JP4377845B2 - Coil burnout prevention method for jacket roll - Google Patents
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Description
本発明は、制振鋼板、亜鉛めっき鋼板等の製造ラインにおいて、鋼板の加熱に使用されているジャケットロールのコイル焼損防止方法に関するものである。 The present invention relates to a method for preventing coil burnout of a jacket roll used for heating a steel plate in a production line for damping steel plate, galvanized steel plate and the like.
制振鋼板、亜鉛めっき鋼板等の製造ラインでは、鋼板を所定の温度に加熱しながら搬送するために、ジャケットロール(特許文献1)が用いられている。このジャケットロールは、複数の鉄心付きコイルを備えた固定側のコイルホルダと、その外周に回転自在に支持されたロールシェルとを備え、ロールシェルに形成されたジャケット室に熱媒体を真空状態で密封してヒートパイプ効果を持たせたものである。鋼板搬送用の長尺のジャケットロールではコイルはロールの長手方向に複数に分割されている。 In production lines such as vibration-damping steel sheets and galvanized steel sheets, jacket rolls (Patent Document 1) are used to convey steel sheets while heating them to a predetermined temperature. This jacket roll includes a fixed-side coil holder having a plurality of coils with iron cores, and a roll shell rotatably supported on the outer periphery thereof, and a heat medium is placed in a vacuum state in a jacket chamber formed in the roll shell. It is sealed and has a heat pipe effect. In a long jacket roll for conveying steel plates, the coil is divided into a plurality of pieces in the longitudinal direction of the roll.
コイルに交流電源を通電すると磁束が発生し、この磁束の作用によりロールシェルに誘導電流が発生してロールシェルが発熱する。ロールシェルはジャケット室のヒートパイプ効果により長手方向の温度分布を均一化し、ロール全体が均一な温度に加熱される。鋼板との接触によりロールシェルは冷却されるが、ロールシェルの内周面にロール温度センサが設置されており、コイルへの通電量を自動制御してロールシェルを目標温度に維持している。 When an AC power source is energized to the coil, a magnetic flux is generated. Due to the action of the magnetic flux, an induced current is generated in the roll shell and the roll shell generates heat. The roll shell makes the temperature distribution in the longitudinal direction uniform by the heat pipe effect of the jacket chamber, and the entire roll is heated to a uniform temperature. Although the roll shell is cooled by the contact with the steel plate, a roll temperature sensor is installed on the inner peripheral surface of the roll shell, and the roll shell is maintained at the target temperature by automatically controlling the amount of current supplied to the coil.
ところがこのような温度制御を行い、ロール温度を例えば220℃程度に維持しているにもかかわらず、コイルが焼損する事故が発生した。焼損状況からアルミニウム製のコイル素線の耐熱温度(約480℃)を越えてコイルが昇温した可能性がある。このような事故はメーカーも予測しておらず、ジャケットロールのコイル焼損は鋼板製造ラインの停止を招くため、その早急な対策が求められていた。
従って本発明の目的は、従来のロール温度制御では回避することができなかったコイル焼損事故を確実に防止することができる方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method capable of reliably preventing a coil burnout accident that could not be avoided by conventional roll temperature control.
本発明者は上記の目的を達成するためにジャケットロール内各部の温度測定を行うなどの検討を重ねた結果、次の事実が判明した。すなわち、ロールシェル温度を220℃に維持して運転を行っている場合、新品のコイルの鉄芯は430℃程度まで昇温するが、コイルの耐熱温度(約480℃)を越えないので最初のうちは問題が生じない。ところが鉄芯が老朽化してその鉄損が増加すると、コイルの鉄芯がジュール熱により加熱され、新品の鉄芯よりも50℃以上昇温してコイル素線の耐熱温度を越えることがある。すると鉄芯に接しているコイル素線が軟化して絶縁被覆が破壊され、地絡事故によるコイル焼損に至る。このようなコイル鉄芯の昇温は従来無視されており、それを検知する手段も組み込まれていなかった。 As a result of repeated studies such as measuring the temperature of each part in the jacket roll in order to achieve the above object, the present inventor has found the following facts. That is, when the roll shell temperature is maintained at 220 ° C., the iron core of the new coil is heated to about 430 ° C., but does not exceed the heat resistance temperature of the coil (about 480 ° C.). We don't have any problems. However, when the iron core ages and its iron loss increases, the iron core of the coil is heated by Joule heat, and the temperature may rise by 50 ° C. or more than the new iron core to exceed the heat resistance temperature of the coil wire. Then, the coil wire in contact with the iron core is softened and the insulation coating is destroyed, resulting in coil burning due to a ground fault. Such temperature rise of the coil iron core has been conventionally ignored, and no means for detecting it has been incorporated.
本発明は上記の知見に基づいて完成されたものであり、請求項1の発明は、複数のコイルを備えたジャケットロールの各コイルの内周面と鉄芯の外周面との間に温度センサを取付け、またロールシェルの内周面とコイルの外周面との間にも温度センサを取り付けて通電中の鉄芯温度を測定し、ジャケットロールが昇温して平衡点に達したときの鉄芯温度を基準温度と比較し、両者の温度差が閾値を越えたときに警報を出力することを特徴とするものである。
The present invention has been completed based on the above findings, and the invention of
また請求項2の発明は、複数のコイルを備えたジャケットロールの各コイルの内周面と鉄芯の外周面との間に鉄芯に温度センサを取付けて運転中の鉄芯温度をオンラインで測定するとともに、ロールシェルの内周面とコイルの外周面との間にもロールにも温度センサを取付けてロール温度を測定し、ロール温度が設定温度になるように各コイルに供給する電力の総和を制御しながら、鉄芯温度が比較的高いコイルへの電力配分を相対的に減少させることを特徴とするものである。
According to the invention of
請求項1の発明によれば、従来は測定されていなかったジャケットロールのコイルの内周面と鉄芯の外周面との間及びロールシェルの内周面とコイルの外周面との間のコイル鉄芯温度を通電中に測定し、基準温度からの昇温幅を把握することによって、鉄芯の劣化進行状況を知ることができる。このため請求項2の方法を含む必要な事故予防措置を講ずることができる。なお、測定はオンラインでもオフラインでも可能である。
According to the invention of
また請求項2の発明によれば、ロール温度を設定温度に維持しながら、鉄芯温度が比較的高いコイルへの電力配分を減少させ、鉄芯温度が比較的低いコイルに配分するので、鉄芯の劣化が進行したコイルの昇温を抑制し、コイル焼損を防止することができる。なお、このように各コイルへの通電配分を変化させても、ジャケットロールはヒートパイプ機能を備えたジャケット室を備えているため、ロールの温度分布は均一に保たれ、鋼板の加熱に支障は生じない。
According to the invention of
図1は本発明の対象となるジャケットロールの構成の一例を示す断面図であり、1は固定側のコイルホルダ、2はその外周にベアリング3によって回転自在に支持されたロールシェルである。コイルホルダ1の外周にはそれぞれ鉄芯4を備えた複数のコイル5が設けられている。この実施形態では5個のコイル5が配置されているが、その個数は任意である。ロールシェル2にはジャケット室6が形成されており、その内部には熱媒体が真空状態で密封されてヒートパイプを構成している。このためロールシェル2の温度はどの部分でもほぼ一定に保たれる。上記の構成は従来品と同様である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of a jacket roll that is an object of the present invention. 1 is a coil holder on a fixed side, and 2 is a roll shell that is rotatably supported by a bearing 3 on its outer periphery. A plurality of
本実施形態では、ロールシェル2の内周面とコイル5の外周面との間に、2個のロール温度センサ7が取付けられているほか、各コイル5の内周面と鉄芯4の外周面との間にも温度センサ8を取付け、通電運転中のロール温度及び鉄芯温度を測定する。
In the present embodiment, two
図2は温度センサ8により検出されたAB2個のコイル5の鉄芯温度の変化を模式的に示すグラフである。最初は室温であるが、操業準備のためロールシェル2が220℃となるまで通電して予熱することにより、各コイル5の鉄芯温度は次第に昇温する。しかし各コイル5の位置や容量の差により、鉄芯温度の昇温カーブは図示のようにばらつく。そこで本実施形態では、操業準備完了のタイミングにおける各コイル5の鉄芯温度を、基準温度T0として記憶する。
FIG. 2 is a graph schematically showing changes in the iron core temperature of the
予熱完了後に操業に移行するが、鋼板と接触することによりロールシェル2は抜熱されるので、それに見合う熱量を供給してロールシェル2の温度(ロール温度センサ7の測定値)を一定に維持するため、制御装置が各コイル5への通電量を増加させる。この結果、ロールシェル2の温度は一定であるが、図2に示すように各コイル5の鉄芯温度は次第に昇温し、最終的に平衡点T1に達する。
Although the operation shifts to the operation after the preheating is completed, the
昇温時の平衡点T1を求めるには例えば微分回路を用い、あるサンプル時間毎の温度上昇値が一定値以内であれば平衡点T1に達したものとする。この実施形態では10秒毎のサンプリングを6回平均し、その値が前回値と比較して1℃以内であれば平衡点T1に達したものと判断している。そして各コイル5の鉄芯温度の平衡点T1を基準温度T0と比較し、両者の温度差T1−T0が閾値を越えたときに警報を出力する。図2のグラフに示されたAのコイルの鉄芯温度は温度差T1−T0が約190℃であるが、Bのコイルの鉄芯温度は温度差T1−T0が300℃に達し閾値である280℃を超えているので警報が出力される。もちろん、これらの具体的な数値は個々のジャケットロールの構造や操業条件によって異なり、上記の数値に限定されるものではない。
To obtain the equilibrium point T 1 of the at Atsushi Nobori is used differentiating circuit example, it is assumed that the temperature rise value per a certain sampling time has reached the equilibrium point T 1 if it is less than a predetermined value. Sampling every 10 seconds in this embodiment on
このようにして、請求項1の発明によれば各コイル5の鉄芯温度の変化から鉄芯4の経年的な劣化状態をオンラインで検出することができ、劣化の進行が確認されたら必要な事故予防措置を講ずることにより、操業中のジャケットロールのコイル焼損を防止することができる。
Thus, according to the first aspect of the present invention, it is possible to detect an aged deterioration state of the
なお、前記の基準温度T0としては一意となる温度であればよく、前記のように操業前にロール表面温度を一定にするために予熱をするタイミングのほか、各温度センサ8の出力が全て一定範囲の温度内に入ったタイミング(ロール内温度が室温と等価になったタイミング)などで各温度センサ8の出力を記憶し、基準温度T0とすることもできる。しかし実施形態のように予熱完了のタイミングで基準温度T0を取れば、各コイル5の配置や出力差などの影響をキャンセルし、操業時の通電による鉄心温度上昇幅だけを正確に検出できるので好ましい。
The reference temperature T 0 may be a unique temperature. In addition to the timing of preheating to keep the roll surface temperature constant before the operation as described above, all outputs of the
上記した実施形態では通電運転中にオンラインで鉄心温度を測定したが、オフラインで同様の測定を行うことも可能である。その場合にはロール表面にエア吹き付けなどの方法で仮想負荷を与えて温度制御をするか、各コイル5に一定出力の電力を与えることにより温度上昇幅(T1−T0)を測定する。この場合には基準温度T0として加熱前の温度を取り、T1−T0を経年表示することで鉄心6の劣化進行状況を正確に把握することができる。
In the above-described embodiment, the iron core temperature is measured online during the energization operation, but the same measurement can be performed offline. In that case, temperature control is performed by applying a virtual load to the roll surface by a method such as air blowing or by applying a constant output power to each
上記した請求項1の発明では鉄芯の劣化状態を診断することによりジャケットロールのコイル焼損防止を図るのであるが、請求項2の発明によれば、鉄芯の劣化が進行したジャケットロールについて、その寿命延長を図ることができる。すなわち、従来は図3に示すように、ロール温度センサ7により検出されたロールシェル2の温度が一定になるように温度一定制御を行うにあたり、各コイル5への配分比を固定していたため、鉄芯の劣化状況に関係なく通電量が配分されていた。これに対して請求項2の発明では、ロール温度が設定温度になるように各コイル5に供給する電力の総和を制御することは従来と同一であるが、各コイル5への配分比を鉄芯の劣化状況に応じて変化させる。
In the invention of
図4は請求項2の発明の第1実施形態を示す図であり、請求項1の発明と同様に各コイル5の鉄芯4に温度センサ8を取付けて運転中の鉄芯温度をオンラインで測定し、その温度が設定温度を超えた場合にはそのコイル5への出力電力を記憶し、そのコイル5の閾値とする。そしてリミッタにより閾値を超える電力がそのコイル5に供給されないように制限する。
FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the invention of
例えば中央のコイル5の鉄芯温度が設定値を超えた場合において、ロール温度を一定に維持するためにそれよりも多くの電力が必要となったときには、増加分をリミッタが作用しない他のコイルに均等に配分する。この方法によれば、ロール温度を一定に維持しながら鉄芯温度指示値の高いコイル5の出力を制限できるので、鉄芯の劣化状況に応じてコイルを使い分け、寿命延長を図ることができる。
For example, when the iron core temperature of the
図5は請求項2の発明の第2実施形態を示す図であり、温度センサ8により測定された各鉄芯温度の指示値の平均値を求め、各温度センサ8の実績温度との偏差の重みを持って出力配分を行う例を示している。例えば5個のコイルの温度が表1の上欄に示す値である場合、平均温度は2℃となり、平均温度と実績温度との偏差は中欄に示す値となる。そこで例えば、1+α×(温度計平均値−温度計指示値)の式により温度配分比を決定する。ここでα=1/50とした場合には、温度配分比は表1の下欄に示すとおりとなる。
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the invention of
このように温度配分を行うと、No.3コイルは出力が減りその分だけ他のコイルの出力が増加することとなる。これにより鉄芯温度を平均値に漸近させることができる。なおこの例では比例ゲインをαとした比例制御を採用したが、積分制御を導入することにより定常偏差を0にすることができる等の考え方を用いると、更に均等に負荷配分をすることができる。このように配分比の変更にはさまざまなロジックを用いることができるが、鉄芯温度に応じて通電電力の配分を変化させることにより、鉄芯の劣化が進んだコイルの負担を軽減し、ジャケットロールのコイル焼損防止を図ることができる。 When the temperature distribution is performed in this manner, the output of the No. 3 coil decreases, and the output of the other coils increases accordingly. Thereby, the iron core temperature can be made asymptotic to the average value. In this example, proportional control with α as the proportional gain is adopted. However, load distribution can be more evenly distributed by using an idea that the steady-state deviation can be made zero by introducing integral control. . In this way, various logics can be used to change the distribution ratio, but by changing the distribution of the energization power according to the iron core temperature, the burden on the coil with advanced iron core deterioration is reduced, and the jacket The coil can be prevented from being burned out.
1 コイルホルダ
2 ロールシェル
3 ベアリング
4 鉄芯
5 コイル
6 ジャケット室
7 ロール温度センサ
8 温度センサ
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