JP5189230B1

JP5189230B1 - 連続加熱装置

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Publication number: JP5189230B1
Application number: JP2012551429A
Authority: JP
Inventors: 博夫中川; 俊一羽田; 充弘肥田
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: ES2571595T3; WO2014006749A1; CN103764856B; EP2701121A1; CN103764856A; JPWO2014006749A1; EP2701121B1; EP2701121A4

Abstract

ルーパの残量が減少してもストリップ材の適切な加熱を極力継続しながら、ルーパの残量がなくなって加熱炉を停止する際には炉温を安全温度以下に確実に低下できる連続加熱装置は、燃焼区分のそれぞれについて、ルーパが調節できるストリップ材の長さの残量を加熱炉におけるストリップ材の搬送速度で除した余裕時間が所定の設定時間以上であれば、当該燃焼区分の内部温度が予め設定された設定温度になるように当該燃焼区分の燃焼量を調節し、余裕時間が設定時間以下であれば、当該燃焼区分の燃焼量を余裕時間に対する所定のプロファイルで変化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、連続加熱装置に関する。

ストリップ材を連続的に加熱する加熱炉において、ストリップ材の最終到達温度は、炉温だけでなくストリップ材の搬送速度によっても変化する。そのような加熱炉と、他の装置、例えば、リールで供給される一定長のストリップ材を接続して加熱炉に連続供給するための溶接装置が直列に設けられた連続加熱装置では、特許文献１〜４に記載されているように、加熱炉と他の装置とのストリップ材の搬送速度の差を吸収するバッファ装置であるルーパが設けられることが多い。

しかしながら、加熱炉と直列に設けられた他の装置がトラブル等で一定時間以上停止すると、ルーパでは吸収しきれず、加熱炉の運転を停止する必要がある。マルテンサイト系ステンレス製のストリップ材等は、通常運転時の炉温の加熱炉内に停止させると、最終到達目標温度よりも高い温度に熱せられ、組成変化して脆化するので、ストリップ材が再起動時等に破断するという問題が生じる。

そこで、従来の連続加熱装置では、ルーパのバッファ量が少なくなると、加熱炉の燃焼を停止して、ストリップ材が脆化しない安全温度まで炉温を低下させている。加熱炉の燃焼を停止してから炉温が安全温度まで低下するまでの間は、ストリップ材の搬送を停止することができないため、この間に加熱炉を通過したストリップ材は製品化できない。また、加熱炉の燃焼を完全に停止すると、燃焼を再開するためには時間がかかるため、ダウンタイムが大きくなるという問題も生じる。

特開平６−７９３２９号公報特開２００７−２０３３６３号公報特開２００７−２９１４７２号公報特開２０１１−８４７５３号公報

前記問題点に鑑みて、本発明の課題は、ルーパの残量が減少してもストリップ材の適切な加熱を極力継続しながら、ルーパの残量がなくなって加熱炉を停止する際には炉温を安全温度以下に確実に低下できる連続加熱装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による連続加熱装置は、それぞれ独立して燃焼量を制御できる直列に並んだ複数の燃焼区分を有し、ストリップ材を連続的に加熱し、前記ストリップ材の最終到達温度が所定の目標温度になるように前記ストリップ材の搬送速度が調節される加熱炉と、前記加熱炉と直列に配設されて前記ストリップ材が通過し、内部に滞留する前記ストリップ材の長さを調節できるルーパと、前記ルーパが調節できる前記ストリップ材の長さの残量を前記加熱炉における前記ストリップ材の搬送速度で除した余裕時間に応じてそれぞれの前記燃焼区分の燃焼量を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記燃焼区分のそれぞれについて、前記余裕時間が所定の設定時間以上であれば、当該燃焼区分の内部温度が予め設定された設定温度になるように当該燃焼区分の燃焼量を調節し、前記余裕時間が前記設定時間以下であれば、当該燃焼区分の燃焼量を前記余裕時間に対する所定のプロファイルで変化させるものとする。

この構成によれば、余裕時間が短くなると、燃焼量を小さくして、燃焼量の減少により炉温が低下した分だけストリップ材の速度を低下させる。このように、ルーパのバッファ量が少なくなるのにしたがって、燃焼量を小さくして、炉温を停止時にもストリップ材を破断させない安全温度に近づけるとともに、可能な限り加熱炉の完全停止を防止して、製造を継続できる。

また、本発明の連続加熱装置において、前記プロファイルは、前記設定温度が高いほど大きな低下率で燃焼量を変化させてもよい。

この構成によれば、設定温度が低い燃焼区分の燃焼量は大きく低下しないので、加熱炉全体の熱量の低下を抑制できる。

また、本発明の連続加熱装置において、前記設定時間は、全ての前記燃焼区分で同一であってもよい。

この構成によれば、また、炉温を設定温度に近づける燃焼量の制御と余裕時間に応じたプロファイルで燃焼量を変化させる制御との切り替えを全ての燃焼区分で同時に行うことになるので、制御の移行が容易である。

また、本発明の連続加熱装置において、前記設定時間は、前記設定温度が高いほど長い時間であってもよい。

この構成によれば、設定温度が高い燃焼区分は、早いタイミングで燃焼量の低下を開始するので、余裕時間の減少による燃焼量の低下と、炉温の低下に応じたライン速度の低下による余裕時間の増加作用とのバランスを最適化でき、ライン停止時に確実に炉温を低下させられる。

また、本発明の連続加熱装置において、前記プロファイルは、前記余裕時間が少ないほど、前記燃焼区分の燃焼量を所定の安全温度に対応する燃焼量に近づけてもよい。

この構成によれば、設定温度が安全温度よりも低い場合には、余裕時間の減少に応じて炉温を高くする。このため、加熱炉全体の熱量の低下による製造量（ストリップ材の搬送速度）の低下を最小限に留められる。

また、本発明の連続加熱装置において、前記制御装置は、前記余裕時間が前記設定時間以下であるとき、前記燃焼区分のそれぞれの燃焼量を、前記余裕時間が前記設定時間になったときの当該燃焼区分の燃焼量を基準に定めてもよい。

この構成によれば、余裕時間が十分に長い場合には、ＰＩＤ制御のような通常の炉温制御を行い、余裕時間が短いときには、炉体の熱容量に起因する遅れが生じない燃焼量の制御に連続的に移行できる。

また、本発明の連続加熱装置において、前記制御装置は、前記燃焼区分の前記余裕時間に応じた燃焼量が所定の下限値以下である場合、前記ルーパを介して接続した設備が完全に停止していなければ前記燃焼区分の燃焼量を前記下限値に設定し、前記ルーパを介して接続した設備が完全に停止していれば前記燃焼区分の燃焼を停止してもよい。

この構成によれば、ルーパを介して接続した設備が稼働していれば、各燃焼区分の燃焼を維持し、余裕時間が増加したときに燃焼装置の再点火のための時間や労力を必要とせず、加熱炉を容易に再起動できる。

以上のように、本発明によれば、加熱炉の燃焼量を、ルーパによるストリップ材の調節量の残量をストリップ材の搬送速度で除した余裕時間に応じて変化させるので、加熱炉の運転を極力停止することなく、また、加熱炉の停止時に炉温を十分に下げられる。

本発明の連続加熱装置の概略構成図である。図１の加熱炉の燃焼区分毎の設定温度を示す図である。図１の加熱炉の燃焼量とルーパの余裕時間との関係を示す図である。図３の傾きと設定温度との関係を示す図である。図３の設定時間と設定温度との関係を示す図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の１つの実施形態である、連続加熱装置の構成を示す。この連続加熱装置は、溶接装置１、ルーパ２および加熱炉３がこの順番で配置され、ストリップ材４が連続して挿通される。

本実施形態の連続加熱装置において、ストリップ材４は、リール５の形態で供給される。溶接装置１は、先のリール５のストリップ材４の後端に次のリール５のストリップ材４の先端を溶接するものである。

ルーパ２は、溶接装置１の下流側に配置され、図１中矢印方向に移動可能な可動ローラ６により、内部に滞留するストリップ材４の長さを調節でき、それにより、上流側（溶接装置１）におけるストリップ材４の搬送速度と下流側（加熱炉３）におけるストリップ材４の搬送速度とを異ならせ得る。

加熱炉３は、ルーパ２の下流側に配置され、複数の燃焼区分Ｈ１〜Ｈ８に分割され、動作を制御する制御装置７を有する。燃焼区分Ｈ１〜Ｈ８は、それぞれ、１以上のバーナ８と、炉内の温度を検出する炉温センサ９とを有する。制御装置７は、通常運転時には、例えば図２に示すように、各燃焼区分の炉温が個別に設定された設定温度になるように、公知のＰＩＤ制御等によって、バーナ８の燃焼量を制御する。尚、図２には、ストリップ材４を停止して炉内に長時間放置してもストリップ材４が脆化して再起動時の張力等によって破断することがない安全温度も示されている。

図１に戻ると、加熱炉３は、最下流においてストリップ材４の最終到達温度を検出する品温センサ１０と、ストリップ材４の搬送速度を定める搬送ローラ１１とをさらに有する。制御装置７は、品温センサ１０によって検出した最終到達温度が予め設定した目標温度になるように、公知のＰＩＤ制御等によって、搬送ローラ１１の速度を制御する。

また、本実施形態の連続加熱装置は、ルーパ２の可動ローラ６の位置を検出する位置検出器１２を有し、制御装置７において、ルーパ２が調節できるストリップ材４の長さの残量、つまり、その時点で溶接装置１が完全に停止した場合に、加熱炉３に続けて供給できるストリップ材４の長さを算出できる。さらに、制御装置７は、ルーパ２が調節できるストリップ材４の長さの残量を、搬送ローラ１１の回転数に比例する加熱炉３におけるストリップ材４の搬送速度で除した余裕時間Ｔを算出する。

制御装置７は、算出した余裕時間Ｔを燃焼区分毎に予め定められた設定時間Ｔｓと比較し、余裕時間Ｔが設定時間Ｔｓ（例えば３０ｓｅｃ）以上であれば、各燃焼区分の炉温が個別に設定された設定温度になるようにバーナ８の燃焼量を調節する通常の運転を行う。しかしながら、制御装置７は、余裕時間Ｔが設定時間Ｔｓ以下になると、当該燃焼区分のバーナ８の燃焼量を、図３に示すプロファイルにしたがって、余裕時間Ｔに応じて調節する。燃焼量のプロファイルは、制御装置７において余裕時間Ｔが設定時間Ｔｓ以下になったと認識した時点でのバーナ８の燃焼量を１００％とする比率（燃焼量比）として定められている。これにより、外気の温度や湿度により炉温と燃焼量との関係が変化しても、炉温を設定温度に維持する通常の制御から余裕時間Ｔに応じて燃焼量を定める制御に切り替える際に燃焼量が急変することを防止できる。勿論、燃焼量の絶対量のプロファイルを規定してもよい。

本実施形態において、余裕時間Ｔが設定時間Ｔｓ以下であるときに、ルーパ２において調節できるストリップ材４の長さの残量が減少して余裕時間Ｔがさらに減少すると、図３に示すプロファイルにしたがって各燃焼区分の燃焼量が減少する。燃焼量が減少すると、炉温が低下するので、ストリップ材４の最終到達温度が低下しようとする。制御装置７は、ストリップ材４の最終到達温度が低下しないように、搬送ローラ１１の回転速度を遅くする。この制御は、加熱炉３におけるストリップ材４の搬送速度を低下させるため、余裕時間Ｔの減少を抑制するように作用する。

加熱炉３におけるストリップ材４の搬送速度が、溶接装置１におけるストリップ材４の搬送速度よりも遅い場合、ルーパ２において調節できるストリップ材４の長さの残量が増大して、余裕時間Ｔが増加する。余裕時間Ｔが増加して燃焼量が増大し、炉温が上昇すると、加熱炉３におけるストリップ材４の搬送速度が上昇する。

炉温の変化は、炉体の熱容量等により、燃焼量の変化に対して遅れて生じる。よって、本発明では、炉温の変化を待たず、余裕時間Ｔに応じて燃焼量を変化させることで、ルーパ２において調節できるストリップ材４の長さの残量がなくなる前に、炉温を安全温度以下に低下させられるようにする。このため、設定時間Ｔｓおよび燃焼量のプロファイルは、最も設定温度が高い燃焼区分において、炉温を安全温度以下に低下させられるように定めなければならない。

本実施形態では、燃焼量は、余裕時間Ｔに比例し、その傾きＳが、図４に示すように、各燃焼区分の設定温度と安全温度との差に応じて定められる。詳しくは、設定温度が安全温度よりも高いほど、燃焼量プロファイルの傾きＳが大きく、燃焼量の変化率が大きくなる。本実施例では、設定温度が安全温度よりも低い場合は、傾きＳが負の値となり、余裕時間Ｔが減少すると燃焼量が増大するようになっている。この場合、余裕時間Ｔがゼロになった場合に予測される燃焼量が、炉温が安全温度になると予測される燃焼量よりも小さくなる必要がある。このような傾きＳの設定は、それぞれの燃焼区分の燃焼量を、余裕時間Ｔの減少にしたがって、安全温度に対応する燃焼量、つまり、一定時間以上継続すると炉温が安全温度になると予測される燃焼量に近づける。これにより、加熱炉３全体における燃焼量の余裕時間Ｔの減少に対する減少を抑制し、ストリップ材４の搬送速度の低下を最小限に留められる。また、設定温度が安全温度よりも低い場合にも、傾きＳが正の値となるようにしてもよい。また、プロファイルは直線的なものに限らず、曲線を描いてもよい。

設定時間Ｔｓを全ての燃焼区分で等しい値に設定すれば、全ての燃焼区分のバーナ８の制御が、通常のＰＩＤ制御から、余裕時間に応じた制御に一斉に切り替わるので、制御の移行が容易である。しかしながら、設定時間Ｔｓを燃焼区分毎に異なる値に設定してもよい。具体的には、設定時間Ｔｓは、図５に例示するように、各燃焼区分の設定温度と安全温度との差が大きいほど長い時間に設定するとよい。この場合、燃焼量比のプロファイルの傾きＳを、全ての燃焼区分で同じ値にしてもよい。また、特に燃焼区分の構造が等しい場合には、各燃焼区分の実際の燃焼量の変化率が等しくなるようにプロファイルの傾きＳを定めて、余裕時間に対する炉温の追従性を同等にするとよい。

また、図３に示すプロファイルは、燃焼量がゼロになるまで直線的に変化しているが、実際のバーナ８で燃焼を維持できる下限燃焼量に相当する下限値Ｒｃ以下の場合には、下限値Ｒｃの燃焼量を維持するか、完全に燃焼を停止する必要がある。バーナ８の燃焼を完全に停止すると、再点火には手間と時間が必要となる。そこで、余裕時間Ｔに対応する燃焼量比が下限値Ｒｃ以下である場合には、下限値Ｒｃで燃焼を維持し、余裕時間Ｔがゼロになり、加熱炉３におけるストリップ材４の搬送速度をゼロにすると同時にバーナ８の燃焼を完全に停止するようにしてもよい。また、余裕時間Ｔに対応する燃焼量比が下限値Ｒｃ以下である場合には、溶接装置１が完全に停止しているときのみ、まもなく余裕時間Ｔがゼロになる蓋然性が高いので、バーナ８の燃焼を完全に停止し、溶接装置１が少しでも動いていれば、余裕時間Ｔが増大する可能性があるので、下限値Ｒｃでバーナ８の燃焼を維持するようにしてもよい。また、下限値Ｒｃ以下の閾値を設定し、燃焼量比が下限値Ｒｃ以下である場合には、燃焼量比と閾値との大小関係により下限値Ｒｃの燃焼を維持するか完全に燃焼を停止するかを決定してもよい。

尚、本実施形態では、加熱炉３にルーパ２を介して溶接装置１が接続されているが、ルーパ２を介して他の装置を接続する場合にも、本発明が適用できる。また、本発明は、加熱炉の下流側に、ルーパを介して他の装置を接続する場合にも適用できる。加熱炉の上流側と下流側の両方にルーパを設ける場合、両方のルーパについて余裕時間を算出し、短い方の余裕時間に基づいて加熱炉の燃焼量を制御すればよい。

１…溶接装置
２…ルーパ
３…加熱炉
４…ストリップ材
５…リール
６…可動ローラ
７…制御装置
８…バーナ
９…炉温センサ
１０…品温センサ
１１…搬送ローラ
１２…位置検出器

Claims

それぞれ独立して燃焼量を制御できる直列に並んだ複数の燃焼区分を有し、ストリップ材を連続的に加熱し、前記ストリップ材の最終到達温度が所定の目標温度になるように前記ストリップ材の搬送速度が調節される加熱炉と、
前記加熱炉と直列に配設されて前記ストリップ材が通過し、内部に滞留する前記ストリップ材の長さを調節できるルーパと、
前記ルーパが調節できる前記ストリップ材の長さの残量を前記加熱炉における前記ストリップ材の搬送速度で除した余裕時間に応じてそれぞれの前記燃焼区分の燃焼量を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記燃焼区分のそれぞれについて、前記余裕時間が所定の設定時間以上であれば、当該燃焼区分の内部温度が予め設定された設定温度になるように当該燃焼区分の燃焼量を調節し、前記余裕時間が前記設定時間以下であれば、当該燃焼区分の燃焼量を前記余裕時間に対する所定のプロファイルで変化させることを特徴とする連続加熱装置。
前記プロファイルは、前記設定温度が高いほど、大きな低下率で燃焼量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の連続加熱装置。
前記設定時間は、全ての前記燃焼区分で同一であることを特徴とする請求項２に記載の連続加熱装置。
前記設定時間は、前記設定温度が高いほど長い時間であることを特徴とする請求項１に記載の連続加熱装置。
前記プロファイルは、前記余裕時間が少ないほど、前記燃焼区分の燃焼量を所定の安全温度に対応する燃焼量に近づけるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の連続加熱装置。
前記制御装置は、前記余裕時間が前記設定時間以下であるとき、前記燃焼区分のそれぞれの燃焼量を、前記余裕時間が前記設定時間になったときの当該燃焼区分の燃焼量を基準に定めることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の連続加熱装置。
前記制御装置は、前記燃焼区分の前記余裕時間に応じた燃焼量が所定の下限値以下である場合、前記ルーパを介して接続した設備が完全に停止していなければ前記燃焼区分の燃焼量を前記下限値に設定し、前記ルーパを介して接続した設備が完全に停止していれば前記燃焼区分の燃焼を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の連続加熱装置。