(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアブロワーと熱処理炉の間にエア分配箱を設けてエア管路を分岐して熱処理炉の並列配備した複数本のバーナーに燃焼空気を送給する機構において、エアブロワーとエア分配箱の間のエア管路に開度可変の大弁と開度可変の小弁からなる２個の燃焼空気制御弁を並列に配設し、大弁の開度及び小弁の開度を監視し切替え制御する熱処理炉制御コンピュータを大弁及び小弁からなる２個の燃焼空気制御弁に接続してバーナー燃焼空気の制御機構としたことを特徴とする熱処理炉の温度制御装置。
【請求項２】
開度可変の大弁と開度可変の小弁からなる２個の燃焼空気制御弁は、大弁のみの弁を開き大弁の弁開度が適宜開度に達すると弁開度を適宜開度とした小弁のみに切り替わる機構からなる燃焼空気制御弁であ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装置。
【請求項３】
熱処理炉のバーナーへの燃焼空気の供給において、エアブロワーからのエア管路に並列２系統の大弁と小弁からなる燃焼空気制御弁を用い、大弁の燃焼空気制御弁と小弁の燃焼空気制御弁のそれぞれ適宜開度において両者を切り替え燃焼空気をバーナーに供給する方法により、被処理材の昇温時には大弁のみから燃焼空気を供給し、処理温度の許容下限値の偏差下限に昇温すると小弁に切り替え小弁のみから燃焼空気を供給することを特徴とする熱処理炉の温度制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、処理温度の許容下限値の偏差下限に昇温して大弁の燃焼空気制御弁の開度が１５〜２０％になると開度２５〜３０％とした小弁の燃焼空気制御弁に切り替えることを特徴とする熱処理炉の温度制御方法。
【請求項５】
エアブロワーからのエア管路に並列に設置の大弁の燃焼空気制御弁の開度と小弁の燃焼空気制御弁の開度を炉制御のコンピュータにより監視せしめ、熱処理炉の昇温域のバーナー燃焼空気供給を大弁のみにより行い、設定炉温の許容温度である偏差下限温度到達時にその大弁開度と到達時間に基づいて、小弁の開度を設定して小弁に切り替えバーナー燃焼空気供給及び制御を行わせることを特徴とする熱処理炉の温度制御方法。
【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、特に溶体化炉における高容量バーナーによる熱処理の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱処理炉、特に溶体化処理炉等は、その炉に装入し得る被処理材の最大量を熱処理し得る温度を維持することができるように設計されている。例えば、被処理材である鋼材の１ｔコイルおよび２ｔコイルのいずれにも固溶化処理が可能である溶体化処理炉では、設備上は当然２ｔコイルに対応できるバーナー容量のバーナーが取り付けられている。例えば一つの炉に１３２，０００ｃａｌ／本の高容量バーナーが６本取り付けられており、ターンダウン比１／４に制限している。そして固溶化処理をするときは、炉温が固溶化処理温度にある熱処理炉に被処理材として１ｔコイルあるいは２ｔコイルのどちらの場合でも冷材状態で装入されるので一旦炉温は低下するが、昇温域では高容量バーナーの能力が十分に発揮されることとなり、速やかに昇温して所定温度の炉温に復帰する。しかし、炉温が固溶化処理の所定温度に復帰すると熱処理パターン上では焼き上がりまでにキープ域を保持するために、燃焼空気などのオン−オフ制御を２〜４回繰り返して制御する必要がある。
【０００３】
すなわち上記の２ｔコイル用の溶体化炉で、１ｔコイルを処理するためには、バーナー容量が大き過ぎて、キープ域ではＯＮ−ＯＦ制御をこまめにする必要があり、当然温度もサイクリングを起こして安定しない問題が発生していた。さらに、このような大容量バーナーを使用する炉では、３〜６分毎にＯＮ−ＯＦ制御を繰り返す必要があるので、雰囲気温度が安定せず、特に炉内における下部域では上部域との温度差が著しい。そして焼き上がり完了条件には炉の下部域の温度到達が付加されるので、処理時間がタイムアウトしても完了条件が満たされないので完了シグナルがでなかった。そのため被処理材の在炉時間がオーバーとなる問題が生じていた。また、炉温が所定の温度に復帰すると６本のバーナーのうち例えば上段バーナーの２本のバーナーが間引き運転される。しかし、６本のバーナーに燃焼空気を送る空気回路の制御弁は大弁１個だけからなっており、大弁だけでは燃焼空気を送り過ぎてしまうため、温度のサイクリング現象は解決されず、炉温が安定しないという問題が残った。そこで、これらの炉においては被処理材の最大量を熱処理し得る温度を維持することができるものとするとともに、さらに、その最大量よりも少ない量の被処理材にも対応して制御できるものとする必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記の従来の問題を解消することであり、その熱処理炉の処理能力以下の被処理材を処理する場合にもキープ温度域に維持する制御が容易で的確に行え、さらに炉内の温度偏位を少なくして、炉内下部域と上部域との温度差を解消して被処理材の在炉時間のオーバーを解消する装置及び方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、バーナー燃焼空気圧を制御する装置および方法であり、請求項１の発明では、エアブロワーと熱処理炉の間にエア分配箱を設けてエア管路を分岐して熱処理炉の並列配備した複数本のバーナーに燃焼空気を送給する機構において、エアブロワーとエア分配箱の間のエア管路に開度可変の大弁と開度可変の小弁からなる２個の燃焼空気制御弁を並列に配設し、大弁の開度及び小弁の開度を監視し切替え制御する熱処理炉制御コンピュータを大弁及び小弁からなる２個の燃焼空気制御弁に接続してバーナー燃焼空気の制御機構としたことを特徴とする熱処理炉の温度制御装置である。
【０００６】
請求項２の発明では、開度可変の大弁と開度可変の小弁からなる２個の燃焼空気制御弁は、大弁のみの弁を開き大弁の弁開度が適宜開度に達すると弁開度を適宜開度とした小弁のみに切り替わる機構からなる燃焼空気制御弁であることを特徴とする請求項１の手段における熱処理炉の温度制御装置である。
【０００７】
請求項３の発明では、熱処理炉のバーナーへの燃焼空気の供給において、エアブロワーからのエア管路に並列２系統の大弁と小弁からなる燃焼空気制御弁を用い、大弁の燃焼空気制御弁と小弁の燃焼空気制御弁のそれぞれ適宜開度において両者を切り替え燃焼空気をバーナーに供給する方法により、被処理材の昇温時には大弁のみから燃焼空気を供給し、処理温度の許容下限値の偏差下限に昇温すると小弁に切り替え小弁のみから燃焼空気を供給することを特徴とする熱処理炉の温度制御方法である。
【０００８】
請求項４の発明では、請求項３の手段において、処理温度の許容下限値の偏差下限に昇温して大弁の燃焼空気制御弁の開度が１５〜２０％になると開度２５〜３０％とした小弁の燃焼空気制御弁に切り替えることを特徴とする熱処理炉の温度制御方法である。
【０００９】
請求項５の発明では、エアブロワーからのエア管路に並列に設置の大弁の燃焼空気制御弁の開度と小弁の燃焼空気制御弁の開度を炉制御のコンピュータにより監視せしめ、熱処理炉の昇温域のバーナー燃焼空気供給を大弁のみにより行い、炉設定温度の許容温度の偏差下限温度到達時にその大弁開度と到達時間に基づいて、小弁の開度を設定して小弁に切り替えバーナー燃焼空気供給及び制御を行わせることを特徴とする熱処理炉の温度制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の熱処理炉並びに燃焼ガスのガス管路および燃焼空気のエア管路からなる燃焼機構を模式的に示す図で、本発明の説明に必要な電磁弁など以外のものは省略して示す。図２は熱処理炉および装入材料の温度変化を示すグラフである。図３ないし図５は熱処理炉における装入材料の温度制御状態を表すグラフで、図３は大弁の下限開度および切り替わり時の小弁の開度が少ない比較例を表し、図４は大弁の下限開度および切り替わり時の小弁の開度が適切な本発明例を表し、図５は大弁の下限開度および切り替わり時の小弁の開度が多い比較例を表す。
【００１１】
図１により請求項１の発明の熱処理炉の温度制御装置の実施の形態を説明する。熱処理炉１には高容量のバーナー２が配設されており、すなわち、側部にバーナー２ａ、２ｆの２本、上部にバーナー２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの４本のそれぞれ１本当たり１３．２０００Ｋｃａｌの高容量のバーナー２が配設されている。バーナー２には、燃料のガスがガス安全遮断弁８から各バーナー２にガス管路９により途中で分岐して供給されている。一方、各バーナー２の燃焼空気は１５ｋＷ、２Ｐのターボブロワ３からエア管路４によりエア分配箱１１で分岐して各バーナー２に供給されている。ターボブロワ３とエア分配箱１１の間のエア管路４には燃焼空気制御弁である２５０Ａの開度可変の大弁５と１２５Ａの開度可変の小弁６が並列に２系統設けられている。この大弁５と小弁６の大きさはバーナー容量およびエア管路の配管径から決定される。大弁５と小弁６はエアコントロールモーターバルブからなり、請求項２の発明の実施の形態では、大弁５と小弁６からなる２個の燃焼空気制御弁は、大弁５のみを開き大弁の弁開度が適宜開度に達すると弁開度を適宜開度とした小弁６に切り替わるシステムすなわち機構からなる燃焼空気制御弁に形成されている。
【００１２】
請求項３の発明の実施の形態を説明すると、熱処理炉１のバーナー燃焼空気の供給の制御方法であって、エアブロワー３からのエア管路４に並列２系統の大弁５と小弁６からなる燃焼空気制御弁を使用して大弁５の燃焼空気制御弁と小弁６の燃焼空気制御弁のそれぞれ適宜開度において両者を切り替えた後、エア管路を熱処理炉１のそれぞれのバーナー２ａ〜２ｆに分岐して燃焼空気を供給することからなる熱処理炉１の温度制御方法である。そして請求項４の発明の実施の形態では、この請求項３の手段において、炉温が処理温度の許容下限値に昇温復帰して大弁５の燃焼空気制御弁の開度が１５〜２０％になると開度２５〜３０％とした小弁６の燃焼空気制御弁に切り替えて、炉温を設定温度に維持することとする。
【００１３】
請求項５の発明の実施の形態では、エアブロワー３からのエア管路４に並列に設置の大弁５の燃焼空気制御弁の開度と小弁６の燃焼空気制御弁の開度を炉制御のコンピュータにより監視せしめ、熱処理炉１の昇温域のバーナー燃焼空気供給を大弁５のみにより行い、設定炉温の許容温度である偏差下限温度到達時にその大弁５の開度と到達時間に基づいて、小弁６の開度を設定して小弁６に切り替えバーナー２への燃焼空気の供給及び制御を行わせることにより熱処理炉の温度を制御する。
【００１４】
以上に説明のとおり、エアブロワー３からのバーナー燃焼空気の送風圧力を制御する燃焼空気制御弁であるエアコントロールモーターバルブ（ＡＣＭＶ）が従来１系統であったものを、本発明では大きさの違う２系統の燃焼空気制御弁である大弁５と小弁６を配すようにした。
【００１５】
ところで本発明の操業例を示すと、図２に示すように、炉温１３が所定の例えば溶体化処理温度にある熱処理炉１に、冷却状態にある被処理材を装入すると、被処理材装入時点１４で炉温１３は被処理材の装入により一次的に低下して溶体化処理温度のより１５度低い許容温度の偏差下限温度をさらに割り込んで低下することとなる。しかし、被処理材温度１２の昇温により所定の溶体化処理温度に炉温１３が復帰すると、この炉温復帰時点１５で熱処理炉１の６本のバーナー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆのうち上段の２本のバーナー２ｃ、２ｅの管路のエア電磁弁７ａ、７ｂ並びにガス電磁弁１０ａ、１０ｂを閉鎖して、この２本のバーナー２ｃ、２ｅを間引いて残りの４本のバーナー２ａ、２ｂ、２ｄ、２ｆで運転して炉温１３を維持する。ところで、大弁５だけで燃焼空気の送風圧力を制御してもバーナー２に燃焼空気を送り過ぎてしまうため、温度のサイクリング現象は解決されず、安定しないという問題が残る。そこで、本発明は２個の大きさの異なる大弁５および小弁６からなる燃焼空気制御弁の開度に相関を持たせるようにし、さらに、大弁５の開度が１５％〜２０％になると小弁６に切り替え、切り替え時の小弁の開度を２５％〜３０％とした。そして、これらの制御は、熱処理炉１を制御しているコンピュータＤＣＳによりＡＣＭＶから送られてくる大弁５、及び小弁６の各開度を監視し、所定炉温の温度偏差下限到達時の大弁５の開度値と、到達時間の関係を見出し、小弁６の開度を可変させ切り替えるシステムとした。そして、２つのＡＣＭＶは基本的に昇温域においては大弁５のみで制御し、キープ域においては小弁６のみで制御するようにした。さらに、本発明では大弁５の上限開度を開度１００％、下限開度を開度１５％に設定し、小弁６の上限開度を開度１００％、下限開度を開度０％として燃焼空気制御を行わせるものとした。なお、開度１００％は弁の全開を指し、０％は弁の全閉を指す。これにより偏差上限のオーバーハングおよびサイクリング現象を解消し、さらに炉内における雰囲気温度差の安定が図られ、在炉時間オーバーもなくなった。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明における大弁５と小弁６の切り替え時の相関について、表１および図３〜図５のヒートパターン（処理温度×在炉時間）で比較例および発明例により説明する。各時間はヒートパターンにより異なるが、表１および図３〜図５では処理温度９９０℃×在炉時間９０分とするものである。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
図３のヒートパターンで示す比較例では、表１から判るように、大弁５の下限開度５％で切り替わり時の小弁６の開度５〜１０％、大弁５の下限開度１０％で切り替わり時の小弁６の開度１５〜２０％の２例で、これらは設定温度より１５度低い偏差下限の炉温に昇温する偏差下限到達時間ｔ１が約２０分の評価○および約３０分の評価○で、いずれも昇温時間は早いが、設定温度到達時点で大弁５から小弁６に切り替わっても炉温はなお昇温し続け、最高炉温は偏差上限を超えてオーバーハングとなっており、そのため設定温度復帰までの時間ｔ２が約２５分の遅い評価の×および約１５分のやや遅い評価の△となっている。
【００１９】
これに対し図４のヒートパターンで示す発明例では、表１から判るように、大弁５の下限開度１５〜２０％で切り替わり時の小弁６の開度２５〜３０％で、これは設定温度より１５度低い偏差下限の炉温に昇温する偏差下限到達時間ｔ１が約４０分で昇温時間も問題なく、設定温度到達時点で大弁５から小弁６に切り替わっても最高炉温は偏差上限内にあり、設定温度復帰までの時間ｔ２の時間は約５分の早い評価の○となっており、その後は安定してサイクリングもなく、さらに炉内下部域と上部域との温度差はなく、炉内の温度偏位解消されている。
【００２０】
さらに、図５のヒートパターンで示す比較例では、表１から判るように、大弁５の下限開度２５％で切り替わり時の小弁６の開度４０〜４５％、大弁５の下限開度３０％で切り替わり時の小弁６の開度５０〜６０％の２例で、これらは設定温度より１５度低い偏差下限の炉温に昇温する偏差下限到達時間ｔ１が約６０分のやや遅い評価の△および約７０分の遅い評価の×で、いずれも昇温時間は遅く、設定温度到達時点で大弁５から小弁６に切り替わると炉温は昇温することなく、設定温度到達時点から設定温度復帰までの時間ｔ２の時間は約３分の早い評価の○および約２分の早い評価の○であるが、サイクリングがわずかであるがある。そして溶体化時間が十分にとれない問題がある。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、熱処理炉のバーナー燃焼空気を並列に設置した２系統の大弁と小弁により、それらの開度を相関付けて被処理材装入後の昇温では大弁でバーナー燃焼空気を供給し、設定温度の偏差下限に到達すると大弁の開度１５〜２０％において大弁から小弁に切り替え、そのときの小弁の開度を２５〜３０％とすることで、被処理材の温度を設定温度の偏差上限を超えることをなくし、かつ短時間で設定温度に収斂させて安定的に維持し、かつ炉内の温度偏位を少なくして、炉内下部域と上部域との温度差を解消し、さらに被処理材の在炉時間オーバーを解消することができるなど、従来にない安定した炉制御によりエネルギーコストを低下するなど優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の熱処理炉並びに燃焼ガスのガス管路および燃焼空気のエア管路からなる燃焼機構を模式的に示す図である。
【図２】  図２は熱処理炉および装入材料の温度変化を示すグラフである。
【図３】  熱処理炉における装入材料の温度制御状態を表すグラフで比較例を示す。
【図４】  熱処理炉における装入材料の温度制御状態を表すグラフで発明例を示す。
【図５】  熱処理炉における装入材料の温度制御状態を表すグラフで比較例を示す。
【符号の説明】
１    熱処理炉
２    バーナー
３    エアブロワー
４    エア管路
５    大弁
６    小弁
７    エア電磁弁
８    ガス安全遮断弁
９    ガス管路
１０  ガス電磁弁
１１  エア分配箱
１２  被処理材温度
１３  炉温
１４  被処理材装入時点
１５  炉温復帰時点
１６  バーナー間引き区間
【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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