KR20180020264A - 금속 처리 퍼니스들과 조합하여 사용되는 고속 응답 히터들 및 연관된 제어 시스템들 - Google Patents

금속 처리 퍼니스들과 조합하여 사용되는 고속 응답 히터들 및 연관된 제어 시스템들 Download PDF

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마이클 불
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Abstract

금속 처리 퍼니스에 들어가기 전에 금속을 예열하기 위해 고속 응답 히터들을 사용하기 위한 시스템 및 방법으로서, 이는, 특히 재료, 질량 유량, 라인 속도, 및/또는 원하는 처리 프로세스에서의 변화들에 응답하여, 금속 프로세싱에 대한 제어를 개선할 수 있다. 고속 응답 히터들은 금속 처리 퍼니스가 일정한 온도에서 있거나 또는 새로운 동작 상태로 느리게 전이하는 동안 고속 응답 히터 출력을 빠르게 조정하도록 조작자 입력들, 프로세스 파라미터들의 직접 또는 간접 감지, 및/또는 열 모델들의 사용에 기초하여 고속 응답 히터의 출력을 조정하기 위해 제어 시스템들과 함께 사용될 수 있다. 프로세스 제어로 얻는 결과 이득들은 보다 높은 품질 제품들, 감소된 스크랩, 및 라인 속도 및 출력에서의 증가들을 야기한다.

Description

금속 처리 퍼니스들과 조합하여 사용되는 고속 응답 히터들 및 연관된 제어 시스템들
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 6월 24일에 출원된 "금속 처리 퍼니스들과 조합하여 사용되는 고속 응답 히터들 및 연관된 제어 시스템들"이라는 제목의 미국 가 특허 출원 번호 제62/183,810호의 이득을 주장하며, 이것은 여기에서 전체적으로 참조로서 통합된다.
기술 분야
본 개시는 전반적으로 금속 처리 프로세스들을 위한 퍼니스들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 종래의 퍼니스들과 조합한 고속 응답 히터들 및 그것들의 연관된 제어 시스템들의 사용에 관한 것이다.
퍼니스들은 추가 프로세싱을 위해 금속들을 어닐링하거나, 경화시키거나, 에이징하거나, 프리-에이징하거나, 처리하거나, 또는 연화시키기 위한 금속들의 생산 및 처리 시 일상적으로 사용된다. 몇몇 퍼니스들은 재료가 퍼니스의 길이를 통해 끌어 내어짐에 따라 연속 방식으로 금속 시트 또는 판을 처리하기 위해 사용될 수 있다.
오늘날, 보다 높은 재료 품질 및 보다 복잡한 처리 프로세스들을 위한 드라이브와 조합된, 금속 시트 및 판에 대한 증가하는 수요는 처리 퍼니스들의 크기에서의 증가로 이어져 왔다. 퍼니스들은 보다 복잡한 가열 프로세스들, 보다 높은 품질 제품, 및 보다 빠른 프로세싱 속도들을 위해 증가하는 길이 및 상이한 온도들의 다수의 가열 구역들을 갖고 개발되어 왔다.
그러나, 보다 긴 퍼니스들은 값비싸며 금속 프로세싱 공장들에서 소중한 공간을 소비한다. 보다 긴 퍼니스들은 또한 금속 시트 또는 판이 퍼니스의 길이를 통해 끌어 내어지므로 금속 시트 또는 판에 부가적인 응력들을 부가한다. 보다 긴 퍼니스로 인한 부가적인 응력들은 금속 시트 또는 판의 불안정을 야기할 수 있으며 찢어짐 또는 재료 결함들을 야기할 수 있다. 보다 긴 퍼니스들은 또한 상당한 열 관성을 가지며 그것들의 처리 구역들의 온도를 올리거나 또는 낮추기 위해 비교적 긴 시간 기간들을 요구한다. 그 결과, 그것들은 재료 조성, 재료 두께, 라인 속도, 또는 재료 처리 프로세스에서의 변화들에 응답하는데 느릴 수 있다. 종래의 금속 처리 퍼니스들의 저속 응답은 그 후 폐기물로서 스크랩되어야 하는 전이 재료의 사용 또는 프로세싱 동안 너무 긴 지연들을 요구한다.
본 개시의 양상들은 금속 처리 퍼니스들과 조합한 고속 응답 히터들 및 선택적 연관된 제어 시스템의 사용에 관한 것이다. 상기 고속 응답 히터는 금속 시트 또는 판이 메인 처리 퍼니스에 들어가기 전에 금속 시트 또는 판을 예열하기 위해 사용된다. 상기 고속 응답 히터는 재료, 재료 두께, 라인 속도, 또는 프로세스 유형에서의 빠른 변화들을 수용하기 위해 인입하는 금속 시트 또는 판의 온도를 빠르게 조정할 수 있다. 상기 고속 응답 히터는 재료 또는 프로세스 파라미터들에서의 변화들을 보상하고, 기존의 금속 처리 퍼니스를 갖고 재료 프로세싱의 속도를 높이며, 및/또는 상기 메인 처리 퍼니스가 보다 낮은 온도에서 작동하도록 허용하기 위해 연속적으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 상기 고속 응답 히터는 열 관성 및 메인 퍼니스의 느린 응답 시간을 보상하기 위해 상기 금속 처리 퍼니스의 전이들 동안 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 처리 퍼니스가 보다 높은 온도 상(temperature regime)으로 전이할 때, 상기 고속 응답 히터는 금속 스트립 또는 판을 예열함으로써 보상할 수 있다. 금속 처리 퍼니스의 온도가 증가함에 따라, 상기 고속 응답 히터는 적절한 프로세스 파라미터들을 유지하기 위해 예열의 양을 점진적으로 낮출 수 있다.
상기 고속 응답 히터는 수동으로 제어될 수 있거나, 또는 그것은 금속 스트립 또는 판에 인가된 예열의 양을 변화시키기 위해 능동형 또는 수동형 제어 시스템을 사용할 수 있다. 상기 제어 시스템은 측정 및 피드백 제어를 위해 열 모델들 또는 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어 시스템은 퍼니스 온도, 상기 고속 응답 히터 이전 및 이후 금속 온도, 재료 두께의 직접 또는 간접 감지를 포함할 수 있으며, 및/또는 처리 전 또는 후, 편평도와 같은, 재료 품질을 정량화하기 위해 센서들을 포함할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시예들은 이하의 도면들을 참조하여 이하에서 상세히 설명된다.
도 1은 금속 처리 퍼니스의 개구에 또는 그 가까이에 배치된 고속 응답 히터의 개략적인 측면도이다.
도 2는 선택적 감지 및 제어 요소들을 가진 고속 응답 히터의 개략적인 측면도이다.
도 3은 선택적 감지 및 제어 요소들을 가진 금속 처리 퍼니스 구역의 개략적인 측면도이다.
도 4는 선택적 감지 및 제어 요소들을 가진 금속 처리 퍼니스 구역의 개략적인 측면도이다.
도 5는 고속 응답 히터를 위한 선택적 제어 시스템의 개략적인 표현이다.
도 6은 금속 처리 퍼니스에서 실행된 금속 처리 프로세스들에 관하여 고속 응답 히터의 출력을 제어하기 위한 예시적인 방법이다.
본 발명의 실시예들의 주제는 여기에서 법에 명시된 요건들을 충족시키기 위해 특이성을 갖고 설명되지만, 이러한 설명은 반드시 청구항들의 범위를 제한하도록 의도되는 것은 아니다. 청구된 주제는 다른 방식들로 구체화될 수 있고, 상이한 요소들 또는 단계들을 포함할 수 있으며, 다른 기존의 또는 미래의 기술들과 함께 사용될 수 있다. 이러한 설명은 개개의 단계들의 순서 또는 요소들의 배열이 명시적으로 설명될 때를 제외하고 다양한 단계들 또는 요소들 간에 또는 그 사이에서 임의의 특정한 순서 또는 배열을 내포하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 개시의 특정한 양상들 및 특징들은 생산 동안 금속을 처리하기 위해 사용된 금속 처리 퍼니스와 조합한 고속 응답 히터 및 선택적 제어 시스템의 사용에 관한 것이다. 고속 응답 히터는 재료가 보다 큰 금속 처리 퍼니스에 들어가기 전에, 재료, 일반적으로 금속의 예열을 허용한다. 고속 응답 히터는 금속 처리 퍼니스보다 작으며 재료의 유형, 재료 두께, 라인 속도, 및/또는 재료의 질량 유량에 대한 변화들이 있을 때에도, 재료에 인가된 열의 양에서의 훨씬 더 빠른 동적 변화들, 및 결과적으로 재료 온도에 대한 훨씬 더 빠른 변화들을 허용한다. 고속 응답 히터들의 몇몇 비-제한적인 예들은, 이에 제한되지 않지만 조정 가능한 전류 주파수를 가진 유도 히터들을 포함한 유도 히터들, 또는 직접 화염 충돌 히터들을 포함하지만, 임의의 유형의 히터가 그것이 재료에 부여된 온도 및 열의 양을 빠르게 변화시킬 수 있는 한 사용될 수 있다. 고속 응답 히터는 열 출력을 변화시키기 위해 제어 시스템과 함께 동작할 수 있다. 상기 제어 시스템은 센서들, 열 모델들, 파라미터들의 조작자 입력, 및/또는 직접 조작자 제어 또는 그것의 임의의 조합과 같은, 임의의 적절한 입력에 의존할 수 있다.
고속 응답 히터는 통상적으로 금속 처리 프로세스의 대부분을 실행하는 보다 큰 금속 처리 퍼니스의 앞에 위치된다. 이러한 프로세스들의 예들은, 이에 제한되지 않지만, 에이징(aging), 프리-에이징(pre-aging), 경화, 용액 가열, 어닐링 등을 포함한다. 금속 처리 퍼니스 전에 고속 응답 히터의 부가는 고속 응답 히터로 하여금 재료가 금속 처리 퍼니스에 들어가기 전에 재료를 예열하도록 허용한다. 금속 처리 퍼니스는, 그것의 큰 크기 때문에, 라인 속도, 프로세스 유형, 재료 유형, 및/또는 재료 질량 유량에 대한 변화들을 수용하기 위해 그것의 온도를 빠르게 변경할 수 없다. 그러나, 고속 응답 히터는 라인 속도, 질량 유량, 재료 유형, 및/또는 프로세스 유형에서의 변화들로 예열의 양을 빠르게 변경함으로써 금속 처리 퍼니스의 저속 응답을 보상할 수 있다. 고속 응답 히터는 금속 처리 퍼니스가 온도를 느리게 변경하도록 허용되는 동안 적절한 프로세스 파라미터들을 유지하거나 또는 전체 프로세스가 고속 응답 히터에 의해 변경되는 동안 일정한 온도에 있기 위해 재료에 부가된 전체 열을 변경하기 위해 사용된다. 고속 응답 히터는 금속 처리 퍼니스가 일정한 온도에 있는 동안 전체 처리 프로세스에서 필요한 변화 모두를 제공하기 위해 사용될 수 있거나, 또는 고속 응답 히터는 전체 처리 프로세스에서의 필요한 변화를 제공하며 금속 처리 퍼니스의 과도적 거동을 보상하기 위해 계속해서 조정할 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 금속 처리 퍼니스의 일정한 온도는 사전 선택된 온도로부터 대략 ±10%를 넘지 않을 만큼 변화하는 것일 수 있다. 특정한 경우들에서, 금속 처리 퍼니스의 일정한 온도는 사전 선택된 온도로부터 대략 ±5%를 넘지 않을 만큼 변화하는 것일 수 있다. 다른 경우들에서, 금속 처리 퍼니스의 일정한 온도는 사전 선택된 온도로부터 대략 ±2%를 넘지 않을 만큼 변화하는 것일 수 있다. 임의의 온도가 특정한 프로세스의 요구들, 또는 금속 처리 퍼니스 및 연관된 장비의 능력들에 기초하여, 금속 처리 퍼니스 또는 그것의 개개의 구역들에 대해 선택될 수 있다. 프로세싱되는 금속이 알루미늄일 때와 같은, 몇몇 경우들에서, 사전 선택된 온도들은 통상적으로 금속 처리 퍼니스 또는 그것의 개개의 구역들 중 임의의 것을 위해 범위가 대략 섭씨 430 내지 630도에 이를 수 있다.
고속 응답 히터의 사용은 금속 처리 퍼니스만의 사용에 비해 다수의 이점들을 제공한다. 고속 응답 히터는 금속 처리 퍼니스의 길이를 감소시키거나 또는 생산 라인의 다른 부분들에서 부가적인 가열 프로세스들에 대한 요구를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 고속 응답 히터의 사용은 증가된 생산율들 및 전체 금속 처리 프로세스에 대한 동적 제어를 허용한다. 고속 응답 히터를 갖고 금속에 인가된 열의 양을 빠르게 변경하기 위한 능력은 금속 처리 퍼니스로 하여금, 금속 처리 퍼니스의 전이 기간들 동안 스크랩의 생성 또는 다운 시간 없이, 프로세스 또는 재료에서의 전환들 동안 계속해서 동작하도록 허용한다. 증가된 정밀도 및 제어는 또한 보다 높은 품질 제품들을 야기한다.
프로세싱 동안 금속의 입자 크기를 제어하는 것이 종종 바람직하다. 특히, 처리 프로세스 후 보다 작은 입자 크기를 가진 금속 시트 또는 판을 생성하는 것이 유리할 수 있다. 고속 응답 히터는 금속 처리 퍼니스 단독으로 가능할 것보다 더 빠르게 재료를 재결정화하기 위해 금속 시트 또는 판을 빠르게 가열할 수 있다. 보다 빠른 가열 레이트(rate)는 금속 시트 또는 판에서의 보다 작은 입자 크기 및 개선된 제품 품질로 이어질 수 있다. 보다 일반적으로, 고속 응답 히터는 최종 제품에서의 입자 크기를 증가시키거나 또는 감소시키기 위해 금속 시트 또는 판으로의 열의 인가의 레이트 및 인가된 열의 양을 변경하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 시뮬레이션들은 대략 섭씨 400 내지 500도의 온도들에서 어닐링된 냉간 압연 6000-시리즈 알루미늄 시트가 초당 대략 섭씨 120 내지 160도의 가열 레이트에 노출될 때 대략 20㎛ 내지 30㎛의 범위에서의 평균 입자 크기를 달성할 수 있으며, 이것은 고속 응답 히터를 사용할 때 가능하다는 것을 보여준다. 즉, 평균하여, 금속 처리 퍼니스 단독의 보다 통상적인 레이트인, 초당 대략 섭씨 60 내지 80도의 가열 레이트를 갖고 달성되는 것보다 대략 4㎛ 더 작은 입자 크기는 고속 응답 히터를 사용하여 달성될 수 있다. 상이한 금속들, 합금들, 및/또는 처리 프로세스들이 상기 논의된 것들과 상이한 파라미터들, 조건들, 및/또는 세트 포인트들을 요구할 수 있지만, 보다 높은 가열 레이트들을 유도하며 프로세스 조건들에서의 변화들에 응답하여 이들 가열 레이트들을 빠르게 변경하기 위한 고속 응답 히터의 능력은 금속 입자 크기에 대한 보다 뛰어난 제어 및 생산 동안의 일관성을 허용한다.
고속 응답 히터는 또한 금속 시트 또는 판의 폭에 걸친 온도 및 가열의 일관성에 대한 부가된 제어를 허용함으로써 프로세스 안정성을 개선할 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어(금속 시트)는 금속 시트들, 금속 판들, 금속 스트립(metal strip)들, 또는 기타를 포함할 수 있다. 종래의 가열 방법들을 갖고, 금속 시트 또는 판이 처리 프로세스를 통과할 때 금속 시트 또는 판의 폭에 걸친 균일한 온도 구배를 생성하는 것은 불가능하지는 않지만, 종종 어렵다. 고속 응답 히터는 그것이 금속 시트 또는 판에 인가된 가열의 양을 빠르게 변경할 수 있기 때문에 부가적인 제어를 제공할 수 있으며, 금속 시트 또는 판의 폭에 걸쳐 선택적으로 가열하거나 또는 냉각시킴으로써 제어에 대한 기회들을 제공할 수 있다.
유도 히터, 직접 화염 충돌 히터, 또는 다른 히터 중 하나 이상의 임의의 조합과 같은, 히터들의 임의의 조합이 고속 응답 히터에서 사용될 수 있다. 특정한 경우들에서, 고속 응답 히터는 다수의 히터들, 또는 직접 화염 충돌 히터의 경우에 다수의 화염 소스들을 포함할 수 있다. 각각의 열 소스의 상이한 가열 특성들을 이용하기 위해 직접 화염 충돌 히터와 유도 히터를 조합하는 것이 또한 가능할 수 있다. 예를 들면, 유도 히터들은 금속 시트 또는 판이 고속 응답 히터를 통과할 때 금속 시트 또는 판에서의 가열을 개시하기 위해 사용될 수 있다. 일단 초기 온도 구배가 수립되었다면, 직접 화염 충돌 히터는 금속 시트 또는 판의 폭에 걸쳐 보다 낮은 온도의 영역들을 타겟팅하기 위해 사용될 수 있다. 특정한 경우들에서, 고속 응답 히터에서 금속 시트 또는 판의 폭에 걸친 온도 구배는 스프레이들 또는 가스 노즐들을 갖고 제어될 수 있다. 타겟팅된 스프레이들 또는 노즐들은 금속 시트 또는 판에서의 핫 스팟들을 국소적으로 냉각시키기 위해 냉각 가스 또는 냉각 미스트를 분사할 수 있거나, 또는 그것들은 쿨 스팟들을 따뜻하게 하기 위해 가열된 가스 또는 미스트를 분사하며 금속 처리 프로세스 동안 균일성을 보장할 수 있다.
고속 응답 히터들은 금속 처리 퍼니스에서 증가된 온도에 대한 요구가 있는 프로세스들 또는 재료들에서의 전환 동안 사용될 수 있다. 그러나, 고속 응답 히터들은 또한 금속 처리 퍼니스에서 보다 낮은 온도를 요구하는 프로세스로의 전환이 있을 때 기능을 제공한다. 예를 들면, 금속 처리 퍼니스는 보다 낮은, 연속 온도에서 작동될 수 있다. 고속 응답 히터는 그 후 라인 속도, 재료, 질량 유량에서의 변화들을 흡수하도록 작용하고, 및/또는 금속 처리 퍼니스가 보다 낮은(또는 일정한) 온도에서 작동하는 동안 원하는 레벨로 전체 프로세스 열 흐름을 증가시키는 예열을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 그 후, 보다 낮은 온도를 요구하는 처리 프로세스로 전환하기 위한 요구가 있을 때, 고속 응답 히터는 금속 처리 퍼니스가 일정한 온도에 있는 동안 예열의 레벨을 빠르게 감소시키거나 또는 그것을 함께 제거할 수 있다. 보다 낮은 및/또는 일정한 온도에서 금속 처리 퍼니스를 동작시키기 위한 능력은 금속 생산에서 부가적인 유연성, 및 증가된 효율과 보다 낮은 운영비들에 대한 가능성을 제공한다.
다른 환경들에서, 특정한 유형들의 금속 처리 프로세스들을 수행하기 위해 매우 높은 열 헤드에서 금속 처리 퍼니스를 작동시키는 것이 바람직할 수 있다. 고속 응답 히터는 또한 전체 처리 프로세스에서 부가적인 안전 및 유연성을 제공하면서 높은 열 헤드 조건들하에 금속 처리 퍼니스를 안전하게 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 높은 열 헤드 및 높은 질량 유량에서 금속 처리 퍼니스를 통해 금속 시트 또는 판을 작동하는 것이 바람직할 수 있다. 달리 말하면, 금속 시트 또는 판은 보다 높은 금속 처리 퍼니스 온도들에 노출될 것이지만, 금속 시트 또는 판이 처리 프로세스 동안 녹지 않는 것을 보장하기 위해 보다 높은 속도 레이트에서 처리 프로세스를 통해 이동할 것이다. 이들 환경들하에서 라인 속도에서의 변화들은 금속 시트 또는 판이 금속 처리 퍼니스에서 녹을 수 있는 위험하거나 또는 불안정한 상태들을 이끌 수 있어서, 장비 손상, 생산성의 손실, 및 잠재적인 안전 위험들로 이어질 수 있다. 그러나, 고속 응답 히터가 금속 시트 또는 판이 금속 처리 퍼니스에 들어가기 전에 금속 시트 또는 판을 예열하기 위해 사용된다면, 그것은 위험한 처리 조건들을 피하기 위해 전체 프로세스를 감안하고 조정할 수 있다. 예를 들면, 금속 시트 또는 판의 쓰루풋(throughput) 속도가, 오작동, 조작자 에러, 또는 공장 조건들을 변경하는 것으로 인해, 예상외로 또는 갑자기 느려진다면, 고속 응답 히터는 금속 시트 또는 판이 금속 처리 퍼니스에 들어가기 전에 금속 시트 또는 판에 인가된 가열의 양을 빠르게 감소시킬 수 있다. 실질적으로, 금속 시트 또는 판으로부터의 예열의 빠른 제거는 금속이 보다 낮은 온도에서 금속 처리 퍼니스에 들어가게 할 것이며, 그것이 감소된 용융의 위험을 갖고 보다 느린 레이트로 통과하도록 허용한다.
고속 응답 히터가 금속 처리 퍼니스의 사용 없이 금속 시트 또는 판을 독립적으로 처리할 수 있는 다른 환경들 또는 상황들이 있을 수 있다. 이들 프로세스들 동안, 고속 응답 히터는 요구된 체류 시간 동안 원하는 온도에서 금속 시트 또는 판을 처리하기 위해 그것의 열 출력 및 쓰루풋 속도를 조정할 수 있다.
도 1은 금속 처리 퍼니스(10)의 개구에 또는 그 가까이에 배치된 고속 응답 히터(1)의 개략적인 측면도이다. 금속 처리 퍼니스(10)는, 그 각각이 상이한 온도들, 압력들, 분위기 조성들, 또는 다른 프로세스 특성들 또는 파라미터들을 가질 수 있는, 다수의 구역들(11)을 포함할 수 있다. 고속 응답 히터(1)는 금속(2)이 금속 처리 퍼니스(10)에 들어가기 전에 그것이 금속(2)에 열을 인가할 수 있는 금속 처리 퍼니스(10)의 입구에 또는 그 가까이에 배치된다. 몇몇 예들에서, 금속(2)은 고속 응답 히터(1)를 통과하는데 대략 2 내지 10초를 소비할 수 있다. 그러나, 금속(2), 금속 처리 퍼니스(10), 및/또는 고속 응답 히터(1)의 특성들에 의존하여, 고속 응답 히터(1)에서의 금속(2)의 잔류 시간은 특정한 프로세스에 의해 원하는 대로 또는 요구된 대로 임의의 적절한 양의 시간일 수 있다. 예를 들면, 프리에이징을 위해 또는 다운스트림 애플리케이션들(예로서, 스텐실 잉크의 건조 또는 건식 윤활제의 도포)을 위한 스트립 온기를 유지하기 위해 사용된 재열기 애플리케이션들에 대해, 금속(2)은 고속 응답 히터(1)를 통과하는데 2초 미만을 소비할 수 있다. 예에서, 다수의 고속 응답 히터들은 주위 온도보다 높은 원하는 최소 스트립 온도를 유지하기 위해 이격된 다운스트림 거리들에서 사용될 수 있다. 원하는 최소 스트립 온도는 효율을 최대화하도록 설정될 수 있거나 또는 다운스트림 프로세스들 또는 전체 프로세스 라인의 일반적인 성능을 야기한다(예로서, 최소 스트립 온도는 프로세스 라인에서의 프로세스들 사이에서 금속 스트립의 보다 양호한 윤활 분산 및/또는 기동성을 허용할 수 있다). 또 다른 예에서, 하나 이상의 고속 응답 히터들은 보다 낮은 온도로부터 원하는 최소 스트립 온도로 스트립 온도를 빠르게 증가시킬 수 있다.
고속 응답 히터(1)의 사용은, 전체 처리 프로세스의 부분으로서 또는 금속 처리 퍼니스(10)의 일시적인 동작의 기간들 동안 금속 처리 프로세스를 안정화시키도록 돕기 위해, 연속적이거나 또는 간헐적일 수 있다. 몇몇 경우들에서, 고속 응답 히터(1)의 열 출력은, 고속 응답 히터(1)가 라인의 안정성을 유지하기 위해 금속(2)의 프로세스, 생산 속도, 또는 질량 흐름에서의 임의의 변화들을 보상하면서 금속 처리 퍼니스(10)가 일정한 온도에서 작동할 수 있기에, 충분히 크다(즉, 금속 처리 퍼니스(10)의 설정들을 변경하지 않고). 예를 들면, 금속 처리 퍼니스(10)를 통한 금속(2)의 처리 프로세스, 재료, 재료 기하학적 구조, 또는 질량 유량이 금속 처리 퍼니스(10)에서 보다 높은 온도를 요구하기 위해 변할 때, 고속 응답 히터(1)는 금속 처리 퍼니스(10)가 동작 온도에 이르는 동안, 금속(2)에 일시적 기간 동안 열을 부가함으로써 보상할 수 있다.
고속 응답 히터(1)는 유도 히터 또는 직접 화염 충돌 히터와 같은, 금속(2)에 인가된 열의 양을 빠르게 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있는 히터이다. 보다 구체적으로, 교류의 주파수에서의 변동성을 허용하는 유도 히터들은 그것들이 금속(2)에 부여된 열 에너지의 양을 제어하기 위한 부가적인 방법들을 갖는다는 점에서 특히 유용할 수 있다. 고속 응답 히터(1)가 금속(2)에 인가된 열의 양을 비교적 빠르게 조정할 수 있기 때문에, 그것은 금속 처리 퍼니스(10)가 보다 느린 레이트에서 새로운 온도로 조정하는 동안 금속(2)에 열을 계속해서 부가함으로써 금속 처리 퍼니스(10)의 보다 느린 응답 레이트를 보상할 수 있다. 금속 처리 퍼니스(10)가 온도가 증가함에 따라, 고속 응답 히터(1)는 전체 처리 프로세스에서 금속(2)에 인가된 적절한 양의 열을 유지하기 위해 금속(2)에 인가된 예열의 양을 점진적으로 감소시킬 수 있다. 종래의 금속 처리 퍼니스(10)로의 고속 응답 히터(1)의 부가는 금속에 인가된 전체 열의 양에 대한 빠른 변화들이 필요하거나 또는 바람직한 임의의 처리 프로세스를 겪는 임의의 기하학적 구조에서 임의의 금속과 함께 사용될 수 있다. 그러나, 금속(2)이 금속 처리 퍼니스(10)에 들어가기 전에 금속(2)을 예열하기 위한 고속 응답 히터(1)의 사용은 판 또는 시트로서 프로세싱되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금들의 생산에 특히 유용할 수 있다.
특정한 경우들에서, 고속 응답 히터(1)는 금속(2)이 메인 금속 처리 퍼니스(10)에 들어가기 전에 금속(2)에 하나 이상의 부가적인 처리 단계들을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 몇몇 예들에서, 고속 응답 히터(1)는 기존의 금속 처리 프로세스의 효율을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 달리 말하면, 및 예로서, 고속 응답 히터(1)는 프로세스 조건들이 변화함에 따라 기존의 금속 처리 프로세스를 유지하도록 금속 처리 퍼니스(10)의 저속 응답을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 고속 응답 히터(1)는 금속(2)으로 하여금 최종 제품의 품질 또는 일관성에 영향을 줄 수 있는 합금, 판 또는 시트 기하학적 구조, 질량 유량, 또는 임의의 다른 프로세스 파라미터에서의 변화들에도 불구하고 일관된 처리 프로세스를 겪도록 허용할 수 있다.
도 2는 선택적 제어 유닛(30)을 가진 고속 응답 히터(1)의 개략적인 측면도이다. 제어 유닛(30)은 임의의 수의 센서들을 통해 프로세스 파라미터들의 실시간 판독들을 취할 수 있다. 예를 들면, 제어 유닛(30)은 고속 응답 히터(1)를 통해, 판 또는 시트와 같은, 금속(2)의 진행 레이트를 측정하는, 속도 센서(21)로부터 신호들을 수신할 수 있다. 온도 센서(22)는 고속 응답 히터(1)에 들어가기 전에 금속(2)의 인입 온도를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 온도 센서(22)를 사용하여 금속의 인입 온도를 결정하는 것은 고속 응답 히터(1)의 보다 정확한 프로세스 제어 및 조정이 날씨 또는 공장 조건들을 감안하도록 허용한다. 제어 시스템은 또한 금속(2)이 고속 응답 히터(1)에 들어갈 때 금속(2)의 게이지 또는 기하학적 구조를 측정하기 위해 두께 센서(23)를 통합할 수 있다. 두께 측정은 그 후 달라지는 게이지 재료를 보상하도록 고속 응답 히터 요소(40)를 조정하기 위해 제어 유닛(30)에 의해 사용될 수 있으며, 속도 센서(21)로부터의 속도의 측정치와 조합하여, 고속 응답 히터(1)를 통해 금속(2)의 질량 유량을 결정한다. 고속 응답 히터(1)를 통한 금속(2)의 질량 유량은 제어 유닛(30)에 의해, 시스템을 통과하는 재료의 양에 대한 필요한 출력의 레벨을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 제어 시스템은 또한 예열한 후 및 금속(2)이 메인 금속 처리 퍼니스(10)(도시되지 않음)에 들어가기 전에 금속(2)의 조건을 모니터링하기 위해 출구 금속 온도 센서(24)를 통합할 수 있다. 출구 금속 온도 센서(24)는 금속(2)이 고속 응답 히터(1)를 떠날 때 금속(2)의 정적 또는 동적 타겟 금속 온도를 달성하기 위해 히터 요소(40) 출력을 능동적으로 조정하는 피드백-형 제어 시스템의 사용을 허용할 수 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 제어 유닛(30)은 금속 처리 퍼니스(10)(도 1) 내에 조건들을 판독하는 센서들로부터 부가적인 신호 정보를 수신할 수 있다. 고속 응답 히터(1)가 금속 퍼니스 처리의 저속 응답 시간을 보상하기 위해 금속(2)을 예열할 때, 제어 유닛(30)이 하나 이상의 금속 처리 퍼니스 구역들(11)의 조건들에 대한 신호 정보를 수신하는 것은 바람직할 수 있다. 예를 들면, 제어 유닛(30)은 금속(2)의 온도를 나타내는 퍼니스 구역 금속 온도 신호(225)(예로서, 도 3의 퍼니스 구역 금속 온도 센서(25)로부터) 또는 금속 처리 퍼니스(10)의 퍼니스 구역(11) 안에서 분위기의 온도를 나타내는 퍼니스 구역 공기 또는 분위기 온도 신호(226)(예로서, 도 3의 퍼니스 구역 공기/분위기 온도 센서(26)로부터)를 수신할 수 있다. 이들 두 개의 신호들(225, 226) 중 하나 또는 양쪽 모두는 그 후 금속 처리 퍼니스(10)의 임의의 특정한 구역(11)에서 열 헤드(퍼니스 구역 분위기 및 상기 구역에서의 금속 사이에서의 온도의 차이)를 산출하기 위해 사용될 수 있다. 제어 유닛(30)은 그 후 금속 처리 퍼니스(10) 내에 금속(2)으로의 열 전달의 레이트를 산출하기 위해 퍼니스 구역 온도 및 열 헤드를 평가하며 금속(2)에 인가된 예열의 양을 제어하기 위해 히터 요소(40)의 출력을 조정할 수 있다. 각각의 구역 내에 퍼니스 구역 온도 및 금속(2)의 온도에 대한 정보는 금속 처리 퍼니스(10)로부터 금속(2)으로의 열 전달의 양을 산출하기 위해 사용될 수 있다. 이 정보는 요구된 대로 금속(2)으로 적절한 양의 열을 전달하도록 가열 요소(40)를 계속해서 조정하기 위해 제어 유닛(30)에 의해 사용될 수 있다. 금속 처리 퍼니스(10)가 정확한 정상-상태 동작 온도로 이행함에 따라, 제어 유닛(30)은 변화한 조건들을 감지하며 그에 따라 히터 요소(40)의 출력을 조정할 것이다.
임의의 수의 부가적인 제어 전략들이 제어 유닛(30)에 의해, 특정한 금속 및 처리를 위한 특정된 범위 내에 프로세스 파라미터들을 유지하도록 고속 응답 히터(1)의 히터 요소(40)를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제어 유닛(30)은 고속 응답 히터(1)의 출력을 변경함으로써 최적의 프로세스 조건들을 유지하기 위해 상기 설명된 바와 같이 센서들 및 피드백 정보를 사용할 수 있다. 제어 유닛(30)은 또한 고속 응답 히터(1)의 정확한 출력을 결정하기 위해 고속 응답 히터(1), 금속 처리 퍼니스(10), 및/또는 상이한 유형들, 형태들, 또는 두께들의 금속(2)의 열 모델들을 사용할 수 있으며, 이것은 예를 들면, 일시적, 비-일시적, 또는 임의의 다른 유형의 열 모델일 수 있다. 예를 들면, 조작자는 원하는 금속 처리 퍼니스(10) 조건들, 처리될 금속(2)의 유형, 및/또는 금속(2)의 질량 유량에 관한 정보를 제어 유닛(30)으로 입력할 수 있다. 이전에 프로그램될 수 있는, 제어 유닛(30)은 그 후 금속 처리 퍼니스(10)가 정상 상태 동작을 달성함에 따라 고속 응답 히터(1)의 정확한 출력 및 시간에 걸쳐 출력을 어떻게 변경할지를 결정하기 위해 열 모델들을 사용할 수 있다. 제어 유닛(30)은 변화하는 프로세스 조건들을 보상하도록 고속 응답 히터(1)의 정확한 출력을 결정하기 위해 센서들, 열 모델들, 및/또는 조작자 입력들의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 더욱이, 제어 유닛(30)은 상기 주지된 센서들 중 하나, 모두, 또는 임의의 조합으로부터 정보를 사용할 수 있거나, 또는 전용된 질량 흐름 센서와 같은 상기 나열되지 않은 부가적인 센서들을 통합할 수 있다.
도 3은 금속 처리 퍼니스(10)의 구역(11)을 통과하는 금속(2)의 개략적인 측면도이다. 퍼니스 구역(11)은 선택적 퍼니스 구역 금속 온도 센서(25) 및 선택적 퍼니스 구역 공기/분위기 온도 센서(26)를 특징으로 삼는다. 이들 센서들(25, 26)은 그 후 제어 유닛이 고속 응답 히터(예로서, 도 2의 고속 응답 히터(1))의 열 출력을 제어할 수 있도록 제어 유닛(예로서, 도 2의 제어 유닛(30))으로 신호들(예로서, 도 2의 신호들(225, 226))을 전송할 수 있다.
도 4는 금속 처리 퍼니스(10)의 최종 구역(11)을 통과하는 금속(2)의 개략적인 측면도이다. 퍼니스 구역(11)은 선택적 퍼니스 구역 금속 온도 센서(25) 및 선택적 퍼니스 구역 공기/분위기 온도 센서(26)를 통합한다. 상기 주지된 바와 같이, 이들 센서들은 제어 유닛(예로서, 도 2의 제어 유닛(30))에 의해, 변화하는 조건들하에서 최적의 프로세스 파라미터들을 유지하도록 고속 응답 히터(예로서, 도 2의 고속 응답 히터(1))의 출력을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 금속 처리 퍼니스(10)의 끝에서 또는 그 가까이에서, 선택적 퍼니스 출구 금속 온도 센서(27)가 설치될 수 있다. 이 센서(27)는 제어 유닛(예로서, 제어 유닛(30))이 금속 처리 퍼니스(10)의 변화하는 프로세스 조건들 또는 과도적 거동을 감안하기 위해 고속 응답 히터(예로서, 고속 응답 히터(1))의 출력을 조정할 수 있도록 금속(2)이 금속 처리 퍼니스(10)를 떠날 때 금속(2)의 온도에 대한 정보를 전달할 수 있다. 선택적 편평도 또는 품질 센서(28)가 또한 제어 시스템으로 통합될 수 있다. 편평도 또는 품질 센서(28)는 금속(2)의 편평도 또는 일반적인 품질 조건들에 대한 정보를 제어 유닛으로 전달할 수 있다. 제어 유닛(예로서, 제어 유닛(30))은 그 후 최종 제품의 개선된 품질을 달성하기 위해 고속 응답 히터(예로서, 고속 응답 히터(1))의 출력을 조정할 수 있다.
도 5는 선택적 제어 시스템의 예의 개략적 예시이다. 제어 유닛(30)은 다수의 센서들 또는 소스들로부터 정보를 수신할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제어 유닛(30)은 금속의 인입 온도(22), 금속의 인입 속도(21), 금속 두께(23), 고속 응답 히터 출구에서의 금속 온도(24), 금속 처리 퍼니스 구역 금속 온도들(25), 금속 처리 퍼니스 구역 공기/분위기 온도들(26), 금속 처리 퍼니스 금속 출구 온도(27), 및/또는 편평도 또는 품질(28)에 대한 정보를, 정보를 전달하는 센서들로부터 수신할 수 있다. 제어 유닛(30)은 또한 고속 응답 히터(1), 금속(2), 또는 금속 처리 퍼니스(10)의 조작자 및/또는 열 모델들로부터 입력들을 수신할 수 있다. 제어 유닛(30)은 그 후 고속 응답 히터(1)의 히터 요소(40)로 전송되는 출력 신호를 생성하는 제어 알고리즘으로 이들 입력들 중 하나 이상을 통합할 수 있다. 몇몇 경우들에서, 열 모델들, 다른 모델들, 또는 저장된 또는 미리 결정된 파라미터들은 제어기(30)에 결합되거나 또는 그것 내에 포함된 데이터 저장소(31)(예로서, 비-일시적 데이터 저장 매체)에 저장될 수 있다.
도 6은 금속 처리 프로세스의 변화하는 파라미터들 및 조건들에 관하여 고속 응답 히터(1)의 열 출력을 제어하기 위한 하나의 샘플 제어 루프(600)이다. 제어 유닛(30)은 블록(601)에서 금속 처리 퍼니스 구역 공기/분위기 온도를 및 블록(602)에서 금속 처리 퍼니스 구역 금속 온도를 감지한다. 제어 유닛(30)은 블록들(601 및 602)에서 감지된 두 개의 온도들 사이에서의 차이를 발견함으로써 블록(603)에서 상기 특정한 금속 처리 퍼니스 구역에 대한 열 헤드를 산출한다. 제어 유닛(30)은 그 후 블록(604)에서 이러한 산출된 열 헤드를 원하는 열 헤드에 비교한다. 산출된 열 헤드가 원하는 열 헤드 미만이면, 제어 유닛(30)은 블록(605)에서 고속 응답 히터(1)의 열 출력을 올린다. 산출된 열 헤드가 원하는 열 헤드보다 높다면, 제어 유닛(30)은 블록(606)에서 고속 응답 히터(1)의 열 출력을 낮춘다. 산출된 열 헤드가 원하는 열 헤드의 범위 내에 있다면, 제어 유닛(30)은 블록(607)에서 고속 응답 히터(1)의 열 출력을 유지한다. 제어 유닛(30)이 블록들(605, 606, 및 607)에서 고속 응답 히터(1)의 출력을 조정한 후, 제어 유닛(30)은 블록(601)으로 되돌아가며 다시 제어 루프(600)를 완수한다. 몇몇 경우들에서, 블록(604)에서 요구된 열 헤드에 측정된 열 헤드를 비교하는 것은 블록(605)에서 히터 전력을 올리거나, 블록(606)에서 히터 전력을 낮추거나, 또는 블록(607)에서 히터 전력을 유지할 때를 결정하기 위해 히스테리시스(hysteresis)를 사용할 수 있다. 히스테리시스의 양 및 정도는 블록들(608 내지 615)에서 묘사된 것들과 같은, 임의의 적절한 입력들에 기초할 수 있다.
계속해서 도 6을 참조하면, 제어 유닛(30)은 또한 고속 응답 히터(1)의 출력에 대한 조정들에서의 보다 뛰어난 제어 또는 정밀도를 달성하기 위해 샘플 제어 루프(600)로 부가적인 입력들을 감지하거나 또는 수신할 수 있다. 예를 들면, 제어 유닛(30)은 금속(2)이 블록(608)에서 고속 응답 히터(1)에 들어갈 때 금속(2)의 온도를 감지할 수 있다. 제어 유닛(30)은 또한 블록(609)에서 재료 두께를 및/또는 블록(610)에서 금속 이동 속도를 감지할 수 있다. 제어 유닛(30)은 블록(611)에서의 특정한 재료 또는 블록(612)에서의 원하는 프로세스 파라미터들과 같은 조작자 입력들을 수신할 수 있다. 이 정보는 블록(604)에서 실제 프로세스 파라미터들을 원하는 파라미터들에 비교하기 위해 사용될 수 있다.
출구 파라미터들은 부가적인 피드백 루프들이 샘플 제어 루프(600)에 부가될 수 있도록 감지되거나 또는 제어 유닛(30)으로 입력될 수 있다. 예를 들면, 제어 시스템은 금속이 블록(613)에서 고속 응답 히터(1)를 빠져나옴에 따라 금속 온도를, 금속이 블록(614)에서 금속 처리 퍼니스(10)를 빠져나옴에 따라 금속의 편평도 또는 품질을, 및/또는 블록(615)에서 금속 처리 퍼니스(10)에서의 금속 온도를 감지할 수 있다. 이들 출구 파라미터들은 그 후 제어 루프(600)와 유사한 부가적인 제어 루프들에서 원하는 파라미터들에 비교되거나, 또는 서브-루프들 또는 부가적인 변수들로서 제어 루프(600)로 부가될 수 있다.
샘플 제어 루프(600)는 하나 또는 다수의 금속 처리 퍼니스 구역들(11)에 대한 원하는 열 헤드(또는 다른 파라미터들)를 달성하기 위해 취해질 수 있다. 제어 루프(600)는 또한 전체로서 금속 처리 퍼니스(10)의 열 헤드를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 고속 응답 히터(1)에서의 원하는 그리고 측정된 금속 출구 온도의 비교와 같은, 유사한 제어 루프들이 또한 단지 고속 응답 히터(1)와 함께 사용될 수 있다. 제어 루프들을 함께 제거하는 것이 또한 가능할 수 있다. 고속 응답 히터(1)는, 고속 응답 히터(1)의 출력을 제어하기 위해, 조작자에 의해 수동으로 제어될 수 있거나, 또는 사용자 입력들에 응답하며 임의의 감지, 또는 감소된 감지를 요구하지 않는 열 모델들을 사용할 수 있다.
도면들에서 묘사되거나 또는 상기 설명된 구성요소들의 상이한 배열들, 뿐만 아니라 도시되거나 또는 설명되지 않은 구성요소들 및 단계들이 가능하다. 유사하게, 몇몇 특징들 및 서브조합들이 유용하며 다른 특징들 및 서브조합들을 참조하지 않고 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 예시적이며 비 제한적인 목적들을 위해 설명되었으며, 대안적인 실시예들이 본 특허의 판독자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 설명되거나 또는 도면들에서 묘사된 실시예들에 제한되지 않으며, 다양한 실시예들 및 수정들이 이하에서의 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
이하에서 사용된 바와 같이, 일련의 예들에 대한 임의의 언급은 택일적으로 이들 예들의 각각에 대한 언급으로서 이해될 것이다(예로서, "예들(1 내지 4)은 "예 1, 예 2, 예 3, 또는 예 4"로서 이해될 것이다).
예 1은 금속 처리 시스템이며, 상기 금속 처리 시스템은: 이동 금속 시트를 수용하기 위한 퍼니스 입구를 가진 금속 처리 퍼니스로서, 상기 금속 처리 퍼니스는 금속 처리 퍼니스 내에 분위기 온도를 측정하기 위한 센서를 포함하는, 상기 금속 처리 퍼니스; 상기 금속 시트를 예열하기 위해 퍼니스 입구에 근접하여 배치 가능한 고속 응답 히터; 및 상기 금속 처리 퍼니스 내에서의 분위기 온도를 사용하여 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 센서 및 고속 응답 히터에 결합된 제어기를 포함한다.
예 2는 예 1의 금속 처리 시스템이며, 상기 금속 처리 퍼니스는 상기 금속 처리 퍼니스 내에 이동 금속 시트의 온도를 측정하기 위한 제 2 센서를 추가로 포함하며, 상기 제어기는 상기 금속 처리 퍼니스 내에 이동 금속 시트의 온도를 추가로 사용하여 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 제 2 센서에 추가로 결합된다.
예 3은 예 1 또는 예 2의 금속 처리 시스템이며, 상기 고속 응답 히터는 연속적으로 동작된다.
예 4는 예 1 내지 예 3의 금속 처리 시스템이며, 상기 금속 처리 퍼니스의 분위기 온도는 사전 선택된 온도의 대략 10퍼센트 내에 있다.
예 5는 예 1 내지 예 4의 금속 처리 시스템이며, 상기 금속 처리 퍼니스의 분위기 온도는 사전 선택된 온도의 대략 5퍼센트 내에 있다.
예 6은 예 1 내지 예 5의 금속 처리 시스템이며, 상기 고속 응답 히터는 상기 금속 처리 퍼니스의 전이들 동안 동작된다.
예 7은 예 6의 금속 처리 시스템이며, 상기 금속 처리 퍼니스의 전이들은 금속 시트 또는 판 두께, 금속 시트 또는 판 프로세싱 속도, 금속 시트 또는 판 합금, 및 금속 처리 퍼니스 타겟 온도에서의 변화들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전이를 포함한다.
예 8은 예 1 내지 예 7의 금속 처리 시스템이며, 상기 고속 응답 히터는 유도 히터를 포함한다.
예 9는 예 1 내지 예 7의 금속 처리 시스템이며, 상기 고속 응답 히터는 직접 화염 충돌 히터를 포함한다.
예 10은 예 1 내지 예 7의 금속 처리 시스템이며, 상기 고속 응답 히터는 유도 히터 및 직접 화염 충돌 히터를 포함한다.
예 11은 예 1 내지 예 10의 금속 처리 시스템이며, 금속 시트의 두께를 측정하기 위한 두께 센서를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 금속 시트의 두께를 추가로 사용하여 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 상기 두께 센서에 추가로 결합된다.
예 12는 예 1 내지 예 11의 금속 처리 시스템이며, 금속 시트의 쓰루풋을 측정하기 위한 쓰루풋 센서를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 금속 시트의 쓰루풋을 추가로 사용하여 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 상기 쓰루풋 센서에 추가로 결합된다.
예 13은 예 1 내지 예 12의 금속 처리 시스템이며, 열 모델을 포함한 데이터 저장소를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 열 모델을 추가로 사용하여 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 상기 데이터 저장소에 추가로 결합된다.
예 14는 예 13의 금속 처리 시스템이며, 상기 열 모델은 고속 응답 히터 파라미터들, 금속 처리 퍼니스 파라미터들, 및 금속 속성들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 파라미터를 포함한다.
예 15는 예 1 내지 예 14의 금속 처리 시스템이며, 상기 고속 응답 히터는 금속 시트의 폭에 걸쳐 개개의 부분들에 열을 선택적으로 인가하기 위해 고속 응답 히터에 걸쳐 이격된 복수의 개개의 가열 요소들을 포함하고, 상기 제어기는 상기 복수의 개개의 가열 요소들이 금속 시트의 폭에 걸쳐 금속 시트를 선택적으로 예열하도록 복수의 개개의 가열 요소들의 각각의 열 출력을 개별적으로 제어하도록 구성된다.
예 16은 예 1 내지 예 15의 금속 처리 시스템이며, 상기 제어기는 금속 처리 퍼니스의 분위기 온도를 사용하여 산출되는 금속 처리 퍼니스의 열 헤드를 사용하여 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하도록 구성된다.
예 17은 금속을 처리하는 방법이며, 상기 방법은: 고속 응답 히터에서 금속 시트를 예열하는 단계; 금속 처리 퍼니스에서 상기 금속 시트에 열을 인가하는 단계; 상기 금속 처리 퍼니스 내에 분위기 온도를 모니터링하는 단계; 및 상기 모니터링된 분위기 온도를 사용하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계를 포함한다.
예 18은 예 17의 방법이며, 상기 금속 처리 퍼니스 내에 이동 금속 시트의 온도를 모니터링하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 상기 모니터링된 분위기 온도 및 상기 이동 금속 시트의 모니터링된 온도를 사용하여 열 헤드를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 열 헤드에 기초하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 조정하는 단계를 포함한다.
예 19는 예 17 또는 예 18의 방법이며, 상기 고속 응답 히터에서 상기 금속 시트를 예열하는 단계는 연속적으로 발생한다.
예 20은 예 17 내지 예 19의 방법이며, 상기 금속 처리 퍼니스에서 금속 시트에 열을 인가하는 단계는 일정한 온도에서 상기 금속 처리 퍼니스를 유지하는 단계를 포함한다.
예 21은 예 17 내지 예 20의 방법이며, 제 1 온도 설정 및 제 2 온도 설정 사이에서 상기 금속 처리 퍼니스의 분위기 온도를 전이시키는 단계를 더 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 전이 동안 상기 금속 처리 퍼니스의 분위기 온도에 대한 변화들을 보상하기 위해 상기 열 출력을 선택하는 단계를 포함한다.
예 22는 예 17 내지 예 21의 방법이며, 상기 고속 응답 히터는 유도 히터를 포함한다.
예 23은 예 17 내지 예 21의 방법이며, 상기 고속 응답 히터는 직접 화염 충돌 히터를 포함한다.
예 24는 예 17 내지 예 21의 방법이며, 상기 고속 응답 히터는 유도 히터 및 직접 화염 충돌 히터를 포함한다.
예 25는 예 17 내지 예 24의 방법이며, 상기 금속 시트의 두께를 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 상기 모니터링된 두께를 사용하는 단계를 포함한다.
예 26은 예 17 내지 예 25의 방법이며, 상기 금속 시트의 쓰루풋 속도를 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 상기 모니터링된 쓰루풋 속도를 사용하는 단계를 포함한다.
예 27은 예 17 내지 예 26의 방법이며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 열 모델을 사용하는 단계를 포함한다.
예 28은 예 27의 방법이며, 상기 열 모델은 고속 응답 히터 파라미터들, 금속 처리 퍼니스 파라미터들, 및 금속 속성들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 파라미터를 포함한다.
예 29는 예 17 내지 예 28의 방법이며, 상기 고속 응답 히터에서 상기 금속 시트를 예열하는 단계는 상기 고속 응답 히터에 걸쳐 이격된 복수의 개개의 가열 요소들을 사용하여 금속 스트립의 폭에 걸쳐 열을 선택적으로 인가하는 단계를 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 상기 금속 스트립의 폭에 걸친 열의 선택적 인가를 제어하기 위해 상기 복수의 개개의 가열 요소들의 각각을 개별적으로 제어하는 단계를 포함한다.

Claims (29)

  1. 금속 처리 시스템에 있어서,
    이동 금속 시트를 수용하기 위한 퍼니스 입구(furnace entrance)를 가진 금속 처리 퍼니스로서, 상기 금속 처리 퍼니스는 상기 금속 처리 퍼니스 내에 분위기 온도(atmospheric temperature)를 측정하기 위한 센서를 포함하는, 상기 금속 처리 퍼니스;
    상기 금속 시트를 예열(pre-heat)하기 위해 상기 퍼니스 입구에 근접하여 배치 가능한 고속 응답 히터(fast response heater); 및
    상기 금속 처리 퍼니스 내에서의 상기 분위기 온도를 사용하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 상기 센서 및 상기 고속 응답 히터에 결합된 제어기를 포함하는, 금속 처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 처리 퍼니스는 상기 금속 처리 퍼니스 내에 상기 이동 금속 시트의 온도를 측정하기 위한 제 2 센서를 더 포함하며, 상기 제어기는 또한 상기 금속 처리 퍼니스 내에 상기 이동 금속 시트의 온도를 추가로 사용하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 상기 제 2 센서에 결합되는, 금속 처리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 연속적으로 동작되는, 금속 처리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 금속 처리 퍼니스의 상기 분위기 온도는 사전 선택된 온도의 대략 10퍼센트 내에 있는, 금속 처리 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 금속 처리 퍼니스의 상기 분위기 온도는 사전 선택된 온도의 대략 5퍼센트 내에 있는, 금속 처리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 상기 금속 처리 퍼니스의 전이(transition)들 동안 동작되는, 금속 처리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 금속 처리 퍼니스의 전이들은 금속 시트 또는 판 두께, 금속 시트 또는 판 프로세싱 속도, 금속 시트 또는 판 합금, 및 금속 처리 퍼니스 타겟 온도에서의 변화들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전이를 포함하는, 금속 처리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 유도 히터(induction heater)를 포함하는, 금속 처리 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 직접 화염 충돌 히터(direct flame impingement heater)를 포함하는, 금속 처리 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 유도 히터 및 직접 화염 충돌 히터를 포함하는, 금속 처리 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 시트의 두께를 측정하기 위한 두께 센서를 더 포함하며, 상기 제어기는 또한 상기 금속 시트의 두께를 추가로 사용하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 상기 두께 센서에 결합되는, 금속 처리 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 시트의 쓰루풋을 측정하기 위한 쓰루풋 센서(throughput sensor)를 더 포함하며, 상기 제어기는 또한 상기 금속 시트의 쓰루풋을 추가로 사용하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 상기 쓰루풋 센서에 결합되는, 금속 처리 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    열 모델(thermal model)을 포함하는 데이터 저장소를 더 포함하며, 상기 제어기는 또한 상기 열 모델을 추가로 사용하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하기 위해 상기 데이터 저장소에 결합되는, 금속 처리 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 열 모델은 고속 응답 히터 파라미터들, 금속 처리 퍼니스 파라미터들, 및 금속 속성(metal characteristic)들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 파라미터를 포함하는, 금속 처리 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 상기 금속 시트의 폭에 걸쳐 개개의 부분들에 열을 선택적으로 인가하기 위해 상기 고속 응답 히터에 걸쳐 이격된 복수의 개개의 가열 요소들을 포함하며, 상기 제어기는 상기 복수의 개개의 가열 요소들이 상기 금속 시트의 폭에 걸쳐 상기 금속 시트를 선택적으로 예열하도록 상기 복수의 개개의 가열 요소들의 각각의 열 출력을 개별적으로 제어하도록 구성되는, 금속 처리 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는 상기 금속 처리 퍼니스의 분위기 온도를 사용하여 산출되는 상기 금속 처리 퍼니스의 열 헤드(heat head)를 사용하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 제어하도록 구성되는, 금속 처리 시스템.
  17. 청구항 1의 금속 처리 시스템에서 금속을 처리하는 방법에 있어서,
    고속 응답 히터에서 금속 시트를 예열하는 단계;
    금속 처리 퍼니스에서 상기 금속 시트에 열을 인가하는 단계;
    상기 금속 처리 퍼니스 내에 분위기 온도를 모니터링하는 단계; 및
    상기 모니터링된 분위기 온도를 사용하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 금속 처리 퍼니스 내에 이동 금속 시트의 온도를 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 상기 모니터링된 분위기 온도 및 상기 이동 금속 시트의 모니터링된 온도를 사용하여 열 헤드를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 열 헤드에 기초하여 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 조정하는 단계를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 고속 응답 히터에서 상기 금속 시트를 예열하는 단계는 연속적으로 발생하는, 금속을 처리하는 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 금속 처리 퍼니스에서 상기 금속 시트에 열을 인가하는 단계는 일정한 온도에서 상기 금속 처리 퍼니스를 유지하는 단계를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  21. 청구항 17에 있어서,
    제 1 온도 설정 및 제 2 온도 설정 사이에서 상기 금속 처리 퍼니스의 분위기 온도를 전이시키는 단계를 더 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 전이 동안 상기 금속 처리 퍼니스의 분위기 온도에 대한 변화들을 보상하기 위해 상기 열 출력을 선택하는 단계를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 유도 히터를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  23. 청구항 17에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 직접 화염 충돌 히터를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  24. 청구항 17에 있어서,
    상기 고속 응답 히터는 유도 히터 및 직접 화염 충돌 히터를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  25. 청구항 17에 있어서,
    상기 금속 시트의 두께를 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 상기 모니터링된 두께를 사용하는 단계를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  26. 청구항 17에 있어서,
    상기 금속 시트의 쓰루풋 속도를 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 상기 모니터링된 쓰루풋 속도를 사용하는 단계를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  27. 청구항 17에 있어서,
    상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 열 모델을 사용하는 단계를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 열 모델은 고속 응답 히터 파라미터들, 금속 처리 퍼니스 파라미터들, 및 금속 속성들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 파라미터를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
  29. 청구항 17에 있어서,
    상기 고속 응답 히터에서 상기 금속 시트를 예열하는 단계는 상기 고속 응답 히터에 걸쳐 이격된 복수의 개개의 가열 요소들을 사용하여 금속 스트립의 폭에 걸쳐 열을 선택적으로 인가하는 단계를 포함하며, 상기 고속 응답 히터의 열 출력을 자동으로 조정하는 단계는 상기 금속 스트립의 폭에 걸친 열의 선택적 인가를 제어하기 위해 상기 복수의 개개의 가열 요소들의 각각을 개별적으로 제어하는 단계를 포함하는, 금속을 처리하는 방법.
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