JPS63143781A - 誘導加熱装置 - 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】 Ａ６Ｍ業上０利用分野 本発明は、温度補償用加熱コイルを有する誘導加熱装置
に関する。

Ｂ１発明の概要 本発明は、温度フィードバック制御系のほかに、加熱コ
イルの後段に設けた温度補償用加熱コイルによる温度フ
ィードフォワード制御系を備えた妨導加熱装貸において
、 触加熱材のつぎ目等の非定常部の位置検出で温度補償用
加熱コイルによる温度制御を行うことにより、 非定常部での高精度の加熱温度制御もできるようにした
ものである。

Ｃ１従来の技術 鋼管や＠線の製造ラインにおいて、成形後の焼入れ、焼
なまし、コーティング等のために被加熱材を加熱する熱
処理を施すことが多い。この熱処理には従来から誘導加
熱装置が使われ、第５図に示すような入熱制御が行われ
ている。

連続的に図示矢印方向に移送される被加熱材１に対して
、加熱コイル（ワークコイル）２をその移送路途中に位
置させ、該加熱コイル２には加熱用高周波電源３から高
周波電流を供給し、加熱コイル２位置を通過する被加熱
材１に誘導１を流による加熱を施す。被加熱材１の加熱
温度を調整するための入熱制御には温度フィードバック
制御系が設けられる。すなわち、加熱コイル２の後段で
温度検出器４により被加熱材１の温度を検出し、この検
出値を温度変換器５で増幅、補正して温度検出をなし、
この温度検出値θ、。と温度設定器６の温度設定値θ８
　とから制御装置７によって入熱量を求め、この入熱量
は１！源３への出力電力指令ＥＯ〔又は出力電流〕とし
て得る。制御装置７による入熱敞演具には、被加熱材１
の送り速度（ライン速度）変更及び変動による入熱遣変
化を補償するよう被加熱材１の送り速度を速度検出器８
てよって検出し、この検出信号をライン速度変換器９に
よって電圧変換して制御装置７への速度検出信号Ｓｐ　
　として取込む。

制−装置７は、調節計などを使ったアナログ方式、ある
いはマイクロコンピュータを制御中枢部とするディジタ
ル方式にされ、入熱量演算には温度、速度の検出値ｏＷ
Ｉ　Ｓｐ　と被加熱材１の外径。

板厚等から決まる入熱量設定値θ６とから求める。

このうち、速度については設定値にライン速度を含ませ
た入熱晴補正や被加熱材１の端部での入熱尉補正を行う
ものがある。また、温度については、検出温度と設定温
度との偏差を比例、＄Ａ分演算し、さらにはライン速度
に応じた応答時間の調整を行うものがある（例えば、特
開昭６０−２５１７７号公報）。

従来の入熱側ｍ装置によれば、被加熱材の速度及び温度
の検出による入熱量調整、さらに入熱量調整の応答性も
変更可能とすることによって精度良い加熱温度を得るこ
とができる。しかし、フィードバック制（財）になるた
めに、応答性良くしかも温度変効を小さくすることの両
方を満す制御が漏しく、目標処理温度に対して精度を±
５４よりも小さくするのが難しくなる問題があった。

そこで、本出願人は加熱コイルの後段位買に温度補償用
加熱コイルを設け、その前段の温度検出信号によって該
温度補償用力Ｏ熱コイルに供給する電力を制御する温度
フィードフォワード制償手段を備えた誘導加熱装置を既
に提案している（特ｆ禰昭６０−１９４２９２号公＠）
。この装置によれば、フィードバック系で補償しきれな
い温イ変勅をフィードフォワード系で補償できる。

１０発明が解決しようとする問題点 従来の温度補償用加熱コイルとそのフィードフォワード
制御手段を備える誘導加熱装置において、被加熱材（例
えば鋼管）の継目部や端部になる非定常部での加熱温度
は湿度低化が発生する問題があった。これは、被加熱材
が加熱コイル内又は誘導空間に満ちている定常部での加
熱では加熱コイルとの間の空隙のない磁気回路状態にあ
るのに対して、非定常部では空隙のある磁気回路状態に
なり、空隙分だけ磁気抵抗が増加して誘導磁束が減少、
つまり被加熱材表面でのうず電流損による発熱量の減少
により表面温度分布に凹部が発生すると考えられる。

上述の非定常部での温度低下は、温度フィードフォワー
ド制御では温度差に従った定常部て対する′成力制御に
なって、入熱畷不足となり、補償しきれないこと愕なる
。

Ｅ１問題点を解決するための手段と作用本発明は上述の
問題点に鑑みてなされたもので、温度フィードフォワー
ド制御手段に加えて、被加熱材の非定常部位置検出信号
に応じて温度補償用加熱コイルに供給する電力を制御す
る非定常部温度制御手段を備え、非定常部の位置による
加熱温度低下量に見合った入熱す増を行い、非定常部の
温度を定常部温室に一致させる。

Ｆ、実施例 第１図は本発明の一実施例を示す装置溝成因であり、第
５図と同じものあるいは同じ機能を有するものは同一符
号で示す。温度検出器４の後段位置に温度補償用加熱コ
イル１０が設けられ、この加熱コイル１０には高周波電
源１１から高周波電流が供給されて被加熱材ｌの温度調
整のための加熱を行う。加熱コイル１０への電流制御計
は制倒装肯７により制御され、定常部では温度検出器４
からの温度検出信号θ比を使った温度フィードフォワー
ド制御とし、非定常部では該検出信号θ１ｎの変化から
非定常部位置検出をした非定常部温度制御にされる。

温度フィードフォワード制御、すなわち、制御量ｅ７に
よる定常部での加熱コイルＩＯへの制御量は次式による
演算で決定される。

Ｉｉｉ、　＝に−Ｔ）−Ｔ−８ｐ（θ８−θｉｎ　）　
＝、　Ｋ□　　−−１１）但し、ＥＥｉ：制御量 に：定数 Ｖ：被７ＪＯ熱材の外径 Ｔ：被加熱材の板厚 Ｓｌ）ニライン速度 θＳ二目椰温度 θ１ｎ：サンプル温度 上記（１）式中、被加熱材１の外径、板厚が一定（同権
の被加熱材）では制御量Ｅｓは Ｅ　ｓ　”　Ｋ　＋　・Ｓ　ｐ　（θｅ−θ１ｎ　）　
　　・”　−Ｃ１）　’但し、Ｋ、＝に−Ｄ−Ｔ となり、ライン速？Ｓｐ　と目ｔｓ温度θ６とサンプル
温度θ１ｎから決定される。

非定常部温度制御は、温度検出器４からの温度検出信号
θ１ｎの変化から非定常部がり０熱コイルＩＯ位置に達
したことを検出し、該非定常部の入熱潰を定常部での制
御１１ｊｔＥ８　に補正−を加算した制御卸量Ｅ日とし
て求める。

第２図は加熱コイル１０に対する被加熱材ＩＡ。

ＩＢの継目部の入熱制御禎兄。（１）を時間関数として
示す。同図中、θ１ｎ（ｔ）は温度検出器４の検出信号
を示し、定常部では一定値θ０．非定常部（被加熱材Ｉ
ＡＯ後端部からＩＢの先端部）では−次間数的にθ、ま
で減少と該θ１からθ０まで増加する変化とする。また
、発熱効率Ａ　ｆｔ）は入熱側・１捕Ｅ、の時間積分に
対する悪貨上昇Δθを示す比になり、定常部では一定効
率Ａ、となるが、非定常部では前述のようにうず電流積
の減少による効率Ａ１までの減少と増加の一次関数変化
とする。

このような非定常部の効率変化に対して、入熱制ｕｉｌ
　＊　Ｆ！　Ｂ　（ｔｌは定常部に一致した加熱温度に
なるよう定常部での制＋１［Ｉ＠Ｅ０にカロえて継目部
が加熱コイル１０位彦を通過する際に最高＠元、に達す
る補正鑓を加えた値に制御する。この人熱制＠１１ｍ８
（ｔ）は時間区間別に下記の式で示す。

１）　　Ｏ≦１＜１１（前述の定常部側＠吸）Ｋ６ｆｔ
）＝に−Ｄ−Ｔ−８ｐ（θ８−θ１ｎ）三ｍｏ　＝’　
・・・（１）１１）ｔｌ≦１（１，。

ＩＩＩ）　　ｔ、≦１（１゜ ＩＶ）ｔ≧ｔｓ　　（前述の定常部制御量）ｍｓｔｔ）
　＝　ｍｏ　　　　　　　　　・・・・・・・・・（４
）上述のように、制御装置７によるフィードフォワード
制−と非定常部温度側−のために、制御装［７は第３図
に示す制御フローを備える。同図において、ステップ８
１〜Ｓ５は加熱条件データを取込む。即ち、加熱コイル
１０の中心と温度検出点間距離Ｌ（８１）、定数Ｋ（日
２）、被加熱材外径Ｄ（８３）、被加熱材板厚Ｔ　（８
４）、目標温度θｇ（８５）の各データを取込む。この
後、加熱開始で被加熱材１の検出温度θ１ｎをサンプリ
ングで入力しくステップ８６）、サンプルデータのソー
ト（ステップ８７）とセット（ステップ８８）によって
チンプルデータをＪＩＢ次記憶しておく。これに並行し
て検出ライン速度Ｓｐ　を取込み（Ｓ９）、ライン連室
Ｓｐ　　と距離りから温室検出点と加熱位置の遅れ時間
ＬＡｐを求め、この遅れ時間を制御時間Δｔで除算する
ことによって温度検出部位の被加熱材が加熱フィルＩＯ
の中心位置に達するまでのサンプルデータ数ｎを求める
（ステップ１０　）。このデータ１３ｎに相当するサン
プルデータθ１ｎｌｎｌを加熱コイル１０の中心位Ｆ々
にある被加熱部材１の検出温度として前述の（１）式又
は（１）′式に従って制＠嘘Ｆｉｓを求める（ステップ
Ｓ［１）。

次に、温度検出信号θ１ｎの変化すなわちサンプル値θ
ｔｎ（ｎ”ｍ）−θ１ｎ（ｎ）が所定値６０以上あるか
否か判定しくステップ８１２）、６９未満では定常部と
判定してステップＥｌ　１１で求めた制御１徹Ｅｓを電
力指令出力として加熱コイル１（）に与える（ステップ
１９）。−万、６０以上ではタイマ起動を行い（ステッ
プＳ　１３　）　、このタイマ起動で非定常部の入熱制
御を開始する。タイマ時゛間ｔについて、継目部に達す
る時間（前述の（２）式の１．−１．）又は継目部から
非定常部の終端に達する時間（前述の（３）式の１．−
１．）とする１ｏと比較すなわち継目部前後の判定をし
くステップ８１４　）　、継目部前では前述の１２）式
による制帽１ｓを求め（ステップ８１５）、ｄ目ｉ！１
１？＆では前述の（３）式による制−１ＥｅＧ求める（
ステップ５１６）。これら制＋ｍ　Ｍ　Ｅ（３は加熱コ
イル１０の制御績として出力Ｅ８としくステップ１７）
、タイマ時間ｔが非定常部を越えるに相当する時間２ｔ
。

以上になるとき（ステップ８１８）、制御装材は定常部
での制御を再開する。

こうした非定常部での温度制御によって加熱温度の精度
を向上できることを以下に詳細に説明する。

前述の第２図において、区間■〜■に分けて被加熱材が
加熱コイル１０を通過した後の温度θ。。

を求めると以下のようになる。

■ｏａｔ＜ｔ。

Ａ［ｔｌ＝Ａ０ θ１ｎ（ｔ）：θ０ θｏｕｔｌｔｌ＝θｏ十ＡｏＫｏｔ１　　　　　　　・
・・・・・・・・（５）■ｔｏ＜ｔ＜ｔｌ Ａｆｔ）＝Ａ。

（［）ｔｌ＜ｔ＜ｔｌ Ａ（ｔ）＝Ａ。

θ１ｎｌｔ）　＝θ。

・・・・・・・・・（７） ■ｔ　２　＜　ｔ　＜　ｔ　ａ ■ｔｓ＜　ｔ＜　ｔ４ ■ｔご１（１゜ Ａｌｔ）＝Ａ。

す２；電ｏｄｅ ・・・・・・αα ■１．≦１　（１゜ Ａ　ｌｔ）　＝　Ａ。

θｔｎ（ｔ）＝θ。

　−Ｅ ＝Ｋｏｔ＋　”　ｕ　ｔｏ＋ｔ６−ｔ）”Ｋ、−ＫＯ θｏｕｔ　Ｉｔ）　＝θｌｌ＋Ａｏ　Ｒ６ｔｌ＋Ａｏ薯
ＦＴ（ｔ０＋ｔＩｌ−ｔ）”°”αυここで、Ｉ囮　は
入熱側ａ　ｋｌ　Ｅｓ１ｔ）の時間積分量である。

上述の具体例として、以下の条件では前述の■〜［株］
の区間による出口温度θｏｕｔ　は夫々以下のｆ１３〜
αυ式のようになる。

８Ｉ）＝　１．５ｍ／ｍｉｎ　＝２５ｍｍ／ｓ’ＩＬａ
　　＝　１１００Ｋ　、　Ｎ　＝　１５ＱＫｖｒθ。２
１６０℃ θ、＝１４０℃ θ５＝２３０°Ｃ Ａｏ　＝　α０８℃／Ｋｗ・ｓ Ａ＋＝０．０７℃／Ｋｗ−６ Ｌ　　　＝２２０１３Ｉ ＬＴ、＝１００顕 （Ｄｏ日≦ｔ＜４．４ｓ θｏｕｔ（ｔｌ　＝　２３０（’Ｃ）　　　　　　　＝
・−・・・（１２１ｆＩＤ４４ｓ＜　ｔ　＜８．８ａ θｏｕｔｆｔ）　＝　２３０＋０．０６９（ｔ−４，４
）　　（’Ｃ）・・・α３）■８．３ｓ＜；：　ｔ　＜
　９．２Ｂ θｏｕｔ　Ｉｔ）　＝２４１．７−０．０６９（１３，
２−ｔ）　　ＣＣ）　　−ｃｔ４）■９．２ｓ（ｔ＜１
３−２ｅ θｏｕｔｆｔ）＝３１１−８−７．５７ｔ＋α０８９（
ｔ−１，Ｌ　２）”−α００２２ｔ（ｔ−１３，２）（
℃）・・・０９■１：＆　２ｓ　（ｔ＜１７．２ｇ θｏｕｔ　［ｔｌ　＝１１２＋７．５７ｔ−Ｑ　０３２
（ｔ−１３２）’−０，００２２ｔ（ｔ−１３，２）”
　（’ＣＩ−（１６）＠１７．２５≦ｔ〈１７．６Ｂ θｏｕｔ（ｔｌ＝　２４１−７−０．０６９（ｔ−１３
，２）”ＣＧ）　　−”・α７〕＠１７．６８＜　ｔ　
＜２２８ θｏｕＬｊｔ）　＝　２３０　”　０．０６９（２２−
ｔ）　（’Ｃ）　　・−・−・−（１＆上述の（ｌｚ〜
αυ式による出口＠度θｏｕｔは第４図に示す波形図に
なる。

この第４図からも明らかなように、非定常部７５朋（継
目部を中心とした±５０間）を除いて、目標温度２３０
℃に対して±７℃の範囲内まで補正した入熱制画ができ
る。

なお、実施例において、′Ｉ！Ｌ源１１の各機及びライ
ン速度８ｐ　　の許す範囲内で前述の（２）　、　（３
１式を例えば３次関数式に変更して非定常部の温度精度
を一層高めることができる。

Ｇ９発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、温度フィードフォワー
ド制御系に加えて非定常部での温度制御手段を備え、県
度フィードフォワード制御系で補償しきれない非定常部
の温度変動を補正するようにしたため、非定常部も含め
て温度フィードフォワード制御による温度補償を？ｔ３
ｍＪ度に行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置構成図、第２図は
第１図における非定常部の入熱制間量特性図、第３図は
第１図における制御装置のフローチャート、第４図は実
施例における非定常部温習偏差波形図、第５図は従来の
装置構成図である。 １ｓｌＡｌｌＢ・・・被加熱材、２・・・加熱コイル、
３・・・高周波電源、４・・・温度検出器、６・・・温
度設定器、７・・・制御装置、８・・・連室検出器、１
０・・・＠度補償用加熱コイル、１１・・・高周波電源
。 第５図 従来の長置槍底Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続移送される被加熱材の加熱温度を検出して加
   熱コイルに供給する電力を制御する温度フィードバック
   制御系を備えた誘導加熱装置において、前記加熱コイル
   の後段位置に設けられた温度補償用加熱コイルと、該加
   熱コイルの前段の温度検出信号によつて前記温度補償用
   加熱コイルに供給する電力を制御する温度フィードフォ
   ワード制御手段と、被加熱材の非定常部の位置検出信号
   に応じて前記温度補償用加熱コイルに供給する電力を制
   御する非定常部温度制御手段とを備えたことを特徴とす
   る誘導加熱装置。