特許 7198252 熱処理炉における温度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-20

(45)【発行日】2022-12-28

(54)【発明の名称】熱処理炉における温度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01K 1/14 20210101AFI20221221BHJP

   G01K 13/06 20060101ALI20221221BHJP

   C21D 9/56 20060101ALN20221221BHJP

【ＦＩ】

G01K1/14 E

G01K13/06

C21D9/56 101B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020181312

(22)【出願日】2020-10-29

(65)【公開番号】P2022072080

(43)【公開日】2022-05-17

【審査請求日】2021-10-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000211123

【氏名又は名称】中外炉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100144200

【弁理士】

【氏名又は名称】奥西 祐之

(72)【発明者】

【氏名】赤阪 素史

【審査官】後藤 順也

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５６－０２１０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１７６１４９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－０３１２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭６３－０１６４４８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】実用新案登録第２５２１５７９（ＪＰ，Ｙ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｋ １／００－１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送される金属ストリップの熱処理を行う熱処理帯と、
前記熱処理帯に配設されて前記金属ストリップを支持する搬送ローラーと、
搬送されながら熱処理される前記金属ストリップの温度測定を行う温度測定装置とを備える熱処理炉において、
前記温度測定装置は、前記金属ストリップに接触することによって温度測定を行う接触式温度センサと、前記接触式温度センサを前記金属ストリップに対する接触位置または離間位置に移動させる駆動部とを有し、
前記接触式温度センサは、搬送される前記金属ストリップの振動の影響を受けにくい前記搬送ローラーの周辺に配設され、
前記金属ストリップは、先行ストリップと、後続ストリップと、前記先行ストリップおよび前記後続ストリップが溶接によって接続される溶接部とを有し、
前記熱処理炉は、前記溶接部の位置を検出する溶接検出部をさらに備え、
前記溶接検出部によって検出される前記溶接部の位置が前記接触式温度センサに近づくと、前記接触式温度センサは、前記接触位置から前記離間位置に移動することを特徴とする、熱処理炉における温度測定装置。

【請求項2】

前記接触式温度センサは、前記金属ストリップが前記搬送ローラーに接触するところに配設され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温度測定装置。

【請求項3】

前記金属ストリップに対する前記接触式温度センサの接触タイミングは、前記溶接部の直前または直後であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱処理炉における温度測定装置。

【請求項4】

前記熱処理は、光輝焼鈍処理であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱処理炉における温度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、金属ストリップの熱処理を行う熱処理炉における温度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

熱処理炉内で搬送されながら熱処理される被処理体として金属ストリップがある。搬送される金属ストリップの温度測定では、一般的に、赤外線放射温度センサが用いられる。しかしながら、赤外線放射温度センサでは、被測定物の材質や表面状態に応じて放射率を適切に補正することが必要になるので、正確な温度測定が難しい。そこで、特許文献１および特許文献２のように、搬送される金属ストリップに対して接触式温度センサを接触させることによって温度測定が行われる。

【0003】

特許文献３は、必要に応じて接触式温度センサを昇降させることによって、金属ストリップの表面に傷が付くことを防止することを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特公昭６３－１６４４８号公報

【文献】実登２５２１５７９号公報

【文献】特開平０６－３１２２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

搬送される金属ストリップを支持する搬送ローラーから離れたところでは、金属ストリップが垂れ下がることにより金属ストリップが搬送直交方向に微振動するため、金属ストリップに対する接触式温度センサの接触が不安定になる。そのため、金属ストリップの温度測定が、不正確になる。また、振動の影響により、接触式温度センサが損傷するおそれもある。さらに、金属ストリップが、溶接部のような継ぎ目を有する場合、接触式温度センサが、継ぎ目に衝突して大きな衝撃を受けることで損傷する可能性が大きくなる。

【0006】

そこで、この発明の課題は、金属ストリップの温度測定を正確に且つ安定して行う熱処理炉における温度測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、この発明の一態様に係る熱処理炉における温度測定装置は、
搬送される金属ストリップの熱処理を行う熱処理帯と、
前記熱処理帯に配設されて前記金属ストリップを支持する搬送ローラーと、
搬送されながら熱処理される前記金属ストリップの温度測定を行う温度測定装置とを備える熱処理炉において、
前記温度測定装置は、前記金属ストリップに接触することによって温度測定を行う接触式温度センサと、前記接触式温度センサを前記金属ストリップに対する接触位置または離間位置に移動させる駆動部とを有し、
前記接触式温度センサは、搬送される前記金属ストリップの振動の影響を受けにくい前記搬送ローラーの周辺に配設されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、接触式温度センサが、搬送される金属ストリップの振動の影響を受けにくい搬送ローラーの周辺に配設されることにより、金属ストリップの温度測定を正確に且つ安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係る熱処理炉の一部分を模式的に示す断面図である。

【図2】図１に示した熱処理炉の機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、この発明に係る熱処理炉１における温度測定装置７の実施の形態を説明する。

【0011】

〔実施形態〕
図１および図２を参照しながら、一実施形態に係る熱処理炉１を説明する。図１は、一実施形態に係る熱処理炉１の一部分を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示した熱処理炉１の機能ブロック図である。

【0012】

図１に示す熱処理炉１は、搬送ローラー５によって支持される金属ストリップ３を連続的に熱処理する。熱処理炉１は、熱処理として、例えば、還元性ガスを用いる光輝焼鈍処理を行う。

【0013】

熱処理炉１は、炉体１０と、搬送ローラー５と、温度測定装置７と、熱処理帯９と、溶接検出部１５と、制御部２０とを備える。図１に示した熱処理炉１は、炉体１０が横方向（水平方向）に延在する横型炉である。搬送ローラー５は、熱処理帯９に配設される。

【0014】

金属ストリップ３は、図１に示す例では、搬送ローラー５によって、例えば、左側から右側に水平に搬送され、その後、上側から下側に搬送される。金属ストリップ３は、例えば、オーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３０４やフェライト系ステンレスのＳＵＳ４３０である。金属ストリップ３は、先行ストリップ３ａと、後続ストリップ３ｂと、溶接部３ｃとを有する。溶接部３ｃは、先行ストリップ３ａおよび後続ストリップ３ｂを重ね合わせた状態で溶接することによって形成される。そのため、溶接部３ｃは、先行ストリップ３ａおよび後続ストリップ３ｂよりも肉厚になっていて、先行ストリップ３ａおよび後続ストリップ３ｂに対して段差ができている。

【0015】

炉体１０は、鋼製の箱体からなり、熱処理帯９と、熱処理帯９の搬送方向下流側に設けられる冷却帯（図示せず）とを有する。熱処理帯９は、横方向（水平方向）に延在して、金属ストリップ３の搬送方向上流側（金属ストリップ３の入側）に設けられる。熱処理帯９は、加熱部１２によって加熱される。加熱部１２は、例えば、電熱ヒーターである。制御部２０は、温度測定装置７によって測定された温度に基づいて、熱処理帯９が所定の焼鈍温度（ここでは、焼鈍処理における加熱工程および冷却工程のうちの加熱工程での温度をいう。）になるように制御する。

【0016】

先行ストリップ３ａの後端と後続ストリップ３ｂの前端とを溶接機（図示しない）で溶接することにより、溶接部３ｃが形成される。溶接部３ｃを識別するための溶接マーカー（図示しない）が、溶接部３ｃに形成される。当該溶接マーカーとして、例えば、貫通孔を用いることができる。

【0017】

炉体１０における搬送方向上流側には、溶接検出部１５を設けることができる。溶接検出部１５は、溶接部３ｃ（すなわち溶接マーカー）を検出できる検出部であり、例えば光学式センサである。溶接検出部１５は、溶接部３ｃ（すなわち溶接マーカー）の位置情報（通過情報）を制御部２０に提供する。

【0018】

炉体１０における搬送方向下流側には、温度測定装置７が設けられる。温度測定装置７は、接触式温度センサ３０と、支持バー３２と、駆動部３４と、フレキシブルチューブ３７とを有する。

【0019】

接触式温度センサ３０は、炉体１０の内部に位置するとともに金属ストリップ３の例えば幅方向中央に位置して、金属ストリップ３に向けて延在する。接触式温度センサ３０は、その先端が金属ストリップ３の表面に接触することによって金属ストリップ３の温度測定を行うセンサであり、例えば、熱電対である。接触式温度センサ３０は、図示しない保護管で覆われている。駆動部３４は、炉体１０の外部に位置して支持バー３２を駆動する駆動部材であり、例えば、流体シリンダや電動モータなどを有するアクチュエータである。駆動部３４は、接触式温度センサ３０を、金属ストリップ３に接触させる接触位置、または、金属ストリップ３から離間させる離間位置（点線で示す）に移動させる。

【0020】

支持バー３２は、接触式温度センサ３０と駆動部３４の駆動ロッドとを接続して、シーソーのように支点３８を中心に回動するように支持される。例えば、駆動部３４によって支持バー３２の外端部が押し下げられると、接触式温度センサ３０が離間位置に移動し、駆動部３４によって支持バー３２の外側端が押し上げられると、接触式温度センサ３０が接触位置に移動する。支持バー３２における駆動部３４の側は、シールフランジ３６で気密封止される。

【0021】

フレキシブルチューブ３７は、柔軟性および耐熱性を有する金属製の連結部材であり、自在に曲がることを可能にする蛇腹のホース部と、２つの管継手部とを有する。一方の管継手部は、炉体１０に設けられたフランジ３５に接続され、他方の管継手部は、シールフランジ３６に接続される。当該構成によれば、支持バー３２が動いても、支持バー３２の動きに合わせて蛇腹のホース部および他方の管継手部が動くことにより、炉体１０の雰囲気の密閉状態が維持される。

【0022】

図２に示すように、制御部２０には、温度測定装置７の接触式温度センサ３０および駆動部３４と、加熱部１２と、溶接検出部１５とが、電気的に接続される。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含むコンピュータなどを用いて構成することができる。

【0023】

制御部２０は、温度測定装置７の接触式温度センサ３０で測定される金属ストリップ３の温度を受け取る。制御部２０は、接触式温度センサ３０で測定された金属ストリップ３の温度に基づいて、熱処理帯９における熱処理温度（例えば焼鈍温度）を制御する。すなわち、制御部２０は、加熱部１２への電力投入量を制御することによって、熱処理帯９における熱処理温度（例えば焼鈍温度）を制御する。

【0024】

〔接触式温度センサの離接制御〕
制御部２０は、駆動部３４の動きを制御して、接触式温度センサ３０が金属ストリップ３に接触する接触位置、または、接触式温度センサ３０が金属ストリップ３から離間する離間位置に移動することを制御する。

【0025】

また、制御部２０は、溶接検出部１５で検出される溶接部３ｃの位置情報を受け取る。制御部２０は、溶接検出部１５で検出される溶接部３ｃの位置情報に基づいて、駆動部３４の動きを制御する。すなわち、制御部２０は、溶接検出部１５によって検出される溶接部３ｃの位置が接触式温度センサ３０に近づくと、接触式温度センサ３０が接触位置から離間位置に移動するように制御する。これにより、接触式温度センサ３０が溶接部３ｃに衝突して接触式温度センサ３０が破損することを防止できる。

【0026】

接触式温度センサ３０は、搬送される金属ストリップ３の振動の影響を受けにくい搬送ローラー５の周辺に配設される。搬送される金属ストリップ３の振動の影響を受けにくい搬送ローラー５の周辺というのは、搬送される金属ストリップ３が搬送ローラー５に接触する部分と、搬送される金属ストリップ３が搬送ローラー５に接触しないが搬送される金属ストリップ３の振動の影響を受けにくい周辺部分とを含む。これにより、金属ストリップ３の温度測定を正確に且つ安定して行うことができる。

【0027】

好ましくは、接触式温度センサ３０は、金属ストリップ３が搬送ローラー５に接触するところに配設される。これにより、金属ストリップ３の温度測定を、より正確に且つより安定して行うことができる。

【0028】

ところで、接触式温度センサ３０が金属ストリップ３の表面に接触することによって、接触跡が金属ストリップ３の表面に形成される。接触跡は、金属ストリップ３での製品不良になるので、廃棄する必要がある。それとは別に、金属ストリップ３の溶接部３ｃおよびその搬送方向の前後部分は、不均質性ゆえに破棄される予定の廃棄予定部分Ｘであるので、熱処理炉１での熱処理が終わったあとに、切除されて廃棄される。そこで、金属ストリップ３に対する接触式温度センサ３０の接触タイミングは、溶接部３ｃの直前または直後にすることが好ましい。言い換えると、金属ストリップ３が溶接部３ｃを有する場合での金属ストリップ３に対する接触式温度センサ３０の好適な接触タイミングは、溶接部３ｃの直前のタイミング、または、溶接部３ｃの直後のタイミングである。このように、金属ストリップ３における廃棄予定部分Ｘを利用して温度測定を行えば、接触跡が製品不良に影響することが抑制され、接触跡に係る製品不良を削減できる。

【0029】

溶接検出部１５および接触式温度センサ３０の間の距離と、金属ストリップ３の搬送速度とに基づいて、溶接検出部１５によって検出された溶接部３ｃが接触式温度センサ３０の位置に到達する到達時間が算出される。そして、当該到達時間の前後のタイミングにおいて、接触式温度センサ３０が接触位置に移動することにより、金属ストリップ３の温度測定が行われる。

【0030】

溶接部３ｃには段差があるので、接触式温度センサ３０が金属ストリップ３の表面に常に接触していると、接触式温度センサ３０が段差に衝突して破損してしまう、そのため、溶接部３ｃが接触式温度センサ３０に位置に来ると、接触式温度センサ３０は、離間位置に移動する。したがって、「金属ストリップ３に対する接触式温度センサ３０の接触タイミングは、溶接部３ｃの直前または直後である」というのは、溶接部３ｃが接触式温度センサ３０の位置に来るタイミングを含まない。

【0031】

熱処理は、光輝焼鈍処理である。これにより、鏡のような表面光沢を持った金属ストリップ３の品質が安定する。

【0032】

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

【0033】

上記実施の形態では、炉体１０の搬送方向上流側に設けられた溶接検出部１５によって、溶接部３ｃの位置が検出されている。しかしながら、炉体１０の長さ、接触式温度センサ３０や溶接機（図示しない）や溶接マーカー形成機（図示しない）の設置位置、および、金属ストリップ３の搬送速度などに基づいて、溶接部３ｃの位置は、算出可能であり検出可能である。

【0034】

この発明の熱処理炉１は、金属ストリップ３の焼入処理、焼鈍処理、焼きならし処理および焼戻処理などの各種の熱処理にも適用できる。

【0035】

接触式温度センサ３０として、温度によって金属の抵抗値が変化する特性を用いる測温抵抗体、例えば白金測温抵抗体を使用することもできる。

【0036】

この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。

【0037】

この発明の一態様に係る熱処理炉１における温度測定装置７は、
搬送される金属ストリップ３の熱処理を行う熱処理帯９と、
前記熱処理帯９に配設されて前記金属ストリップ３を支持する搬送ローラー５と、
搬送されながら熱処理される前記金属ストリップ３の温度測定を行う温度測定装置７とを備える熱処理炉１において、
前記温度測定装置７は、前記金属ストリップ３に接触することによって温度測定を行う接触式温度センサ３０と、前記接触式温度センサ３０を前記金属ストリップ３に対する接触位置または離間位置に移動させる駆動部３４とを有し、
前記接触式温度センサ３０は、搬送される前記金属ストリップ３の振動の影響を受けにくい前記搬送ローラー５の周辺に配設されることを特徴とする。

【0038】

上記構成によれば、金属ストリップ３の温度測定を正確に且つ安定して行うことができる。

【0039】

また、一実施形態の熱処理炉１における温度測定装置７では、
前記接触式温度センサ３０は、前記金属ストリップ３が前記搬送ローラー５に接触するところに配設される。

【0040】

上記実施形態によれば、金属ストリップ３の温度測定を、より正確に且つより安定して行うことができる。

【0041】

また、一実施形態の熱処理炉１における温度測定装置７では、
前記金属ストリップ３は、先行ストリップ３ａと、後続ストリップ３ｂと、前記先行ストリップ３ａおよび前記後続ストリップ３ｂが溶接によって接続される溶接部３ｃとを有し、
前記熱処理炉１は、前記溶接部３ｃの位置を検出する溶接検出部１５をさらに備え、
前記溶接検出部１５によって検出される前記溶接部３ｃの位置が前記接触式温度センサ３０に近づくと、前記接触式温度センサ３０は、前記接触位置から前記離間位置に移動する。

【0042】

上記実施形態によれば、接触式温度センサ３０が溶接部３ｃに衝突して接触式温度センサ３０が破損することを防止できる。

【0043】

また、一実施形態の熱処理炉１における温度測定装置７では、
前記金属ストリップ３に対する前記接触式温度センサ３０の接触タイミングは、前記溶接部３ｃの直前または直後である。

【0044】

上記実施形態によれば、接触跡に係る製品不良を削減できる。

【0045】

また、一実施形態の熱処理炉１における温度測定装置７では、
前記熱処理は、光輝焼鈍処理である。

【0046】

上記実施形態によれば、鏡のような表面光沢を持った金属ストリップ３の品質が安定する。

【符号の説明】

【0047】

１…熱処理炉
３…金属ストリップ
３ａ…先行ストリップ
３ｂ…後続ストリップ
３ｃ…溶接部
５…搬送ローラー
７…温度測定装置
９…熱処理帯
１０…炉体
１２…加熱部
１５…溶接検出部
２０…制御部
３０…接触式温度センサ
３２…支持バー
３４…駆動部
３５…フランジ
３６…シールフランジ
３７…フレキシブルチューブ
３８…支点
Ｘ…廃棄予定部分

【図1】

【図2】