ガス炉の制御装置及び方法
【課題】ガス炉の制御装置及び方法において、被加熱部材の高精度な熱処理を可能とする。
【解決手段】炉壁に複数のバーナ２１を設けてガス炉１１を構成し、炉内に支持された被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と厚肉の底部Ｗ３の温度を直接検出する温度検出器４１，４２，４３を設け、制御装置４７は、この温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗの実体温度に基づいて、この実体温度が目標温度となるように、複数のバーナ２１の出力を調節する。
【解決手段】炉壁に複数のバーナ２１を設けてガス炉１１を構成し、炉内に支持された被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と厚肉の底部Ｗ３の温度を直接検出する温度検出器４１，４２，４３を設け、制御装置４７は、この温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗの実体温度に基づいて、この実体温度が目標温度となるように、複数のバーナ２１の出力を調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱部材に対して各種の熱処理を行うバッチ式ガス炉の制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッチ式のガス炉は、一般的に炉内の雰囲気温度を検出する温度検出器を設け、制御装置がこの温度検出器が検出した炉内の温度が目標温度となるようにバーナの燃焼状態を制御している。このような従来のガス炉の制御装置としては、例えば、下記特許文献１−３に記載されたものがある。
【０００３】
特許文献１に記載されたものは、複数のバーナにそれぞれ独立して設けた燃焼空気予熱装置により予熱された燃焼空気を用いて、各バーナの最大の燃料噴出量における定空燃比燃焼を行うようにしている。また、特許文献２に記載されたものは、複数の温度検出器が検出した各加熱ゾーンの温度と予め設定された温度設定値とを比較し、燃料流量制御のための調節弁の弁開度を制御している。また、特許文献３に記載されたものは、被加熱材の初期温度と熱電対が検出した炉内温度とから、各ゾーンの炉内温度を設定して加熱バーナを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０３−０４３５５３号公報
【特許文献２】特公昭６０−０３２６９６号公報
【特許文献３】特開昭６２−０５４０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のバッチ式のガス炉にあっては、炉内の温度を検出し、この炉内の温度が目標温度となるようにバーナの燃焼状態、つまり、バーナのＯＮ／ＯＦＦや燃料供給量を制御している。しかし、被加熱部材の熱処理を行う場合、重要なのは炉内温度（雰囲気温度）ではなく、被加熱部材自体の温度である。そのため、従来のバッチ式のガス炉では、高精度な被加熱部材の熱処理が困難である。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、被加熱部材の高精度な熱処理を可能とするガス炉の制御装置及び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】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明のガス炉の制御装置は、炉壁に複数のバーナが設けられたガス炉において、炉内に支持された被加熱部材の温度を直接検出する温度検出器と、前記温度検出器の検出結果に基づいて前記複数のバーナの出力を調節するバーナ制御部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、温度検出器が被加熱部材の温度を直接検出し、バーナ制御部は、この温度検出器が検出した被加熱部材の温度に基づいて複数のバーナの出力を調節することから、被加熱部材の実体温度を調整することが可能となり、厚肉部と薄肉部が混在する異形の被加熱材であっても熱処理の種類に応じた最適な加熱制御が可能となり、被加熱部材の高精度な熱処理を行うことができる。
【０００９】
本発明のガス炉の制御装置では、前記バーナ制御部は、前記温度検出器の検出結果に基づいて起動する前記バーナの個数を調節することを特徴としている。
【００１０】
従って、バーナ制御部は、温度検出器が検出した被加熱部材の温度に基づいて起動するバーナの個数を調節することから、全てのバーナにおける燃料量や空気量などの調整が不要となり、起動するバーナの燃料量や空気量などの調整だけすればよくなり、制御の簡素化を可能とすることができる。
【００１１】
本発明のガス炉の制御装置では、前記温度検出器は、少なくとも前記被加熱部材における厚肉部と薄肉部に固定され、前記バーナ制御部は、前記厚肉部と前記薄肉部の温度に基づいて前記複数のバーナの出力を調節することを特徴としている。
【００１２】
従って、被加熱部材における厚肉部と薄肉部は、熱の伝達時間が相違するため、厚肉部は薄肉部に比べて温度上昇が遅れるが、温度検出器がこの厚肉部と薄肉部の温度を別々に検出し、バーナ制御部は、それぞれの温度に応じてバーナの出力を調節することから、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００１３】
本発明のガス炉の制御装置では、前記複数のバーナは、前記被加熱部材の厚肉部に対応するグループと、前記被加熱部材の薄肉部に対応するグループとに仕分けされ、前記バーナ制御部は、前記温度検出器の検出結果に基づいて前記各グループで起動する前記バーナの個数を調節することを特徴としている。
【００１４】
従って、バーナ制御部は、厚肉部と薄肉部の各温度に基づいてそれぞれのグループで起動するバーナの個数を調節することから、簡単な制御で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００１５】
本発明のガス炉の制御装置では、前記被加熱部材における厚肉部に対応するグループは、前記薄肉部に対応するグループより前記バーナが多数仕分けされることを特徴としている。
【００１６】
従って、被加熱部材における厚肉部は、温度上昇が遅れるが、急激に熱を付与すると、厚肉部の温度が目標温度を大きく超えてしまうことから、多数のバーナにより被加熱部材を加熱することで、厚肉部に適応した最適な加熱を行うことができる。
【００１７】
本発明のガス炉の制御装置では、前記バーナ制御部は、予め設定された所定の第１加熱温度まで前記被加熱部材に対して第１昇温速度となるように前記複数のバーナの出力を調節し、第１加熱温度に到達したら第１昇温速度より低い第２昇温速度となるように前記複数のバーナの出力を調節することを特徴としている。
【００１８】
従って、被加熱部材に急激な温度変化を与えることなく、最適な熱処理を行うことができる。
【００１９】
また、本発明のガス炉の制御方法は、炉壁に複数のバーナが設けられたガス炉において、炉内に支持された被加熱部材の温度を直接検出し、この検出結果に基づいて前記複数のバーナの出力を調節する、ことを特徴とするものである。
【００２０】
従って、被加熱部材の実体温度を調整することが可能となり、熱処理の種類に応じた最適な加熱制御が可能となり、被加熱部材の高精度な熱処理を行うことができる。
【００２１】
本発明のガス炉の制御方法では、前記複数のバーナは、前記被加熱部材の厚肉部に対応するグループと薄肉部に対応するグループに仕分けされ、前記厚肉部の温度に基づいて前記厚肉部に対応するグループにおいて起動する前記バーナの個数を調節する一方、前記薄肉部の温度に基づいて前記厚肉部に対応するグループにおいて起動する前記バーナの個数を調節することを特徴としている。
【００２２】
従って、温度検出器が厚肉部と薄肉部の温度を別々に検出し、各温度に応じてそれぞれのグループで起動するバーナの個数を調節することから、簡単な制御で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００２３】
本発明のガス炉の制御方法では、前記被加熱部材の形状により、熱処理開始前または熱処理作業中に、前記グループに仕分けされた前記バーナの変更またはバーナ着火順序の変更またはグループ編成の変更またはグループの増減を行うことを特徴としている。
【００２４】
従って、簡単な設定で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のガス炉の制御装置及び方法によれば、炉内の被加熱部材の温度を直接検出する温度検出器と、温度検出器の検出結果に基づいて複数のバーナの出力を調節するバーナ制御部を設けるので、被加熱部材の実体温度を調整することが可能となり、熱処理の種類に応じた再生な加熱制御が可能となり、被加熱部材の高精度な熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るガス炉の制御装置を表す概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例のガス炉の内部を表す断面図である。
【図３】図３は、本実施例のガス炉における実体温度の目標温度を表すグラフである。
【図４】図４は、本実施例のガス炉における実体温度制御方法を説明するためのグラフである。
【図５】図５は、本実施例のガス炉における温度変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガス炉の制御装置及び方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００２８】
図１は、本発明の一実施例に係るガス炉の制御装置を表す概略構成図、図２は、本実施例のガス炉の内部を表す断面図、図３は、本実施例のガス炉における実体温度の目標温度を表すグラフ、図４は、本実施例のガス炉における実体温度制御方法を説明するためのグラフ、図５は、本実施例のガス炉における温度変化を表すグラフである。
【００２９】
本実施例のガス炉の制御装置において、図１及び図２に示すように、ガス炉１１は、バッチ方式であって、底部１１ａに対してその周囲に４つの側壁部１１ｂが形成され、各側壁部１１ｂの上部に水平な天井部１１ｃが固定されて構成されている。なお、ガス炉１１の形状は、この四角形に限るものではなく、天井が湾曲したドーム型などであってもよい。ガス炉１１は、内部にて、底部１１ａの中央に、２つの架台１２により被加熱部材Ｗが支持されている。この被加熱部材Ｗは、底付き円筒形状をなし、薄肉の円筒部Ｗ１と、厚肉の底部Ｗ３とから構成されている。
【００３０】
ガス炉１１は、対向する側壁部（炉壁）１１ｂに、複数（本実施例では、２２個）のバーナ２１が設けられている。このバーナ２１は、各側壁部１１ｂにそれぞれ１１個ずつほぼ均等間隔をもって配置されており、各側壁部１１ｂに設けられた１１個のバーナ２１が対向して配置されている。そして、このバーナ２１は、自動流量調整弁２２が設けられ、その開度を調整することで、ＯＮ／ＯＦＦ並びに出力を調節可能となっている。ここでは、２２個のバーナ２１に対して、バーナ２１−１〜２１−２２の符号を付して説明し、２２個の自動流量調整弁２２に対して、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２の符号を付して説明する。なお、ガス炉１１の形状は、この形状に限るものではなく、また、バーナ２１の取付位置は、側壁部１１ｂに限らず、底部１１ａや天井部１１ｃであってもよい。
【００３１】
この各バーナ２１−１〜２１−２２は、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２に対してガス供給ライン３１が連結されており、このガス供給ライン３１は、ガス供給源３２に連結されている。そして、このガス供給ライン３１は、ガス供給ポンプ３３と開閉弁３４が設けられている。また、各バーナ２１−１〜２１−２２は、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２に対してエア供給ライン３５が連結されており、このエア供給ライン３５は、エア供給源３６に連結されている。そして、このエア供給ライン３５は、エア供給ポンプ３７と開閉弁３８が設けられている。
【００３２】
本実施例では、各バーナ２１−１〜２１−２２は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１に対応する第１グループと、薄肉の円筒部Ｗ１と厚肉の底部Ｗ３との中間部Ｗ２に対応する第２グループと、厚肉の底部Ｗ３に対応する第３グループとに仕分けされている。ここでは、第１グループとしてバーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４、第２グループとしてバーナ２１−１６，２１−１７、第３グループとしてバーナ２１-１０，２１-１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２が割り当てられている。なお、このバーナ２１のグループ化は、過去の実験データに基づいて最適グループが設定されるものであり、この仕分けに限定されるものではない。
【００３３】
そして、ガス炉１１は、内部に被加熱部材Ｗの温度を直接検出する温度検出器４１，４２，４３が設けられている。第１温度検出器４１は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１に溶接により密着するように固定されており、この円筒部Ｗ１の実体温度を検出する。第２温度検出器４２は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１と厚肉の底部Ｗ３との中間部Ｗ２に溶接により密着するように固定されており、この中間部Ｗ２の実体温度を検出する。第３温度検出器４３は、被加熱部材Ｗにおける厚肉の底部Ｗ３に溶接により密着するように固定されており、この底部Ｗ３の実体温度を検出する。
【００３４】
また、ガス炉１１は、内部の雰囲気温度を検出する温度検出器４４，４５，４６が設けられている。第４温度検出器４４は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１の近傍の天井部１１ｃに配置されており、この円筒部Ｗ１の近傍の雰囲気温度を検出する。第５温度検出器４５は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１と厚肉の底部Ｗ３との中間部Ｗ２の近傍の天井部１１ｃに配置されており、中間部Ｗ２の近傍の雰囲気温度を検出する。第６温度検出器４６は、被加熱部材Ｗにおける厚肉の底部Ｗ３の近傍の天井部１１ｃに配置されており、この底部Ｗ３の近傍の雰囲気温度を検出する。
【００３５】
制御装置（バーナ制御部）４７は、各温度検出器４１，４２，４３により検出された被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１の実体温度、中間部Ｗ２の実体温度、底部Ｗ３の実体温度が入力すると共に、各温度検出器４４，４５，４６により検出された被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１近傍の雰囲気温度、中間部Ｗ２近傍の雰囲気温度、底部Ｗ３近傍の雰囲気温度が入力する。
【００３６】
そして、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３における各実体温度やその近傍の雰囲気温度に基づいて、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２を調整することで、複数のバーナ２１−１〜２１−２２の出力を調節可能となっている。
【００３７】
また、制御装置４７は、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２のＯＮ／ＯＦＦや開度調整を行うことで、バーナ２１−１〜２１−２２全体の出力を調節可能となっている。具体的に、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３における各実体温度に基づいて、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２を作動させ、起動するバーナ２１−１〜２２−２２の個数を調節する。
【００３８】
即ち、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１に対応する第１グループとして、バーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４が割り当てられ、中間部Ｗ２に対応する第２グループとして、バーナ２１−１６，２１−１７が割り当てられ、厚肉の底部Ｗ３に対応する第３グループとして、バーナ２１-１０，２１-１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２が割り当てられている。そのため、この１３個のバーナ２１以外のバーナ２１は、対応する自動流量調整弁２２がＯＦＦ（開度０）となっている。
【００３９】
そして、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１における実体温度に基づいて、第１グループに割り当てられたバーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、起動するバーナ２１の個数を調節する。同様に、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける中間部Ｗ２における実体温度に基づいて、第２グループに割り当てられたバーナ２１−１６，２１−１７のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、起動するバーナ２１の個数を調節する。同様に、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける底部Ｗ３における実体温度に基づいて、第３グループに割り当てられたバーナ２１−１０，２１−１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、起動するバーナ２１の個数を調節する。
【００４０】
なお、第１グループのバーナ２１−３，２１−１４は、正面に架台１２が配置されていることから、ＯＮとしたときにその開度が７０％となるように設定することが好ましい。
【００４１】
ここで、ガス炉１１で被加熱部材Ｗの熱処理を行うときの制御装置４７による具体的な制御について説明する。この被加熱部材Ｗの熱処理としては、溶接部の応力除去や焼入れなどがあり、図３に示すように、熱処理の種類、被加熱部材Ｗの大きさや形状などに応じて被加熱部材Ｗの目標実体温度が設定されており、制御装置４７は、被加熱部材Ｗの実体温度がこの目標実体温度となるように複数のバーナ２１の出力を制御する。
【００４２】
図１に示すように、ガス炉１１内にて、２つの架台１２により被加熱部材Ｗが支持された状態で、制御装置４７は、図３に示すように、時間ｔ１にて、３つのグループに割り当てられた１３個のバーナ２１を予め設定された順序で点火していく。即ち、制御装置４７は、３つのグループに割り当てられた１３個のバーナ２１に対応する各自動流量調整弁２２をＯＦＦからＯＮに切り替える。このとき、制御装置４７は、常温の２０℃から第１加熱温度の３５０℃までの第１昇温領域Ａにて、被加熱部材Ｗに対する第１昇温速度（１００℃／Ｈ）が設定されており、被加熱部材Ｗの実体温度が目標実体温度となると共に、第１昇温速度となるように、１３個のバーナ２１の点火時期を調整する。
【００４３】
３つのグループにおけるバーナ２１の割付状態を下記の表１に示す。この表１からわかるように、第１グループに割り当てられた５個のバーナ２１の点火順序は、３−１２−１３−１−１４であり、第２グループに割り当てられたバーナ２１の点火順序は、１７−１６であり、第３グループに割り当てられたバーナ２１の点火順序は、１８−１１−１０−２０−２２−２１である。この表１は、作業者が視認できるようにディスプレイに表示されており、バーナ２１の番号が点灯することで、点火されたバーナ２１を把握することができ、割付個数に対する点火個数を把握することができる。
【００４４】
【表１】
【００４５】
制御装置４７は、図３に示すように、温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３の各実体温度のいずれかが第１加熱温度の３５０℃に到達したら、時間ｔ２にて、第１加熱温度の３５０℃から第２加熱温度の６１０℃までの第２昇温領域Ｂに入ることから、ここで、被加熱部材Ｗに対する第２昇温速度（５０℃／Ｈ）が設定されている。制御装置４７は、被加熱部材Ｗの実体温度が目標実体温度となると共に、第２昇温速度となるように、１３個のバーナ２１の点火時期及び消火時期を調整する。
【００４６】
この場合、第１昇温領域Ａの第１昇温速度（１００℃／Ｈ）に対して、第２昇温領域Ｂの第２昇温速度（５０℃／Ｈ）が低く設定されている。
【００４７】
制御装置４７は、この第１昇温領域Ａ及び第２昇温領域Ｂで、各バーナ２１の出力調整を行うとき、各グループ内でバーナ２１を個別に点火及び消火を行うことで、被加熱部材Ｗに対する実体温度調整を行っている。この場合、制御装置４７は、各温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３の各実体温度に基づいて、ＰＩＤ制御を行っている。
【００４８】
例えば、図４に示すように、被加熱部材Ｗの目標実体温度Ｔｔが設定されており、制御装置４７は、第１温度検出器４１が検出した被加熱部材Ｗの円筒部Ｗ１の実体温度Ｔ１に基づいて、第１グループの各バーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４のＯＮ／ＯＦＦを行って加熱温度を調節する。即ち、円筒部Ｗ１は、薄肉であることから、実体温度Ｔ１が目標実体温度Ｔｔまで上昇すると、全てのバーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４をＯＦＦしても温度低下しにくい。そのため、制御装置４７は、円筒部Ｗ１の実体温度Ｔ１が低下すると、１つのバーナ２１を起動し、目標実体温度Ｔｔに近づいてから円筒部Ｗ１の実体温度Ｔ１が上昇すると、全てのバーナ２１を停止する。
【００４９】
また、制御装置４７は、第２温度検出器４２が検出した被加熱部材Ｗの中間部Ｗ２の実体温度Ｔ２に基づいて、第２グループの各バーナ２１−１６，２１−１７のＯＮ／ＯＦＦを行って加熱温度を調節する。即ち、中間部Ｗ２も、薄肉であることから、実体温度Ｔ２が目標実体温度Ｔｔまで上昇すると、全てのバーナ２１−１６，２１−１７をＯＦＦしても温度低下しにくい。そのため、制御装置４７は、中間部Ｗ２の実体温度Ｔ２が目標実体温度Ｔｔに近づくと全てのバーナ２１−１６，２１−１７を停止し、目標実体温度Ｔｔを超えてから中間部Ｗ２の実体温度Ｔ２が低下すると、１つのバーナ２１を起動する。
【００５０】
更に、制御装置４７は、第３温度検出器４３が検出した被加熱部材Ｗの底部Ｗ３のる実体温度Ｔ３に基づいて、第３グループの各バーナ２１−１０，２１−１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２のＯＮ／ＯＦＦを行って加熱温度を調節する。即ち、底部Ｗ３は、厚肉であることから、実体温度Ｔ３がなかなか上昇しないものの、急激に加熱すると、目標実体温度Ｔｔを超えてしまうことから、多数のバーナ２１−１０，２１−１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２を用いて徐々に加熱して目標実体温度Ｔｔに近づけていく。そのため、制御装置４７は、底部Ｗ３の実体温度Ｔ３が上昇すると起動するバーナ２１を４個とし、底部Ｗ３の実体温度Ｔ３の上昇率が低下すると起動するバーナ２１を５個とし、底部Ｗ３の実体温度Ｔ３が低下すると起動するバーナ２１を７個とし、再び底部Ｗ３の実体温度Ｔ３が上昇すると起動するバーナ２１を６個とするなどして底部Ｗ３の実体温度Ｔ３を目標実体温度Ｔｔに近づけていく。
【００５１】
その後、制御装置４７は、図３に示すように、温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３における各実体温度が第２加熱温度の６１０℃に到達したら、時間ｔ３にて、第２加熱温度の６１０℃を維持する加熱温度維持領域Ｃに入ることから、ここで、被加熱部材Ｗに対する第２加熱温度の６１０℃を所定の偏差（±１５℃）内維持するように、１３個のバーナ２１の点火時期及び消火時期を調整する。
【００５２】
そして、制御装置４７は、第２加熱温度の６１０℃が予め設定された所定時間（熱処理時間）を経過したら、時間ｔ４にて、第２加熱温度の６１０℃から温度を低下させる第１降温領域Ｄに入ることから、ここで、被加熱部材Ｗに対する降温速度（５０℃／Ｈ）が設定されている。制御装置４７は、被加熱部材Ｗの実体温度が目標実体温度となると共に、降温速度となるように、１３個のバーナ２１の点火時期及び消火時期を調整する。
【００５３】
その後、制御装置４７は、所定温度まで低下したら、時間ｔ５にて、１３個のバーナ２１を停止する。そして、制御装置４７は、第２降温領域Ｅにて、温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３における各実体温度が加熱温度（第１加熱温度と同じ３５０℃）まで低下したら、時間ｔ６にて、ガス炉１１の扉を開放する。
【００５４】
なお、制御装置４７は、領域Ａ〜Ｄにて、バーナ２１の自動流量調整弁２２を制御可能であることから、各温度検出器４１，４２，４３の検出結果に基づいて現在割り当てられているグループの各バーナでは、被加熱部材Ｗの形状により熱処理開始前または途中であっても、各グループに割り当てられているバーナの変更、着火順序の変更、または、グループ編成の変更、グループの増減などが可能となっている。また、一部のバーナ２１が故障した場合であっても、各種の変更が可能となっている。更に、バーナ２１ごとの出力の変更、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２の調整により全バーナ２１の出力を変更も可能となっている。
【００５５】
本実施例にて、制御装置４７は、各温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３の各実体温度に基づいて、１３個のバーナ２１の点火時期及び消火時期を調整して出力を調整することから、被加熱部材Ｗの実体温度を目標実体温度になるように適正に調整することが可能となる。即ち、図５に示すように、本実施例では、目標実体温度Ｔｔに対して、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１の実体温度Ｔ１と底部Ｗ３の実体温度Ｔ３が、この目標実体温度Ｔｔを大きく超えることなく、徐々に近づいている。一方、目標実体温度Ｔｔに対して、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１の近傍の雰囲気温度Ｔ１１と底部Ｗ３の近傍の雰囲気温度Ｔ１３は、この目標実体温度Ｔｔを大きく超えてから徐々に近づいている。
【００５６】
このように本実施例のガス炉の制御装置にあっては、炉壁に複数のバーナ２１を設けてガス炉１１を構成し、炉内に支持された被加熱部材Ｗの温度を直接検出する温度検出器４１，４２，４３と、この温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗの実体温度に基づいて複数のバーナ２１の出力を調節する制御装置４７とを設けている。
【００５７】
従って、各温度検出器４１、４２，４３が被加熱部材Ｗの実体温度を検出し、制御装置４７は、この温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗの実体温度に基づいて複数のバーナ２１の出力を調節することから、被加熱部材Ｗの実体温度を調整することが可能となり、熱処理の種類に応じた再生な加熱制御が可能となり、被加熱部材Ｗの高精度な熱処理を行うことができる。
【００５８】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、制御装置４７は、温度検出器４１、４２，４３の検出結果に基づいて起動するバーナ２１の個数を調節している。従って、全てのバーナにおける燃料量や空気量などの調整が不要となり、起動するバーナの燃料量や空気量などの調整だけすればよくなり、制御の簡素化を可能とすることができる。
【００５９】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、温度検出器は４１，４３が、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１と厚肉の底部Ｗ３に固定され、制御装置４７は、円筒部Ｗ１と底部Ｗ３の温度に基づいて複数のバーナ２１の出力を調節している。従って、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と底部Ｗ３は、熱の伝達時間が相違するため、底部Ｗ３は円筒部Ｗ１に比べて温度上昇が遅れるが、温度検出器４１，４３がこの円筒部Ｗ１と底部Ｗ３の実体温度を別々に検出し、制御装置４７は、それぞれの温度に応じてバーナ２１の出力を調節することから、被加熱部材Ｗの形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００６０】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、複数のバーナ２１は、被加熱部材Ｗの円筒部Ｗ１に対応するグループと、中間部Ｗ２に対応するグループと、底部Ｗ３に対応するグループとに仕分けされ、制御装置４７は、温度検出器４１，４２，４３の検出結果に基づいて各グループで起動するバーナ２１の個数を調節している。従って、制御装置４７は、円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３の各実体温度に基づいてそれぞれのグループで起動するバーナ２１の個数を調節することから、簡単な制御で、被加熱部材Ｗの形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００６１】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、被加熱部材Ｗにおける底部Ｗ３に対応するグループは、円筒部Ｗ１に対応するグループより多数のバーナ２１を仕分けしている。従って、被加熱部材Ｗにおける底部Ｗ３は温度上昇が遅れるが、急激に熱を付与すると、底部Ｗ３の実体温度が目標温度を大きく超えてしまうことから、多数のバーナ２１により被加熱部材Ｗをゆっくり加熱することで、底部Ｗ３に適応した最適な加熱を行うことができる。
【００６２】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、制御装置４７は、予め設定された所定の第１加熱温度まで被加熱部材Ｗに対して第１昇温速度となるように複数のバーナ２１の出力を調節し、第１加熱温度に到達したら第１昇温速度より低い第２昇温速度となるように複数のバーナ２１の出力を調節している。従って、被加熱部材Ｗに負荷を与えることなく、最適な熱処理を行うことができる。
【００６３】
また、実施例１のガス炉の制御方法は、炉内に支持された被加熱部材Ｗの実体温度を検出し、この実体温度に基づいて複数のバーナ２１の出力を調節している。この場合、複数のバーナ２１は、被加熱部材Ｗの薄肉の円筒部Ｗ１に対応するグループと厚肉の底部Ｗ３に対応するグループとに仕分けされ、円筒部Ｗ１の実体温度に基づいて対応するグループにおいて起動するバーナの個数を調節する一方、底部Ｗ３の実体温度に基づいて対応するグループにおいて起動するバーナ２１の個数を調節している。
【００６４】
従って、被加熱部材Ｗの実体温度を調整することが可能となり、熱処理の種類に応じた再生な加熱制御が可能となり、被加熱部材Ｗの高精度な熱処理を行うことができる。また、被加熱部材Ｗの円筒部Ｗ１と底部Ｗ３の実体温度に応じてそれぞれのグループで起動するバーナ２１の個数を調節することから、簡単な制御で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００６５】
また、実施例１のガス炉の制御方法では、被加熱部材Ｗの形状により、熱処理開始前または熱処理開始途中に、グループに仕分けされたバーナ２１の変更、バーナ着火順序の変更、グループ編成の変更、グループの増減を行うことを可能としている。従って、簡単な制御で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００６６】
なお、上述した実施例では、ガス炉１１に２２個のバーナ２１を設けたが、この数は、ガス炉１１の大きさや形状、被加熱部材の種類などに応じて適宜設定すればよいものである。また、使用するバーナ２１の数（１３個）やグループ数（３グループ）も被加熱部材の大きさや形状などにより適宜設定すればよいものである。
【符号の説明】
【００６７】
１１ ガス炉
２１，２１−１〜２１−２２ バーナ
２２，２２−１〜２２−２２ 自動流量調整弁
４１，４２，４３ 温度検出器
４７ 制御装置（バーナ制御部）
Ｗ 被加熱部材
Ｗ１ 円筒部（薄肉部）
Ｗ２ 中間部
Ｗ３ 底部（厚肉部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱部材に対して各種の熱処理を行うバッチ式ガス炉の制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッチ式のガス炉は、一般的に炉内の雰囲気温度を検出する温度検出器を設け、制御装置がこの温度検出器が検出した炉内の温度が目標温度となるようにバーナの燃焼状態を制御している。このような従来のガス炉の制御装置としては、例えば、下記特許文献１−３に記載されたものがある。
【０００３】
特許文献１に記載されたものは、複数のバーナにそれぞれ独立して設けた燃焼空気予熱装置により予熱された燃焼空気を用いて、各バーナの最大の燃料噴出量における定空燃比燃焼を行うようにしている。また、特許文献２に記載されたものは、複数の温度検出器が検出した各加熱ゾーンの温度と予め設定された温度設定値とを比較し、燃料流量制御のための調節弁の弁開度を制御している。また、特許文献３に記載されたものは、被加熱材の初期温度と熱電対が検出した炉内温度とから、各ゾーンの炉内温度を設定して加熱バーナを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０３−０４３５５３号公報
【特許文献２】特公昭６０−０３２６９６号公報
【特許文献３】特開昭６２−０５４０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のバッチ式のガス炉にあっては、炉内の温度を検出し、この炉内の温度が目標温度となるようにバーナの燃焼状態、つまり、バーナのＯＮ／ＯＦＦや燃料供給量を制御している。しかし、被加熱部材の熱処理を行う場合、重要なのは炉内温度（雰囲気温度）ではなく、被加熱部材自体の温度である。そのため、従来のバッチ式のガス炉では、高精度な被加熱部材の熱処理が困難である。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、被加熱部材の高精度な熱処理を可能とするガス炉の制御装置及び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】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明のガス炉の制御装置は、炉壁に複数のバーナが設けられたガス炉において、炉内に支持された被加熱部材の温度を直接検出する温度検出器と、前記温度検出器の検出結果に基づいて前記複数のバーナの出力を調節するバーナ制御部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、温度検出器が被加熱部材の温度を直接検出し、バーナ制御部は、この温度検出器が検出した被加熱部材の温度に基づいて複数のバーナの出力を調節することから、被加熱部材の実体温度を調整することが可能となり、厚肉部と薄肉部が混在する異形の被加熱材であっても熱処理の種類に応じた最適な加熱制御が可能となり、被加熱部材の高精度な熱処理を行うことができる。
【０００９】
本発明のガス炉の制御装置では、前記バーナ制御部は、前記温度検出器の検出結果に基づいて起動する前記バーナの個数を調節することを特徴としている。
【００１０】
従って、バーナ制御部は、温度検出器が検出した被加熱部材の温度に基づいて起動するバーナの個数を調節することから、全てのバーナにおける燃料量や空気量などの調整が不要となり、起動するバーナの燃料量や空気量などの調整だけすればよくなり、制御の簡素化を可能とすることができる。
【００１１】
本発明のガス炉の制御装置では、前記温度検出器は、少なくとも前記被加熱部材における厚肉部と薄肉部に固定され、前記バーナ制御部は、前記厚肉部と前記薄肉部の温度に基づいて前記複数のバーナの出力を調節することを特徴としている。
【００１２】
従って、被加熱部材における厚肉部と薄肉部は、熱の伝達時間が相違するため、厚肉部は薄肉部に比べて温度上昇が遅れるが、温度検出器がこの厚肉部と薄肉部の温度を別々に検出し、バーナ制御部は、それぞれの温度に応じてバーナの出力を調節することから、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００１３】
本発明のガス炉の制御装置では、前記複数のバーナは、前記被加熱部材の厚肉部に対応するグループと、前記被加熱部材の薄肉部に対応するグループとに仕分けされ、前記バーナ制御部は、前記温度検出器の検出結果に基づいて前記各グループで起動する前記バーナの個数を調節することを特徴としている。
【００１４】
従って、バーナ制御部は、厚肉部と薄肉部の各温度に基づいてそれぞれのグループで起動するバーナの個数を調節することから、簡単な制御で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００１５】
本発明のガス炉の制御装置では、前記被加熱部材における厚肉部に対応するグループは、前記薄肉部に対応するグループより前記バーナが多数仕分けされることを特徴としている。
【００１６】
従って、被加熱部材における厚肉部は、温度上昇が遅れるが、急激に熱を付与すると、厚肉部の温度が目標温度を大きく超えてしまうことから、多数のバーナにより被加熱部材を加熱することで、厚肉部に適応した最適な加熱を行うことができる。
【００１７】
本発明のガス炉の制御装置では、前記バーナ制御部は、予め設定された所定の第１加熱温度まで前記被加熱部材に対して第１昇温速度となるように前記複数のバーナの出力を調節し、第１加熱温度に到達したら第１昇温速度より低い第２昇温速度となるように前記複数のバーナの出力を調節することを特徴としている。
【００１８】
従って、被加熱部材に急激な温度変化を与えることなく、最適な熱処理を行うことができる。
【００１９】
また、本発明のガス炉の制御方法は、炉壁に複数のバーナが設けられたガス炉において、炉内に支持された被加熱部材の温度を直接検出し、この検出結果に基づいて前記複数のバーナの出力を調節する、ことを特徴とするものである。
【００２０】
従って、被加熱部材の実体温度を調整することが可能となり、熱処理の種類に応じた最適な加熱制御が可能となり、被加熱部材の高精度な熱処理を行うことができる。
【００２１】
本発明のガス炉の制御方法では、前記複数のバーナは、前記被加熱部材の厚肉部に対応するグループと薄肉部に対応するグループに仕分けされ、前記厚肉部の温度に基づいて前記厚肉部に対応するグループにおいて起動する前記バーナの個数を調節する一方、前記薄肉部の温度に基づいて前記厚肉部に対応するグループにおいて起動する前記バーナの個数を調節することを特徴としている。
【００２２】
従って、温度検出器が厚肉部と薄肉部の温度を別々に検出し、各温度に応じてそれぞれのグループで起動するバーナの個数を調節することから、簡単な制御で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００２３】
本発明のガス炉の制御方法では、前記被加熱部材の形状により、熱処理開始前または熱処理作業中に、前記グループに仕分けされた前記バーナの変更またはバーナ着火順序の変更またはグループ編成の変更またはグループの増減を行うことを特徴としている。
【００２４】
従って、簡単な設定で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のガス炉の制御装置及び方法によれば、炉内の被加熱部材の温度を直接検出する温度検出器と、温度検出器の検出結果に基づいて複数のバーナの出力を調節するバーナ制御部を設けるので、被加熱部材の実体温度を調整することが可能となり、熱処理の種類に応じた再生な加熱制御が可能となり、被加熱部材の高精度な熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るガス炉の制御装置を表す概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例のガス炉の内部を表す断面図である。
【図３】図３は、本実施例のガス炉における実体温度の目標温度を表すグラフである。
【図４】図４は、本実施例のガス炉における実体温度制御方法を説明するためのグラフである。
【図５】図５は、本実施例のガス炉における温度変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガス炉の制御装置及び方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００２８】
図１は、本発明の一実施例に係るガス炉の制御装置を表す概略構成図、図２は、本実施例のガス炉の内部を表す断面図、図３は、本実施例のガス炉における実体温度の目標温度を表すグラフ、図４は、本実施例のガス炉における実体温度制御方法を説明するためのグラフ、図５は、本実施例のガス炉における温度変化を表すグラフである。
【００２９】
本実施例のガス炉の制御装置において、図１及び図２に示すように、ガス炉１１は、バッチ方式であって、底部１１ａに対してその周囲に４つの側壁部１１ｂが形成され、各側壁部１１ｂの上部に水平な天井部１１ｃが固定されて構成されている。なお、ガス炉１１の形状は、この四角形に限るものではなく、天井が湾曲したドーム型などであってもよい。ガス炉１１は、内部にて、底部１１ａの中央に、２つの架台１２により被加熱部材Ｗが支持されている。この被加熱部材Ｗは、底付き円筒形状をなし、薄肉の円筒部Ｗ１と、厚肉の底部Ｗ３とから構成されている。
【００３０】
ガス炉１１は、対向する側壁部（炉壁）１１ｂに、複数（本実施例では、２２個）のバーナ２１が設けられている。このバーナ２１は、各側壁部１１ｂにそれぞれ１１個ずつほぼ均等間隔をもって配置されており、各側壁部１１ｂに設けられた１１個のバーナ２１が対向して配置されている。そして、このバーナ２１は、自動流量調整弁２２が設けられ、その開度を調整することで、ＯＮ／ＯＦＦ並びに出力を調節可能となっている。ここでは、２２個のバーナ２１に対して、バーナ２１−１〜２１−２２の符号を付して説明し、２２個の自動流量調整弁２２に対して、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２の符号を付して説明する。なお、ガス炉１１の形状は、この形状に限るものではなく、また、バーナ２１の取付位置は、側壁部１１ｂに限らず、底部１１ａや天井部１１ｃであってもよい。
【００３１】
この各バーナ２１−１〜２１−２２は、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２に対してガス供給ライン３１が連結されており、このガス供給ライン３１は、ガス供給源３２に連結されている。そして、このガス供給ライン３１は、ガス供給ポンプ３３と開閉弁３４が設けられている。また、各バーナ２１−１〜２１−２２は、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２に対してエア供給ライン３５が連結されており、このエア供給ライン３５は、エア供給源３６に連結されている。そして、このエア供給ライン３５は、エア供給ポンプ３７と開閉弁３８が設けられている。
【００３２】
本実施例では、各バーナ２１−１〜２１−２２は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１に対応する第１グループと、薄肉の円筒部Ｗ１と厚肉の底部Ｗ３との中間部Ｗ２に対応する第２グループと、厚肉の底部Ｗ３に対応する第３グループとに仕分けされている。ここでは、第１グループとしてバーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４、第２グループとしてバーナ２１−１６，２１−１７、第３グループとしてバーナ２１-１０，２１-１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２が割り当てられている。なお、このバーナ２１のグループ化は、過去の実験データに基づいて最適グループが設定されるものであり、この仕分けに限定されるものではない。
【００３３】
そして、ガス炉１１は、内部に被加熱部材Ｗの温度を直接検出する温度検出器４１，４２，４３が設けられている。第１温度検出器４１は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１に溶接により密着するように固定されており、この円筒部Ｗ１の実体温度を検出する。第２温度検出器４２は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１と厚肉の底部Ｗ３との中間部Ｗ２に溶接により密着するように固定されており、この中間部Ｗ２の実体温度を検出する。第３温度検出器４３は、被加熱部材Ｗにおける厚肉の底部Ｗ３に溶接により密着するように固定されており、この底部Ｗ３の実体温度を検出する。
【００３４】
また、ガス炉１１は、内部の雰囲気温度を検出する温度検出器４４，４５，４６が設けられている。第４温度検出器４４は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１の近傍の天井部１１ｃに配置されており、この円筒部Ｗ１の近傍の雰囲気温度を検出する。第５温度検出器４５は、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１と厚肉の底部Ｗ３との中間部Ｗ２の近傍の天井部１１ｃに配置されており、中間部Ｗ２の近傍の雰囲気温度を検出する。第６温度検出器４６は、被加熱部材Ｗにおける厚肉の底部Ｗ３の近傍の天井部１１ｃに配置されており、この底部Ｗ３の近傍の雰囲気温度を検出する。
【００３５】
制御装置（バーナ制御部）４７は、各温度検出器４１，４２，４３により検出された被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１の実体温度、中間部Ｗ２の実体温度、底部Ｗ３の実体温度が入力すると共に、各温度検出器４４，４５，４６により検出された被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１近傍の雰囲気温度、中間部Ｗ２近傍の雰囲気温度、底部Ｗ３近傍の雰囲気温度が入力する。
【００３６】
そして、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３における各実体温度やその近傍の雰囲気温度に基づいて、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２を調整することで、複数のバーナ２１−１〜２１−２２の出力を調節可能となっている。
【００３７】
また、制御装置４７は、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２のＯＮ／ＯＦＦや開度調整を行うことで、バーナ２１−１〜２１−２２全体の出力を調節可能となっている。具体的に、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３における各実体温度に基づいて、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２を作動させ、起動するバーナ２１−１〜２２−２２の個数を調節する。
【００３８】
即ち、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１に対応する第１グループとして、バーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４が割り当てられ、中間部Ｗ２に対応する第２グループとして、バーナ２１−１６，２１−１７が割り当てられ、厚肉の底部Ｗ３に対応する第３グループとして、バーナ２１-１０，２１-１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２が割り当てられている。そのため、この１３個のバーナ２１以外のバーナ２１は、対応する自動流量調整弁２２がＯＦＦ（開度０）となっている。
【００３９】
そして、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１における実体温度に基づいて、第１グループに割り当てられたバーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、起動するバーナ２１の個数を調節する。同様に、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける中間部Ｗ２における実体温度に基づいて、第２グループに割り当てられたバーナ２１−１６，２１−１７のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、起動するバーナ２１の個数を調節する。同様に、制御装置４７は、被加熱部材Ｗにおける底部Ｗ３における実体温度に基づいて、第３グループに割り当てられたバーナ２１−１０，２１−１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、起動するバーナ２１の個数を調節する。
【００４０】
なお、第１グループのバーナ２１−３，２１−１４は、正面に架台１２が配置されていることから、ＯＮとしたときにその開度が７０％となるように設定することが好ましい。
【００４１】
ここで、ガス炉１１で被加熱部材Ｗの熱処理を行うときの制御装置４７による具体的な制御について説明する。この被加熱部材Ｗの熱処理としては、溶接部の応力除去や焼入れなどがあり、図３に示すように、熱処理の種類、被加熱部材Ｗの大きさや形状などに応じて被加熱部材Ｗの目標実体温度が設定されており、制御装置４７は、被加熱部材Ｗの実体温度がこの目標実体温度となるように複数のバーナ２１の出力を制御する。
【００４２】
図１に示すように、ガス炉１１内にて、２つの架台１２により被加熱部材Ｗが支持された状態で、制御装置４７は、図３に示すように、時間ｔ１にて、３つのグループに割り当てられた１３個のバーナ２１を予め設定された順序で点火していく。即ち、制御装置４７は、３つのグループに割り当てられた１３個のバーナ２１に対応する各自動流量調整弁２２をＯＦＦからＯＮに切り替える。このとき、制御装置４７は、常温の２０℃から第１加熱温度の３５０℃までの第１昇温領域Ａにて、被加熱部材Ｗに対する第１昇温速度（１００℃／Ｈ）が設定されており、被加熱部材Ｗの実体温度が目標実体温度となると共に、第１昇温速度となるように、１３個のバーナ２１の点火時期を調整する。
【００４３】
３つのグループにおけるバーナ２１の割付状態を下記の表１に示す。この表１からわかるように、第１グループに割り当てられた５個のバーナ２１の点火順序は、３−１２−１３−１−１４であり、第２グループに割り当てられたバーナ２１の点火順序は、１７−１６であり、第３グループに割り当てられたバーナ２１の点火順序は、１８−１１−１０−２０−２２−２１である。この表１は、作業者が視認できるようにディスプレイに表示されており、バーナ２１の番号が点灯することで、点火されたバーナ２１を把握することができ、割付個数に対する点火個数を把握することができる。
【００４４】
【表１】
【００４５】
制御装置４７は、図３に示すように、温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３の各実体温度のいずれかが第１加熱温度の３５０℃に到達したら、時間ｔ２にて、第１加熱温度の３５０℃から第２加熱温度の６１０℃までの第２昇温領域Ｂに入ることから、ここで、被加熱部材Ｗに対する第２昇温速度（５０℃／Ｈ）が設定されている。制御装置４７は、被加熱部材Ｗの実体温度が目標実体温度となると共に、第２昇温速度となるように、１３個のバーナ２１の点火時期及び消火時期を調整する。
【００４６】
この場合、第１昇温領域Ａの第１昇温速度（１００℃／Ｈ）に対して、第２昇温領域Ｂの第２昇温速度（５０℃／Ｈ）が低く設定されている。
【００４７】
制御装置４７は、この第１昇温領域Ａ及び第２昇温領域Ｂで、各バーナ２１の出力調整を行うとき、各グループ内でバーナ２１を個別に点火及び消火を行うことで、被加熱部材Ｗに対する実体温度調整を行っている。この場合、制御装置４７は、各温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３の各実体温度に基づいて、ＰＩＤ制御を行っている。
【００４８】
例えば、図４に示すように、被加熱部材Ｗの目標実体温度Ｔｔが設定されており、制御装置４７は、第１温度検出器４１が検出した被加熱部材Ｗの円筒部Ｗ１の実体温度Ｔ１に基づいて、第１グループの各バーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４のＯＮ／ＯＦＦを行って加熱温度を調節する。即ち、円筒部Ｗ１は、薄肉であることから、実体温度Ｔ１が目標実体温度Ｔｔまで上昇すると、全てのバーナ２１−１，２１−３，２１−１２，２１−１３，２１−１４をＯＦＦしても温度低下しにくい。そのため、制御装置４７は、円筒部Ｗ１の実体温度Ｔ１が低下すると、１つのバーナ２１を起動し、目標実体温度Ｔｔに近づいてから円筒部Ｗ１の実体温度Ｔ１が上昇すると、全てのバーナ２１を停止する。
【００４９】
また、制御装置４７は、第２温度検出器４２が検出した被加熱部材Ｗの中間部Ｗ２の実体温度Ｔ２に基づいて、第２グループの各バーナ２１−１６，２１−１７のＯＮ／ＯＦＦを行って加熱温度を調節する。即ち、中間部Ｗ２も、薄肉であることから、実体温度Ｔ２が目標実体温度Ｔｔまで上昇すると、全てのバーナ２１−１６，２１−１７をＯＦＦしても温度低下しにくい。そのため、制御装置４７は、中間部Ｗ２の実体温度Ｔ２が目標実体温度Ｔｔに近づくと全てのバーナ２１−１６，２１−１７を停止し、目標実体温度Ｔｔを超えてから中間部Ｗ２の実体温度Ｔ２が低下すると、１つのバーナ２１を起動する。
【００５０】
更に、制御装置４７は、第３温度検出器４３が検出した被加熱部材Ｗの底部Ｗ３のる実体温度Ｔ３に基づいて、第３グループの各バーナ２１−１０，２１−１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２のＯＮ／ＯＦＦを行って加熱温度を調節する。即ち、底部Ｗ３は、厚肉であることから、実体温度Ｔ３がなかなか上昇しないものの、急激に加熱すると、目標実体温度Ｔｔを超えてしまうことから、多数のバーナ２１−１０，２１−１１，２１−１８，２１−２０，２１−２１，２１−２２を用いて徐々に加熱して目標実体温度Ｔｔに近づけていく。そのため、制御装置４７は、底部Ｗ３の実体温度Ｔ３が上昇すると起動するバーナ２１を４個とし、底部Ｗ３の実体温度Ｔ３の上昇率が低下すると起動するバーナ２１を５個とし、底部Ｗ３の実体温度Ｔ３が低下すると起動するバーナ２１を７個とし、再び底部Ｗ３の実体温度Ｔ３が上昇すると起動するバーナ２１を６個とするなどして底部Ｗ３の実体温度Ｔ３を目標実体温度Ｔｔに近づけていく。
【００５１】
その後、制御装置４７は、図３に示すように、温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３における各実体温度が第２加熱温度の６１０℃に到達したら、時間ｔ３にて、第２加熱温度の６１０℃を維持する加熱温度維持領域Ｃに入ることから、ここで、被加熱部材Ｗに対する第２加熱温度の６１０℃を所定の偏差（±１５℃）内維持するように、１３個のバーナ２１の点火時期及び消火時期を調整する。
【００５２】
そして、制御装置４７は、第２加熱温度の６１０℃が予め設定された所定時間（熱処理時間）を経過したら、時間ｔ４にて、第２加熱温度の６１０℃から温度を低下させる第１降温領域Ｄに入ることから、ここで、被加熱部材Ｗに対する降温速度（５０℃／Ｈ）が設定されている。制御装置４７は、被加熱部材Ｗの実体温度が目標実体温度となると共に、降温速度となるように、１３個のバーナ２１の点火時期及び消火時期を調整する。
【００５３】
その後、制御装置４７は、所定温度まで低下したら、時間ｔ５にて、１３個のバーナ２１を停止する。そして、制御装置４７は、第２降温領域Ｅにて、温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３における各実体温度が加熱温度（第１加熱温度と同じ３５０℃）まで低下したら、時間ｔ６にて、ガス炉１１の扉を開放する。
【００５４】
なお、制御装置４７は、領域Ａ〜Ｄにて、バーナ２１の自動流量調整弁２２を制御可能であることから、各温度検出器４１，４２，４３の検出結果に基づいて現在割り当てられているグループの各バーナでは、被加熱部材Ｗの形状により熱処理開始前または途中であっても、各グループに割り当てられているバーナの変更、着火順序の変更、または、グループ編成の変更、グループの増減などが可能となっている。また、一部のバーナ２１が故障した場合であっても、各種の変更が可能となっている。更に、バーナ２１ごとの出力の変更、自動流量調整弁２２−１〜２２−２２の調整により全バーナ２１の出力を変更も可能となっている。
【００５５】
本実施例にて、制御装置４７は、各温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３の各実体温度に基づいて、１３個のバーナ２１の点火時期及び消火時期を調整して出力を調整することから、被加熱部材Ｗの実体温度を目標実体温度になるように適正に調整することが可能となる。即ち、図５に示すように、本実施例では、目標実体温度Ｔｔに対して、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１の実体温度Ｔ１と底部Ｗ３の実体温度Ｔ３が、この目標実体温度Ｔｔを大きく超えることなく、徐々に近づいている。一方、目標実体温度Ｔｔに対して、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１の近傍の雰囲気温度Ｔ１１と底部Ｗ３の近傍の雰囲気温度Ｔ１３は、この目標実体温度Ｔｔを大きく超えてから徐々に近づいている。
【００５６】
このように本実施例のガス炉の制御装置にあっては、炉壁に複数のバーナ２１を設けてガス炉１１を構成し、炉内に支持された被加熱部材Ｗの温度を直接検出する温度検出器４１，４２，４３と、この温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗの実体温度に基づいて複数のバーナ２１の出力を調節する制御装置４７とを設けている。
【００５７】
従って、各温度検出器４１、４２，４３が被加熱部材Ｗの実体温度を検出し、制御装置４７は、この温度検出器４１，４２，４３が検出した被加熱部材Ｗの実体温度に基づいて複数のバーナ２１の出力を調節することから、被加熱部材Ｗの実体温度を調整することが可能となり、熱処理の種類に応じた再生な加熱制御が可能となり、被加熱部材Ｗの高精度な熱処理を行うことができる。
【００５８】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、制御装置４７は、温度検出器４１、４２，４３の検出結果に基づいて起動するバーナ２１の個数を調節している。従って、全てのバーナにおける燃料量や空気量などの調整が不要となり、起動するバーナの燃料量や空気量などの調整だけすればよくなり、制御の簡素化を可能とすることができる。
【００５９】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、温度検出器は４１，４３が、被加熱部材Ｗにおける薄肉の円筒部Ｗ１と厚肉の底部Ｗ３に固定され、制御装置４７は、円筒部Ｗ１と底部Ｗ３の温度に基づいて複数のバーナ２１の出力を調節している。従って、被加熱部材Ｗにおける円筒部Ｗ１と底部Ｗ３は、熱の伝達時間が相違するため、底部Ｗ３は円筒部Ｗ１に比べて温度上昇が遅れるが、温度検出器４１，４３がこの円筒部Ｗ１と底部Ｗ３の実体温度を別々に検出し、制御装置４７は、それぞれの温度に応じてバーナ２１の出力を調節することから、被加熱部材Ｗの形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００６０】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、複数のバーナ２１は、被加熱部材Ｗの円筒部Ｗ１に対応するグループと、中間部Ｗ２に対応するグループと、底部Ｗ３に対応するグループとに仕分けされ、制御装置４７は、温度検出器４１，４２，４３の検出結果に基づいて各グループで起動するバーナ２１の個数を調節している。従って、制御装置４７は、円筒部Ｗ１と中間部Ｗ２と底部Ｗ３の各実体温度に基づいてそれぞれのグループで起動するバーナ２１の個数を調節することから、簡単な制御で、被加熱部材Ｗの形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００６１】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、被加熱部材Ｗにおける底部Ｗ３に対応するグループは、円筒部Ｗ１に対応するグループより多数のバーナ２１を仕分けしている。従って、被加熱部材Ｗにおける底部Ｗ３は温度上昇が遅れるが、急激に熱を付与すると、底部Ｗ３の実体温度が目標温度を大きく超えてしまうことから、多数のバーナ２１により被加熱部材Ｗをゆっくり加熱することで、底部Ｗ３に適応した最適な加熱を行うことができる。
【００６２】
また、本実施例のガス炉の制御装置では、制御装置４７は、予め設定された所定の第１加熱温度まで被加熱部材Ｗに対して第１昇温速度となるように複数のバーナ２１の出力を調節し、第１加熱温度に到達したら第１昇温速度より低い第２昇温速度となるように複数のバーナ２１の出力を調節している。従って、被加熱部材Ｗに負荷を与えることなく、最適な熱処理を行うことができる。
【００６３】
また、実施例１のガス炉の制御方法は、炉内に支持された被加熱部材Ｗの実体温度を検出し、この実体温度に基づいて複数のバーナ２１の出力を調節している。この場合、複数のバーナ２１は、被加熱部材Ｗの薄肉の円筒部Ｗ１に対応するグループと厚肉の底部Ｗ３に対応するグループとに仕分けされ、円筒部Ｗ１の実体温度に基づいて対応するグループにおいて起動するバーナの個数を調節する一方、底部Ｗ３の実体温度に基づいて対応するグループにおいて起動するバーナ２１の個数を調節している。
【００６４】
従って、被加熱部材Ｗの実体温度を調整することが可能となり、熱処理の種類に応じた再生な加熱制御が可能となり、被加熱部材Ｗの高精度な熱処理を行うことができる。また、被加熱部材Ｗの円筒部Ｗ１と底部Ｗ３の実体温度に応じてそれぞれのグループで起動するバーナ２１の個数を調節することから、簡単な制御で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００６５】
また、実施例１のガス炉の制御方法では、被加熱部材Ｗの形状により、熱処理開始前または熱処理開始途中に、グループに仕分けされたバーナ２１の変更、バーナ着火順序の変更、グループ編成の変更、グループの増減を行うことを可能としている。従って、簡単な制御で、被加熱部材の形状に適応した最適な熱処理を行うことができる。
【００６６】
なお、上述した実施例では、ガス炉１１に２２個のバーナ２１を設けたが、この数は、ガス炉１１の大きさや形状、被加熱部材の種類などに応じて適宜設定すればよいものである。また、使用するバーナ２１の数（１３個）やグループ数（３グループ）も被加熱部材の大きさや形状などにより適宜設定すればよいものである。
【符号の説明】
【００６７】
１１ ガス炉
２１，２１−１〜２１−２２ バーナ
２２，２２−１〜２２−２２ 自動流量調整弁
４１，４２，４３ 温度検出器
４７ 制御装置（バーナ制御部）
Ｗ 被加熱部材
Ｗ１ 円筒部（薄肉部）
Ｗ２ 中間部
Ｗ３ 底部（厚肉部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉壁に複数のバーナが設けられたガス炉において、
炉内に支持された被加熱部材の温度を直接検出する温度検出器と、
前記温度検出器の検出結果に基づいて前記複数のバーナの出力を調節するバーナ制御部と、
を備えることを特徴とするガス炉の制御装置。
【請求項２】
前記バーナ制御部は、前記温度検出器の検出結果に基づいて起動する前記バーナの個数を調節することを特徴とする請求項１に記載のガス炉の制御装置。
【請求項３】
前記温度検出器は、少なくとも前記被加熱部材における厚肉部と薄肉部に固定され、前記バーナ制御部は、前記厚肉部と前記薄肉部の温度に基づいて前記複数のバーナの出力を調節することを特徴とする請求項１または２に記載のガス炉の制御装置。
【請求項４】
前記複数のバーナは、前記被加熱部材の厚肉部に対応するグループと、前記被加熱部材の薄肉部に対応するグループとに仕分けされ、前記バーナ制御部は、前記温度検出器の検出結果に基づいて前記各グループで起動する前記バーナの個数を調節することを特徴とする請求項３に記載のガス炉の制御装置。
【請求項５】
前記被加熱部材における厚肉部に対応するグループは、前記薄肉部に対応するグループより前記バーナが多数仕分けされることを特徴とする請求項４に記載のガス炉の制御装置。
【請求項６】
前記バーナ制御部は、予め設定された所定の第１加熱温度まで前記被加熱部材に対して第１昇温速度となるように前記複数のバーナの出力を調節し、第１加熱温度に到達したら第１昇温速度より低い第２昇温速度となるように前記複数のバーナの出力を調節することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のガス炉の制御装置。
【請求項７】
炉壁に複数のバーナが設けられたガス炉において、
炉内に支持された被加熱部材の温度を直接検出し、この検出結果に基づいて前記複数のバーナの出力を調節する、
ことを特徴とするガス炉の制御方法。
【請求項８】
前記複数のバーナは、前記被加熱部材の厚肉部に対応するグループと薄肉部に対応するグループに仕分けされ、前記厚肉部の温度に基づいて前記厚肉部に対応するグループにおいて起動する前記バーナの個数を調節する一方、前記薄肉部の温度に基づいて前記厚肉部に対応するグループにおいて起動する前記バーナの個数を調節することを特徴とする請求項７に記載のガス炉の制御方法。
【請求項９】
前記被加熱部材の形状により、熱処理開始前または熱処理作業中に、前記グループに仕分けされた前記バーナの変更またはバーナ着火順序の変更またはグループ編成の変更またはグループの増減を行うことを特徴とする請求項８に記載のガス炉の制御方法。
【請求項１】
炉壁に複数のバーナが設けられたガス炉において、
炉内に支持された被加熱部材の温度を直接検出する温度検出器と、
前記温度検出器の検出結果に基づいて前記複数のバーナの出力を調節するバーナ制御部と、
を備えることを特徴とするガス炉の制御装置。
【請求項２】
前記バーナ制御部は、前記温度検出器の検出結果に基づいて起動する前記バーナの個数を調節することを特徴とする請求項１に記載のガス炉の制御装置。
【請求項３】
前記温度検出器は、少なくとも前記被加熱部材における厚肉部と薄肉部に固定され、前記バーナ制御部は、前記厚肉部と前記薄肉部の温度に基づいて前記複数のバーナの出力を調節することを特徴とする請求項１または２に記載のガス炉の制御装置。
【請求項４】
前記複数のバーナは、前記被加熱部材の厚肉部に対応するグループと、前記被加熱部材の薄肉部に対応するグループとに仕分けされ、前記バーナ制御部は、前記温度検出器の検出結果に基づいて前記各グループで起動する前記バーナの個数を調節することを特徴とする請求項３に記載のガス炉の制御装置。
【請求項５】
前記被加熱部材における厚肉部に対応するグループは、前記薄肉部に対応するグループより前記バーナが多数仕分けされることを特徴とする請求項４に記載のガス炉の制御装置。
【請求項６】
前記バーナ制御部は、予め設定された所定の第１加熱温度まで前記被加熱部材に対して第１昇温速度となるように前記複数のバーナの出力を調節し、第１加熱温度に到達したら第１昇温速度より低い第２昇温速度となるように前記複数のバーナの出力を調節することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のガス炉の制御装置。
【請求項７】
炉壁に複数のバーナが設けられたガス炉において、
炉内に支持された被加熱部材の温度を直接検出し、この検出結果に基づいて前記複数のバーナの出力を調節する、
ことを特徴とするガス炉の制御方法。
【請求項８】
前記複数のバーナは、前記被加熱部材の厚肉部に対応するグループと薄肉部に対応するグループに仕分けされ、前記厚肉部の温度に基づいて前記厚肉部に対応するグループにおいて起動する前記バーナの個数を調節する一方、前記薄肉部の温度に基づいて前記厚肉部に対応するグループにおいて起動する前記バーナの個数を調節することを特徴とする請求項７に記載のガス炉の制御方法。
【請求項９】
前記被加熱部材の形状により、熱処理開始前または熱処理作業中に、前記グループに仕分けされた前記バーナの変更またはバーナ着火順序の変更またはグループ編成の変更またはグループの増減を行うことを特徴とする請求項８に記載のガス炉の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３６１００（Ｐ２０１３−３６１００Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４２０２（Ｐ２０１１−１７４２０２）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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