(57)【要約】【課題】熱処理炉の操業を行うに際して、オペレータの経験度合いに左右されることなく、適切な操業条件を設定することができるようにする。【解決手段】本発明に係る熱処理炉１の操業支援システム１０は、被熱処理材を熱処理する熱処理炉１での設定条件を変更するに際し、人的な変更作業を支援する操業支援システム１０であって、熱処理炉１及び／又は熱処理炉１内を通過する被熱処理材の情報を表示する表示器を備えている。表示器に表示される情報は、被熱処理材の温度、被熱処理材の搬送速度、熱処理炉１の炉内温度の少なくとも１つ以上を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被熱処理材を熱処理する熱処理炉での設定条件を変更するに際し、人的な変更作業を支援する操業支援システムであって、
前記操業支援システムは、オペレータが確認可能な表示器を有し、
前記表示器は、熱処理炉の情報及び／又は熱処理炉内を通過する被熱処理材の情報を表示するように構成されていることを特徴とする熱処理炉の操業支援システム。
【請求項２】
前記表示器に表示される情報として、操業中の熱処理炉から得られる実績値と数値モデルから算出される予測値とを採用し、
前記表示器は、前記実績値と予測値との両方を表示するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉の操業支援システム。
【請求項３】
前記表示器に表示される情報は、被熱処理材の温度、被熱処理材の搬送速度、熱処理炉の炉内温度の少なくとも１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉の操業支援システム。
【請求項４】
前記表示器に表示される情報は、被熱処理材の目標温度からの温度偏差を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉の操業支援システム。
【請求項５】
前記表示器に表示される情報は、過去の操業実績から得られた熱処理炉の炉内温度を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉の操業支援システム。
【請求項６】
前記表示器に表示される情報は、過去の操業実績から得られた熱処理炉の炉内温度の分布を含むものであることを特徴とする請求項５に記載の熱処理炉の操業支援システム。
【請求項７】
前記表示器は、前記炉内温度の分布の上に、現在の炉内温度を表示するようにしていることを特徴とする請求項６に記載の熱処理炉の操業支援システム。
【請求項８】
前記熱処理炉の炉内温度及び被熱処理材の温度を算出するにあたって、数値モデルを用いていることを特徴とする請求項１〜７に記載の熱処理炉の操業支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続焼鈍炉（ＣＡＬ）などの熱処理炉において、当該熱処理炉の設定条件の一部又は全部を人的判断に基づき変更する際に、その変更作業を支援する操業支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、連続的に薄板等の熱処理を行う連続熱処理ラインにおいては、帯状の薄板（以下、ストリップ材と呼ぶことがある）を熱処理炉に導入し、この熱処理炉内に設けた複数のハースロールによって炉内を通板させる。熱処理炉は、所定の炉温にコントロールされており、この熱処理炉内をストリップ材が所定の速度で通過することで、焼鈍などのストリップ材の熱処理が行われる。
【０００３】
熱処理炉では、連続処理を可能とするため、複数の異なる鋼種や板厚のコイルを溶接で接続して一本のストリップ材とし、連続通板させるようにしている。
したがって、熱処理炉のオペレータは、通板途中のストリップ材に対する炉温、通板速度を適切に制御することはもちろんのこと、次に熱処理炉内に導入されるストリップ材に対しても炉温、通板速度を適切にコントロールし、ストリップ材の熱処理を行う必要がある。
【０００４】
このような制御を円滑に行い、先行ストリップ材及び後行ストリップ材をそれぞれ目標処理条件で熱処理するための技術としては、特許文献１などに開示されたものがある。
特許文献１は、金属帯板からなる材料が連続的に移送される連続熱処理炉により、目標処理条件が異なる先行材と後行材とを接続して連続的に熱処理する方法において、先行材の後端部に後行材の先端部が接続された後、後行材炉温へ近づくように炉温を変更しながら、先行材の材料到達温度を一定に維持するための加熱時間を演算するとともに、当該加熱時間に適合するライン速度を演算し、その演算結果に基いて前記ライン速度を制御する工程と、前記炉温が後行材炉温に達した後、前記先行材と前記後行材との接続部が前記連続熱処理炉を通過する過程において、後行材の材料到達温度を一定に維持するための加熱時間を演算するとともに、当該加熱時間に適合するライン速度を演算し、その演算結果に基いて前記ライン速度を制御する工程と、を含む連続熱処理炉の板温制御方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３２４９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、熱処理炉に関しては、その炉温を変更しようとしても急には変わらないのが現状である。例えば、現在熱処理中のストリップ材が炉温８００℃で処理されていて、次のストリップ材が７５０℃の処理温度の場合、炉内温度を５０℃下げるには、所定の時間を要する。このように、熱処理炉の炉温変化に時間が生じることを「熱慣性」と表現する。
【０００７】
前述した特許文献１の技術は、熱処理炉の熱慣性を加味しつつ、次ストリップ材の操業条件を算出できるものとしているが、現実には、様々な誤差要因があり、炉温の推定等が精確に行えず、正しい次ストリップ材の操業条件を算出できるものとはなっていないことが、現場の実績より明らかとなっている。
そこで、オペレータは現在の熱処理状況を把握した上、次ストリップ材の条件への合わせ込みを行うために、設定条件の一部を人的判断に基づき変更することがしばしばある。
【０００８】
経験を積んだオペレータであれば、斯かる熱慣性を考慮しつつ、次ストリップ材に対する炉温に容易に移行可能となっている現在のストリップ材に対する炉温や通板速度を設定することが可能である。ところが、経験の浅いオペレータでは、熱処理炉の熱慣性を考慮しつつ、処理条件を変更することは困難である場合が多い。
そこで、本発明は上記問題点を鑑み、熱処理炉の操業を行うに際して、オペレータの経験度合いに左右されることなく、適切な操業条件を設定可能とする熱処理炉の操業支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る熱処理炉の操業支援システムは、被熱処理材を熱処理する熱処理炉での設定条件を変更するに際し、人的な変更作業を支援する操業支援システムであって、前記操業支援システムは、オペレータが確認可能な表示器を有し、前記表示器は、熱処理炉の情報及び／又は熱処理炉内を通過する被熱処理材の情報を表示するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
前記表示器に表示される情報として、操業中の熱処理炉から得られる実績値と数値モデルから算出される予測値とを採用し、前記表示器は、前記実績値と予測値との両方を表示するように構成されていることは好ましい。
前記表示器に表示される情報は、被熱処理材の温度、被熱処理材の搬送速度、熱処理炉の炉内温度の少なくとも１つ以上を含むものであることが好ましい。
【００１１】
前記表示器に表示される情報は、被熱処理材の目標温度からの温度偏差を含むものであることが好ましい。
前記表示器に表示される情報は、過去の操業実績から得られた熱処理炉の炉内温度を含むものであることが好ましい。
前記表示器に表示される情報は、過去の操業実績から得られた熱処理炉の炉内温度の分布を含むものであることが好ましい。
【００１２】
前記表示器は、前記炉内温度の分布の上に、現在の炉内温度を表示するようにしていることが好ましい。
前記熱処理炉の炉内温度及び被熱処理材の温度を算出するにあたって、数値モデルを用いていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱処理炉の操業支援システムによれば、熱処理炉の操業を行うに際して、オペレータの経験度合いに左右されることなく、適切な操業条件を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】熱処理炉の操業支援システムの概念図を示したものである。
【図２】熱処理炉の一部を模式的に示した図である。
【図３】支援モニタの画面の一例を示した図である。
【図４】炉温過去の操業実績を算出する手法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る熱処理炉の操業支援システムの実施の形態を、図をもとに説明する。図１は、本実施形態の操業支援システム、及び操業支援システムが設けられた熱処理炉１を示した模式図である。
図１，図２に示す如く、熱処理炉１は、導入された薄鋼板（ストリップ材）２を焼鈍させる連続焼鈍炉（ＣＡＬ）である。この熱処理炉１は、上流側から予熱帯３、加熱帯４、均熱帯５の３つの独立した部分から構成されている。各帯３〜５とも、その内部には、複数のハースロール６が配備されており、このハースロール６間にストリップ材２が架け渡され、炉内を搬送されてゆく。炉内にはラジアントチューブ（図示せず）が複数は位置されていて、このラジアントチューブからの輻射熱により、炉内が昇温するようになっている。
【００１６】
また、予熱帯３、加熱帯４、均熱帯５の出側には、ストリップ材２の温度を計測する出側温度計７が配備されている。
上記した熱処理炉１を操業するに際しては、ストリップ材２の焼鈍等が効率よく進行し、所望とする金属組織、機械特性を有するように、オペレータＭは、熱処理炉１内の温度（炉温）やストリップ材２の搬送速度などの操業条件を制御している。
【００１７】
具体的には、熱処理炉１では、連続処理を可能とするため、まず、複数の異なる鋼種や板厚のコイルを溶接で接続して一本のストリップ材２とし、連続通板させるようにしている。それ故、熱処理炉１の管理するオペレータＭは、通板途中のストリップ材２（先行ストリップ材）に対する炉温、搬送速度を適切に制御することはもちろんのこと、次に熱処理炉１内に導入されるストリップ材２（後行ストリップ材）に対しても炉温、搬送速度を適切に制御しストリップ材２の熱処理を行う必要がある。
【００１８】
オペレータＭは、先行ストリップ材と後行ストリップ材との間でＴＶ値（板厚Ｔと搬送板速度Ｖとの積）、目標板温度が変化したとき、操業条件（炉温、搬送速度など）を変更する。例えば、ＴＶ値が変化した場合は、熱処理炉１の温度を上昇又は下降させる必要があることから、加熱帯４の板温の変化量を見積もった上で、現在の搬送板速度、均熱帯５の温度のままであるときに、板温度が管理範囲内に入るか否かをチェックし、必要であれば、操業条件を変更する。一方で、熱処理炉１のパフォーマンスは日々変化しており、この点からも操業条件の変更は不可欠である。
【００１９】
斯かる熱処理炉１の操業の条件設定は、経験を積んだオペレータＭであれば、過去の様々な経験を基に所望とされる板温度を確保できるように操業条件を設定可能である。しかしながら、経験の浅いオペレータＭの場合、的確な熱処理炉１の操業が困難となることが十分考えられる。
そこで、本実施形態の操業支援システムは、熱処理炉１の情報を提示するように構成することで、オペレータＭの経験度合いに左右されることなく、適切な操業条件を設定することができるようにしている。
【００２０】
以下、本実施形態の熱処理炉１の操業支援システムの詳細を述べることにする。
操業支援システム１０は、熱処理炉１の情報やストリップ材２（被熱処理材）の情報の少なくとも１つ以上を表示可能な表示器（支援モニタ）１１を有している。
支援モニタ１１は、液晶モニタやＣＲＴモニタで構成され、コントロール室内に設置されている。オペレータＭは常にこの支援モニタ１１を視聴可能な状態となっている。この支援モニタ１１にはコンピュータ１２が接続されていて、このコンピュータ１２は、支援モニタ１１にて表示する一部又は全部の情報を算出するものである。コンピュータ１２には、操業条件（操業実績値）が入力されるようになっており、当該コンピュータ１２は、操業実績値を入力値として支援モニタ１１で表示するための情報を計算することが可能な数値モデル（熱処理炉モデル）を備えている。
【００２１】
具体的には、このコンピュータ１２は、内部に演算装置を備えると共に記憶装置を備えていて、当該コンピュータ１２に対する指示や外部からの信号を取り込むための入力装置や演算結果を表示する出力装置を備えている。
熱処理炉モデルはプログラム化されてハードディスクで構成された記憶装置に記憶されており、このモデルをＭＰＵなどで構成された演算装置により演算する。演算にあたっては、ＡＤ変換ボードなどで構成された入力装置を介して、操業中の均熱炉から得られた実績値（ストリップ材の温度や搬送速度、ラジアントチューブの状態などの実績値）が入力され、熱処理炉モデルの条件値として採用される。実績値は、キーボードなどの入力装置により直接入力されてもよい。
【００２２】
演算装置で演算された結果（熱処理炉モデルの予測値）は、記憶装置に記録されると共に、出力装置すなわち支援モニタ１１に表示される。支援モニタ１１には、入力装置を介して入力された熱処理炉モデルの実績値も同時に表示される。
本実施形態の場合、熱処理炉モデルは、伝熱モデルから得られた式（１）を基本とする数値モデルである。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
コンピュータ１２は、内部に具備された熱処理炉モデルを用いて、ストリップ材２の板温度の予測値や目標温度との板温度偏差を算出することが可能であり、算出した予測板温度、板温度偏差を支援モニタ１１に出力する。なお、同じストリップ材２でも先端部、中途部、尾端部では板温度が異なるため、コンピュータ１２は、先端部、中途部、尾端部のそれぞれにおける板温度偏差を算出している。
【００２５】
図３は、本実施形態の支援モニタ１１の画面表示の例を示している。
図３に示すように、支援モニタ１１の画面は、上下に２つに分かれており、上段部分（板温モニタ）には、主に先行ストリップ材、後行ストリップ材に関する情報が表示される。具体的には、上段部分には、先行ストリップ材や後行ストリップ材において、各ストリップ材２が均熱帯５に入るまでの残り時間（均熱帯５が通過するまでの時間）と、現状の操業条件を維持した状態で各ストリップ材２が均熱帯に入った場合に各ストリップ材２の板温度がグラフ状で表示される。ここで、グラフ状で示される板温度は、後述するように均熱帯に入ったときの予測温度と目標温度とのずれ量である。
【００２６】
上段部分において、コイルＡ〜コイルＣに対応するストリップ材２は、加熱帯４に入っているストリップ材２を示している。コイルＤ、コイルＥに対応するストリップ材２は、予熱帯３に存在するストリップ材２を示している。なお、上段部分において、Ｌで示される位置に、炉内を搬送されるストリップ材２（先行ストリップ材、後行ストリップ材）の種類や板厚を示すようにしてもよい。
【００２７】
各ストリップ材２の種類や板厚を示している下側には、２つのグラフ（グラフＵ）が示されている。このグラフＵは、ストリップ材２の板温度偏差（目標板温度と熱処理炉モデルから算出される板温度との偏差）を示すものである。
２つのグラフＵのうち、右のグラフは、ストリップ材２の先端部における板温度偏差を示しており、左のグラフは尾端部における板温度偏差を示している。Ｎで示される波線ライン（ラインＮ）において、中央のラインが目標温度ライン（板温度偏差がゼロのライン）、上側のラインが上限値、下側のラインが下限値を示している。即ち、ラインＮによって、ストリップ材２の温度における管理範囲が示されている。
【００２８】
Ｄで示される部分は、ストリップ材２の搬送速度を示すもので、色が濃いバーが現状の搬送速度を示し、オペレータＭが搬送速度を変化させるように指示を出すと、Ｄで指し示すバーの長さが搬送速度に対応して変化するようになっている。
したがって、支援モニタ１１の画面の上段部分には、ストリップ材２の種類、板厚、ストリップ材２の板温度偏差、搬送速度などのストリップ材２に関する各種情報が表示される。
【００２９】
オペレータＭが熱処理炉１の操業条件（ラジアントチューブの状態、ストリップ材２の搬送速度）を変更した際には、変更後の操業条件、例えば、出側温度計７での温度実績値などがコンピュータ１２に入力され、熱処理炉モデルを用いて、直ちに板温度の予測値が計算され、その情報に基づいた新たなグラフＵが表示される。この処理により、画面が随時変更されグラフＵが時々刻々と最新値に更新されることとなる。
【００３０】
そのため、オペレータＭは、支援モニタ１１に表示されるグラフＵがラインＮで示される範囲内（管理範囲内）に入るように、熱処理炉１の操業条件を変更すればよく、オペレータＭの経験度合いに左右されることなく、適切な操業条件を設定することができるようにしている。
先行ストリップ材の処理温度より、後行ストリップ材の処理温度が低い場合、熱処理炉１の熱慣性に対応するためには、オペレータＭは、先行ストリップ材のグラフＵが管理領域の下限側に位置するように、支援モニタ１１を見つつ設定するとよい。そうすることで、後行ストリップ材が炉内に入る際に、その温度を可及的速やかに設定値に持っていくことが可能となる。
【００３１】
斯かる操作を、経験を積んだオペレータＭであれば、自分自身の判断のみで行うことが可能であるが、仮に経験の浅いオペレータＭであっても、本発明の操業支援システム１０を用いることで、経験を積んだオペレータＭと同等の熱処理炉１制御を行うことが可能となる。
支援モニタ１１の画面の下段部分（操炉モニタ）には、主に熱処理炉１の情報が示される。Ｑの部分は、過去の操業実績を基にした予熱帯３の温度予測分布（ヒストグラム）を示したものである。過去の操業において各ストリップ材２（コイルＡ〜コイルＥ）を処理したときの予熱帯３がどのような温度分布であったかが分かるように、各ストリップ材２ごとの予熱帯３の温度分布を示している。なお、過去の操業実績には、例えば、搬送速度を変化させて各ストリップ材２の処理を行った場合と、炉温を変化させて各ストリップ材２の処理を行った場合とがあり、操業条件は様々であるため、Ｑの部分に示した予熱帯３の温度予測分布は、現状の操業条件で処理したと想定（同じ条件で操業したと想定）し、そのときの予熱帯３の温度予測分布である。
【００３２】
支援モニタ１１の画面において、予熱帯３の温度予測分布上に示されたラインｑ１は、現時点での予熱帯３の炉温（実績値）であり、その温度が過去の操業実績のグラフのどの位置に対応するかなどを検証することができる。即ち、過去の操業実績から算出された炉温の温度予測分布上に、現在の炉温を表示するようにしている。
また、支援モニタ１１の画面の下段部分において、Ｒの部分は予熱帯３の炉温を具体的な数値で示したものである。この温度値は、Ｑで示される温度予測分布の最頻値である。
【００３３】
Ｓの部分は加熱帯４の温度予測分布を示したもので、Ｔの部分は加熱帯４の炉温の温度値を示したものである。加熱帯４の温度予測分布の上にも現時点での加熱帯４の炉温を示すラインｑ２が示されるようになっている。なお、Ｓの部分における加熱帯４の温度予測分布は、Ｑの部分で示した予熱帯３と同じ方法で求めたものであり、Ｔの部分における加熱帯４の温度値も予熱帯３と同じ方法でもとめたものである。
【００３４】
したがって、支援モニタ１１の画面の下段部分には、熱処理炉１の情報（予熱帯３及び加熱帯４の温度予測分布、この温度予測分布から得られる予熱帯３及び加熱帯４の温度値（最頻値）、予熱帯３及び加熱帯４の現状の炉温）が表示されるようになっている。即ち、支援モニタ１１の画面の下段部分に表示される情報は、過去の操業実績におけるストリップ材２を処理したときの熱処理炉１の炉温（炉内温度）を含むものであると共に、炉温の温度分布（温度予測分布）を含んでいる。
【００３５】
つまり、支援モニタ１１には、数値モデルによる予測値と操業中の実績値との両方が表示され、オペレータＭは、予測値と実績値との一致の度合いや、予測値と実績値との相関の強さ（コンビネーション）などを考慮しながら、操業条件を変えることもできる。
なお、温度予測分布を求める際の推定方法としては、様々な手法が採用可能であるが、本実施形態では、図４に示す方法で行っている。
【００３６】
図４に示すように、まず、過去の操業条件と現在の条件条件との距離（異なり度合い）を、式（２）を用いて算出する（Ｓ１）。
その後、算出された距離に基づいて、式（３）を用いて類似度を算出する（Ｓ２）。即ち、コンピュータ１２に具備された類似度算出手段によって、過去の操業条件と現在の操業条件との差違を求めると共に、得られた差違から算出された類似度を求める。類似度と距離との関係は、例えば、図４（ａ）に示すものとなる。
【００３７】
式（４）に示すようにコンピュータ１２に具備された度数分布算出手段によって、得られた類似度を過去のストリップ材２の温度実績に適用することで、図４（ｂ）のようなストリップ材２の温度予測分布を算出する（Ｓ３）。
【００３８】
【数２】
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【００３９】
操業支援システム１０を用い、熱処理炉１の情報や被熱処理材（ストリップ材２）の情報を支援モニタ１１に表示することによって、オペレータＭの経験度合いに左右されることなく、適切な熱処理炉１の操業条件を設定することができる。なお、上述した実施形態では、熱処理炉１の情報とストリップ材２の情報との両方を支援モニタ１１に表示しているが、熱処理炉１の情報又はストリップ材２の情報のいずれか一方を支援モニタ１１に表示してもよい。
【００４０】
以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、支援モニタ１１には、他の熱処理炉１に関する情報を表示するようにしてもよい。また、オペレータＭに各種情報を提示する表示器として、視覚に訴える支援モニタ１１を例示したが、オペレータＭに対し音声で情報を伝える機器を表示器として採用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１    熱処理炉
２    ストリップ材
３    予熱帯
４    加熱帯
５    均熱帯
６    ハースロール
７    出側温度計
１０    操業支援システム
１１    支援モニタ
１２    コンピュータ
【図２】
2014148731.tif 000005
【図１】
2014148731.tif 000006
【図３】
2014148731.tif 000007
【図４】
2014148731.tif 000008