JPS6368282A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加熱装置に関し、更に詳述すれば、たとえば鋼
管等の長尺の被加熱材と加熱源とを相対的に移動させつ
つ被加熱材を設定温度に加熱する装置、たとえば電縫鋼
管の溶接部の焼鈍、焼ならしを行うボストアニール装置
に使用される誘導加熱装置、あるいは焼付塗装、絶縁材
被覆等の際に使用される誘導加熱装置等に関する。

〔従来技術〕

鋼管等の長尺の被加熱材を加熱する場合、たとえば均熱
炉内に被加熱材を収容して加熱する場合であれば全体を
設定温度に加熱することは容易である。しかし、誘導加
熱装置等の加熱源に対して長尺の被加熱材を移動させつ
つこれを加熱する場合には、被加熱材の加熱源にて加熱
された位置の温度が温度検出器にて検出されるまでには
時間遅れがあるので、種々の問題が生じる。

このような加熱装置はたとえば電ｆ６！１１管のボスト
アニール装置に使用されている。電縫鋼管は、鋼帯を連
続的に送給しつつこの鋼帯の両側縁同士を衝合わせて筒
状に形成し、衝合わせられた部分を高周波加熱しつつ側
圧を加えることにより溶着して連続的に製造される。

上述のようにして製造された電縫鋼管の溶接部（シーム
）に対しては更に、ボストアニール処理が行われる。こ
の処理は、管内外のビード余盛りを切削し、更に加熱源
、たとえば誘導コイルにより１〜１０ｋｌＬｚ程度の高
周波にて電磁誘導加熱し、これにより焼鈍、焼ならしを
行って管材料内の残留応力の除去及び鋼組織の改善を図
るものである。

ところで、上述のような電縫鋼管のボストアニール処理
に際しての加熱装置による加熱温度は当然所定の最適温
度に設定され維持されるのであるが、この際被加熱材で
ある電ｔわ４管の肉厚、加熱装置に対する移動速度等が
温度設定の際のデータとして使用される。たとえば、特
開昭５７−３７６７９号には、「水溶液等を塗布した薄
鋼板を誘導加熱する連続乾燥炉の温度制御装置において
、ライン速度信号及び電力演算により主制御径を形成し
、鋼板温度フィードバック系を補助制御系として加えて
高精度の焼付温度制御を行えるようにする」という加熱
装置の温度制御方法が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかし、たとえば電縫鋼管を高温、高能率にて加熱して
ボストアニール処理するような場合には、加熱源を複数
使用する必要が生じ、装置全体としての大型化を招来す
ることになる。従って、複数の加熱源及び温度検出器等
の設置スペースの関係で加熱源と温度検出器との距離が
離隔し易くなる。

このように加熱源と温度検出器との間の距離が大きくな
ると加熱源により加熱された鋼管の位置の温度が温度検
出器にて検出されるまでの時間遅れが大きくなるので、
この対策として制御系の利得（ゲイン）を適正値より小
さな値にしなければならず、制御精度の低下の原因にな
っていた。

具体的には、被加熱材である管のある部分が加熱されて
からその部分の温度が温度検出器にて検出されるまでの
時間遅れが小さい場合、即ち管の加熱源に対する相対移
動速度が高い場合に合わせて加熱装置の制御系のゲイン
を調整すると、時間遅れが大きい場合、即ち管の移動速
度が低い場合に制御が乱調になるので、制御系のゲイン
は通常は適正値よりはやや低く設定される。

このため、管の移動速度が特に高い場合には制御応答も
非常に速くなければならないので、制御精度が非常に低
下する、という問題が生じる。

更に、肉厚の管を処理対象とする場合には、管の表面と
内面とでは温度差が大であるため、比較的離隔して配置
した複数の加熱源にて管の加熱を行うことにより熱伝導
にて管の均熱化を促進させ、逆に肉厚が薄い場合には比
較的接近して配置した複数の加熱源にて管の加熱を高効
率にて行わせている。

従って、複数の加熱源同士の配置間隔を変更すると、こ
れらの複数の加熱源それぞれと温度検出器との間の距離
が変化するが、これは複数の加熱源全体を一組として考
えた場合の加熱源と温度検出器との間の距Ｎｉ（複数の
加熱源全体としての中心と温度Ｉ＊出器との間の距離）
が変化することになり、適正な制御が行われ難いという
問題があった。

このよう問題点は前述の特開昭５７−３７６７９号の発
明でも考慮されていない。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり
、被加熱材の加熱装置に対する相対移動速度及び加熱源
と温度検出器との間の距離の如何に拘わらず高精度の制
御が可能な誘導加熱装置の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の誘導加熱装置では、加熱源と温度検出器との間
の距離ｌと、被加熱材の加熱装置に対する相対移動速度
Ｖとの比ｖ／Ｎに比例させて制御装面のゲインを変化さ
せる構成としている。

本発明は、被加熱材と相対移動する誘導コイルにて被加
熱材を加熱し、加熱後の被加熱材の温度を操業条件に応
じて前記誘導コイルとの距離が変更される温度検出器に
て検出し、この検出温度を設定温度に対するフィードバ
ック信号として前記誘導コイル出力を制御すべくなした
誘導加熱装置において、被加ｉｔｔと誘導コイルとの間
の相対移動速度Ｖの検出器と、誘導コイルと温度検知器
との間の距離ｌの検出器と、前記両検知器出力からｖ／
ｊ２を求める係数演算器と、該係数演算器の演算結果ｖ
／ｌに関連した値をゲインとして前記フィードバック信
号を補正する出力補正器とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の誘導加熱装置では、加熱源と温度検出器との間
の距ｇＩ２と、被加熱材の加熱装置に対する相対移動速
度Ｖとの比ｖ／ｌに比例して制御装置のゲインが変化さ
れるので、被加熱材の加熱装置に対する移動速度及び加
熱源と温度検出器との間の距離が変化した場合にもそれ
ぞれの変化量に応じた最適の温度制御が自動的に行われ
る。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１図は本発明に係る誘導加熱装置の概略の構成を示す
ブロック図である。なお、本実施例は電縫鋼管のボスト
アニール処理に使用される加熱装置を例としている。

図中１は被加熱材としての電縫鋼管であり、矢符方向（
図中左から右）へ移動されつつ加熱源としての誘導加熱
コイル２により加熱される。またこの誘導加熱コイル２
から電縫鋼管１の移動方向下流側の距離ｌだけ離隔した
位置には温度検出器３が設置されていて、電縫鋼管１０
表面温度の検出を行っている。更に、温度検出器３から
電縫鋼管１の移動方向下流側に適長離隔した位置には、
電縫鋼管１の移動速度を検出するための速度検出器４が
備えられている。

本発明装置の制御系は以下のように構成されている。図
中５は温度設定器である。この温度設定器５はたとえば
可変抵抗器等を使用しており、設定温度に対応する電圧
の設定温度信号ａを温度偏差演算器６へ出力する。

温度偏差演算器６は、温度設定器５から与えられる設定
温度信号ａを加数、前述の温度検出器３の出力信号であ
る検出温度信号すを減数として演算を行い、この結果を
温度偏差信号Ｃとして出力補正器７へ出力する。

出力補正５７は、上述の温度偏差演算器６から与えられ
る温度偏差信号Ｃに係数演算器８から与えられるゲイン
補正信号ｅである係数ｖ／７！をゲインとして乗じ、こ
の結果を誘導加熱コイル２の出力を規定する加熱出力信
号ｒとして誘導加熱コイル２へ出力する。

係数演算器８は除算器であり、距離測定器９にて測定さ
れた誘導加熱コイル２と温度検出器３との間の距離ｌを
表す距離信号ｇと、前述の速度ネ★出器４が検出した電
縫鋼管１の移動速度Ｖを表す検出速度信号ｄとを基に、
距離ｌを移動速度Ｖで除算した値ｖ／７！を算出し、こ
の値をゲイン補正信号ｅとして出力補正器７に出力する
。

なお距離測定器９は、複数の誘導加熱コイル２の中心と
温度検出器３との間の距離を自動的に測定し、その結果
を表す距離信号ｇを係数演算器８に出力している。

そして、誘導加熱コイル２は出力補正器７から与えられ
る加熱出力信号ｆに応じた高周波出力で発振し電縫鋼管
１を加熱する。

以上のように構成された本発明装置では、誘導加熱コイ
ル２と温度検出器３との間の距離、即ち具体的には複数
の誘導加熱コイル２の中心と温度検出器３との間の距離
ｌが常時距離測定器９にて測定されている。このため、
たとえば電［４ｇ管１の肉厚の変更に伴って複数の誘導
加熱コイル２の間隔が変更されて距離ｌが変化して場合
には、温度偏差演算器６から出力される温度偏差信号Ｃ
に乗じられる係数ｖ／ｌ、即ち制御系のゲインが距離ｌ
の逆数に比例して増加し、また電！鋼管１の移動速度Ｖ
が変更された場合には、温度偏差演算器６から出力され
る温度偏差信号Ｃに乗じられる係数ｖ／ｌが速度Ｖに比
例して増加する。

従って、温度設定器５にて適正な電縫鋼管１の加熱温度
を設定しておくと、この設定温度を表す設定温度信号ａ
が温度設定器５から温度偏差演算器６の加数として与え
られる。一方、温度偏差演算器６には温度検出器３によ
る電ｈ１鋼管１の温度の検出結果を表す検出温度信号す
が減数として与えられている。このため温度偏差演算器
６は両者の差、即ち設定温度信号ａと検出温度信号すと
の差を演算して温度偏差信号Ｃとして出力する。そして
出力補正器７により、この温度偏差演算器６から出力さ
れる温度偏差信号Ｃに上述の係数演算器８から出力され
ているゲイン補正信号ｅがゲインとして乗じられた上で
誘導加熱コイル２辷加熱出力信号ｆとして与えられ、こ
の加熱出力信号ｆに対応する出力にて誘導加熱コイル２
による電縫鋼管１の加熱が行われる。この誘導加熱コイ
ル２による電！３１鋼管１の加熱の結果は温度検出器３
により検出され、検出温度信号すとして再度温度偏差演
算器６にフィードバックされる。

第２図は（ａｌに従来の一般的な制御による場合と上述
の本発明装置による場合の、角周波数ωと制御装置のゲ
イン（単位はｄＢ）及び位相遅れ線図、即ちボード線図
を示している。

一般にボード線図では、ゲインがＯｄＢ以上の場合に位
相遅れが１８０度以上であれば、逆に言えば位相遅れが
１８０度の場合にゲインがＯｄＢ以上であれば安定した
制御は行われないとされているにの点に鑑みると、第２
図（ａｌに示す従来例では、電縫鋼管１の移動速度Ｖが
低い場合（■にて示す）には１８０°の位相遅れに対し
てゲインが充分に０以上の値をとるため、制御が不安定
になり易い。

逆に電縫鋼管１の移動速度Ｖが高い場合（■にて示す）
には制御は安定するが、この場合でも電縫鋼管１の低い
移動速度Ｖに合わせてゲインを小さく調整しておくと、
ゲインが全体を通じて小さくなるので、電縫鋼管１の移
動速度Ｖが大になればなる程、制御の応答性が低下する
。

しかし本発明装置では、電縫鋼管１の移動速度Ｖに応じ
て制御系のゲイン、具体的には温度偏差演算器６から誘
導加熱コイル２への出力信号のゲイン、即ち出力補正器
７の係数ｖ／７！が前述の如く、電縫鋼管ｌの移動速度
Ｖ及び誘導加熱コイル２と温度検出器３との間の距離ｌ
に応じて補正変更されるので、電縫鋼管１の移動速度Ｖ
の如何に拘わらず安定的な制御が行われる。

具体的には、第２ロー）に示す如く、電縫鋼管１の移動
速度Ｖが比較的高速の場合に■にて示す線の如く制御系
のゲイン、即ち出力補正器７の係数ｖ／ｉを決定してお
く。この場合にはゲインがＯｄＢに対して位相遅れが１
８０度に達せず、安定な制御が行われる。そして、電縫
鋼管１の移動速度Ｖが比較的低速の場合には制御系のゲ
イン、即ち温度偏差演算ｖ５６の係数ｖ／ｌは■に示す
線が■にて示す線に補正されるので、ゲインがＯｄＢに
対して位相遅れがやはり１８０度に達せず、安定な制御
が行われる。

また、電縫鋼管１の移動速度Ｖが特に大であるような場
合には、制御系のゲイン、即ち出力補正器７の係数ｖ／
Ｉ！も大きくなるので、制御の応答性を向上させ得る。

更に、誘導加熱コイル２と温度検出器３との間の距離β
が変更される場合、具体的には電縫鋼管１の肉厚に応じ
て複数の誘導加熱コイル２の相互間の設置間隔が変更さ
れて複数の誘導加熱コイル２全体の中心位置と温度検出
″１５３との間の距離が変更される場合にも、距離ｌに
応じて制御系のゲイン、即ち出力補正器７の係数が自動
的に変化されるので、距離βの如何に拘わらず常時適正
な工業が行われる。

次に、本発明の実際の操業への適用例について説明する
。

第３図は本願発明者により行われた本発明装置の実機操
業の結果を示している。

操業条件は以下の通りである。

誘導コイル数：３　（各加熱装置は長さ９００ｍｍの誘
導加熱コイル） 誘導コイル間隔：２０（ｈａを５００１に、及び８０（
ｉｎを１５００ｗｍに変更 電縫鋼管１の移動速度Ｖ ＝２０〜５０ｍｍ／分の範囲で変更 なお、電縫鋼管自体は、外径が３１８１ｍ、肉厚が６禦
１である。

この結果、第３図ｆ８）に示す如く、従来例では約３０
°Ｃの温度変動を生していたが、本発明装置では上述の
ような条件の変更を行っても温度変動の範囲が１０℃以
内に抑えられる程度に制御が安定している。

〔効果〕

以上のように本発明によれば、被加熱材の肉厚等の操業
条件の変更に伴って誘導加熱装置の加熱源と温度検出器
間の距離（複数の加熱源を使用する場合であれば加熱源
全体の中心と温度検出器との間の距離）が変化しても、
あるいは被加熱材の加熱装置に対する相対的移動速度が
変更されても、加熱装置の制御系には常時適正なゲイン
が自動的に設定される。従って本発明装置では、被加熱
材を加熱するための温度制御が非常に安定する。また操
業条件の変更に伴う制御系のゲインの設定変更をその都
度行わねばならないという煩わしい操作も不要になる。

なお、前記実施例では、電鍵鋼管のボストアニール処理
に使用される誘導加熱装置を例として説明したが、本発
明はこれに限るものではなく、その全体を均一に加熱す
ることが困難な長尺物等を被加熱材とする加熱装置に有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る誘導加熱装置の構成を示すブロッ
ク図、第２図はそのフィードハ、り制御系の角周波数と
ゲイン及び位相ｊ工れとの関係を示すボード線図、第３
図は実操業におけるる従来例との比較を示すグラフであ
る。 １・・・電縫鋼管　　２・・・誘導加熱コイル　　３・
・・温度検出器　　４・・・速度検出′Ｉ５　５・・・
温度設定器　６・・・温度偏差演算器　７・・・出力補
正器８・・・係数演洲器　　９・・・距離測定器特許出
願人　　住友金屈工業株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　　登　夫第　２ （ｂ） 聞 界　３ （ｂ） 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加熱材と相対移動する誘導コイルにて被加熱材を
   加熱し、加熱後の被加熱材の温度を操業条件に応じて前
   記誘導コイルとの距離が変更される温度検出器にて検出
   し、この検出温度を設定温度に対するフィードバック信
   号として前記誘導コイル出力を制御すべくなした誘導加
   熱装置において、 被加熱材と誘導コイルとの間の相対移動速 度ｖの検出器と、 誘導コイルと温度検知器との間の距離ｌの 検出器と、 前記両検知器出力からｖ／ｌを求める係数演算器と、 該係数演算器の演算結果ｖ／ｌに関連した値をゲインと
   して前記フィードバック信号を補正する出力補正器と を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。