特開 2023-137789 熱処理炉および熱処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023137789

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】熱処理炉および熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   C21D 11/00 20060101AFI20230922BHJP

   F27B 9/40 20060101ALI20230922BHJP

   F27B 9/02 20060101ALI20230922BHJP

   F27D 19/00 20060101ALI20230922BHJP

   C21D 9/00 20060101ALN20230922BHJP

   F27B 9/24 20060101ALN20230922BHJP

【ＦＩ】

C21D11/00 102

F27B9/40

F27B9/02

F27D19/00 A

C21D9/00 G

F27B9/24 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044162

(22)【出願日】2022-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076473

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100112900

【弁理士】

【氏名又は名称】江間 路子

(74)【代理人】

【識別番号】100198247

【弁理士】

【氏名又は名称】並河 伊佐夫

(72)【発明者】

【氏名】森 雅史

【テーマコード（参考）】

4K038

4K042

4K050

4K056

【Ｆターム（参考）】

4K038AA03

4K038BA01

4K038CA01

4K038CA02

4K038DA01

4K038EA01

4K038FA03

4K042AA14

4K042BA10

4K042DB06

4K042DB07

4K042DB08

4K042DC05

4K042DF01

4K042EA03

4K050AA02

4K050BA02

4K050CA13

4K050CD02

4K050CG04

4K050EA06

4K056AA09

4K056BB01

4K056CA02

4K056FA03

4K056FA13

(57)【要約】

【課題】負荷条件が変化した場合でも汎用性高く炉内温度を制御することができる熱処理炉を提供する。
【解決手段】熱処理炉１は、ゾーン２２－１と、ゾーン２２－１に設けられた温度センサ３１及びバーナ３５と、温度センサ３１の出力に基づいてバーナ３５に対するＦＢ操作量ＭＶ１を調整するＦＢ制御手段３３と、被処理材Ｗがゾーン２２－１に装入されたことによる温度低下を抑制するようにバーナ３５に対するＦＦ操作量ＭＶ２を算出し、ＦＦ操作量ＭＶ２をＦＢ操作量ＭＶ１に加算するＦＦ制御手段と、を備えている。ＦＦ制御手段は、被処理材Ｗの装入を検出することにより、ＦＦ操作量としての加算量を算出し出力する加算量算出部５８と、被処理材Ｗが装入されたことにより下降勾配となったゾーン２２－１の温度が上昇に転じたときの極値を検出することにより、ＦＦ操作量ＭＶ２としての加算量をゼロ値に収束させる第１の加算量収束部と、を備えている。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

温度制御領域として加熱室内に設定されたゾーンと、
前記ゾーンに設けられた温度センサ及び加熱手段と、
前記ゾーンが所定温度になるよう前記温度センサの出力に基づいて前記加熱手段に対するフィードバック（以下、ＦＢという）操作量を調整するＦＢ制御手段と、
被処理材が前記ゾーンに装入されたことによる前記ゾーンの温度低下を抑制するように前記加熱手段に対するフィードフォワード（以下、ＦＦという）操作量を算出し、該ＦＦ操作量を前記ＦＢ操作量に加算するＦＦ制御手段と、
を備え、
前記ＦＦ制御手段は、
前記被処理材の装入を検出することにより、前記ＦＦ操作量としての加算量を算出し出力する加算量算出部と、
前記被処理材が装入されたことにより下降勾配となった前記ゾーンの温度が上昇に転じたときの極値を検出することにより、前記ＦＦ操作量としての加算量をゼロ値に収束させる第１の加算量収束部と、
を備えている、熱処理炉。

【請求項2】

前記加算量算出部は、負荷条件に基づいて決定された時定数および比例ゲインを用いて一次遅れ処理を施し、前記加算量を算出する、請求項１に記載の熱処理炉。

【請求項3】

前記ゾーンに装入される被処理材の、搬送速度、材料径および材料本数から選択された少なくとも１つの項目を可変パラメータとして、前記時定数および比例ゲインが決定されている、請求項２に記載の熱処理炉。

【請求項4】

前記ＦＦ制御手段は、前記ＦＦ操作量を一次遅れによりゼロ値に収束させる、請求項１に記載の熱処理炉。

【請求項5】

前記ＦＦ制御手段は、前記ゾーン内に装入された前記被処理材の経過時間情報に基づいて前記ＦＦ操作量をゼロ値に収束させる第２の加算量収束部を更に備えている、請求項１に記載の熱処理炉。

【請求項6】

請求項１に記載の熱処理炉を用いた熱処理方法であって、
前記加熱室内の最も搬送方向上流側に位置する前記ゾーンでのＦＦ操作量がゼロ値に収束し、かつ、温度偏差が所定範囲内になってから、次の被処理材を前記加熱室内に装入する、熱処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、熱処理炉および熱処理方法に関し、詳しくは新たな被処理材が装入された際の炉内温度の制御に特徴を有する熱処理炉および熱処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被処理材を効果的に熱処理するための装置として、炉体の一端側から被処理材を装入して、ローラ上を搬送させながら加熱、均熱を連続的に行ない、他端側から抽出する連続熱処理炉がある。このような構造の連続熱処理炉では、定常時の炉内温度制御としてのフィードバック（以下単にＦＢと称する場合がある）制御が行われているが、例えば１０００℃といった高温で温度制御された炉内に常温の被処理材が断続的に装入されるため、装入口に近い炉内の温度が急激に冷却される問題があった。

【0003】

このような問題に対応するため、定常時の制御としてのフィードバック制御に加えて、被処理材が炉内に装入されるタイミングで、バーナ等の加熱手段に対する操作量を予め加算して、炉内の温度低下を抑制する制御(フィードフォワード制御＋フィードバック制御)が行われてきた（例えば下記特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公平５－２７１２２号公報

【特許文献2】特開２０２０－２１２９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

新たな被処理材が炉内に装入される事象に対し、加熱手段に対する操作量を加算するフィードフォワード（以下単にＦＦと称する場合がある）制御は、被処理材が炉内に装入されるタイミングで繰り返し実行されるため、次材が到達する前にＦＦ制御の操作量および炉内における温度偏差を速やかに収束させ、次材に備える必要がある。このＦＦ制御は既知の外乱に対する対応を想定したものであるため、ＦＦ制御の操作量を収束させるタイミングについても、事前に評価等を行い決定しておく必要がある（例えば下記特許文献２参照）。しかしながら、炉内に装入される被処理材の本数、材料径、搬送速度などの組み合わせに基づいて無数の負荷条件が存在する場合に、想定される全て負荷条件について適切な収束タイミングを予め評価しておくことは、現実的でなく汎用性に欠ける。

【0006】

本発明は以上のような事情を背景とし、負荷条件が変化した場合でも汎用性高く炉内温度を制御することができる熱処理炉および熱処理方法を提供することを目的としてなされたものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、被処理材が装入されたことによる炉内の温度低下が上昇に転じたときの極値を検出しＦＦ制御の収束を行うことが、オーバーシュートの発生を抑制しつつ定常状態（温度偏差なく且つＦＢ制御のみで制御されている状態）に復帰させるのに有効である、との知見を得た。この発明はこのような知見に基づいてなされたものである。

【0008】

而してこの発明の第１の局面の熱処理炉は次のように規定される。即ち、
温度制御領域として加熱室内に設定されたゾーンと、
前記ゾーンに設けられた温度センサ及び加熱手段と、
前記ゾーンが所定温度になるよう前記温度センサの出力に基づいて前記加熱手段に対するＦＢ操作量を調整するＦＢ制御手段と、
被処理材が前記ゾーンに装入されたことによる前記ゾーンの温度低下を抑制するように前記加熱手段に対するＦＦ操作量を算出し、該ＦＦ操作量を前記ＦＢ操作量に加算するＦＦ制御手段と、
を備え、
前記ＦＦ制御手段は、
前記被処理材の装入を検出することにより、前記ＦＦ操作量としての加算量を算出し出力する加算量算出部と、
前記被処理材が装入されたことにより下降勾配となった前記ゾーンの温度が上昇に転じたときの極値を検出することにより、前記ＦＦ操作量としての加算量をゼロ値に収束させる第１の加算量収束部と、
を備えている。

【0009】

被処理材が装入され下降勾配となったゾーンの温度は、ある程度の時間経過後に上昇勾配に転じる。この時、ＦＦ操作量を速やかに低下させなければ、熱処理炉のようなむだ時間の長いシステムでは瞬く間にオーバーシュートに至り、ハンチングを発生させる。これによって、次材の装入が遅延し結果的に、生産性の低下につながる。
この第１の局面の熱処理炉では、ゾーンの温度が下に凸となるポイント（極値）を検出することにより、ＦＦ操作量を収束させる動作を実行する。このようなタイミングで収束動作を実行することで、オーバーシュートの発生を抑制しつつ制御対象のゾーンを定常状態に復帰させることができ、次材の装入待ち時間を短縮することができる。
このように極値の検出に基づいてＦＦ制御（ＦＦ操作量）の収束を実行する構成であれば、想定される全ての負荷条件について適切な収束タイミングを予め評価しておく必要はなく、汎用性高く炉内温度を制御することができる。

【0010】

この発明の熱処理炉では、前記加算量算出部が、負荷条件に基づいて決定された時定数及び比例ゲインを用いて一次遅れ処理を施し、前記加算量を算出するように構成することができる（第２の局面）。このようにすれば、装入される被処理材の仕様が変わり負荷条件が変化した場合であっても、より適正なＦＦ操作量を算出することができる。

【0011】

この場合、前記ゾーンに装入される被処理材の、搬送速度、材料径および材料本数から選択された少なくとも１つの項目を可変パラメータとして、前記時定数および比例ゲインを決定することができる（第３の局面）。

【0012】

またこの発明の熱処理炉では、前記ＦＦ操作量を一次遅れ処理によりゼロ値に収束させることができる（第４の局面）。このようにすれば、ＦＦ操作量が徐々に収束することとなり、ＦＢ制御手段に対し外乱（急激な温度変化）を与える状況を回避することができる。

【0013】

またこの発明の熱処理炉では、前記ゾーンに装入された前記被処理材の経過時間情報に基づいて前記ＦＦ操作量をゼロ値に収束させる第２の加算量収束部を更に設けておくことができる（第５の局面）。このようにすれば、温度の極値が検出できなかった場合に第２の加算量収束部で規定した条件によりＦＦ操作量をゼロ値に収束させることができる。

【0014】

この発明の第６の局面の熱処理方法は次のように規定される。即ち、
第１の局面に記載の熱処理炉を用いた熱処理方法であって、前記加熱室内の最も搬送方向上流側に位置する前記ゾーンでのＦＦ操作量がゼロ値に収束し、かつ、温度偏差が所定範囲内になってから、次の被処理材を前記加熱室内に装入する。
このようにすることで、新たな被処理材が装入される度に生じる温度低下を、その都度新たに加算されるＦＦ操作量に基づいて良好に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態のローラハース式の熱処理炉の概略全体構成を示した図である。

【図2】図１の熱処理炉における第1ゾーンの温度制御に関わる要素を示した概略図である。

【図3】同第１ゾーンの温度制御系のブロック線図である。

【図4】（Ａ）は加算量算出部から出力された操作量を示した図、（Ｂ）は減算量算出部から出力された操作量を示した図、（Ｃ）は（Ａ）の操作量から（Ｂ）の操作量を減算して得たゼロ値に収束するＦＦ操作量を示した図である。

【図5】温度極値検出部の動作説明図である。

【図6】経過時間判定部の動作説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は本発明の一実施形態の熱処理炉の概略全体構成を示している。同図において、１はローラハース式の熱処理炉である。熱処理炉１は略筒状の炉体２を備えており、被処理材としての棒鋼Ｗを連続的に熱処理する。

【0017】

この熱処理炉１の搬送方向上流側には装入用コンベア装置４が設けられており、装入用コンベア装置４により上流側の棒鋼Ｗが炉体２内に装入される。炉体２の内部にはそれぞれ独立駆動するローラ群５ａ，５ｂ，５ｃが搬送方向に沿って配設されており、炉体２内に装入された棒鋼Ｗは、ローラに載せられた状態で、矢印で示す図中右方向に移動しながら連続的に熱処理される。

【0018】

炉体２の図中左側には装入用の入口７が形成され、また炉体２の図中右側には抽出用の出口８が形成されている。これら入口７および出口８には、それぞれ開閉装置１０により開閉駆動される扉１１および扉１２が設けられている。これら入口７および出口８の近傍には棒鋼（被処理材）Ｗを検出するための被処理材検出センサ１３および１４が配設されている。

【0019】

炉体２の内部は、前室（予熱室）２０に続いて、温度制御された加熱室２１が形成されている。本例では、加熱室２１が搬送方向に沿って複数のゾーン２２（ここでは第１ゾーン２２－１～第６ゾーン２２－６までの６つのゾーン）に区画されている。各ゾーンの搬送方向上流側の領域端はそれぞれ１ｚ～６ｚとされ、被処理材検出センサ１３から各ゾーンの領域端１ｚ～６ｚまでの距離が、後述する制御装置５０の記憶部に登録されている。

【0020】

本例の熱処理炉１は、区画された各ゾーン２２－１～２２－６毎に温度制御されるように構成されており、各ゾーンにはそれぞれ温度センサ３１や加熱手段としてのバーナ３５が配設されている。

【0021】

図２は、第１ゾーン２２－１の温度制御に関与する構成要素を示した概略図である。以下、この第１ゾーン２２－１を例に温度制御に関与する構成要素について説明するが、他の第２ゾーン２２－２～第６ゾーン２２－６についても同様の構成とされている。
同図で示すように、第１ゾーン２２－１には、温度センサ３１、温度調節計３３、加熱手段としてのバーナ３５、バーナ制御器４２が設けられている。温度調節計３３、バーナ制御器４２については制御装置５０に接続されている。また被処理材検出センサ１３についても制御装置５０に接続されている。

【0022】

温度センサ３１は、配設されたゾーン内の温度を検出し、その温度情報を温度調節計３３に送信する。温度センサ３１の種類については特に限定されないが、検出可能範囲や応答性等を考慮して公知の熱電対や放射温度計などを用いることができる。

【0023】

温度調節計３３は、温度センサ３１にて検出された監視対象ゾーンの温度を数値表示するとともに、検出した温度ＰＶと設定温度（目標温度）ＳＶとを比較してバーナ３５に対する操作量（ＦＢ操作量）ＭＶ１を調整し、制御装置５０に送信する。この温度調節計３３は、本発明におけるＦＢ制御手段に相当する。

【0024】

バーナ３５は、燃料ガスとエアとの混合ガスを燃焼させることによりゾーン内を加熱可能とされ、バーナ３５には燃料ガスとエアが供給されている。燃料ガスの供給流路３６上には、バーナ３５に供給するガスの流量を制御するための流量制御バルブ３７が設けられ、またエアの供給流路３８上には、バーナ３５に供給するエアの流量を制御するための流量制御バルブ３９が設けられている。これら流量制御バルブ３７，３９は、バーナ制御器４２からの制御信号にもとづいてその開度が制御されている。
なお加熱室２１内に導入され燃焼したガスの一部は、前室２０に流入した後に排気ファン２３によって外部に排出される（図１参照）。

【0025】

制御装置５０は、被処理材検出センサ１３、温度調節計３３およびバーナ制御器４２に接続されており、被処理材検出センサ１３からの検出信号および温度調節計３３からのＦＢ操作量ＭＶ１に基づいて算出されたバーナ３５に対する操作量ＭＶ３を、バーナ制御器４２に向けて出力する。
制御装置５０は、例えば、データ処理部、記憶部、および通信Ｉ／Ｆ部等を備えたＰＬＣ（Programmable Logic Controller）よって実現することができる。制御装置５０の記憶部には、処理される棒鋼Ｗの寸法、搬送速度、同時装入される材料本数、ヒートパターン（各ゾーンの設定温度）、被処理材検出センサ１３から各ゾーンの領域端までの距離等に関する情報が記憶されている。

【0026】

制御装置５０には、棒鋼Ｗが装入されたことによるゾーンの温度低下を抑制するためのＦＦ操作量ＭＶ２を算出し、このＦＦ操作量ＭＶ２をＦＢ操作量ＭＶ１に加算するＦＦ制御を実現するための各種機能部が設けられている。以下、図３に基づいて制御装置５０の機能部について説明する。

【0027】

目標温度設定部５２は、処理対象の棒鋼Ｗに対して設定されたヒートパターンに基づいて、第１ゾーン２２－１における設定温度ＳＶを特定し、第１ゾーン２２－１の温度調節計３３に向けて設定温度ＳＶを送信する。

【0028】

ＦＦ制御開始判定部５４は、炉体２の入口近傍に配置された被処理材検出センサ１３からの検出信号と、搬送速度の情報に基づいて、棒鋼Ｗの先端Ｗａの位置を推定する。そして、図２で示すように、制御対象の第１ゾーン２２－１への装入が推定されるタイミング、即ち、棒鋼Ｗの先端Ｗａが第１ゾーン２２－１の上流側の領域端１ｚに到達したと推定されるタイミングで、ＦＦ制御開始信号をセット／リセット部５６に向けて出力する。これによりセット／リセット部５６は、調整用タイマ５５における設定時間（初期設定値０ｓ）経過後にセット状態となって、ＦＦ制御開始のためのステップ信号を加算量算出部５８に向けて出力する。

【0029】

加算量算出部５８は、前記ステップ信号が入力されると、一次遅れ処理が施された所定ゲインのＦＦ操作量を算出し出力する。
ここで一次遅れ系の伝達関数の基本式は、比例ゲインをＫ、時定数をＴとしたとき、
Ｇ（ｓ）＝Ｋ／（１＋Ｔｓ）で表される。本例では、ゾーン２２－１に装入される棒鋼Ｗにおける搬送速度、材料径、および、ゾーン２２－１に同時装入される材料本数から選択された少なくとも１つの項目を可変パラメータとして、上記基本式における比例ゲインＫおよび時定数Ｔを決定している。より具体的には下記式（１）で示す一次遅れ系の伝達関数に基づいてＦＦ操作量としての加算量を算出し出力する。

【数1】

ここでｋは比例帯（初期値：１００）、ｚは時定数（初期値：１８０ｓ）、Ｗは材料本数（１～１５）、ＳＰＤは材料の搬送速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｄは材料径（ｍｍ）、αは材料本数寄与率（調整用の定数）、βは材料搬送速度寄与率（調整用の定数）、γは材料径寄与率（調整用の定数）、ｓはラプラス演算子である。このようにして加算量算出部５８からは図４（Ａ）で示す加算量が出力される。

【0030】

次に、温度極値検出部６１および減算量算出部６４は、上記加算量算出部５８より出力されたＦＦ操作量としての加算量をゼロ値に収束させるため操作量を算出し出力する。即ち、温度極値検出部６１および減算量算出部６４は、本発明の第１の加算量収束部を構成する。

【0031】

温度極値検出部６１は、ＦＦ操作量を収束させるタイミングとしての温度の極値（下降勾配となった温度が上昇に転じたときの極値）を検出する。図５は、棒鋼Ｗが第１ゾーン２２－１内に装入されたタイミングでＦＦ操作量が加算された場合のゾーン温度の変化の一例を示している。ゾーン温度はＦＦ操作量が加算されたことにより若干上昇した後、第１ゾーン２２－１内に装入された棒鋼Ｗの影響で下降し、その後再び上昇に転じる。温度極値検出部６１は、セット／リセット部５６がセット状態になった際の出力信号を受けた後、制御対象の第１ゾーン２２－１の検出温度を所定の間隔（例えば６０秒間隔）でサンプリングし、直近５箇所（Ｐ１～Ｐ５）の検出ポイントを抽出して、隣接するポイント間での温度変化を求めて、２回連続して温度が下降した後、２回連続して温度が上昇した場合、極値を検出したと判断し、検出信号を出力する。なお、温度極値検出部６１からの検出信号は、調整用タイマ６２（初期設定値０ｓ）を経てＯＲ回路６３に送られ、ＯＲ回路６３からは減算量算出開始のためのステップ信号が出力される。

【0032】

減算量算出部６４は、ステップ信号が入力されると、一次遅れ処理が施された所定ゲインの操作量を算出し、図４（Ｂ）で示す減算操作量が出力される。この場合における比例ゲインＫおよび時定数Ｔは、加算量算出部５８の場合と同様に、ゾーンに装入される棒鋼Ｗにおける搬送速度、材料径および材料本数から選択された少なくとも１つの項目を可変パラメータとして決定されている。

【0033】

減算部６６は、図４（Ａ）のＦＦ操作量における加算量から、図４（Ｂ）の減算量を減算して、図４（Ｃ）で示すゼロ値に収束するＦＦ操作量ＭＶ２を出力する。

【0034】

続く加算部６７は、温度調節計３３から出力されたＦＢ操作量ＭＶ１に、減算部６６から出力されたＦＦ操作量ＭＶ２を加算して、操作量ＭＶ３（ＭＶ３＝ＭＶ１＋ＭＶ２）を出力する。

【0035】

上下限フィルタ部６８は、加算部６７から出力された操作量ＭＶ３が所定の下限値を下回る場合に下限値に修正し、また操作量ＭＶ３が所定の上限値を上回る場合に上限値に修正する。そして上下限フィルタ部６８からはフィルタ処理された操作量がバーナ制御器４２に向けて出力される。

【0036】

次に、経過時間判定部７０は、温度極値検出部６１とは異なる基準で収束タイミングを決定するための機能部で、第１ゾーン２２－１内に装入された棒鋼Ｗの経過時間情報に基づいてＦＦ操作量をゼロ値に収束させるための信号を出力する。具体的には被処理材検出センサ１３からの検出信号と搬送速度に基づいて棒鋼Ｗの後端Ｗｂが、図６（Ａ）で示すように、第１ゾーン２２－１の先端側の領域端１ｚを通過するタイミングで、収束動作実行のための信号を出力する。また、場合によっては、図６（Ｂ）で示すように、棒鋼Ｗの先端Ｗａが第１ゾーン２２－１の終端側の領域端２ｚを通過するタイミングで、収束動作実行のための信号を出力するように構成することや、図６（Ｃ）で示すように、棒鋼Ｗの後端Ｗｂが第１ゾーン２２－１の終端側の領域端２ｚを通過するタイミングで、収束動作実行のための信号を出力するように構成することも可能である。そして経過時間判定部７０からの信号は、ＯＲ回路６３に送られ、ＯＲ回路６３からは減算量算出開始のためのステップ信号が出力される。
本例では、この経過時間判定部７０と減算量算出部６４が、ゾーン内に装入された棒鋼Ｗの経過時間情報に基づいてＦＦ操作量をゼロ値に収束させる第２の加算量収束部を構成している。

【0037】

また、図３で示されたゼロ値検出部７２は、減算部６６から出力されたＦＦ操作量ＭＶ２がゼロ値に収束したことを検出する。ゼロ値検出部７２は、ＦＦ操作量ＭＶ２がゼロ値に収束し、かつ、温度偏差（検出した温度ＰＶと設定温度ＳＶの偏差）が所定範囲内（例えば５℃以内）になったことを検出すると、セット／リセット部５６をリセット状態に戻すとともに、上流側の装入用コンベア装置４（図１参照）により次材を装入させる。
なお、リセット状態に戻すとともに、次材の装入が可能であることを通知するようにしておき、当該通知を確認してから次材の装入が行われるようにしてもよい。

【0038】

次に、第１ゾーン２２－１を例に熱処理炉１の動作を説明する。
制御対象の第１ゾーン２２－１がＦＢ制御されている状態で、次材の棒鋼Ｗが入口７近傍で検出された後、前室２０を通過して第１ゾーン２２－１に接近すると、棒鋼Ｗの先端Ｗａが、第１ゾーン２２－１の領域端１ｚに到達したタイミング（図２参照）で、図３のＦＦ制御開始判定部５４がＦＦ制御開始信号を出力する。これを受けて加算量算出部５８は１次遅れ処理が施されたＦＦ操作量としての加算量を算出し出力する。以降はＦＢ操作量ＭＶ１にＦＦ制御に基づく加算量ＭＶ２が加算された操作量ＭＶ３がバーナ制御器４２に送られ、実際にゾーン内の温度低下が生じる前からバーナ３５の熱量が高められる。これによりゾーン内に温度の低い棒鋼Ｗが装入されたことによるゾーン温度の低下が抑制される。

【0039】

そして棒鋼Ｗが装入されたことにより下降勾配となったゾーン温度は、ある程度の時間経過後に上昇勾配に転じる。熱処理炉１は、その際の下向きに凸のピークである極値を温度極値検出部６１により検出することにより、減算量算出部６４にて１次遅れの減算量が出力され、以降ＦＦ操作量はゼロ値に向けて収束する。これにより第１ゾーン２２－１の制御は定常状態におけるＦＢ制御に戻り、次材の装入が可能となる。

【0040】

以上のように構成された本実施形態の熱処理炉１では、ゾーン２２の温度が下に凸となるポイント（極値）を検出し、ＦＦ制御の収束を実行する。このようにすることで、オーバーシュートの発生を抑制しつつ制御対象のゾーン２２を定常状態に復帰させることができ、次材の装入待ち時間を短縮することができる。このように極値の検出に基づいてＦＦ制御（ＦＦ操作量）の収束を実行する構成であれば、想定される全ての負荷条件について適切な収束タイミングを予め評価しておく必要はなく、汎用性高く炉内温度を制御することができる。

【0041】

本実施形態の熱処理炉１では、ゾーンに装入される棒鋼Ｗの、搬送速度、材料径および材料本数から選択された少なくとも１つの項目を可変パラメータとして、時定数Ｔおよび比例ゲインＫを決定し、これら時定数及び比例ゲインを用いて一次遅れ処理を施し、ＦＦ制御における加算量を算出するように構成されており、装入される棒鋼Ｗの仕様が変わり負荷条件が変化した場合であっても、より適正なＦＦ操作量を算出することができる。

【0042】

ここで本実施形態の熱処理炉１では、ＦＦ操作量ＭＶ２を一次遅れ処理によりゼロ値に収束させており、ＦＦ操作量ＭＶ２が徐々に収束することとなり、ＦＢ制御手段に対し外乱（急激な温度変化）を与える状況を回避することができる。

【0043】

また本実施形態の熱処理炉１では、ゾーン２２に装入された棒鋼Ｗの経過時間情報に基づいてＦＦ操作量ＭＶ２をゼロ値に収束させる第２の加算量収束部が更に設けられており、温度の極値が検出できなかった場合に第２の加算量収束部で規定した条件によりＦＦ操作量ＭＶ２をゼロ値に収束させることができる。

【0044】

また本実施形態の熱処理炉１を用いた熱処理方法であっては、炉体２内の最も搬送方向上流側に位置する第１ゾーン２２－１でのＦＦ操作量ＭＶ２がゼロ値に収束し、かつ、温度偏差が所定範囲内になってから、次の棒鋼Ｗを加熱室２１内（より具体的には第１ゾーン２２－１内）に装入するため、新たな棒鋼Ｗが装入される度に生じる温度低下を、その都度新たに加算されるＦＦ操作量ＭＶ２に基づいて良好に抑制することができる。

【0045】

以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまでも一例示である。例えば上記実施形態では、加熱手段としてバーナを用いていたが、これに代えてラジアントチューブバーナや電気ヒータを加熱手段として用いることも可能である。また上記実施形態は棒鋼を被処理材とした例であったが、本発明の熱処理炉は断面矩形状の鋼材の熱処理に適用することも可能である。この場合はＦＦ操作量を算出するための可変パラメータとして、材料径πＤに代えて鋼材断面の周長を用いることができる。また本発明は連続式以外のバッチ式の熱処理炉にも適用可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々変更を加えた形態で構成可能である。

【符号の説明】

【0046】

１ 熱処理炉
１３ 被処理材検出センサ
２１ 加熱室
２２（２２－１,２２－２,２２－３,２２－４,２２－５,２２－６） ゾーン
３１ 温度センサ
３３ 温度調節計（ＦＢ制御手段）
３５ バーナ（加熱手段）
５８ 加算量算出部
６１ 温度極値検出部（第１の加算量収束部）
６４ 減算量算出部
７０ 経過時間判定部（第２の加算量収束部）
Ｋ 比例ゲイン
ＭＶ１ ＦＢ操作量
ＭＶ２ ＦＦ操作量
ＭＶ３ 加算された操作量
Ｔ 時定数
Ｗ 棒鋼（被処理材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】