(57)【要約】【課題】被処理材の長手方向に沿って、均一な温度分布で加熱することができる熱処理炉の加熱方法を提供する。【解決手段】長手方向に複数の制御ゾーンに区画された熱処理室２と、該熱処理室２内の雰囲気ガスを加熱する加熱手段５と、該加熱手段５により加熱された雰囲気ガスを熱風として循環させる循環手段４とを有した熱処理炉を用い、前記熱風を被処理材の幅方向一側から他側に向かって供給して加熱する方法であって、前記各制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ）で、前記熱風の上流側の温度（ｔ上流ｉ）と下流側の温度（ｔ下流ｉ）を測定し、その温度差（Δｔｉ＝ｔ上流ｉ−ｔ下流ｉ）が等しくなるよう、前記各制御ゾーンの循環手段の風量（Ｑｉ）を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ、幅及び長手方向を有する長尺の被処理材を収納可能であって且つ長手方向に複数の制御ゾーンに区画された熱処理室と、該熱処理室内の雰囲気ガスを加熱する加熱手段と、該加熱手段により加熱された雰囲気ガスを熱風として前記各制御ゾーンの幅方向に循環させる循環手段とを有した熱処理炉を用い、前記熱風を被処理材の幅方向一側から他側に向かって供給して当該被処理材を目標温度まで加熱する熱処理炉における加熱方法であって、
前記各制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ）で、前記熱風の上流側の温度（ｔ上流ｉ）と下流側の温度（ｔ下流ｉ）を測定し、その温度差（Δｔｉ＝ｔ上流ｉ−ｔ下流ｉ）が等しくなるよう、前記各制御ゾーンの循環手段の風量（Ｑｉ）を制御することを特徴とする熱処理炉における加熱方法。
【請求項２】
前記各制御ゾーンの風量（Ｑｉ）が次式を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉における加熱方法。
Ｑｉ＝ｆ（Ｑｍａｘ，Δｔｍａｘ，Δｔｉ）
ただし、
Δｔｉ    ： 制御ゾーンにおける温度差
Δｔｍａｘ： 温度差が最も大きい制御ゾーンにおける温度差
Ｑｍａｘ  ： 温度差が最も大きい制御ゾーンにおける風量
Ｑｉ      ： 残りの制御ゾーンの風量
【請求項３】
前記循環手段は、正逆運転により前記被処理材の幅方向両側から交互に前記熱風を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉における加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚鋼板、形鋼等の被処理材を加熱処理する熱処理炉における加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長尺である被処理材の加熱炉として、特許文献１に記載のものが公知である。
この公知文献に記載のものは、被処理材をその長手方向に沿って、均一な温度分布で加熱しようとするものであって、当該加熱炉は、炉体の長手方向に沿って複数の加熱ゾーンＡ，Ｂ、Ｃを有し、中央の加熱ゾーンＢにおいて先ず高温にもたらし、その後の時間遅れを伴って両端部の加熱ゾーンＡ，Ｃの温度を所定の温度にするか、または、加熱ゾーン毎のガスバーナの燃料流量を制御するものであった。
しかし、この従来技術は、各加熱ゾーンの加熱室内を高温でしかも均一な温度分布に維持させようとするものであるため、炉体の構造が複雑であった。
【０００３】
一方、特許文献１のような構造複雑な炉装置を用いることなく、高温の熱風と被処理材との接触方法を改善することにより均一加熱する技術が、例えば、特許文献２に記載の如く公知である。
特許文献２に記載の従来技術は、熱風循環ファンによって加熱源からの熱風を攪拌して材料を加熱するバッチ式の加熱方法であって、循環ファンによって送られた熱風が材料を通過する間にその熱風温度が低下し、ファンの風上と風下ではかなりの加熱速度の差が見られ、その温度差に基づき不均一加熱が発生するので、その温度差を短縮して被処理材を均一加熱するために、前記ファンの回転方向を逆転させるものであった。
【０００４】
この特許文献２記載の炉体構造は加熱室自体を均一加熱するものでないから、前記特許文献１記載のものに比べて、炉体の構造を簡単にすることができるものであった。
【特許文献１】実公昭５９−８１５９号公報
【特許文献２】特公昭５３−２９２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、厚鋼板などの厚さ、幅及び長手方向を有する長尺の被処理材を、その長手方向にわたって、均一に加熱する方法として、特許文献２記載のような構造簡単な炉体を用いた場合、その制御方法が重要となる。ところが、かかる制御方法として、その長手方向に沿って均一な温度分布で加熱するための概略的な制御のみが開示されている特許文献１記載の制御をそのまま適用することは困難を伴うし、それに変わる有益な制御方法（熱処理炉における加熱方法）は現状開発されるには至っていない。
そこで、本発明は、厚鋼板などの厚さ、幅及び長手方向を有する長尺の被処理材を収納する熱処理室が長手方向に複数の制御ゾーンに区画され、前記熱処理室内の空気を加熱する加熱手段と、該加熱手段により加熱された空気を熱風として前記各制御ゾーンに前記幅方向に循環させる循環手段とを有した構造簡単な熱処理炉を用い、前記熱風を前記被処理材の幅方向一側から他側に向かって供給して、前記被処理材を加熱する方法において、その長手方向に沿って、均一な温度分布で加熱することができる加熱方法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】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、次の手段を講じた。
すなわち、本発明の特徴とするところは、厚さ、幅及び長手方向を有する長尺の被処理材を収納可能であって且つ長手方向に複数の制御ゾーンに区画された熱処理室と、該熱処理室内の雰囲気ガスを加熱する加熱手段と、該加熱手段により加熱された雰囲気ガスを熱風として前記各制御ゾーンの幅方向に循環させる循環手段とを有した熱処理炉を用い、前記熱風を被処理材の幅方向一側から他側に向かって供給して当該被処理材を目標温度まで加熱する熱処理炉における加熱方法であって、前記各制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ）で、前記熱風の上流側の温度（ｔ上流ｉ）と下流側の温度（ｔ下流ｉ）を測定し、その温度差（Δｔｉ＝ｔ上流ｉ−ｔ下流ｉ）が等しくなるよう、前記各制御ゾーンの循環手段の風量（Ｑｉ）を制御する点にある。
【０００７】
本発明においては、前記各制御ゾーンの風量（Ｑｉ）が次式を満たすように設定されていることは好ましい。
Ｑｉ＝ｆ（Ｑｍａｘ，Δｔｍａｘ，Δｔｉ）
ただし、
Δｔｉ    ： 制御ゾーンにおける温度差
Δｔｍａｘ： 温度差が最も大きい制御ゾーンにおける温度差
Ｑｍａｘ  ： 温度差が最も大きい制御ゾーンにおける風量
Ｑｉ      ： 残りの制御ゾーンの風量
また、前記循環手段が正逆運転により前記被処理材の幅方向両側から交互に前記熱風を供給することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、長尺の被処理材の長手方向に沿って、均一な温度分布で加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１〜図３に示すものは、本発明方法に使用する熱処理炉である。
この熱処理炉は、厚さ、幅及び長手方向を有する被処理材１（被加熱物）を、その長手方向にわたって均一に加熱するものであり、この実施の形態では、厚鋼板を熱処理する台車炉が例示されている。
前記台車炉は、被処理材１を収納する炉室Ｒを有する。この炉室Ｒの周囲は炉壁１０によって覆われている。炉室Ｒの底部は台車９によって塞がれている。この台車９には、被処理材載置台１３が設けられ、この載置台１３上に前記被処理材１が載置されている。
【００１０】
かかる被処理材１は、厚さ、幅及び長手方向を有するものであって、図１において、厚さ方向は上下方向であり、幅方向は左右方向であり、長手方向は紙面に直交する前後方向である。
炉室Ｒは水平仕切り壁１６を介して上下に区画されている。この水平仕切り壁１６は、被処理材１の上面から所定間隔を有して上方を塞ぐように水平に配置されている。水平仕切り壁１６によって区画された上側は加熱室３とされ、下側は被処理材１を処理する熱処理室２とされている。
【００１１】
熱処理室２及び加熱室３は、長手方向に複数の制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ、ｉは制御ゾーンの番号、ｎは制御ゾーンの数）に区画されている。そして、各制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ）毎に室内の雰囲気ガスを加熱する加熱手段５と、該加熱手段５により加熱された雰囲気ガスを熱風として前記幅方向に循環させる循環手段４とを有する。
なお、前記加熱手段５は、各制御ゾーン毎に設けられることは必須ではなく、複数の制御ゾーンにわたって共通のものとすることもできる。
前記循環手段４（循環ファン）は、加熱手段５により加熱された雰囲気ガスを炉室Ｒ（熱処理室２及び加熱室３）内で循環させるものであり、循環ファン電動機１１により正逆運転可能とされている。この循環手段４により、熱風は被処理材１の上下表面に沿って幅方向に流れる。
【００１２】
前記各制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ）は、図２の仮想線で示す位置に設けられた加熱室ゾーン仕切り壁６ならびに熱処理室ゾーン仕切り壁７により区画されている。この実施の形態では、かかる仕切り壁６，７により、熱処理室２及び加熱室３は５個（ｎ＝５）の制御ゾーンが設けられ、各制御ゾーン（ｉ＝１〜５）に前記加熱手段５と循環手段４が一つずつ設けられている。
図３は、制御ゾーンの１つの側面方向断面（被処理材の長さ方向を向く断面）を示したものである。詳しくは、熱処理室２の天井部から加熱室ゾーン仕切り壁６が垂下するように設けられ、この加熱室ゾーン仕切り壁６の下部に略垂直になるように水平仕切り壁１６が取り付けられ、該水平仕切り壁１６から、耐熱用鋼板を被処理材１の直上まで吊り下げるように配設することで熱処理室ゾーン仕切り壁７が構成されている。なお、熱処理室ゾーン仕切り壁７は耐熱用鋼板で構成されるものに限定されず、その他の金属材料や耐熱断熱材で構成するようにしてもよい。
【００１３】
前記加熱室３に加熱手段５が設けられている。この加熱手段５の一例として燃焼させるバーナが例示されている。この加熱手段５は、加熱室３の天井の略中央に取り付けられ、下方に向かって火炎を放出するよう構成されている。
前記水平仕切り壁１６の循環手段４近傍には、上下に貫通する第１熱風通路１４が形成されている。また、前記水平仕切り壁１６の循環手段４とは反対側の端部には第２熱風通路１５が上下に貫通して設けられている。前述の循環手段４としては、軸流ファンが例示されている。この軸流ファンの正逆運転は、正逆運転可能な循環ファン電動機１１により行われる。この軸流ファンの正転で、加熱室３の熱風は、第１熱風通路１４から熱処理室２へ供給され、逆転で加熱室３の熱風は第２熱風通路１５から熱処理室２へ供給され、熱処理室２と加熱室３とを正逆循環する。
【００１４】
前記軸流ファンの送風量は、回転数が一定であれば、正転時を（Ｑ正）とし、逆転時を（Ｑ逆）としたとき、両者は等しくなく、（Ｑ正≠Ｑ逆）とされている。
第１熱風通路１４に第１温度測定手段８と、第２熱風通路１５に第２温度測定手段９が設けられている。これら両温度測定手段８，９は、被処理材１の両側の熱風の温度を測定するものである。
すなわち、前記第１及び第２温度測定手段８，９は、前記各制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ）に、前記熱風の上流側の温度（ｔ上流ｉ）と下流側の温度（ｔ下流ｉ）を測定するものである。
【００１５】
前記第１及び第２温度測定手段８，９と循環ファン電動機１１とは、制御装置１７を介して接続されている。従って、第１及び第２温度測定手段８，９は、その測定結果を電気信号として制御装置１７に伝達できるものであれば好ましい。
前記制御装置１７は、前記第１及び第２温度測定手段８，９からの測定温度に基づき、その温度差（Δｔｉ＝ｔ上流ｉ−ｔ下流ｉ）を算出し、該算出結果に基づき、前記被処理材が長手方向に均一に加熱されるよう、前記各制御ゾーンの循環手段４の風量（Ｑｉ）を制御するように構成されている。
【００１６】
すなわち、前記各制御ゾーンの風量制御は、前記温度差（Δｔｉ）が最も大きいゾーンの温度差をΔｔｍａｘとし、当該Δｔｍａｘの制御ゾーンの風量を最大値（Ｑｍａｘ）とし、残りの制御ゾーンの風量（Ｑｉ）を、Ｑｉ＝ｆ（Ｑｍａｘ，Δｔｍａｘ，Δｔｉ）と設定する。
図４〜図９に基づき、前記熱処理炉を用いた本発明の加熱方法を説明する。なお、図４は図１に対応し、図５は図２に対応するブロック図である。これらの図において、「ｔ上流ｉ」は、各制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ）における被処理材１に吹き付ける前の熱風温度であり、「ｔ下流ｉ」は、被処理材通過後の熱風温度であり、「Ｔ上流ｉ」は、熱風吹き付け側の被処理材１の温度であり、「Ｔ下流ｉ」は、熱風吹き付け側とは反対側の被処理材１の温度である。
【００１７】
被処理材１は、ｉ＝１とｉ＝ｎにおいて長手方向の端部が位置し、ｉ＝２〜（ｎ−１）において連続した中間部が位置する。
図６に示すように、「ｔ上流１」と「ｔ上流２」の温度が同一の場合、熱風は、被処理材１（被加熱物）や炉体に熱を奪われて温度降下するため、ゾーン毎の被処理材重量の違いなどによって、熱風の下流側温度「ｔ下流１」と「ｔ下流２」は、図に示す如く、時間の経過と共に差異が生じる。
その結果、図６に示すように被処理材１の「Ｔ下流１」と「Ｔ下流２」にも温度差が生じることになり、長手方向に均一な加熱が達成できない。
【００１８】
そこで、本発明の実施の形態では、下流側熱風温度は、熱風風量と熱風から奪われる熱量によって決まることに着目し、各ゾーンの熱風風量を制御することで、被処理材温度のバラツキを制御することとしている。
図７に示す如く、例えば、経過時間ａの時点で風量設定するには、熱風の上流、下流温度（ｔ上流ｉ、ｔ上流ｉ）を測定する。
この測定値から、各ゾーンで上流と下流の温度差（Δｔｉ＝ｔ上流ｉ−ｔ下流ｉ）を計算する。
【００１９】
最も温度差が大きいゾーンの熱風風量を設備仕様最大値として、残りのゾーンはΔｔｉとΔｔｍａｘにしたがって、熱風風量を減らすことで、各ゾーンの下流側熱風温度を制御し、被処理材温度の長手方向のバラツキを制御する。
図８は、前記制御のフローチャートである。すなわち、本発明の実施の形態によれば、前記各制御ゾーン（ｉ＝１〜ｎ）に、前記熱風の被処理材に対する上流側炉温（ｔ上流ｉ）と下流側炉温（ｔ下流ｉ）を測定する。
次に、その温度差（Δｔｉ＝ｔ上流ｉ−ｔ下流ｉ）を求める。
【００２０】
その後、前記温度差Δｔｉに基づき、前記被処理材が長手方向に均一に加熱されるよう、前記各制御ゾーンの循環手段の風量（Ｑｉ）を制御する。
この風量制御は、前記温度差（Δｔｉ）が最も大きいゾーンの温度差をΔｔｍａｘとし、当該Δｔｍａｘの制御ゾーンの風量を最大値（Ｑｍａｘ）とし、残りの制御ゾーンの風量（Ｑｉ）を、
Ｑｉ＝ｆ（Ｑｍａｘ，Δｔｍａｘ，Δｔｉ）      ・・・（１）
と設定する。
【００２１】
図９は、式（１）を、例えば、
Ｑｉ＝Ｋ・Δｔｉ／Δｔｍａｘ・Ｑｍａｘ        ・・・（２）
ただし、Ｋ＝１
で設定した場合の結果であって、熱処理炉において、制御ゾーン内の被処理材１の量が異なる場合の熱風温度の変化例を示したものである。ここで、２ゾーンの被処理材１の量は、１ゾーンの被処理材１の量の略１／４である。なお、熱処理炉の形態は図１〜図３に示したものである。
【００２２】
図から判るように、加熱制御が無く１，２ゾーンの風量が同一の場合は、ｔ下流２はｔ下流１より高い温度となる。しかし、本発明の加熱方法、換言すれば風量制御を採用することで、ｔ下流２とｔ下流１とは同じ温度推移となり、熱風温度（循環ガス温度）が同一となることで被処理材１の温度も均一とすることができる。
この例では、Ｋ＝１としたが、Ｋの値は各制御ゾーンもしくは使用する設備によって調整すればよく、常に１とする必要はない。また、本実施例では式（１）や式（２）で規定される風量Ｑｉを用いたが、Δｔｉ／Δｔｍａｘ＝１を目標値として、Ｑｉ／Ｑｍａｘの値をＰＩＤ制御などの従来から知られている制御方法で制御するようにしてもよい。
【００２３】
なお、本発明の実施の形態では、前記循環手段４が正逆運転により前記被処理材１の幅方向両側から交互に熱風を供給している。この交互運転の制御は次のように行われる。
軸流ファンの正転時回転数と、逆転時回転数が同一の場合は、軸流ファンの正逆各々の送風量（Ｑ正、Ｑ逆）に応じて、正逆の送風時間（Ｔ正、Ｔ逆）の比率を決定して前記循環手段４を運転する。
軸流ファンの送風量は、正逆転時で、回転数が同じであれば、（Ｑ正≠Ｑ逆）であるので、正逆運転を同じ時間で交互に行ったのでは被処理材１に与える熱量は同じにならず、昇温時間差が生じる。
【００２４】
そこで、昇温時間差が所定範囲以下になるように正逆の送風時間（Ｔ正、Ｔ逆）の比率を決定する。
具体的には、前記比率を決定するため、図１，図２に示す設備を用いて実験を行った。そして、昇温時間差を最短とできる正転比率を板温計算（被処理材の温度計算）から算出し、計算された正転比率から、正逆の送風時間（Ｔ正，Ｔ逆）の比率を決定した。
なお、正転比率（運転時間比率）は、式（１）で定義される。
正転比率＝Ｔ正／（Ｔ正＋Ｔ逆）    ・・・（３）
実験結果、及び計算結果を図１０〜１２に示す。
［計算条件］
１）板サイズ：２８ｍｍ（厚さ）×４５００ｍｍ（幅）×１８０００ｍｍ（長さ）
２）目標板温：６００℃
３）１サイクル送風時間：２０分
４）送風量：Ｑ正＝７８０ｍ3／ｍｉｎ、Ｑ逆＝５２０ｍ3／ｍｉｎ
表１は、正逆の送風時間（Ｔ正、Ｔ逆）、その合計、正転比率、昇温時間差及び加熱時間を示すものである。正転比率は、「Ｔ正／（Ｔ正＋Ｔ逆）」と定義される。
【００２５】
図１０は、運転時間比率と昇温時間差のグラフである。
図１１は、正転１５分、逆転５分を交互に繰り返したときの板温計算例をグラフ化したものである。正転時送風温度とは、第１温度測定手段８により測定された熱風の温度であり、逆転時送風温度とは、第２温度測定手段９により測定された熱風の温度である。正転時上流側板温、中央板温及び逆転時上流側板温は計算されたものである。
図１２は、図９のグラフの部分拡大図である。
図１０のグラフにおいて、昇温時間差が５分以下を本発明の範囲とする。すなわち、本発明の「最短」とは５分以下を意味する。
【００２６】
その結果、前記比率は、次式（４）となることを見出した。
Ｔ正／Ｔ逆＝（Ｑ正／Ｑ逆）a  ……（４）
ただし、ａ＝０．８〜０．９
循環手段４の正転時回転数と、逆転時回転数が同一でない場合は、軸流ファンの正逆運転の制御は次のように行うことができる。
【００２７】
すなわち、前記軸流ファンの正逆各々の送風量（Ｑ正、Ｑ逆）が同一となるように、前記軸流ファンの正逆運転を制御する。この制御は、循環ファン電動機１１の回転数をインバータ制御などで制御し、正逆運転での軸流ファンの回転数を変化させ、（Ｑ正＝Ｑ逆）とする。この場合、正逆の送風時間は同一（Ｔ正＝Ｔ逆）とされる。
本実施の形態においては、前記被処理材１を前記熱処理室２に収納する前に、前記熱処理室２内を予熱する。
予熱することにより炉体への伝熱量が減少し、熱風の上流、下流での温度差が小さくなり、鋼板の昇温時間差が小さくなる。
【００２８】
なお、本発明は、前記実施の形態に示したものに限定されるものではなく、加熱手段３として、特開２０００−１４４２３９号公報に記載のような電気ヒータを採用したものであってもよい。また、熱処理炉として、加熱室が下方に設けられ熱処理室が上方に設けられたものであってもよく、その形式は限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、厚鋼板、形鋼などの被処理材の熱処理に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】台車炉の正面断面図（幅方向断面図）である。
【図２】台車炉の平面図である。
【図３】制御ゾーンの側面断面図（長手方向断面図）である。
【図４】台車炉の正面ブロック図である。
【図５】台車炉の平面ブロック図である。
【図６】熱風温度と被処理材温度との関係を示す図である。
【図７】熱風温度と時間の経過とを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態を示すフローチャートである。
【図９】熱風温度の変化を示す図である。
【図１０】運転時間比率と昇温時間差の関係を示す図である。
【図１１】昇温時間差を最短とできる運転時間比率を被処理材の温度から算出した結果を示す図である。
【図１２】図１１の一部拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    被処理材
２    熱処理室
３    加熱室
４    循環手段
５    加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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