JPS6129904A - 熱処理炉の走行材料温度制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば連続熱処理炉等の材料通炉容量の変化
に対応して出側材料温度の制御性を改善する熱処理炉の
材料温度制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

金属工業分野で使用される熱処理炉においては、加熱炉
または冷却炉の出側材料温度を均一に保つことが製品の
品質を高める上で不可欠な要件である。ところで、この
種の連続熱処理炉の出側材料温度制御においては、材料
の通炉速度、材料の幅および厚さによって決定される通
炉容量（稀に材質も関係布シ）が一定であれば、フィー
ドバック制御系を用いるだけでも、ある程度均一な出側
材料温度を得ることが可能である。しかし、近年、この
分野では製品の多様化が進んでおシ、連続処理炉におい
ても、材料の幅および厚さの異なるものをつなぎ合せて
連続的に通炉する場合が多くなシ、またそれに伴なう通
炉容量に見合う材料速度の変更も多くなってきておシ、
フィードバック制御系だけでは均一な出側材料温度を得
ることができなくなっている。また、熱処理材料の通炉
容量によるフィードフォワード制御も多く利用され出側
材料温度の制御性も改善されてきているが、フィードバ
ック制御系のゲイン最適化には未だ達していない。

第１図は、従来技術である連続熱処理炉の出側材料温度
制御装置のブロック構成図でｓｂ、ここでは特に鋼板加
熱炉の場合について示している。即ち、鋼板１は加熱炉
２内に配置された複数のロール３．・・・を経て連続的
に走行され、その走行途中において加熱部４によって熱
処理を受けた後、炉出口側よ多出力される。熱処理され
た鋼板１の温度は、炉出口近傍に設置された温度検出器
５によって検出され、温度調節計６に送られる。この温
度調節計６は検出温度と設定温度ＳＶとを比較調節演算
して温度調節出力信号を得た後、乗算部７へ供給してい
る。

一方、との装置には予め鋼板１の板幅信号Ｗと板厚信号
ｔとが供給されており、この両信号ｗ　、　ｔは乗算部
８によって乗算された後、スイッチ９を経てメモリ部１
０へ送られる。スイッチ９は、材料変化部検出器１１か
ら鋼管１の変化部イが通過した旨の信号を受けるとオン
し乗算部８からの乗算出力をメモリ部１０へ格納する。

このメモリ部１０に格納された信号（ｗｘｔ）は鋼板１
の通炉速度検出器１２からの通炉速度信号および係数に
とともに乗算部１３に入力され、ここで上記各入力信号
の乗算を行なって外乱静特性補償信号を得た後、前記乗
算部７、差分演算部１４および不完全微分部１５に供給
している。この乗算部７は温度調節計６からの温度調節
出力信号と外乱静特性補償信号とを乗算して外乱補償を
行なった温度調節出力信号を得、後続の加算部１６に供
給する。一方、前記差分演算部１４は、外乱静特性補償
信号を受けて前回と今回との差分の信号つまシ速度形信
号を得、これを加算部１６に供給する。従って、この加
算部１６では、外乱補償要素を持った温度調節出力信号
と速度影信号とを加算し、この加算信号を速度形−位置
影信号変換部１７に入力し、ここで位置形信号に変換す
る。そして、この位置形信号は前記不完全微分部１５に
て外乱静特性補償信号から計算によって得た動特性補償
信号とともに加算部１８に送られ、ここで加算演算によ
り燃焼制御系の設定信号を得た後、燃料流量調節計２０
と比率設定部２１による比率演算を行なって空気流量調
節計２２にそれぞれ供給している。これらの調節計２０
．２２は設定信号と各流量検出器２３．２４によって検
出された燃料流量、空気流量とを比較し、各偏差がそれ
ぞれ零となるように燃料流量調節弁２５および空気流量
調節弁２６の開度を制御することにより、加熱部４へ所
望量の燃料および空気を供給し、炉出側の鋼板温度を所
定の温度となるようにしている。

〔背景技術の問題点〕

ところで、連続熱処理炉の材料通炉速度、材料の幅、材
料の厚さで決まる材料の通炉容量の変動は、炉出側材料
温度制御の外乱として現われ、材料の品質に大きな影響
を与えることから、材料の通炉容量が変動したときには
出側材料温度の変動はできるだけ小さく抑える必要があ
る。

とのため過渡的変動を限界近くまで小さくすること、ま
た各通炉容量帯（負荷帯）における制御の安定性を図る
ことが必要となる。

しかし、以上のような材料温度制御装置は、材料の幅お
よび厚さの変動を炉入側の材料変化部通過タイミングに
よって取込んで材料通炉速度と乗算して通炉容量を得、
この通炉容量にてフィードフォワード制御を実施してい
る。このため、炉２の長さまたは多帯式においては６帯
を無視し、炉入口側のみまたは１帯の入口部のみの１つ
の通過点を全てとしてフィードフォワード制御を実行し
ているので、炉内部に残っている前の材料に過加熱、加
熱不足、過冷却および冷却不足が生じ、材料の品質に大
きな影響を与えている。特に、材料の幅および厚さの小
さいものから大きいものに変更された場合、炉内部に残
っている幅、厚さの小さい材料の過加熱または過冷却に
よる材料変形および破断による操業停止を虞れるあま９
、フィードフォワード制御の係数を最適化よフもかなシ
小さく抑えているが、これが折角のフィードフォワード
制御の効果を半減させている原因ともなっている。

〔発明の目的〕

本発明は以上のような点に着目してなされたもので、材
料の通炉容量の変化に対応してフィードフォワード制御
系の制御量を最適な値に変更し、よって過渡制御特性を
改善し、フィードバック制御系のゲインを適切な値に補
正する熱処理炉の材料温度制御装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

第１の発明は少なくとも材料の通炉速度、材料の幅およ
び厚さによって決定される通炉容量のうち、材料の幅お
よび厚さの変化に伴なって入力される幅と厚さの乗算信
号を時間遅れ要素によって所定時間遅らせて徐々に変化
させ、この時間遅れの信号に材料の通炉速度を掛けて外
乱静特性補償信号を得、これをフィードフォワード制御
系の変更制御量として、材料の熱処理制御番行なうフィ
ードバック制御系のゲイン補正信号として加え、材料の
炉出側温度を所定の値に保つ熱処理炉の材料温度制御装
置。

第２の発明は、熱処理炉入側の変化部検出部によって材
料の幅および厚さの異なる変化部を検出すると、この変
化部検出タイミングを受けて材料の通炉速度から材料変
化部の通過距離を求め、この通過距離が予め定められた
距離に達すると材料の変化に伴なう幅と厚さの乗算信号
を求め、この乗算信号と通炉速度とを乗算して外乱静特
性補償信号を得、これをフィードフォワード制御系の変
更制御量として、材料の熱処理制御を行なうフィードバ
ック制御系のゲイン補正信号として加え、材料の炉出側
温度を所定の値に保つ熱処理炉の材料温度制御装置でち
る。

次に、第３の発明は、第２の発明に加えて、通炉速度に
逆比例する遅れ時間を求めて該遅れ時間で材料の変化に
伴なって入力される幅と厚さの乗算信号を所定時間遅ら
せて、この時間遅れの信号と材料の通炉速度とを乗算し
て外乱静特性補償信号を得るようにした熱処理炉の材料
温度制御装置である。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明に係る第１の実施例を示す構成図である
。同図は第１図と同様に鋼板加熱炉に適用した具体例で
あって、板幅および板厚のうち何れか１つまたは両方を
異にする変化部イを持った材料例えば鋼板３１が加熱炉
３２の炉入口近傍に差しかかった状態を示している。こ
の鋼板３ノの先端側つまり小さい板幅および厚さを有す
る鋼板先端側は、図示’Ｆ’ｔｔｕ　＜加熱炉３２内部
に配置された複数のロール３３．・・・を経由して例え
ば蛇行状に走行され、その走行、途中において加熱部３
４にて熱処理された後、炉出口側より出力せられるよう
になっている。

３５は炉入口側近傍に設置された鋼板３１の板幅、板厚
等の変化部イの通過を検出する変化部検出器、３６は例
えば炉内入口近傍に設置される回転体例えばロール３３
に設けられ、鋼板３１の走行速度を検出する速度検出器
、３７は炉出口近傍に設置された鋼板３１の温度を検出
する温度検出器である。

而して、前記変化部検出器３５によって鋼板３１の変化
部イを検出すると、その変化部通過検出信号が通過距離
演算部３８に対してトリガ信号として与えられる。この
通過距離演算部３８は、変化部通過検出信号を受けると
、変化部検出器３５の位置を基点として速度検出器３６
の材料通炉速度信号を積分して変化部通過距離を積算に
よって求め、ここで得た変化部通過距離信号を後続のフ
ィードフォワード基準点検出回路３９に導入する。この
検出回路３９は、変化部検出器３５から制御対象炉つま
り加熱炉３２の所定位置即ちフィードフ・オワード基準
点（例えば炉内部の鋼板長の中間位置）までの距離を上
限値として予め知っており、通過距離演算部３８より到
来する変化部通過距離がその上限値に達するとオン切替
制御信号を発生するものである。つまシ、これらの回路
等３８　、３９は材料の通炉容量の変化に応じてフィー
ドフォワード制御系の制御量変更タイミングを決定して
いる。

このフィードフォワード制御系は、通過距離演算部３８
およびフィードフォワード基準点検出回路３９等を含ん
で、外乱静特性補償演算部４０、差分演算部４１および
外乱動特性補償演算部４２より構成されている。外乱静
特性補償演算部４０は、鋼板３１の板幅および板厚の何
れがか変化するごとに入力される板幅信号Ｗと板厚信号
ｔとを乗算する乗算部４０１と、フィードフォワード基
準点検出回路３９からのオン切替制御信号を受けてオン
し乗算部４０１０乗算出力を通過させる切替回路４０２
と、前記乗算出力を記憶するメモリ部４０・３と、鋼板
３１の板幅および板厚の変化が小さいときに徐々に変化
させる時間遅れ要素４０４と、この要素出力、速度検出
器３６の通炉速度信号および係数にとを乗算して外乱静
特性補償信号を得る乗算部４０５とで構成されている。

従って、外乱静特性補償演算部４０は、外乱静特性補償
信号を用いてフィードフォワード制御を行なうとともに
、フィードバック制御のｒイン修正信号としてフィード
バック制御系に供給する機能を持っている。

前記差分演算部４ノは外乱静特性補償信号を受けて前回
と今回との差分から速度形信号を得るものであシ、また
外乱動特性補償演算部４２は外乱静特性補償信号を不完
全微分手段によって動特性補償信号を得るものである。

前記フィードバック制御系は、温度検出器３７からの炉
出口側材料温度信号と設定温ｍｖとを比較調節演算して
温度調節出力信号を求める温度調節計４３、速度形信号
を位置影信号に変換する信号変換部４４および燃焼制御
系４５々とで構成されている。信号変換部４４および燃
焼制御系４５は第１図と同様な構成および動作を行なう
ものである。即ち、信号変換部４４は、乗算部４４ノ、
加算部４４２および速度形−位置影信号変換部４４３で
構成され、速度形の信号を位置形の信号に変換する機能
を持っている。燃焼制御系４５は、加算部４５１、燃料
流量調節計４５２、比率設定部４５３、空気流量調節計
４５４、流量調節弁４５５，４５６および流量検出器４
５７，４５８によって構成されている。

次に、以上のように構成された装置の作用を説明する。

今、連続熱処理炉の材料温度系の諸元を下表のように定
めるものとする。

而して、炉出口側温度Ｔ０を所定の値に保つには、プロ
セス要求量すなわち温度調節出力信号ＭＹとしては、基
本的には（１）式をもって表わせる。

ＭＹｏｃＤ　ＸＷＸＶ　Ｘ　（Ｔ！ｌ　　Ｔｉ　＋’ｒ
ｃ）＝　Ｋ　−ｄ−ｗ−ｖ　・（ｔ、−Ｊ−１−ｔ（、
）・−−−−（１）但し、’ｒｏ（℃）、１ｏ（％）：
炉出口温度調節出力信号（フィードバック制御出力）、
Ｋは比例定数である。

次に、変化部イを持った材料の通炉容量Ｍについて具体
的に検討してみる。例えば熱処理を受ける材料が第３図
のような形態を有している場合、即ち、材料先端側がｄ
ｉ（板厚）×ｗ１（板幅）、後端側がｄ２（板厚）ＸＷ
２（板幅）であり、そのつぎ目が溶接等によって変化部
イとなっている場合、この変化部イを有する材料が熱処
理炉内を連続的に流れることになる。なお、通炉長さは
ｔとする。この場合、以上のような材料の変化点イが炉
入口を通過してから炉出口に達するまでの間、炉内の通
炉容量Ｍは時間ｔの経過と共に連続的に速度に逆比例し
た形で変化する。第４図はその変化の例を示す。但し、
同図は便宜上速度Ｖを一定としているが、速度Ｖが変化
しても速度Ｖの関数で材料の通炉容量Ｍが連続的に変化
することには変わシはない。

ところで、第１図に示す従来装置では、材料の幅および
厚さの変更に伴なって通炉容量Ｍが連続的に変化してい
るにも拘らず、第５図のＡ。

Ｂ又はＣに示すようにある時点を定めてその時点から通
炉容量Ｍが変化したとみなしてフィードフォワード制御
を行なっているため、従来例で述べたような問題が生ず
る。

ゆえに、熱処理炉の材料温度制御としては、（１）式か
らも明らかなように熱処理炉の通炉容量Ｍであるｄ−ｗ
−ｖの変更に応じて外乱静特性補償信号を変更し、温度
調節計４３の温度調節出力信号ＭＹを修正するようフィ
ードフォワード制御を実行することが必要である。しか
も、材料自体に変化部イがある場合、材料の幅Ｗおよび
厚さｄの積が例えばｄｌＸｗｌからｄ２×ｗ２に変更さ
れるので、その材料の変化部イが炉入口から炉出口へ走
行したときのその間の通炉容量Ｍは、 ／ｖｄｔ≧ｔのときｆ（ｖ）　＝　１．０である。従っ
て、上式から材料の通炉容量Ｍは通炉速度マの関数で連
続的に変化することになる。

ちなみに、上記実施例装置は、通過距離演算部３８およ
び基準点検出回路３９を設け、変化部検出信号をトリガ
として通炉速度を積分して距離を算出しこの変化部通過
距離が所定値に達したとき材料の変化部以後の幅および
厚さ信号を取り込んで通炉容量の変化に対応してフィー
ドフォワード制御量を変更するので、フィードバック制
御系のゲインを適切に修正できる。また、外乱静特性補
償演算部４０に時間遅れ要素４０４を設けたので、変化
した板幅×板厚の信号ａ　（ｔ）　ｘ　ｖを所定時間遅
らせて徐々に変化させることが可能とな９、炉内の通炉
容量Ｍを経時的に変化させうる。

なお、時間遅れ要素４０４としては、■材料例的に変化
させて遅らせる手段、■材料の幅×厚さの変化を、通炉
時間を求めて通炉時間に比例した時間を時定数とする一
次遅れにより遅らせる手段、■材料の幅×厚さの変化を
、板変化部の通過距離が所定値に達するまでの時間を用
いて無駄時間的に遅らせる手段等があシ、プラントやプ
ロセスの特性や操業上の要求に合せて上記手段の１つま
たは２つ以上の組合せを適宜選択して使用するものであ
る。

次に、第６図は本発明の第２の実施例を示す図であって
、この装置は外乱静特性補償演算部４０として、速度検
出器３６と時間遅れ要素４０４との間に関数部５ノを設
けた構成で４ある。

具体的に述べると、速度検出器３６によって検出された
材料の通炉速度信号を関数部５１に導入し、通炉速度の
関数となる信号即ち通炉速度に逆比例した遅れ時間信号
を得、この遅れ時間をもってメモリ部４０３の内容であ
る材料の変化に伴なって入力される幅×厚さの信号に時
間遅れ要素４０４で時間遅れを与えることにより、通炉
速度に応じて材料の幅×厚さの信号の変化速度を可変と
し、さらに乗算部４０５において時間遅れ要素４０４の
出力と通炉速度と係数にとを乗じて外乱静特性補償信号
を得ている。そして、この外乱静特性補償信号を用いて
フィードフォワード制御を行なうとともに、フィードバ
ック制御系のゲインを修正し、材料の温度制御を行なう
。

次に、第７図は本発明の変形例を示す図である。この装
置は、゛全体的には第１図、第２図および第６図と同様
な構成を有し、以下、特に異なる部分の構成について説
明する。即ち、この装置は、炉入口側近傍に材料の温度
を検出する炉入側温度検出器６ノを設置し、さらに温度
調節計４３に使用する設定温度ＳＶから前記温度検出器
６１からの検出温度を減算部６２にて減算し、この減算
出力を乗算部６３に供給する。

この乗算部６３は、前記乗算部４０５の乗算出力と減算
部６２からの減算出力とを乗算することによって外乱静
特性補償信号を得、これを差分演算部４１および不完全
微分手段を持った外乱動特性補償演算部４２に与えてい
る。従って、この装置は、乗算部４０５で得た信号を乗
算部４４１に与えてフィードバック制御系のゲイン修正
を行なう一方、炉入口側温度と設定温度との偏差を外乱
静特性補償信号の要素として考慮しながら差分演算部４
１にて前回と今回との差分に基づく速度影信号を得てい
る。さらに、外乱静特性補償信号を不完全微分手段を持
った外乱動特性補償演算部４２に導入して不完全微分し
た外乱動特性補償信号を得、これを折線部６４に入れて
折線の設定により方向性を持たせた信号を作成する。そ
して、折線部６４の出力と速度形−位置影信号変換部４
４３の出力とを加算部４５゛１で加算し、この加算信号
を燃焼制御系の設定信号として材料温度制御の用に供し
ている。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば変化部イを持った材料について述べたが、変化部
イの有しない材料の熱処理にも同様に適用できる。また
、加熱炉３２に代えて冷却炉を用いたものでもよい。ま
た、加熱部３４の位置は図示する位置に限定されないこ
とは言うまでもない。また、調節信号演算方式は、位置
影信号演算方式と速度形信号演算方式とに大別できるが
、何れの方式を用いても本装置を実現できるものである
。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、炉内を連続的に走
行する材料にフィードバック制御系を用いて加熱または
冷却により炉出側の材料温度を所定温度に制御する熱処
理炉の材料温度制御装置において、材料の通炉速度、材
料の幅および厚さにより決定される材料の通炉容量のう
ち材料の幅および厚さの変化に対応した信号を所定の変
化速度で変化するような時間遅れを与え、または材料の
変化部通過距離から材料の幅および厚さの変化に対応し
た信号を取込むようにし、または材料の幅および厚さの
変化に対応した信号の変化速度を材料の通炉速度の関数
で可変するようにしたので、次のような程々の効果を有
する。

■、材料の幅および厚さの変化に対して通炉容量（負荷
）を経時的に変化させることができる。よって、材料の
通炉容量変化時の過渡的制御特性を大幅に改善できる。

■、フィードフォワード制御系をフィードバック制御系
に組合せることにより、通炉容量変化時におけるフィー
ドバック制御系の材料温度制御のゲインを最適化し得、
制御性、安全性を大幅に改善できる。

■、材料の通炉容量変化に伴なう過渡的品質の変動およ
びエネルギー損失をなくし、生産効率の向上が図れると
ともに、高品質の製品を生産できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図、第２図は第１および第２の
発明に係る熱処理炉の材料温度制御装置の一実施例を示
す構成図、第３図ないし第５図は変化部を持った材料の
通炉容量の変化状態を説明する図、第６図は第３の発明
に係る熱処理炉の材料温度制御装置の一実施例を示す構
成図、第７図は第１ないし第３の発明を含む変形例を示
す構成図である。 ３１・・・材料（鋼板）、３２・・・熱処理炉（加熱炉
）、３４・・・加熱部、３５・・・変化部検出器、３６
・・・速度検出器、３７・・・炉出側材料温度検出器、
３８・・・通過距離演算部、３９・・・フィードフォワ
ード基準点検出回路、４０・・・外乱静特性補償演算部
、４１・・・差分演算部、４２・・・外乱動特性補償演
算部、４３・・・温度調節計、４４・・・信号変換部、
４５・・・燃焼制御系、５ノ・・・関数部、４０４・・
・時間遅れ要素。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第３図 、３２ 第４図 一晴Ｉｇｌｔ 第５図 Δ −埼ｔＩｔ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱処理炉内を走行する材料にフィードバック制御
   系を用いて熱処理を行なうことにより、前記熱処理炉出
   側の材料温度を所定の温度に制御する熱処理炉の材料温
   度制御装置において、少なくとも前記材料の通炉速度、
   材料の幅および厚さによって決定される通炉容量のうち
   前記材料の変化に伴なって入力される幅と厚さの乗算信
   号を所要時間遅らせ、この時間遅れの信号に前記材料の
   通炉速度を掛け合せて外乱静特性補償信号を得る手段を
   備え、この外乱静特性補償信号をフィードフォワード制
   御系の制御量として前記フィードバック制御系に与えて
   ゲイン補正を行なうことを特徴とする熱処理炉の材料温
   度制御装置。
2. （２）熱処理炉内を走行する材料にフィードバック制御
   系を用いて熱処理を行なうことにより、前記熱処理炉出
   側の材料温度を所定の温度に制御する熱処理炉の材料温
   度制御装置において、前記炉入側の変化部検出器によっ
   て検出される材料の変化部検出タイミング信号を受けて
   通炉速度検出器の出力より変化部通過距離を求め、この
   通過距離が予め定められた距離に達するとフィードフォ
   ワード制御系の制御量変更指令信号を出力する手段と、
   この手段による制御量変更指令信号を受けて前記材料の
   変化に伴なって入力される材料の幅と厚さの乗算信号を
   取込むとともに、この乗算信号と前記材料の通炉速度と
   を乗算して外乱静特性補償信号を得る外乱静特性補償演
   算部とよりなるフィードフォワード制御系を備え、この
   外乱静特性補償信号をフィードフィワード制御系の制御
   量として前記フィードバック制御系に与えてゲイン補正
   を行なうことを特徴とする熱処理炉の材料温度制御装置
   。
3. （３）外乱静特性補償演算部は、材料の幅と厚さの乗算
   信号を所要時間遅らせる時間遅れ要素を持ったものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の熱処理
   炉の材料温度制御装置。
4. （４）熱処理炉内を走行する材料にフィードバック制御
   系を用いて熱処理を行なうことにより、前記熱処理炉出
   側の材料温度を所定の温度に制御する熱処理炉の材料温
   度制御装置において、前記炉入側の変化部検出器によっ
   て検出される材料の変化部検出タイミング信号を受けて
   通炉速度検出器の出力より変化部通過距離を求め、この
   通過距離が予め定めた距離に達するとフィードフォワー
   ド制御系の制御量変更指令信号を出力する手段と、この
   手段による制御量変更指令信号を受けて前記材料の変化
   に伴なって入力される材料の幅と厚さの乗算信号を取込
   むとともに、通炉速度に逆比例する遅れ時間で前記乗算
   信号を所要時間遅らせ、この時間遅れの信号と前記材料
   の通炉速度とを乗算して外乱静特性補償信号を得る外乱
   静特性補償演算部とよりなるフィードフォワード制御系
   を備え、この外乱静特性補償信号をフィードフィワード
   制御系の制御量として前記フィードバック制御系に与え
   てゲイン補正を行なうことを特徴とする熱処理炉の材料
   温度制御装置。