JPH02153017A - 炉内雰囲気ガス組成制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は鋼材等の雰囲気熱処理炉における炉内雰囲気ガ
スの成分組成を所期のカーボンポテンシャルに制御する
方法に関するものである。

［従来の技術］ 鋼材等を熱処理する雰囲気熱処理炉において炉内雰囲気
ガスの成分組成は、一般にカーボンポテンシャルファク
タ（以下ＰＦという）と称されるＣＯ濃度の２乗をＣＯ
２濃度で除した値を予め定めた目標値に合致させるべく
炉内へ供給する吸熱型雰囲気ガス或いは発熱型雰囲気ガ
スの供給量を制御することにより行なわれている。即ち
、例えば第３図に示したように炉１内の雰囲気ガスを所
定のサンプリング時間（例えば３分）毎にガス分析計２
により分析しＣＯ濃度ｘ１とＣＯ２Ｏ２濃度ｘ２を検出
し、これよりカーボンポテンシャルファクタＰＦ（＝χ
ｉ／χ２）をＰＦ演算器３により演算し、このＰＦ測定
値とＰＦパターン設定器４に予め設定されたＰＦ目標値
との偏差ΔＰＦを解消させるべく比例項と積分項とを調
節要素としたＰＩ調節計５を介してガス量調整手段（バ
ルブ）６に開度指令信号を串してガス発生器７にて生成
した吸熱型雰囲気ガスの類１内への供給量を調節させる
ようにしている。なお同図中、８は類１内の鋼材、９は
類１内の雰囲気ガス撹拌用ファン、　１０は雰囲気ガス
排出口を示す。

［従来技術の課題］ しかし上記従来のＰＦ制御系では一定量の吸熱型雰囲気
ガスを類１内に供給したときのカーボンポテンシャルフ
ァクタＰＦの上昇分、即ちゲインがそのときの類１内の
ＣＯ濃度およびＣＯ２濃度によって大きく変動するため
上記ＰＩ調節計５の比例帯Ｋｐや積分時間Ｔ１を如何に
選択してもその時々の適切なガス供給量を指令できず、
このために炉内のカーボンポテンシャルファクタＰＦが
長時間を経過してもその目標値と大きく異なったままと
なったり或いは制御過敏となり炉内カーボンポテンシャ
ルファクタＰＦが大きくハンチングし、その結果炉内鋼
材を無用に脱炭、或いは浸炭させ所期の熱処理が達成で
きなくするおそれがあった。

［発明の目的コ そこで本発明はカーボンポテンシャルファクタＰＦの制
御をより容易、確実ならしめ所期の炉内雰囲気ガス組成
を維持できることで良質の熱処理を施し得る炉内雰囲気
ガス組成制御方法を提供しようとするものである。

［目的を達成するための手段］ 上記目的を達成するため本発明は、吸熱型雰囲気ガス（
カーボンポテンシャルファクタを高める性質を持ったガ
ス）と発熱型雰囲気ガス（カーボンポテンシャルファク
タを低める性質を持ったガス）を夫々ガス量調整手段を
介して炉内に供給し、該吸熱型雰囲気ガスの供給量Ｕ工
と発熱型雰囲気ガスの供給量ｕ２を調整することによっ
て炉内を予め定められたカーボンポテンシャルファクタ
ＰＦ　（Ｃ０濃度の２乗をＣＯ□濃度で除した値）の目
標値に制御する雰囲気ガス熱処理炉において、所定のサ
ンプリング時間Δを毎に炉内のＣＯ濃度ｘ１とＣ０２濃
度χ２を検出し、該ＣＯ濃度χ４．ＣＯ□濃度χ２から
炉内のカーボンポテンシャルファクタＰＦの測定値を演
算すると共に、該ＣＯ濃度ｘ１とＣＯ２′ａ度χ２を演
算要素として繰り入れてカーボンポテンシャルファクタ
ＰＦの目標値と測定値との偏差ΔＰＦと前記供給量Ｕ工
＋　ｕ２との関係式を演算し、該関係式を満たすように
前記ガス量調整手段にガス量指令信号を出すようにした
ことを特徴とするものである。

［作用］ 所定のサンプリング時間Δし毎に炉内雰囲気ガスのＣＯ
Ｊ度χ１およびＣＯ、　ｆＡ度χ２を演算要素として繰
り入れた関係式を演算し、この関係式を満たすべく偏差
ΔＰＦに応じ供給量ｕ４．供給量ｕ２を指令するように
したことで常に適格な供給量Ｕ工、供給量ｕ２が指令で
きる。

［実施例］ 次に第１図に従い本発明の一実施例を説明する。

図において１，１は炉、２はガス分析計、３はＰＦ演算
器、４はＰＦパターン設定器、５はＰＩ調節計、６はガ
ス量調整手段（バルブ）、７は吸熱層雰囲気ガス（以下
ＲＸガスという）のガス発生器、８は鋼材、９は炉内雰
囲気ガス撹拌用ファン、１０は炉内雰囲気ガス排出口で
、これにより第３図に従い説明した従来例と同じくカー
ボンポテンシャルファクタＰＦの目標値と測定値との偏
差ΔＰＦが演算される。そして、ガス発生器７で生成さ
れたＲＸガスはガス量調整手段６によりその供給量Ｕ工
が調整され炉１へ供給される。また、１２は発熱形雰囲
気ガス（以下ＮＸガスという）のガス発生器、１３は該
ガス発生器１２で生成されたＮＸガスの炉１への供給量
ｕ２をｒＡ整するガス量！ｌ！！整手段（バルブ）であ
る。

なお、ガス発生器７およびガス発生器１２にて生成され
る雰囲気ガスの成分の一例を示せば次のとおりである。

ＲＸガス成分 Ｃｏ　；　２４．１〜２３．３％ Ｎ２；３１．６〜３０．３％ Ｃｏ２；　０．２〜０．５％ Ｎ２；残り ＮＸガス成分 ＣＯ；　１〜４％ Ｎ２：０．５〜３％ ＣＯ□≦０．２％ Ｎ２；残り しかして、本発明ではこのＲＸガスの供給量Ｕ工とＮＸ
ガスの供給量ｕ２を偏差ΔＰＦに従い以下に説明する関
係式を満たすように関係式演算器１１よりガス量調整手
段６．ガス量調整手段１３に夫々ガス量指令信号を出さ
しめるがその関係式は次のようにして求められる。

まず関係式を求めるに必要な各文字を定義する。

Ｕよ；Ｒｘガス供給量［２７分］〉Ｏ ｕ、；ＮＸガス供給量［イ／分］〉０ χ工；炉内雰囲気ガスのＣＯ濃度［ＶＯＬ％］χ２；炉
内雰囲気ガスのＣＯ２濃度［ＶＯＬ％］Ｖ；炉内容積（
一定） なお、この容積一定の炉からの排気量はＵ工＋ｕ２とな
る。

またＲＸガスをｌｒｎ’炉内へ供給し炉内の化学変化が
平衡した後、ＣＯ量が体積でｇ工、／１００増加したと
する時、このｇＬ工を“ＲＸガスからＣＯ濃度への寄与
率”ということにする。

同様に”ＲＸガスからＣ０２ａ度への寄与率″をｇｚＬ
”ＮＸガスからＣＯ濃度への寄与率″をｇ工２”ＮＸガ
スからＣＯ□濃度への寄与率″′をｉｚ２とする。なお
化学変化が起こらないときには、これらは各々のガスの
ＣＯ、ＣＯ□濃度に等しい。ここでｇ　ｔｓ　＋　ｇ　
ｉｚ　ｖ　ｇ　ｚｚ　＋　ｇ　２２の単位はＶＯＬ％で
ある。

さて、炉１内の濃度χ、、濃度χ２は所定のサンプリン
グ時間Δを毎に検出されるが、Δを時間に炉内へ供給さ
れる雰囲気ガスにより増加する炉内のＣＯ量は次式で表
わされる。

一′−（ｕｌ・Δｔ）十青亡（ｕ、・Δｔ）　　　　　
（１）また、雰囲気ガス排出口１０からの排出ガスによ
り炉１内から失なわれるＣＯ量は、炉内の撹拌能力が高
いとしてΔを時間内に 青ぜ（Ｕ工＋ｔ＋ｚ）・Δｔ（２） 炉１内のＣＯ量増加は Ｖ…且五−Ｖ当＝Ｖ堝 （３）式＝（１）式−（２）式より ・・・（４） 同様にして、ＣＯ２Ｈに関して ・・・（５） で表わされる。上記（６）式を微分し偏差ΔＰＦを近似
的に求めると、 ・・・（７） ΔＰＦ＝２−”−”Δχ、−（−）”・Δχ２　　　　
　（８）χ２　　　　　　　　χ２ 一方、（４）式と（５）式を整理し、Ｕ工＋　ｕ、でく
くると次式が導かれる。

ｄ　Ｚ　ｘ　＝Ｌ二二・ｕ、＋−二り、ｕ、　　　（９
）ｄｔ　　　　　　　Ｖ　　　　　　　　　　ＶｄＺ２
＝らＥ≦ＬＬ、ｕ、　＋ＬＬ二ムー、ｕ、　　　　（１
ｏ）ｄｔ　　　　　　Ｖ　　　　　　　　　　　Ｖここ
で式を簡単にするため下記の置き換えをするＣ４＝２−
　　　　、Ｃ２＝（工”）′χ１ χ２　　　　　　　　　　　　　χ２ ｃ、＝らＬ二ＬＬ　　、　（４＝ｇ−７ｖ　　　　　　
　　　　　　　ｖ ｃ、＝らＬ二り一　、ＣＧ＝らＬ二Ｚｉ　　　　（１１
）■　　　　　　　　　　　　　ｖ （９）、（１０）式を差分形式で書くとΔχ、＝Ｃ１・
ｕｌ・Δｔ＋Ｃ４・ｕ２・Δｔ　　　　（１２）Δχ２
＝Ｃｓ−ｕ□・Δｔ＋Ｃ６・ｕ２・Δｔ　　　　（１，
３）又、（８）式は ΔＰＦ＝Ｃ工・Δχ１−Ｃ２・ΔχＺ　　　　　　　（
ｔ４）であるから（１２）、　（１３）式を（１４）式
へ代入するとΔＰＦ＝（Ｃ，、・Ｃ−、−Ｃ，・Ｃ，）
・ｕｌ・Δｔ＋（ＣＬ’Ｃ４Ｃｚ’Ｃｓ）’ｕ２’Δｔ
　（１５）（１５）式より 空圧＝（Ｃｚ’Ｃ３−Ｃｚ”Ｃ５）ｕｘΔｔ ＋（Ｃ，−Ｃ，−Ｃ，−Ｃｓ）ｕ２　　　　（１６）と
なる。（１６）式におけるＵ工ｖ　ｕ、の係数Ｃ１〜Ｃ
５は（１１）式に定義した如く濃度χ４．濃度χ２の関
数である。このように偏差ΔＰＦは濃度χ１１ａ度χ２
が演算要素として繰り入れられた関係式（１６）により
供給量”１１供給量ｕ２の関数として表わされる。この
濃度χ１．濃度χ２はΔを時間毎に検出された値を入力
する。このように（１６）式は２つの変数Ｕ工。

ｕ２を持つものであるので実際に供給量ｕｘ＋供給量ｕ
２を指令するにはその一方の供給量Ｕ工または供給量ｕ
２を一定値とし他方を偏差ΔＰＦに従い制御する方法が
考えられる。また、一方の供給量ｔｌＬまたはｕｌを数
段階に変化させその際常に（１６）式が満たされるよう
に他方の供給量を無段階に調整させてもよい０例えば供
給量ｕ２を０．５．１０．１５Ｎｒｎ”／　ｈのいずれ
かに設定し供給量Ｕ工を八ＰＦに従い調整する。そのと
き供給量Ｕ工が最大になってもなおり−ボンポテンシャ
ルファクタＰＦが所定まで上がらないときｕ２＝０に設
定しＰＦを上昇させるようにしてもよい。またカーボン
ポテンシャルファクタＰＦを下降させるときＵよ＝０と
してもＰＦが未だ下がらないときはｕ２を増すようにし
てもよい。

以上により偏差ΔＰＦからＲＸガス供給１ｕ工、　ＮＸ
ガス供給量ｕ２が計算できる。

なお、第１図の実施例ではＲＸガスのガス発生器７とＮ
Ｘガスのガス発生器１２を夫々−金兄具備しているが、
ガス供給能力が異なるものを夫々２金兄設けた場合、例
えば第２図に示したように供給能力２５Ｎ　ｒｄ／　ｈ
　（７）ＲＸガス発生器１４ト、供給能カフ５Ｎｒｒｒ
／ｈのＲＸガス発生器１５と、供給能力５Ｎｒｒｉ’／
ｈのＮＸガス発生器１６と、供給能力１ＯＮｒｎ’／ｈ
のＮＸガス発生器１７を設けた場合その一方を優先的に
使用するようにしてもよい。

［発明の効果］ 濃度χ、および濃度χ２を演算要素として繰り入れた関
係式を演算し、常にこの関係式が満たされるように偏差
ΔＰＦに応じガス量調整手段にガス量指令信号を出すも
のであるので、これによって指令されるガス供給量ｕＬ
ｌｕ２はカーボンポテンシャルファクタＰＦの目標値と
測定値との偏差ΔＰＦを解消するのに常に適切な値とな
り炉内雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを常に適正な
ものに確実性高く維持できる。このため炉内の鋼材等の
被処理材を常に適正なカーボンポテンシャルの基で熱処
理できその品質を向上させる有益な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炉内雰囲気ガス組成制御方法の一実施
例を示した制御系統図、第２図は雰囲気ガス供給系の他
の実施例を示した図、第３図は従来の炉内雰囲気ガス組
成制御方法の制御系統図である。 １・・・炉、２・・・ガス分析計、３・・・ＰＦ演算器
、４・・・ＰＦパターン設定器、５・・・ＰＩｔＪＲ節
計、６・・・ガス量調整手段、７・・・吸熱層雰囲気ガ
ス発生器、８・・・鋼材、１１・・・関係式演算器、１
２・・・発熱型雰囲気ガス発生器、１３・・・ガス量調
整手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　カーボンポテンシャルファクタ（ＣＯ濃度の２乗をＣ
   Ｏ＿２濃度で除した値）を高める性質を持ったガスとカ
   ーボンポテンシャルファクタを低める性質を持ったガス
   を夫々ガス量調整手段を介して炉内に供給し、該カーボ
   ンポテンシャルファクタを高める性質を持ったガスの供
   給量ｕ＿１と、低める性質を持ったガスの供給量ｕ＿２
   を調整することによって炉内を予め定められたカーボン
   ポテンシャルファクタの目標値に制御する雰囲気ガス使
   用処理炉において、所定のサンプリング時間Δｔ毎に炉
   内のＣＯ濃度ｘ＿１とＣＯ＿２濃度ｘ＿２を検出し、Ｃ
   Ｏ濃度ｘ＿１とＣＯ＿２濃度ｘ＿２から炉内のカーボン
   ポテンシャルファクタＰＦの測定値を演算すると共に、
   該ＣＯ濃度ｘ＿１とＣＯ＿２濃度ｘ＿２を演算要素とし
   て繰り入れてカーボンポテンシャルファクタＰＦの目標
   値と測定値との偏差ΔＰＦと前記供給量ｕ＿１、ｕ＿２
   との関係式を演算し、該関係式を満たすように前記ガス
   量調整手段にガス量指令信号を出すようにしたことを特
   徴とする炉内雰囲気ガス組成制御方法。