KR100585540B1 - 열 처리 장치, 열 처리 방법 및 열 처리 프로그램을 기록한 기록 매체 - Google Patents

열 처리 장치, 열 처리 방법 및 열 처리 프로그램을 기록한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

열 처리 장치는, 강재(1)를 가열하는 복수 대의 유도 가열 장치(6)와, 강재를 교정하기 위한 교정 장치(5)와, 강재의 크기와, 강재의 반송 속도와, 강재의 가열 목표 온도와, 유도 가열 장치의 전단에서의 강재의 예정 온도에 근거해서, 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치(14)와, 연산 장치에 의해 연산된 공급 예정 전력을 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치(12)를 갖고, 연산 장치는, 강재를 균일 가열 처리하기 위한 전력 또는 강재를 표층 가열 처리하기 위한 전력을 연산한다.

Description

열 처리 장치, 열 처리 방법 및 열 처리 프로그램을 기록한 기록 매체{HEAT TREATING DEVICE, HEAT TREATING METHOD, RECORDING MEDIUM RECORDING HEAT TREATING PROGRAM AND STEEL PRODUCT}
본 발명은 유도 가열 장치를 이용하여 강재를 열 처리하는 기술에 관한 것이다.
철강 프로세스에 있어서는, 제품으로 되는 강재의 경도, 인성 등의 성질을 향상시켜, 보다 강하고 끈기있는 강재를 제조하기 위해, 담금질, 템퍼링, 어닐링 등 여러 가지의 열 처리가 행해지고 있다. 이들의 열 처리는 일반적으로 가열 과정과 냉각 과정으로 나누어진다. 이 중 가열 과정에서는 강재의 성분에 따른 변태점 온도가 기준으로 된다. 예컨대, 담금질의 경우에는 변태점보다도 고온으로 가열하고, 템퍼링 및 어닐링에서는 변태점에 도달하지 않도록 가열을 해야 한다.
따라서, 열 처리의 목적에 따라 양호한 정밀도로 가열하는 것이 필요하다. 또, 동일 부재 내에서의 품질의 편차를 억제하기 위해서는, 강재의 내부에 걸쳐 균일하게 가열할 필요가 있다. 이 열 처리 방법을 균일 가열이라고 한다.
또한, 일반적으로 제조되는 담금질, 템퍼링의 열 처리가 실시된 강재는 주로 표면으로부터 냉각되기 때문에, 표면의 경도가 내부에 비해서 높게 되는 경향이 있다. 이러한 판 두께 방향의 경도 분포를 가진 강재는 부식 환경에 약하여, 해양이나, 석유, 천연 가스의 파이프 라인 등에 사용되면, 응력 부식 균열을 일으키기 쉬운 것을 알고 있다.
그래서, 표층부를 고온으로 가열함으로써 연화시켜, 표층부와 내부의 경도차를 적게 하는 처리가 행해지는 경우도 있다. 이 열 처리 방법을 표층 가열이라고 한다.
종래, 이들 가열 조건을 실현하는 가열 방법으로서, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제9-170021호 공보에 개시된, 유도 가열 장치를 이용한 열 처리 기술이 알려져 있다.
본 개시 기술에서는, 강재를 유도 가열로 내에서 승온시키는 가열 단계와, 가열 단계보다도 주파수를 높게 하고, 또한 투입 전력을 낮춰 가열하는 균열 단계의 동안에, 가열 단계에서의 유도 가열과 동일한 주파수로, 또한 가열 단계보다도 투입 전력을 낮춰 유도 가열하는 준가열 단계를 마련하는 유도 가열 방법이 제안되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 평성 제9-170021호 공보에 개시된 기술에서는, 가열 시간이 수십 분 필요하기 때문에 효율적이지 않다. 또한, 강재의 가열 도중에 유도 가열 장치의 주파수를 변경하는 것이기 때문에, 주파수를 전환하는 기구를 장비(裝備)할 필요가 있다. 따라서, 장치가 고가로 되고, 또한 장치의 구조가 복잡하게 된다. 또한, 강재를 가열하기 위한 투입 전력 계산에서, 양호한 정밀도를 가진 온도 제어를 실현하는데 필요한 요소인 강재 내부에서의 유도 전류 분포, 대기에 의한 발열, 가열 장치의 효율, 강재의 비열 등이 고려되어 있지 않다.
본 발명의 목적은 강재의 표면 온도, 내부 온도를 양호한 정밀도로 목표에 일치시켜, 강재가 원하는 성질을 갖는 것과 같은 열 처리를 행할 수 있는 열 처리 장치, 열 처리 방법, 열 처리 프로그램을 기록한 기록 매체 및 강재를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 있어서의 열 처리 장치는 강재를 가열하는 복수 대의 유도 가열 장치와, 강재를 교정하기 위한 교정 장치와, 강재의 크기와, 강재의 반송 속도와, 강재의 가열 목표 온도와, 유도 가열 장치의 전단(前段)에서의 강재의 예정 온도에 근거해서, 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 결정하는 연산 장치와, 연산 장치에 의해 결정된 공급 예정 전력을 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖고, 연산 장치는 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력, 또는 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 결정한다.
즉, 본 열 처리 장치는 강재를 유도 가열 장치로 가열함으로써 가열 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 열 처리 장치는 강재의 내부 온도 분포가 목표로 하는 온도 분포로 되는 것과 같은 유도 가열 장치의 전력을 산출하는 연산 장치를 구비하고 있다. 따라서, 장치 구성이 간단하고, 염가로 구성할 수 있다. 그리고, 이 구성에 의해, 목적으로 하는 균일 가열, 표층 가열을 양호한 정밀도로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 강재의 제조 라인의 개략 구성을 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도,
도 3은 온도 변화를 나타내는 식에 이용되는 기호를 나타내는 도면,
도 4는 가열 전력으로부터 가열 후의 강재 온도 분포를 구하는 개략 순서를 나타내는 흐름도,
도 5는 가열 전력을 구하는 전력 연산 처리의 개략 흐름을 나타내는 도면,
도 6은 다른 실시예에 대한 가열 전력을 구하는 전력 연산 처리의 개략 흐름을 나타내는 도면,
도 7은 사전 처리 방식을 실현하는 시스템 구성도,
도 8은 강재의 크기와 반송 속도와 패스 수의 대응 테이블을 나타내는 도면,
도 9는 수렴 계산에 의해 반송 속도를 결정하는 개략 순서를 나타내는 흐름도,
도 10은 가열 개시 온도가 변경되었을 때의 영향 계수를 구하는 순서를 나타내는 흐름도,
도 11은 가열 목표 온도가 변경되었을 때의 영향 계수를 구하는 순서를 나타내는 흐름도,
도 12는 수정 처리 방식에 관한 시스템의 구성을 나타내는 도면,
도 13은 조합 처리 방식에 관한 시스템의 구성을 나타내는 도면,
도 14는 트래킹 처리의 동작을 설명하는 도면,
도 15는 FF 제어의 구성을 나타내는 도면,
도 16은 FF 제어의 구성을 나타내는 도면,
도 17은 FB 제어의 구성을 나타내는 도면,
도 18은 FB 제어의 구성을 나타내는 도면,
도 19는 학습 기능의 전체를 설명하는 도면.
일반적으로, 강재는 가열로 내에서 가열되어, 1200℃ 전후까지 승온한다. 그 후, 강재는 통상 복수 대의 압연기에 의해 소정의 두께·폭으로 압연된다. 압연 후, 아직 800℃∼1000℃에 있는 강재는 물에 의해 강제 냉각되거나, 또는 대기 에 의해 자연 냉각된다. 이 처리에 의해, 강재는 담금질된다. 특히, 압연 후에 가속 냉각 장치에 의한 급속 냉각을 행함으로써, 강재의 강도나 인성을 강화시킬 수 있는 것을 알고 있다.
이 후, 필요에 따라, 다시 가스로에서 템퍼링, 어닐링 등의 열 처리가 행해진다. 열 처리가 행해진 강재는 재단되어 출하된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 강재의 제조 라인의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 이 강재 제조 라인은 강재(1)를 가열하는 가열로(2), 조(粗) 압연·다듬질 압연을 행하는 압연기(3), 가속 냉각 장치(4), 교정 장치(5), 유도 가열 장치(6) 및 강재(1)의 온도를 측정하는 온도 검출기(7)로 구성되어 있다.
이 강재 제조 라인에서는, 압연 과정과 냉각 과정의 후에, 교정 장치(5)를 이용하여 강재(1)의 휘어짐이나 구부러짐을 교정한 후, 라인 상에 설치된 유도 가열 장치(6)에서 템퍼링 처리를 행한다.
이 강재 제조 라인에서는, 가스로에 의한 열 처리의 대신 유도 가열 장치(6)를 이용하여 열 처리한다. 따라서, 라인 내에서 담금질 처리 후에 템퍼링 처리를 할 수 있기 때문에, 능률을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 유도 가열 장치(6)를 사용함으로써, 가스로를 사용한 경우에 비해 가열 온도의 정밀도를 높일 수 있다. 따라서, 두께 방향의 온도 분포도 양호한 정밀도로 제어할 수 있게 된다.
특히, 압연 후에 가속 냉각 장치(4)에 의한 급속 냉각을 행하고, 그 직후, 유도 가열 장치(6)에 의한 열 처리를 행함으로써, 강도나 인성이 강화된 강재를 제 조할 수 있다.
유도 가열 장치(6)는 강재(1)를 소정 온도로 가열할 수 있는 능력을 갖는 것이 필수이다. 그러나, 설비 비용을 억제할 필요가 있다. 그 때문에, 유도 가열 장치(6)에 강재(1)를 복수 회 왕복시켜 가열함으로써, 적은 대수로 가열할 수 있다. 이 경우, 압연을 포함한 강재 제조 라인의 능률을 악화시키는 것을 피하면서, 강재(1)의 온도 제어 정밀도를 향상시켜야 한다. 따라서, 왕복 회수(패스 수)와 반송 속도를 적절히 선택해야 한다.
따라서, 유도 가열 장치를 이용하여 열 처리를 할 때에는 다음의 점이 중요하다.
① 가열 처리에 요하는 시간과 전력량을 최소한으로 억제한다.
② 가열 처리 중 및 가열 종료 시에, 강재의 두께 방향의 온도 분포가 소망의 온도 분포로 되도록 가열을 행한다.
③ 상기 ①, ②의 열 처리를 실현하기 위한, 강재의 반송 속도와 유도 가열 장치의 전력을 결정한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열 처리 장치는 이하의 기능을 구비하고 있다.
(1) 설정 계산 기능
강재(1)를 가열하기 위한 반송 속도 및 전력은 이하의 세 개의 처리 중 어느 하나의 처리에 의해 결정된다.
① 사전 처리 방식
미리, 강재(1)의 가열 개시 예정 온도와 가열 목표 온도로부터, 반송 속도와 패스 수를 정하고, 그 값을 바탕으로 가열에 필요한 전력을 계산한다. 강재(1)는 구한 반송 속도로 반송되면서, 유도 가열 장치(6)에 의해 설정한 전력으로 가열된다.
② 수정 처리 방식
강재(1)의 가열 개시 전 온도를 실측하여, 실측된 가열 개시 전 온도와, 반송 속도에 근거해서 가열에 필요한 전력을 계산한다. 이 계산에서는, 필요에 따라 반송 속도를 수정하면서 소망의 전력을 구한다.
③ 조합 방식
상기 ①, ②를 조합한 방식이다. 강재(1)의 가열 개시 전 온도를 실측한다. 그리고, 실측한 온도가 가열 개시 예정 온도에 가까운 경우에는, ① 사전 처리 방식에서 계산한 반송 속도와 전력으로 가열을 행한다. 실측한 온도가 예정 온도와 다른 경우에는, ② 수정 처리 방식에서 구한 반송 속도와 전력으로 가열을 행한다.
(2) 트래킹 처리 기능
강재를 장방향의 가상적인 부분으로 분할하여, 설정 계산 기능으로 산출한 가열 전력을 그 가상적인 부분마다 설정하고, 전력 공급 장치에서 강재의 반송에 따라 출력한다.
(3) 가열 전력 보정 기능
유도 가열 장치(6)의 전후에 마련한 온도 검출기(7)로 강재(1)의 온도를 측정한다. 그 실측 온도에 의해, 가열 전력을 보정한다. FF(feedforward) 제어와 FB(feedback) 제어가 마련되어 있다.
(4) 모델 학습 기능
가열 전력을 구하기 위한 강재의 열 전도 모델, 유도 가열에 의한 효율 추정 모델, 교정 장치에서의 온도 강하 모델 등을 실측한 온도로 수정한다.
이하, 이들 기능에 대해 설명한다.
Ⅰ. 설정 계산 기능
우선, 강재(1)의 가열 개시 온도, 반송 속도가 부여된 경우의 전력 계산 방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
강재(1)는 유도 가열 장치(6) 내를 이동하면서 가열된다. 각각의 유도 가열 장치(6)의 입구에는 강재의 온도를 검출하는 온도 검출기(7)가 구비되어 있다. 상기 온도 검출기(7)에서 얻어진 온도 신호는 제어 장치(10)에 입력된다. 제어 장치(10)는 강재(1)의 온도 또는 가열 개시의 예정 온도와 반송 속도에 근거해서 유도 가열 장치(6)로 공급하는 전력을 계산하고, 그 값을 전력 공급 장치(12)로 출 력한다. 전력 공급 장치(12)는 공급 전력이 제어 장치(6)로부터 부여된 값으로 되도록 유도 가열 장치(6)의 출력을 제어한다.
유도 가열 장치(6)에서 강재(1)를 가열하면, 유도 전류는 강재 표면에 집중해서 흐르기 때문에, 주로 표면이 가열된다. 그리고, 강재 내부는 주로 표면으로부터의 열 전달로 가열된다.
그래서, 유도 가열 장치(6)에서 가열하는 경우의 강재 내부의 유도 전류 분포를 구한다. 강재 내부의 전류 분포는 침투 깊이로 표현된다. 침투 깊이는 주파수, 비투자율에 따라 달라지며, 수학식 1로 표현된다.
Figure 112005072134950-pct00105
침투 깊이 δ가 큰 경우에는 유도 전류가 강재 내부까지 흐른다. 침투 깊이 δ이 작은 경우에는, 유도 전류가 표면에 집중되기 때문에 가열도 표면에 집중되고, 강재 내부는 표면으로부터의 열전도에 의해 가열된다. 따라서, 같은 전력을 투입하여도, 침투 깊이가 다르면 표면의 가열 온도는 변해간다. 그래서, 수학식 1에 근거해서 침투 깊이를 구해 강재 내부에서의 전류 밀도 분포를 결정한다. 이 전류 분포로부터, 유도 가열 장치(6)로의 가열 전력을 결정한다.
일반적으로 강재 표면으로부터의 거리 z와, 그 위치에서의 유도 전류 I(z)의 관계는 수학식 2로 표시된다. α는 정수이다.
Figure 112004008370107-pct00002
따라서, 강재 표면으로부터 거리 z의 위치에서의 소비 전력의 비는 수학식 3으로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00003
즉, 수학식 3은 유도 가열 시의 전력 분포를 나타낸다고 생각할 수 있다.
다음에, 유도 가열 장치(6)를 이용한 가열 중의 강재의 온도 변화를 수학식으로 나타낸다. 열 전도 방정식의 차분식으로부터, 수학식 4 내지 6을 얻는다.
Figure 112004008370107-pct00004
Figure 112004008370107-pct00005
Figure 112004008370107-pct00006
단, nb : 강재의 두께 방향의 분할 수, t : 강재의 두께, xi,j : 시각 j에서의 두께 방향 i의 온도(1≤i≤nb), cp : 비열, h : 두께 방향 분할 폭, dt : 샘플 주기, Q1 : 외부로부터 강재에 가해지는 열량, λ : 열 전도율, ρ : 밀도
수학식 4 내지 6을 치환하면, 강재를 두께 방향으로 3분할한 온도 차분식은 수학식 7이 된다.
Figure 112004008370107-pct00007
수학식 4의 Q1은 경계 조건인 대기와의 열 전달과, 가열 장치로부터 공급되는 열량으로 이루어져, 수학식 8로 나타내어진다.
Figure 112004008370107-pct00008
Figure 112004008370107-pct00009
Figure 112004008370107-pct00010
단, ub : 가열 장치 공급 열량, ε : 방사율, σ : 스테판-볼츠만 정수, ρ : 밀도, cp : 비열, β : 가열 효율, Ta : 대기 온도
또한, E(i)(i=1, 3)는 수학식 3을 차분식으로 표현한 것이다.
여기서, 수학식 9를 xi,j에 대해 선형화한다. 강재의 온도를 x0으로 하고, x0 을 중심으로 수학식 9에 있는 xi,j 4의 항을 테라 전개의 1차 항까지 사용해서 선형 근사한다. 1차까지의 테라 전개는 수학식 11로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00011
수학식 11을 이용하여, 수학식 12를 얻는다.
Figure 112004008370107-pct00012
Figure 112004008370107-pct00013
따라서, 수학식 9는 수학식 14로 된다.
Figure 112004008370107-pct00014
수학식 14를 이용하여, 수학식 7을 정리하여 수학식 15를 얻는다.
Figure 112004008370107-pct00015
단,
Figure 112004008370107-pct00016
Figure 112004008370107-pct00017
Figure 112004008370107-pct00018
수학식 15에서, 행렬 E의 역행열을 좌측으로부터 곱하는 것에 의해, 수학식 20을 얻는다.
Figure 112004008370107-pct00019
Figure 112004008370107-pct00020
을 얻는다. 단,
Figure 112004008370107-pct00021
Figure 112004008370107-pct00022
Figure 112004008370107-pct00023
이다.
수학식 20이 강재(2)의 온도 변화의 기본식으로 된다. 또한, 이 수학식에서 ub=0이라고 하면, 대기에 의한 냉각 과정 시의 온도 변화를 나타내는 식으로 된다.
다음에, 유도 가열 장치(6)의 바로 앞에 설치한 온도 검출기(7)의 위치로부터, 유도 가열 장치 출구 측의 온도 검출기(7)의 위치까지의 온도 변화를 나타내는 수학식을 작성한다.
도 3은 온도 변화를 나타내는 수학식에 이용되는 기호를 나타내는 도면이다.
유도 가열 장치(6) 바로 앞의 온도 검출기(7)의 위치로부터, 유도 가열 장치(6)의 출구 측의 온도 검출기 위치까지의 각각의 유도 가열 장치(6)의 길이를 li, 유도 가열 장치끼리의 간격을 si, 각각의 유도 가열 장치(6)로의 투입 전력을 ui로 나타낸다. 그리고, 강재(1)의 유도 가열 장치 입구 측 온도를 x0, 유도 가열 장치 출구 측 온도를 x* N으로 나타내고, 각각의 유도 가열 장치 전후의 온도를 xi , x'i로 나타낸다.
유도 가열 장치의 길이를 li, 간격을 si, 반송 속도를 v로 하여 차분 방정식에서의 피치 수를 구한다.
Figure 112004008370107-pct00024
Figure 112004008370107-pct00025
단, dt : 피치 시간, ni, mi : 피치 수
그러면, 강재(2)가 유도 가열 장치에 의해 순차적으로 가열되어 갈 때의 각 위치의 온도는 수학식 26으로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00026
으로 한다.
유도 가열 장치간의 온도 변화는, 예컨대, x0-x1간의 온도 변화는 수학식 27로 나타내어진다.
Figure 112004008370107-pct00027
또한, 첫 번째의 유도 가열 장치에서 가열된 결과의 온도, 즉 유도 가열 장 치의 출구 측 온도 x'1은 수학식 28로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00028
수학식 28에 수학식 27을 대입하여, 수학식 29를 얻는다.
Figure 112004008370107-pct00029
이 계산을 차례 차례로 반복하면, N대 째 유도 가열 장치의 출구 측 온도계위치에서의 강재(1)의 온도 분포는 수학식 30과 같이 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00030
이것을 정리하면 수학식 31, 32와 같이, u1, …, uN의 일차식으로 된다.
Figure 112004008370107-pct00031
Figure 112004008370107-pct00032
수학식 32를 사용함으로써, 가열 전력 u1, …, uN에 의해, 유도 가열 후의 온도 분포 x1, …, x*를 계산으로 구할 수 있다.
이상 설명한 계산 방법은 제어 장치(10) 내에서 실현할 수 있다. 도 4는 가열 전력으로부터 가열 후의 강재 온도 분포를 구하는 개략의 순서를 나타내는 흐름도이다.
단계 T1에서는, 가열하고자 하는 강재 내부에서의 전력 분포를 수학식 3에 의해 구한다. 단계 T2에서는, 그 전력 분포에 근거해서 유도 가열 장치(6)로부터 공급되는 열량 분포를 수학식 8 내지 10에 의해 구한다. 단계 T3에서는, 대기에의 방산 열량을 수학식 14에 의해 구한다. 단계 T4에서는, 이들 구해진 결과를 이용하여, 강재 내부의 온도 변화를 구하기 위한 수학식 21, 22, 23으로 표시되는 계수를 산출한다.
단계 T5에서는, 유도 가열 장치(6)의 대수, 해당 장치의 길이, 해당 장치간의 간격, 강재의 반송 속도를 이용하여, 유도 가열 장치(6)가 공급하는 전력으로부터 강재(1)의 온도 분포를 구한다. 이 때, 수학식 27 내지 30을 적용하여 강재(1)의 온도 분포를 구하여도 좋고, 또한 수학식 32를 적용하여 강재(1)의 온도 분포를 구하여도 좋다.
다음에, 이 계산 방법을 이용하여 소망의 열 처리를 행하는 방법, 즉, 강재(1)가 목표로 하는 온도 분포로 되는 것과 같은 가열 전력을 결정하는 순서에 대해 설명한다. 이 순서는 상기 계산 순서를 구비한 제어 장치(10) 내에서 실현할 수 있다.
도 5는 가열 전력을 구하는 전력 연산 처리의 개략의 흐름을 나타내는 도면이다.
단계 S1에서는, 적당한 초기값 전력 u1, …, uN을 결정한다. 단계 S2에서는, 상기한 계산 순서(단계 T1∼T4)에 따라 유도 가열 장치 출구 측의 가열 온도 분포 x1, …, x*을 계산한다. 단계 S3에서는, 각 유도 가열 장치에서의 가열 온도와 목표로 하는 온도 범위인 온도 조건을 비교하여, 온도 조건을 만족하고 있는지 여부의 판정을 행한다.
단계 S4에서 '예'의 경우, 즉, 온도 조건에 적합하면, 그 가열 전력을 최종적인 가열 전력으로 해서 계산을 종료한다. 단계 S4에서 '아니오'의 경우, 즉, 적합하지 않는 경우에는, 새로운 유도 가열 전력 u1, …, uN을 부여해서 온도 계산을 다시 행한다.
이상의 처리를 반복해서 실행함으로써 유도 가열 장치 출구 측에서의 목표 온도 분포 x*를 부여하면, 그것을 실현하는 전력 ui, …, uN을 구할 수 있다. 또한, 새로운 가열 전력 u1, …, uN을 부여하는 방법은 선형 계획법, 비선형 계획법 등 일반적인 방법을 적용하면 좋다. 온도 조건이 실현 가능하면, 유한(有限) 회수의 계산으로 해를 구할 수 있다.
본 실시예에서는, 임의 대수의 유도 가열 장치를 이용하여 강재 내부의 온도 를 계산하는 것이 가능하다. 따라서, 열 처리 라인 내의 유도 가열 장치 한 대마다 강재(1)의 내부 온도를 구하는 것도, 또한 유도 가열 장치 복수 대마다 강재(1)의 내부 온도를 구하는 것도 가능해진다.
따라서, 가열 중인 강재의 표면 온도를 목표 표면 온도 이하로 가열하여, 가열 종료 시의 강재 내부의 소정 위치의 온도를 목표 내부 온도에 대하여 소정 범위로 수렴되도록 제어할 수 있는 전력 설정값, 즉 균일 가열 처리를 위한 전력 설정값을 정할 수 있다.
또한, 가열 중인 강재의 표면 온도를 목표 표면 온도 이상으로 가열하여, 가열 종료 시의 강재 내부의 소정 위치의 온도를 목표 내부 온도 이하가 되도록 제어할 수 있는 전력 설정값, 즉, 표층 가열 처리를 위한 전력 설정값을 정할 수 있다.
다음에, 실시예 2의 열 처리 장치에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 실시예 1의 전력 연산 처리에서 소비 전력량이 최소로 되는 것과 같은 가열 전력을 구하는 점에 특징이 있다. 따라서, 그 이외의 구성에 대해서는 실시예 1과 동일하기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.
도 6은 실시예 2에 대한 가열 전력을 구하는 전력 연산 처리의 개략의 흐름을 나타내는 도면이다.
단계 S11에서는, 적당한 초기값 전력 u1, …, uN을 결정한다. 단계 S12에서는, 단계 T1 내지 T4의 계산 순서에 따라 유도 가열 장치 출구 측의 가열 온도 분포 x1, …, x*를 계산한다. 단계 S13에서는, 각 유도 가열 장치에서의 가열 온도와 목표로 하는 온도 범위인 온도 조건을 비교하여, 온도 조건을 만족하고 있는지 여부의 판정을 행한다.
단계 S14에서 '아니오'의 경우, 즉, 적합하지 않는 경우에는, 새로운 유도 가열 전력 u1, …, uN을 부여하여 온도 계산의 재시도를 행한다. 단계 S14에서 '예'의 경우, 즉, 온도 조건에 적합하면, 단계 S15에서는, 각 유도 가열 장치에서의 소비 전력량의 합인 총 소비 전력량을 구하고, 총 소비 전력량이 최소로 되는지 여부의 판정을 행한다. 즉, 유도 가열 장치에서의 총 소비 전력량이 최소로 되는 것과 같은 가열 전력을 구한다.
단계 S16에서 '아니오'의 경우, 즉, 총 소비 전력량이 소정량 이하의 조건에 적합하지 않는 경우에는, 새로운 유도 가열 전력을 부여하여 온도 계산을 재시도한다. 단계 S16에서 '예'의 경우, 즉, 총 소비 전력량이 소정량 이하의 조건에 적합하면, 그 가열 전력을 최종적인 가열 전력으로서 계산을 종료한다.
이 가열 전력이 최소값이 되도록 처리하는 조건은 수학식 33으로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00033
u(i) : i번째 유도 가열 장치 가열 전력, N : 유도 가열 장치 대수
즉, 이들 조건을 만족하는 u(i)는, 가열 공정 중의 모든 시점에서의 강재의 표면 온도가 상한 온도를 초과하지 않고, 가열 공정 종료 후의 내부 온도를 내부 온도 목표 범위 내로 가열하는, 균일 가열 처리의 전력 설정 중 가장 소비 전력이 적은 가열 전력이다.
또한, 가열 공정 중의 모든 시점에서의 강재의 표면 온도를 목표 표면 온도 이상으로 가열하고, 가열 공정 종료 후의 내부 온도를 목표 내부 온도 이하로 가열하는 표층 가열 처리의 전력 설정 중 가장 소비 전력이 적은 가열 전력이다.
또한, 새로운 가열 전력 u1, …, uN을 부여하는 방법은 선형 계획법, 비선형 계획법 등 일반적인 방법으로도 좋고, 또한 유전자 알고리즘 등의 최적화 방법을 적용하여도 좋다.
다음에, 실시예 3의 열 처리 장치에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 실시예 2에서 구하는 최적의 가열 전력을 순차 2차 계획법 등의 제약 조건부 비선형 계획법을 이용하여 처리를 행하는 점에 특징이 있다. 따라서, 그 이외의 구성에 대해서는 실시예 2와 동일하기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.
우선, 실시예 1, 실시예 2에서의 강재의 가열 조건 등을 수학식으로 표현한다.
목표 온도에 관한 조건식은, 수학식 34, 수학식 35로 표현된다.
Figure 112004008370107-pct00034
Figure 112004008370107-pct00035
중심 온도는 가열 목표이기 때문에 등식의 조건으로 표시된다. 표면 온도는 유도 가열 장치 출구 측에서 가장 높게 되기 때문에, 유도 가열 장치 출구 측의 온도를 이용한다. 또한, 가열 상한값이기 때문에 부등식으로 표시된다. 단, 중심 온도 목표에 있어서는, 수학식 36과 같이 범위를 지정하는 것도 가능하다.
Figure 112004008370107-pct00036
이들은 각 유도 가열 장치의 전력을 구할 때의 제약 조건으로 된다. 또한, 유도 가열 장치의 능력에도 제한이 있으므로, 이것을 수학식 37, 38로 나타내어 제약 조건으로 한다.
Figure 112004008370107-pct00037
Figure 112004008370107-pct00038
또한, 수학식 34, 수학식 35의 제약 조건에서, 제약 조건 중 온도 TN, Tls는 유도 가열 장치의 가열 전력 u1, …, uN을 이용하여 나타낼 수 있다. 즉, 수학식 32를 이용하여 제약 조건 수학식 34, 35를 가열 전력 u1, …, uN으로 나타낸다.
우선, 등식의 가열 조건인 수학식 34는 수학식 39, 40으로 나타내어진다.
Figure 112004008370107-pct00039
Figure 112004008370107-pct00040
또한, 부등식의 제약 조건은, 수학식 41 내지 44로 나타낼 수 있다.
Figure 112004008370107-pct00041
Figure 112004008370107-pct00042
…
Figure 112004008370107-pct00043
Figure 112004008370107-pct00044
이들로부터, 목적 함수, 제약 조건이 전부 가열 전력 u1, …, uN로 표현되기 때문에, 최적화 방법의 순차 2차 계획법을 적용할 수 있다. 이상 정리하여 나타내면 이하와 같이 된다.
Figure 112004008370107-pct00045
u(i) : i번째 유도 가열 장치 전력, N : 유도 가열 장치 대수
등식 제약 조건: T*-Tr=0, T* : 유도 가열 장치 출구 측에서의 중심 온도, Tr : 중심 온도 목표값
부등식 제약 조건 :
Figure 112004008370107-pct00046
f1(u1) : 첫 번째 유도 가열 장치 출구 측 표면 온도, Tr : 표면 온도 상한값, fN(uN) : N 번째 유도 가열 장치 출구 측 표면 온도, Tr : 표면 온도 상한값
Figure 112004008370107-pct00047
umin : 전력 최소값, umax : 전력 최대값
이 문제 설정을, 순차 2차 계획법을 이용하여 최적화를 행하면, 온도 조건을 만족하는, 최소의 가열 전력 분포가 구해진다. 즉, 가열 시의 표면 온도, 내부 온도의 목표를, 필요 최저한의 전력으로 실현할 수 있다.
다음에 설정 계산 기능인 반송 속도와 전력의 결정 방법에 대해 설명한다.
① 사전 처리 방식
도 7은 사전 처리 방식을 실현하는 시스템의 구성도이다. 강재의 제조 라인의 구성은 상술한 구성과 동일하기 때문에, 동일 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
생산 관리 컴퓨터(13)로부터는, 제조할 예정인 강재(1)에 관한 데이터가 사전 처리 연산 장치(14)로 송신된다. 데이터는 강재(1)의 크기(폭, 두께, 길이), 가열 방법, 가열 목표 온도 등이다. 여기서, 사전 처리 연산 장치(14)는 제어 장치(10) 내에 마련된다.
사전 처리 연산 장치(14)는, 이 데이터에 근거해서, 가열 시의 반송 속도와 패스 수 및 전력을 결정한다. 그리고, 결정한 반송 속도를 반송 속도 설정 장치(15)로 출력하고, 결정한 전력을 전력 공급 장치(12)로 출력한다.
여기서, 반송 속도를 결정하는 방법에는, 테이블로부터 추출하는 방법과 수렴 계산에 의한 방법이 있다.
a. 테이블로부터 반송 속도를 추출하는 방법
도 8은 강재의 크기와 반송 속도와 패스 수의 대응 테이블을 나타내는 도면이다.
사전 처리 연산 장치(14)는, 이 테이블에 근거해서, 강재의 크기인 폭, 두께, 길이로부터 반송 속도와 패스 수를 추출한다. 또한, 제원의 값이 표의 항목값에 일치하지 않는 경우에는, 전후의 표의 값을 삽입하여 구한다.
또한, 강재의 크기인 폭, 두께, 길이 중 적어도 하나의 제원에 근거해서 반송 속도와 패스 수를 추출하도록 테이블을 구성하여도 좋다.
b. 수렴 계산에 의해 반송 속도를 결정하는 방법
도 9는 수렴 계산에 의해 반송 속도를 결정하는 개략의 순서를 나타내는 흐름도이다. 이 방법에서는, 가열 온도의 조건을 만족하는 가열 전력의 내, 열 처리에 요하는 시간이 가장 줄어들도록 반송 속도를 정하는 점에 특징이 있다.
또한, 유도 가열 장치 그룹을 복수 회 왕복시켜 강재(1)를 가열하는 경우에는, 그 패스마다 반송 속도를 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 반송 속도는 이하의 식으로 정의한다.
Figure 112004008370107-pct00048
단계 S20에서는, 반송 속도로서 초기값을 설정한다.
여기서, 초기값 VO는 임의의 값이어도 좋고, 또한 실적값에 근거해서 결정하여도 좋다.
단계 S21에서는, 그 반송 속도를 이용하여 상술한 도 5, 6에 나타내는 전력 연산을 행하여 가열 전력을 구한다. 단계 S22에서는, 이 가열 조건으로 강재(1)의 가열 후 온도가 제약 조건을 충족하는지 여부를 조사한다. 이 제약 조건은 도 5의 단계 S3, 도 6의 단계 S13의 온도 판정 조건과 동일하며, 강재(1)의 표면 온도, 내부 온도가 각각 소정 온도 범위 내에 있는지 여부를 조사하는 것이다.
단계 S22에서 '예'인 경우, 즉, 제약 조건을 충족하고 있는 경우에는, 전력 연산이 적정하게 실행된 것을 의미하고 있기 때문에, 반송 속도를 빠르게 한 조건이어도 적절한 전력량이 구해질 가능성이 있다. 따라서, 단계 S23에서는, 반송 속도를 소정량만큼 빠르게 한다. 또한, 반송 속도는 소정량이 아니라, 소정 비율로 빠르게 하여도 좋고, 또한 미리 정한 함수에 근거해서 반송 속도를 증가시켜도 좋다.
단계 S24에서는, 증가시킨 반송 속도를 이용하여 재차 전력 연산을 행하고, 단계 S25에서는, 강재(1)의 가열 후 온도가 제약 조건을 충족하는지 여부를 조사한다. 단계 S25에서 '예'인 경우, 즉, 제약 조건을 충족하는 경우에는, 또한 단계 S23 내지 25를 반복한다. 이에 따라 보다 빠른 반송 속도를 설정할 수 있다.
단계 S25에서 '아니오'의 경우, 즉, 제약 조건을 충족하지 않는 경우에는, 후에 설명하는, 반송 속도를 감속하는 단계 S26으로부터의 처리를 실행하지만, 이 처리로 진행하지 않고서 전회의 계산에 이용한 제약 조건을 충족하는 반송 속도를 채용하여도 좋다.
단계 S22에서 '아니오'의 경우, 즉, 강재(1)의 표면 온도, 내부 온도가 각각 소정 온도 범위에 없는 경우에는, 전력 연산이 정확하게 행해지지 않은 것을 의미하고 있다. 여기서, 전력 연산이 정확하게 행해지지 않는 경우에는, 반송 속도가 지나치게 빠르기 때문에 강재(1)의 온도가 낮게 되어 있는 경우이다. 왜냐하면, 강재(1)의 온도가 높은 경우에는, 전력량을 저하시킴으로써 온도를 낮출 수 있기 때문에, 반드시 전력량을 구할 수 있다.
따라서, 이 경우에는, 강재(1)의 온도 가열이 불충분하기 때문에, 단계 S26 에서는, 반송 속도를 소정량만큼 느리게 한다. 또한, 반송 속도는 소정량이 아니라, 소정 비율로 느리게 하여도 좋고, 또한 미리 정한 관계식 또는 함수에 근거해서 감속하여도 좋다.
그리고, 단계 S27에서는, 감속한 반송 속도를 이용하여 재차 전력 연산을 행하고, 단계 S28에서는, 강재(1)의 가열 후 온도가 제약 조건을 충족하는지 여부를 조사한다.
단계 S28에서 '아니오'의 경우, 즉, 제약 조건을 충족하지 않는 경우에는, 다시 단계 S26 내지 28을 반복한다. 단계 S28에서 '예'의 경우, 즉, 제약 조건을 충족하는 경우에는, 단계 S29에서는, 이 반송 속도를 채용한다.
본 방식에 따르면, 소정의 제약 조건을 만족하는 전력 중, 반송 속도가 가장 빠른 가열 조건을 최종 결과로서 얻을 수 있고, 따라서, 처리 시간이 가장 짧게 되는 열 처리 조건을 구할 수 있다.
또한, 본 방식에서는, 반송 속도 초기값으로부터 수렴 연산을 행했지만, 복수의 반송 속도값에 근거해서 전력 연산을 행하여, 제약 조건을 만족하는 반송 속도 중, 가장 빠른 반송 속도를 구하여도 좋다. 또한, 과거의 반송 속도 실적값과 강재(1)의 제원(예컨대, 두께, 폭 등)의 조합에 근거해서, 가열하고자 하는 강재(1)의 제원에 대응하는 반송 속도를 내분점법에 의해 산출하여도 좋다.
그리고, 여기서 결정된 반송 속도를 바탕으로, 상술한 전력 설정 계산을 행하여 가열 전력을 구한다. 그리고, 구한 가열 전력을 전력 공급 장치(12)로, 반송 속도를 반송 속도 설정 장치(15)로 보내어, 강재(1)의 가열을 실행시킨다.
다음에, 가열 개시 온도, 가열 목표 온도가 변경된 경우의 반송 속도의 영향 계수를 구하는 방법에 대해 설명한다.
도 10은 가열 개시 온도가 변경되었을 때의 영향 계수를 구하는 순서를 나타내는 흐름도이다. 이 순서에 의해, 가열 개시 온도를 Ti, 가열 개시 온도의 변경량을 ΔTi로 하고, 가열 개시 온도가 Ti+ΔTi인 경우에, 상기에서 구한 반송 속도를 어느 정도 변경하면 좋은가의 계수를 구한다.
이 순서는 도 9에 나타낸 반송 속도를 결정하는 순서와 마찬가지이다. 영향 계수를 1로 해서 처리를 개시하고, 가열 가능하고 처리 시간이 가장 짧아지도록 영향 계수를 조정한다.
이와 같이 하여 구한 영향 계수의 값을 q라 하면, 실제의 가열 개시 온도가 Ti+ΔT인 경우의 반송 속도 ν'는, 수학식 45로 구해진다.
Figure 112004008370107-pct00049
마찬가지로, 가열 목표 온도가 변경된 경우의 속도 변경 계수도 구할 수 있다.
도 11은 가열 목표 온도가 변경되었을 때의 영향 계수를 구하는 순서를 나타내는 흐름도이다. 이 순서에 의해, 가열 목표 온도를 Tr, 가열 목표 온도의 변경량을 ΔTr로 하고, 가열 목표 온도가 Tr+ΔTr인 경우에, 상기에서 구한 반송 속도를 얼마만큼 변경하면 좋은지의 계수를 구한다.
이 순서는 도 9에 나타낸 반송 속도를 결정하는 순서와 마찬가지이다. 영향 계수를 1로 해서 처리를 개시하고, 가열 가능하고 처리 시간이 가장 짧아지도록 영향 계수를 조정한다.
이와 같이 하여 구한 영향 계수의 값을 q라고 하면, 실제의 가열 개시 온도가 Tr+ΔT인 경우의 반송 속도 ν'는 하기 수학식 46으로 구해진다.
Figure 112004008370107-pct00050
또한, 이 영향 계수는 후술하는 처리인, ② 수정 처리 방식과 ③ 조합 처리 방식으로 사용된다.
② 수정 처리 방식
도 12는 수정 처리 방식에 관한 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 강재의 제조 라인의 구성은 상술한 구성과 동일하기 때문에, 동일 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
본 처리는 가속 냉각 후의 강재(1)의 가열 개시 온도를 실측하여, 그 온도에 의해 반송 속도 결정, 가열 전력 산출을 행하는 처리이다.
이것은 이하의 순서에 의해 실행한다.
(i) 가열 개시 온도의 취득과 가열 목표 온도의 결정
강재(1)의 가열 개시 온도는 실측에 의해 구한다. 또한, 생산 관리 컴퓨터(13)로부터의 데이터에 근거해서 수정 처리 연산 장치(16)가 가열 목표 온도 를 결정한다.
(ⅱ) 반송 속도의 결정
다음에 반송 속도를 결정한다. 반송 속도는 도 8에 나타내는 테이블값을 보간함으로써 구할 수도 있다. 또한, b. 수렴 계산에서 기재한 방법으로 얻어진 반송 속도를 사용하는 경우에는, 가열 개시 온도의 실측 결과에 근거해서, 수학식 45 또는 수학식 46을 이용해서 보정하고 결정한다.
(ⅲ) 강재의 선단부와 종단부의 가열 전력의 계산
가열 전력은, 선단부와 종단부에서는 다르기 때문에, 상술한 방법, 즉, 도 4 내지 6에 나타내는 전력을 구하는 순서에 따라, 선단과 종단의 가열 전력을 각각 연산한다.
(ⅳ) 강재의 선단부와 종단부의 각 유도 가열 장치에서의 도달 온도의 계산
또한, 이 전력으로 가열한 경우의 각 유도 가열 장치 입구 측과 출구 측에서의 도달 온도도 선단과 종단에 대하여 보존해 둔다. 이 도달 온도는 FF, FB 제어를 행할 때의 목표값으로 된다.
(v) 전력과 온도의 보간
그리고, 강재의 중간부의 가열 전력과 도달 온도를, 이미 구한 선단부와 종단부의 가열 전력과 도달 온도를 보간하여 구한다.
③ 조합 처리 방식
도 13은 조합 처리 방식에 관한 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 강재 의 제조 라인의 구성은 상술한 구성과 동일하기 때문에, 동일 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
우선, 사전 처리 연산 장치(14)가 사전 처리 방식을 실행한다. 즉, 강재(1)의 가열 개시 예정 온도에 근거해서, 반송 속도와 전력을 구한다. 이 구해진 반송 속도와 전력은 수정 처리 연산 장치(16)로 보내진다.
한편, 온도 검출기(7)는 냉각 과정을 끝낸 후의 강재(1)의 유도 가열 장치 바로 앞에서의 가열 개시 온도를 실측한다. 그리고, 이 실측 온도는 수정 처리 연산 장치(16)에 입력된다.
실측한 가열 개시 온도가 가열 예정 온도에 가까울 때, 예컨대, 수학식 47이 성립할 때에는, 사전 처리에서 구한 반송 속도와 가열 전력으로 가열을 행한다.
Figure 112004008370107-pct00051
한편, 수학식 48이 성립할 때에는, 수정 처리 연산 장치(16)는 상술한 수정 계산을 행하여, 반송 속도를 수정하고, 수정된 반송 속도를 새로운 반송 속도로 하여 가열 전력을 전력 설정 계산에 의해 구한다.
Figure 112004008370107-pct00052
이와 같이 하여 구한 반송 속도와 전력을 각각 반송 속도 설정 장치(15), 전력 공급 장치(12)로 전송하여, 강재(1)를 가열한다.
이와 같이, 사전 처리와 수정 처리를 조합시킴으로써, 효율적이고 최적인 반송 속도와 가열 전력을 이용하여 가열을 행할 수 있다.
Ⅱ. 트래킹 처리 기능
이 처리에서는, 강재(1)를 장방향의 가상적인 블럭으로 분할하고, 그 블럭마다 전력 설정과 FF 제어, FB 제어를 행한다. 도 14는 트래킹 처리의 동작을 설명하는 도면이다.
앞서 구한 강재(1)의 선단부와 종단부의 가열 전력으로부터, 강재의 각 블럭의 전력 설정값을 구한다. j대째 유도 가열 장치에 대하여, 강재(1)의 선단부의 설정 전력 ub(1,j), 종단부의 설정 전력 ub(N,j)로 하면, 중간부의 설정 전력은 수학식 49로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00053
마찬가지로, 중간부의 목표 온도는 수학식 50으로 표현된다.
Figure 112004008370107-pct00054
트래킹 처리에서는, 반송 롤러로부터 입력되는 회전 속도 신호, 온도 검출기(7)의 온도 검출 신호를 바탕으로, 강재(1)의 현재 위치를 수시로 추정한다. 그리고, 강재(1)의 해당 블럭이 각 유도 가열 장치(6)로 들어간 시점에서, 그 블럭 에 대응하는 전력을 각 유도 가열 장치(6)로 출력한다.
Ⅲ. 가열 전력 보정 기능(FF 제어와 FB 제어)
상기한 바와 같이, 수학식 모델을 사용하여 온도 추정이나 전력 설정을 행할 때에는, 수학식 모델의 오차에 의해, 온도에 오차가 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 유도 가열 장치 입구 측 및 출구 측에 설치된 온도 검출기(7)에서 측정한 강재(1)의 실측 온도에 의해, 전력을 보정한다.
도 15, 16은 FF 제어의 구성을 나타내는 도면이다. FF 제어 전력 연산 장치(18)는 각 유도 가열 장치(6)의 입구 측에 설치된 온도 검출기(7)의 측정 신호에 근거해서, 전력을 보정한다.
강재(1)의 선단으로부터 i번째 부분의 j대째 유도 가열 장치의 전력 보정값은 수학식 51로 주어진다.
Figure 112004008370107-pct00055
또한, FF 제어 전력 연산 장치(18)는 유도 가열 장치(6)마다 마련하여도 좋고, 또한 전체 유도 가열 장치(6)를 통괄하여 한 대로 제어하여도 좋다.
도 17, 18은 FB 제어의 구성을 나타내는 도면이다. FB 제어 전력 연산 장치(19)는 각 유도 가열 장치(6)의 출구 측에 설치된 온도 검출기(7)의 측정 신호 에 근거해서, 전력을 보정한다. 이 전력 보정값은 수학식 52로 구해진다.
Figure 112004008370107-pct00056
또한, FB 제어 전력 연산 장치(19)는 유도 가열 장치(6)마다 마련하여도 좋고, 또한 전체 유도 가열 장치(6)를 통괄하여 한 대로 제어하여도 좋다.
또한, 후술하는 가열 효율을 순차 추정하여, FF 제어나 FB 제어의 결과에 반영시키는 것도 효과적이다. 이 경우의 가열 보정 전력은, 각각,
Figure 112004008370107-pct00057
Figure 112004008370107-pct00058
로 된다.
단, β : 가열 효율 보정 계수이다.
이와 같이, 유도 가열 장치(6)의 전후에 비치된 온도 검출기(7)에 의한 실적 온도에 의해 보정을 행함으로써, 온도 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.
N. 모델 학습 기능
도 19는 학습 기능의 전체를 설명하는 도면이다. 본 모델 학습 기능은 이하 세 개의 학습 기능을 구비하고 있다.
① 유도 가열 장치(6)의 가열 효율을 추정하는 가열 효율의 학습
② 공냉에 의한 온도 강하량을 추정하는 공냉 학습
③ 교정 장치(5)에서의 온도 강하량을 추정하는 교정 장치에서의 온도 강하 추정량과 모델 학습
이하, 이들 학습 방법에 대하여 설명한다.
① 가열 효율의 학습
도 2에서의 구간 1, 구간 2, 구간 3의 거리를 각각, 11, l2, 13, 또한 각각의 구간의 통과 속도를 각각, v1, v2, v3으로 한다. 그리고, 강재(1)의 내부 온도 분포 x(k)를 하기 식으로 정의한다.
Figure 112004008370107-pct00059
구간 1의 종단에서의 온도는 수학식 56으로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00060
Figure 112004008370107-pct00061
유도 가열 장치(6)에서의 공급 전력량을 ub라고 하면, 구간 2의 종단에서의 온도는 수학식 58로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00062
Figure 112004008370107-pct00063
또한 구간 3의 종단에서의 온도는 수학식 61로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00064
Figure 112004008370107-pct00065
Figure 112004008370107-pct00066
이것이 목표 온도 Tr과 같게 되도록 ub를 정하면 좋으므로, 학습에 관한 수학식 62가 구해진다.
Figure 112004008370107-pct00067
학습 수학식 62에 의해, 목표 온도 Tr로 가열하기 위한 유도 가열 장치(6)로의 공급 전력량은 수학식 63으로 구해진다.
Figure 112004008370107-pct00068
그러나, 유도 가열 장치(6)에서의 전력 손실, 또한 공급된 전력량이 강재(1)를 승온시킬 때의 가열 손실 등 때문에, 수학식 63에서 구해진 전력량을 유도 가열 장치(6)로 공급하여도, 강재(1)의 승온량이 목표 승온량에 도달하지 않는 경우가 많다.
이 때문에, 공급 전력량이 강재(1)의 온도 상승에 미치는 가열 효율을, 실제 승온량을 구함으로써 산출하고, 유도 가열 장치(6)의 가열 효율을 고려한 후에, 목표 승온량을 얻기 위한 공급 전력량을 산출하는 것으로 한다.
강재(1)의 반송 속도와, 유도 가열 장치(6)의 입구 측과 출구 측에 설치된 온도 검출기(7)의 설치 간격으로부터, 피가열재가 있는 부분이 온도 검출기 사이를 통과하는 시간이 구해진다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 선단으로부터 i번째의 구간 1, 구간 2, 구간 3에서의 이동 속도를 각각, ν1(i), ν2(i), ν3(i)이라고 하면 온도 검출 기간의 통과 시간은 이하의 수학식 64로 구해진다.
Figure 112004008370107-pct00069
따라서, 유도 가열 장치(6)의 입구 측 및 출구 측의 온도 검출기(7)에서는, 시간차 tb(i)를 갖고, 강재(1)의 같은 위치의 온도가 검출된다. 그리고, 그 때의 온도 검출기(7)가 검출한 온도차가 강재(1)의 실제 승온량으로 된다. 또한, 온도 검출기(7)의 검출을 주기적으로 행함으로써, 강재(1) 전체의 승온량을 검출할 수 있다.
또한, 강재(1)의 선단으로부터 i번째 구간의 검출 온도를 Tbi(i)로 하고, 입구 측 온도 검출기 위치에서의 온도 분포는 균일하다고 가정한다.
Figure 112004008370107-pct00070
수학식 30에서, i번째의 효율을 β(i)로 하여, 공급 전력량 ub(i)를 부여한 경우, 출구 측 온도 검출기 위치에서의 온도 Tbo(i)는 수학식 66으로 된다.
Figure 112004008370107-pct00071
가열 효율은 부여된 전력 공급량 중 실제로 가열에 사용되는 전력량의 비율이고, 수학식 66을 변형하여, 수학식 67로 나타낸다.
Figure 112004008370107-pct00072
그리고, 추정된 가열 효율을 이용하여, 다음 단의 유도 가열 장치(6)로의 공급 전력량은 이하의 수학식 68로 주어진다.
Figure 112004008370107-pct00073
도 2의 제어 장치(10)는 주기마다 상기한 계산을 행하여, 유도 가열 장치(6)로 목표 전력량으로서 부여한다.
즉, 온도 검출기(7)에서의 계측을 주기적으로 실행하여, 가열 효율을 추정한다. 그리고, 이 가열 효율의 추정 결과를 현재 강재(1)가 다음에 통과하는 유도 가열 장치(6)에서의 투입 전력 계산에 반영시킨다. 그에 따라, 강재(1)의 온도 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 위에서 구한 효율 β(i)을 해당 유도 가열 장치에 있어서의 다음 블럭의 투입 전력을 계산할 때에 사용할 수도 있다. 즉, 가열 효율과 투입 전력은 이하의 수학식 69, 70으로 표시된다.
Figure 112004008370107-pct00074
Figure 112004008370107-pct00075
강재(1)의 온도 분포를 고려한 효율 추정을 행하여, 그 결과를 다음 블럭에 반영시키기 때문에, 온도 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
② 공냉 학습
수학식 9에 나타내는 온도 추정 계산 중에서, 대기와의 대류나 열 전달에 의한 발열량을 추정함으로써, 강재의 열전도 계산 학습을 행한다.
수학식 71에 나타내는 바와 같이, 열량 Q에 조정 계수 γ를 승산한 Q'를 대기의 발열량으로 한다. 이 조정 계수 γ를 변경하면서 온도 계산을 행하여, 실적 온도와 추정 온도가 가깝게 되도록 수렴 계산을 행한다.
Figure 112004008370107-pct00076
γ는 강재의 크기나 강의 종류에 의해 분류하여 보존해 두는 것도 생각된다.
③ 교정 장치에서의 온도 강하량 추정과 모델 학습
교정 장치(5)에서의 온도 강하량은 교정 장치(5)의 롤러에 의한 발열, 교정 장치 내에서의 대기에 의한 발열과 냉각수에 의한 발열을 고려함으로써, 수학식 72에서 구할 수 있다.
Figure 112004008370107-pct00077
또한, 각각의 발열항은 수학식 73 내지 76으로 나타내어진다.
Figure 112004008370107-pct00078
Figure 112004008370107-pct00079
Figure 112004008370107-pct00080
Figure 112004008370107-pct00081
Figure 112004008370107-pct00082
그러나, 이들 온도 추정값은 실제 계측에 따른 계측 오차나, 롤러의 마모, 냉각수의 걸림 상태 등의 경년 변화에 의한 영향이 커지고 있다. 그래서, 교정 장치(5)의 전후에서 실적한 온도를 이용해서, 이들 추정식에 보정을 가한다. 보정식은 수학식 77로 주어진다.
Figure 112004008370107-pct00083
조정 계수 α는 수학식 78로 구한다.
Figure 112004008370107-pct00084
수학식 78에서 구한 조정 계수를 이용하면, 교정 장치(5)의 온도 추정식의 오차를 보정하여, 온도 강하량의 경년 변화를 보정할 수 있다.
이와 같이 하여 구한 조정 계수 α는 다음 강재 이후의 가열 전력을 결정할 때에 사용한다. 또한, 강재(1)의 두께나 폭이나 승온량마다 분류하여 보존해 두고, 다음 강재 이후, 마찬가지의 가열 조건의 강재에 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 강재의 표면 온도, 내부 온도를 양호한 정밀도로 목표에 일치시켜, 강재가 원하는 성질을 갖는 열 처리를 행할 수 있다.

Claims (50)

  1. 열 처리 장치로서,
    강재를 가열하는 복수 대의 유도 가열 장치와,
    상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와,
    상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에서의 상기 강재의 예정 온도에 근거해서, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치와,
    상기 연산 장치에 의해 연산된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖고,
    상기 연산 장치는,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력, 또는 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는
    열 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는, 상기 강재의 압연 라인 상에 설치되어, 압연 후에 가속 냉각 장치에 의해 급속하게 냉각된 상기 강재를 가열하는 열 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 강재의 반송 속도는, 상기 강재의 크기에 근거해서 미리 정해진 반송 속도인 열 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 수단과,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 수단과,
    상기 온도 조건에 적합하지 않은 경우에는, 상기 공급 예정 전력을 수정하여 상기 온도 추정 수단과 상기 적합 판정 수단을 반복해서 실행하는 판정 처리 수단 과,
    상기 온도 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용되는 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 수단과,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 수단과,
    상기 온도 조건에 적합하지 않는 경우에는, 상기 공급 예정 전력을 수정하여 상기 온도 추정 수단과 상기 적합 판정 수단을 반복해서 실행하는 판정 처리 수단과,
    상기 온도 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용되는 공급 예정 전력에 근거해서, 상기 강재의 가열에 사용되는 각각의 유도 가열 장치의 전력량의 합계값이 소정의 값 이하인 전력 조건에 적합한지 여부를 판정하는 전력량 판정 수단과,
    상기 전력 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용되는 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 수단과,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 수단과,
    상기 온도 조건에 적합한 공급 예정 전력 중, 상기 강재의 가열에 사용되는 각각의 유도 가열 장치의 전력량의 합계값이 최소로 되는 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 유도 가열 장치에 의한 가열 후의 상기 강재의 두께 방향의 온도 분포 를 추정하는 온도 분포 추정 수단을 더 구비한 열 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도 분포 추정 수단은,
    상기 강재의 반송 속도에 근거해서, 상기 유도 가열 장치 내에서의 상기 강재의 두께 방향의 유도 전류 분포를 구하여 상기 강재 내부의 발생 열량을 산출하는 발생 열량 산출 수단과,
    상기 유도 가열 장치 외에 있어서의 상기 강재로부터 대기로의 방산 열량을 산출하는 방산 열량 산출 수단과,
    상기 발생 열량과 상기 방산 열량을 경계 조건으로 해서 상기 강재의 내부로의 열 전도를 연산하여 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 연산 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도 분포 추정 수단은, 교정 장치에 의한 상기 강재의 두께 방향의 온도 강하량을 추정하는 냉각 온도 추정 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 장방향에서 가상적으로 복수의 구획으로 분할하고, 이 구획 단위로 상기 강재의 가열에 사용된 가열 전력과 상기 강재의 온도 검출값의 이력을 관리하는 가열 이력 관리 수단을 더 갖는
    열 처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 수단과,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 수단과,
    상기 온도 조건에 적합한 공급 예정 전력 중, 상기 강재의 반송 속도가 최대로 되는 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 수단과,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 수단과,
    상기 온도 조건에 적합하지 않은 경우에는, 상기 공급 예정 전력을 수정하여 상기 온도 추정 수단과 상기 적합 판정 수단을 반복해서 실행하는 판정 처리 수단과,
    상기 온도 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용되는 공급 예정 전력에 근거해서, 상기 강재의 가열에 사용되는 각각의 유도 가열 장치의 전력량의 합계값이 소정의 값 이하인 전력 조건에 적합한지 여부를 판정하는 전력 판정 수단과,
    상기 전력 조건에 적합한 경우에는, 상기 반송 속도를 증가시킨 새로운 반송 속도를 이용하여 상기 온도 추정 수단, 상기 적합 판정 수단, 상기 판정 처리 수단, 상기 전력 판정 수단을 상기 온도 조건에 적합하지 않게 될 때까지 반복해서 실행하고, 상기 온도 조건과 상기 전력 조건에 적합한 최종 연산에 이용되는 반송 속도를 새로운 반송 속도로서 획득하는 반송 속도 연산 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  13. 열 처리 장치로서,
    강재의 압연 라인 상에 설치되어, 압연된 상기 강재를 급속하게 냉각시키는 가속 냉각 장치의 후단에 배치된 복수 대의 유도 가열 장치와,
    상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와,
    상기 압연 라인 상에 설치되어 상기 강재의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출기와,
    상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에서의 상기 강재의 상기 온도 검출기로 측정한 실측 온도에 근거해서, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치와,
    상기 연산 장치에 의해 연산된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖고,
    상기 연산 장치는,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력, 또는 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는
    열 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 반송 속도와 상기 온도 검출기에서 측정한 강재 온도에 근거해서 가열 후의 강재 온도를 추정하는 추정 수단과,
    추정한 강재 온도가 소정 온도 범위 내에 없는 경우에는, 상기 반송 속도를 변경하여 상기 추정 수단을 반복해서 실행시키는 반복 수단과,
    추정한 강재 온도가 소정 온도 범위 내에 있는 경우에는, 해당 반송 속도에 근거해서 상기 강재를 목표 온도로 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 전력 연산 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하 는 온도 추정 수단과,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 수단과,
    상기 온도 조건에 적합하지 않은 경우에는, 상기 공급 예정 전력을 수정하여 상기 온도 추정 수단과 상기 적합 판정 수단을 반복해서 실행하는 판정 처리 수단과,
    상기 온도 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용되는 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 수단과,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 수단과,
    상기 온도 조건에 적합하지 않은 경우에는, 상기 공급 예정 전력을 수정하여 상기 온도 추정 수단과 상기 적합 판정 수단을 반복해서 실행하는 판정 처리 수단 과,
    상기 온도 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용되는 공급 예정 전력에 근거해서, 상기 강재의 가열에 사용되는 각각의 유도 가열 장치의 전력량의 합계값이 소정의 값 이하인 전력 조건에 적합한지 여부를 판정하는 전력량 판정 수단과,
    상기 전력 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용되는 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 수단과,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 수단과,
    상기 온도 조건에 적합한 공급 예정 전력 중, 상기 강재의 가열에 사용되는 각각의 유도 가열 장치의 전력량의 합계값이 최소로 되는 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 유도 가열 장치에 의한 가열 후의 상기 강재의 두께 방향의 온도 분포를 추정하는 온도 분포 추정 수단을 더 구비하는 열 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 온도 분포 추정 수단은,
    상기 강재의 반송 속도에 근거해서, 상기 유도 가열 장치 내에서의 상기 강재의 두께 방향의 유도 전류 분포를 구하여 상기 강재 내부의 발생 열량을 산출하는 발생 열량 산출 수단과,
    상기 유도 가열 장치 외에서의 상기 강재로부터 대기로의 방산 열량을 산출하는 방산 열량 산출 수단과,
    상기 발생 열량과 상기 방산 열량을 경계 조건으로 해서 상기 강재의 내부로의 열전도를 연산하여 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 연산 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 온도 분포 추정 수단은, 교정 장치에 의한 상기 강재의 두께 방향의 온도 강하량을 추정하는 냉각 온도 추정 수단을 갖는 열 처리 장치.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 강재의 장방향에서 가상적으로 복수의 구획으로 분할하고, 이 구획 단위로 상기 강재의 가열에 사용된 가열 전력과 상기 강재의 온도 검출값의 이력을 관리하는 가열 이력 관리 수단을 더 갖는 열 처리 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    초단의 유도 가열 장치의 입구 측에 마련된 상기 온도 검출기에서 검출된 상기 강재의 선두 부분의 온도와 후단 부분의 온도와 상기 강재의 반송 속도에 근거해서, 상기 강재의 선두 부분과 후단 부분에 대하여 각각의 유도 가열 장치마다의 가열 목표 온도를 산출하는 목표 온도 산출 수단과,
    상기 강재의 선두 부분과 후단 부분에 있어서는, 상기 가열 목표 온도에 근거해서 각각의 유도 가열 장치로 공급하는 전력을 산출하고, 상기 강재의 선두 부 분과 후단 부분의 이동에 맞춰 상기 전력을 제어해서 상기 전원 장치로 공급하는 전력 공급 수단과,
    상기 강재의 선두 부분과 후단 부분 사이에 유지된 중간 부분에 있어서는, 상기 강재의 선두 부분의 실측 온도와, 후단 부분의 실측 온도와, 해당 중간 부분의 실측 온도에 근거해서, 상기 강재의 선두 부분과 후단 부분의 유도 가열 장치마다의 가열 목표 온도를 보정하여 상기 중간 부분의 유도 가열 장치마다의 가열 목표 온도를 산출하는 중간 부분 목표 온도 산출 수단과,
    상기 중간 부분의 유도 가열 장치마다의 가열 목표 온도에 근거해서 각각의 유도 가열 장치로 공급하는 중간 전력을 산출하고, 상기 강재의 중간 부분의 이동에 맞춰 상기 중간 전력을 제어하여 상기 전원 장치로 공급하는 중간 전력 제어 수단을 구비하는
    열 처리 장치.
  23. 제 13 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 유도 가열 장치의 전후에 상기 온도 검출기를 갖고,
    상기 연산 장치는,
    상기 유도 가열 장치로 공급된 전력과 상기 온도 검출기로 측정한 상기 강재의 상승 온도에 근거해서 상기 유도 가열 장치의 가열 효율을 추정하는 가열 효율추정 수단과,
    다음에 열 처리 예정인 상기 강재에 대하여 구한 전력을 상기 가열 효율을 이용해서 보정 연산하는 보정 연산 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  24. 제 13 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 압연 라인에 있어서의 상기 강재의 대기로의 방산 열량을 실적 온도에 의해 수정하는 온도 강하량 수정 수단과,
    다음에 열 처리 예정인 상기 강재에 대해, 상기 수정된 방산 열량에 의해 추정된 온도 강하량에 근거해서, 상기 강재를 목표 온도로 가열하기 위한 공급 예정 전력을 연산하는 냉각 보정 전력 연산 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  25. 제 13 항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 압연 라인에 있어서의 상기 강재의 상기 교정 장치에 의한 온도 강하량을, 상기 교정 장치의 전후에 설치된 온도 검출기에 의해 측정된 실측 온도에 의해 수정하는 온도 강하량 수정 수단과,
    다음에 열 처리 예정인 상기 강재에 대해, 상기 수정된 교정 장치에서의 온도 강하량에 근거해서, 상기 강재를 목표 온도로 가열하기 위한 공급 예정 전력을 연산하는 냉각 보정 전력 연산 수단을 갖는
    열 처리 장치.
  26. 제 13 항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치 사이에 상기 온도 검출기를 적어도 하나 갖고,
    상기 온도 검출기로 측정한 강재 온도와, 미리 인가된 그 위치에서의 목표 온도의 차에 근거해서 전단의 유도 가열 장치로 공급하는 전력을 제어하는 피드백 제어 수단과,
    상기 온도 검출기로 측정한 강재 온도와, 미리 인가된 그 위치에서의 목표 온도의 차에 근거해서 후단의 유도 가열 장치로 공급하는 전력을 제어하는 피드 포워드 제어 수단을 더 구비한 열 처리 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 피드백 제어 수단은,
    상기 강재의 장방향에서 가상적으로 분할한 복수의 구획 단위로, 상기 온도 검출기에서 측정한 강재 온도와, 미리 인가된 그 위치에서의 목표 온도의 차에 근 거해서 전단의 유도 가열 장치로 공급하는 전력을 제어하는 열 처리 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 피드 포워드 제어 수단은,
    상기 강재의 장방향에서 가상적으로 분할한 복수 구획 단위로, 상기 온도 검출기에서 측정한 강재 온도와, 미리 인가된 그 위치에서의 목표 온도의 차에 근거해서 후단의 유도 가열 장치로 공급하는 가열 전력을 제어하는 열 처리 장치.
  29. 열 처리 장치로서,
    강재의 압연 라인 상에 설치되고, 압연된 상기 강재를 급속하게 냉각하는 가속 냉각 장치의 후단에 배치된 복수 대의 유도 가열 장치와,
    상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와,
    상기 압연 라인 상에 설치되어 상기 강재의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출기와,
    상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 예정 온도에 근거해서, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 제 1 공급 예정 전력을 연산하는 제 1 연산 장치와,
    상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 상기 온도 검출기에서 측정한 실측 온도에 근거해서, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 제 2 공급 예정 전력을 연산하는 제 2 연산 장치와,
    상기 강재의 예정 온도와 상기 강재의 실적 온도의 차가 소정 범위 내에 있으면, 상기 제 1 공급 예정 전력을 공급 예정 전력으로서 선택하고, 상기 강재의 예정 온도와 상기 강재의 실적 온도의 차가 소정의 범위 내에 없으면, 상기 제 2 공급 예정 전력을 공급 예정 전력으로서 선택하는 전력 선택 장치와,
    상기 전력 선택 장치에 의해 선택된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖고,
    상기 제 1 및 제 2 연산 장치는,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력, 또는 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는
    열 처리 장치.
  30. 강재를 가열하는 복수 대의 유도 가열 장치와, 상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치와, 상기 연산 장치에 의해 연산된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖는 열 처리 장치의 열 처리 방법으로서,
    상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 예정 온도에 근거해서,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 단계,
    또는, 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 단계를 포함하는
    열 처리 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는, 상기 강재의 압연 라인 상에 설치되고, 압연 후에 가속 냉각 장치에 의해 급속하게 냉각된 상기 강재를 가열하는
    열 처리 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 강재의 반송 속도는, 상기 강재의 크기에 근거해서 미리 정해진 반송 속도인
    열 처리 방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 단계와,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 단계와,
    상기 온도 조건에 적합하지 않은 경우에는, 상기 공급 예정 전력을 수정하여 상기 온도 추정 수단과 상기 적합 판정 수단을 반복해서 실행하는 판정 처리 단계와,
    상기 온도 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용된 공급 예정 전력을 상 기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 단계를 더 포함하는
    열 처리 방법.
  34. 강재의 압연 라인 상에 설치되어, 압연된 상기 강재를 급속하게 냉각하는 가속 냉각 장치의 후단에 배치된 복수 대의 유도 가열 장치와, 상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와, 상기 압연 라인 상에 설치되어 상기 강재의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출기와, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치와, 상기 연산 장치에 의해 연산된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖는 열 처리 장치의 열 처리 방법으로서,
    상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 상기 온도 검출기에서 측정한 실측 온도에 따라,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 단계,
    또는 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부 온도가 소정 위치에 있어서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 단계를 포함하는
    열 처리 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 반송 속도와 상기 온도 검출기로 측정한 강재 온도에 근거해서 가열 후의 강재 온도를 추정하는 추정 단계와,
    추정한 강재 온도가 소정 온도 범위 내에 없는 경우에는, 상기 반송 속도를 변경하여 상기 추정 수단을 반복해서 실행시키는 반복 단계와,
    추정한 강재 온도가 소정 온도 범위 내에 있는 경우에는, 해당 반송 속도에 근거해서 상기 강재를 목표 온도로 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 전력 연산 단계를 더 포함하는
    열 처리 방법.
  36. 강재의 압연 라인 상에 설치되어, 압연된 상기 강재를 급속하게 냉각하는 가속 냉각 장치의 후단에 배치된 복수 대의 유도 가열 장치와, 상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와, 상기 압연 라인 상에 설치되어 상기 강재의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출기와, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치와, 상기 연산된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하 는 전원 장치를 갖는 열 처리 장치의 열 처리 방법으로서,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 공급 예정 전력 연산 단계,
    또는 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 공급 예정 전력 연산 단계와,
    상기 강재의 예정 온도와 상기 강재의 실적 온도의 차가 소정 범위 내에 있으면, 상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 예정 온도에 따라, 상기 공급 예정 전력 연산 단계를 실행하는 단계와,
    상기 강재의 예정 온도와 상기 강재의 실적 온도의 차가 소정 범위 내에 없으면, 상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 상기 온도 검출기에서 측정한 실측 온도에 근거해서, 상기 공급 예정 전력 연산 단계를 실행하는 단계를 포함하는
    열 처리 방법.
  37. 강재를 가열하는 복수 대의 유도 가열 장치와, 상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치와, 상기 연산 장치에 의해 연산된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖는 열 처리 장치의 열 처리 프로그램을 기록한 기록 매체로서,
    컴퓨터로 하여금,
    상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 예정 온도에 근거해서,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 단계,
    또는 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 단계를 실행케 하기 위한 프로그램을 기록한
    기록 매체.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 유도 가열 장치는, 상기 강재의 압연 라인 상에 설치되어, 압연 후에 가속 냉각 장치에 의해 급속하게 냉각된 상기 강재를 가열하는 기록 매체.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 강재의 반송 속도는, 상기 강재의 크기에 근거해서 미리 정해진 반송 속도인 기록 매체.
  40. 제 37 항에 있어서,
    컴퓨터로 하여금,
    상기 강재의 반송 속도와 상기 공급 예정 전력을 포함하는 데이터로부터 유도 가열 후에 있어서의 상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도를 추정하는 온도 추정 단계와,
    상기 강재의 표면 온도와 두께 방향의 내부 온도가 소정의 온도 조건에 적합한지 여부를 판정하는 적합 판정 단계와,
    상기 온도 조건에 적합하지 않은 경우에는, 상기 공급 예정 전력을 수정하여 상기 온도 추정 수단과 상기 적합 판정 수단을 반복해서 실행하는 판정 처리 단계 와,
    상기 온도 조건에 적합한 경우에는, 그 연산에 이용되는 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전력으로 하는 전력 결정 단계를 더 실행케 하기 위한 프로그램을 기록하는
    기록 매체.
  41. 강재의 압연 라인 상에 설치되어, 압연된 상기 강재를 급속하게 냉각하는 가속 냉각 장치의 후단에 배치된 복수 대의 유도 가열 장치와, 상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와, 상기 압연 라인 상에 설치되어 상기 강재의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출기와, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치와, 상기 연산 장치에 의해 연산된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖는 열 처리 장치의 열 처리 프로그램을 기록한 기록 매체로서,
    컴퓨터로 하여금,
    상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 상기 온도 검출기에서 측정하는 실측 온도에 근거해서,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도 와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 단계,
    또는 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 단계를 실행케 하기 위한 프로그램을 기록한
    기록 매체.
  42. 제 41 항에 있어서,
    컴퓨터로 하여금,
    상기 반송 속도와 상기 온도 검출기로 측정한 강재 온도에 근거해서 가열 후의 강재 온도를 추정하는 추정 단계와,
    추정한 강재 온도가 소정 온도 범위 내에 없는 경우에는, 상기 반송 속도를 변경하여 상기 추정 수단을 반복해서 실행시키는 반복 단계와,
    추정한 강재 온도가 소정 온도 범위 내에 있는 경우에는, 해당 반송 속도에 근거해서 상기 강재를 목표 온도로 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 전력 연산 단계를 실행시키는 프로그램을 더 기록한
    기록 매체.
  43. 강재의 압연 라인 상에 설치되어, 압연된 상기 강재를 급속하게 냉각하는 가속 냉각 장치의 후단에 배치된 복수 대의 유도 가열 장치와, 상기 강재를 교정하기 위한 교정 장치와, 상기 압연 라인 상에 설치되어 상기 강재의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출기와, 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 연산 장치와, 상기 연산된 공급 예정 전력을 상기 유도 가열 장치로 공급하는 전원 장치를 갖는 열 처리 장치의 열 처리 프로그램을 기록한 기록 매체로서,
    컴퓨터로 하여금,
    상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 1 목표 온도 이하이고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도와 제 2 목표 온도의 차가 소정 범위 내로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 공급 예정 전력 연산 단계,
    또는 상기 유도 가열 장치에 의해 가열 중인 상기 강재의 표면 온도가 제 3 목표 온도 이상으로 되고, 가열 종료 시의 강재 두께 방향 내부의 소정 위치에 있어서의 온도가 제 4 목표 온도 이하로 되도록 가열하기 위해 상기 유도 가열 장치로 공급하는 공급 예정 전력을 연산하는 공급 예정 전력 연산 단계와,
    상기 강재의 예정 온도와 상기 강재의 실적 온도의 차가 소정 범위 내에 있으면, 상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 예정 온도에 근거해서, 상기 공급 예정 전력 연산 단계를 실행하는 단계와,
    상기 강재의 예정 온도와 상기 강재의 실적 온도의 차가 소정 범위 내에 없으면, 상기 강재의 크기와, 상기 강재의 반송 속도와, 상기 강재의 가열 목표 온도와, 상기 유도 가열 장치의 전단에 있어서의 상기 강재의 상기 온도 검출기로 측정한 실측 온도에 근거해서, 상기 공급 예정 전력 연산 단계를 실행하는 단계를 실행케 하기 위한 프로그램을 기록한
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