JP2016144821A - クーラント制御装置およびクーラント制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の冷却を行い、圧延材の製品品質を向上させることができるクーラント制御装置およびクーラント制御方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、アルミニウムの圧延に用いられるクーラント制御装置であって、クーラント流量算出部と、クーラント圧力算出部と、ノズル開閉パターン算出部と、を備えたクーラント制御装置が提供される。前記クーラント流量算出部は、圧延材の長手方向または前記圧延材の幅方向におけるクーラントの流量を算出する。前記クーラント圧力算出部は、複数のノズルバルブのそれぞれから噴射される前記クーラントの圧力を前記流量に基づいて算出する。前記ノズル開閉パターン算出部は、前記複数のノズルバルブの開閉状態のパターンを算出する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、クーラント制御装置およびクーラント制御方法に関する。

クーラント装置は、アルミニウム圧延においてロールや圧延材の冷却を行う。クーラント装置は、圧延材の温度や形状に影響し、圧延材の製品品質にかかわる。アルミニウムの圧延設備では、鉄や他の非鉄の圧延設備とは異なり、複数（例えば３０個）のノズルがロールの幅方向に配置される。アルミニウム圧延用クーラントは、複数のノズルのそれぞれから噴射される。複数のノズルのそれぞれは、個別に操作弁を有する。

ロールや圧延材の冷却方法は、圧延材種に応じて異なる。例えば、純アルミニウム系の熱伝達係数は、ジュラルミン系の熱伝達係数とは異なる。そのため、熱に対する純アルミニウム系の挙動は、熱に対するジュラルミン系の挙動とは異なる。そのため、冷却流量（クーラント流量）を圧延材種ごとに変える必要がある。

しかし、ノズルの開閉状態のみを制御して複数のノズルのうちのいずれかを間引いてクーラントを噴射し、任意の圧力あるいは任意の流量でロールや圧延材を冷却することができない場合には、材種が比較的多いアルミニウムの熱間圧延において高精度の冷却を実現することは困難である。所望の冷却を行い、圧延材の製品品質を向上させることが望まれる。

国際公開第２０１０／１０３６５９号パンフレット

本発明の実施形態は、所望の冷却を行い、圧延材の製品品質を向上させることができるクーラント制御装置およびクーラント制御方法を提供する。

実施形態によれば、アルミニウムの圧延に用いられるクーラント制御装置であって、クーラント流量算出部と、クーラント圧力算出部と、ノズル開閉パターン算出部と、を備えたクーラント制御装置が提供される。前記クーラント流量算出部は、圧延材の長手方向または前記圧延材の幅方向におけるクーラントの流量を算出する。前記クーラント圧力算出部は、複数のノズルバルブのそれぞれから噴射される前記クーラントの圧力を前記流量に基づいて算出する。前記ノズル開閉パターン算出部は、前記複数のノズルバルブの開閉状態のパターンを算出する。

本発明の実施形態によれば、所望の冷却を行い、圧延材の製品品質を向上させることができるクーラント制御装置およびクーラント制御方法が提供される。

実施形態にかかるクーラント制御装置を備える圧延システムの要部構成を表すブロック図である。 実施形態にかかるクーラント制御装置およびクーラント装置の要部構成を表すブロック図である。 実施形態にかかるクーラント制御装置およびクーラント装置の他の要部構成を表すブロック図である。 実施形態にかかるクーラント制御方法を説明するフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態にかかるクーラント制御装置を備える圧延システムの要部構成を表すブロック図である。
図１に表した圧延システム１０は、圧延装置１００と、コントローラ２００と、クーラント制御装置３００と、を備える。

圧延装置１００は、圧延材（実施形態ではアルミニウム）を熱間で圧延する。コントローラ２００は、クーラント制御装置３００から受信する信号に基づいて圧延装置１００に設けられたクーラント装置１３０（図２参照）を制御する。クーラント制御装置３００は、圧延材や、圧延装置１００に設けられたロールの冷却制御を実行する。圧延装置１００は、コントローラ２００に接続されている。クーラント制御装置３００は、コントローラ２００に接続されている。

圧延装置１００は、加熱炉１０１と、加熱炉出口温度計１０２と、スラブクリーニング装置１０３と、エッジャー１０４と、粗圧延部１０５と、粗圧延出口温度計１０６と、仕上圧延入口温度計１０７と、クロップシャー１０８と、仕上圧延部１１０と、仕上圧延出口温度計１１１と、コイラー１１４と、を有する。

加熱炉１０１は、例えば重油又は天然ガスの化石燃料を燃焼させることにより圧延材１２０を加熱する。加熱炉出口温度計１０２は、加熱炉１０１の出口の温度を測定する。スラブクリーニング装置１０３は、圧延材１２０の上下方から高圧水を噴射し、圧延材１２０の表面からスケールを除去する。エッジャー１０４は、圧延材１２０の幅方向の圧延をする。

粗圧延部１０５は、ワークロール１０５ａと、バックアップロール１０５ｂと、を有し、圧延材１２０の粗圧延を行う。例えば、ワークロール１０５ａおよびバックアップロール１０５ｂの近傍には、複数のノズルバルブ（図２参照）が設けられている。例えば、複数のノズルバルブは、ワークロール１０５ａの軸方向（圧延材１２０の幅方向）あるいはバックアップロール１０５ｂの軸方向に並んで配置されている。複数のノズルバルブのそれぞれは、ワークロール１０５ａ、バックアップロール１０５ｂ、あるいは圧延材に向かってクーラントを噴射する。

粗圧延出口温度計１０６は、粗圧延部１０５の出口の温度を測定する。仕上圧延入口温度計１０７は、仕上圧延部１１０の入口の温度を測定する。クロップシャー１０８は、圧延材１２０の先端部および後端部の少なくともいずれかを切断する。

仕上圧延部１１０は、ワークロール１１０ａと、バックアップロール１１０ｂと、を有し、圧延材１２０の仕上げ圧延を行う。粗圧延部１０５の場合と同様に、例えば、ワークロール１１０ａおよびバックアップロール１１０ｂの近傍には、複数のノズルバルブが設けられている。例えば、複数のノズルバルブは、ワークロール１１０ａの軸方向あるいはバックアップロール１１０ｂの軸方向に並んで配置されている。複数のノズルバルブのそれぞれは、ワークロール１１０ａ、バックアップロール１１０ｂ、あるいは圧延材に向かってクーラントを噴射する。図１に表したように、仕上圧延部１１０は、ワークロール１１０ａとバックアップロール１１０ｂとの組み合わせを複数有していてもよい。

仕上圧延出口温度計１１１は、仕上圧延部１１０の出口の温度を測定する。コイラー１１４は、圧延材１２０を巻き取る。

コントローラ２００は、クーラント制御装置３００から受信する信号に基づいて圧延装置１００に設けられたクーラント装置１３０を制御し、圧延材１２０の製品品質を確保する。この詳細については、後述する。

実施形態にかかるクーラント制御装置３００は、中央演算部（ＣＰＵ）３１０と、記憶部（Memory unit）３２０と、入力部（Input unit）３３０と、出力部（Output unit）３４０と、を有する。中央演算部３１０、記憶部３２０、入力部３３０および出力部３４０は、バス３０１を介して互いに接続されている。入力部３３０は、記録媒体Ｍに記録された情報を読み取る機能を含む。

オペレーティング・システム（ＯＳ：Operating System）及び実施形態のクーラント制御プログラムは、記憶部３２０に格納されている。実施形態のクーラント制御プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体Ｍに記録されていてもよい。記録媒体Ｍは、ネットワークに接続されたサーバ等の記憶装置であってもよい。また、実施形態のクーラント制御プログラムは、ネットワークを介して配信されてもよい。

図１に表したクーラント制御装置３００のハードウェア構成は、一例であり、実施形態に係るクーラント制御装置３００の一部、又は全部を、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路又はＩＣ（Integrated Circuit）チップセットとして実現してもよい。各機能ブロックについては、個別にプロセッサ化してもよいし、各機能ブロックの一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法については、ＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。実施形態では、複数の装置が有線又は無線で接続されたシステム構成を例示するが、その一部又は全部を備えた１つの装置として構成されてもよい。

図２は、実施形態にかかるクーラント制御装置およびクーラント装置の要部構成を表すブロック図である。
図３は、実施形態にかかるクーラント制御装置およびクーラント装置の他の要部構成を表すブロック図である。

実施形態にかかるクーラント制御装置３００の中央演算部３１０は、クーラント流量算出部３１１と、クーラント圧力算出部３１２と、クーラントポンプ最適化算出部３１３と、ノズル開閉パターン算出部３１４と、を有する。

クーラント流量算出部３１１は、圧延材１２０の種類、圧延材１２０の幅、圧延材１２０の長さ、および圧延材１２０の厚みの少なくともいずれかに基づいて、圧延材１２０の長手方向あるいは圧延材１２０の幅方向において各ノズルバルブから噴射されるクーラントの流量（クーラント流量）を算出する。クーラント流量算出部３１１は、算出したクーラント流量の情報をクーラント圧力算出部３１２へ送信する。

クーラント圧力算出部３１２は、受信したクーラント流量の情報に基づいて、圧延材１２０の長手方向あるいは圧延材１２０の幅方向において各ノズルバルブから噴射されるクーラントの圧力（クーラント圧力）を算出する。クーラント圧力算出部３１２は、算出したクーラント圧力の情報と、受信したクーラント流量の情報と、をクーラントポンプ最適化算出部３１３と、ノズル開閉パターン算出部３１４と、コントローラ２００と、へ送信する。

クーラントポンプ最適化算出部３１３は、受信したクーラント流量と、受信したクーラント圧力と、に基づいて、クーラントポンプ１３２の最適な運転台数と、クーラントポンプ１３２の最適な回転速度と、を算出する。クーラントポンプ最適化算出部３１３は、クーラント圧力を維持しつつ、クーラントポンプ１３２の最適な運転台数と、クーラントポンプ１３２の最適な回転速度と、を算出する。クーラントポンプ最適化算出部３１３は、算出したクーラントポンプ１３２の運転台数の情報と、算出したクーラントポンプ１３２の回転速度の情報と、をコントローラ２００へ送信する。

ノズル開閉パターン算出部３１４は、受信したクーラント流量と、受信したクーラント圧力と、に基づいて、各ノズルバルブの開閉状態の最適なパターンを算出する。ノズル開閉パターン算出部３１４は、各ノズルバルブの開閉状態のパターンの情報をコントローラ２００へ送信する。

クーラント装置１３０は、タンク１３１と、クーラントポンプ１３２と、圧力調節弁１３３と、複数のノズルバルブと、を有する。例えば、クーラント装置１３０は、第１のノズルバルブ１３４ａと、第２のノズルバルブ１３４ｂと、第３のノズルバルブ１３４ｃと、を有する。例えば、約３０個程度のノズルバルブがワークロール１０５ａの軸方向あるいはバックアップロール１０５ｂの軸方向に並んで配置される。

タンク１３１は、例えばエマルジョンなどのクーラントを貯留する。クーラントポンプ１３２は、タンク１３１に貯留されたクーラントに圧力を与え、クーラントを圧力調節弁１３３へ供給する。圧力調節弁１３３は、クーラントポンプ１３２から送られたクーラントの圧力を所定の圧力に調節する。これにより、圧力調節弁１３３を通ったクーラントは、第１のノズルバルブ１３４ａ、第２のノズルバルブ１３４ｂ、および第３のノズルバルブ１３４ｃのそれぞれへ略同じ圧力で供給される。

第１のノズルバルブ１３４ａ、第２のノズルバルブ１３４ｂ、および第３のノズルバルブ１３４ｃのそれぞれは、圧力調節弁１３３介してクーラントポンプ１３２から供給されたクーラントを、ワークロール１０５ａ、バックアップロール１０５ｂ、あるいは圧延材１２０に向かって噴射する。

ここで、アルミニウムの圧延においては、鉄や他の非鉄の圧延と比較して、圧延材１２０の製品の表面の品質がより高く求められる。クーラント装置１３０は、圧延材１２０の温度や形状に影響し、圧延材１２０の製品の表面の品質（製品品質）にかかわる。ワークロール１０５ａ、バックアップロール１０５ｂ、および圧延材１２０の冷却方法は、圧延材１２０の種類に応じて異なる。例えば、純アルミニウム系の熱伝達係数は、ジュラルミン系の熱伝達係数とは異なる。そのため、熱に対する純アルミニウム系の挙動は、熱に対するジュラルミン系の挙動とは異なる。

このとき、コントローラ２００が例えば圧延材１２０の種類などに応じて複数のノズルバルブのそれぞれの開閉状態のみを制御し、複数のノズルバルブのうちのいずれかを間引いてクーラントを噴射させると、材種が比較的多いアルミニウムの圧延において高精度の冷却を実現することは困難である。

これに対して、実施形態のコントローラ２００は、受信したクーラント圧力の情報と、受信したクーラント流量の情報と、受信したクーラントポンプ１３２の運転台数の情報と、受信したクーラントポンプ１３２の回転速度の情報と、各ノズルバルブの開閉状態のパターンの情報と、に基づいて、クーラントポンプ１３２と、圧力調節弁１３３と、複数のノズルバルブと、のそれぞれを制御する。

より具体的には、コントローラ２００は、受信したクーラント圧力の情報と、受信したクーラント流量の情報と、に基づいてクーラントポンプ１３２および圧力調節弁１３３を制御する。コントローラ２００は、受信したクーラントポンプ１３２の運転台数の情報と、受信したクーラントポンプ１３２の回転速度の情報と、に基づいてクーラントポンプ１３２を制御する。コントローラ２００は、各ノズルバルブの開閉状態のパターンの情報に基づいて複数のノズルバルブのそれぞれを制御する。

これによれば、実施形態にかかるクーラント制御装置３００は、各ノズルバルブから噴射されるクーラントのクーラント流量およびクーラント圧力の少なくともいずれかを任意にあるいは高精度に変化させることができる。また、実施形態にかかるクーラント制御装置３００は、各ノズルバルブの開閉状態のパターンを圧延材１２０の幅方向および圧延材１２０の長手方向の少なくともいずれかにおいて自在に制御し変化させることができる。これにより、圧延材１２０の種類、圧延材１２０の幅方向、圧延材１２０の長手方向に対して所望の冷却を達成することができ、圧延材１２０の製品品質を向上させることができる。さらに、圧延材１２０の製品品質を保ちつつ、クーラントポンプ１３２の運転台数と、クーラントポンプ１３２の回転速度と、を最適化（例えば低減）させることによって省エネルギー効果を得ることができる。

例えば、実施形態にかかるクーラント制御装置３００は、圧延材１２０の長手方向の先端部（圧延開始部分）ではクーラント流量を相対的に少なくし、圧延材１２０の長手方向の中間部ではクーラント流量を相対的に多くし、圧延材１２０の長手方向の後端部（圧延終了部分）ではクーラント流量を相対的に少なくする制御を実行できる。あるいは、例えば、実施形態にかかるクーラント制御装置３００は、圧延材１２０の幅方向の両端部ではクーラント流量を相対的に少なくし、圧延材１２０の幅方向の中央部ではクーラント流量を相対的に多くする制御を実行できる。

なお、図２に表したクーラント装置１３０の要部構成は、一例である。例えば、図３に表したように、クーラント装置は、複数の圧力調節弁を有していてもよい。図３に表したクーラント装置１３０ａは、第１の圧力調節弁１３３ａと、第２の圧力調節弁１３３ｂと、を有する。第１のノズルバルブ１３４ａ、第２のノズルバルブ１３４ｂ、および第３のノズルバルブ１３４ｃは、第１の圧力調節弁１３３ａに接続されている。第４のノズルバルブ１３４ｄ、第５のノズルバルブ１３４ｅ、および第６のノズルバルブ１３４ｆは、第２の圧力調節弁１３３ｂに接続されている。そのため、クーラントポンプ１３２から第１の圧力調節弁１３３ａに送られたクーラントは、圧力を所定の圧力に調節され、第１のノズルバルブ１３４ａ、第２のノズルバルブ１３４ｂ、および第３のノズルバルブ１３４ｃに送られる。クーラントポンプ１３２から第２の圧力調節弁１３３ｂに送られたクーラントは、圧力を所定の圧力に調節され、第４のノズルバルブ１３４ｄ、第５のノズルバルブ１３４ｅ、および第６のノズルバルブ１３４ｆに送られる。

これにより、クーラント流量およびクーラント圧力の少なくともいずれかを圧延材１２０の幅方向に対してより高精度に変化させることができ、圧延材１２０の製品品質をより向上させることができる。

次に、実施形態にかかるクーラント制御方法について、図面を参照しつつ説明する。
図４は、実施形態にかかるクーラント制御方法を説明するフローチャート図である。

まず、クーラント流量算出部３１１は、圧延材１２０の種類、圧延材１２０の幅、圧延材１２０の長さ、および圧延材１２０の厚みの少なくともいずれかに基づいて、圧延材１２０の長手方向あるいは圧延材１２０の幅方向において各ノズルバルブから噴射されるクーラントの流量を算出する（ステップＳ１０１）。

続いて、クーラント圧力算出部３１２は、受信したクーラント流量の情報に基づいて、圧延材１２０の長手方向あるいは圧延材１２０の幅方向において各ノズルバルブから噴射されるクーラントの圧力を算出する（ステップＳ１０３）。

続いて、クーラントポンプ最適化算出部３１３は、受信したクーラント流量と、受信したクーラント圧力と、に基づいて、クーラントポンプ１３２の最適な運転台数と、クーラントポンプ１３２の最適な回転速度と、を算出する（ステップＳ１０５）。このとき、クーラントポンプ最適化算出部３１３は、クーラント圧力を維持しつつ、クーラントポンプ１３２の最適な運転台数と、クーラントポンプ１３２の最適な回転速度と、を算出する。

続いて、ノズル開閉パターン算出部３１４は、受信したクーラント流量と、受信したクーラント圧力と、に基づいて、各ノズルバルブの開閉状態の最適なパターンを算出する（ステップＳ１０７）。
なお、ステップＳ１０５およびステップＳ１０７については、技術的に可能な範囲において順序が互いに入れ替わってもよい。

続いて、コントローラ２００は、受信したクーラント圧力の情報と、受信したクーラント流量の情報と、受信したクーラントポンプ１３２の運転台数の情報と、受信したクーラントポンプ１３２の回転速度の情報と、各ノズルバルブの開閉状態のパターンの情報と、に基づいて、クーラントポンプ１３２と、圧力調節弁１３３と、複数のノズルバルブと、のそれぞれを制御する（ステップＳ１０９）。

実施形態にかかるクーラント制御方法によれば、各ノズルバルブから噴射されるクーラントのクーラント流量およびクーラント圧力の少なくともいずれかを任意にあるいは高精度に変化させることができる。また、各ノズルバルブの開閉状態のパターンを圧延材１２０の幅方向および圧延材１２０の長手方向の少なくともいずれかにおいて自在に制御し変化させることができる。これにより、圧延材１２０の種類、圧延材１２０の幅方向、圧延材１２０の長手方向に対して所望の冷却を達成することができ、圧延材１２０の製品品質を向上させることができる。さらに、圧延材１２０の製品品質を保ちつつ、クーラントポンプ１３２の運転台数と、クーラントポンプ１３２の回転速度と、最適化（例えば低減）させることによって省エネルギー効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 圧延システム、 １００ 圧延装置、 １０１ 加熱炉、 １０２ 加熱炉出口温度計、 １０３ スラブクリーニング装置、 １０４ エッジャー、 １０５ 粗圧延部、 １０５ａ ワークロール、 １０５ｂ バックアップロール、 １０６ 粗圧延出口温度計、 １０７ 仕上圧延入口温度計、 １０８ クロップシャー、 １１０ 仕上圧延部、 １１０ａ ワークロール、 １１０ｂ バックアップロール、 １１１ 仕上圧延出口温度計、 １１４ コイラー、 １２０ 圧延材、 １３０、１３０ａ クーラント装置、 １３１ タンク、 １３２ クーラントポンプ、 １３３ 圧力調節弁、 １３３ａ 第１の圧力調節弁、 １３３ｂ 第２の圧力調節弁、 １３４ａ 第１のノズルバルブ、 １３４ｂ 第２のノズルバルブ、 １３４ｃ 第３のノズルバルブ、 １３４ｄ 第４のノズルバルブ、 １３４ｅ 第５のノズルバルブ、 １３４ｆ 第６のノズルバルブ、 ２００ コントローラ、 ３００ クーラント制御装置、 ３０１ バス、 ３１０ 中央演算部、 ３１１ クーラント流量算出部、 ３１２ クーラント圧力算出部、 ３１３ クーラントポンプ最適化算出部、 ３１４ ノズル開閉パターン算出部、 ３２０ 記憶部、 ３３０ 入力部、 ３４０ 出力部

Claims (8)

1. アルミニウムの圧延に用いられるクーラント制御装置であって、
   圧延材の長手方向または前記圧延材の幅方向におけるクーラントの流量を算出するクーラント流量算出部と、
   複数のノズルバルブのそれぞれから噴射される前記クーラントの圧力を前記流量に基づいて算出するクーラント圧力算出部と、
   前記複数のノズルバルブの開閉状態のパターンを算出するノズル開閉パターン算出部と、
   を備えたクーラント制御装置。
2. 前記クーラント流量算出部は、前記圧延材の種類、前記圧延材の幅、前記圧延材の長さ、および前記圧延材の厚みの少なくともいずれかに基づいて前記流量を算出する請求項１記載のクーラント制御装置。
3. 前記ノズル開閉パターン算出部は、前記流量および前記圧力に基づいて前記パターンを算出する請求項１または２に記載のクーラント制御装置。
4. 前記圧力を維持しつつ、前記クーラントに圧力を与えるクーラントポンプの最適な運転台数と、前記クーラントポンプの最適な回転速度と、を算出するクーラントポンプ最適化算出部と、をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載のクーラント制御装置。
5. アルミニウムの圧延に用いられるクーラント制御方法であって、
   圧延材の長手方向または前記圧延材の幅方向におけるクーラントの流量を算出し、
   複数のノズルバルブのそれぞれから噴射される前記クーラントの圧力を前記流量に基づいて算出し、
   前記複数のノズルバルブの開閉状態のパターンを算出するクーラント制御方法。
6. 前記圧延材の種類、前記圧延材の幅、前記圧延材の長さ、および前記圧延材の厚みの少なくともいずれかに基づいて前記流量を算出する請求項５記載のクーラント制御方法。
7. 前記流量および前記圧力に基づいて前記パターンを算出する請求項５または６に記載のクーラント制御方法。
8. 前記圧力を維持しつつ、前記クーラントに圧力を与えるクーラントポンプの最適な運転台数と、前記クーラントポンプの最適な回転速度と、をさらに算出する請求項５〜７のいずれか１つに記載のクーラント制御方法。

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