JP5760825B2 - 集塵ファン制御方法および集塵ファン制御システム - Google Patents

Description

本発明は、スカーフィング装置に付帯する集塵機の集塵ファンの運転を制御するための集塵ファン制御方法および集塵ファン制御システムに関する。

連続鋳造により供給されるスラブの表面には、表面割れなどの欠陥が生じることが少なくない。スラブの表面に欠陥が生じたまま圧延を行うと、圧延後にヘゲ疵などが発生して製品欠陥となってしまう場合がある。そのため、圧延前にスラブ表層に形成された表面欠陥を除去するスカーフィングが行われる。

スカーフィングは、スラブの表層に酸素ガスを吹き付けて、鉄と酸素の酸化燃焼反応を利用して、スラブ表層に形成された表面欠陥を溶削するものである。したがって、スカーフィングが行われると、溶融スラグなどを含んだ粉塵が多量に発生する。このような粉塵を含んだまま建屋内の空気を排気してしまうと、周辺環境に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、スカーフィング装置の後段に集塵機を配設し、集塵機を利用して粉塵を集塵した後に排気するようにしている。粉塵を集塵することにより、廃棄物としての粉塵の容積を減らしたり、粉塵を再利用したりすることも可能となる。

集塵機は、付設される集塵ファンを運転することにより粉塵を吸引している。従来、この集塵機用の集塵ファンの運転制御は、運転／停止のいずれか一方に切り替える制御のみが行なわれている。

なお、特許文献１には、集塵ダクト内の粉塵を含んだ排ガスの温度と粉塵量とを測定する器具を設置して、それらの測定値をフィードバックして集塵ファンの回転数をインバータ制御することが記載されている。

特開２００８−６４４３４号公報

しかしながら、集塵ファンの運転／停止の制御のみでは、粉塵の発生量（粉塵量）に関係なく運転されるので、集塵するべき粉塵量（集塵量）にかかわらず集塵ファンが過剰に運転されて運転や保守に無駄なコストがかかる場合があった。一方、特許文献１の方法によれば、温度計や粉塵量を測定する濃度計などの器具を別途必要とし、これらの新たな器具への設備投資や運用・保守にコストがかかることになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、新たな器具などの設備投資を必要とせず簡易に、集塵量に応じた効率的な集塵ファンの運転制御を可能とする集塵ファン制御方法および集塵ファン制御システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る集塵ファン制御方法は、鋳片の溶削時に発生する粉塵を吸引する集塵機の集塵ファンを制御する集塵ファン制御方法であって、温度計および粉塵量を測定する濃度計を不要とし、プロセスコンピュータからの溶削対象の鋳片の性状に関する情報と、予め設定された溶削処理の設定値とを取得する条件取得ステップと、取得された前記溶削対象の鋳片の性状に関する情報と、前記溶削処理の設定値とに基づいて、集塵ファンの集塵量設定値を演算する演算ステップと、演算された前記集塵量設定値に基づいて、集塵ファンのモータの回転周波数の上限値を可変し、集塵ファンを駆動する運転制御ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る集塵ファン制御方法は、上記発明において、前記溶削対象の鋳片の性状に関する情報は、鋳片幅であることを特徴とする。

また、本発明に係る集塵ファン制御方法は、上記発明において、前記溶削処理の設定値は、鋳片に酸素ガスを吹き付ける溶削ノズルに供給する酸素ガスの圧力値であることを特徴とする。

また、本発明に係る集塵ファン制御システムは、鋳片の溶削時に発生する粉塵を吸引する集塵機の集塵ファンを制御する集塵ファン制御システムであって、温度計および粉塵量を測定する濃度計を不要とし、プロセスコンピュータからの溶削対象の鋳片の性状に関する情報と、予め設定された溶削処理の設定値とを取得する条件取得手段と、取得された前記溶削対象の鋳片の性状に関する情報と、前記溶削処理の設定値とに基づいて、集塵ファンの集塵量設定値を演算する演算手段と、演算された前記集塵量設定値に基づいて、集塵ファンのモータの回転周波数の上限値を可変し、集塵ファンを駆動する運転制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、新たな器具などの設備投資を必要とせず簡易に、集塵量に応じた効率的な集塵ファンの運転制御が可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態による集塵ファン制御方法を適用する集塵ファン制御システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施の形態の集塵ファン制御手順の流れを示すフローチャートである。 図３は、溶削ノズルに供給される酸素ガスの圧力値（供給酸素圧力値）とスラブの単位面積あたりの溶削量との関係を示す図である。 図４は、溶削対象のスラブの鋳片幅とスラブの単位長さあたりの溶削量との関係を示す図である。 図５は、集塵ファンの運転制御の概要を例示する図である。 図６は、集塵ファンの回転周波数を変動させた場合の消費電力を例示する図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

まず、図１を参照して、本実施の形態による集塵ファン制御システム１の概略構成について説明する。図１は、本発明の一実施の形態による集塵ファン制御方法を適用する集塵ファン制御システムの概略構成を示す模式図である。この図１に示すように、集塵ファン制御システム１は、スカーフィング装置１０と、電気集塵機２０と、集塵ファン３０と、シーケンサ４０と、を備えている。

スカーフィング装置１０は、溶削ノズル１１を備え、スラブ（鋳片）の表面に溶削ノズル１１を介して高圧酸素ガスを吹きつけて、スラブの表層部の欠陥を溶削する。

電気集塵機２０は、スカーフィング装置１０で発生した粉塵に電圧をかけることにより粉塵をイオン化し、イオン化した粉塵を電極に吸着させることにより集塵する。スカーフィング装置１０はフード１２で覆われ、発生した粉塵を含むフード１２内の空気は電気集塵機２０に吸引される。この際に、電気集塵機２０の後段に付設される集塵ファン３０を運転することで、スカーフィング装置１０で発生した粉塵を含む空気を吸引している。

集塵ファン３０は、モータ３１と、インバータ装置３２と、を備え、インバータ装置３２が所定の周波数にてモータ３１を回転駆動することにより、集塵ファン３０の運転が制御される。

シーケンサ４０は、図示しない制御部を備える。この制御部は、処理プログラム等を記憶したメモリおよび処理プログラムを実行するＣＰＵ等を用いて実現され、前述した集塵ファン制御システム１の各構成部を制御する。また、制御部は、本発明に係る条件取得手段、演算手段、運転制御手段として機能し、後述するように、本実施の形態の集塵ファン制御処理を実行する。

シーケンサ４０は、操作者による入力操作に対応して、制御部に対して各種指示情報を入力する図示しない入力部と、液晶ディスプレイやプリンターなどの図示しない出力部とを備える。

なお、シーケンサ４０は、ＬＡＮやインターネットなどの電気通信回線を介してプロセスコンピュータ５０と通信可能に構成され、プロセスコンピュータ５０からスカーフィング対象のスラブの鋳片幅などのスラブ性状情報を取得する。

図１に示す集塵ファン制御システム１は、シーケンサ４０がスカーフィングに際して取得した情報（鋳片の性状に関する情報、溶削処理の設定値）に基づいて、電気集塵機２０にて必要な集塵量として集塵量設定値を演算し、演算された集塵量設定値に基づいて集塵ファン３０の運転を制御するものである。

ここで、図２のフローチャートを参照して、シーケンサ４０の制御部による集塵ファン制御処理手順について説明する。図２のフローチャートは、例えば、操作者が入力部を操作してスカーフィング開始の指示入力があったタイミングで開始となり、集塵ファン制御処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、制御部が、鋳片の性状に関する情報としての溶削対象のスラブの鋳片幅の情報と、溶削処理の設定値としての溶削ノズル１１に供給される酸素ガスの圧力値（供給酸素圧力値）とを取得する。鋳片幅の情報は、前述したように、プロセスコンピュータ５０から取得される。また、供給酸素圧力値は、スラブの表面の欠陥の状態に応じて予め設定され、例えばスカーフィング開始の指示入力とともに、入力部を介してシーケンサ４０に入力される。なお、これらの情報はスカーフィングに際して溶削処理を制御するシーケンサ４０に当然に入力される情報である。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、集塵ファン制御処理は、ステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、制御部が、先に取得した鋳片幅の情報と供給酸素圧力値とに基づいて、電気集塵機２０の集塵量設定値を演算する。本実施の形態では、集塵量設定値として、制御部が次式（１）に基づいて、集塵ファン３０の回転周波数Ｑ_１を演算する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、集塵ファン制御処理は、ステップＳ３の処理に進む。

ここで、図３および図４を参照して、上記の式（１）の有効性について説明する。図３は、溶削時に溶削ノズルに供給される酸素ガスの圧力値（供給酸素圧力値）とスラブの単位面積あたりの溶削量との関係を示す図である。図４は、溶削対象のスラブの鋳片幅とスラブの単位長さあたりの溶削量との関係を示す図である。この図３および図４に示すように、溶削時の供給酸素圧力値と溶削対象のスラブの鋳片幅とは、それぞれスラブの溶削量と関連性があることがわかる。また、溶削量は粉塵量とほぼ一致する。このため、粉塵量に見合った集塵量（集塵能力）を提供するための集塵ファン３０の回転周波数Ｑ_１は、下限値を２０Ｈｚとして、上記式（１）のように表すことができる。なお、調整係数α，βは、設備や操業の条件に応じて適宜に決定可能な定数である。

ステップＳ３の処理では、制御部が、ステップＳ２の処理により演算された回転周波数をインバータ装置３２に通知して、この回転周波数に基づいて集塵ファン３０の運転を制御する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の集塵ファン制御処理は終了する。

図５に、ステップＳ２の処理により演算された集塵ファン３０の回転周波数による集塵ファン３０の運転制御の概要を例示する。この図５は、集塵ファン３０およびモータ３１の回転周波数に比例する集塵ファン３０のモータ３１の電流値の時系列変化の概要を示している。この図５に示すように、待機中のモータ３１は溶削開始にともなって運転が開始され、モータ３１の回転周波数（またはモータ電流値）が、待機中での下限値から、上限値まで上昇する。そして、溶削終了にともなって開始された所定のタイマーが満了した後に、待機中になる下限値まで、モータ３１の回転周波数（またはモータ電流値）が低下する。ステップＳ２において演算で求められた回転周波数は、集塵ファン３０のモータ３１の回転周波数の上限値を指示するものである。従来の集塵ファン３０のモータ３１の回転周波数の上限値は、定格電流に基づいて一律５０Ｈｚとしていたが、本実施の形態により、この上限値を可変として低減することができた。その結果、過剰な集塵ファン３０の運転を節減できた。なお、モータ３１の回転周波数の下限値は、従来・本実施の形態のいずれの場合にも２０Ｈｚとした。

図６に、本実施の形態により集塵ファン３０の回転周波数を変動させた場合の消費電力を例示する。この図６は、多数のスラブについて、ステップＳ２の処理により演算された回転周波数で集塵ファン３０を運転させた場合の消費電力を算出した結果であり、横軸はスラブの識別番号を示し、縦軸は消費電力を示す。このシミュレーションでは、鋳片幅は平均１３２０ｍｍ、溶削ノズル１１への供給酸素圧力値は平均２１３Ｐａとし、調整係数α＝０．０２，β＝０．０１として上記式（１）により回転周波数を演算した。その結果、図６に示すように、定格電流に基づく回転周波数５０Ｈｚ，消費電力２１４ｋＷ（定格電圧３３００Ｖ，実績定格電流４６．９Ａ）に対して、平均回転周波数は４７Ｈｚ，平均消費電力は１８８ｋＷとなり、約１２％の省電力化が実現された。このように、従来の定格電流による消費電力に比較して、本実施の形態による平均消費電力が低減していることが確認できた。

以上説明したように、本実施の形態の集塵ファン制御方法によれば、スカーフィングに際して取得した情報のみに基づいて、電気集塵機２０にて必要な集塵量を演算して集塵ファン３０の運転を制御するので、新たな器具などの設備投資を必要とせず簡易に、集塵量に応じた効率的な集塵ファン３０の運転制御が可能となる。

なお、上記ステップＳ２の処理では、鋳片の性状に関する情報としての鋳片幅と、溶削処理の設定値としての溶削ノズル１１への供給酸素圧力値とに基づいて、集塵量設定値を求めることとしたが、これに限るものではない。たとえば、鋳片の性状に関する情報として炭素含有量や鋳片温度を適用することも可能である。

また、上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。

１ 集塵ファン制御システム
１０ スカーフィング装置
１１ 溶削ノズル
２０ 電気集塵機
３０ 集塵ファン
３１ モータ
３２ インバータ装置
４０ シーケンサ（制御部）
５０ プロセスコンピュータ

Claims (4)

1. 鋳片の溶削時に発生する粉塵を吸引する集塵機の集塵ファンを制御する集塵ファン制御方法であって、
   温度計および粉塵量を測定する濃度計を不要とし、
   プロセスコンピュータからの溶削対象の鋳片の性状に関する情報と、予め設定された溶削処理の設定値とを取得する条件取得ステップと、
   取得された前記溶削対象の鋳片の性状に関する情報と、前記溶削処理の設定値とに基づいて、集塵ファンの集塵量設定値を演算する演算ステップと、
   演算された前記集塵量設定値に基づいて、集塵ファンのモータの回転周波数の上限値を可変し、集塵ファンを駆動する運転制御ステップと、
   を含むことを特徴とする集塵ファン制御方法。
2. 前記溶削対象の鋳片の性状に関する情報は、鋳片幅であることを特徴とする請求項１に記載の集塵ファン制御方法。
3. 前記溶削処理の設定値は、鋳片に酸素ガスを吹き付ける溶削ノズルに供給する酸素ガスの圧力値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集塵ファン制御方法。
4. 鋳片の溶削時に発生する粉塵を吸引する集塵機の集塵ファンを制御する集塵ファン制御システムであって、
   温度計および粉塵量を測定する濃度計を不要とし、
   プロセスコンピュータからの溶削対象の鋳片の性状に関する情報と、予め設定された溶削処理の設定値とを取得する条件取得手段と、
   取得された前記溶削対象の鋳片の性状に関する情報と、前記溶削処理の設定値とに基づいて、集塵ファンの集塵量設定値を演算する演算手段と、
   演算された前記集塵量設定値に基づいて、集塵ファンのモータの回転周波数の上限値を可変し、集塵ファンを駆動する運転制御手段と、
   を備えることを特徴とする集塵ファン制御システム。

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