JPS6115355B2

JPS6115355B2 -

Info

Publication number: JPS6115355B2
Application number: JP2794778A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Terada
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1986-04-23
Also published as: JPS54120210A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は陶磁器などを焼く窯業用単独炉の焼
成工程における炉内温度およびふんい気を自動的
に制御し、焼成の歩留りを向上させ、燃料消費率
を低減することを目的とした自動制御装置の改良
に関するものである。

一般に陶磁器焼成に用いられる窯業用単独炉を
運転するには重油またはLPG（液化石油ガス）な
どを燃料とし、バーナに点火後たとえば900℃付
近まで酸化ふんい気の状態で昇温（焙り工程）
し、被温物がすす切れの状態になつたとき燃料を
過剰に送るか、または燃焼用空気を少くして還元
ふんい気にし、1200℃付近まで昇温（攻めの工
程）し、被温物の熟成を行い、つぎに中性（弱酸
化または弱還元）のふんい気で1300℃まで昇温
（ねらし工程）し、１時間ほど持続したのち消火
する焼成法がとられている。これらの工程中でも
つとも重要で、かつむづかしいのが上記還元ふん
い気の攻めの工程であり、これは陶磁器の釉薬が
溶けはじめる温度すなわち上記900℃付近（焼成
品種でそれぞれ異なる）で、炉内ガスのふんい気
を還元ふんい気たとえばCO（一酸化炭素）濃度
VOL.3.5％、H₂（水素）濃度VOL.2％とかの特定
の状態に切換えるタイミングと、この還元濃度を
一定に保ちながら不完全燃焼の状態で上記のよう
に約300℃昇温する約４〜５時間（これも焼成品
により異なる）の炉内温度とふんい気制御であ
る。しかしながら従来行なわれているプログラム
方式の自動制御装置における上記還元焼成切換の
タイミングは、温度については種々工夫され適切
な制御が行なわれるようになつたが、炉内ふんい
気の自動制御すなわち上記炉内ガスをサンプリン
グし、そのCO濃度またはH₂濃度を分析検出し、
希望濃度との差異によつて煙道ダンパを開閉（た
とえば濃度が低いときは煙道ダンパを開き、炉内
ドラフトを弱め、炉内に流入する燃焼用空気量を
減ずることによつて濃度を高める）する制御方法
である。これはいいかえると燃料が燃焼によつて
発生するガス成分（COまたはH₂）と空気との単
なる混合比制御であり、燃料供給量が窯内温度に
よつてのみ制御される結果、上記ガス成分の絶対
量の不足を生じ、空気の供給量だけでは希望の濃
度が得られないことや、温度制御と濃度制御のタ
イミングのずれなどから上記と逆の現象すなわち
必要以上の燃料を消費することも生じる。このた
め還元焼成工程中はプログラム方式の温度と濃度
の併行自動制御装置の温度制御側を手動に切換
え、還元濃度を一定に保つための運転を行なう結
果、必要以上の燃料を消費したり、炉内温度の急
変やふんい気のバラツキなどによつて製品の歩留
りが落ちるだけでなく、燃料のムダ使いによる熱
効率の低下は製品コスト高に大きく影響し、これ
の改善が窯業界で強く要望されている現況であ
る。

この発明は以上の現況に鑑み従来のプログラム
式自動制御装置の還元焼成工程を改良し、焼成製
品の品質を左右する還元焼成工程に入つた直後か
らこの工程を通じ炉内温度と炉内ふんい気との両
方の制御偏差（目標に対する制御器出力の差）を
常に比較し、この制御偏差の大きい方の制御系
（たとえばふんい気制御系）によつて焼成燃料量
を制御するという、いわゆるオーバライド制御を
行うことによつて必要最小限の焼成燃料消費量で
還元濃度を安定化し、品質ならびに熱効率の向上
を図ろうとするものである。すなわち重油などの
燃料を燃焼せしめ陶磁器を酸化・還元および中性
を１サイクルとするプログラムで焼成する窯炉に
おいて、炉内温度を制御する燃料弁開度信号と炉
内ふんい気を制御する煙道ダンパ開度信号とを必
要燃焼用燃料供給量に変換比較し、この供給量の
多い方の信号を選択し、切換え的に燃料弁開度を
制御する手段と、前記煙道ダンパ開度信号が燃料
弁開度を制御するときはこの制御による炉内温度
の上昇に合わせ前記炉内温度の昇温プログラムを
連続的に修正する手段と、を設け、前記還元焼成
中の炉内ふんい気のガス濃度を還元濃度に制御す
るよう構成してなる陶磁器焼成炉の自動制御装置
にかかるものである。

以下図面によつて詳説する。第１図は燃料とし
てLPGを使用したこの考案の一実施例装置のブロ
ツク図で、LPGボンベより液化ガス気化器で気化
され、このLPガスは１のガス圧調整器で減圧さ
れ一定圧で、２のガス量自動調節弁およびストツ
プバルブ３を至てバーナ４に導かれ燃焼する。焼
成品を台車に積んで窯炉内に入れ、扉を閉めると
燃焼用空気は煙道のドラフトによりバーナ４の周
囲から供給される。ドラフトは煙道の側面の窓を
ダンパ自動操作器７で開閉されるダンパー６で制
御されるが、尚ドラフトを自由に設定しかつ安定
化するため強制排風機５を併用する。この窯炉の
温度制御系は通常熱電対８を検出端とし、９の炉
内温度調節器に検出信号Tiとして入力し９の調
節器はその信号Tiと温度プログラム設定器１０
の設定信号Tsとを比較し、制御偏差信号Saを高
信号選択器１１（これの動作は後述する）を経て
信号SCを電空変換器１２に送る。ここで電気信
号Scが空気信号Atとなりガスしや断弁１３など
を至て前記ガス量自動調節弁２を制御する。つぎ
にふんい気制御系はまず炉内ふんい気ガスをガス
抽出端１４にて抽出し、ガス冷却装置を経由して
CO濃度調節器１５に検出信号Ciとして入力し１
５の調節器はその信号CiとCO濃度プログラム設
定器１６の設定信号Csとを比較し、制御偏差信
号Sdを電空変換器１７に送り、１７は空気信号
Acを前記ダンパ自動操作器７を制御する。５の
強制排風機はドラフトを任意に調整し安定させる
ため併用するものである。つぎにふんい気切換器
１８について説明する。一般に陶磁器の焼成曲線
は第２図に示す通り、酸化、還元、中性のふんい
気の切換が必要であり、この切換えを自動的に行
うためふんい気切換器１８は任意の設定電圧を内
蔵してこれに対する入力信号Tiの電圧がそれに
達すればつぎの各信号を出力するもので、Siは温
度プログラム設定器１０への信号で入力信号Ti
が第２図T₀，T₁，T₂，T₃，T₄温度のときそれぞ
れ発信し、昇温率を変更させる。S₂はCO濃度プ
ログラム設定器１６への信号で同じくTiが第２
図T₁，T₂，T₃，T₄のとき発信し、ダンパー開度
プログラムを変更させる。ふんい気切換器１８の
S₁，S₂の出力信号によつて作動する温度・CO濃
度のそれぞれのプログラム設定器１０，１６は一
種のタイマで、設定時間中任意のパルス信号
Ts，Csをそれぞれの調節器９，１５のパルスモ
ータへ送り、その調節設定値をプログラムに従つ
て変化させるものである。以上の構成と作動が従
来のプログラム式自動制御装置の基本的なもので
あり、第１図の２ガス量自動調節弁の開度Ｖは前
述のとおり、温度制御系だけで作動し、第２図の
Ｖ曲線のようになり、一方煙道ダンパー６の開度
Ｄもふんい気制御系だけで作動し、第２図Ｄ曲線
を示す。この従来装置においては焼成品の種別、
形状、または窯詰状態など数々の原因によつて煙
道ダンパーの開度Ｄだけでは第２図のCO濃度特
性Ｃのように還元に入つたH₁時点からH₂までの
ΔH₁間のような緩漫な立上りを生ずることもあ
り、これでは所要還元濃度の不足となり、焼成品
を完全に還元し得ない。この欠点を改善するのが
この発明の目的であり、第２図に示すブロツク１
９，２０，２１，２２がこの発明の一実施例装置
の特徴を示す構成であり、１９はバランスアンプ
で２０のモニタスイツチの出力信号にてON・
OFFし、ONのときは２つの入力信号の何れか１
方を基準値とし、他の信号をその基準値に等しく
なる補正値を出力するいわゆる調節器のような機
能を有するもの、２０は数個の入力信号を常時監
視し、それらの信号が特定の条件になつたとき上
記１９に出力信号を速るモニタスイツチ、２１は
信号演算器で入力信号（たとえば４〜
20mADC）を比率・特性またはバイアス値など
を変換して出力するもの、２２は信号制限器であ
る設定電圧以下の入力信号はそのまま出力し、そ
れ以上の入力信号は設定電圧を出力電圧とするも
のである。つぎにこの実施例装置の作動を第１、
第２図によつて説明する。第２図の酸化焼成制御
中は第１図のブロツク１８が信号S₃をモニタスイ
ツチ２０に送り、その機能を停止するとともに信
号演算器２１にもその出力信号Sb′がほぼ零とな
るように作動する。また還元焼成制御中において
もCO濃度Ciが所定濃度Csで安定しているとき
（第２図のＣ特性のH₂以後のように）は信号制限
器２２の出力信号Sdと炉内温度調節器９の出力
信号Saとの関係はSd＜Saになるようにしてあり
モニタスイツチ２０およびバランスアンプ１９は
共に信号を出力しない。したがつて従来のプログ
ラム制御と同様炉内温度調節器９の制御偏差信号
SaはそのままScとなりガス量調節弁２を制御
し、一方ダンパ操作器７もその制御偏差信号Sd
により制御され、それぞれ独自の制御系を構成す
る。しかしここで第２図のΔH₁の時間のように
CO濃度Ｃの立上りが悪い場合や還元焼成中に燃
焼燃料量が異常に減少した場合にはCO濃度検出
器１４の検出信号Ciが調節器１５の設定値信号
Csより小さくなり、その制御偏差信号Sdが次第
に大きくなると、信号演算器２１は出力信号
Sb′を制限器２２が制限するまでその出力信号Sb
を高信号選択器１１に入力する。１１はその２つ
の入力信号SaとSbを比較し、何れか高い方の信
号を出力するもので、Sb＞Saとなればその出力
信号ScはSbとなり、ガス量調節弁２はも早や炉
内温度によらず炉内CO濃度によつて制御される
こととなる。これがこの発明の要点の第一であ
り、また上記モニタスイツチ２０がSb＞Saの条
件によつて作動し、その出力信号Smをバランス
アンプ１９に送りこの１９は上記したようにその
入力信号TiとTsとの差を補正する信号S₄＝Ti−
Tsをブロツク１０に発信し、ブロツク１０はこ
のS₄によつてその出力信号をTs′とし、調節器９
に送るとともにバランスアンプ１９にフイードバ
ツクするという一連の制御作動がこの発明の第二
の要件である。なおこの制御作動時においてもふ
んい気制御系は上記のようにもとのままCO濃度
調節器１５によつて制御されているということは
いうまでない。以上のオーバライド制御によつて
炉内ふんい気と炉内温度がどのように制御される
かを第２図で説明する。まずガス弁開度Ｖが
V′のように大となり、CO濃度Ｃは燃焼燃料量の
増加に比例してC′のように急速に希望濃度に達
する。また炉内温度Ｔも上記のように燃料の増加
に従つて上昇しT′のような昇温率になるが前述
のように温度プログラム設定器１０がこの昇温率
に追随してTs′の信号を出し、調節器９はT′の温
度勾配で制御をつづける。このオーバライド制御
がΔH₁間行なわれた後H₂時点で希望濃度に達す
るCi≒Csとなりその制御偏差信号Sdが減少する
と、モニタスイツチ２０への２つの信号SbとSa
の関係が元のSa＜Sbとなりモニタスイツチ２０
からの信号Smが停止し、バランスアンプ１９も
OFFとなり、通常の還元焼成制御に復帰する。
しかし炉内温度プログラムは第２図のT″のよう
にH₂時点から元のＴと平行移動した特性とな
り、中性焼成に切換える温度T₃がH₃よりΔH₃よ
りΔH₃速くH₃′で得られる。また信号制限器２２
は信号Sbが異常に増大し、ガス弁２の開度を必
要以上に大きくし、燃料のムダだきと、還元焼成
中の急激な焼成温度上昇を防止する役目を持ち、
前述したように信号Sb′を適切に制限し、信号Sb
とする。

以上がこの発明の一実施例装置の構成と作動で
あるが、今一つの別の実施例装置を第３図で説明
する。２３は煙道ダンパ開度設定器で予め設定さ
れる値で時間毎に段階的にダンパの開度の変化さ
せるタイマであり、その他すべて第１図と同符号
の各機器で構成される。この装置の作動は１５の
CO濃度調節器の連続操作でダンパの開度は制御
せず１８のふんい気切換器の信号S₅で上記２３の
設定器がスタートし、上記のように段階的に（ま
たは連続的に）ダンパ開度を設定していくのであ
り、その基本プログラムは第２図に示すＤ特性と
類似である。一方この装置のガス弁２の制御系は
常に温度とふんい気のオーバライド制御によつて
行なように構成されいるが前述の説明のとおり重
要な工程である還元焼成中ふんい気制御が主とな
ることは同様である。なお第１図と異なる点は１
５のCO濃度調節器の制御偏差信号を第１図の２
１信号演算器および２２の信号制限器を介せず直
接Sa信号と同特性のガス弁２を制御しうるSb信
号としている点であるが、この場合調節器９，１
５にはそれぞれの出力信号が過大となり、燃料の
ムダだきを防止する信号制限機能は付加してい
る。前述の実施例と比較して、信号演算器が不要
となり廉価に製作できる装置であるとともにこの
発明の要旨に即応した装置といえるものである。
この発明は以上のように構成されているので従来
の陶磁器焼成炉のプログラム式自動制御装置のふ
んい気制御が単に煙道ダンパ開閉によつてガス成
分と空気との混合比制御に偏よつており、そのた
め還元焼成制御時、炉内ふんい気のCO濃度を希
望濃度にするのに時間がかかつたり、また異常に
濃度不足を生じ、これが原因で焼成品の歩留りを
低下したり、またそれを防止するため一時手動制
御に切換え燃料を必要以上に消費したりする欠点
を解消し、全自動制御によつて還元焼成ふんい気
を安定させ、製品の品質を向上させ、一方、炉内
温度の急上昇を抑えながら、必要最小限の燃料消
費量で燃焼制御ができかつ還元焼成プログラムが
短縮しうるので熱効率が向上しうる効果が奏する
装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成ブロツク
図、第２図は陶磁器焼成の基本プログラムとこの
発明の装置による効果を説明する図、第３図はこ
の発明の別の実施例装置の構成ブロツク図であ
る。２……ガス量自動制御弁、４……バーナ、５…
…強制排風機、６……煙道ダンパ、７……煙道ダ
ンパ操作部、８……炉内温度検出端（熱電対）、
１４……炉内ガス抽出端（ガスサンプリングプロ
ーブ）、Ti……炉内温度検出値、（被制御値）、Ts
……温設定値、Ci……炉内CO濃度検出値、Cs…
…CO濃度設定値、Sa′……温度制御偏差値、Sd
……CO濃度制御偏差値、Sb……上記Sd信号をガ
ス弁２の制御偏差値に変換したもの、Sm……モ
ニタスイツチの出力信号、S₄……TiとTsとの差
に相当する信号、Ts′……修正された温度設定
値、ΔH₁……還元焼成切換直後のCO濃度不足期
間、ΔH₃……還元焼成時間の短縮時間、C′，
V′，T′……オーバライド制御時のCO濃度・ガス
弁開度・炉内温度のそれぞれの特性曲線。

Claims

【特許請求の範囲】

１重油などの燃料を燃焼せしめ陶磁器を酸化・
還元および中性を１サイクルとするプログラムで
焼成する窯炉において、炉内温度を制御する燃料
弁開度信号と炉内ふんい気を制御する煙道ダンパ
開度信号とを必要燃焼用燃料供給量に変換比較
し、この供給量の多い方の信号を選択し、切換え
的に燃料弁開度を制御する手段と、前記煙道ダン
パ開度信号が燃料弁開度を制御するときはこの制
御による炉内温度の上昇に合わせ前記炉内温度の
昇温プログラムを連続的に修正する手段と、を設
け、前記還元焼成中のふんい気のガス濃度を還元
濃度に制御するよう構成してなる陶磁器焼成炉の
自動制御装置。