JP6669111B2

JP6669111B2 - 熱間圧延材のトラッキング装置及びトラッキング方法

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Publication number: JP6669111B2
Application number: JP2017060547A
Authority: JP
Inventors: 小林　直人; 直人小林; 飯島　慶次; 慶次飯島; 由佳子片山; 健木津
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: JP2018161668A

Description

本発明は、熱間圧延ラインにおける被圧延材の先端及び尾端の位置をトラッキングする熱間圧延材のトラッキング装置及びトラッキング方法に関する。

熱間圧延ラインでは、搬送される被圧延材の先端及び尾端の位置をトラッキングするために、熱間圧延ラインの所定の位置にトラッキングセンサが設置されている。ここで、トラッキングセンサとしては、ＣＭＤ（Cold Metal Detector）やＨＭＤ（Hot Metal Detector）等が用いられている。ＣＭＤは、レーザー光線の遮光によって被圧延材を検知するセンサであり、ＨＭＤは、通常４００℃以上の物体から発せられる赤外線を受光することによって被圧延材を検知する温度センサである。

トラッキングセンサは、その設置位置を被圧延材の先端が通過するとオフ状態からオン状態へと変化する（オン動作を開始する）ので、それによって被圧延材の先端が通過したことを検知できる。また同様にして、トラッキングセンサは、その設置位置を被圧延材の尾端が通過すると、オン状態からオフ状態へと変化する（オフ動作を開始する）ので、それによって被圧延材の尾端が通過したことを検知できる。

このようなオン／オフ動作によって被圧延材の通過を検知するトラッキングセンサは、水蒸気、光量低下、温度低下、異物混入等の要因によって誤作動を起こすことがある。トラッキングセンサが誤作動を起こすと、トラッキング異常となり、これにより圧延機や冷却装置等の設備の動作やセットアップのタイミングが失われ、突発的にラインを停止させることがあり、最悪の場合は設備を破壊しかねない。

そこで、トラッキングセンサの誤作動に対する対策として、以下の方法（１），（２）が提案されている。

（１）トラッキングセンサの設置箇所に対して、水蒸気による光量低下抑止のためにエアーパージ装置やカバーを増設して外乱影響を抑止する方法。

（２）被圧延材の移動速度を圧延機のロール速度及び前後進率を用いて逐次計算して被圧延材の先端及び尾端の位置をトラッキングする方法（特許文献１参照）。

特開平１０−５８３３号公報

しかしながら、方法（１）によれば、トラッキングセンサ毎に外乱影響抑止用の装置を増設する大幅な改造が必要となり、多額の費用が必要となる。また、方法（２）によれば、位置の計算誤差が生じる可能性がある。さらに、一般に、被圧延材の検知判定に用いられる温度閾値は誤検出低減のために被圧延材が有るときの温度と無いときの温度との中間温度（固定閾値）に設定されるが、熱間圧延ラインでは、圧延機及び冷却装置の入出側において冷却条件に応じて被圧延材の表面温度が５００〜１０００℃の範囲で変動するために、固定閾値では対応できない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、大幅な設備の改造や増設を行うことなく、圧延機及び冷却装置の入出側において外乱影響を抑止して被圧延材の先端及び尾端の位置を精度よくトラッキング可能な熱間圧延材のトラッキング装置及びトラッキング方法を提供することにある。

本発明に係る熱間圧延材のトラッキング装置は、熱間圧延ラインにおける被圧延材の先端及び尾端の位置をトラッキングする熱間圧延材のトラッキング装置であって、圧延機及び冷却装置の入出側の位置における前記被圧延材の表面温度を推定する推定手段と、前記推定手段によって推定された表面温度に応じて変化する浮動温度閾値を算出する算出手段と、前記圧延機及び前記冷却装置の入出側の位置に設置された温度センサを用いて前記被圧延材の温度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された温度と前記浮動温度閾値との大小関係に基づいて前記被圧延材の有無を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る熱間圧延材のトラッキング装置は、上記発明において、前記算出手段は、前記推定手段によって推定された表面温度と前記温度センサの設置位置における温度測定に対する水蒸気の影響を数値化した蒸気影響係数とを用いて、前記浮動温度閾値を算出することを特徴とする。

本発明に係る熱間圧延材のトラッキング装置は、上記発明において、前記推定手段は、前記被圧延材の冷却係数、圧延条件、及び物性値を用いて前記被圧延材の表面温度を推定することを特徴とする。

本発明に係る熱間圧延材のトラッキング方法は、熱間圧延ラインにおける被圧延材の先端及び尾端の位置をトラッキングする熱間圧延材のトラッキング方法であって、圧延機及び冷却装置の入出側の位置における前記被圧延材の表面温度を推定する推定ステップと、前記推定ステップにおいて推定された表面温度に応じて変化する浮動温度閾値を算出する算出ステップと、前記圧延機及び前記冷却装置の入出側の位置に設置された温度センサを用いて前記被圧延材の温度を検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された温度と前記浮動温度閾値との大小関係に基づいて前記被圧延材の有無を判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る熱間圧延材のトラッキング装置及びトラッキング方法によれば、大幅な設備の改造や増設を行うことなく、圧延機及び冷却装置の入出側において外乱影響を抑止して被圧延材の先端及び尾端の位置を精度よくトラッキングすることができる。

図１は、本発明の一実施形態である熱間圧延材のトラッキング装置の構成を示す模式図である。図２は、温度センサによって検出された赤外線の光量から求められる温度の時間変化の一例を示す図である。図３は、本発明の一実施形態であるトラッキング処理の流れを示すフローチャートである。図４は、浮動温度閾値の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である熱間圧延材のトラッキング装置の構成及び動作について説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である熱間圧延材のトラッキング装置の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である熱間圧延材のトラッキング装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である熱間圧延材のトラッキング装置１は、熱間圧延ラインにおける被圧延材Ｓの先端及び尾端の位置をトラッキングする装置であり、複数の温度センサ２ａ〜２ｅと、演算処理部３と、を主な構成要素として備えている。

複数の温度センサ２ａ〜２ｅは、熱間圧延ラインを構成する圧延機１１及び冷却装置１２の入側及び出側に配置されている。複数の温度センサ２ａ〜２ｅは、被圧延材Ｓから放出される赤外線の光量を検出する赤外線センサによって構成されている。複数の温度センサ２ａ〜２ｅは、検出された赤外線の光量を示す検出信号を演算処理部３に出力する。なお、図１中、圧延機１１の入側及び出側には、高圧水を噴射することによって被圧延材Ｓの表面に形成されたスケールを除去するデスケーリング装置１１ａが配設されている。

演算処理部３は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって構成されており、複数の温度センサ２ａ〜２ｅから出力された検出信号を用いて後述するトラッキング処理を実行することによって、被圧延材Ｓの先端及び尾端の位置をトラッキングする。演算処理部３は、本発明に係る推定手段、算出手段、検出手段、及び判定手段として機能する。

次に、図２を参照して、このような構成を有する熱間圧延材のトラッキング装置１における課題について説明する。

図２は、温度センサ２ａ〜２ｅによって検出された赤外線の光量から求められる温度の時間変化の一例を示す図である。図２に示すように、温度センサ２ａ〜２ｅによって検出された赤外線の光量から求められる温度は、温度センサ２ａ〜２ｅの設置位置における被圧延材Ｓの有無と相関関係を有し、被圧延材Ｓが有る場合は高く、被圧延材Ｓが無い場合は低くなる。従って、図２中に一点鎖線で示したような固定した温度閾値（固定温度閾値）を設定することによって被圧延材Ｓの先端及び尾端をトラッキングすることができる。

しかしながら、圧延機１１や冷却装置１２の入側及び出側では水蒸気が発生して赤外線が遮られるために、赤外線の光量の測定値が小さくなる。また、高温材通板後の固定設備への残熱や被圧延材Ｓ表面のスケールが赤外線の光量の測定値にノイズを発生させる場合がある。このため、固定温度閾値を用いて被圧延材Ｓの先端及び尾端をトラッキングした場合には、これらの影響によって被圧延材Ｓの先端及び尾端の位置を誤判定する可能性がある。

そこで、本発明の一実施形態である熱間圧延材のトラッキング装置１では、演算処理部３が以下に示すトラッキング処理を実行することによって、既存の温度センサ２ａ〜２ｅ以外の装置を増設することなく、圧延機１１及び冷却装置１２の入出側において外乱影響を抑止して被圧延材Ｓの先端及び尾端の位置を精度よくトラッキングする。以下、図３及び図４を参照して、本発明の一実施形態であるトラッキング処理について説明する。

図３は、本発明の一実施形態であるトラッキング処理の流れを示すフローチャートである。図４は、浮動温度閾値の一例を示す図である。

図３に示すフローチャートは、熱間圧延ラインに被圧延材Ｓが搬送されたタイミングで開始となり、トラッキング処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、演算処理部３が、上位コンピュータと通信することによって被圧延材Ｓの冷却係数、圧延条件、及び物性値を設定する。被圧延材Ｓの冷却係数としては、被圧延材Ｓの放射率及び熱伝達係数や大気温度等を例示することができる。被圧延材Ｓの圧延条件としては、被圧延材Ｓの摩擦熱量、加工発熱量、圧延パス回数、板厚、及び板幅等を例示することができる。被圧延材Ｓの物性値としては、被圧延材Ｓの比熱及び熱伝導率等を例示することができる。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、トラッキング処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、演算処理部３が、ステップＳ１の処理において設定された情報を用いて伝熱方程式を解くことにより、圧延機１１及び冷却装置１２の入側及び出側における被圧延材Ｓの表面温度Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}を推定計算する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、トラッキング処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、演算処理部３が、ステップＳ２の処理において算出された被圧延材Ｓの表面温度Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}を以下に示す数式（１）に代入することによって、被圧延材Ｓの表面温度Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}に応じて変化する浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）を算出する。ここで、数式（１）中、Ｖは、温度センサ２ａ〜２ｅの設置位置における温度測定に対する水蒸気の影響を数値化した蒸気影響係数であり、外気の温度及び湿度や温度センサ２ａ〜２ｅの設置位置と被圧延材Ｓとの間の距離に応じて変化する。また、Ｔ_０は、被圧延材Ｓが無いときに測定される温度（材なし標準温度値）である。また、αは、設備の経年劣化や光軸ズレ等を補償するための調整パラメータ（閾値設定係数）である。これらの係数の大小関係を模式的に表すと図４に示すようになる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、トラッキング処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、演算処理部３が、温度センサ２ａ〜２ｅから出力される検出信号を用いて温度センサ２ａ〜２ｅの設置位置における温度Ｔを算出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、トラッキング処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、演算処理部３が、ステップＳ４の処理において算出された温度ＴがステップＳ３の処理において算出された浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）以上になったか否かを判別することにより、被圧延材Ｓの先端が通過したか否かを判別する。判別の結果、温度Ｔが浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）以上になった場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、演算処理部３は、被圧延材Ｓの先端が通過したと判断し、トラッキング処理をステップＳ６の処理に進める。一方、温度Ｔが浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）以上になっていない場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、演算処理部３は、被圧延材Ｓの先端が通過していないと判断し、トラッキング処理をステップＳ４の処理に戻す。

ステップＳ６の処理では、演算処理部３が、温度センサ２ａ〜２ｅから出力される検出信号を用いて温度センサ２ａ〜２ｅの設置位置における温度Ｔを算出する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、トラッキング処理はステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、演算処理部３が、ステップＳ６の処理において算出された温度ＴがステップＳ３の処理において算出された浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）未満になったか否かを判別することにより、被圧延材Ｓの尾端が通過したか否かを判別する。判別の結果、温度Ｔが浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）未満になった場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、演算処理部３は、被圧延材Ｓの尾端が通過したと判断し、一連のトラッキング処理を終了する。一方、温度Ｔが浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）未満になっていない場合には（ステップＳ７：Ｎｏ）、演算処理部３は、被圧延材Ｓの尾端が通過していないと判断し、トラッキング処理をステップＳ６の処理に戻す。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態であるトラッキング処理では、演算処理部３が、圧延機１１及び冷却装置１２の入出側の位置における被圧延材Ｓの表面温度Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}を推定し、推定された表面温度Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}に応じて変化する浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）を算出し、圧延機１１及び冷却装置１２の入出側の位置に設置された温度センサ２ａ〜２ｅを用いて被圧延材Ｓの温度Ｔを検出し、検出された温度Ｔと浮動温度閾値Ｔ_Ｔｈ（Ｖ，Ｔ_{ｍｏｄｅｌ}）との大小関係に基づいて被圧延材Ｓの有無を判定する。これにより、大幅な設備の改造や増設を行うことなく、圧延機１１及び冷却装置１２の入出側において外乱影響を抑止して被圧延材Ｓの先端及び尾端の位置を精度よくトラッキングすることができる。

本実施例では、蒸気の影響を受けやすい圧延機の入側に設置した温度測定範囲３５０〜１３００℃の温度センサを用いて、表面温度５８０〜１１００℃の被圧延材１０９本について、トラッキング判定の精度検証を実施した。その結果、従来の固定温度閾値方式では誤判定率は１８％であったのに対して、本発明の浮動温度閾値方式では誤判定率は０％であった。以上のことから、浮動温度閾値を用いることで被圧延材を精度よくトラッキングできることが確認された。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１熱間圧延材のトラッキング装置
２ａ〜２ｅ温度センサ
３演算処理部
１１圧延機
１１ａデスケーリング装置
１２冷却装置
Ｓ被圧延材

Claims

熱間圧延ラインにおける被圧延材の先端及び尾端の位置をトラッキングする熱間圧延材のトラッキング装置であって、
圧延機及び冷却装置の入出側の位置における前記被圧延材の表面温度を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定された表面温度に応じて変化する浮動温度閾値を算出する算出手段と、
前記圧延機及び前記冷却装置の入出側の位置に設置された温度センサを用いて前記被圧延材の温度を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された温度と前記浮動温度閾値との大小関係に基づいて前記被圧延材の有無を判定する判定手段と、
を備え、
前記算出手段は、前記推定手段によって推定された表面温度と前記温度センサの設置位置における温度測定に対する水蒸気の影響を数値化した蒸気影響係数とを用いて、前記浮動温度閾値を算出する
ことを特徴とする熱間圧延材のトラッキング装置。
前記推定手段は、前記被圧延材の冷却係数、圧延条件、及び物性値を用いて前記被圧延材の表面温度を推定することを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延材のトラッキング装置。
熱間圧延ラインにおける被圧延材の先端及び尾端の位置をトラッキングする熱間圧延材のトラッキング方法であって、
圧延機及び冷却装置の入出側の位置における前記被圧延材の表面温度を推定する推定ステップと、
前記推定ステップにおいて推定された表面温度に応じて変化する浮動温度閾値を算出する算出ステップと、
前記圧延機及び前記冷却装置の入出側の位置に設置された温度センサを用いて前記被圧延材の温度を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出された温度と前記浮動温度閾値との大小関係に基づいて前記被圧延材の有無を判定する判定ステップと、
を含み、
前記算出ステップは、前記推定ステップにおいて推定された表面温度と前記温度センサの設置位置における温度測定に対する水蒸気の影響を数値化した蒸気影響係数とを用いて、前記浮動温度閾値を算出するステップを含む
ことを特徴とする熱間圧延材のトラッキング方法。