连续带材处理生产线中的材温控制系统

摘要

本发明提供在带材的传送速度变化时也能适用、并通过正确的材温控制可使产品质量提高的连续带材处理生产线中的材温控制系统。采用材温控制系统1的连续带材处理生产线2，包括带有通过逆变器24进行转速控制的加热空气供给鼓风机21的第1加热炉12、设置感应加热装置31的第2加热炉13、可检测连续传送并在先行处理后通过第1加热炉12、第2加热炉13的带材S的传送速度的速度传感器33、调节供给感应加热装置31的功率的调节器32、以及计算控制部33，利用计算控制部23预测计算第1加热炉12出口部的带材S的材温，据此结果计算对以第2加热炉13出口部的材温作为目标温度的感应加热装置31的供给功率，并调节此功率。

说明书

发明领域

本发明涉及同时采用不利用感应加热的加热装置与感应加热装置的连续带材处理生产线中的材温控制系统。

背景技术

历来，同时采用不利用感应加热的加热装置与感应加热装置的连续带材处理生产线是众所周知的(例如参照专利文献1、2)。

[专利文献1]特开平6-114330号公报

[专利文献2]特开平10-180181号公报

上述专利文献1中揭示了一种连续式涂装线中的带材的连续涂装方法，该涂装线中设有将涂布涂料后的带材低温加热到所需温度的用远红外加热器的预加热区、保温区、以及将上述带材快速加热到更高的所需温度的用感应加热线圈的快速加热区。

上述专利文献2中揭示了一种连续涂装线中的涂装带材的烧结方法，该方法利用感应加热将涂布涂料后的带材快速加热到所需的温度范围后，继续在热风烧结炉中进行烧结处理。

上述文献1所述的方法，只适用于带材能够以一定速度传送的稳定情况，有关对现实中经常出现的作业中的传送速度变化时的带材的加热处理，上述专利文献中一点没有触及。在上述传送速度变化时，对由于各加热装置的响应速度的差异，引起过渡期中的带材的升温能力发生差异。即，与上述预热区的远红外加热器的响应速度较慢的情况相反，上述快速加热区的感应加热线圈的响应速度较快，在上述传送速度变化时的过渡期，各加热装置对带材的升温能力产生不同的结果，有的快，有的慢。因此，在对各加热装置独立地实施加热能力的控制时，产生最后材温的变动幅度加大、使带材的产品质量量恶化那样的问题。而且，根据上述传送速度的变化程度，会发生某一种加热装置不能完全适应其变化的情况，这时如也对各种加热装置独立地实施加热能力的控制，则与上述同样地存在招致产品质量恶化那样的问题。

对于上述专利文献2所述的方法，该方法也只适用于传送速度恒定的情况，不适用传送速度变化时的情况，产生与上述相同的问题。

本发明就是要以消除这种历来的问题作为课题，提供带材传送速度变化时也可适用、能够抑制最终材温的变动、提高产品质量的连续带材处理生产线中的材温控制系统。

发明内容

为解决上述课题，第1发明其构成，包括带有调节炉内气氛温度及风速的加热源的第1加热炉、内部设有感应加热装置的第2加热炉、检测连续传送并在先行处理后通过所述第1加热炉及与此相连的第2加热炉的带材的传送速度并输出表示检测速度的速度信号的速度传感器、调节供给上述感应加热装置的功率的调节器、以及计算控制部，该计算控制部内藏写入上述每种钢种热量计算所必需的数值的表、及写入上述每种先行处理热量计算所必需的数值的表，在带材处理作业时，提取与预先输入的上述带材的钢种、以及上述先行处理种类对应的各种数值，并从上述每种生成的所述表中得到所述第2加热炉的出口部的所述带材的目标温度、板厚及板宽，或在带材处理作业时，使预先输入包含该目标温度、板厚及板宽，根据所述提取得到的各种数值与所述速度信号，计算所述加热源的必需输出，根据该计算结果控制所述加热源并进行其输出调节，同时，进行计算所述第1加热炉出口部的所述带材的材温的预测计算，根据所述各种数值与所述速度信号及所述预测计算的结果，计算对上述感应加热装置必需的供给功率，根据该计算结果，控制所述调节器，通过所述调节器使得输出所述必需的供给功率。

第2发明其构成，除了第1发明的构成之外，所述计算控制部在所述必需的供给功率计算中，采用成为所述第2加热炉内的所述带材进入所述第2加热炉时刻的平均材温的所述第2加热炉内中间附近的所述带材进入所述第2加热炉时刻的材温，作为根据所述预测计算的结果的值。

附图说明

图1示出采用本发明有关的材温控制系统的连续带材涂装线的概略图。

图2示出图1所示的连续带材涂装线中的传送速度变化时的第1加热炉的风速、第2加热炉的供给功率、材温等各自变化的状态图。

标号说明

1材温控制系统           2连续带材涂装线

11先行处理部            12第1加热炉

13第2加热炉             21加热空气供给鼓风机

21A驱动用电动机         22加热空气供给通路

23计算控制部            24逆变器

25电源                  31感应加热装置

32调节器                33速度传感器

S带材                   V传送速度

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的实施形态。

图1示出采用本发明有关的材温控制系统1的连续带材处理生产线的一例即连续带绪涂装线2。该连续带材涂装线2中，在对连续传送的带材S施加涂装处理的先行处理部11之后设置第1加热炉12，再在其后设置第2加热炉13。

第1加热炉12连接有从加热源的一例即加热空气供给鼓风机21延伸的加热空气供给通路22。该加热空气供给鼓风机21的驱动用电动机21A由电源25通过连接于计算控制部23的逆变器24供给功率，同时由计算控制部23通过逆变器24进行转速控制。而且，通过调节加热空气供给鼓风机21供给的加热空气的风量，使吹向带材S的风速改变，来控制带材S的温度即进行材温控制。

第1加热炉13内部设置感应加热装置31作为加热源。该感应加热装置31由电源25通过连接于计算控制部23的调节器32供给功率，同时由计算控制部23通过调节器32进行供给功率控制。而且，通过调节器32控制对感应加热装置31供给的功率，改变带材S中产生的涡流强度，从而实施材温的控制。

计算控制部23中，在带材处理作业时预先输入带材S的钢种、先行处理的种类、这里是涂料代码等，同时在带材处理作业中从连续检测线速度即带材S的传送速度V的速度传感器33输入表示检测速度的速度信号。此外在计算控制部23中，预先生成写入每种钢种的比热、比重等热量计算所需的数值的表、及写入每种涂料代码的涂布厚度、比热、蒸发潜热等热量计算所需的数值的表。而且，对于第1加热炉12的入口部的带材S的温度及第2加热炉13的出口部的带材S的目标温度、板厚及板宽，或从对上述每一类生成的所述表格中取得，或通过带材处理作业时预先输入的数值中取得。

具体地说，第1加热炉12的散热量Q_OUT及吸热量Q_IN可表示如下式。

Q_OUT＝C·LS/60·(T_1OUT-T_1IN)                                (1)

Q_IN＝Q_C+Q_R                                                (2)

Q_C＝K₁·f₁(T_1IN，T_1OUT，T_f)·V_f^α                                          (3)

Q_R＝K₂·f₂(T_1IN，T_1OUT，T_f)                            (4)

式中，C：带材的每单位长度的热容量(kJ/m/°k)

LS：传送速度(线速度)(m/min)

T_1IN：第1加热炉入口部的材温(℃)

T_1OUT：第1加热炉出口部的材温(℃)

Q_C：对流传热量(kW)

Q_R：辐射传热量(kW)

T_f：加热空气温度(℃)

K₁：系数(由炉形状、板宽、炉长决定的对流传热系数)

K₂：系数(由辐射率、板宽、炉长决定的辐射传热系数)

V_f：风速(m/sec)

α：风速干预系数

f₁(T_1IN，T_1OUT，T_f)温度函数1

f₂(T_1IN，T_1OUT，T_f)温度函数2

然后，计算控制部23中，以T_1IN，T_1OUT，T_f，Ls，C，K₁，K₂及α作为已知的值，用以上公式算出Q_IN＝Q_OUT的V_f(必需的风速)，为实现该V_f，由计算控制部23通过逆变器24控制驱动用电动机21A的转速。

又，对第2加热炉13中的带材加热负荷Pn(kW)及供给功率Po(kW)，可用下式表示。

P_n＝C·LS·(T_2OUT-T_2IN)/60                            (5)

P_O＝(1/η)·(P_n+P_a)                                  (6)

式中，C：带材的每单位长度的热容量(kJ/m/°k)  (已如上述)

LS：传送速度(线速度)(m/min)(已如上述)

T_2IN：第2加热炉入口部的材温(℃)

T_2OUT：第2加热炉出口部的材温(℃)

η：效率

Pa：对流辐射损失(kW)

然后，计算控制部23中进行上述公式的计算，按式(6)算出的值，计算控制部23通过调节器32调节对感应加热装置31的供给的功率。

速度传感器33检测到的传送速度持续地输入到计算控制部23，例如图2(I)中所示，传送速度从80m/min变化到40m/min时，为与第1加热炉12的散热量Q_OUT相对应的使吸热量Q_IN减小，在大致相同的时刻，计算控制部23开始降低驱动用电动机21A的转速，如图2(II)中所示开始例如从当初30m/sec的风速减速。图2(II)中点划线A所示的风速在时间上不滞后是跟随传送速度变化而变化，这是理想的，但实际上由于使驱动用电动机21A的转速变化的速度存在限度，故成为如图2(II)中实线所示那样缓慢地减速。因此如图2(II)中用阴影部分示出的那样，发生对带材S的供给热量过多的状态。结果如图2(III)所示，第1加热炉12的出口部的材温，例如当初虽保持在100℃，但从传送速度的变化开始时刻起，仅滞后某段时间Δt₁，就开始上升。

随后，风速达到与传送速度40m/min对应的12m/min，并保持在该状态，与此对应，过了若干时间，处于从100℃上升倾向的第1加热炉12的出口部的材温也开始下降，回落到当初100℃的状态。

随着上述的传送速度的变化，计算控制部23也通过调节器32调节对感应加热装置31的供给功率，该供给功率如图2(IV)所示，与传送速度的变化对应地，实质上无时间滞后地从例如当初的传送速度80m/min对应的500kW变化到传送速度40m/min对应的255kW。如果第2加热炉13的入口部的材温即第1加热炉12的出口部的材温保持在100℃，则通过使感应加热装置31的供给功率变化，保持在255kW，第2加热炉13的出口部的材温如图2(V)所示应保持在设定的目标温度例如230℃。可是，如上所述由于第1加热炉12出口部的材温即第2加热炉13入口部的材温产生过渡性的上升，故当将供给功率原样地保持在255kW时，如图2(V)中点划线B所示那样，第2加热炉13出口部的材温受到上述的过渡性的材温上升的影响而过渡性地上升，较大地偏离目标温度。

然而，采用本发明有关的材温控制系统1的该连续带材涂装线2中，持续地从速度传感器33输入速度信号，且预先输入热量计算所必需的数值，进而由生成热量计算所必需的表格的计算控制部23继续地进行第2加热炉13入口部的材温即图2(III)所示的材温的预测计算，根据该预测计算算出的结果，进行上述供给功率的计算。然后根据该计算的算出结果，通过调节器32调节对感应加热装置31的供给功率。即，如图2(IV)用实线示出的，在供给功率变化到255kW后，进一步使供给功率过渡性地下降，以抑制(V)中用点划线B所示的温度上升。

关于对第2加热炉13内感应加热装置31所必需的供给功率，由计算控制部23的计算，跟第2加热炉13出口部的材温即目标温度与第2加热炉13入口部的材温之差大致成正比地决定上述的带材加热功率Pn，在传送速度为一定时，即使采用该入口部的材温，在材温控制上也无问题。但在传送速度变化时，预测计算的第2加热炉13的入口部的材温未必反映第2加热炉13内的带材S的各部分位于第2加热炉13入口部的时刻的材温。因此，本发明中将第2加热炉13内的带材S的各部分位于第2加热炉13入口部的时刻的平均材温例如第2加热炉13内的中间附近的带材S位于第2加热炉13入口部的时刻的材温，看作上述入口部的材温，以取代上述入口部中的材温，来进行上述必需的供给功率的演长，根据该计算结果，对感应加热装置31供给功率。结果，如图2(IV)中所示，比第2加热炉13的出口部的材温过渡性上升时更滞后一个时间Δt₂，才进行供给功率的过渡性降低，这样一来，如图(V)所示，将上述出口部的材温变动抑制到较小幅度。具体地说，与家电产品有关的连续带材涂装线上，最终材温与目标温度的允许差有时为±5℃，上述的连续带材涂装线2是满足这个要求的。

又，与图2有关的叙述中举出了各种具体数值，但这完全是为易于理解本说明用的示例，不言而喻，本发明不限定于这些数值。

又，先行处理不限于涂装处理，也包含其他例如退火处理的情况。

从以上说明可明确，根据第1发明，则其构成具备：带有调节炉内气氛温度及风速的加热源的第1加热炉、内部设有感应加热装置的第2加热炉、检测被连续传送并在先行处理后通过所述第1加热炉及与此相连的第2加热炉的带材的传送速度并输出表示检测速度的速度信号的速度传感器、调节供给上述感应加热装置的功率的调节器、以及计算控制部，该计算控制部内藏写入上述每种钢种热量计算所必需的数值的表、及写入上述每种先行处理热量计算所必需的数值的表，在带材处理作业时，提取与预先输入的上述带材的钢种、以及上述先行处理种类对应的各种数值，并从上述每种生成的所述表中得到所述第2加热炉的出口部的所述带材的目标温度、板厚及板宽，或在带材处理作业时，使预先输入包含该目标温度、板厚及板宽，根据所述提取得到的各种数值与所述速度信号，计算所述加热源的必需输出，根据该计算结果控制所述加热源并作其输出调节，同时，进行计算所述第1加热炉出口部的所述带材的材温的预测计算，根据所述各种数值与所述速度信号及所述预测计算的结果，计算对上述感应加热装置必需的供给功率，根据该计算结果，控制所述调节器，通过所述调节器使得输出所述必需的供给功率。

根据第2发明，则其构成除了第1发明的构成之后，所述计算控制部在所述必需的供给功率计算中，采用成为所述第2加热炉内的所述带材进入所述第2加热炉时刻的平均材温的所述第2加热炉内中间附近的所述带材进入所述第2加热炉时刻的材温，作为根据所述预测计算的结果的值。

因此，可将上述出口部的材温变动抑制到最低限度，具有可进一步提高产品质量的那种效果。