TWI391186B

TWI391186B - 連續條片材料處理線之材料溫度控制系統

Info

Publication number: TWI391186B
Application number: TW93121597A
Authority: TW
Inventors: Hiroshi Shirono
Original assignee: Chugai Ro Kogyo Kaisha Ltd
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2013-04-01
Also published as: TW200603902A

Description

連續條片材料處理線之材料溫度控制系統

發明所屬之技術領域

本發明係有關於併用未利用感應加熱之加熱裝置與感應加熱裝置之連續條片材料處理線之材料溫度控制系統。

習知技術

過去，已知有併用未利用感應加熱之加熱機構與感應加熱機構之連續條片材料處理線(例如，參照專利文獻1、2)。

【專利文獻1】日本專利公開公報特開平6-114330號

【專利文獻2】日本專利公開公報特開平10-180181號

上述專利文獻1揭示設有利用可將塗上塗料後之條片材料低溫加熱至期望溫度之遠紅外線加熱器之預備加熱區、保溫區及利用可將上述條片材料急速加熱至更高的期望溫度之感應加熱線圈之急速加熱區之連續式塗裝線之條片材料之連續塗裝方法。

上述專利文獻2揭示在藉由感應加熱將塗上塗料後之條片材料急速加熱至期望溫度領域後接著在熱風烘焙爐中進行烘焙處理之連續塗裝線之塗裝條片材料的烘焙方法。

發明欲解決之問題

上述專利文獻1所記載的方法僅適用於條片材料以固定速度搬送之正常情況下，故，上述專利文獻1中完全未提及現實上常有的操作作業中搬送速度改變時對條片材料進行之加熱處理。當上述搬送速度改變時，會因為各加熱機構之回應速度的差異而在對過渡期中之條片材料的昇溫能力上產生誤差。即，會發生上述急速加熱區之感應加熱線圈的回應速度較上述預備加熱區之遠紅外線加熱器的回應速度快的情形，且在上述搬送速度改變時之過渡期中，在各加熱機構對條片材料的昇溫能力上發生過度與不足的情況。因此，當各加熱機構分別獨立控制加熱能力時，會發生最終材料溫度的變動幅度變大且條片材料的製品品質變差的問題。再者，依上述搬送速度之變更程度的不同，會發生任一加熱機構皆完全無法對應該變化的情況，此時若各加熱機構也分別獨立控制加熱能力，則與上述相同，會有製品品質變差的問題。

就上述專利文獻2所記載之方法而言，該方法亦僅適用於正常情況下，因此，無法適用於上述搬送速度改變時，且會產生上述同樣的問題。

本發明係以解決上述習知問題為課題，提供可適用於條片材料之搬送速度變更時，且可抑制最終材料溫度變動，並提高製品品質之連續條片材料處理線之材料溫度控制系統。

解決發明之手段

為了解決上述課題，第1發明係構成為包含：第1加熱爐，伴有用以調節爐內環境氣體溫度及風速之加熱源；第2 加熱爐，在內部具有感應加熱機構；速度感測器，係用以檢測經連續搬送且在先行處理後通過上述第1加熱爐並接著通過上述第2加熱爐之條片材料的搬送速度，且將顯示檢測速度之速度信號予以輸出者；調節器，係用以調節供給至上述感應加熱機構之電力；及演算控制部，係內建有已寫入每一鋼種在計算熱量時所必需的數值之表及已寫入每種上述先行處理在計算熱量時所必需的數值之表，且在進行條片材料處理作業時，抽出已預先輸入之與上述條片材料的鋼種、上述先行處理的種類對應之各種數值，在此同時，預先使上述第2加熱爐出口部中之上述條片材料的目標溫度及板厚、板寬可從按上述種類別而作成之上述表取得，或是在進行條片材料處理作業時將其等預先輸入，接著根據包含該目標溫度及板厚、板寬且藉由上述抽出所得到之各種數值與上述速度信號，來演算上述加熱源之所需輸出，並根據該演算結果來控制上述加熱源以進行其輸出調節，同時，進行用以算出上述第1加熱爐之出口部中之上述條片材料的材料溫度之預測演算，並根據上述各種數值、上述速度信號與上述預測演算的結果，來演算上述感應加熱機構中所需的供給電力，且根據該演算結果來控制上述調節器，並透過上述調節器輸出上述所需之供給電力。

除了第1發明之構造以外，第2發明係構成為上述演算控制部在上述所需供給電力之演算中，採用上述第2加熱爐內之中央附近之上述條片材料進入上述第2加熱爐時的材料溫度(會成為上述第2加熱爐內之上述條片材料進入上述第2加熱爐時的平均材料溫度)作為根據上述預測演算之結果的值。

發明之實施形態

接著，依照圖式說明本發明之實施形態。

第1圖係顯示與本發明相關之材料溫度控制系統1所適用之連續條片材料處理線的例子之連續條片材料塗裝線2。在該連續條片材料塗裝線2設有可將塗裝處理施加於經連續搬送之條片材料S之先行處理部11、第1加熱爐12及第2加熱爐13。

從作為加熱源的例子之加熱空氣供給風扇21延伸之加熱空氣供給流路22連接至第1加熱爐12。該加熱空氣供給風扇21之驅動用馬達21A係透過與演算控制部23相連接之變換器24從電源25供給電力，同時，透過變換器24藉由演算控制部23控制轉數。並且，藉由調節從加熱空氣供給風扇21供給之加熱空氣的風量，且改變吹送至條片材料S的風速，可控制條片材料S的溫度，即，材料溫度。

在第2加熱爐13之內部設有感應加熱機構31作為加熱源。該感應加熱機構31係透過與演算控制部23相連接之調節器32從電源25供給電力，同時，透過調節器32藉由演算控制部23控制供給電力。並且，藉由控制透過調節器32供給至感應加熱機構31之電力，可改變條片材料S所產生之渦電流的強度，藉此控制材料溫度。

在進行條片材料處理作業時，預先將條片材料S的鋼種、先行處理的種類，於此為塗料碼等輸入演算控制部23，同時，在條片材料處理作業中，繼續由用以檢測線速度，即，條片材料S之搬送速度V的速度感測器33將顯示檢測速度之速度信號輸入演算控制部23。又，在演算控制部23內預先作成已寫入每一鋼種在計算比熱、比重等熱量時所需之數值的表及已寫入每一塗料碼在計算塗布厚度、比熱、蒸發潛熱等熱量時所需之數值的表。再者，可從上述每一種類所作成之上述表或者在進行條片材料處理作業時藉由預先輸入取得第1加熱爐12之入口部之條片材料S的溫度及第2加熱爐13之出口部之條片材料S的目標溫度及板厚、板寬。

具體而言，就第1加熱爐12中之熱輸出量Q_OUT 及熱輸入量Q_IN 而言，可如下列式子來表示。

Q_OUT =C．LS/60．(T_1OUT -T_1IN ) (1)

Q_IN =Q_C +Q_R (2)

Q_C =K₁ ．f₁ (T_1IN ,T_1OUT ,T_f )．V_f ^α (3)

Q_R =K₂ ．f₂ (T_11N ,T_1OUT ,T_f ) (4)

C：條片材料之每單位長度的熱容量(kJ/m/°k)

LS：搬送速度(線速度)(m/min)

T_1IN ：第1加熱爐入口部之材料溫度(℃)

T_1OUT ：第1加熱爐出口部之材料溫度(℃)

Q_C ：對流傳熱量(kW)

Q_R ：輻射傳熱量(kW)

T_f ：加熱空氣溫度(℃)

K₁ ：係數(由爐形狀、板寬、爐長所決定之對流傳熱係數)

K₂ ：(由輻射率、板寬、爐長所決定之輻射傳熱係數)

V_f ：風速(m/sec)

α：風速相關係數

f₁ (T_1IN ,T_1OUT ,T_f )：溫度函數1

f₂ (T_1IN ,T_1OUT ,T_f )：溫度函數2

並且，在演算控制部23中，以T_1IN ,T_1OUT ,T_f ,T_f ,L_S ,C,K₁ ,K₂ 及α為已知的值，且利用上述式子，算出Q_1N =Q_OUT 之V_f (所需風速)，且藉由演算控制部23透過變換器24來控制驅動用馬達21A之轉數以實現該V_f 。

又，就第2加熱爐13中之條片材料加熱負荷P_n (kW)及供給電力P_o (kW)而言，可如下列式子來表示。

P_n =C．LS．(T_2OUT -T_2IN )/60 (5)

P_o =(1/η)．(P_n +P_a ) (6)

C：條片材料之每單位長度的熱容量(kJ/m/°k)(已述)

LS：搬送速度(線速度)(m/min)(已述)

T_2IN ：第2加熱爐入口部之材料溫度(℃)

T_2OUT ：第2加熱爐出口部之材料溫度(℃)

η：效率

P_a ：對流輻射損失(kW)

並且，在演算控制部23中，進行上述式子的演算，且成為由第(6)式所算出的值，並藉由演算控制部23透過調節器32來調節供給至感應加熱機構31的電力。

由速度感測器33檢測出之搬送速度繼續輸入演算控制部23，例如，第2圖中，如(I)所示，當搬送速度從80m/min變更為40m/min時，為了使熱輸入量Q_IN 對應第1加熱爐12中之熱輸出量Q_OUT 而減少，因此，藉由演算控制部23在大致相同的時點開始降低驅動用馬達21A的轉數，藉此，第2圖中，如(II)所示，會從例如最初30m/sec之風速開始減速。第2圖中，在(II)中，如虛線A所示，理想上，風速會不延遲地隨著搬送速度的變化而變化，但，實際上，由於在改變驅動用馬達21A之轉數的速度上有所限制，因此，第2圖中，在(II)中，如實線所示，會變成緩慢的減速。因此，第2圖中，在(II)中，如線影部所示，會發生對條片材料S的供給熱量過多的狀態。結果，第2圖中，如(III)所示，第1加熱爐12之出口部的材料溫度最初會例如保持在100℃，但，會從搬送速度開始變更之時點起延遲時間△t₁ 的些許時間才開始上昇。

不久，風速會達到對應於搬送速度40m/min的12m/min，且保持在該狀態，相對於此，在些許的時間延遲後，處於從100℃上升之傾向的第1加熱爐12之出口部的材料溫度也會開始下降，並穩定在最初的100℃之狀態。

又，隨著上述搬送速度的變更，藉由演算控制部23透過調節器32來調節供給至感應加熱機構31的供給電力，該供給電力係如第2(IV)圖所示，可針對搬送速度的變化而實質上未延遲地從對應於最初的搬送速度80m/min之500kW變化至對應於搬送速度40m/min之255kW。若第2加熱爐13之入口部的材料溫度，即，第1加熱爐12之出口部的材料溫度保持在100℃，則藉由改變供給至感應加熱機構31的供給電力，且保持在255kW，應可如第2(V)圖所示，將第2加熱爐13之出口部的材料溫度保持在例如230℃之期望目標溫度。但，如上所述，由於第1加熱爐12之出口部的材料溫度，即，第2加熱爐13之入口部的材料溫度會過渡性地上升，因此，若將上述供給電力持續保持在255kW，則如第2(V)圖中之虛線B所示，第2加熱爐13之出口部的材料溫度會受到上述過渡性的材料溫度上升的影響，而極度背離目標溫度。

然而，在與本發明相關之材料溫度控制系統1所適用之前述連續條片材料塗裝線2中，持續從速度感測器33輸入速度信號，且預先輸入計算熱量時所需的數值，並藉由已作成計算熱量時所需的表之演算控制部23持續進行第2加熱爐13之入口部的材料溫度，即，第2(III)圖所示之材料溫度的預測演算，且根據該預測預算的演算結果來演算上述供給電力。並且，根據該演算之演算結果，透過調節器32來調節供給至感應加熱機構31的電力。即，如第2(IV)圖中之實線所示，在供給電力變化至255kW後，可如第2(V)圖中之虛線B所示，過渡性地使供給電力下降，以抑制溫度上升。

關於第2加熱爐13內之感應加熱機構31所需的供給電力，在演算控制部23之演算中，如上所述，在與第2加熱爐13之出口部的材料溫度，即，目標溫度和第2加熱爐13之入口部的材料溫度之差大致成正比之情況下決定條片材料加熱電力P_n ，如此一來，當搬送速度固定時，即使採用該入口部的材料溫度，在材料溫度控制上也不會有問題。然而，在搬送速度改變時，經預測演算之第2加熱爐13之入口部的材料溫度未必會反映出第2加熱爐13內之條片材料S各部分位於第2加熱爐13之入口部時的材料溫度。因此，本發明係取代上述入口部的材料溫度，將第2加熱爐13內之條片材料S各部分位於第2加熱爐13之入口部時的平均材料溫度，例如第2加熱爐13內中央附近之條片材料S位於第2加熱爐13之入口部時的材料溫度視為上述入口部的材料溫度，以演算上述所需供給電力，並根據該演算結果將電力供給至感應加熱機構31。結果，如第2(IV)圖所示，供給電力會從第2加熱爐13之出口部的材料溫度之過渡性上升時起稍微延遲時間△t₂ 而過渡性地減少，藉此，如第2(V)圖所示，可稍微抑制上述出口部之材料溫度的變動。具體而言，在家電用品相關之連續條片材料塗裝線中，最終材料溫度與目標材料溫度的容許差有±5℃，而上述連續條片材料塗裝線2可滿足該條件。

另，雖然在與第2圖相關之記述中舉出各種具體的數值，但該等數值不過是為了容易了解說明的例子，本發明當然不限於該等數值。

又，先行處理並不限於塗裝處理，也包含其他例如退火處理等。

技術之功效

從以上的說明可清楚明白，第1發明係構成為包含：第 1加熱爐，具有用以調節爐內環境氣體溫度及風速之加熱源；第2加熱爐，在內部具有感應加熱機構；速度感測器，係用以檢測經連續搬送且在先行處理後通過上述第1加熱爐並且接著通過上述第2加熱爐之條片材料的搬送速度，且輸出顯示檢測速度之速度信號；調節器，係用以調節供給至上述感應加熱機構之電力；及演算控制部，係內建已寫入每一鋼種在計算熱量時必要的數值之表及已寫入上述先行處理之每一種類在計算熱量時必要的數值之表，且在進行條片材料處理作業時，抽出預先輸入之對應於上述條片材料的鋼種、上述先行處理的種類之各種數值，同時，先從上述每一種類所作成之上述表取得上述第2加熱爐之出口部之上述條片材料的目標溫度及板厚、板寬，或者在進行條片材料處理作業時預先輸入，接著根據包含該目標溫度及板厚、板寬且藉由上述抽出所得到之各種數值與上述速度信號，演算上述加熱源之所需輸出，並根據該演算結果來控制上述加熱源以進行其輸出調節，同時，進行用以算出上述第1加熱爐之出口部之上述條片材料的材料溫度之預測演算，並根據上述各種數值與上述速度信號與上述預測演算的結果來演算上述感應加熱機構中所需的供給電力，且根據該演算結果來控制上述調節器，並透過上述調節器輸出上述所需之供給電力。

因此，與本發明相關之材料溫度控制系統亦可適用於條片材料之搬送速度變更時，且在搬送速度變更時亦具有可抑制第2加熱爐之出口部之最終材料溫度變動並提高製品品質的效果。

除了第1發明之構造以外，第2發明係構成為上述演算控制部在上述所需供給電力之演算中，採用成為上述第2加熱爐內之上述條片材料進入上述第2加熱爐時的平均材料溫度之上述第2加熱爐內之中央附近之上述條片材料進入上述第2加熱爐時的材料溫度作為根據上述預測演算之結果的值。

因此，具有將上述出口部之材料溫度的變動抑制至最低限度並進一步提高製品品質的效果。

1‧‧‧材料溫度控制系統

2‧‧‧連續條片材料塗裝線

11‧‧‧先行處理部

12‧‧‧第1加熱爐

13‧‧‧第2加熱爐

21‧‧‧加熱空氣供給風扇

21A‧‧‧驅動用馬達

22‧‧‧加熱空氣供給流路

23‧‧‧演算控制部

24‧‧‧變換器

25‧‧‧電源

31‧‧‧感應加熱機構

32‧‧‧調節器

33‧‧‧速度感測器

S‧‧‧條片材料

V‧‧‧搬送速度

第1圖係顯示與本發明相關之材料溫度控制系統所適用之連續條片材料塗裝線之概略圖。

第2(I)圖~第2(V)圖係顯示第1圖所示之連續條片材料塗裝線之搬送速度變更時第1加熱爐中的風速、第2加熱爐中的供給電力、材料溫度各自的變化狀態。