JPWO2013030945A1 - 圧延プラントの省エネ装置 - Google Patents
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Abstract
圧延ラインにタンデムに配置され、前記圧延ライン上を搬送される金属材料の圧延材12を圧延する複数の圧延スタンド24と、前記複数の圧延スタンド24の間にそれぞれ設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水するスタンド間冷却装置50とを備える。前記スタンド間冷却装置50のうち、前記圧延ライン上流側に位置するスタンド間冷却装置50からの注水量ほど多く、下流側に位置するスタンド間冷却装置50からの注水量ほど少なく設定されている。
Description
圧延ラインにタンデムに配置され、前記圧延ライン上を搬送される金属材料の圧延材を圧延する複数の圧延スタンドと、
前記複数の圧延スタンドの間にそれぞれ設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水するスタンド間冷却装置と、を備え、
前記スタンド間冷却装置のうち、前記圧延ライン上流側に位置するスタンド間冷却装置からの注水量ほど多く、下流側に位置するスタンド間冷却装置からの注水量ほど少なく設定されていること、を特徴とする。
圧延ライン上を搬送される金属材料の圧延材を圧延する第1圧延スタンドと、
前記第1圧延スタンドの下流に配置された第2圧延スタンドと、
前記第2圧延スタンドの下流に配置された第3圧延スタンドと、
前記第1圧延スタンドと前記第2圧延スタンドとの間に設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水する第1スタンド間冷却装置と、
前記第2圧延スタンドと前記第3圧延スタンドとの間に設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水する第2スタンド間冷却装置と、
前記第2圧延スタンドが前記圧延材を圧延する状態と、前記圧延材を圧延しない状態とを切替可能な使用状態切替手段と、
前記第1圧延スタンドが前記圧延材を圧延し、かつ、前記第2圧延スタンドが前記圧延材を圧延しない状態において、前記第1スタンド間冷却装置からの注水を禁止し、前記第2圧延スタンド間冷却装置からの注水を許可する注水箇所設定手段と、を備えることを特徴とする。
圧延ラインにタンデムに配置され、前記圧延ライン上を搬送される金属材料の圧延材を圧延する複数の圧延スタンドと、
前記複数の圧延スタンドの間にそれぞれ設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水するスタンド間冷却装置と、を備え、
前記スタンド間冷却装置は、その上流側の圧延スタンド出側よりも、下流側の圧延スタンド入側に近い位置に設けられること、を特徴とする。
最終圧延スタンドの下流に配置され、搬送される圧延材に冷却水を注水する複数の注水装置と、
前記複数の注水装置のうち、連続して配置された各注水装置から注水しなければならない制約があるか否かを判定する制約判定手段と、
前記制約がない場合に、前記複数の注水装置のうち、冷却水を注水させる注水装置を、1つ以上の間隔を開けて設定する注水装置間隔設定手段と、を備えることを特徴とする。
圧延ラインに設けられ、圧延材を搬送するテーブルロールと、
前記テーブルロールに向けて冷却水を注水する複数の注水装置と、
前記テーブルロールが前記圧延材を搬送していないアイドリング状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記アイドリング状態である場合に、前記複数の注水装置に前記テーブルロールに向けて間歇的に冷却水を注水させるアイドリング時注水手段と、を備えることを特徴とする。
圧延スタンドに設けられ、金属材料の圧延材を圧延する圧延ロールと、
前記圧延ロールに冷却水を注水するロール冷却装置と、
前記圧延ロールが前記圧延材を圧延していないアイドリング状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記アイドリング状態において、低速回転領域における複数の運転点で、前記圧延ロールを駆動させるための消費電力量をそれぞれ取得する圧延ロール消費電力量取得手段と、
前記アイドリング状態において、前記複数の運転点で、前記ロール冷却装置に冷却水を供給するポンプを駆動させるための消費電力量をそれぞれ取得するポンプ消費電力量取得手段と、
前記アイドリング状態において、前記複数の運転点のうち、前記圧延ロールを駆動させるための消費電力量と、前記ポンプを駆動させるための消費電力量との和が最小となる運転点を選択する運転点選択手段と、を備えることを特徴とする。
図1は、圧延プラントの基本的構成を説明するための図である。図1には、圧延プラントの一例として熱間薄板圧延機10と、これを対象とした冷却水の循環経路の概要が表されている。説明の都合上、図1では熱間薄板圧延機としたが、本発明が適用される圧延プラントはこれに限定されるものではない。本発明は、ほぼ同様の循環系を構成する厚板圧延機等にも適用することができる。また、図1は、循環系を簡略化して表したものであり、実際にはより多くのタンクやピット、ポンプや電動機が配置されている。
次に、各実施の形態に共通する本発明の基本的な考えについて説明する。本発明の基本的な考えは、以下の式に基づく。(1)式は、水冷の熱伝達を表す式である。本説明において、熱伝達とは、被冷却体の表面と冷却水との間における熱エネルギーの移動を意味する。熱伝導とは、被冷却体の内部における熱エネルギーの移動を意味する。
Qw :被冷却体の表面の熱流 [W]
ただし、被冷却体から熱が奪われる場合をQw<0とする。
hw :被冷却体と冷却水の間の熱伝達係数 [W/mm2/K]
Aw :被冷却体の表面積 [mm2]
Tsurf :被冷却体の表面温度 [K]
Tw :冷却水温度 [K]
ρ :被冷却体の密度 [kg/mm3]
CP :被冷却体の比熱 [J/kg/deg]
Vi :i番目の微小体積 [mm3]
Δt :時間変化 [s]
ΣQ :熱流の和。熱流には(1)式のQw以外にも、放射、空冷対流、熱伝導によるものなどがあり、それらをすべて考慮したもの。ただし、被冷却体から熱が奪われる場合をQ<0とする。
(A)被冷却体の表面温度Tsurfと冷却水の温度Twの差を大きくする。
(B)被冷却体と冷却水の間の熱伝達係数hwを大きくする。
(C)被冷却体の表面積Awを大きくする。
実施の形態1乃至4では、被冷却体が圧延材12である場合について説明する。特に、実施の形態1乃至3では、スタンド間冷却装置50による圧延材12の冷却について説明する。実施の形態4では、ROT注水装置54による圧延材の冷却について説明する。
実施の形態5では、被冷却体がテーブルロールの場合について説明する。
実施の形態6では、被冷却体が圧延ロールの場合について説明する。
従来のFDTCにおいては、スタンド間冷却装置50を操作する場合、冷却効率を考慮したり省エネ効果を考慮したりすることなく、FDT目標温度に制御するためのスタンド間冷却装置50からの注水量が決められている。これに対し、本発明の実施の形態1は、スタンド間冷却装置による圧延材の冷却時において、冷却効率の高いタイミングで冷却水を注水することにより、注水量を減らし、冷却水の循環のための消費エネルギーの低減を図るものである。
図6は、本発明の実施の形態2における特徴的構成を説明するための図である。図6は、図1に示す仕上圧延機22の拡大図である。仕上圧延機22には、複数の圧延スタンド24がタンデムに設けられている。以下の説明において、複数の圧延スタンド24を、圧延ライン上流側から順に、第1圧延スタンド24a、第2圧延スタンド24b、第3圧延スタンド24c、・・・と記す。ここでは説明容易のため、仕上圧延機22の最上流に位置する圧延スタンド24を、第1圧延スタンド24aとしているが、本発明はこれに限定されるものでない。例えば、最上流以外に位置する圧延スタンド24を、第1圧延スタンド24aとするものであってもよい。第1圧延スタンド24aにはワークロール26aが、第2圧延スタンド24bにはワークロール26bが、第3圧延スタンド24cにはワークロール26cが設けられている。以下の説明において、ワークロール26a〜26cを特に区別しない場合には、単にワークロール26と記す。
図8は、本発明の実施の形態3における特徴的構成を説明するための図である。図8は、図1に示す仕上圧延機22の拡大図である。図8に示す構成は、図5又は図6で述べた構成と基本的に同様であるが、スタンド間冷却装置50の配置を工夫している点で相違する。例えば、圧延材12が圧延スタンド24aにより圧延された場合、ワークロール26aによっても抜熱されている。そのため、圧延スタンド24aの直後は、圧延材12の表面温度は下がっている。ワークロール26aに接して下がった圧延材12の表面温度が復熱により上昇した後に注水すれば、冷却効率を高めることができる。
CTCにおいては、ROT32のROT注水装置54を操作する場合、圧延材12の冷却パターンが、強度や延性などの材質確保の観点から決められている場合がある。例えば、ROT32の上流側で注水し冷却する前段冷却や、下流側で注水する後段冷却などがある。いわゆる材質厳格材においては、冷却パターンを管理し冷却途中の温度履歴も制御する必要があるが、材質の規格が厳しくない場合も多い。この場合、従来はROT32の出側の温度であるCTの目標値だけが管理されている。これに対し、本実施の形態では、ROT注水装置54による非材質厳格材の冷却時において、冷却効率の高いタイミングで冷却水を注水することにより、注水量を減らし、冷却水の循環のための消費エネルギーの低減を図るものである。
実施の形態5では、テーブルロールを冷却する制御について説明する。高温の圧延材を搬送するテーブルロールには、ロールが高温になり変形することなどを防ぐため、間接冷却水が注水され冷却されている。確かに、圧延材を搬送している状態では、常時注水が必要である。しかしながら、圧延材を搬送していない、いわゆるアイドリング状態の場合においても、従来は、ロールを如何に効率よく冷却するかを考慮することなく、一定の水量で冷却されていた。これに対し、本実施の形態の制御は、アイドリング状態において、冷却効率の高いタイミングでROT注水装置54に間接冷却水を注水させることにより、注水量を減らし、冷却水の循環のための消費エネルギーの低減を図るものである。
実施の形態6では、圧延ロールを冷却する制御について説明する。一般に、高温の圧延材を圧延ロールで圧延する場合、圧延材からの熱によりロール温度が上昇し、熱膨張が起こるため、熱膨張を抑えるべく、またロールを保護するためにロールを冷却する。圧延中は常時、冷却水が注水される必要がある。一方、圧延をしていない、いわゆるアイドリング状態では、圧延間隔によって、冷却水の注水量が増減されることもある。
12 圧延材
14 加熱炉
16、20 スケールブレーカ
18 粗圧延機
22 仕上圧延機
24、24a−24d 圧延スタンド
26、26a−26d ワークロール
28 バックアップロール
30 仕上出側温度計
32 ランアウトテーブル(ROT:Run Out Table)
34 巻き取り温度計
36 巻き取り機
38 タンク
40 浄化・冷却プロセス
42 冷却水ピット
44 ポンプ
46 電動機
48 ロール冷却装置
48a WR冷却装置
48b BUR冷却装置
50、50a−50c スタンド間冷却装置(ISC)
52 冷却バンク
54、54a−54e ROT注水装置
60 制御装置
62、64 テーブルロール
66 テーブルロール冷却装置
Claims (6)
- 圧延ラインにタンデムに配置され、前記圧延ライン上を搬送される金属材料の圧延材を圧延する複数の圧延スタンドと、
前記複数の圧延スタンドの間にそれぞれ設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水するスタンド間冷却装置と、を備え、
前記スタンド間冷却装置のうち、前記圧延ライン上流側に位置するスタンド間冷却装置からの注水量ほど多く、下流側に位置するスタンド間冷却装置からの注水量ほど少なく設定されていること、
を特徴とする圧延プラントの省エネ装置。 - 圧延ライン上を搬送される金属材料の圧延材を圧延する第1圧延スタンドと、
前記第1圧延スタンドの下流に配置された第2圧延スタンドと、
前記第2圧延スタンドの下流に配置された第3圧延スタンドと、
前記第1圧延スタンドと前記第2圧延スタンドとの間に設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水する第1スタンド間冷却装置と、
前記第2圧延スタンドと前記第3圧延スタンドとの間に設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水する第2スタンド間冷却装置と、
前記第2圧延スタンドが前記圧延材を圧延する状態と、前記圧延材を圧延しない状態とを切替可能な使用状態切替手段と、
前記第1圧延スタンドが前記圧延材を圧延し、かつ、前記第2圧延スタンドが前記圧延材を圧延しない状態において、前記第1スタンド間冷却装置からの注水を禁止し、前記第2圧延スタンド間冷却装置からの注水を許可する注水箇所設定手段と、
を備えることを特徴とする圧延プラントの省エネ装置。 - 圧延ラインにタンデムに配置され、前記圧延ライン上を搬送される金属材料の圧延材を圧延する複数の圧延スタンドと、
前記複数の圧延スタンドの間にそれぞれ設けられ、搬送される前記圧延材に冷却水を注水するスタンド間冷却装置と、を備え、
前記スタンド間冷却装置は、その上流側の圧延スタンド出側よりも、下流側の圧延スタンド入側に近い位置に設けられること、
を特徴とする圧延プラントの省エネ装置。 - 最終圧延スタンドの下流に配置され、搬送される圧延材に冷却水を注水する複数の注水装置と、
前記複数の注水装置のうち、連続して配置された各注水装置から注水しなければならない制約があるか否かを判定する制約判定手段と、
前記制約がない場合に、前記複数の注水装置のうち、冷却水を注水させる注水装置を、1つ以上の間隔を開けて設定する注水装置間隔設定手段と、
を備えることを特徴とする圧延プラントの省エネ装置。 - 圧延ラインに設けられ、圧延材を搬送するテーブルロールと、
前記テーブルロールに向けて冷却水を注水する複数の注水装置と、
前記テーブルロールが前記圧延材を搬送していないアイドリング状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記アイドリング状態である場合に、前記複数の注水装置に前記テーブルロールに向けて間歇的に冷却水を注水させるアイドリング時注水手段と、
を備えることを特徴とする圧延プラントの省エネ装置。 - 圧延スタンドに設けられ、金属材料の圧延材を圧延する圧延ロールと、
前記圧延ロールに冷却水を注水するロール冷却装置と、
前記圧延ロールが前記圧延材を圧延していないアイドリング状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記アイドリング状態において、低速回転領域における複数の運転点で、前記圧延ロールを駆動させるための消費電力量をそれぞれ取得する圧延ロール消費電力量取得手段と、
前記アイドリング状態において、前記複数の運転点で、前記ロール冷却装置に冷却水を供給するポンプを駆動させるための消費電力量をそれぞれ取得するポンプ消費電力量取得手段と、
前記アイドリング状態において、前記複数の運転点のうち、前記圧延ロールを駆動させるための消費電力量と、前記ポンプを駆動させるための消費電力量との和が最小となる運転点を選択する運転点選択手段と、
を備えることを特徴とする圧延プラントの省エネ装置。
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