JPH0576145B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、誘導加熱炉において鋼材を長手方向
に均一に加熱する加熱制御方法に関するもので、
さらに詳言すれば、燃焼加熱炉で加熱された赤熱
鋼材をさらに高温にかつ均一に加熱する誘導加熱
制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

誘導加熱炉内で鋼材をバツチ的に加熱する場合
の問題としては、次の二点がある。

その一としては、誘導加熱炉への投入電力をい
くらにするかであり、その二としては、誘導加熱
炉の加熱電力周波数をいくらにするかである。

この誘導加熱炉の投入加熱電力の値、およびこ
の加熱電力の周波数の値により、鋼材の加熱温度
分布、加熱時間が決定され、加熱材料である鋼材
の品質確保、加熱効率、その他に影響を与える。
従つて、処理しようとする鋼材の形状、加熱工程
に対して最適な値を選定する必要がある。

特に、燃焼加熱炉で加熱し、さらに誘導加熱炉
でさらに高温にかつ均一に加熱する加熱プロセス
においては、鋼材の誘導加熱炉への装入時に、燃
焼加熱炉から誘導加熱炉までの搬送時における自
然放冷のために、この鋼材には長手方向の温度分
布が生じてしまうので、この温度分布の生じた鋼
材全体が均一な温度となるように加熱する必要が
ある。

第５図に、この燃焼加熱炉で加熱した鋼材を引
続き誘導加熱炉で加熱する加熱プロセスの概要を
示す。燃焼加熱炉２で或る温度まで均一に加熱さ
れた鋼材１は、この燃焼加熱炉２から搬出された
後に直ちに誘導コイル４を有する誘導加熱炉３に
装入されてさらに高温に加熱されるのであるが、
燃焼加熱炉２から誘導加熱炉３に搬送する間に自
然放冷されることによつて、中央部１ｂよりも端
部１ａの温度の方が低下する。この鋼材１の自然
放冷の状態を、第２図に示した鋼材１の長手方向
ｘに沿つた中央部分である測温部分１Ａに沿つて
測温すると、得られる温度分布Θは第３図のごと
くとなる。

この第３図から明らかなごとく、鋼材１の温度
分布Θは、端部１ａの部分で温度勾配が生じてい
るが、中央部１ｂではほぼ均一な温度となつてお
り、端部１ａはその鋼材端ＡおよびＢの温度が最
も低くなつており、中央部１ｂに近づくに従つて
温度が上昇している。

このように、燃焼加熱炉２から誘導加熱炉３に
供給される鋼材１には、ほぼ一定の形態で温度分
布Θが生じている、すなわち放冷時間の長さに応
じて、時間大の時は温度差が大、時間小の時は温
度差が小となる一定の形態の温度分布Θが生じて
いるので、誘導加熱炉３では、この温度分布Θを
なくして鋼材１全体を均一に加熱昇温させる必要
がある。このため、誘導加熱炉３における鋼材１
の加熱制御形態としては、鋼材１の中央部１ｂよ
りも端部１ａに対する加熱が大きくなるように、
加熱電力の周波数を高い値に選定する手段が採ら
れている。

この加熱制御手段の代表的な従来技術として特
願昭60−240420号がある。この特願昭60−240420
号に示された技術は、均熱期において加熱電力の
周波数を高い値に変更するものであつて、第６図
に示すように、鋼材１の鋼材端１Ａの箇所１Ｌと
中央部１ｂの表面の箇所１Ｈと中央部１ｂの肉厚
中央部分の箇所１Ｃとを測温し、箇所１Ｈの温度
ΘHが予定している鋼材１の加熱最高温度に達し
たならば、第７図に示すごとく、加熱電力Ｗを低
下させ、この温度ΘHが一定レベルまで低下した
時点で加熱電力Ｗを再度低下させると共に、加熱
電力Ｗの周波数を高くして鋼材１の端部１ａに対
する加熱力を鋼材１の中央部１ｂに対する加熱力
よりも増大させる。この端部１ａに対する加熱力
の増大および鋼材１全体に対する加熱電力Ｗの減
少による中央部１ｂの温度低下は、鋼材１の中央
部１ｂの肉厚中央の箇所１Ｃの温度ΘCと一致す
るように制御され、温度ΘHおよびΘLを所定の
値となつた温度ΘCと等しくすることにより、鋼
材１全体の目標温度への均一加熱が達成されるの
である。

この均一加熱手法は、誘導加熱炉３による鋼材
１に対する加熱を、初期には加熱電力Ｗの周波数
をできるだけ低周波とすることによつて、鋼材１
内部の温度上昇を達成し、均熱期には加熱電力Ｗ
の周波数を高くして鋼材１の中央部１ｂよりも端
部１ａに対する加熱効率を高くしている。

また、鋼材１の端部１ａの温度降下がなけれ
ば、鋼材１の端部１ａに対する熱補償を必要とし
ないので、特公昭52−47179号公報に示されてい
るように、鋼材１を燃焼加熱炉２から誘導加熱炉
３に搬送する時に、着脱自在な断熱材製のカバー
７を鋼材１の端部に装着（第８図参照）する手段
が考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

したしながら、特願昭60−240420号に示された
手段は、鋼材１の端部１ａの温度を上昇させる均
熱期における誘導加熱炉３の加熱電力が低いため
に、この加熱電力の周波数を高くしても端部１ａ
の昇熱は遅く、このため端部１ａの温度回復に長
い時間が必要となつてしまう。特に、誘導加熱開
始時における端部１ａの温度低下が著しい場合に
は、この端部１ａの昇熱の遅れは顕著となる。

また、特公昭52−47179号公報に示された手段
は、カバー７の鋼材１に対する着脱装置が複雑と
なり、鋼材１に対するカバー７の着脱のための新
たな作業工程が必要となる等のことから、実施の
可能性は極めて低い。

本発明は、上記した従来例における欠点および
不満点を解消すべく創案されたもので、誘導加熱
炉における加熱電力の周波数の相違による鋼材に
対する加熱形態の相違を利用して、加熱力の強い
時期に鋼材の温度分布形態に応じて、加熱電力の
周波数を選択選定することにより、鋼材の端部に
対する加熱電力を鋼材の中央部に対する加熱電力
よりも大きくして、供給された鋼材全体を早期に
均一に加熱することをその技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

以下、第１図ないし第４図を参照しながら本発
明による誘導加熱制御方法を説明する。

本発明の手段は、 燃焼加熱炉２で加熱された鋼材１をさらに高温
かつ均一に誘導加熱炉３により加熱する技術に関
するものであること、 誘導加熱炉３の誘導コイル４に与えられる加熱
のための電力の周波数を高い周波数の所定値に選
定すること、 この加熱電力の周波数の選定は、誘導加熱炉２
に鋼材１が装入される時の鋼材１の長手方向に沿
つた温度分布に基づいて、鋼材１の中央部１ｂと
端部１ａとの温度差を零とする値に選定されるこ
と、 この鋼材１の温度分布に基づいて選定された周
波数の加熱電力による鋼材１の加熱は、誘導加熱
炉３に与えられる加熱電力が大きい時期に行われ
ること、 にある。

誘導加熱炉３の誘導コイル４に与えられる加熱
電力の周波数を選定するための基礎となる、鋼材
１の端部１ａと中央部１ｂとの温度差は、この鋼
材１が誘導加熱炉３に装入された時の端部１ａと
中央部１ｂの温度差を基準に選定されるのである
が、鋼材１が誘導加熱炉３に装入された時は、鋼
材１の端部１ａの温度が最も低下している時期で
あるので、鋼材１の端部１ａと中央部１ｂとの温
度差は最も大きい状態にある。

このため、本発明方法による鋼材１の加熱は、
鋼材１の中央部１ｂに対する加熱よりも端部１ａ
に対する加熱の方がはるかに強力となる。

また、誘導加熱炉３の加熱電力の周波数を上記
のごとく設定しての鋼材１の加熱は、誘導加熱炉
３に与えられる加熱電力が大きい時期に実施され
るものであるので、鋼材１の端部１ａに対する加
熱程度はさらに強力なものとなり、このため本発
明方法の実施により誘導加熱炉３に供給された鋼
材１の端部１ａは急速に高い温度まで加熱される
ことになる。

一般に、誘導加熱炉３においては、供給された
鋼材１を急速に所望する高い温度まで短時間で加
熱すべく加熱の初期に大電力が供給され、しかる
後供給電力を低下させて目的温度に均熱するので
あるから、本発明方法は、誘導加熱炉３による鋼
材１の加熱操作の初期に実施されることになる。

この誘導加熱炉３における鋼材１装入時は、鋼
材１の全体温度が最も低く、かつ鋼材１の端部１
ａと中央部１ｂとの温度差が最も大きい状態にあ
るので、鋼材１の端部１ａに対する誘導加熱炉３
の加熱は極めて効率良く達成されることになり、
その昇温は短時間で達成できる。

鋼材１の端部１ａの所望温度までの昇温が達成
されたならば、以下、従来からの誘導加熱炉３に
おける加熱制御法に従つて、加熱電力の周波数お
よび加熱電力の値を制御すれば良い。

〔実施例〕 第１図図示実施例の場合、誘導加熱炉３装入時
の鋼材１の温度分布Θ、すなわち鋼材１の長手方
向の温度差ΔΘを、鋼材１の燃焼加熱炉２から誘
導加熱炉３への搬送路６の誘導加熱炉３入口直前
に配置された放射温度計５で測定している。この
温度計５による鋼材１の温度測定は、第２図に示
すごとく、鋼材１の短手辺の中央の長手辺方向に
沿つた部分である測温部分１Ａで行われるのが安
定した測温を得ることができる。

温度計５で測定した鋼材１の温度分布Θの例を
第３図に示す。この第３図において、測定開始点
である鋼材端Ａおよび測定完了点である鋼材端Ｂ
が最も温度が低く、端部１ａの温度は中央部１ｂ
に近づくに従つて上昇していることが分かる。

温度差ΔΘは、鋼材１の厚みｔ、燃焼加熱炉２
から誘導加熱炉３までの搬送時間、その他により
変化するものであるが、第４図に示した、加熱時
間を一定に設定した状態での鋼材１の板厚別の温
度差ΔΘ対周波数の関係から、板厚ｔ３で温度
差ΔΘの時は、誘導加熱炉３における加熱電力の
周波数は3Hzと決定することができる。この時の
加熱電力の周波数が3Hz以下であると、鋼材１の
端部１ａの温度を充分に上昇させることができ
ず、反対に加熱電力の周波数が3Hz以上である
と、端部１ａを焼き過ぎてしまい、場合によつて
は溶解、その他を生じる結果となる。

なお、鋼材１の長手方向に沿つた温度分布Θを
測定する手段としては、温度計５により直接得る
のではなく、この鋼材１の温度分布Θが、燃焼加
熱炉２から誘導加熱炉３までの鋼材１の搬送時間
と、鋼材１の燃焼加熱炉２からの搬送時における
温度と雰囲気温度との差とによつて板厚に対して
ほぼ一定したパターンで生じるものであるから、
搬送路６に鋼材１を検出する検出器を設けこの検
出器で検出した鋼材１の搬送時間を基準にして温
度分布Θおよび温度差ΔΘを算出しても良い。こ
の場合、燃焼加熱炉２搬出時の鋼材１温度および
雰囲気温度は既知の数値として与えられることは
云うまでもない。

第４図に示した加熱電力の周波数と温度差ΔΘ
との関係は、誘導加熱炉３特有の値として、オフ
ライン電磁伝熱解析により決定することが可能で
ある。

具体例 厚さ200mmの鋼材１を搬送時間10分で燃焼加熱
炉２から誘導加熱炉３に搬送した際における鋼材
１の温度差ΔΘは200℃であつた。この鋼材１を
加熱時間65分で均一に所定温度まで昇温させるに
は、前半加熱時間10分、前半加熱周波数350Hzと
すれば、後半加熱時間55分、後半加熱周波数200
Hzとなる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明は、鋼
材端部を早期に昇温させることができるので、鋼
材全体を早期に均一な温度とすることができ、こ
れによつて鋼材全体の均一な昇温を良好にかつ円
滑に達成することができ、また加熱初期における
加熱電力の周波数を選定設定するだけで良いので
その操作が簡単であり、さらにこの周波数の選定
設定は精度良く設定できるので、鋼材の温度制御
を正確に達成できる等多くの優れた効果を発揮す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施すべく構成した加
熱プロセスラインの簡略構成図である。第２図
は、鋼材の測温部分の一例を示す、鋼材の各部を
区分け表示した説明図である。第３図は、第２図
に示した測温部における測温結果の一例を示す鋼
材の温度分布である。第４図は、誘導加熱炉にお
ける鋼材の板厚別の温度差−周波数特性を示す線
図である。第５図は、燃焼加熱炉から誘導加熱炉
に鋼材を送り込んで、鋼材をさらに高温にかつ均
一に加熱する加熱プロセスの基本的ライン構成を
示す簡略構成図である。第６図は、従来技術の鋼
材の測温箇所を示す説明図である。第７図は、第
６図に示した従来技術の動作特性を説明するため
の温度特性線図である。第８図は、他の従来技術
を説明するための鋼材端部の斜視図である。 符号の説明、１……鋼材、１ａ……端部、１ｂ
……中央部、Ａ，Ｂ……鋼材端、１Ａ……測温部
分、２……燃焼加熱炉、３……誘導加熱炉、４…
…誘導コイル、５……放射温度計、Θ……温度分
布、ΔΘ……温度差。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼加熱炉で加熱された鋼材をさらに高温か
   つ均一に誘導加熱炉により加熱するに当たつて、
   予定加熱温度に加熱する加熱初期の昇温時に加え
   る誘導加熱電力を、昇温時以降の均熱時に加える
   誘導加熱電力よりも大きくして加熱するに際し、
   前記鋼材の加熱初期の昇温時に加える加熱電力の
   周波数を、誘導加熱炉装入時の前記鋼材長手方向
   の温度分布に基づき、前記鋼材の中央部と端部と
   の温度を均一にする高い周波数の数値に選定して
   鋼材の加熱を行うことを特徴とする誘導加熱制御
   方法。