JP4514410B2 - 熱間圧延装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄、非鉄鋼等の被圧延材を熱間圧延する際において、力率向上すなわち無効電力低減を図る熱間圧延装置及び方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1に示されているように、従来の熱間圧延装置では、加熱炉に装入される上流からのピッチと加熱炉の焼き上げ能力と圧延側の圧延製造能力から決まる被圧延材の抽出ピッチを元に、エネルギーコストを最小にするピッチを抽出ピッチとする方法が採用されている。
【0003】
一方、今まで、熱間圧延装置全体が発生する有効・無効電力量や力率から見て、ピッチを修正することは上記「設備の能力を最大に使用すること」をベースにしているため、通常行っていない。
【0004】
一般に圧延ラインでの製造間隔(ピッチ)を大きくすれば、単位時間当りの有効・無効電力量は少なくなる。また、投入材料と目標仕上げ製品の関係から有効・無効電力量も変わってくる。
【0005】
【特許文献1】
特許第2635548号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現状の設備の中にサイリスタやその他力率を悪くする装置を増設したり、新しい種類の被圧延材料や被圧延材料の新処理方法を採用したり、新しいサイズの製品を作ることになった時など、当初の想定していた力率制限(無効電力量)を超えることがある。このような場合にも、無効電力量が売電側との契約値を超えないようにする必要があり、また、無効電力発生による電圧降下を基準以下に抑える必要がある。
【0007】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、抽出時刻間近において有効・無効電力需要量、力率予測を、それまでの有効・無効電力量とこれからの圧延スケジュールにより正確に予測し、消費無効電力量をコントロールしようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る熱間圧延装置は、被圧延材の加熱炉及び抽出装置から圧延ラインを経てコイラーに至る鉄、非鉄の圧延ラインを持つ熱間圧延装置において、生産命令計算機の指令を受ける主計算機と、この主計算機の指令を受けて動作する制御装置を備え、上記主計算機は、燃焼スケジュールと圧延スケジュールを決定し、上記燃焼スケジュールを元に搬送スケジュールを、また、上記圧延スケジュールを元に搬送スケジューラの計算を行い、さらに上記搬送スケジュールに基づいて有効・無効電力量予測f1を行い、また、上記搬送スケジューラの計算結果に基づいて有効・無効電力量予測f2を行い、さらにまた、現在稼動中の圧延ラインが、ある抽出ピッチで被圧延材を抽出するときの上記圧延ラインにおける有効・無効電力量の実績収集に基づいて実有効・無効電力量計算g2を行い、上記f1、f2、及びg2を元に上記圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測するとともに、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較し、一方上記制御装置は、上記主計算機における上記無効電力量の基準値と無効電力量需要予測値の比較の結果、上記無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記主計算機の指令を受けて上記抽出装置の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるような制御を行うようにしたものである。
【0009】
また、この発明に係る熱間圧延方法は、被圧延材の加熱炉及び抽出装置から圧延ラインを経てコイラーに至る鉄、非鉄の圧延ラインによる熱間圧延方法において、生産命令に基づく熱間圧延の燃焼スケジュールと圧延スケジュールを求め、上記燃焼スケジュールを元に搬送スケジュールを、また、上記圧延スケジュールを元に搬送スケジューラの計算を行い、さらに上記搬送スケジュールに基づいて有効・無効電力量予測f1を行い、また、上記搬送スケジューラの計算結果に基づいて有効・無効電力量予測f2を行い、さらにまた、現在稼動中の圧延ラインが、ある抽出ピッチで被圧延材を抽出するときの上記圧延ラインにおける有効・無効電力量の実績収集に基づいて実有効・無効電力量計算g2を行い、上記f1、f2、及びg2を元に上記圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測するとともに、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較し、この比較の結果、上記無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記抽出装置による被圧延材の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるような制御を行うようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明に係る熱間圧延装置及び方法を説明する図である。加熱炉1から抽出装置2により所定の抽出ピッチで取り出された被圧延材はテーブル3上を搬送され、粗ミル4で圧延された後、シャー5で切断され、その後仕上げミル群6で圧延された後、コイラー7に巻き取られる。加熱炉1からコイラー7までの間には多数のセンサ8やデスケーラ装置9や冷却装置10が設けられ、さらにミルやコイラー駆動用のモータMや、水散布用ポンプPのモータその他各種の電気関連装置が設置されて、電力供給を受けている。
【0011】
上記圧延ラインは、主計算機20からの指令を受ける制御装置30により、被圧延材の抽出装置2、電源関連装置の入り切り、電源関連実績収集等の制御が行われる。電源・駆動装置40は電源ラインに接続される遮断器41、変圧器42、サイリスタ43、各種スイッチ44、力率改善用コンデンサ45等を含み、これらの機器により圧延ラインを動かすモータ、センサ等の電気関連装置に電力を供給している。
【0012】
制御装置30に指令を出す主計算機20は次のA〜Lの機能、装置乃至データを備えている。
A:燃焼スケジュール計算
B:圧延スケジュール計算
C:搬送スケジュール計算
D:各機械位置のデータ
E:抽出ピッチの計算、抽出ピッチ修正量計算
F:有効・無効電力量の計算、力率の計算(総和計算)
G:有効・無効電力量の実績収集(総和計算)
H:有効・無効電力量の予測計算、修正計算
I:力率改善用コンデンサの入り切り演算
J:比較装置
K:ペナルティ演算、比較
L:通信装置
さらに、この主計算機20は入力装置21、データの蓄積装置22、及び表示装置23を備えている。入力装置21からは力率基準値や変更した機械位置等の入力を行う。蓄積装置22は有効・無効電力量需要予測値、有効・無効電力需要量実績値、圧延スケジュール等を蓄積記憶する。表示装置23は主計算機20からの警報状態を表示する。主計算機20には生産命令用計算機50から指令が与えられる。
【0013】
次にこの装置の動作を図2のフローにより説明する。連続式加熱炉と熱間圧延装置からなる熱間圧延工程において、投入材料と製品の指示及び途中での処理指示を行う生産命令用計算機50に従い、主計算機20では連続式加熱炉と熱間圧延装置のそれぞれの最大能力に基づいて、加熱炉1での燃焼スケジュール(a)と熱間圧延機での圧延スケジュール(b)を決定する。さらに上記燃焼スケジュールを元に搬送スケジュールを(c1)、また、圧延スケジュールを元に搬送スケジューラ(図3参照)をそれぞれ計算する(c2)。
【0014】
主計算機20では、ある抽出ピッチでの圧延ラインにおける有効・無効電力量の実績収集(g1)を行い、この結果から実有効・無効電力量計算を行う(g2)。同時に、搬送スケジュールに基づいて、有効・無効電力量予測を行う(f1)。また、搬送スケジューラに基づいて有効・無効電力量予測を行う(f2)。
【0015】
次に、(g2)で得た実有効・無効電力量と(f1)で求めた搬送スケジュールと(f2)で求めた搬送スケジューラに基づいて、実力率、実有効・無効電力量、及び搬送スケジュール、搬送スケジューラに基づく力率、有効・無効電力量需要予測を行う(h)と共に、この予測値を各時間毎に蓄積装置22に蓄積する。
【0016】
次に、上記有効・無効電力量需要予測値を、入力装置21から入力された力率(無効電力量)基準値すなわち制限値と比較する(j)。比較した結果、力率(無効電力量)が基準値を超える場合は制御装置30に指示を与え、制御装置30により電源・駆動装置40の力率改善用コンデンサ45を投入し、有効・無効電力量需要予測値が基準値内におさまるかどうか判断する(i)。基準値内におさまらない場合、力率(無効電力量)が基準値を超える時刻が次の被圧延材の抽出時刻より前かどうか判断(e1)し、前の場合、被圧延材の抽出ピッチを修正する(e2)。この抽出ピッチの修正により、力率(無効電力量)を基準値内におさめる。
【0017】
図3を用いてさらに詳述すると次のようになる。図3はある被圧延材が圧延ラインに投入され搬送された時の被圧延材の先端と尾端の軌跡を、縦軸に時間、横軸に位置をとり示した圧延ライン側の搬送スケジューラであり、また同時に、各機器により圧延の進捗(時間)に従い消費される有効・無効電力量を示す。
【0018】
被圧延材のサイズと圧延スケジュールから、加熱炉及び圧延ラインでの搬送スケジュールによる有効・無効電力量を予測する。演算する時点(図3のtx)での総有効、総無効電力量の部分である各機械の有効・無効電力量実績を取り込む。各機械の有効電力量と無効電力量をそれぞれ PM1、PM2…PMN, QM1、QM2…QMNとし、その他、水、油用ポンプなど、他のドライブ用有効・無効電力量実績をPU1、PU2…PUN , QU1、QU2…QUN とすると、txでの総和(有効・無効電力量は-tpからtxの間を対象とする)は、
PtX-tP=PM1+PM2+…PMN+PU1+…PUM
QtX-tP=QM1+QM2+…QMN+QU1+…QUM
となる。
【0019】
また、更なる将来分の有効・無効電力量予測値はt=tf1(tf1,tf2…と小刻みにとる)において、各機械で、Pf1M1、Pf1M2・・・P0f1MN 、Pf1u1、Pf1u2…Pfun, Qf1M1、Qf1M2・・・Qf1MN 、 Qf1u1、Qf1u2…Qfunとすれば、その総和は、
Pf1=PfM1+…+Pfun
Qf1=QfM1+…+Qfun
となる。
【0020】
電力量を計算する時間スパンを一定に取るため過去の分はtf1分短くして計算する。
Ptx-tp-tf1 よって電力量の予測PE1は
PE1=Ptx-tp-tf1+Pf1
となる。
【0021】
同様にしてt=tf2、t=tf3…t=tfn 時点での予測PE2、PE3…を行う。このとき同様にして過去の分も基準時点からtf2、tf3…分短くして演算するその実績をPtx-tp-tf1とする。即ち、
PEi=Ptx-tp-tfi+Pfi
となる。
【0022】
無効電力量を計算する時間スパンを一定に取るため過去の分はtf1分短くして計算する。Qtx-tp-tf1 よって無効電力量の予測QE1は
QE1=Qtx-tp-tf1+Qf1
となる。
【0023】
同様にしてt=tf2、t=tf3…t=tfn 時点での予測を行い、QE2、QE3…を得る。このとき同様にして過去の分も基準時点からtf2、tf3…分短くして演算するその実績をQtx-tp-tf1とする。
即ち
QEi=Qtx-tp-tfi+Qfi
となる。ここで、力率Ei(COSφ)=PEi/√(PEi 2 +QEi 2)である。
【0024】
最初にこの力率と基準値力率B(COSφ)とを比較し、下回っていれば、力率改善用コンデンサ45(QC)を投入するが、それでも下回れば、ここで、改善後の力率Ei+C(COSφ)=PEi/√(PEi 2 +(QEi −QC)2)とおいて、改善後の力率Ei+C(COSφ)と基準値力率B(COSφ)と比較し、iを順に大きくしてゆき、最初に力率B(COSφ)を超える時点が加熱炉及び機械制約から算出していたピッチTpitchxより小さければ抽出ピッチを遅らせる。その時、△tずつ小刻みに抽出ピッチを遅らせ再度無効電力量を予測する。
k*△t後に無効電力量が基準値に入るなら、即ち
TPITCH=TPITCH+k*△t
が新たな抽出ピッチとなる。
【0025】
実施の形態2.
実施の形態2は、図1の主計算機20の計算結果により、力率(無効電力量需要)予測値が、力率改善用コンデンサ45の投入後も、設定した力率下限値(無効電力量上限値)を、n分後近辺に超えると予測される場合、主計算機20から表示装置23へ信号を送り、警報を鳴らしてオペレータに注意を促す。同時に主計算機20の通信装置Lを用いて遠く離れた場所の遠方表示装置に情報を伝送して監視する。
【0026】
図1、図2、及び動作のフローを示す図4により説明する。図2の(i)で力率予測が基準値を下回る(400)時は、主計算機20は制御装置30に指令を送り、電源・駆動装置40の力率改善コンデンサ45を投入する(401)。図2の(e1)でn分後の力率を予測し、力率が基準値を下回る(402)ときは、「n分後基準値を下回る」警報を発信し(403)、オペレータに警報で注意を促すか、または、通信装置Lにより遠方の事務所にも情報を伝送して(404)装置の監視を可能にする。
【0027】
実施の形態3.
本実施の形態は、同一圧延スケジュールとみなされ、しかも予測した搬送スケジュールが実績の搬送と同じ範囲とみなされるのであれば、各機械の消費有効・無効電力量を元に、各機械の有効・無効電力量予測式を学習し現状の有効・無効電力量予測式及び力率におきかえるものである。
【0028】
図5はその動作フローを示している。まず、圧延命令(圧延スケジュールAk)による搬送予測を行い(500)、実績値収集装置で収集して(504)いる圧延スケジュール実績Ak m、搬送実績値の内の被圧延材先端通過時刻THi m、及び尾端通過時刻TTi mに基づいて、予測先端通過時刻THi、予測尾端通過時刻TTiとの偏差ΔTHとΔTTを計算して求める(501)。
【0029】
計算の結果、上記先端の偏差ΔTH及び尾端の偏差ΔTTが共に基準値より小さければ(502)、消費電力量(有効・無効電力量)の予測値に、圧延スケジュールに対応した現状の有効・無効電力量を使用する(503)。このとき現状の有効・無効電力量は、実績収集装置(504)から得られた消費有効・無効電力量を蓄積している蓄積装置から得、また、この蓄積装置に新たな予測値を蓄積する(505)。
【0030】
実施の形態4.
本実施の形態は、機械やセンサの変更等が行われ、搬送の諸タイミングが変更となった場合に、自動的に有効・無効電力量の需要予測と力率を計算し、必要時に力率改善用コンデンサ45の投入量を変更したり、抽出ピッチを変更したりするものである。
【0031】
図6にその動作フローを示している。機械やセンサの位置が変更されたときは(600)、図1の入力装置21から機械等の位置データを入力する(601)。機械位置の変更により、搬送の加減速位置が変更されるので、搬送スケジューラの再計算を行う(602)。さらに、搬送スケジューラに基づき力率の計算を行う(603)。力率が基準値から外れている場合(604)、搬送加速タイミングを遅らせて、加速時間を減じると共に、搬送スケジューラの再計算を行う(605)。この搬送スケジューラの再計算結果に基づき力率を計算する(606)。力率が基準以内かどうか判断し(607)、基準から外れていれば(605)に戻すか▲1▼、抽出ピッチ変更ロジック(608)へ進めるか▲2▼、センサや機械位置を再検討(609)をするか▲3▼を選択する。▲1▼、▲2▼、▲3▼のいずれかの選択は人により行う。
【0032】
実施の形態5.
本実施の形態は、力率予測が基準値を超えるとき、力率基準値の超過により電力供給者へ支払うペナルティ額と被圧延材抽出ピッチを遅らせることによる損失エネルギーの額を比較し、有利な方の制御を行わせるようにしたものである。
【0033】
図7は実施の形態5の動作を説明するフローである。まず、搬送スケジュールによる力率予測値と基準値を比較し、力率予測値が基準値を下回る場合(700)、力率予測値を制限値内におさめるため、抽出ピッチを遅らせる時間T(秒)を計算する(701)。時間T遅らせることによる発生エネルギー損失の金額Eを計算により求める(702)。
【0034】
また、力率予測値が制限値を下回る場合(700)、予測値による抽出を行ったとき、基準値からの下回り量によるペナルティ量を計算し(703)、その金額Xを計算により求める(704)。上記EとXを比較し、E>Xならば抽出ピッチを変えずに運転する(706)。E>Xでなければ抽出ピッチを時間T遅らせる(707)。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の熱間圧延装置及び方法によれば、被圧延材の抽出時刻間近において有効・無効電力量需要予測、力率予測を、それまでの有効・無効電力量とこれからの圧延スケジュールにより正確に予測し、それに基づいて抽出ピッチを制御し、消費無効電力量をコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る熱間圧延装置及び方法を説明する図である。
【図2】 実施の形態1の動作を説明するフロー図である。
【図3】 実施の形態1の動作を説明する圧延ライン側の搬送スケジューラである。
【図4】 この発明の実施の形態2に係る熱間圧延装置及び方法を説明するフロー図である。
【図5】 この発明の実施の形態3に係る熱間圧延装置及び方法を説明するフロー図である。
【図6】 この発明の実施の形態4に係る熱間圧延装置及び方法を説明するフロー図である。
【図7】 この発明の実施の形態5に係る熱間圧延装置及び方法を説明するフロー図である。
【符号の説明】
1 加熱炉、 2 抽出装置、
3 テーブル、 4 粗ミル、
5 シャー、 6 ミル群、
7 コイラー、 8 センサ、
9 デスケーリング装置、 10 冷却装置、
20 主計算機、 21 入力装置、
22 蓄積装置、 23 表示装置、
30 制御装置、 40 電源・駆動装置、
41 遮断器、 42 変圧器、
43 サイリスタ、 44 スイッチ、
45 力率改善用コンデンサ、 50 生産命令用計算機。
Claims (7)
- 被圧延材の加熱炉及び抽出装置から圧延ラインを経てコイラーに至る鉄、非鉄の圧延ラインを持つ熱間圧延装置において、生産命令計算機の指令を受ける主計算機と、この主計算機の指令を受けて動作する制御装置を備え、上記主計算機は、燃焼スケジュールと圧延スケジュールを決定し、上記燃焼スケジュールを元に搬送スケジュールを、また、上記圧延スケジュールを元に搬送スケジューラの計算を行い、さらに上記搬送スケジュールに基づいて有効・無効電力量予測f1を行い、また、上記搬送スケジューラの計算結果に基づいて有効・無効電力量予測f2を行い、さらにまた、現在稼動中の圧延ラインが、ある抽出ピッチで被圧延材を抽出するときの上記圧延ラインにおける有効・無効電力量の実績収集に基づいて実有効・無効電力量計算g2を行い、上記f1、f2、及びg2を元に上記圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測するとともに、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較し、一方上記制御装置は、上記主計算機における上記無効電力量の基準値と無効電力量需要予測値の比較の結果、上記無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記主計算機の指令を受けて上記抽出装置の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるような制御を行うようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
- 請求項1に記載の熱間圧延装置において、圧延ライン各装置の電源・駆動装置は力率改善用のコンデンサを備え、無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超えた場合、上記制御装置により上記力率改善用のコンデンサを投入し、それでもなお無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記制御装置により上記抽出装置の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
- 請求項2に記載の熱間圧延装置において、無効電力量需要予測値が、上記力率改善用コンデンサ投入後も、無効電力量基準値を超えると予測される場合、上記主計算機からの指令により警報を発してオペレータに注意を促すようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
- 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の熱間圧延装置において、異なる被圧延材の圧延スケジュールが同一とみなされ、かつ予測した搬送スケジュールが実績の搬送と近似する場合、上記主計算機により有効・無効電力量需要予測式を学習し、現状の有効・無効電力量需要予測式に置き換えるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
- 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の熱間圧延装置において、圧延ライン各装置の交換や位置変更が行われたとき、上記主計算機は交換や変更の入力を受けて、自動的に有効・無効電力量需要予測を変更し、その変更された予測に基づき、上記制御装置に被圧延材の抽出ピッチの制御または力率改善用コンデンサの投入制御を行わせるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
- 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の熱間圧延装置において、無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記主計算機は、超えることにより電力供給者に支払うペナルティの額と、抽出ピッチを遅らせることによる損失の額とを比較し、有利な方の制御を選択して上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
- 被圧延材の加熱炉及び抽出装置から圧延ラインを経てコイラーに至る鉄、非鉄の圧延ラインによる熱間圧延方法において、生産命令に基づく熱間圧延の燃焼スケジュールと圧延スケジュールを求め、上記燃焼スケジュールを元に搬送スケジュールを、また、上記圧延スケジュールを元に搬送スケジューラの計算を行い、さらに上記搬送スケジュールに基づいて有効・無効電力量予測f1を行い、また、上記搬送スケジューラの計算結果に基づいて有効・無効電力量予測f2を行い、さらにまた、現在稼動中の圧延ラインが、ある抽出ピッチで被圧延材を抽出するときの上記圧延ラインにおける有効・無効電力量の実績収集に基づいて実有効・無効電力量計算g2を行い、上記f1、f2、及びg2を元に上記圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測するとともに、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較し、この比較の結果、上記無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記抽出装置による被圧延材の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるような制御を行うようにしたことを特徴とする熱間圧延方法。
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