JPH10280056A - 熱処理炉の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳鉄管などの金属製品に対して熱処理を行う
熱処理炉の温度制御を、熟練を要することなしに行える
ようにし、また装入負荷変動による温度変化が速い場合
にも的確に温度制御できるようにする。 【解決手段】 鋳鉄管などの金属製品に対して熱処理を
行う熱処理炉において、炉内へ装入される前の製品につ
いての重量や温度などの熱的な情報と、炉内温度などの
炉内についての熱的な情報とにもとづいて、炉内の温度
を調節する手段を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱処理炉の温度制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳鉄管などの金属製品に対して熱処理を
行う工業的な熱処理炉の炉内温度を制御する際に、従来
は、熱電対などの温度計によって炉内の温度を測定し、
その測定結果から作業者の判断により温度調節器や温度
調節設備を操作している。あるいは、温度測定結果にも
とづき、温度調節計などを介して自動的に温度制御を行
っている。

【０００３】炉内の温度の調節の際には、その温度を上
昇させたり低下させたりする必要があるが、温度を上昇
するためにの設備としては燃焼バーナーが一般的に用い
られ、また温度を低下させるためには、熱交換器が用い
られたり、炉内に設けられたパイプの内部に送風機から
の冷風が送り込まれたりするのが通例である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、たとえば上
述の鋳鉄管などのような管状体からなる製品を横転させ
ながら搬送する連続炉の場合は、炉内へ装入される製品
の重量や長さや温度が各々の製品ごとに異なっていた
り、製品を搬送する速度が変動したりすることが普通で
あり、その場合には炉内の温度を一定に保つのが困難で
ある。そして、このような装入負荷変動がある場合に、
それに対応して作業者すなわち操炉者がそれらの情報を
把握し、迅速に温度調節設備の適切な操作を行うこと
は、かなりの熟練と技能とが必要になるという問題点が
ある。

【０００５】また、この種の熱処理炉では、加熱のため
のバーナーの燃料を節約する目的で炉内容積を比較的小
さく設定することが多いが、そのように炉内容積が小さ
い場合には、前述の装入負荷変動による温度変化が速
く、制御が追従しきれないという問題点がある。

【０００６】そこで本発明は、このような問題点を解決
して、鋳鉄管などの金属製品に対して熱処理を行う熱処
理炉の温度制御を熟練を要することなしに行えるように
し、また装入負荷変動による温度変化が速い場合にも的
確に温度制御できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、鋳鉄管などの金属製品に対して熱処理を行う
熱処理炉において、炉内の温度を調節する手段を、炉内
へ装入される前の製品についての重量や温度などの熱的
な情報と、炉内温度などの炉内についての熱的な情報と
にもとづいて制御することを特徴とする。

【０００８】このようにすると、炉内に装入される製品
についての熱的な情報をあらかじめ入手して、これと炉
内についての熱的な情報とにもとづき、炉内温度の変動
を予測してあらかじめ温度調節手段を制御することが可
能となる。

【０００９】また本発明によれば、熱的な情報のみなら
ず、さらに炉内での製品の搬送速度を加味したうえで、
温度調節手段を制御することで、いっそう的確な熱処理
炉の温度制御が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図３は、熱処理炉の一例の平面構
造を示す。ここで１は炉本体であり、製品としての複数
の鋳鉄管２が、図示を省略した搬送装置によって水平方
向に支持された状態で、この炉本体１の内部をその入口
３から出口４に向けて水平方向に搬送される。その搬送
方向は管２の軸心に直交する方向である。炉本体１の内
部には、入口３から出口４に向けて、加熱帯５と、均熱
帯６と、急冷帯７と、徐冷帯８とが、この順序で形成さ
れている。

【００１１】加熱帯５と均熱帯６とにおける炉本体１の
側壁１０の部分には、複数の加熱バーナー１１が設けら
れている。また急冷帯７には、熱交換器１２が設置され
ている。徐冷帯８には、多数の冷却パイプ１３が、管２
の軸心方向およびこれと直角な搬送方向に沿って、それ
ぞれ設けられている。この冷却パイプ１３には、冷却空
気が通される。さらに、加熱帯５と均熱帯６と徐冷帯８
とには、それぞれにおける複数の位置で温度を検出可能
な複数の熱電対１４が、炉本体１の天壁の部分に設けら
れている。

【００１２】図４は、加熱バーナー１１およびその近傍
の横断面構造を示す。この加熱バーナー１１には、炉本
体１の外部において、バルブ１５を備えた燃料油供給路
１６と、バルブ１７を備えた燃焼用空気供給路１８とが
接続されている。両バルブ１５、１７は、互いにリンク
されている。また、炉本体１の天壁１９に設けられた熱
電対１４からの信号と、シーケンサ２０からの信号とを
受ける温度調節計２１の出力信号にもとづき作動される
コントロールモータ２２によって、燃料油供給路１６の
バルブ１５の開度をコントロール可能とされている。な
お、炉本体１に設けられた複数の加熱バーナー１１のう
ち、使用頻度の高い一部のバーナー１１のみについてバ
ルブ１５の開度を調節するのが好適である。

【００１３】図５は、冷却パイプ１３およびその近傍の
横断面構造を示す。この冷却パイプ１３には冷却ブロア
２５からの冷却用空気供給管２６が接続されており、こ
の冷却用空気供給管２６には、空気流量を調節するため
のバルブ２７が設けられている。このバルブ２７は、熱
電対１４からの信号と、シーケンサ２０からの信号とを
受ける温度調節計２１の出力信号にもとづき作動される
ように構成されている。

【００１４】このような構成によれば、図３における入
口３から炉本体１の内部に搬入される鋳鉄管２は、加熱
帯５においてバーナー１１により所定温度まで加熱さ
れ、均熱帯６においてバーナー１１により一定時間だけ
一定温度に維持され、その後に急冷帯７において熱交換
器１２の作用により急冷され、さらに徐冷帯８において
多数の冷却パイプ１３の作用により徐冷されることで熱
処理工程が完了され、出口４から搬出されることにな
る。

【００１５】このとき、炉本体１の内部の温度をコント
ロールする際には、炉本体１の内部に装入される鋳鉄管
２についての熱的な情報をあらかじめピックアップし、
また炉本体１の内部についての温度情報を熱電対１４に
よって検出し、これらの情報にもとづいて、最適な炉内
温度を保つために、炉内温度の調節手段としてのバーナ
ー１１および冷却パイプ１３を制御する。

【００１６】詳細には、まず入力情報として、以下のも
のを取り込む。 （１）これから炉本体１に装入される製品すなわち鋳鉄
管２の種類（管種、口径などを入力することにより、管
２の重量が演算される） （２）これから炉本体１に装入される鋳鉄管２の温度 （３）現在の炉本体１の内部の雰囲気温度（複数の熱電
対１４による） （４）現在の製品搬送速度 （５）複数のバーナー１１についての現在の燃料使用量 （６）トリガー信号（各鋳鉄管２を搬送するための搬送
装置のフィンガーを検知して、鋳鉄管２が炉本体１内に
装入されたことを検知し、これをカウント信号として取
り込む） 次に、これらの情報を演算、処理したうえで、以下の制
御を行う。すなわち、加熱のための制御として、燃焼バ
ーナー１１での燃料の燃焼そのものをコントロールする
ためにバルブ１５の開度を調節するように開度指示を行
うことと、熱電対１４により検出される温度を所定の値
とするためにバルブ１５の開度を調節するように温度指
示を行うこととのいずれかあるいは両方の出力を行う。
また、冷却のための制御としては、冷却エリア別すなわ
ち各冷却パイプ１３ごとの送風量を決定する目的でバル
ブ２７の開度を調節するための開度指示が可能なように
出力を行う。

【００１７】詳細には、図１に示すように、管２の重量
の変化に対応して、バルブ１５の開度設定値と炉内の温
度設定値とを決定して、その指示を行う。このとき、鋳
鉄管２を搬送するための搬送装置のチェーンスピードを
パラメータとする。また、これから炉本体１に装入され
る鋳鉄管２の温度の高低に応じて、上記の開度設定値や
温度設定値に所定の係数を乗算する。すなわち、この係
数によって重み付けを行う。

【００１８】図２は、鋳鉄管２に送りを与える様子を例
示したものである。図示のように各管２は一定のピッチ
で搬送され、一部においては大径管２Ａの内部に小径管
２Ｂを挿入した状態での搬送が行われている。同図
（ｂ）は同図（ａ）の状態から１ピッチすなわち１カウ
ントだけ送りが付与された状態を示し、同図（ｃ）はさ
らに１ピッチすなわち１カウントだけ送りが付与された
状態を示す。ｗｉは各ポジションごとの管２の重量を示
し、図示の７ピッチ分の管２の総重量が、同図（ａ）
（ｂ）（ｃ）の場合にＷ１、Ｗ２、Ｗ３になるとする。
なお、搬送装置上において部分的に管が存在しないポジ
ションがある場合には、そのポジションでの重量はゼロ
となる。なお、上述の７ピッチ分に限らず、適当数のピ
ッチ分すなわちカウント分の管２の総重量を適用するこ
ともできる。

【００１９】図１において、横軸は、これら７ピッチ分
を１ブロックとして、この１ブロックに含まれる管２の
平均重量を横軸の基準としている。そして、図２に示す
ように総重量が変化した場合において、たとえばチェー
ンスピードが５５０ｍｍ／分であるときには、図１に示
すように加熱バーナー１１の開度や炉内の温度の設定を
変化させる。

【００２０】なお、上述のように複数の加熱バーナー１
１のうち使用頻度の高い一部のバーナー１１のみについ
てバルブ１５の開度を調節する場合には、その他のバー
ナー１１については従来通り手動で操作することができ
る。

【００２１】上記においては加熱のための制御について
説明したが、冷却のための制御についても、同様に行う
ことができる。すなわち、図１に示すように、管２の重
量の変化に対応して、図５に示される冷却用空気供給管
２６のバルブ２７の開度の設定を変化させる。このと
き、冷却パイプ１３への冷却用空気は、管２における熱
容量の大きな受口側から流入させるのが好適である。ま
た、徐冷帯８の全体を適当数のブロックに分けて制御す
るのが好適である。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によると、炉内に装
入される製品についての熱的な情報をあらかじめ入手し
て、これと炉内についての熱的な情報とによって、炉内
温度の変動を予測してあらかじめ温度調節手段を制御す
ることが可能となるため、熱処理炉の温度制御を熟練を
要することなしに行うことができるうえに、装入負荷変
動による温度変化が速い場合にも的確に温度制御でき、
したがって省エネルギー効果を期待できるとともに操炉
作業者の負荷を軽減でき、また製品品質を向上すること
ができる。

【００２３】また本発明によると、熱的な情報のみなら
ず、さらに炉内での製品の搬送速度を加味したうえで、
温度調節手段を制御することで、いっそう的確に熱処理
炉の温度制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく熱処理炉の温度制御方法の技
術的な原理を説明するための図である。

【図２】炉本体へ複数の管を装入するための手法を説明
する図である。

【図３】炉本体の平面構造を示す概略図である。

【図４】加熱バーナーおよびその近傍の概略構造を示す
横断面図である。

【図５】冷却パイプおよびその近傍の概略構造を示す横
断面図である。

【符号の説明】

１ 炉本体 ２ 鋳鉄管 １１ 加熱バーナー １３ 冷却パイプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳鉄管などの金属製品に対して熱処理を
   行う熱処理炉において、炉内の温度を調節する手段を、
   炉内へ装入される前の製品についての重量や温度などの
   熱的な情報と、炉内温度などの炉内についての熱的な情
   報とにもとづいて制御することを特徴とする熱処理炉の
   温度制御方法。
2. 【請求項２】 炉内の温度を調節する手段を、さらに炉
   内での製品の搬送速度を加味したうえで制御することを
   特徴とする請求項１記載の熱処理炉の温度制御方法。