１０ａ，
１０ｂ，１０ｃに設けられた熱電対等から成る温度検出
器２０ａ，２０ｂ，２０ｃからの炉内温度検出信号が供
総合されており、前記制御計算機１８からの温度設定値
との比較により、温度制御装置１６は調節弁１４の弁開
度を制御して、各加熱ゾーン１０ａ，１０ｂ，１０ｃの
温度を目標値にフィードバック制御する。前述した加熱
炉１０内に被加熱材１２を連続的に挿入するために、加
熱炉１０の挿入側には複数の搬送ローラ２２が整列配置
されており、各被加熱材１２を加熱炉１０内の所定位置
に挿入停止することができる。

そして、被加熱材１２の停止位置を制御するために、各
搬送ローラ２２を駆動する駆動モータ２４へは前記制御
計算機１８からの駆動信号が供給されており、計算機１
８は各被加熱材１２の長さに対応して被加熱材１２の在
炉位置を制御することができる。このようにして加熱炉
１０内に挿入された被加熱材１２は図示していない可動
ビームによって間欠的に加熱炉１０の抽出側へ向って搬
送される。第２図には加熱炉１０内での被加熱材１２の
在炉位置の一例が示されており、図においては、長さの
異なる各加熱材１２が加熱炉１０の中央に整列されてい
る状態が示されている。本発明において特徴的なことは
、温度制御部の制御計算機１８が各被加熱材１２の在炉
領域データ及び表面温度分布データとから加熱炉内の温
度制御を行うことを特徴とし、このために、制御計算機
１８には加熱炉１０に挿入される被加熱材の長さを渡り
長す側長器からの長さデータ及び加熱炉１０から抽出さ
れる各被加熱材１２の全長にわたった表面温度分布デー
タが供ｖ給されている。

実施例における頚山長器は搬送ローラ２２の送り量を電
気的に検出するパルスジェネレータ２６と、被加熱材１
２の先端検出器２８及び尾端検出器３０を含む。検出器
２８，３０は被加熱材１２の搬送路近傍に設けられた光
電管あるいはＨＭＤ等から成り、被加熱材１２の先端が
先端検出器２８を通過した時点から尾端が尾端検出器３
０を通過するまでのパルスジェネレータ２６の検出信号
を計数し、この計数値に両検出器２８，３０間の予め測
定されている長さ値を加算して、各加熱材１２の長さを
測定し、電気的信号として制御計算機１８へ供給する。
もちろん、本発明において、側長器は種々の構造とする
ことができ、例えば被加熱材１２を巻尺その他にて実測
しこの実測値を制御計算機１８へプリセツトすることも
可能である。加熱炉１０内での各被加熱材１２の在炉領
域デー外ま、実施例において、搬送ローラ２２による停
止位置データから得られ、このために、第１図において
は、制御計算機１８内に搬送制御部が設けられており、
駆動モータ２４を制御して被加熱材１２の停止位置を定
めるとともに、この停止位置と被加熱材１２の長さデー
タとから在炉領域データを検出することができる。

一方、加熱炉１０の抽出側には放射温度計３２から成る
温度測定器が設けられており、被加熱材１２の抽出直後
にその長さ方向にわたって表面温度分布が測定される。

実施例における放射温度計３２は所定のサンプリング周
期で表面温度分布が計測され、被加熱材１２の抽出温度
が毎秒１肌の場合、０．現砂のサンプリング周期にて計
測を行うことにより、２０肌ピッチの表面温度分布デー
タを制御計算機１８へ供給することができる。本発明の
好適な実施例は以上の構成から成り、以下にその作用を
説明する。

各被加熱材１２は前述したように加熱炉１０に挿入され
る直前にその長さが測定され、制御計算機１８はこの長
さデー外こ基づいて駆動モータ２４を制御し、被加熱材
１２の停止位置を定める。

実施例においては、第２図に示されるように、被加熱材
１２は加熱炉１０の中心に停止され、この在炉領域デー
タが制御計算機１８に記憶される。第２図のように被加
熱材１２を加熱炉１０の中心に配置することにより、加
熱腕一１０内の温度負荷の片寄りを防止し、また短い被
加熱材１２であっても、その少なくとも一部が全加熱ゾ
ーン１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおかれるため、抽出後の
表面温度分布データは全加熱ゾーンの情報を含むことと
なり、温度制御の精度を高めることができるという利点
を有する。もちろん、本発明において、被加熱材１２の
停止位置は任意に設定され、その先端あるいは尾端を一
定位置に揃えることも可能である。いずれの場合におい
ても、制御計算機１８には、各被加熱材１２の在炉領域
データが記憶されなければならない。そして、この在炉
領域デー外ま被加熱材１２が可動ビームによって１ピッ
チづっ進行するに従い、記憶装置内でそのデータがシフ
トし、抽出後に測定される表面温度分布データとの演算
を容易に行なうことができる。加熱炉１０から抽出され
た被加熱材１２は抽出直後に前述した放射温度計３２に
よってその表面温度分布が測定され、制御計算機１８へ
このデータが供Ｖ給される。制御計算機１８は各被加熱
材１２の在炉量データと表面温度分布データとから各加
熱ゾーン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎の最適な温度設定値
を演算し、この温度設定値を温度制御装置１６へ供聯合
指令する。すなわち、在炉領域データと表面温度分布デ
ータから、制御計算機１８は各加熱ゾーン１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ毎の加熱状態を別個に求めることができ、こ
の加熱状態に基づいて各加熱ゾーン毎の温度設定値を更
新することが可能となる。従って、温度制御装置１６は
新たに示された温度設定値に対応して各調節弁１４を制
御し、炉内温度を最適状態に修正することができる。以
上の温度設定値の修正は種々のデータ演算処理にて行う
ことができるが、以下に各加熱ゾーン毎の表面温度分布
データの平均値にて温度設定値を修正する例を示す。各
加熱ゾーン１０ａ，１０ｂ，１０ｃの長さをそれぞれＬ
，、Ｌ２、Ｌ３とし、核加熱材１２の長さを１、温度計
側サンプリングピッチを０．２の、サンプリング数をｎ
、ｊ番目のサンプリング温度を８（ｉ）とすれば、各加
熱ゾーン１０ａ，１０ｂ，１０ｃの温度平均値０，、８
２、８３ は各場合毎に以下の如く求められる。

‘１’被加熱材１２の停止位置が炉の中央に設定されて
いる場合■ 被加熱材１２の停止位置が先端を炉の先端
に揃えて設定されている場合ここで、サンプリング数は
両ゾーンにまたがる場合に両で用いられている。

また、後端基準は先端基準と同様に求められる。次に、
前記各ゾーンの温度平均値６，、ひ２、８３と目標温度
８との偏差ご．、ご２、ご３を求める。

ど，＝６，一０ ご２＝８２−ひ ご３＝ａ３−ａ 更に、この偏差ごに対して、各炉内温度制御装置１６ａ
，１６ｂ，１６ｃの温度設定値Ｔ，、Ｌ、Ｌの演算を行
ない、このために、まず前記偏差ごを炉の特性関数？に
て変換し、修正値ｍｌ・叫、ｍ３を求める。

ｍｌ＝◇（ご１） ｍ２＝マ（ご２ ） ｍ３＝○（ご３ ） この結果、最終的な温度設定値ｎ，、Ｔ２、Ｔ３はＴ．
＝０十ｍ，Ｔ２＝８十ｎら Ｔ３＝８十ｍ３ で与えられることとなる。

以上説明したように、本発明によれば、加熱炉から抽出
された被加熱材の表面温度分布から加熱炉内の加熱状態
を知りこれに基づいて加熱炉の温度制御を行うために、
極めて高精度の温度制御が行われ、被加熱材の表面温度
分布を均一にすることが可能となる。

この結果、被加熱材の熱処理を良好に行い強度ムラ等を
発生させることがなく、また絞り圧延等を最適状態で行
うことが可能となる。更に、本発明によれば、加熱炉の
温度制御を全自動で行うことが可能となり、従来の熟練
した操炉者を必要としないという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用される連続加熱炉制御装置の好適
な実施例を示す概略説明図、第２図は第１図における加
熱炉内の被加熱材配置を示す説明図である。 １０・・・・・・ウオーキングビーム式連続加熱炉、１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ……加熱ゾーン、１２……被加熱
材、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・・・・調節弁、１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ・・・・・・炉内温度制御装置、１
８・・・・・・制御計算機、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ・
・・・・・温度検出器、２２・・・・・・搬送ローラ、
２６・・・・・・パルスジェネレータ、２８・…・・先
端検出器、３０・・・…尾端検出器、３２・・・・・・
放射温度計。 第１図第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続加熱炉に挿入される長尺被加熱材の長さ及び炉
   内での停止位置に基づいて加熱炉内での各被加熱材の在
   炉領域を記憶し、加熱炉から抽出された被加熱材の表面
   温度分布を全長にわたつて測定し、各被加熱材の在炉領
   域データ及び表面温度分布データから加熱炉内の温度を
   目標値に制御することを特徴とする連続加熱炉の温度制
   御方法。 ２ 複数の加熱ゾーンに分割され各加熱ゾーン毎に温度
   制御可能な連続加熱炉と、加熱炉に長尺被加熱材を挿入
   する搬送ローラ機構と、被加熱材の長さを測定する測長
   器と、被加熱材をその長さに応じて加熱炉内の所望位置
   に停止するよう搬送ローラ機構を制御する搬送制御部と
   、加熱炉から抽出される被加熱材の表面温度分布を全長
   にわたつて測定する温度測定器と、測長器と搬送制御部
   と温度測定器から得られる各被加熱材の在炉領域データ
   及び表面温度分布データとから加熱炉内の温度を各加熱
   ゾーン毎に制御する温度制御部と、を含む連続加熱炉の
   温度制御装置。