JP2006183496A

JP2006183496A - 流体供給用ポンプの運転方法

Info

Publication number: JP2006183496A
Application number: JP2004375564A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Goto; 貴敏後藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】可変速運転を行なうポンプと定速度運転を行なうポンプとを組み合せて流体を供給する際に、ポンプ寿命を低下させず、しかも吐出圧の変動もなく流体を供給する。
【解決手段】可変速制御装置６，６Ａにより回転数の変更が可能なポンプ３，４と、定速度運転を行なうポンプ２とを組み合せて流体１６を供給するに際し、前記双方のポンプを常時運転させておき、ポンプ２のみで必要量を供給可能な時には、ポンプ３，４の回転数を最小回転数にするとともに遮断弁１０Ａ，１０Ｂを閉じ且つ遮断弁１１Ａ，１１Ｂを開けて、ポンプ３，４から供給される流体を逃げ水用配管９から排出し、一方、ポンプ２のみでは必要量を供給できない時には、ポンプ３，４の回転数を定格回転数に上昇させるとともに遮断弁１１Ａ，１１Ｂを閉じ、ポンプ３，４からの吐出圧が所定の値以上になったなら遮断弁１０Ａ，１０Ｂを開けて流体を供給用配管８に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造機の二次冷却帯で鋳片に噴霧されて鋳片を冷却する冷却水などの流体を供給するためのポンプの運転方法に関するものである。

連続鋳造機の二次冷却設備は、鋳型直下の上流側から連続鋳造機々端の下流側にかけて幾つかのゾーンに分かれており、各ゾーンの冷却水量は、鋳片引き抜き速度、鋳片幅、及び鋳造する鋼種に基づいて設定される冷却水量になるように、各ゾーン毎に流量調節弁によって制御されている。この冷却水を供給するためのポンプは、１台では大きな容量の電動機が必要であり経済的ではないために、通常、容量を下げた複数台のポンプが設置されている。

二次冷却設備全体で必要な冷却水量は、鋳片引き抜き速度、鋳片幅、及び鋳造する鋼種の条件によっては大幅な差が生じ、必要冷却水の最大流量と最小流量との差は大きくなる。従って、必要な冷却水量に応じて供給流量を変更する必要があり、従来、以下の３つの方法によって流量調整が行われていた。

１つ目の方法は、ポンプの運転台数を切り替える方法である。即ち、複数台のポンプのうちで常時運転させるポンプの台数を、最小流量時に必要な冷却水量を供給できるだけの台数とし、冷却水量の必要量の増加に伴って必要冷却水の増加分を補うように、運転するポンプの台数を増加させる方法である（例えば、特許文献１参照）。この場合、必要冷却水量が低下した場合には、不要なポンプは停止する。

２つ目の方法は、必要冷却水量に応じてポンプの回転数を変更する方法である。即ち、ポンプを駆動する電動機に可変速制御装置を取り付け、冷却水の必要量に応じて電動機の回転数を可変速制御する方法である（例えば、特許文献２参照）。

３つ目の方法は、可変速制御装置によって可変速運転を行なうポンプと、商用電源によって定速度運転を行なうポンプとを組み合せ、可変速運転を行なうポンプを常時運転させて必要冷却水量の増減に応じて回転数を変更することで必要冷却水量の増減に対応し、必要冷却水量が可変速運転を行なうポンプの能力以上となったときに、定速度運転を行なうポンプを起動させて必要冷却水量の不足分を定速度運転のポンプで補う方法である（例えば、特許文献３参照）。
特公昭５４−１７４４１号公報特開昭５７−７２７６号公報特開昭６３−９４０９６号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような問題点がある。

１つ目の、ポンプの運転台数を切り替える方法では、設備コストが安価な反面、冷却水量に応じてポンプが起動・停止するため、起動時に吐出圧が急激に上昇し、二次冷却設備の冷却水流量が安定しないという問題がある。また、ポンプ起動時の負荷が高いため、起動回数の増加に伴ってポンプの寿命が急激に低下するという問題もある。

２つ目の、ポンプの回転数を変更する方法では、冷却水量が少ないときには回転数を下げて運転を継続するので、起動回数が削減されることでポンプの寿命は低下せず、また、吐出圧の急激な上昇もなく応答性も良いといった利点はあるが、複数台のポンプ全てに可変速制御装置を設置しなければならず、設備コストの高いことが問題である。

３つ目の、可変速運転を行なうポンプと定速度運転を行なうポンプとを組み合せる方法では、複数台のポンプ全てに可変速制御装置を設置する必要はなく設備コストからは有利であるが、定速度運転のポンプを起動させたときに吐出圧が急激に上昇し、二次冷却設備の冷却水流量が安定しないという問題がある。また、定速度運転を行なうポンプは起動・停止を繰り返して行なう必要があり、前述した１つ目の方法と同様に、定速度運転を行なうポンプの寿命が低下するという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、設備費が比較的に安価な、可変速運転を行なうポンプと定速度運転を行なうポンプとを組み合せた方法で連続鋳造機の二次冷却水などの流体を供給するに際し、ポンプの寿命を低下させることもなく、しかも吐出圧の変動もなく、流体を安定して供給することのできる、流体供給用ポンプの運転方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る流体供給用ポンプの運転方法は、可変速制御装置によって回転数の変更が可能なポンプと、定速度運転を行なうポンプとを組み合せて流体を供給するに際し、前記双方のポンプを常時運転させておき、定速度運転を行なうポンプのみで流体の必要量を供給可能なときには、回転数の変更が可能なポンプの回転数を最小回転数にするとともに回転数の変更が可能なポンプと供給用配管との間の遮断弁を閉じ且つ当該ポンプと逃げ水用配管との間の遮断弁を開けて、回転数の変更が可能なポンプから供給される流体を逃げ水用配管から排出し、一方、定速度運転を行なうポンプのみでは流体の必要量を供給できないときには、回転数の変更が可能なポンプの回転数を定格回転数に上昇させるとともに回転数の変更が可能なポンプと逃げ水用配管との間の遮断弁を閉じ、回転数の変更が可能なポンプからの吐出圧が所定の値以上になったなら、回転数の変更が可能なポンプと供給用配管との間の遮断弁を開けて、回転数の変更が可能なポンプから供給される流体と定速度運転を行なうポンプから供給される流体とを、併せて供給用配管に供給することを特徴とするものである。

第２の発明に係る流体供給用ポンプの運転方法は、第１の発明において、前記流体は、連続鋳造機の二次冷却用の冷却水であることを特徴とするものである。

本発明によれば、供給すべき流体の量が少ないときでも、回転数の変更が可能なポンプは回転数を下げて運転を継続しているので、ポンプの起動回数が削減され、起動・停止に起因するポンプの寿命低下の問題が解消される。また、回転数の変更が可能なポンプから供給する際には、このポンプの回転数を上げて吐出圧を徐々に所定値まで上昇させ、所定値になった状態で供給するので、従来の起動・停止を繰り返す方法のときに発生していた圧力急上昇の問題が解決される。また、常時運転するポンプには可変速制御装置が不用であるので、設備コストを必要最小限に抑えることができる。

以下、本発明を連続鋳造機の二次冷却水供給用ポンプの運転方法に適用した場合を例として、添付図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明を実施する際に用いた連続鋳造機の二次冷却設備を示す概略図である。

図１において、ポンプ２は、定速度運転を行なうポンプであり、電源５に接続し、電源５から供給される一定の電力によって定速度運転を実施する。ポンプ３及びポンプ４は、回転数の変更が可能なポンプであって電源５に接続しているが、ポンプ３は、電源５とポンプ３との間に配置された可変速制御装置６によって供給電力が調整され、これにより回転数が変更され、ポンプ４は、電源５とポンプ４との間に配置された可変速制御装置６Ａによって供給電力が調整され、これにより回転数が変更される。可変速制御装置６及び可変速制御装置６Ａは、ライン制御装置７から送られる信号によってその回転数が制御されている。

ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４の吸引側は、冷却水１６を貯留するための貯水槽１につながる入側配管１７と接続している。一方、ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４の吐出側は、それぞれ２つに分岐し、１つは、冷却水を二次冷却水として供給するための供給用配管８に接続し、他の１つは、逃げ水用配管９に接続している。逃げ水用配管９の排出側は貯水槽１に開口している。

ポンプ２と供給用配管８との間には吐出側遮断弁１０が設置され、ポンプ３と供給用配管８との間には吐出側遮断弁１０Ａが設置され、ポンプ４と供給用配管８との間には吐出側遮断弁１０Ｂが設置されている。また、ポンプ２と逃げ水用配管９との間には逃げ水用遮断弁１１が設置され、ポンプ３と逃げ水用配管９との間には逃げ水用遮断弁１１Ａが設置され、ポンプ４と逃げ水用配管９との間には逃げ水用遮断弁１１Ｂが設置されている。吐出側遮断弁１０、吐出側遮断弁１０Ａ、吐出側遮断弁１０Ｂを開とし、逃げ水用遮断弁１１、逃げ水用遮断弁１１Ａ、逃げ水用遮断弁１１Ｂを閉とすることで、ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４から吐出される冷却水１６は、二次冷却水として供給用配管８に供給され、逆に、吐出側遮断弁１０，１０Ａ，１０Ｂを閉とし、逃げ水用遮断弁１１，１１Ａ，１１Ｂを開とすることで、ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４から吐出される冷却水１６は、逃げ水用配管９を経由して貯水槽１に循環するようになっている。吐出側遮断弁１０，１０Ａ，１０Ｂ及び逃げ水用遮断弁１１，１１Ａ，１１Ｂの開閉は個別に制御されるようになっており、ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４から吐出される冷却水１６の流出先はそれぞれ個別に制御されるようになっている。

尚、図１では、冷却水１６を供給するためのポンプは３基であるが、ポンプの設置数が２基以上であって少なくともその内の１基が定速度運転を行い、少なくともその内の１基が回転数を変更するならば、ポンプの設置数は幾つであっても構わない。但し、本発明では二次冷却水の必要最小量は定速度運転を行なうポンプが供給するので、定速度運転を行なうポンプの吐出流量が二次冷却水の最小必要量を確保するように、定速度運転を行なうポンプの吐出能力及び設置数を決める必要がある。

供給用配管８の流出側は、二次冷却帯の各ゾーンを構成する枝管８Ａに分岐し、分岐した各ゾーンの枝管８Ａには、遮断弁１２、流量計１３、流量調節弁１４がそれぞれ設置され、その先は更に細かく分岐し、細かく分岐した先端にはスプレーノズル１５が設置されている。二次冷却水としてスプレーノズル１５から噴霧される水量は、各ゾーンの流量調節弁１４によって制御されている。この場合、例えばポンプ２が定速度運転をしている場合でも、各流量調整弁１４により設定される合計流量は、ポンプ２の吐出流量の範囲内における任意の値に調整されていて、各流量調節弁１４が設定するだけの流量の冷却水１６がスプレーノズル１５から噴霧されるようになっている。そして、スプレーノズル１５から噴霧された冷却水１６は集められ、戻り用水路（図示せず）を通って貯水槽１に循環するようになっている。

このような構成の二次冷却設備において、以下のようにして本発明方法を実施する。ここでは、ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４の全てのポンプを停止した状態から運転する場合について説明する。

吐出側遮断弁１０、吐出側遮断弁１０Ａ及び吐出側遮断弁１０Ｂを閉じ、且つ、逃げ水用遮断弁１１、逃げ水用遮断弁１１Ａ及び逃げ水用遮断弁１１Ｂを開けた状態として、連続鋳造機の鋳造を開始する前に、ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４を順次起動する。

ポンプ２は、電源５から供給される一定電力によってポンプの回転数は直ちに所定値まで上昇し、これによりポンプ２からの吐出流量も所定値まで上昇する。ポンプ２の回転数が所定値になったなら、各流量調節弁１４の開度をおよそ最小流量値とし且つ各遮断弁１２を開けた状態として吐出側遮断弁１０を開とする。吐出側遮断弁１０を開放したことでポンプ２から吐出される冷却水１６の一部が供給用配管８に流入し、枝管８Ａを通ってスプレーノズル１５から噴霧される。供給用配管８からスプレーノズル１５に至るまでの各配管内に冷却水１６が流入することで、仮にこれらの配管内に空気が浸入していたとしても、冷却水１６によって排出される。スプレーノズル１５からの冷却水１６の噴霧が確認されたなら、逃げ水用遮断弁１１を閉としてポンプ２から吐出される冷却水１６を全て供給用配管８に流入させる。尚、吐出側遮断弁１０及び各遮断弁１２を開とし、逃げ水用遮断弁１１を閉とした状態として、ポンプ２を起動させてもよいが、圧力を高められた冷却水１６が一気に供給用配管８に流入すると、流量調節弁１４の破損や供給用配管８或いは枝管８Ａの破損が発生することもあり、これを防止するためには上記のように操作することが好ましい。

ポンプ３及びポンプ４は、可変速制御装置６及び可変速制御装置６Ａの制御により、最小回転数で運転を開始する。この状態においては、ポンプ２の回転数に比べてポンプ３及びポンプ４の回転数は少ないので、ポンプ３及びポンプ４からの吐出圧はポンプ２からの吐出圧よりも低くなる。吐出側遮断弁１０Ａ，１０Ｂを閉じた状態であるので、ポンプ２からの吐出流がポンプ３及びポンプ４に逆流することはない。また、逃げ水用遮断弁１１Ａ，１１Ｂを開放しているので、ポンプ３及びポンプ４からの吐出流は逃げ水用配管９に流入し、ポンプ３及びポンプ４は異常過熱することがない。尚、吐出側の遮断弁を閉じた状態でポンプの運転を継続した場合には、ポンプが異常過熱するが、本発明においてはこの異常過熱が防止される。

連続鋳造機の鋳造に当たり、鋳片幅、鋳片引き抜き速度、鋳造する鋼種がライン制御装置７に入力され、ライン制御装置７は入力されたデータに基づき必要冷却水量を演算する。演算により求めた必要冷却水量と、ポンプ２、ポンプ３、ポンプ４の吐出流量とを対比して、ポンプ３及びポンプ４の運転の必要性を決定し、その信号を可変速制御装置６及び可変速制御装置６Ａに入力する。可変速制御装置６及び可変速制御装置６Ａはライン制御装置７からの信号に基づいてポンプ３及びポンプ４の回転数を制御する。但し、本発明においてはポンプ２を常時運転しており、ポンプ２の吐出圧は常に或る一定の値であるので、ポンプ３及びポンプ４からの吐出流を二次冷却水として使用する場合には、ポンプ３及びポンプ４からの吐出圧をポンプ２の吐出圧と同等にする必要がある。従って、可変速制御装置６及び可変速制御装置６Ａによるポンプ３及びポンプ４の回転数制御は、最小回転数と定格回転数の２種類になる。定格回転数の場合にポンプ２の吐出圧と同等になるように設定されている。

ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４の運転方法を図２に基づき具体的に説明する。図２は、ポンプ２，３，４から構成される３台のポンプで冷却水を供給する場合の必要流量と各ポンプの回転数との関係を示す図である。ここで、図２に示す１台目のポンプはポンプ２を指し、２台目のポンプはポンプ３を指し、３台目のポンプはポンプ４を指しており、ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４の吐出流量はほぼ同一であるとしている。

図２に示すように、１台のポンプ即ちポンプ２のみでは０〜Ｑ₁ の範囲の必要流量を供給可能であり、２台のポンプ即ちポンプ２とポンプ３とではＱ₁ 〜Ｑ₂ の範囲の必要流量を供給可能であり、３台のポンプ即ちポンプ２とポンプ３とポンプ４ではＱ₂ 〜Ｑ₃ の範囲の必要流量を供給可能である。

必要流量が０〜Ｑ₁ の範囲の場合には、所定の回転数で回転し続けるポンプ２からの吐出流のみを供給用配管８に流入させ、スプレーノズル１５から噴霧される冷却水量の調整は各流量調節弁１４の開度調整によって実施する。この場合、ポンプ３及びポンプ４は最小回転数で運転し、その吐出流を逃げ水用配管９に排出させる。

このようにして運転していたときに、Ｑ₂ 〜Ｑ₃ の範囲の必要流量を供給する必要が生じた場合には、経過時間ｔ₁ の直前にポンプ３の回転数を最小回転数から定格回転数に向かって徐々に上昇させると同時に逃げ水用遮断弁１１Ａを閉じ、そして、ポンプ３からの吐出圧がポンプ２からの吐出圧と同等になった時点（経過時間ｔ₁ ）で、吐出側遮断弁１０Ａを開けてポンプ３からの吐出流を供給用配管８に流入させる。更に、経過時間ｔ₂ の直前にポンプ４の回転数を最小回転数から定格回転数に向かって徐々に上昇させると同時に逃げ水用遮断弁１１Ｂを閉じ、そして、ポンプ４からの吐出圧がポンプ２からの吐出圧と同等になった時点（経過時間ｔ₂ ）で、吐出側遮断弁１０Ｂを開けてポンプ４からの吐出流を供給用配管８に流入させる。ポンプ２、ポンプ３及びポンプ４からの吐出量の和はＱ₂ 〜Ｑ₃ の範囲の必要流量を補うことができ、スプレーノズル１５から噴霧される冷却水１６の総和は、このＱ₂ 〜Ｑ₃ の範囲内の任意の流量に各流量調節弁１４によって制御される。

０〜Ｑ₁ の範囲の必要流量に戻る場合には、経過時間ｔ₃ の時点でポンプ４の回転数を定格回転数から最小回転数に徐々に減少させると同時に吐出側遮断弁１０Ｂを閉じ且つ逃げ水用遮断弁１１Ｂを開とし、更に、経過時間ｔ₄ の時点でポンプ３の回転数を定格回転数から最小回転数に徐々に減少させると同時に吐出側遮断弁１０Ａを閉じ且つ逃げ水用遮断弁１１Ａを開とする。

上記の説明では、ポンプ３及びポンプ４の運転を分かりやすくするために経過時間をずらして説明したが、実際の場合には、経過時間ｔ₁ と経過時間ｔ₂ とが同時であっても構わない。また、Ｑ₁ 〜Ｑ₂ の範囲の必要流量を供給する場合には、ポンプ３の吐出流のみを上記の説明に沿って供給用配管８に流入させればよい。

このようにして連続鋳造機の二次冷却用の冷却水を供給することで、ポンプ３及びポンプ４の起動回数が削減され、起動・停止に起因するポンプの寿命低下の問題が解消される。また、ポンプ３及びポンプ４の吐出流を二次冷却水として使用する際には吐出圧をポンプ２と同等にするので、供給用配管８からスプレーノズル１５に至る間の冷却水１６の圧力変動がなく、安定して供給することができる。また、必要最小限のポンプのみに可変速制御装置を設置すればよく、設備コストを抑制することができる。

尚、本発明は上記説明の範囲に限るものではなく、様々な変化が可能である。例えば、上記説明ではポンプ２，３，４の吐出流量が同等であるが、吐出圧が同等であるならば、吐出流量は同等である必要はない。また、連続鋳造機の二次冷却水の例で説明したが、例えば圧縮空気を圧送するためのポンプの運転方法であっても、上記に沿って本発明を適用することができる。

本発明を実施する際に用いた連続鋳造機の二次冷却設備の概略図である。３台のポンプで冷却水を供給する場合の必要流量と各ポンプの回転数との関係を示す図である。

符号の説明

１貯水槽
２ポンプ
３ポンプ
４ポンプ
５電源
６可変速制御装置
７ライン制御装置
８供給用配管
９逃げ水用配管
１０吐出側遮断弁
１１逃げ水用遮断弁
１２遮断弁
１３流量計
１４流量調節弁
１５スプレーノズル
１６冷却水
１７入側配管

Claims

可変速制御装置によって回転数の変更が可能なポンプと、定速度運転を行なうポンプとを組み合せて流体を供給するに際し、前記双方のポンプを常時運転させておき、定速度運転を行なうポンプのみで流体の必要量を供給可能なときには、回転数の変更が可能なポンプの回転数を最小回転数にするとともに回転数の変更が可能なポンプと供給用配管との間の遮断弁を閉じ且つ当該ポンプと逃げ水用配管との間の遮断弁を開けて、回転数の変更が可能なポンプから供給される流体を逃げ水用配管から排出し、一方、定速度運転を行なうポンプのみでは流体の必要量を供給できないときには、回転数の変更が可能なポンプの回転数を定格回転数に上昇させるとともに回転数の変更が可能なポンプと逃げ水用配管との間の遮断弁を閉じ、回転数の変更が可能なポンプからの吐出圧が所定の値以上になったなら、回転数の変更が可能なポンプと供給用配管との間の遮断弁を開けて、回転数の変更が可能なポンプから供給される流体と定速度運転を行なうポンプから供給される流体とを、併せて供給用配管に供給することを特徴とする、流体供給用ポンプの運転方法。
前記流体は、連続鋳造機の二次冷却用の冷却水であることを特徴とする、請求項１に記載の流体供給用ポンプの運転方法。