JP5742311B2 - 熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱炉で加熱された材料を圧延機で所定厚さに圧延する熱間圧延ラインにおいて圧延材の上反りを防止する方法及び装置に関する。

加熱炉で加熱される材料の裏面温度が表面温度に比べて極めて高い場合には、この材料を圧延機で圧延した圧延材に上反りが発生しやすく、圧延材製品の品質低下、操業上のトラブルや生産設備の破損などを招くおそれがある。
そこで、圧延材の上反りを防止する熱間圧延ラインとして、例えば特許文献１の記載の技術が知られている。
特許文献１の熱間圧延ラインは、図５に示すように、加熱炉１と圧延機２とを備え、加熱炉で加熱された材料３は、圧延機２において所定厚さに圧延されて圧延材４が得られる。

加熱炉１は、図６に示すように、材料３を表面及び裏面から加熱する８つのゾーン１ａ〜１ｈを有する加熱炉であり、１ａは予熱帯上部ゾーン、１ｂは予熱帯下部ゾーン、１ｃは第１加熱帯上部ゾーン、１ｄは第１加熱帯下部ゾーン、１ｅは第２加熱帯上部ゾーン、１ｆは第２加熱下部ゾーン、１ｇは均熱帯上部ゾーン、１ｈは均熱帯下部ゾーンである。
図５の符号５は、加熱炉１を構成する８つのゾーン１ａ〜１ｈそれぞれの炉温制御を行なう炉温制御装置である。なお、炉温制御とは、各ゾーン内の炉内雰囲気温度に基づいてバーナに供給すべき燃料の流量を調整することで材料３を加熱制御するものである。

また、図５の符号１５は温度設定補正装置であり、圧延機２の出側に配置した反り検出器１６から圧延材４の反り量をフィードバック信号として得ることで温度設定値補正量を算出し、この温度設定値補正量を炉温制に御装置５に出力するようになっている。
また、図５の符号１７は、加熱炉１内における材料３の加熱予測演算部（伝熱モデル）であり、各ゾーン１ａ〜１ｈの炉温設定値を予測演算する。
炉温制御装置５は、図６に示すように、温度調整器（ＴＩＣ）６と、ガス流量調整器（ＦＩＣ）７及び燃焼空気流量調整器（ＦＩＣ）８とで構成されている。
温度調整器６には、炉内温度を検出する温度センサ１０から均熱帯下部ゾーン１ｈの炉内温度信号が入力する。そして、温度調整器６は、温度センサ１０から入力した炉内温度信号、伝熱モデル１７から入力した炉温設定値及び温度設定補正装置１５から入力した温度設定値補正量に基づいて、均熱帯下部ゾーン１ｈに対するガス流量調整器７の設定値を演算する。

また、ガス流量調整器７は、温度調整器６から入力した設定値と、ガス配管上の流量センサ１１ａから入力する流量信号とに基づいて弁開度制御を演算し、ガス流量調節弁１２の弁開度を連続的に調節する。これにより、均熱帯下部ゾーン１ｈの炉温を調節するガスバーナ１３へのガス供給量を制御する。
さらに、燃焼空気流量調整器８は、温度調整器６から入力した設定値に空気比Ｍを乗じた設定値が入力し、この設定値と、燃焼空気配管上の流量センサ１１ｂから入力する流量信号とに基づいて弁開度を演算し、燃焼空気流量調節弁１４の弁開度を連続的に調節する。

この温度調整器６、ガス流量調整器７及び燃焼空気流量調整器８からなる炉温制御装置５は、各ゾーン１ａ〜１ｈに温度センサ１０及びガスバーナ１３を配置し、各ゾーン１ａ〜１ｈの炉内温度を温度センサ１０で計測し、その計測値に基づいてガスバーナ１３に供給すべき燃料及び空気の流量を調整する炉温制御を行なう。
上記構成の熱間圧延ラインによると、各ゾーン１ａ〜１ｈに配置した炉温制御装置５が、圧延機２の出側で圧延材４の反り量を検出する反り検出器１６からの検出結果を、温度設定補正装置１５を用いて温度設定値に反映し、圧延機２に圧延される前の材料３の表面及び裏面が的確な温度差となるように加熱することで、圧延材４の上反りを防止するようにしている。

特開平２−３０３６１０号公報

しかし、上述した従来の熱間圧延ラインは、加熱炉１の各ゾーン１ａ〜１ｈの炉内温度を測定している温度センサ１０の測定値が大きく変動しやすい。また、各ゾーン１ａ〜１ｈの温度センサ１０は材料３の表面温度及び裏面温度の測定ではなく、ゾーンの炉内雰囲気温度を測定している。このように、測定値が大きく変動しやすく、炉内雰囲気温度を測定している温度センサ１０の測定値に基づいて炉温制御装置５が動作しても、各ゾーン１ａ〜１ｈを通過する材料３の表面及び裏面を的確な温度差に加熱することはできない。したがって、圧延機２で圧延された圧延材４に上反りが散発的に発生してしまい、製品の品質が低下し、操業上のトラブルや生産設備の破損などを招くおそれがある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、材料の表面及び裏面が的確な温度差となるように加熱炉において加熱し、圧延機による圧延材の上反りを確実に防止することができる圧延材の上反り防止方法及び装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止方法は、 材料を加熱する加熱炉と、この加熱炉で加熱した前記材料を圧延して圧延材を形成する圧延機とを備えた熱間圧延ラインにおいて、前記加熱炉は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、前記予熱帯及び前記加熱帯は、それらの炉内雰囲気温度に基づいて炉温制御を行い、前記均熱帯は、当該均熱帯の炉温を計測する温度センサの出力値に基づいてバーナに供給すべき燃料の流量を調整する炉温制御を行なうとともに、前記燃料の流量が、前記圧延材の上反りが発生しやすい所定の流量閾値を超えたときに前記炉温制御を停止し、前記流量閾値より小さな一定の流量設定値となるように前記燃料の流量を調整する燃料流量制御を行なうようにした。
また、請求項２記載の熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止方法は、前記均熱帯は、前記材料の表面を加熱する均熱帯上部ゾーンと、前記材料の裏面を加熱する均熱帯下部ゾーンとを備え、前記均熱帯下部ゾーンの炉温を計測する前記温度センサの出力値に基づいて前記炉温制御を行ない、前記均熱帯下部ゾーンの前記燃料の流量が増大して前記流量閾値を超えたときに炉温制御を停止し、前記流量閾値より小さな一定の流量設定値に制限する前記燃料流量制御を行なうようにした。

また、請求項３記載の熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止装置は、材料を加熱する加熱炉と、この加熱炉で加熱した前記材料を圧延して圧延材を形成する圧延機とを備えた熱間圧延ラインにおいて、前記加熱炉は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、前記予熱帯及び前記加熱帯は、それらの炉内雰囲気温度に基づいて炉温制御を行い、前記均熱帯は、炉温・燃料流量制御装置を備え、当該炉温・燃料流量制御装置は、前記均熱帯の炉温を計測する温度センサの出力値に基づいてバーナに供給すべき燃料の流量を調整する制御を行なう炉温制御部と、前記燃料の流量が、前記圧延材の上反りが発生しやすい所定の流量閾値を超えたときに前記炉温制御を停止し、前記流量閾値より小さな一定の流量設定値となるように前記燃料の流量を調整する制御を行なう燃料流量制御部とを備えている。
さらに、請求項４記載の熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止装置は、前記均熱帯は、前記材料の表面を加熱する均熱帯上部ゾーンと、前記材料の裏面を加熱する均熱帯下部ゾーンとを備え、前記炉温制御部は、前記均熱帯下部ゾーンの炉温を計測する前記温度センサの出力値に基づいて前記バーナに供給すべき燃料の流量を調整し、前記燃料流量制御部は、前記均熱帯下部ゾーンの前記燃料の流量が増大して前記流量閾値を超えたときに炉温制御を停止し、前記流量閾値より小さな一定の流量設定値に制限するようにした。

本発明に係る熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止方法及び装置によると、測定値が大きく変動しやすく、炉内雰囲気温度を測定する温度センサの出力値に基づいた炉温制御のみを行なうのではなく、炉温制御を行なっているときに、上部ゾーン及び下部ゾーンの何れかのゾーンの流量が増大して流量閾値を超えた時点で炉温制御を停止し、流量閾値より小さな一定の流量設定値に制限する燃料流量制御を行なうことで、表面及び裏面が的確な温度差となるように材料を加熱することができ、圧延材の上反りを確実に防止することができる。

本発明に係る熱間圧延ラインを示す概略図である。 本発明に係る熱間圧延ラインに配置した炉温・燃料流量制御装置の構成を示す図である。 本発明に係る熱間圧延ラインの加熱炉が、材料を加熱する際のガス流量変化を示すグラフである。 炉温制御装置を備えた従来の熱間圧延ラインの加熱炉が、材料を加熱する際のガス流量変化を示すグラフである。 炉温制御装置を備えた従来の熱間圧延ラインを示す概略図である。 従来の熱間圧延ラインの炉温制御装置の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図５及び図６で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
図１に示すものは、本発明に係る熱間圧延ラインを示すものであり、符号２０は、炉温・燃料流量制御装置である。
この炉温・燃料流量制御装置２０は、図２に示すように、均熱帯上部ゾーン１ｇ及び均熱帯下部ゾーン１ｈを通過する材料３を加熱制御する装置であり、他のゾーン１ａ〜１ｆは、炉温制御装置５により、各ゾーン内の炉内雰囲気温度に基づいてバーナ１３に供給すべき燃料の流量を調整することで材料３を加熱制御している。

炉温・燃料流量制御装置２０は、温度調整器６、ガス流量調整器７及び燃焼空気流量調整器８と、所定値のガス流量設定値を出力する燃料流量設定出力部２１と、温度調整器６との接続を燃料流量設定出力部２１に切替えるスイッチ部２２と、ガス流量が所定のガス流量閾値を超えたときにスイッチ部２２の切り替え動作を行なうスイッチ制御部２３とで構成されている。
ここで、ガス流量閾値は、２０００Ｎｍ^３／ｈであり、このガス流量閾値は、圧延材４の反りが発生しやすい上限値である。
スイッチ制御部２３は、ガス配管上の流量センサ１１ａから流量信号が入力しており、流量センサ１１ａの流量信号がガス流量閾値（２０００Ｎｍ^３／ｈ）を超えたときに、スイッチ部２２を、燃料流量設定出力部２１とガス流量調整器７及び燃焼空気流量調整器８との接続に切り替える。

また、燃料流量設定出力部２１は、ガス流量閾値（２０００Ｎｍ^３／ｈ）より小さな値のガス流量設定値＝１５００Ｎｍ^３／ｈを記憶しており、スイッチ部２２の切り替え動作によりガス流量調整器７及び燃焼空気流量調整器８と接続したときに、ガス流量調整器７及び燃焼空気流量調整器８に対してガス流量設定値（１５００Ｎｍ^３／ｈ）を出力する。
ガス流量調整器７は、温度調整器６から入力した設定値、或いは、燃料流量設定出力部２１から入力したガス流量設定値（１５００Ｎｍ^３／ｈ）から入力した設定値と、ガス配管上の流量センサ１１ａから入力する流量信号とに基づいて弁開度制御を演算し、ガス流量調節弁１２の弁開度を連続的に調節する。これにより、均熱帯下部ゾーン１ｈの炉温を調節するガスバーナ１３へのガス供給量を制御する。

また、燃焼空気流量調整器８は、温度調整器６から入力した設定値、或いは、燃料流量設定出力部２１から入力したガス流量設定値（１５００Ｎｍ^３／ｈ）に、空気比Ｍを乗じた設定値に変換し、この設定値と、燃焼空気配管上の流量センサ１１ｂから入力する流量信号とに基づいて弁開度を演算し、燃焼空気流量調節弁１４の弁開度を連続的に調節する。
ここで、本発明に係る炉温制御部が、温度調整器６、ガス流量調整器７及び燃焼空気流量調整器８に相当し、本発明に係る燃料流量制御部が、温度調整器６、ガス流量調整器７、燃焼空気流量調整器８、燃料流量設定出力部２１と、スイッチ部２２及びスイッチ制御部２３に相当している。

次に、本実施形態の熱間圧延ラインの作用について、本実施形態の加熱炉１のガス流量変化を示す図３のグラフを参照して説明する。
なお、本実施形態との比較のために、炉温制御装置５のみを備えた従来の熱間圧延ラインの加熱炉１のガス流量変化を図４のグラフに示す。
図４の加熱炉１は、均熱帯下部ゾーン１ｈの初期位置（第２加熱帯下部ゾーン１ｆ）から後半位置（加熱炉１の出側）まで、炉内温度に基づいて材料３を加熱制御する炉温制御を行なう。この際、均熱帯下部ゾーン１ｈの後半位置（加熱炉１の出側）は炉内雰囲気温度が低下しやすく、この低下した炉内雰囲気温度が温度センサ１０の信号として炉温制御装置５に出力されると、ガス流量調節弁１２に弁開度を大きくする指令が伝達されてガス流量が増大する。均熱帯下部ゾーン１ｈのガス流量が増大して材料の裏面が加熱されると、材料３の裏面温度が表面温度に比べて極めて高くなるので上反りが発生するおそれがある。

これに対して、図３に示す本実施形態の熱間圧延ラインは、均熱帯下部ゾーン１ｈの初期のガス流量がガス流量閾値（２０００Ｎｍ^３／ｈ）を超えていない場合には、炉温・燃料流量制御装置２０が、炉内温度に基づいて材料３を加熱する炉温制御を行なう。すなわち、温度調整器６は、温度センサ１０から入力した炉内温度信号及び伝熱モデル１７から入力した炉温設定値に基づいて、均熱帯下部ゾーン１ｈに対するガス流量調整器７の設定値を演算する。ガス流量調整器７は、温度調整器６から入力した設定値と、ガス配管上の流量センサ１１ａから入力する流量信号とに基づいて弁開度制御を演算し、ガス流量調節弁１２の弁開度を連続的に調節し、均熱帯下部ゾーン１ｈの炉温を調節するガスバーナ１３へのガス供給量を制御する。さらに、燃焼空気流量調整器８は、温度調整器６から入力した設定値に空気比Ｍを乗じた設定値が入力し、この設定値と、燃焼空気配管上の流量センサ１１ｂから入力する流量信号とに基づいて弁開度を演算し、燃焼空気流量調節弁１４の弁開度を連続的に調節する。

そして、図３のＰ点で示すように、炉温制御を行なっている際にガス流量が変動してガス流量閾値（２０００Ｎｍ^３／ｈ）を超えた場合には、スイッチ制御部２３が、スイッチ部２２を燃料流量設定出力部２１とガス流量調整器７及び燃焼空気流量調整器８との接続に切り替える。そして、燃料流量設定出力部２１は、ガス流量調整器７及び燃焼空気流量調整器８に対してガス流量設定値（１５００Ｎｍ^３／ｈ）を出力する。これにより、ガス流量調整器７は、ガス流量調節弁１２の弁開度が１５００Ｎｍ^３／ｈとなるように調節され、燃焼空気流量調整器８は、ガス流量設定値（１５００Ｎｍ^３／ｈ）に空気比Ｍを乗じた設定値を受け、この設定値となるように燃焼空気流量調節弁１４の弁開度が調節される。

すなわち、本実施形態の炉温・燃料流量制御装置２０は、均熱帯下部ゾーン１ｈの炉内雰囲気温度が低下していき、ガス流量調節弁１２の弁開度を大とする指令によってガス流量が増大していくと、ガス流量閾値（２０００Ｎｍ^３／ｈ）を超えた時点で、炉内温度に基づいて材料３を加熱する炉温制御から、ガス流量設定値（１５００Ｎｍ^３／ｈ）にガス流量を設定して材料３を加熱する燃料流量制御に切り替え、ガスバーナ１３の燃焼による均熱帯下部ゾーン１ｈの炉温を低く設定する。

一方、図３に示すように、均熱上部ゾーン１ｇのガス流量は、材料３が通過する初期位置（第２加熱帯上部ゾーン１ｅ）から後半位置までガス流量閾値（２０００Ｎｍ^３／ｈ）を超えておらず、均熱上部ゾーン１ｇの炉内雰囲気温度は低下せずガス流量が増大していないと判断し、均熱帯上部ゾーン１ｇを制御する炉温・燃料流量制御装置２０は、炉内温度に基づいて材料３を加熱する炉温制御を続行する。

したがって、本実施形態の熱間圧延ラインは、測定値が大きく変動しやすく、炉内雰囲気温度を測定する温度センサ１０の出力値に基づいて炉温制御のみを行なうのではなく、炉温制御を行なっているときに、均熱帯下部ゾーン１ｈのガス流量が増大してガス流量閾値（２０００Ｎｍ^３／ｈ）を超えた時点で炉温制御を停止し、ガス流量を１５００Ｎｍ^３／ｈ（ガス設定値）に制限する燃料流量制御を行なうことで、表面及び裏面が的確な温度差となるように材料３を加熱することができるので、圧延材４の上反りを確実に防止することができる。

また、本実施形態の熱間圧延ラインは、図５で示した圧延材４の反り量をフィードバック信号として得る反り検出器１６及び温度設定補正装置１５が不要となるので、装置コストの低減化を図りながら圧延材４の上反りを防止することができる。
なお、図４のグラフでは均熱帯下部ゾーン１ｈのガス流量が増大していく場合を示したが、均熱帯上部ゾーン１ｇのガス流量が増大していく場合にも、炉温・燃料流量制御装置２０が、炉温制御から燃料流量制御に切り替わる制御を行なうことで、圧延材４の上反りを確実に防止する。
また、本実施形態の加熱炉１は、材料３を表面及び裏面から加熱する８つのゾーン１ａ〜１ｈを有する加熱炉としたが、本発明の要旨がこれに限定されるものではない。

１…加熱炉、１ａ〜１ｈ…ゾーン、２…圧延機、３…材料、４…圧延材、５…炉温制御装置、６…温度調整器、７…ガス流量調整器、８…燃焼空気流量調整器、１０…温度センサ、１１ａ，１１ｂ…流量センサ、１２…ガス流量調節弁、１３…ガスバーナ、１４…燃焼空気流量調節弁、２０…炉温・燃料流量制御装置、２１…燃料流量設定出力部、２２…スイッチ部、２３…スイッチ制御部

Claims (4)

1. 材料を加熱する加熱炉と、この加熱炉で加熱した前記材料を圧延して圧延材を形成する圧延機とを備えた熱間圧延ラインにおいて、
   前記加熱炉は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、
   前記予熱帯及び前記加熱帯は、それらの炉内雰囲気温度に基づいて炉温制御を行い、
   前記均熱帯は、当該均熱帯の炉温を計測する温度センサの出力値に基づいてバーナに供給すべき燃料の流量を調整する炉温制御を行なうとともに、前記燃料の流量が、前記圧延材の上反りが発生しやすい所定の流量閾値を超えたときに前記炉温制御を停止し、前記流量閾値より小さな一定の流量設定値となるように前記燃料の流量を調整する燃料流量制御を行なうようにしたことを特徴とする熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止方法。
2. 前記均熱帯は、前記材料の表面を加熱する均熱帯上部ゾーンと、前記材料の裏面を加熱する均熱帯下部ゾーンとを備え、
   前記均熱帯下部ゾーンの炉温を計測する前記温度センサの出力値に基づいて前記炉温制御を行ない、
   前記均熱帯下部ゾーンの前記燃料の流量が増大して前記流量閾値を超えたときに炉温制御を停止し、前記流量閾値より小さな一定の流量設定値に制限する前記燃料流量制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止方法。
3. 材料を加熱する加熱炉と、この加熱炉で加熱した前記材料を圧延して圧延材を形成する圧延機とを備えた熱間圧延ラインにおいて、
   前記加熱炉は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有し、
   前記予熱帯及び前記加熱帯は、それらの炉内雰囲気温度に基づいて炉温制御を行い、
   前記均熱帯は、炉温・燃料流量制御装置を備え、
   当該炉温・燃料流量制御装置は、
   前記均熱帯の炉温を計測する温度センサの出力値に基づいてバーナに供給すべき燃料の流量を調整する制御を行なう炉温制御部と、
   前記燃料の流量が、前記圧延材の上反りが発生しやすい所定の流量閾値を超えたときに前記炉温制御を停止し、前記流量閾値より小さな一定の流量設定値となるように前記燃料の流量を調整する制御を行なう燃料流量制御部と、
   を備えていることを特徴とする熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止装置。
4. 前記均熱帯は、前記材料の表面を加熱する均熱帯上部ゾーンと、前記材料の裏面を加熱する均熱帯下部ゾーンとを備え、
   前記炉温制御部は、前記均熱帯下部ゾーンの炉温を計測する前記温度センサの出力値に基づいて前記バーナに供給すべき燃料の流量を調整し、
   前記燃料流量制御部は、前記均熱帯下部ゾーンの前記燃料の流量が増大して前記流量閾値を超えたときに炉温制御を停止し、前記流量閾値より小さな一定の流量設定値に制限することを特徴とする請求項３記載の熱間圧延ラインにおける圧延材の上反り防止装置。

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