JP2017030028A - 鋼材冷却設備診断装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡潔で、非操業時に確実且つ容易に各冷却帯の送水経路の異常判定を行うことが可能な鋼材冷却設備診断装置及びその方法を提供する。【解決手段】診断しようとする第ｎバンク２の送水量をステップＳ５で設定し、ステップＳ６〜Ｓ１２では、設定された送水量がポンプ６から送水されている状態で診断しようとする第ｎバンク２の開閉弁４を開いて第ｎバンク２に冷却水を送水する。そして、高架水槽５に設けられた水位計８から高架水槽５内の水位をステップＳ１３で読込み、高架水槽５内の水位が規定水位よりも上昇している場合に診断しようとする第ｎバンク２の送水経路が送水不足異常であると判定（ステップＳ１５）し、高架水槽５内の水位が規定水位よりも下降している場合に診断しようとする第ｎバンク２の送水経路が送水過剰異常であると判定（ステップＳ１７）する。【選択図】図２

Description

本発明は、製鉄業における鋼材冷却設備診断装置及びその方法に関し、特に熱間圧延工程において加熱した鋼材を冷却する鋼材冷却設備に好適なものである。

熱間圧延工程では、粗圧延設備の下流に仕上圧延設備を備え、加熱炉から抽出した圧延材を粗圧延設備から仕上圧延設備の順に搬送して圧延を行う。圧延後の鋼材は、鋼材冷却設備で冷却された後、コイラで巻き取られるなどして処理される。鋼材冷却設備は、鋼材の搬送方向に沿って複数の冷却帯（バンクともいう）を構成し、夫々の冷却帯には送水経路を開閉する開閉弁及び冷却水を吐出するヘッダーが備えられている。このような鋼材冷却設備では、任意の冷却帯から冷却水を吐出して鋼材を冷却することができる。従って、鋼材冷却設備の機能を診断する場合には、各冷却帯の送水状態を診断しなければならない。このような鋼材冷却設備の診断装置或いは診断方法として、例えば下記特許文献１に記載されるものは、冷却帯の組合せを代えながら鋼材の入側温度と出側温度の組を複数取得して各冷却帯の計算流量を求め、設定流量との差から各冷却帯の異常判定を行う。また、下記特許文献２に記載されるものは、鋼材の制御冷却後、鋼材の温度分布を測定し、冷却帯、ヘッダー、ノズルの使用開始又は終了のタイミングと温度偏差の発生したタイミングが一致した点を異常部位と判定する。また、下記特許文献３に記載されるものは、冷却設備の入側・出側の鋼材温度から温度降下モデルを検索し、そのモデルから各冷却帯の温度降下量を求め、その合計値と実際の温度降下量との誤差を各冷却帯の温度降下量に加え、その各冷却帯の温度降下量から各冷却帯の能力係数を求め、その能力係数の推移から各冷却帯の異常判定を行う。

特開２０１２−１７９６１１号公報 特開２００５−２７９６６５号公報 特開平８−２４３６１２号公報

しかしながら、何れの特許文献に記載される鋼材冷却設備診断装置又は方法も、鋼材の温度を基に冷却帯の異常を判定するため、操業時でないと異常検出ができない。これに対し、オフライン、つまり非操業時に開閉弁を開いて冷却水が出ているか否かを目視で確認する方法では、ノズルが多い場合、確認に長時間を要するという問題がある。また、冷却帯毎に流量計などを取付けて実際に冷却水が出ているか否かを判定する方法もあるが、冷却帯が多い場合、多数の流量計を取付ける必要があり、多大な費用と必要とすること、取付後も流量計の健全性の維持に費用と労力を必要とするといった問題がある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、構造が簡潔で、非操業時に確実且つ容易に各冷却帯の送水経路の異常判定を行うことが可能な鋼材冷却設備診断装置及びその方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、鋼材の搬送方向に沿って複数の冷却帯を構成し、夫々の冷却帯には送水経路を開閉する開閉弁及び冷却水を吐出するヘッダーを備え、ポンプからの送水を高架水槽に貯留した後に各冷却帯に供給する鋼材冷却設備にあって、演算処理機能を有する計算機を用いて各冷却帯の送水経路の状態を判定する鋼材冷却設備診断装置であって、診断しようとする冷却帯の送水経路の送水量を設定する送水量設定部と、送水量設定部で設定された送水量がポンプから送水されている状態で診断しようとする冷却帯の開閉弁を開いてその冷却帯に冷却水を送水する冷却水送水部と、診断しようとする冷却帯に冷却水が送水されている状態で高架水槽に設けられた水位計から高架水槽内の水位を読込む高架水槽内水位読込み部と、高架水槽内水位読込み部で読込まれた高架水槽内の水位の変化に応じて診断しようとする冷却帯の送水経路の状態を判定する送水経路状態判定部とを備えた鋼材冷却設備診断装置が提供される。

また、本発明の別の態様によれば、鋼材の搬送方向に沿って複数の冷却帯を構成し、夫々の冷却帯には送水経路を開閉する開閉弁及び冷却水を吐出するヘッダーを備え、ポンプからの送水を高架水槽に貯留した後に各冷却帯に供給する鋼材冷却設備にあって、演算処理機能を有する計算機を用いて各冷却帯の送水経路の状態を判定する鋼材冷却設備診断方法であって、診断しようとする冷却帯の送水経路の送水量を設定する送水量設定ステップと、送水量設定ステップで設定された送水量がポンプから送水されている状態で診断しようとする冷却帯の開閉弁を開いてその冷却帯に冷却水を送水する冷却水送水ステップと、診断しようとする冷却帯に冷却水が送水されている状態で高架水槽に設けられた水位計から高架水槽内の水位を読込む高架水槽内水位読込みステップと、高架水槽内水位読込みステップで読込まれた高架水槽内の水位の変化に応じて診断しようとする冷却帯の送水経路の状態を判定する送水経路状態判定ステップとを備えた鋼材冷却設備診断方法が提供される。

而して、本発明の鋼材冷却設備診断装置及びその方法では、簡潔な構造にして、非操業時に確実且つ容易に各冷却帯の送水経路の異常判定を行うことができる。

本発明の鋼材冷却設備診断装置及びその方法が適用された鋼材冷却設備の一実施形態を示す概略構成図である。 図１のコンピュータシステムで実行される演算処理のフローチャートである。

以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下に、本発明の鋼材冷却設備診断装置及びその方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この実施形態の鋼材冷却設備診断装置及びその方法が適用された鋼材冷却設備１の概略構成図である。この鋼材冷却設備１は、熱間圧延工程の仕上圧延機Ｆの出側に配置されて、圧延の完了した鋼材を冷却するものであり、冷却された鋼材はコイラで巻き取られる。この熱間圧延工程では、鋼材は図の左から右に搬送される。この鋼材冷却設備１は、鋼材Ｓの搬送方向に沿って複数の冷却帯（以下、バンクという）２が形成されている。各バンク２は、鋼材Ｓの上下面に対向するように配置されて鋼材Ｓの搬送方向と直交方向に連続して冷却水を吐出するヘッダー３と、各ヘッダー３への送水経路を開閉する開閉弁４を備えて構成される。つまり、バンク２は、鋼材Ｓの搬送方向と直交する方向に連続して冷却水を吐出して鋼材Ｓを冷却する、正に冷却帯である。

この実施形態では、各バンク２の送水経路には高架水槽５に貯留されている冷却水が送水される。高架水槽５には、ポンプ６から吐出された冷却水が送水される。ポンプ６は、電動モータで駆動される電動ポンプであり、電動モータの回転数は、例えばサーボモータ機構などにより自在に設定することができる。このポンプ６の回転状態や開閉弁４の開閉制御などは、高度な演算処理機能を有するコンピュータシステム（計算機）７によって行われる。コンピュータシステム７は、周知のように、演算処理装置だけでなく、記憶装置や入出力装置、各種の表示装置なども備えて構成されている。このコンピュータシステム７は、通常操業における鋼材冷却時にあって高架水槽５内の水位を水位計８で検出しながらポンプ６の回転状態を制御したり、鋼材Ｓに要求される冷却プロファイルが達成されるように各バンク２に接続される送水経路の開閉弁４の開閉制御を行ったりする。

また、このコンピュータシステム７では、例えばオペレータの要求に従って、オフライン、つまり非操業時に鋼材冷却設備１の診断を行う。鋼材冷却設備１の診断は、前述した各バンク２の送水経路の状態を判定するものであり、具体的には図２の演算処理によって実行される。即ち、コンピュータシステム７と、そこで実行される図２の演算処理がこの実施形態の鋼材冷却設備診断装置及びその方法を構成する。この実施形態の鋼材冷却設備診断装置は、例えば鋼材冷却設備１中のバンク番号を、鋼材Ｓの入側から１、２、３…とした場合、オペレータによってバンク番号が入力されている場合には、そのバンク番号のバンク２についてのみ送水経路の状態判定を行い、オペレータによるバンク番号の入力がない場合には全てのバンク２の送水経路の状態を各バンク２毎に判定する。

この図２の演算処理は、例えばオペレータによる要求入力で実行され、まずステップＳ１で、オペレータによってバンク番号が入力されているか否かを判定し、バンク番号が入力されている場合にはステップＳ２に移行し、そうでない場合にはステップＳ４に移行する。
ステップＳ２では、バンク番号入力フラグＦを１にセットしてからステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、診断すべき送水経路のバンク番号ｎを入力されたバンク番号ｎに設定してからステップＳ５に移行する。

一方、ステップＳ４では、診断すべき送水経路のバンク番号ｎを第１バンク２である１に設定してからステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、第ｎバンク２の送水量を設定する。この第ｎバンク２の送水量は、予めバンク２毎に設定された送水量や、バンク２毎の経時変化に応じた送水量などが用いられる。
次にステップＳ６に移行して、第ｎバンク２の送水量を目標送水量とし、目標送水量を達成するポンプ６の目標回転数（電動モータの目標回転数）を算出する。

次にステップＳ７に移行して、ポンプ６に回転指令を出力する。
次にステップＳ８に移行して、ポンプ６の回転数を読込む。
次にステップＳ９に移行して、ポンプ６の回転数が目標回転数に到達したか否かを判定し、ポンプ回転数が目標回転数に到達した場合にはステップＳ１０に移行し、そうでない場合にはステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１１では、ポンプ６に回転増大指令を出力してからステップＳ８に移行する。
ステップＳ１０では、ポンプ６に回転一定指令を出力する。

次にステップＳ１２に移行して、第ｎバンク２に接続された開閉弁４に開指令を出力する。
次にステップＳ１３に移行して、水位計８による高架水槽５内水位を読込む。
次にステップＳ１４に移行して、高架水槽５内水位の規定水位に対する状態を判定し、高架水槽５内の水位が規定水位に対して下降している場合にはステップＳ１５に移行し、高架水槽５内の水位が規定水位に対して同等である場合にはステップＳ１６に移行し、高架水槽５内の水位が規定水位に対して上昇している場合にはステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１５では、第ｎバンク２の送水経路は配管破れ等による送水過剰異常と判定してからステップＳ１８に移行する。
ステップＳ１６では、第ｎバンク２の送水経路は正常と判定してからステップＳ１８に移行する。
ステップＳ１７では、第ｎバンク２の送水経路は開閉弁不動やヘッダー詰まり等による送水不足異常と判定してからステップＳ１８に移行する。
ステップＳ１８では、ポンプ６や開閉弁４を操作して高架水槽５内の水位を規定水位に復帰する。このステップＳ１８では、合わせて第ｎバンク２に接続されている開閉弁４に閉指令を出力する。

次にステップＳ１９に移行して、バンク番号入力フラグＦが１にセットされているか否かを判定し、バンク番号入力フラグＦがセットされている場合にはステップＳ２０に移行し、そうでない場合にはステップＳ２１に移行する。
ステップＳ２０では、バンク番号入力フラグＦを０にリセットしてから復帰する。
ステップＳ２１では、全てのバンク２の送水経路の異常判定が終了したか否かを判定し、全てのバンク２の送水経路の異常判定が終了した場合には復帰し、そうでない場合にはステップＳ２２に移行する。
ステップＳ２２では、バンク番号ｎをインクリメントしてからステップＳ８に移行する。

この演算処理によれば、オペレータによってバンク番号ｎが入力されている場合には、そのバンク番号ｎの第ｎバンク２についてのみ送水経路の状態判定を行い、オペレータによるバンク番号の入力がない場合には全てのバンク２の送水経路の状態を各バンク２毎に判定する。その際、第ｎバンク２の送水量を目標送水量として、目標送水量を達成するポンプ６の目標回転数を算出し、ポンプ６の回転数が目標回転数になったらポンプ６の回転状態を維持して第ｎバンク２に接続されている開閉弁４を開制御する。そして、水位計８で検出された高架水槽５内の水位が規定水位を維持すれば第ｎバンク２の送水経路は正常である。一方、高架水槽５内の水位が規定水位より下降するような場合には、第ｎバンク２の送水経路は、例えば配管が破れるなどによって過剰な送水が行われていることになるから、送水過剰異常と判定される。これに対し、高架水槽５内の水位が規定水位より上昇するような場合には、第ｎバンク２の送水経路は、例えば開閉弁４が不動であったりヘッダー３が詰まったりするなどによって送水が不足していることになるから、送水不足異常と判定される。従って、構成として必要なのは、高架水槽５の水位計８やポンプ６の回転数制御系であるが、これらは既存の鋼材冷却設備１に既設であることが多い。更に、全てのバンク２の送水経路を各バンク２毎にオフライン、つまり非操業時に診断することができる。

このように、この実施形態の鋼材冷却設備診断装置及びその方法では、鋼材Ｓの搬送方向に沿って複数のバンク（冷却帯）２を構成し、夫々のバンク２には送水経路を開閉する開閉弁４及び冷却水を吐出するヘッダー３を備え、ポンプ６からの送水を高架水槽５に貯留した後に各バンク２に供給する鋼材冷却設備１にあって、各バンク２の送水経路の状態を、演算処理機能を有するコンピュータシステム（計算機）７を用いて判定する。これにあたり、診断しようとする第ｎバンク２の送水経路の送水量を送水量設定ステップＳ５で設定し、冷却水送水ステップＳ６〜Ｓ１２では、設定された送水量がポンプ６から送水されている状態で診断しようとする第ｎバンク２の開閉弁４を開いて第ｎバンク２に冷却水を送水する。そして、診断しようとする第ｎバンク２に冷却水が送水されている状態で高架水槽５に設けられた水位計８から高架水槽５内の水位を高架水槽内水位読込みステップＳ１３で読込み、送水経路状態判定ステップＳ１４〜Ｓ１７では、読込まれた高架水槽５内の水位の変化に応じて診断しようとする第ｎバンク２の送水経路の状態を判定する。従って、極めて簡潔な構造にして、鋼材冷却設備１の非操業時に確実且つ容易に各バンク２の送水経路の異常判定を行うことができる。

また、送水経路状態判定ステップＳ１４〜Ｓ１７は、高架水槽５内の水位が規定水位よりも上昇している場合に診断しようとする第ｎバンク２の送水経路が送水不足異常であると判定し、高架水槽５内の水位が規定水位よりも下降している場合に診断しようとする第ｎバンク２の送水経路が送水過剰異常であると判定する。これにより、より一層、各バンク２の送水経路の異常判定を確実且つ容易に行うことができる。
また、冷却水送水ステップＳ６〜Ｓ１２は、診断しようとする第ｎバンク２の送水量を目標送水量とし、目標送水量を達成するポンプ６の目標回転数を目標回転数算出ステップＳ６で算出し、ポンプ６の回転数が算出された目標回転数で回転している状態でポンプ６の回転状態をポンプ回転状態維持ステップＳ１０で一定に維持し、ポンプ６の回転数が目標回転数で回転している状態で診断しようとする第ｎバンク２の開閉弁４を開く。これにより、第ｎバンク２の送水経路に設定された送水量がポンプ６から送水されている状態を達成して維持することができ、より一層、各バンク２の送水経路の異常判定を確実且つ容易に行うことができる。

本発明がここに記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ 鋼材冷却設備
２ バンク（冷却帯）
３ ヘッダー
４ 開閉弁
５ 高架水槽
６ ポンプ
７ コンピュータシステム（計算機）
８ 水位計
Ｆ 仕上圧延機
Ｓ 鋼材

Claims (6)

1. 鋼材の搬送方向に沿って複数の冷却帯を構成し、夫々の冷却帯には送水経路を開閉する開閉弁及び冷却水を吐出するヘッダーを備え、ポンプからの送水を高架水槽に貯留した後に各冷却帯に供給する鋼材冷却設備にあって、演算処理機能を有する計算機を用いて各冷却帯の送水経路の状態を判定する鋼材冷却設備診断装置であって、
   診断しようとする冷却帯の送水経路の送水量を設定する送水量設定部と、
   前記送水量設定部で設定された送水量が前記ポンプから送水されている状態で前記診断しようとする冷却帯の開閉弁を開いて当該冷却帯に冷却水を送水する冷却水送水部と、
   前記診断しようとする冷却帯に冷却水が送水されている状態で前記高架水槽に設けられた水位計から高架水槽内の水位を読込む高架水槽内水位読込み部と、
   前記高架水槽内水位読込み部で読込まれた高架水槽内の水位の変化に応じて前記診断しようとする冷却帯の送水経路の状態を判定する送水経路状態判定部と
   を備えたことを特徴とする鋼材冷却設備診断装置。
2. 前記送水経路状態判定部は、
   前記高架水槽内の水位が規定水位よりも上昇している場合に前記診断しようとする冷却帯の送水経路が送水不足異常であると判定し、
   前記高架水槽内の水位が規定水位よりも下降している場合に前記診断しようとする冷却帯の送水経路が送水過剰異常であると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の鋼材冷却設備診断装置。
3. 前記冷却水送水部は、
   前記診断しようとする冷却帯の送水量を目標送水量とし、前記目標送水量を達成する前記ポンプの目標回転数を算出する目標回転数算出部と、
   前記ポンプの回転数が前記目標回転数算出部で算出されたポンプの目標回転数で回転している状態でポンプの回転状態を一定に維持するポンプ回転状態維持部とを備え、
   前記ポンプの回転数が前記ポンプの目標回転数で回転している状態で前記診断しようとする冷却帯の開閉弁を開くことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材冷却設備診断装置。
4. 鋼材の搬送方向に沿って複数の冷却帯を構成し、夫々の冷却帯には送水経路を開閉する開閉弁及び冷却水を吐出するヘッダーを備え、ポンプからの送水を高架水槽に貯留した後に各冷却帯に供給する鋼材冷却設備にあって、演算処理機能を有する計算機を用いて各冷却帯の送水経路の状態を判定する鋼材冷却設備診断方法であって、
   診断しようとする冷却帯の送水経路の送水量を設定する送水量設定ステップと、
   前記送水量設定ステップで設定された送水量が前記ポンプから送水されている状態で前記診断しようとする冷却帯の開閉弁を開いて当該冷却帯に冷却水を送水する冷却水送水ステップと、
   前記診断しようとする冷却帯に冷却水が送水されている状態で前記高架水槽に設けられた水位計から高架水槽内の水位を読込む高架水槽内水位読込みステップと、
   前記高架水槽内水位読込みステップで読込まれた高架水槽内の水位の変化に応じて前記診断しようとする冷却帯の送水経路の状態を判定する送水経路状態判定ステップと
   を備えたことを特徴とする鋼材冷却設備診断方法。
5. 前記送水経路状態判定ステップは、
   前記高架水槽内の水位が規定水位よりも上昇している場合に前記診断しようとする冷却帯の送水経路が送水不足異常であると判定し、
   前記高架水槽内の水位が規定水位よりも下降している場合に前記診断しようとする冷却帯の送水経路が送水過剰異常であると判定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の鋼材冷却設備診断方法。
6. 前記冷却水送水ステップは、
   前記診断しようとする冷却帯の送水量を目標送水量とし、前記目標送水量を達成する前記ポンプの目標回転数を算出する目標回転数算出ステップと、
   前記ポンプの回転数が前記目標回転数算出ステップで算出されたポンプの目標回転数で回転している状態でポンプの回転状態を一定に維持するポンプ回転状態維持ステップとを備え、
   前記ポンプの回転数が前記ポンプの目標回転数で回転している状態で前記診断しようとする冷却帯の開閉弁を開くことを特徴とする請求項４又は５に記載の鋼材冷却設備診断方法。

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