低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システム
【課題】ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングが小さい低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムを提供することを課題とする。
【解決手段】低酸素雰囲気用温度制御方法は、低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物Ｗを焼成する際に、バーナー用の燃料ガスの流量の調整に加えて、焼成温度の上がりすぎを抑制する場合はバーナー用の酸素含有ガスの流量を小さくし、焼成温度の下がりすぎを抑制する場合はバーナー用の酸素含有ガスの流量を大きくすることを特徴とする。燃料ガス流量のみならず酸素含有ガス流量までも調整することにより、焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【解決手段】低酸素雰囲気用温度制御方法は、低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物Ｗを焼成する際に、バーナー用の燃料ガスの流量の調整に加えて、焼成温度の上がりすぎを抑制する場合はバーナー用の酸素含有ガスの流量を小さくし、焼成温度の下がりすぎを抑制する場合はバーナー用の酸素含有ガスの流量を大きくすることを特徴とする。燃料ガス流量のみならず酸素含有ガス流量までも調整することにより、焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば炭素材などの焼成に用いられる低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素材は、例えば、まず炭素質原料にバインダーを配合して成形し、次に成形物を低酸素雰囲気において焼成しバインダーの揮発分を燃焼させ成形物を焼結固化させることにより製造される（例えば特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開２００１−３５４４７８号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９４４９号公報
【特許文献３】特開平７−１１８０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
低酸素雰囲気における焼成は、熱処理炉で成形物を所定のヒートパターンに沿って加熱、冷却することにより行われる。また、焼成温度の調整は、バーナーにより行われる。具体的には、バーナーには、エアと、燃料ガスと、が供給されている。このうち、エアの流量を所定値に固定して、燃料ガスの流量を変更することにより、バーナーの熱量を変化させている。すなわち、焼成温度を調整している。
【０００４】
焼成の過程で、バインダーは、可燃性の揮発性ガスとなって成形物から放出される。可燃性の揮発性ガスは、バーナーにより燃焼する。このため、揮発性ガスの燃焼により、設定されたヒートパターンに対して、炉内の温度の実測値が急激に上昇する場合がある。一方、急激に上昇した炉内の温度を下降させる際に、ヒートパターンに対して、過剰に炉内の温度が下がりすぎる場合がある。このように、従来は、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングが大きかった。
【０００５】
本発明の低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングが小さい低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システム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】
【０００６】
（１）上記課題を解決するため、本発明の低酸素雰囲気用温度制御方法（以下、適宜「温度制御方法」と略称する。）は、低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物を焼成する際に、バーナー用の燃料ガスの流量の調整に加えて、焼成温度の上がりすぎを抑制する場合は該バーナー用の酸素含有ガスの流量を小さくし、該焼成温度の下がりすぎを抑制する場合は該バーナー用の該酸素含有ガスの流量を大きくすることを特徴とする（請求項１に対応）。
【０００７】
つまり、本発明の温度制御方法は、燃料ガスの流量を調整するのみならず、酸素含有ガスの流量を調整することにより、焼成温度を制御するものである。本発明の温度制御方法によると、迅速に焼成温度を変化させることができる。このため、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【０００８】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記燃料ガスの流量が通常流量範囲内の場合、前記酸素含有ガスの流量を通常設定値に固定する通常モードと、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲未満の場合、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値未満の下方設定値に設定する温度上昇抑制モードと、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲を超える場合、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値を超える上方設定値に設定する温度下降抑制モードと、に切り替え可能な構成とする方がよい（請求項２に対応）。
【０００９】
本構成の場合、通常モードにおいては、酸素含有ガスの流量を通常設定値に固定して、燃料ガスの流量により、焼成温度を制御する。また、温度上昇抑制モードにおいては、燃料ガスの流量を通常流量範囲未満にして、かつ酸素含有ガスの流量を通常設定値未満の下方設定値に設定することにより、焼成温度の上昇を抑制する。また、温度下降抑制モードにおいては、燃料ガスの流量を通常流量範囲を超えるようにして、かつ酸素含有ガスの流量を通常設定値を超える上方設定値に設定することにより、焼成温度の下降を抑制する。本構成によると、酸素含有ガスの流量を、通常設定値（通常モード）と、下方設定値（温度上昇抑制モード）と、上方設定値（温度下降抑制モード）とに、適宜切り替えることにより、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１０】
（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記温度上昇抑制モードにおいて、前記通常流量範囲未満だった前記燃料ガスの流量が該通常流量範囲内の下限オフセット解除設定値を超えるまで復帰した場合に、前記酸素含有ガスの流量を前記下方設定値から前記通常設定値に変更し、該温度上昇抑制モードから前記通常モードに切り替える構成とする方がよい（請求項３に対応）。
【００１１】
本構成の場合、通常流量範囲未満だった燃料ガスの流量が、通常流量範囲内に入っただけでは、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替わらない。燃料ガスの流量が、下限オフセット解除設定値を超えて、はじめて通常モードに切り替わる。本構成によると、燃料ガスの流量が一瞬だけ通常流量範囲内に入り再び出てしまう場合であっても、酸素含有ガスの流量が下方設定値から通常設定値に変更されない。すなわち、酸素含有ガスの流量が、燃料ガスの流量変化に対して、過剰に反応しない。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１２】
（４）好ましくは、上記（２）または（３）の構成において、前記温度下降抑制モードにおいて、前記通常流量範囲を超えていた前記燃料ガスの流量が該通常流量範囲内の上限オフセット解除設定値未満になるまで復帰した場合に、前記酸素含有ガスの流量を前記上方設定値から前記通常設定値に変更し、該温度下降抑制モードから前記通常モードに切り替える構成とする方がよい（請求項４に対応）。
【００１３】
本構成の場合、通常流量範囲を超えていた燃料ガスの流量が、通常流量範囲内に入っただけでは、温度下降抑制モードから通常モードに切り替わらない。燃料ガスの流量が、上限オフセット解除設定値未満になって、はじめて通常モードに切り替わる。本構成によると、燃料ガスの流量が一瞬だけ通常流量範囲内に入り再び出てしまう場合であっても、酸素含有ガスの流量が上方設定値から通常設定値に変更されない。すなわち、酸素含有ガスの流量が、燃料ガスの流量変化に対して、過剰に反応しない。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１４】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記燃料ガスの流量は、前記被処理物の前記焼成温度の実測値と目標値との差から演算される温度制御出力値を基に設定される構成とする方がよい（請求項５に対応）。本構成によると、焼成温度の実測値と目標値との差に基づいて、燃料ガスの流量を設定することができる。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１５】
（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記低酸素雰囲気の酸素濃度は０．１％以上１０％以下である構成とする方がよい（請求項６に対応）。ここで、酸素濃度を０．１％以上に設定したのは、０．１％未満の場合、可燃性の揮発性ガスが燃焼しないおそれがあるからである。並びに、酸素濃度を１０％以下に設定したのは、１０％を超える場合、被処理物が酸化するおそれがあるからである。より好ましくは、低酸素雰囲気の酸素濃度を０．５％以上１０％以下とする方がよい。こうすると、可燃性の揮発性ガスを、より確実に燃焼させることができる。
【００１６】
（７）また、上記課題を解決するため、本発明の低酸素雰囲気用温度制御システム（以下、適宜「温度制御システム」と略称する。）は、低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物を焼成する熱処理室と、酸素含有ガスと燃料ガスとを混合して燃焼させることにより該熱処理室を加熱するバーナーと、該熱処理室の温度を検出する温度センサーと、を有する熱処理炉と、該熱処理室のヒートパターンを設定すると共に、該温度センサーから入力される実測値と、該ヒートパターンと、を比較して、温度制御出力値を設定するプログラム温度調節計と、該ヒートパターンに応じた該酸素含有ガスの流量制御バルブの開度パターンを設定するプログラム開度設定器と、該プログラム温度調節計から入力される該温度制御出力値を基に該燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値を演算すると共に、該温度制御出力値と該プログラム開度設定器から入力される該開度パターンとを基に該酸素含有ガスの該流量制御バルブの開度出力値を演算するＰＬＣと、を備え、該温度制御出力値が通常出力範囲内の場合、該燃料ガスの流量が通常流量範囲内になるように該燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量が通常設定値に固定されるように該酸素含有ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定する通常モードと、該温度制御出力値が該通常出力範囲未満になる場合、該熱処理室の温度の上昇を抑制するために、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲未満になるように該燃料ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値未満の下方設定値に設定する温度上昇抑制モードと、該温度制御出力値が該通常出力範囲を超える場合、該熱処理室の温度の下降を抑制するために、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲を超えるように該燃料ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値を超える上方設定値に設定する温度下降抑制モードと、に切り替え可能なことを特徴とする（請求項７に対応）。
【００１７】
本発明の温度制御システムの場合、通常モードにおいては、酸素含有ガスの流量を通常設定値に固定して、燃料ガスの流量により、熱処理室の温度を制御する。また、温度上昇抑制モードにおいては、燃料ガスの流量を通常流量範囲未満にして、かつ酸素含有ガスの流量を通常設定値未満の下方設定値に設定することにより、熱処理室の温度の上昇を抑制する。また、温度下降抑制モードにおいては、燃料ガスの流量を通常流量範囲を超えるようにして、かつ酸素含有ガスの流量を通常設定値を超える上方設定値に設定することにより、熱処理室の温度の下降を抑制する。本発明の温度制御システムによると、酸素含有ガスの流量を、通常設定値（通常モード）と、下方設定値（温度上昇抑制モード）と、上方設定値（温度下降抑制モード）とに、適宜切り替えることにより、ヒートパターンに対する熱処理室の実際の温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１８】
また、本発明の温度制御システムによると、温度制御出力値は、温度センサーから入力される実測値と、予め設定されたヒートパターンと、の差に基づいて設定される。また、燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値、つまり燃料ガスの流量は、この温度制御出力値を基に設定される。また、酸素含有ガスの流量制御バルブの開度出力値、つまり酸素含有ガスの流量は、温度制御出力値と、ヒートパターンに応じて予め決定されている開度パターンと、を基に設定される。
【００１９】
このように、燃料ガスおよび酸素含有ガスの流量は、温度センサーから入力される実測値と予め設定されたヒートパターンとの差に基づいて、設定される。この点においても、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングが小さい低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムの実施の形態について説明する。
【００２２】
［低酸素雰囲気用温度制御システムの構成］
まず、本実施形態の温度制御システムの構成について説明する。図１に、本実施形態の低酸素雰囲気用温度制御システムのブロック図を示す。図２に、同温度制御システムの熱処理炉の斜視透過図を示す。図３に、同熱処理炉の上方断面図を示す。図４に、同熱処理炉の側方断面図を示す。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の温度制御システム１は、熱処理炉２と、プログラム温度調節計３と、プログラム開度設定器５と、ＰＬＣ６と、サーボコントローラー７０ａ、７０ｂと、燃料ガスコントロールモーター７１ａと、エアコントロールモーター７１ｂと、を備えている。
【００２４】
図２〜図４に示すように、熱処理炉２は、ハウジング２０と、熱処理室２１と、バーナー２２と、熱電対２３と、テーブル２４と、を備えている。このうち、熱電対２３は本発明の温度センサーに含まれる。
【００２５】
ハウジング２０は、直方体箱状を呈している。ハウジング２０は、鋼製の外殻と、耐火物製の壁部と、からなる二層構造を呈している。熱処理室２１は、ハウジング２０の内部に区画されている。
【００２６】
バーナー２２は、ハウジング２０の側壁を貫通して配置されている。バーナー２２は、所定間隔ごとに離間して、合計四つ配置されている。各々のバーナー２２には、燃料ガスとエアとが供給されている。このうち、エアは、本発明の酸素含有ガスに含まれる。バーナー２２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、熱処理室２１を加熱可能である。
【００２７】
熱電対２３は、ハウジング２０の上壁を貫通して配置されている。熱電対２３は、所定間隔ごとに離間して、合計三つ配置されている。熱電対２３により、熱処理室２１の温度を測定することができる。
【００２８】
テーブル２４は、耐火物製であって矩形板状を呈している。テーブル２４は、ハウジング２０の内部に、ちょうど間仕切りのように、配置されている。テーブル２４の上面には、多数の被処理物Ｗが載置されている。被処理物Ｗは、まず炭素粉末にタールピッチを含浸させ、次にＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）成形などを用いて成形することで、作製される。被処理物Ｗは、アーク炉などに用いられる炭素電極の前駆体である。
【００２９】
ハウジング２０には、循環用ガスを供給するための循環用ガス供給筒９０と、エジェクタに連結されたエジェクタ連結筒９１と、排気ラインおよび循環ラインに連結された排気・循環筒９２と、がそれぞれ接続されている。
【００３０】
循環用ガス供給筒９０からは、循環ラインから熱処理室２１に、循環用のガスが供給される。排気・循環筒９２からは、熱処理室２１のテーブル２４下方の排気が排出される。排気は、循環ラインおよび排気ラインに分岐して排出される。
【００３１】
エジェクタ連結筒９１は、合計六本配置されている。エジェクタ連結筒９１の中には、蓄熱体が充填されている。六本のエジェクタ連結筒９１は、三本ずつ、排気用、吸気用として、交互に切り替えられながら使用されている。任意のエジェクタ連結筒９１が排気用として用いられている場合は、熱処理室２１からの排気により、蓄熱体が加熱される。その後、同じエジェクタ連結筒９１が吸気用に切り替えられる場合は、低温の吸気が高温の蓄熱体により、加熱される。このように、エジェクタ連結筒９１を排気用および吸気用として切り替えながら使用することで、蓄熱体の吸熱および放熱により、熱処理室２１の温度低下を抑制している。
【００３２】
図１に戻って、ＰＬＣ６は、プログラム温度調節計３と、プログラム開度設定器５と、サーボコントローラー７０ａ、７０ｂと、に電気的に接続されている。
【００３３】
プログラム温度調節計３は、ＰＬＣ６の他、熱電対２３にも電気的に接続されている。サーボコントローラー７０ａは、ＰＬＣ６の他、燃料ガスコントロールモーター７１ａにも接続されている。燃料ガスコントロールモーター７１ａは、バーナー２２用の燃料ガスの流量制御バルブ（図略）を開閉可能である。サーボコントローラー７０ｂは、ＰＬＣ６の他、エアコントロールモーター７１ｂにも接続されている。エアコントロールモーター７１ｂは、バーナー２２用のエアの流量制御バルブ（図略）を開閉可能である。
【００３４】
［低酸素雰囲気用温度制御方法］
次に、本実施形態の低酸素雰囲気用温度制御方法について説明する。まず、本実施形態の温度制御方法の概要について説明する。図１に示すように、熱処理炉２の熱処理室２１の温度の実測値は、熱電対２３からプログラム温度調節計３に入力される。プログラム温度調節計３においては、熱処理室２１のヒートパターンすなわち温度の目標値が設定される。プログラム温度調節計３は、実測値と目標値とを比較し、温度制御出力値を設定する。温度制御出力値は、プログラム温度調節計３からＰＬＣ６に入力される。並びに、ＰＬＣ６には、プログラム開度設定器５から、ヒートパターンに応じたエアの流量制御バルブの開度パターンが入力される。
【００３５】
ＰＬＣ６は、入力された温度制御出力値を基に、燃料ガスの制御バルブの開度出力値を演算する。開度出力値は、ＰＬＣ６からサーボコントローラー７０ａに出力される。サーボコントローラー７０ａは、開度出力値を基に、燃料ガスコントロールモーター７１ａを駆動する。燃料ガスコントロールモーター７１ａにより、燃料ガス用の流量制御バルブが開閉される。燃料ガス用の流量制御バルブは、無段階に開閉制御される。
【００３６】
また、ＰＬＣ６は、温度制御出力値と開度パターンとを基に、エアの制御バルブの開度出力値を演算する。開度出力値は、ＰＬＣ６からサーボコントローラー７０ｂに出力される。サーボコントローラー７０ｂは、開度出力値を基に、エアコントロールモーター７１ｂを駆動する。エアコントロールモーター７１ｂにより、エア用の流量制御バルブが開閉される。エア用の流量制御バルブは、三段階に開閉制御される。すなわち、エアの流量が、通常設定値と、下方設定値と、上方設定値と、の三段階に切り替わるように、エア用の流量制御バルブは制御される。
【００３７】
例えば、ヒートパターン（目標値）に対して熱処理室２１の温度の実測値の方が高温の場合、熱処理室２１の温度を下げる必要がある。このため、プログラム温度調節計３の設定する温度制御出力値は、低い値になる。したがって、ＰＬＣ６の設定する燃料ガスの制御バルブの開度出力値も、低い値となる。よって、燃料ガス用の流量制御バルブは閉方向に駆動され、燃料ガスの出力（つまり燃料ガスの流量。以下同じ。）は小さくなる。
【００３８】
並びに、温度制御出力値つまり燃料ガスの出力が所定の出力値よりも低い場合は、ＰＬＣ６の設定するエアの制御バルブの開度出力値も、低い値となる。よって、エア用の流量制御バルブは閉方向に駆動され、エアの出力（つまり燃料ガスの流量。以下同じ。）は、下方設定値に切り替わる。このように、熱処理室２１の温度を下げる場合は、燃料ガスの出力およびエアの出力共に小さくなる（後述する温度上昇抑制モード）。
【００３９】
一方、ヒートパターン（目標値）に対して熱処理室２１の温度の実測値の方が低温の場合、熱処理室２１の温度を上げる必要がある。このため、プログラム温度調節計３の設定する温度制御出力値は、高い値になる。したがって、ＰＬＣ６の設定する燃料ガスの制御バルブの開度出力値も、高い値となる。よって、燃料ガス用の流量制御バルブは開方向に駆動され、燃料ガスの出力は大きくなる。並びに、温度制御出力値つまり燃料ガスの出力が所定の出力値よりも高い場合は、ＰＬＣ６の設定するエアの制御バルブの開度出力値も、高い値となる。よって、エア用の流量制御バルブは開方向に駆動され、エアの出力は、上方設定値に切り替わる。このように、熱処理室２１の温度を上げる場合は、燃料ガスの出力およびエアの出力共に大きくなる（後述する温度下降抑制モード）。
【００４０】
次に、本実施形態の温度制御方法のフローチャートについて説明する。本実施形態の温度制御方法は、通常モードと温度上昇抑制モードと温度下降抑制モードとに切り替え可能である。
【００４１】
通常モードは、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）に対して所定範囲内にある場合に実行される。温度上昇抑制モードは、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）に対して過度に高い場合に実行される。温度下降抑制モードは、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）に対して過度に低い場合に実行される。
【００４２】
図５に、本実施形態の低酸素雰囲気用温度制御方法のフローチャートを示す。所定のヒートパターン開始後（Ｓ１）、オフセット下限を使用する場合（Ｓ２）は、燃料ガス出力が下限制御出力値（３０％）未満か否かが判断される（Ｓ３）。なお、燃料ガス出力は、燃料ガス用の流量制御バルブの開度により決定される。バルブ全閉が０％でありバルブ全開が１００％である。
【００４３】
燃料ガス出力＜下限制御出力値（３０％）の場合は、ＰＬＣ６により燃料ガスの出力が３０％未満にまで制限されていることになる。すなわち、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）よりもかなり高いことになる。このため、熱処理室２１の温度を下げるべく、エアの出力を通常設定値（５０％）から下方設定値（４７％）に切り替える（Ｓ４）。すなわち、通常モードから温度上昇抑制モードに切り替える。なお、エア出力は、エア用の流量制御バルブの開度により決定される。バルブ全閉が０％でありバルブ全開が１００％である。
【００４４】
エアの出力を４７％に絞ると、燃料ガスの出力が３０％未満であることとも相俟って、熱処理室２１の温度が下がる。熱処理室２１の温度が下がると、過剰な温度低下を抑制するために、ＰＬＣ６が燃料ガスの出力を上昇させる。燃料ガス出力＞下限オフセット解除出力値（４０％）の場合（Ｓ５）、ＰＬＣ６はエア出力を下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に復帰させる（Ｓ６）。すなわち、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替える。
【００４５】
オフセット下限を使用しない場合（Ｓ２）、燃料ガス出力≧下限制御出力値（３０％）の場合（Ｓ３）、燃料ガス出力≦下限オフセット解除出力値（４０％）の場合（Ｓ５）、エア出力を下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に復帰させた場合（Ｓ６）は、直ちにオフセット上限使用の有無が判断される（Ｓ７）。
【００４６】
オフセット上限を使用する場合（Ｓ７）は、燃料ガス出力が上限制御出力値（８０％）を超えるか否かが判断される（Ｓ８）。燃料ガス出力＞上限制御出力値（８０％）の場合は、ＰＬＣ６により燃料ガスの出力が８０％を超えるまで開放されていることになる。すなわち、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）よりもかなり低いことになる。このため、熱処理室２１の温度を上げるべく、エア出力を通常設定値（５０％）から上方設定値（５２％）に切り替える（Ｓ９）。すなわち、通常モードから温度下降抑制モードに切り替える。
【００４７】
エアの出力を５２％まで開放すると、燃料ガスの出力が８０％を超えることとも相俟って、熱処理室２１の温度が上がる。熱処理室２１の温度が上がると、過剰な温度上昇を抑制するために、ＰＬＣ６が燃料ガスの出力を下降させる。燃料ガス出力＜上限オフセット解除出力値（７０％）の場合（Ｓ１０）、ＰＬＣ６はエア出力を上方設定値（５２％）から通常設定値（５０％）に復帰させる（Ｓ１１）。すなわち、温度下降抑制モードから通常モードに切り替える。
【００４８】
次に、本実施形態の温度制御方法を低酸素雰囲気における熱処理に実際に用いた場合について説明する。図６に、燃料ガス出力値およびエア出力値の時間変化をグラフで示す。図６に示すように、燃料ガス出力値が上限オフセット解除出力値（７０％）未満になると（図６の点Ａ、前出図５のＳ１０）、エア出力値は上方設定値（５２％）から通常設定値（５０％）に切り替わる（前出図５のＳ１１）。すなわち、温度下降抑制モードから通常モードに切り替わる。
【００４９】
燃料ガス出力値が徐々に下降し、下限制御出力値（３０％）未満になると（図６の点Ｂ、前出図５のＳ３）、エア出力値は通常設定値（５０％）から下方設定値（４７％）に切り替わる（前出図５のＳ４）。すなわち、通常モードから温度上昇抑制モードに切り替わる。
【００５０】
燃料ガス出力値の下降が上昇に転じ、下限オフセット解除出力値（４０％）を超えると（図６の点Ｃ、前出図５のＳ５）、エア出力値は下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に切り替わる（前出図５のＳ６）。すなわち、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替わる。
【００５１】
燃料ガス出力値の上昇が下降に転じ、下限制御出力値（３０％）未満になると、（図６の点Ｄ、前出図５のＳ３）、エア出力値は通常設定値（５０％）から下方設定値（４７％）に切り替わる（前出図５のＳ４）。すなわち、再び、通常モードから温度上昇抑制モードに切り替わる。
【００５２】
燃料ガス出力値の下降が上昇に転じ、下限オフセット解除出力値（４０％）を超えると（図６の点Ｅ、前出図５のＳ５）、エア出力値は下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に切り替わる（前出図５のＳ６）。すなわち、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替わる。
【００５３】
燃料ガス出力値が徐々に上昇し、上限制御出力値（８０％）を超えると（図６の点Ｆ、前出図５のＳ８）、エア出力値は通常設定値（５０％）から上方設定値（５２％）に切り替わる（前出図５のＳ９）。すなわち、通常モードから温度下降抑制モードに切り替わる。低酸素雰囲気での熱処理においては、このようにして温度制御が行われる。
【００５４】
［作用効果］
次に、本実施形態の低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムの作用効果について説明する。本実施形態の温度制御方法によると、燃料ガスの出力を調整するのみならず、エアの出力を調整することにより、被処理物Ｗの焼成温度を制御している。このため、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００５５】
また、本実施形態の温度制御方法によると、エア出力を、通常設定値（通常モード）と、下方設定値（温度上昇抑制モード）と、上方設定値（温度下降抑制モード）とに、適宜切り替えることにより、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００５６】
また、本実施形態の温度制御方法によると、前出図６に示すように、通常流量範囲（３０％以上８０％以下）未満だった燃料ガス出力が、通常流量範囲内に入っただけでは（３０％以上になっただけでは）、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替わらない（図６の点Ｇ）。燃料ガス出力が、下限オフセット解除設定値を超えて、はじめて通常モードに切り替わる（図６の点Ｃ）。このため、燃料ガス出力が一瞬だけ通常流量範囲内に入り再び出てしまう場合であっても、エア出力が下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に変更されない。すなわち、エア出力が、燃料ガスの出力変化に対して、過剰に反応しない。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００５７】
また、本実施形態の温度制御方法によると、前出図６に示すように、通常流量範囲を超えていた燃料ガス出力が、通常流量範囲内に入っただけでは（８０％以下になっただけでは）、温度下降抑制モードから通常モードに切り替わらない（図６の点Ｈ）。燃料ガス出力が、上限オフセット解除設定値未満になって、はじめて通常モードに切り替わる（図６の点Ａ）。このため、燃料ガス出力が一瞬だけ通常流量範囲内に入り再び出てしまう場合であっても、エア出力が上方設定値（５２％）から通常設定値（５０％）に変更されない。すなわち、エア出力が、燃料ガスの流量変化に対して、過剰に反応しない。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００５８】
また、本実施形態の温度制御方法によると、燃料ガス出力は、被処理物Ｗの焼成温度の実測値と目標値との差から演算される温度制御出力値を基に設定されている。すなわち、燃料ガス出力の挙動と温度制御出力値の挙動とは、略一致している。本実施形態の温度制御方法によると、焼成温度の実測値と目標値との差に基づいて、燃料ガス出力を設定することができる。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。また、本実施形態の温度制御方法によると、熱処理室２１の酸素濃度は０．１％以上１０％以下に設定されている。このため、被処理物Ｗが酸化するおそれが小さい。
【００５９】
［その他］
以上、本発明の低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００６０】
例えば、上記実施形態においては、本発明の温度制御方法および温度制御システムを、バッチ式の熱処理炉２に用いたが、流動式の熱処理炉（例えばロータリーキルン、ローラーハースキルンなど）に用いてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態においては、本発明の温度制御方法および温度制御システムを、炭素電極の焼成用として用いたが、他の炭素質製品（例えば黒鉛耐火物など）の焼成用として用いてもよい。
【００６２】
また、被処理物Ｗの炭素質原料の材質は特に限定しない。炭素質原料として、コークス粉、黒鉛粉、炭素質原料にセラミックス原料（アルミナ、シリカなど）を添加したものなどを用いてもよい。また、被処理物Ｗのバインダーの材質も特に限定しない。また、被処理物Ｗの成形方法も特に限定しない。ＣＩＰ成形の他、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）成形などを用いてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態においては、燃料ガスの下限制御出力値を３０％、上限制御出力値を８０％、下限オフセット解除出力値を４０％、上限オフセット解除出力値を７０％に、それぞれ設定した。また、エアの通常設定値を５０％、下方設定値を４７％、上方設定値を５２％に、それぞれ設定した。しかしながら、これらの設定値は勿論一例であって特に限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態である低酸素雰囲気用温度制御システムのブロック図である。
【図２】同温度制御システムの熱処理炉の斜視透過図である。
【図３】同熱処理炉の上方断面図である。
【図４】同熱処理炉の側方断面図である。
【図５】本発明の一実施形態である低酸素雰囲気用温度制御方法のフローチャートである。
【図６】燃料ガス出力値およびエア出力値の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１：温度制御システム。
２：熱処理炉、２０：ハウジング、２１：熱処理室、２２：バーナー、２３：熱電対（温度センサー）、２４：テーブル。
３：プログラム温度調節計、５：プログラム開度設定器、６：ＰＬＣ。
７０ａ：サーボコントローラー、７０ｂ：サーボコントローラー、７１ａ：燃料ガスコントロールモーター、７１ｂ：エアコントロールモーター。
９０：循環用ガス供給筒、９１：エジェクタ連結筒、９２：循環筒。
Ｗ：被処理物。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば炭素材などの焼成に用いられる低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素材は、例えば、まず炭素質原料にバインダーを配合して成形し、次に成形物を低酸素雰囲気において焼成しバインダーの揮発分を燃焼させ成形物を焼結固化させることにより製造される（例えば特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開２００１−３５４４７８号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９４４９号公報
【特許文献３】特開平７−１１８０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
低酸素雰囲気における焼成は、熱処理炉で成形物を所定のヒートパターンに沿って加熱、冷却することにより行われる。また、焼成温度の調整は、バーナーにより行われる。具体的には、バーナーには、エアと、燃料ガスと、が供給されている。このうち、エアの流量を所定値に固定して、燃料ガスの流量を変更することにより、バーナーの熱量を変化させている。すなわち、焼成温度を調整している。
【０００４】
焼成の過程で、バインダーは、可燃性の揮発性ガスとなって成形物から放出される。可燃性の揮発性ガスは、バーナーにより燃焼する。このため、揮発性ガスの燃焼により、設定されたヒートパターンに対して、炉内の温度の実測値が急激に上昇する場合がある。一方、急激に上昇した炉内の温度を下降させる際に、ヒートパターンに対して、過剰に炉内の温度が下がりすぎる場合がある。このように、従来は、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングが大きかった。
【０００５】
本発明の低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングが小さい低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システム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】
【０００６】
（１）上記課題を解決するため、本発明の低酸素雰囲気用温度制御方法（以下、適宜「温度制御方法」と略称する。）は、低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物を焼成する際に、バーナー用の燃料ガスの流量の調整に加えて、焼成温度の上がりすぎを抑制する場合は該バーナー用の酸素含有ガスの流量を小さくし、該焼成温度の下がりすぎを抑制する場合は該バーナー用の該酸素含有ガスの流量を大きくすることを特徴とする（請求項１に対応）。
【０００７】
つまり、本発明の温度制御方法は、燃料ガスの流量を調整するのみならず、酸素含有ガスの流量を調整することにより、焼成温度を制御するものである。本発明の温度制御方法によると、迅速に焼成温度を変化させることができる。このため、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【０００８】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記燃料ガスの流量が通常流量範囲内の場合、前記酸素含有ガスの流量を通常設定値に固定する通常モードと、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲未満の場合、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値未満の下方設定値に設定する温度上昇抑制モードと、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲を超える場合、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値を超える上方設定値に設定する温度下降抑制モードと、に切り替え可能な構成とする方がよい（請求項２に対応）。
【０００９】
本構成の場合、通常モードにおいては、酸素含有ガスの流量を通常設定値に固定して、燃料ガスの流量により、焼成温度を制御する。また、温度上昇抑制モードにおいては、燃料ガスの流量を通常流量範囲未満にして、かつ酸素含有ガスの流量を通常設定値未満の下方設定値に設定することにより、焼成温度の上昇を抑制する。また、温度下降抑制モードにおいては、燃料ガスの流量を通常流量範囲を超えるようにして、かつ酸素含有ガスの流量を通常設定値を超える上方設定値に設定することにより、焼成温度の下降を抑制する。本構成によると、酸素含有ガスの流量を、通常設定値（通常モード）と、下方設定値（温度上昇抑制モード）と、上方設定値（温度下降抑制モード）とに、適宜切り替えることにより、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１０】
（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記温度上昇抑制モードにおいて、前記通常流量範囲未満だった前記燃料ガスの流量が該通常流量範囲内の下限オフセット解除設定値を超えるまで復帰した場合に、前記酸素含有ガスの流量を前記下方設定値から前記通常設定値に変更し、該温度上昇抑制モードから前記通常モードに切り替える構成とする方がよい（請求項３に対応）。
【００１１】
本構成の場合、通常流量範囲未満だった燃料ガスの流量が、通常流量範囲内に入っただけでは、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替わらない。燃料ガスの流量が、下限オフセット解除設定値を超えて、はじめて通常モードに切り替わる。本構成によると、燃料ガスの流量が一瞬だけ通常流量範囲内に入り再び出てしまう場合であっても、酸素含有ガスの流量が下方設定値から通常設定値に変更されない。すなわち、酸素含有ガスの流量が、燃料ガスの流量変化に対して、過剰に反応しない。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１２】
（４）好ましくは、上記（２）または（３）の構成において、前記温度下降抑制モードにおいて、前記通常流量範囲を超えていた前記燃料ガスの流量が該通常流量範囲内の上限オフセット解除設定値未満になるまで復帰した場合に、前記酸素含有ガスの流量を前記上方設定値から前記通常設定値に変更し、該温度下降抑制モードから前記通常モードに切り替える構成とする方がよい（請求項４に対応）。
【００１３】
本構成の場合、通常流量範囲を超えていた燃料ガスの流量が、通常流量範囲内に入っただけでは、温度下降抑制モードから通常モードに切り替わらない。燃料ガスの流量が、上限オフセット解除設定値未満になって、はじめて通常モードに切り替わる。本構成によると、燃料ガスの流量が一瞬だけ通常流量範囲内に入り再び出てしまう場合であっても、酸素含有ガスの流量が上方設定値から通常設定値に変更されない。すなわち、酸素含有ガスの流量が、燃料ガスの流量変化に対して、過剰に反応しない。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１４】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記燃料ガスの流量は、前記被処理物の前記焼成温度の実測値と目標値との差から演算される温度制御出力値を基に設定される構成とする方がよい（請求項５に対応）。本構成によると、焼成温度の実測値と目標値との差に基づいて、燃料ガスの流量を設定することができる。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１５】
（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記低酸素雰囲気の酸素濃度は０．１％以上１０％以下である構成とする方がよい（請求項６に対応）。ここで、酸素濃度を０．１％以上に設定したのは、０．１％未満の場合、可燃性の揮発性ガスが燃焼しないおそれがあるからである。並びに、酸素濃度を１０％以下に設定したのは、１０％を超える場合、被処理物が酸化するおそれがあるからである。より好ましくは、低酸素雰囲気の酸素濃度を０．５％以上１０％以下とする方がよい。こうすると、可燃性の揮発性ガスを、より確実に燃焼させることができる。
【００１６】
（７）また、上記課題を解決するため、本発明の低酸素雰囲気用温度制御システム（以下、適宜「温度制御システム」と略称する。）は、低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物を焼成する熱処理室と、酸素含有ガスと燃料ガスとを混合して燃焼させることにより該熱処理室を加熱するバーナーと、該熱処理室の温度を検出する温度センサーと、を有する熱処理炉と、該熱処理室のヒートパターンを設定すると共に、該温度センサーから入力される実測値と、該ヒートパターンと、を比較して、温度制御出力値を設定するプログラム温度調節計と、該ヒートパターンに応じた該酸素含有ガスの流量制御バルブの開度パターンを設定するプログラム開度設定器と、該プログラム温度調節計から入力される該温度制御出力値を基に該燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値を演算すると共に、該温度制御出力値と該プログラム開度設定器から入力される該開度パターンとを基に該酸素含有ガスの該流量制御バルブの開度出力値を演算するＰＬＣと、を備え、該温度制御出力値が通常出力範囲内の場合、該燃料ガスの流量が通常流量範囲内になるように該燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量が通常設定値に固定されるように該酸素含有ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定する通常モードと、該温度制御出力値が該通常出力範囲未満になる場合、該熱処理室の温度の上昇を抑制するために、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲未満になるように該燃料ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値未満の下方設定値に設定する温度上昇抑制モードと、該温度制御出力値が該通常出力範囲を超える場合、該熱処理室の温度の下降を抑制するために、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲を超えるように該燃料ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値を超える上方設定値に設定する温度下降抑制モードと、に切り替え可能なことを特徴とする（請求項７に対応）。
【００１７】
本発明の温度制御システムの場合、通常モードにおいては、酸素含有ガスの流量を通常設定値に固定して、燃料ガスの流量により、熱処理室の温度を制御する。また、温度上昇抑制モードにおいては、燃料ガスの流量を通常流量範囲未満にして、かつ酸素含有ガスの流量を通常設定値未満の下方設定値に設定することにより、熱処理室の温度の上昇を抑制する。また、温度下降抑制モードにおいては、燃料ガスの流量を通常流量範囲を超えるようにして、かつ酸素含有ガスの流量を通常設定値を超える上方設定値に設定することにより、熱処理室の温度の下降を抑制する。本発明の温度制御システムによると、酸素含有ガスの流量を、通常設定値（通常モード）と、下方設定値（温度上昇抑制モード）と、上方設定値（温度下降抑制モード）とに、適宜切り替えることにより、ヒートパターンに対する熱処理室の実際の温度のハンチングを小さくすることができる。
【００１８】
また、本発明の温度制御システムによると、温度制御出力値は、温度センサーから入力される実測値と、予め設定されたヒートパターンと、の差に基づいて設定される。また、燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値、つまり燃料ガスの流量は、この温度制御出力値を基に設定される。また、酸素含有ガスの流量制御バルブの開度出力値、つまり酸素含有ガスの流量は、温度制御出力値と、ヒートパターンに応じて予め決定されている開度パターンと、を基に設定される。
【００１９】
このように、燃料ガスおよび酸素含有ガスの流量は、温度センサーから入力される実測値と予め設定されたヒートパターンとの差に基づいて、設定される。この点においても、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングが小さい低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムの実施の形態について説明する。
【００２２】
［低酸素雰囲気用温度制御システムの構成］
まず、本実施形態の温度制御システムの構成について説明する。図１に、本実施形態の低酸素雰囲気用温度制御システムのブロック図を示す。図２に、同温度制御システムの熱処理炉の斜視透過図を示す。図３に、同熱処理炉の上方断面図を示す。図４に、同熱処理炉の側方断面図を示す。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の温度制御システム１は、熱処理炉２と、プログラム温度調節計３と、プログラム開度設定器５と、ＰＬＣ６と、サーボコントローラー７０ａ、７０ｂと、燃料ガスコントロールモーター７１ａと、エアコントロールモーター７１ｂと、を備えている。
【００２４】
図２〜図４に示すように、熱処理炉２は、ハウジング２０と、熱処理室２１と、バーナー２２と、熱電対２３と、テーブル２４と、を備えている。このうち、熱電対２３は本発明の温度センサーに含まれる。
【００２５】
ハウジング２０は、直方体箱状を呈している。ハウジング２０は、鋼製の外殻と、耐火物製の壁部と、からなる二層構造を呈している。熱処理室２１は、ハウジング２０の内部に区画されている。
【００２６】
バーナー２２は、ハウジング２０の側壁を貫通して配置されている。バーナー２２は、所定間隔ごとに離間して、合計四つ配置されている。各々のバーナー２２には、燃料ガスとエアとが供給されている。このうち、エアは、本発明の酸素含有ガスに含まれる。バーナー２２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、熱処理室２１を加熱可能である。
【００２７】
熱電対２３は、ハウジング２０の上壁を貫通して配置されている。熱電対２３は、所定間隔ごとに離間して、合計三つ配置されている。熱電対２３により、熱処理室２１の温度を測定することができる。
【００２８】
テーブル２４は、耐火物製であって矩形板状を呈している。テーブル２４は、ハウジング２０の内部に、ちょうど間仕切りのように、配置されている。テーブル２４の上面には、多数の被処理物Ｗが載置されている。被処理物Ｗは、まず炭素粉末にタールピッチを含浸させ、次にＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）成形などを用いて成形することで、作製される。被処理物Ｗは、アーク炉などに用いられる炭素電極の前駆体である。
【００２９】
ハウジング２０には、循環用ガスを供給するための循環用ガス供給筒９０と、エジェクタに連結されたエジェクタ連結筒９１と、排気ラインおよび循環ラインに連結された排気・循環筒９２と、がそれぞれ接続されている。
【００３０】
循環用ガス供給筒９０からは、循環ラインから熱処理室２１に、循環用のガスが供給される。排気・循環筒９２からは、熱処理室２１のテーブル２４下方の排気が排出される。排気は、循環ラインおよび排気ラインに分岐して排出される。
【００３１】
エジェクタ連結筒９１は、合計六本配置されている。エジェクタ連結筒９１の中には、蓄熱体が充填されている。六本のエジェクタ連結筒９１は、三本ずつ、排気用、吸気用として、交互に切り替えられながら使用されている。任意のエジェクタ連結筒９１が排気用として用いられている場合は、熱処理室２１からの排気により、蓄熱体が加熱される。その後、同じエジェクタ連結筒９１が吸気用に切り替えられる場合は、低温の吸気が高温の蓄熱体により、加熱される。このように、エジェクタ連結筒９１を排気用および吸気用として切り替えながら使用することで、蓄熱体の吸熱および放熱により、熱処理室２１の温度低下を抑制している。
【００３２】
図１に戻って、ＰＬＣ６は、プログラム温度調節計３と、プログラム開度設定器５と、サーボコントローラー７０ａ、７０ｂと、に電気的に接続されている。
【００３３】
プログラム温度調節計３は、ＰＬＣ６の他、熱電対２３にも電気的に接続されている。サーボコントローラー７０ａは、ＰＬＣ６の他、燃料ガスコントロールモーター７１ａにも接続されている。燃料ガスコントロールモーター７１ａは、バーナー２２用の燃料ガスの流量制御バルブ（図略）を開閉可能である。サーボコントローラー７０ｂは、ＰＬＣ６の他、エアコントロールモーター７１ｂにも接続されている。エアコントロールモーター７１ｂは、バーナー２２用のエアの流量制御バルブ（図略）を開閉可能である。
【００３４】
［低酸素雰囲気用温度制御方法］
次に、本実施形態の低酸素雰囲気用温度制御方法について説明する。まず、本実施形態の温度制御方法の概要について説明する。図１に示すように、熱処理炉２の熱処理室２１の温度の実測値は、熱電対２３からプログラム温度調節計３に入力される。プログラム温度調節計３においては、熱処理室２１のヒートパターンすなわち温度の目標値が設定される。プログラム温度調節計３は、実測値と目標値とを比較し、温度制御出力値を設定する。温度制御出力値は、プログラム温度調節計３からＰＬＣ６に入力される。並びに、ＰＬＣ６には、プログラム開度設定器５から、ヒートパターンに応じたエアの流量制御バルブの開度パターンが入力される。
【００３５】
ＰＬＣ６は、入力された温度制御出力値を基に、燃料ガスの制御バルブの開度出力値を演算する。開度出力値は、ＰＬＣ６からサーボコントローラー７０ａに出力される。サーボコントローラー７０ａは、開度出力値を基に、燃料ガスコントロールモーター７１ａを駆動する。燃料ガスコントロールモーター７１ａにより、燃料ガス用の流量制御バルブが開閉される。燃料ガス用の流量制御バルブは、無段階に開閉制御される。
【００３６】
また、ＰＬＣ６は、温度制御出力値と開度パターンとを基に、エアの制御バルブの開度出力値を演算する。開度出力値は、ＰＬＣ６からサーボコントローラー７０ｂに出力される。サーボコントローラー７０ｂは、開度出力値を基に、エアコントロールモーター７１ｂを駆動する。エアコントロールモーター７１ｂにより、エア用の流量制御バルブが開閉される。エア用の流量制御バルブは、三段階に開閉制御される。すなわち、エアの流量が、通常設定値と、下方設定値と、上方設定値と、の三段階に切り替わるように、エア用の流量制御バルブは制御される。
【００３７】
例えば、ヒートパターン（目標値）に対して熱処理室２１の温度の実測値の方が高温の場合、熱処理室２１の温度を下げる必要がある。このため、プログラム温度調節計３の設定する温度制御出力値は、低い値になる。したがって、ＰＬＣ６の設定する燃料ガスの制御バルブの開度出力値も、低い値となる。よって、燃料ガス用の流量制御バルブは閉方向に駆動され、燃料ガスの出力（つまり燃料ガスの流量。以下同じ。）は小さくなる。
【００３８】
並びに、温度制御出力値つまり燃料ガスの出力が所定の出力値よりも低い場合は、ＰＬＣ６の設定するエアの制御バルブの開度出力値も、低い値となる。よって、エア用の流量制御バルブは閉方向に駆動され、エアの出力（つまり燃料ガスの流量。以下同じ。）は、下方設定値に切り替わる。このように、熱処理室２１の温度を下げる場合は、燃料ガスの出力およびエアの出力共に小さくなる（後述する温度上昇抑制モード）。
【００３９】
一方、ヒートパターン（目標値）に対して熱処理室２１の温度の実測値の方が低温の場合、熱処理室２１の温度を上げる必要がある。このため、プログラム温度調節計３の設定する温度制御出力値は、高い値になる。したがって、ＰＬＣ６の設定する燃料ガスの制御バルブの開度出力値も、高い値となる。よって、燃料ガス用の流量制御バルブは開方向に駆動され、燃料ガスの出力は大きくなる。並びに、温度制御出力値つまり燃料ガスの出力が所定の出力値よりも高い場合は、ＰＬＣ６の設定するエアの制御バルブの開度出力値も、高い値となる。よって、エア用の流量制御バルブは開方向に駆動され、エアの出力は、上方設定値に切り替わる。このように、熱処理室２１の温度を上げる場合は、燃料ガスの出力およびエアの出力共に大きくなる（後述する温度下降抑制モード）。
【００４０】
次に、本実施形態の温度制御方法のフローチャートについて説明する。本実施形態の温度制御方法は、通常モードと温度上昇抑制モードと温度下降抑制モードとに切り替え可能である。
【００４１】
通常モードは、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）に対して所定範囲内にある場合に実行される。温度上昇抑制モードは、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）に対して過度に高い場合に実行される。温度下降抑制モードは、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）に対して過度に低い場合に実行される。
【００４２】
図５に、本実施形態の低酸素雰囲気用温度制御方法のフローチャートを示す。所定のヒートパターン開始後（Ｓ１）、オフセット下限を使用する場合（Ｓ２）は、燃料ガス出力が下限制御出力値（３０％）未満か否かが判断される（Ｓ３）。なお、燃料ガス出力は、燃料ガス用の流量制御バルブの開度により決定される。バルブ全閉が０％でありバルブ全開が１００％である。
【００４３】
燃料ガス出力＜下限制御出力値（３０％）の場合は、ＰＬＣ６により燃料ガスの出力が３０％未満にまで制限されていることになる。すなわち、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）よりもかなり高いことになる。このため、熱処理室２１の温度を下げるべく、エアの出力を通常設定値（５０％）から下方設定値（４７％）に切り替える（Ｓ４）。すなわち、通常モードから温度上昇抑制モードに切り替える。なお、エア出力は、エア用の流量制御バルブの開度により決定される。バルブ全閉が０％でありバルブ全開が１００％である。
【００４４】
エアの出力を４７％に絞ると、燃料ガスの出力が３０％未満であることとも相俟って、熱処理室２１の温度が下がる。熱処理室２１の温度が下がると、過剰な温度低下を抑制するために、ＰＬＣ６が燃料ガスの出力を上昇させる。燃料ガス出力＞下限オフセット解除出力値（４０％）の場合（Ｓ５）、ＰＬＣ６はエア出力を下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に復帰させる（Ｓ６）。すなわち、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替える。
【００４５】
オフセット下限を使用しない場合（Ｓ２）、燃料ガス出力≧下限制御出力値（３０％）の場合（Ｓ３）、燃料ガス出力≦下限オフセット解除出力値（４０％）の場合（Ｓ５）、エア出力を下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に復帰させた場合（Ｓ６）は、直ちにオフセット上限使用の有無が判断される（Ｓ７）。
【００４６】
オフセット上限を使用する場合（Ｓ７）は、燃料ガス出力が上限制御出力値（８０％）を超えるか否かが判断される（Ｓ８）。燃料ガス出力＞上限制御出力値（８０％）の場合は、ＰＬＣ６により燃料ガスの出力が８０％を超えるまで開放されていることになる。すなわち、熱処理室２１の温度の実測値がヒートパターン（目標値）よりもかなり低いことになる。このため、熱処理室２１の温度を上げるべく、エア出力を通常設定値（５０％）から上方設定値（５２％）に切り替える（Ｓ９）。すなわち、通常モードから温度下降抑制モードに切り替える。
【００４７】
エアの出力を５２％まで開放すると、燃料ガスの出力が８０％を超えることとも相俟って、熱処理室２１の温度が上がる。熱処理室２１の温度が上がると、過剰な温度上昇を抑制するために、ＰＬＣ６が燃料ガスの出力を下降させる。燃料ガス出力＜上限オフセット解除出力値（７０％）の場合（Ｓ１０）、ＰＬＣ６はエア出力を上方設定値（５２％）から通常設定値（５０％）に復帰させる（Ｓ１１）。すなわち、温度下降抑制モードから通常モードに切り替える。
【００４８】
次に、本実施形態の温度制御方法を低酸素雰囲気における熱処理に実際に用いた場合について説明する。図６に、燃料ガス出力値およびエア出力値の時間変化をグラフで示す。図６に示すように、燃料ガス出力値が上限オフセット解除出力値（７０％）未満になると（図６の点Ａ、前出図５のＳ１０）、エア出力値は上方設定値（５２％）から通常設定値（５０％）に切り替わる（前出図５のＳ１１）。すなわち、温度下降抑制モードから通常モードに切り替わる。
【００４９】
燃料ガス出力値が徐々に下降し、下限制御出力値（３０％）未満になると（図６の点Ｂ、前出図５のＳ３）、エア出力値は通常設定値（５０％）から下方設定値（４７％）に切り替わる（前出図５のＳ４）。すなわち、通常モードから温度上昇抑制モードに切り替わる。
【００５０】
燃料ガス出力値の下降が上昇に転じ、下限オフセット解除出力値（４０％）を超えると（図６の点Ｃ、前出図５のＳ５）、エア出力値は下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に切り替わる（前出図５のＳ６）。すなわち、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替わる。
【００５１】
燃料ガス出力値の上昇が下降に転じ、下限制御出力値（３０％）未満になると、（図６の点Ｄ、前出図５のＳ３）、エア出力値は通常設定値（５０％）から下方設定値（４７％）に切り替わる（前出図５のＳ４）。すなわち、再び、通常モードから温度上昇抑制モードに切り替わる。
【００５２】
燃料ガス出力値の下降が上昇に転じ、下限オフセット解除出力値（４０％）を超えると（図６の点Ｅ、前出図５のＳ５）、エア出力値は下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に切り替わる（前出図５のＳ６）。すなわち、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替わる。
【００５３】
燃料ガス出力値が徐々に上昇し、上限制御出力値（８０％）を超えると（図６の点Ｆ、前出図５のＳ８）、エア出力値は通常設定値（５０％）から上方設定値（５２％）に切り替わる（前出図５のＳ９）。すなわち、通常モードから温度下降抑制モードに切り替わる。低酸素雰囲気での熱処理においては、このようにして温度制御が行われる。
【００５４】
［作用効果］
次に、本実施形態の低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムの作用効果について説明する。本実施形態の温度制御方法によると、燃料ガスの出力を調整するのみならず、エアの出力を調整することにより、被処理物Ｗの焼成温度を制御している。このため、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００５５】
また、本実施形態の温度制御方法によると、エア出力を、通常設定値（通常モード）と、下方設定値（温度上昇抑制モード）と、上方設定値（温度下降抑制モード）とに、適宜切り替えることにより、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００５６】
また、本実施形態の温度制御方法によると、前出図６に示すように、通常流量範囲（３０％以上８０％以下）未満だった燃料ガス出力が、通常流量範囲内に入っただけでは（３０％以上になっただけでは）、温度上昇抑制モードから通常モードに切り替わらない（図６の点Ｇ）。燃料ガス出力が、下限オフセット解除設定値を超えて、はじめて通常モードに切り替わる（図６の点Ｃ）。このため、燃料ガス出力が一瞬だけ通常流量範囲内に入り再び出てしまう場合であっても、エア出力が下方設定値（４７％）から通常設定値（５０％）に変更されない。すなわち、エア出力が、燃料ガスの出力変化に対して、過剰に反応しない。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００５７】
また、本実施形態の温度制御方法によると、前出図６に示すように、通常流量範囲を超えていた燃料ガス出力が、通常流量範囲内に入っただけでは（８０％以下になっただけでは）、温度下降抑制モードから通常モードに切り替わらない（図６の点Ｈ）。燃料ガス出力が、上限オフセット解除設定値未満になって、はじめて通常モードに切り替わる（図６の点Ａ）。このため、燃料ガス出力が一瞬だけ通常流量範囲内に入り再び出てしまう場合であっても、エア出力が上方設定値（５２％）から通常設定値（５０％）に変更されない。すなわち、エア出力が、燃料ガスの流量変化に対して、過剰に反応しない。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。
【００５８】
また、本実施形態の温度制御方法によると、燃料ガス出力は、被処理物Ｗの焼成温度の実測値と目標値との差から演算される温度制御出力値を基に設定されている。すなわち、燃料ガス出力の挙動と温度制御出力値の挙動とは、略一致している。本実施形態の温度制御方法によると、焼成温度の実測値と目標値との差に基づいて、燃料ガス出力を設定することができる。このため、さらに、ヒートパターンに対する実際の焼成温度のハンチングを小さくすることができる。また、本実施形態の温度制御方法によると、熱処理室２１の酸素濃度は０．１％以上１０％以下に設定されている。このため、被処理物Ｗが酸化するおそれが小さい。
【００５９】
［その他］
以上、本発明の低酸素雰囲気用温度制御方法および低酸素雰囲気用温度制御システムの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００６０】
例えば、上記実施形態においては、本発明の温度制御方法および温度制御システムを、バッチ式の熱処理炉２に用いたが、流動式の熱処理炉（例えばロータリーキルン、ローラーハースキルンなど）に用いてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態においては、本発明の温度制御方法および温度制御システムを、炭素電極の焼成用として用いたが、他の炭素質製品（例えば黒鉛耐火物など）の焼成用として用いてもよい。
【００６２】
また、被処理物Ｗの炭素質原料の材質は特に限定しない。炭素質原料として、コークス粉、黒鉛粉、炭素質原料にセラミックス原料（アルミナ、シリカなど）を添加したものなどを用いてもよい。また、被処理物Ｗのバインダーの材質も特に限定しない。また、被処理物Ｗの成形方法も特に限定しない。ＣＩＰ成形の他、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）成形などを用いてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態においては、燃料ガスの下限制御出力値を３０％、上限制御出力値を８０％、下限オフセット解除出力値を４０％、上限オフセット解除出力値を７０％に、それぞれ設定した。また、エアの通常設定値を５０％、下方設定値を４７％、上方設定値を５２％に、それぞれ設定した。しかしながら、これらの設定値は勿論一例であって特に限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態である低酸素雰囲気用温度制御システムのブロック図である。
【図２】同温度制御システムの熱処理炉の斜視透過図である。
【図３】同熱処理炉の上方断面図である。
【図４】同熱処理炉の側方断面図である。
【図５】本発明の一実施形態である低酸素雰囲気用温度制御方法のフローチャートである。
【図６】燃料ガス出力値およびエア出力値の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１：温度制御システム。
２：熱処理炉、２０：ハウジング、２１：熱処理室、２２：バーナー、２３：熱電対（温度センサー）、２４：テーブル。
３：プログラム温度調節計、５：プログラム開度設定器、６：ＰＬＣ。
７０ａ：サーボコントローラー、７０ｂ：サーボコントローラー、７１ａ：燃料ガスコントロールモーター、７１ｂ：エアコントロールモーター。
９０：循環用ガス供給筒、９１：エジェクタ連結筒、９２：循環筒。
Ｗ：被処理物。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物を焼成する際に、バーナー用の燃料ガスの流量の調整に加えて、焼成温度の上がりすぎを抑制する場合は該バーナー用の酸素含有ガスの流量を小さくし、該焼成温度の下がりすぎを抑制する場合は該バーナー用の該酸素含有ガスの流量を大きくする低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項２】
前記燃料ガスの流量が通常流量範囲内の場合、前記酸素含有ガスの流量を通常設定値に固定する通常モードと、
該燃料ガスの流量が該通常流量範囲未満の場合、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値未満の下方設定値に設定する温度上昇抑制モードと、
該燃料ガスの流量が該通常流量範囲を超える場合、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値を超える上方設定値に設定する温度下降抑制モードと、
に切り替え可能な請求項１に記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項３】
前記温度上昇抑制モードにおいて、前記通常流量範囲未満だった前記燃料ガスの流量が該通常流量範囲内の下限オフセット解除設定値を超えるまで復帰した場合に、前記酸素含有ガスの流量を前記下方設定値から前記通常設定値に変更し、該温度上昇抑制モードから前記通常モードに切り替える請求項２に記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項４】
前記温度下降抑制モードにおいて、前記通常流量範囲を超えていた前記燃料ガスの流量が該通常流量範囲内の上限オフセット解除設定値未満になるまで復帰した場合に、前記酸素含有ガスの流量を前記上方設定値から前記通常設定値に変更し、該温度下降抑制モードから前記通常モードに切り替える請求項２または請求項３に記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項５】
前記燃料ガスの流量は、前記被処理物の前記焼成温度の実測値と目標値との差から演算される温度制御出力値を基に設定される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項６】
前記低酸素雰囲気の酸素濃度は０．１％以上１０％以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項７】
低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物を焼成する熱処理室と、酸素含有ガスと燃料ガスとを混合して燃焼させることにより該熱処理室を加熱するバーナーと、該熱処理室の温度を検出する温度センサーと、を有する熱処理炉と、
該熱処理室のヒートパターンを設定すると共に、該温度センサーから入力される実測値と、該ヒートパターンと、を比較して、温度制御出力値を設定するプログラム温度調節計と、
該ヒートパターンに応じた該酸素含有ガスの流量制御バルブの開度パターンを設定するプログラム開度設定器と、
該プログラム温度調節計から入力される該温度制御出力値を基に該燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値を演算すると共に、該温度制御出力値と該プログラム開度設定器から入力される該開度パターンとを基に該酸素含有ガスの該流量制御バルブの開度出力値を演算するＰＬＣと、を備え、
該温度制御出力値が通常出力範囲内の場合、該燃料ガスの流量が通常流量範囲内になるように該燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量が通常設定値に固定されるように該酸素含有ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定する通常モードと、
該温度制御出力値が該通常出力範囲未満になる場合、該熱処理室の温度の上昇を抑制するために、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲未満になるように該燃料ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値未満の下方設定値に設定する温度上昇抑制モードと、
該温度制御出力値が該通常出力範囲を超える場合、該熱処理室の温度の下降を抑制するために、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲を超えるように該燃料ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値を超える上方設定値に設定する温度下降抑制モードと、
に切り替え可能な低酸素雰囲気用温度制御システム。
【請求項１】
低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物を焼成する際に、バーナー用の燃料ガスの流量の調整に加えて、焼成温度の上がりすぎを抑制する場合は該バーナー用の酸素含有ガスの流量を小さくし、該焼成温度の下がりすぎを抑制する場合は該バーナー用の該酸素含有ガスの流量を大きくする低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項２】
前記燃料ガスの流量が通常流量範囲内の場合、前記酸素含有ガスの流量を通常設定値に固定する通常モードと、
該燃料ガスの流量が該通常流量範囲未満の場合、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値未満の下方設定値に設定する温度上昇抑制モードと、
該燃料ガスの流量が該通常流量範囲を超える場合、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値を超える上方設定値に設定する温度下降抑制モードと、
に切り替え可能な請求項１に記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項３】
前記温度上昇抑制モードにおいて、前記通常流量範囲未満だった前記燃料ガスの流量が該通常流量範囲内の下限オフセット解除設定値を超えるまで復帰した場合に、前記酸素含有ガスの流量を前記下方設定値から前記通常設定値に変更し、該温度上昇抑制モードから前記通常モードに切り替える請求項２に記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項４】
前記温度下降抑制モードにおいて、前記通常流量範囲を超えていた前記燃料ガスの流量が該通常流量範囲内の上限オフセット解除設定値未満になるまで復帰した場合に、前記酸素含有ガスの流量を前記上方設定値から前記通常設定値に変更し、該温度下降抑制モードから前記通常モードに切り替える請求項２または請求項３に記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項５】
前記燃料ガスの流量は、前記被処理物の前記焼成温度の実測値と目標値との差から演算される温度制御出力値を基に設定される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項６】
前記低酸素雰囲気の酸素濃度は０．１％以上１０％以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の低酸素雰囲気用温度制御方法。
【請求項７】
低酸素雰囲気において可燃性の揮発性ガスを放出する被処理物を焼成する熱処理室と、酸素含有ガスと燃料ガスとを混合して燃焼させることにより該熱処理室を加熱するバーナーと、該熱処理室の温度を検出する温度センサーと、を有する熱処理炉と、
該熱処理室のヒートパターンを設定すると共に、該温度センサーから入力される実測値と、該ヒートパターンと、を比較して、温度制御出力値を設定するプログラム温度調節計と、
該ヒートパターンに応じた該酸素含有ガスの流量制御バルブの開度パターンを設定するプログラム開度設定器と、
該プログラム温度調節計から入力される該温度制御出力値を基に該燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値を演算すると共に、該温度制御出力値と該プログラム開度設定器から入力される該開度パターンとを基に該酸素含有ガスの該流量制御バルブの開度出力値を演算するＰＬＣと、を備え、
該温度制御出力値が通常出力範囲内の場合、該燃料ガスの流量が通常流量範囲内になるように該燃料ガスの流量制御バルブの開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量が通常設定値に固定されるように該酸素含有ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定する通常モードと、
該温度制御出力値が該通常出力範囲未満になる場合、該熱処理室の温度の上昇を抑制するために、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲未満になるように該燃料ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値未満の下方設定値に設定する温度上昇抑制モードと、
該温度制御出力値が該通常出力範囲を超える場合、該熱処理室の温度の下降を抑制するために、該燃料ガスの流量が該通常流量範囲を超えるように該燃料ガスの該流量制御バルブの該開度出力値を設定し、該酸素含有ガスの流量を該通常設定値を超える上方設定値に設定する温度下降抑制モードと、
に切り替え可能な低酸素雰囲気用温度制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１４２２９（Ｐ２００９−１４２２９Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７４９２６（Ｐ２００７−１７４９２６）
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（３９０００８４３１）高砂工業株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（３９０００８４３１）高砂工業株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
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