KR101821089B1 - 압연 시스템 - Google Patents

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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

압연 시스템은, 유도가열 장치(6), 온도 검출기(9) 및 (10), 사상압연기(5), 설정 전력 계산 장치(7)를 구비한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 온도 검출기(9)에 의해 검출된 온도에 의거하여, 상류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 판두께 방향의 온도 분포 패턴을 생성한다. 또한, 설정 전력 계산 장치(7)는, 생성된 온도 분포 패턴에 의거하여, 강재(1)가 상류측 온도 관리 위치로부터 하류측 온도 관리 위치로 이동한 때의 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 체적평균온도를 계산한다. 그리고, 계산된 체적평균온도가 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 목표 온도에 추종하도록, 유도가열 장치(6)에 필요한 전력을 계산한다.

Description

압연 시스템{ROLLING SYSTEM}
본 발명은, 유도가열 장치를 구비한 압연 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 유도가열 장치는 다른 가열 장치와 비교하여, 에너지 절약 성에 우수하다, 급속 가열이 가능하다, 온도 제어성·응답성이 좋다, 작업 환경이 좋다라는 특징이 있다.
압연 라인(예를 들면, 열간 압연 라인)에서 유도가열 장치를 이용함에 의해, 조(粗) 바(rough bar)의 스키드 마크를 저감시킬 수 있고, 재료의 전체 길이에 걸쳐서 판두께 및 판폭의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 가열로로부터의 저온 추출과 유도가열 장치의 서멀 런 다운 보상을 조합시키면, 재료의 선단부터 미단(尾端)까지의 고속 압연이 가능해진다. 유도가열 장치에 의해 재료의 미단의 온도를 상승시키면, 종래에서는 압연이 불가능하였던 재료(예를 들면, 박물(薄物)이며 긴 재료)라도 압연이 가능해진다. 이와 같은 다양한 이점을 갖기 때문에, 설비마다 다양한 유도가열 장치의 사용 방법이 제안되고, 실제로 적용되고 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에, 유도가열 장치에 의해 재료를 가열함에 의해, 유도가열 장치를 통과한 직후의 재료의 표면 온도를 어느 목표 온도 이상으로 하고, 재료의 내부 온도를 어느 목표 온도 이하로 하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 제4631247호
압연 라인에서는, 사상압연기의 출측에서 재료의 온도가 소망하는 범위에 들어가 있는 것이 중요하다. 사상압연기의 출측에서 재료의 온도를 소망하는 범위에 넣기 위해서는, 사상압연기의 입측에서의 재료의 온도를 정확하게 관리하여야 한다. 사상압연기의 입측에서 재료의 온도를 정확하게 제어할 수 있으면, 사상압연기의 출측에서 재료의 온도는 안정된다.
특허 문헌 1은, 사상압연기의 입측에서 재료의 온도를 어떻게 안정시키는지라는 구체적인 내용은 개시하고 있지 않다. 유도가열 장치와 사상압연기와의 사이에는 일정한 거리가 있고, 유도가열 장치를 통과한 후, 재료 내부의 열전도, 반송 테이블의 테이블 롤로의 열빠짐(拔熱), 공기 대류 등에 의해 재료의 온도는 변화해 버린다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어졌다. 본 발명의 목적은, 사상압연기의 입측에서 재료가 최적의 온도가 되도록 유도가열 장치를 제어할 수 있는 압연 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 압연 시스템은, 반송 테이블에 의해 반송되는 재료를 가열하는 유도가열 장치와, 유도가열 장치보다 상류의 제1 위치에서 재료의 온도를 검출하는 제1 온도 검출기와, 유도가열 장치보다 하류에 마련되고, 재료를 압연하는 사상압연기와, 유도가열 장치보다 하류면서 사상압연기보다 상류의 제2 위치에서 재료의 온도를 검출하는 제2 온도 검출기와, 유도가열 장치에 필요한 전력을 계산하는 설정 전력 계산 장치를 구비하고, 설정 전력 계산 장치는, 제1 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 의거하여, 제1 위치에서의 재료의 판두께 방향의 온도 분포 패턴을 생성하는 생성 수단과, 생성 수단에 의해 생성된 온도 분포 패턴에 의거하여, 재료가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동한 때의 제2 위치에서의 재료의 체적평균온도를 계산하는 제1 계산 수단과, 제1 계산 수단에 의해 계산된 체적평균온도가 제2 위치에서의 재료의 목표 온도에 추종하도록, 유도가열 장치에 필요한 전력을 계산하는 제2 계산 수단을 구비하고, 제1 계산 수단은, 재료를 판두께 방향으로 노드 분할하고, 방사(放射) 냉각, 공기 대류에 의한 열빠짐(拔熱), 반송 테이블의 테이블 롤로의 열빠짐, 인접하는 노드 사이의 온도차로부터 생기는 열전도 및 유도가열 장치로부터의 열량 변화에 의거하여 각 노드의 온도 변화를 산출하고, 그 산출 결과에 의거하여 재료의 체적평균온도를 계산하는 것이다.
본 발명에 관한 압연 시스템이라면, 사상압연기의 입측에서 재료가 최적의 온도가 되도록 유도가열 장치를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 압연 시스템을 도시하는 구성도.
도 2는 설정 전력 계산 장치의 동작을 도시하는 플로 차트.
도 3은 유도가열 장치의 직하(直下)에서의 강재의 속도 패턴의 예를 도시하는 도면.
도 4는 강재의 온도 실적치에 의거한 온도 분포 패턴의 생성 방법의 예를 도시하는 도면.
도 5는 강재 단면(斷面)의 노드 분할례를 도시하는 도면.
도 6은 각 설비 위치에서 고려하여야 할 열량 요소를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 2에서의 압연 시스템의 주요부의 구성을 도시하는 도면.
첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 설명한다. 중복되는 설명은, 적절히 간략화 또는 생략한다. 각 도면에서, 동일한 부호는, 동일한 부분 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
실시의 형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 압연 시스템을 도시하는 구성도이다. 압연 라인의 한 예로서, 열간 압연 라인을 나타내고 있다.
열간 압연 라인은, 강재(재료)(1)를 반송 테이블(2)에 의해 반송하면서, 강재(1)를 압연한다. 3은 반송 테이블(2)에 구비된 테이블 롤이다. 테이블 롤(3)은, 전동기(도시 생략)에 의해 구동된다. 강재(1)는 테이블 롤(3)에 실려서, 테이블 롤(3)이 회전함에 의해 그 회전 방향에 응한 방향으로 반송된다. 4는 반송 테이블(2)에 의해 반송되는 강재(1)의 속도를 검출하기 위한 속도 검출기이다. 속도 검출기(4)는, 예를 들면, 테이블 롤(3)의 회전 동력에 의거하여 강재(1)의 반송 속도를 검출한다. 속도 검출기(4)에 의한 속도의 검출 방법은, 이것으로 한정되지 않는다. 속도 검출기(4)는, 검출한 속도의 정보를 설정 전력 계산 장치(7)와 전력 제어 장치(8)에 출력한다.
강재(1)의 압연은, 예를 들면, 조압연기(도시 생략)와 조압연기보다 하류에 마련된 사상압연기(5)에 의해 행하여진다. 열간 압연 라인에 조압연기가 구비되어 있지 않아도 좋다. 강재(1)를 가열하기 위한 유도가열 장치(6)는, 조압연기보다 하류면서 사상압연기(5)보다 상류에 배치된다. 유도가열 장치(6)는, 전자 유도에 의해 강재(1)를 가열한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 유도가열 장치(6)에 필요한 전력을 계산하고, 계산한 전력 패턴을 전력 제어 장치(8)에 출력한다. 전력 제어 장치(8)는, 설정 전력 계산 장치(7)로부터 입력된 전력 패턴대로 유도가열 장치(6)에 전력이 공급되도록, 유도가열 장치(6)에 공급하는 전력을 제어한다.
온도 검출기(9)는, 강재(1)의 온도를 검출한다. 온도 검출기(9)는, 유도가열 장치(6)보다 상류에 설정된 어느 위치를 통과하는 강재(1)의 표면 온도를 검출한다. 온도 검출기(9)에 의해 검출된 강재(1)의 온도의 정보는, 설정 전력 계산 장치(7)에 입력된다.
온도 검출기(10)는, 강재(1)의 온도를 검출한다. 온도 검출기(10)는, 유도가열 장치(6)보다 하류이며 사상압연기(5)보다 상류에 설정된 어느 위치를 통과하는 강재(1)의 표면 온도를 검출한다. 온도 검출기(10)는, 예를 들면, 사상압연기(5)에 들어가기 직전의 강재(1)의 온도를 검출한다. 온도 검출기(10)에 의해 검출된 강재(1)의 온도의 정보는, 설정 전력 계산 장치(7) 및 승온 패턴 설정 결정 장치(12)에 입력된다.
온도 검출기(11)는, 강재(1)의 온도를 검출한다. 온도 검출기(11)는, 사상압연기(5)보다 하류에 설정된 어느 위치를 통과하는 강재(1)의 표면 온도를 검출한다. 온도 검출기(11)는, 예를 들면, 사상압연기(5)로부터 나온 직후의 강재(1)의 온도를 검출한다. 온도 검출기(11)에 의해 검출된 강재(1)의 온도의 정보는, 승온 패턴 설정 결정 장치(12)에 입력된다.
승온 패턴 설정 결정 장치(12)는, 공장 작업자 등이 승온 패턴 설정을 강재(1)의 압연 전에 결정하기 위한 장치이다. 공장 작업자 등에 의해 결정된 승온 패턴 설정의 정보는, 승온 패턴 설정 결정 장치(12)로부터 설정 전력 계산 장치(7)에 출력된다.
온도 검출기(10)에 의해 검출된 온도의 정보와 온도 검출기(11)에 의해 검출된 온도의 정보는, 압연이 행하여질 때마다, 승온 패턴 설정 결정 장치(12)에 입력된다. 승온 패턴 설정 결정 장치(12)에서는, 입력된 온도의 정보를 기억 장치(도시 생략)에 기억한다. 공장 작업자 등은, 승온 패턴 설정을 결정할 때에, 기억 장치에 기억되어 있는 온도의 정보를 참조한다. 또한, 공장 작업자 등은, 강재(1)의 통판성(通板性), 마무리의 온도 제어 및 재질 제어의 관점에서, 강재(1)의 종별(種別)에 의거하여 승온 패턴 설정을 결정한다.
설정 전력 계산 장치(7)는, 온도 검출기(9)에 의해 검출된 강재(1)의 온도와 미리 계산 또는 설정된 강재(1)의 속도 패턴과 승온 패턴 설정 결정 장치(12)로부터 입력된 승온 패턴 설정에 의거하여, 유도가열 장치(6)에 대한 전력 패턴을 계산한다. 전력 제어 장치(8)는, 속도 검출기(4)에 의해 검출된 실제의 반송 속도를 이용하여, 미리 계산된 강재(1)의 속도 패턴과의 편차분(偏差分)을 보정함에 의해, 최종적인 출력 전력을 계산한다.
다음에, 도 2 내지 도 6도 참조하여, 설정 전력 계산 장치(7)의 기능에 관해 구체적으로 설명한다. 도 2는 설정 전력 계산 장치(7)의 동작을 도시하는 플로 차트이다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 도 2에 도시하는 처리를 행하여, 유도가열 장치(6)에 의해 강재(1)의 전체 길이를 적절하게 가열하기 위한 전력 패턴을 결정한다.
설정 전력 계산 장치(7)는, 우선, 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 승온 패턴 설정을 승온 패턴 설정 결정 장치(12)로부터 받아들인다(S1). 하류측 온도 관리 위치는, 강재(1)의 온도를 관리하기 위한 위치이다. 하류측 온도 관리 위치는, 유도가열 장치(6)의 하류, 예를 들면 사상압연기(5)의 입측에 설정된다. 도 1에 도시하는 예에서는, 온도 검출기(10)가 강재(1)의 온도를 검출하는 위치를 하류측 온도 관리 위치로 설정하고 있다.
승온 패턴 설정은, 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도 예측치(평균 온도)로부터의 온도 상승량(평균 온도)으로 정의한다. 이 온도 예측치는, 유도가열 장치(6)에 의한 가열이 행하여지지 않는 경우의 강재(1)의 평균 온도이다. S1에서 설정 전력 계산 장치(7)에 받아들여지는 승온 패턴 설정은, 편차로서의 정보이다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S1에서, 강재(1)의 전체 길이에 대한 승온 패턴 설정을 취득한다.
또한, 강재(1)의 평균 온도는, 다음 식으로 주어진다. 평균 온도란, 강재(1)의 내부 노드의 온도를 체적평균(體積平均)에 의해 구한 온도를 의미한다.
[수식 1]
Figure 112016112086919-pct00001
여기서,
Tva : 체적평균온도
T[i] : 노드(i)의 온도
Vi : 노드(i)의 체적
i : 노드 번호(1, 2, …, 2N-1)이다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S2에서 강재(1)의 속도 패턴을 받아들인다. 도 3은, 반송 테이블(2)에 의해 반송되고 있을 때의 유도가열 장치(6)의 직하에서의 강재(1)의 속도 패턴의 예를 도시한다. 조압연기(또는, 유도가열 장치(6))로부터 사상압연기(5)까지의 강재(1)의 속도 패턴은, 간단한 순서에 의해 미리 계산할 수 있다. 강재(1)의 속도는, 선단(先端)이 사상압연기(5)에 물려들어가면, 사상압연기(5)의 속도에 지배된다. 이 때문에, 강재(1)의 속도 패턴은, 선단이 사상압연기(5)에 물려들어가면, 일반적으로 감속 방향으로 변화한다. 또한, 그 후의 강재(1)의 속도 패턴은, 사상압연기(5)가 가속함에 수반하여, 가속 방향으로 변화한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S2에서, 강재(1)의 전체 길이에 대한 속도 패턴을 취득한다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S3에서, 상류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 판두께 방향의 온도 분포 패턴을 받아들인다. 상류측 온도 관리 위치는, 강재(1)의 온도를 관리하기 위한 위치이다. 상류측 온도 관리 위치는, 유도가열 장치(6)의 상류에 설정된다. 도 1에 도시하는 예에서는, 온도 검출기(9)가 강재(1)의 온도를 검출하는 위치를 상류측 온도 관리 위치로 설정하고 있다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S4에서, 상류측 온도 관리 위치에서 측정된 강재(1)의 온도(실적치)를 받아들인다. 구체적으로, 설정 전력 계산 장치(7)는, 온도 검출기(9)에 의해 검출된 강재(1)의 표면 온도를 S4에서 강재(1)의 온도 실적치로서 받아들인다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S4에서, 강재(1)의 전체 길이에 대한 표면 온도를 취득한다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S5에서, S3에서 취득한 온도 분포 패턴과 S4에서 취득한 온도 실적치를 이용하여, 상류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 판두께 방향의 온도 분포 패턴을 생성한다. S5에서 생성되는 온도 분포 패턴은, 단순한 편차로서의 정보가 아니라, 강재(1)의 실제의 온도를 가미한 정보이다. 도 4에, 강재(1)의 온도 실적치에 의거한 온도 분포 패턴의 생성 방법의 예를 도시한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 예를 들면, S3에서 취득한 온도 분포 패턴 중 강재(1)의 표면에 상당하는 부분의 온도를 온도 검출기(9)에 의해 검출된 표면 온도에 일치시킴에 의해, 온도 실적치에 의거한 온도 분포 패턴을 생성한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S5에서, 강재(1)의 전체 길이에 대한 판두께 방향의 온도 분포 패턴을 생성한다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S6에서, 강재(1)가 상류측 온도 관리 위치로부터 하류측 온도 관리 위치로 이동한 때의 강재(1)의 온도 변화를 계산한다. 이때, 상류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도로서, S5에서 생성한 온도 분포 패턴을 이용한다. 설정 전력 계산 장치(7)가 S6에서 계산하는 온도 예측치(평균 온도)는, 유도가열 장치(6)에 의해 가열이 행하여지지 않는 때의 하류측 온도 관리 위치에서의 온도이다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S6에서, 강재(1)의 전체 길이에 대한 온도 예측을 행한다.
강재(1)의 온도 예측의 계산에서는, 비정상(非定常) 열전도 방정식에 유한차분법(有限差分法)을 적용하여, 예를 들면, 강재(1)의 단면(斷面) 내의 공간과 반송 라인상의 반송시간에 대해 이산화(離散化)하여 계산한다. 도 5에, 강재(1)의 노드 분할례를 도시한다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 강재(1)를 판두께 방향으로 2N-1개의 노드(요소)로 분할한다. 또한, 강재(1)의 길이 방향에 관해서는, 일정 길이의 세그먼트(절판(切板))로 분할한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 각 세그먼트에 관해 판두께 방향의 온도를 계산함에 의해, 강재(1)의 전체 길이에 대한 온도 예측을 행한다.
온도 예측의 계산에서, 가장 외측에 배치된 노드에서는, 강재(1)의 표면을 통하여 외부에 전해지는 열이동을 고려한다. 즉, 노드(1) 및 노드(2N-1)에 관해서는, 방사냉각(Qrad), 공냉각(空冷却)(공기 대류에 의한 열빠짐)(Qconv), 테이블 롤(3)로의 열빠짐(Qroll)을 고려한다. 또한, 각 노드(가장 외측에 배치된 노드를 포함한다)에서는, 인접하는 노드 사이의 온도차로부터 생기는 열전도(Qcond), 유도가열 장치(6)에 의한 열량 변화(Qbh)를 고려한다. 유도가열 장치(6)에 의한 가열이 없는 경우는, Qbh=0으로 하여 계산하면 좋다. 도 6은, 각 설비 위치에서 고려하여야 할 열량 요소를 도시하고 있다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 각 노드의 온도 변화를 산출하면, 그 산출 결과에 의거하여 온도 예측치(평균 온도)를 계산한다.
[수식 2]
Figure 112016112086919-pct00002
Figure 112016112086919-pct00003
다음에, 설정 전력 계산 장치(7)는, 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도 패턴 설정치를 생성한다(S7). S7에서 생성되는 온도 패턴 설정치는, 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 목표 온도이다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S6에서 계산한 온도 예측치(평균 온도)에, S1에서 취득한 승온 패턴 설정(평균 온도)를 서로 더함에 의해, 온도 패턴 설정치(평균 온도)를 산출한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 예를 들면, 각 세그먼트에 관해 온도 패턴 설정치를 산출함에 의해, 강재(1)의 전체 길이에 대한 온도 패턴 설정치의 계산을 행한다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S8에서, 유도가열 장치(6)의 입측에서의 강재(1)의 온도(평균 온도)를 계산한다. 유도가열 장치(6)의 입측의 온도란, 강재(1)가 유도가열 장치(6)에 들어가기 직전의 온도이다. 이때, 상류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도로서, S5에서 생성한 온도 분포 패턴을 이용한다.
또한, 설정 전력 계산 장치(7)는, S9에서, 유도가열 장치(6)의 출측에서 강재(1)의 온도(평균 온도)를 계산한다. 유도가열 장치(6)의 출측의 온도란, 강재(1)가 유도가열 장치(6)로부터 나온 직후의 온도이다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S8에서 얻은 온도 예측치와 유도가열 장치(6)에 공급되는 전력에 의거하여, 유도가열 장치(6)의 출측에서의 강재(1)의 온도를 예측한다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S10에서, 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도(평균 온도)를 계산한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S9에서 얻은 온도 예측치에 의거하여, 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도를 예측한다. S10에서 얻어지는 온도 예측치는, 유도가열 장치(6)에 공급되는 전력을 고려한 경우의 값이다.
즉, 설정 전력 계산 장치(7)는, S8 내지 S10에 도시하는 처리에 의해, 강재(1)가 상류측 온도 관리 위치로부터 하류측 온도 관리 위치로 이동한 때의 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도 예측치(평균 온도)를 얻는다. 이 예측치는, 설정된 전력에 의해 유도가열 장치(6)에 의한 강재(1)의 가열이 행하여진 때의 값이다.
S8 내지 S10에서의 계산은, 상술한 온도 계산의 조합에 의해 행할 수 있다. 유도가열 장치(6)로부터 노드(i)에의 열량 변화는, 예를 들면, 다음 식에 의해 산출된다.
[수식 3]
Figure 112016112086919-pct00004
Figure 112016112086919-pct00005
침투 깊이 계수는, 전류의 침투 깊이를 나타낸다. 침투 깊이 계수는, 예를 들면, 다음 식으로 표시하는 3차함수를 이용하여 구할 수 있다.
[수식 4]
Figure 112016112086919-pct00006
여기서,
i : 노드 번호(1, 2, …, 2N-1)
Ck : 파라미터
x[i] : 노드(i)의 표면부터의 깊이
이다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S11에서, S10에서 구한 강재(1)의 체적평균온도와 S7에서 생성한 온도 패턴 설정치를 비교하여, 그 편차를 구한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 구한 편차가 규정의 범위 내인지의 여부를 판정한다. 구한 편차가 규정의 범위로부터 벗어나고 있는 경우(S11의 No), 설정 전력 계산 장치(7)는, 유도가열 장치(6)에 대한 전력의 설정치를 수정한다(S12).
다음에, 설정 전력 계산 장치(7)는, S12에서 수정한 유도가열 장치(6)의 전력이 리밋 범위 내인지의 여부를 판정한다(S13). 설정 전력 계산 장치(7)는, 유도가열 장치(6)의 전력이 리밋 범위 내라면(S13의 Yes), S12에서 재설정된 유도가열 장치(6)의 전력에 의거하여 S8 내지 S10의 계산을 재차 행한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S10에서 구한 강재(1)의 체적평균온도와 S7에서 생성한 온도 패턴 설정치와의 편차가 규정의 범위에 들어갈 때까지, S8 내지 S13에 도시하는 처리를 반복한다.
설정 전력 계산 장치(7)는, S8 내지 S13에 도시하는 처리를 강재(1)의 전체 길이에 대해 실시한다. 예를 들면, 설정 전력 계산 장치(7)는, 세그먼트(j)(j는 세그먼트 번호)에 대해 S8 내지 S13에 도시하는 처리를 행한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, S11에서 편차가 규정의 범위 내가 되면, 세그먼트(j)에 대한 처리를 종료하고, 그 시점에서의 전력을 세그먼트(j)에 대한 전력으로 설정한다. 또한, S13에서 유도가열 장치(6)의 전력이 리밋 범위로부터 벗어난 경우도 세그먼트(j)에 대한 처리를 종료하고, 그 시점에서의 전력을 세그먼트(j)에 대한 전력으로 설정한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 세그먼트(j)에 대한 처리가 종료되면, 세그먼트 j+1에 대한 처리를 시작한다. 유도가열 장치(6)의 전력 설정이 강재(1)의 전체 길이(모든 세그먼트)에 대해 행하여지면, 설정 전력 계산 장치(7)는, 그 설정한 전력 패턴을 전력 제어 장치(8)에 출력한다.
상기 구성을 갖는 제어 장치라면, 소망하는 승온 패턴 설정을 달성하기 위해 필요한 유도가열 장치(6)의 전력 패턴을 정밀도 좋게 구할 수 있다. 즉, 사상압연기(5)의 입측에서 강재(1)가 최적의 온도가 되도록 유도가열 장치(6)를 적절하게 제어할 수 있다. 이에 의해, 제품의 품질을 향상시킬 수 있고, 부가가치를 높이는 것이 가능해진다.
또한, 설정 전력 계산 장치(7)는, 강재(1)가 사상압연기(5)에 의해 압연되기 전은, 강재(1)의 반송 속도로서 미리 설정된 속도 패턴을 이용하여 강재(1)의 전체 길이에 걸치는 체적평균온도를 계산한다. 또한, 설정 전력 계산 장치(7)는, 사상압연기(5)에 의한 압연이 시작된 후는, 강재(1)의 반송 속도로서 속도 검출기(4)에 의해 검출된 속도를 이용하여 강재(1)의 전체 길이에 걸치는 체적평균온도를 계산한다. 또는, 설정 전력 계산 장치(7)는, 강재(1)의 반송 속도로서 속도 검출기(4)에 의해 검출된 속도와 미리 설정된 속도 패턴과의 쌍방을 이용하여도 좋다. 상기 쌍방의 비율을 시간의 경과와 함께 바꾸고, 그 얻어진 값을 강재(1)의 반송 속도로서 이용하여도 좋다.
또한, 설정 전력 계산 장치(7)는, 하드웨어 자원으로서, 예를 들면 입출력 인터페이스와 CPU와 메모리를 포함하는 회로를 구비한다. 설정 전력 계산 장치(7)는, 메모리에 기억된 프로그램을 CPU에 의해 실행함에 의해, 도 2에 도시하는 각 처리(기능)를 실현한다. 도 2에 도시된 설정 전력 계산 장치(7)가 갖는 각 기능의 일부 또는 전부를 하드웨어에 의해 실현하여도 좋다.
실시의 형태 2.
도 7은, 본 발명의 실시의 형태 2에서의 압연 시스템의 주요부의 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시의 형태에서는, 설정 전력 계산 장치(7)가 학습 기능을 갖는 경우에 관해 설명한다.
실시의 형태 1에서 설명한, 강재(1)가 상류측 온도 관리 위치부터 하류측 온도 관리 위치로 이동할 때의 일련의 온도 계산을 이하와 같이 나타낸다. 하기 식은, 유도가열 장치(6)에 의한 가열이 행하여지는 때의 온도 계산을 나타내고 있다.
[수식 5]
Figure 112016112086919-pct00007
Figure 112016112086919-pct00008
temp_cal{}는, 실시의 형태 1에서 나타낸 비정상 열전도 방정식에 유한차분법을 적용하고, 강재(1)의 단면 내의 공간과 반송 라인상의 반송시간에 대해 이산화 한 일련의 계산식을 나타낸다. 강재(1)의 압연 전(前)은, 상류측 온도 관리 위치에서의 온도 실적치(전(全) 노드의 정보)와 강재(1)의 속도 패턴(각 시각에서의 속도 정보)과 유도가열 장치(6)에서의 전력 설정치를 입력 정보로 하여, 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도(전 노드의 정보)를 계산한다. 이 온도를 여기서는 「온도 계산치」라고 부른다.
한편, 강재(1)의 압연 후도 같은 계산 방법에 의해, 상류측 온도 관리 위치에서의 온도 실적치(전 노드의 정보)와 강재(1)의 속도 패턴 실적치(각 시각에서의 속도 정보)와 유도가열 장치(6)에서의 전력 실적치를 입력 정보로 하여, 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 온도(전 노드의 정보)를 계산할 수 있다. 이 온도를 여기서는 「온도 실적 계산치」라고 부른다.
[수식 6]
Figure 112016112086919-pct00009
Figure 112016112086919-pct00010

[수식 7]
Figure 112016112086919-pct00011
얻어진 예측 오차에 평활화 처리를 시행한 학습항을 Zfet로 하고, 온도 계산 temp_cal{}의 최종 결과에 가한다. 즉, 새로운 온도 계산은, 다음 식으로 표시된다.
[수식 8]
Figure 112016112086919-pct00012
예를 들면, 강재(1)의 압연이 종료된 후, 강재(1)의 종별에 관련시켜서 학습항(Zfet)을 기록한다. 다음회, 같은 종별의 강재를 압연할 때에 이 기록되어 있는 학습항(Zfet)를 판독하여 사용하면 좋다. 또한, 학습항(Zfet)의 이용 방법은 이것으로 한정되지 않는다.
상기 구성을 갖는 제어 장치라면, 강재(1)의 압연 후에, 강재(1)의 온도 및 속도, 및 유도가열 장치(6)의 전력의 각 실적치를 사용하여, 전력 패턴의 계산에 필요한 파라미터를 적절하게 보정할 수 있다. 즉, 설정 전력 계산 장치(7)는, 우선, 온도 검출기(9)에 의해 검출된 강재(1)의 온도와 유도가열 장치(6)에 실제로 공급된 전력에 의거하여 하류측 온도 관리 위치에서의 강재(1)의 표면 온도를 계산한다. 그리고, 그 계산된 표면 온도와 온도 검출기(10)에 의해 검출된 강재(1)의 온도에 의거하여, 체적평균온도를 계산할 때에 사용하는 파라미터를 수정한다. 이에 의해, 다음회 가열 처리를 행할 때에, 전력 패턴을 정밀도 좋게 구할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 유도가열 장치를 구비한 압연 시스템에 적용할 수 있다.
1 : 강재(재료)
2 : 반송 테이블
3 : 테이블 롤
4 : 속도 검출기
5 : 사상압연기
6 : 유도가열 장치
7 : 설정 전력 계산 장치
8 : 전력 제어 장치
9, 10, 11 : 온도 검출기
12 : 승온 패턴 설정 결정 장치

Claims (7)

  1. 반송 테이블에 의해 반송되는 재료를 가열하는 유도가열 장치와,
    상기 유도가열 장치보다 상류의 제1 위치에서 재료의 온도를 검출하는 제1 온도 검출기와,
    상기 유도가열 장치보다 하류에 마련되고, 재료를 압연하는 사상압연기와,
    상기 유도가열 장치보다 하류면서 상기 사상압연기보다 상류의 제2 위치에서 재료의 온도를 검출하는 제2 온도 검출기와,
    상기 유도가열 장치에 필요한 전력을 계산하는 설정 전력 계산 장치를 구비하고,
    상기 설정 전력 계산 장치는,
    상기 제1 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 의거하여, 상기 제1 위치에서의 재료의 판두께 방향의 온도 분포 패턴을 생성하는 생성 수단과,
    상기 생성 수단에 의해 생성된 온도 분포 패턴에 의거하여, 재료가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동한 때의 상기 제2 위치에서의 재료의 체적평균온도를 계산하는 제1 계산 수단과,
    상기 제1 계산 수단에 의해 계산된 체적평균온도가 상기 제2 위치에서의 재료의 목표 온도에 추종하도록, 상기 유도가열 장치에 필요한 전력을 계산하는 제2 계산 수단을 구비하고,
    상기 제1 계산 수단은, 재료를 판두께 방향으로 노드 분할하고, 방사냉각, 공기 대류에 의한 열빠짐, 상기 반송 테이블의 테이블 롤로의 열빠짐, 인접하는 노드 사이의 온도차로부터 생기는 열전도 및 상기 유도가열 장치로부터의 열량 변화에 의거하여 각 노드의 온도 변화를 산출하고, 그 산출 결과에 의거하여 재료의 체적평균온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 압연 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반송 테이블에 의해 반송되는 재료의 속도를 검출한 속도 검출기를 또한 구비하고,
    상기 제1 계산 수단은,
    재료가 상기 사상압연기에 의해 압연되기 전은, 재료의 반송 속도로서 미리 설정된 예측 속도 패턴을 이용하여 재료의 전체 길이에 걸치는 체적평균온도를 계산하고,
    상기 사상압연기에 의한 압연이 시작된 후는, 재료의 반송 속도로서 상기 속도 검출기에 의해 검출된 속도를 이용하여 또는 상기 속도 검출기에 의해 검출된 속도와 상기 예측 속도 패턴과의 쌍방을 이용하여, 재료의 전체 길이에 걸치는 체적평균온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 압연 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    승온 패턴 설정을 결정하기 위한 승온 패턴 설정 결정 장치를 또한 구비하고,
    상기 제2 계산 수단은, 상기 승온 패턴 설정 결정 장치에 의해 결정된 승온 패턴 설정과 상기 유도가열 장치에 의한 가열이 행하여지지 않는 때의 상기 제2 위치에서의 재료의 체적평균온도에 의거하여, 상기 제2 위치에서의 재료의 목표 온도를 설정하는 것을 특징으로 하는 압연 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 계산 수단은, 상기 생성 수단에 의해 생성된 온도 분포 패턴에 의거하여, 상기 유도가열 장치에 의한 가열이 행하여지지 않는 때의 상기 제2 위치에서의 재료의 체적평균온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 압연 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 위치는, 상기 사상압연기의 입측에 근접하는 위치이고,
    상기 제1 계산 수단은, 재료를 길이 방향으로 일정 길이의 세그먼트로 분할한 때의 각 세그먼트에 대해 체적평균온도를 계산하고,
    상기 제2 계산 수단은, 재료의 각 세그먼트에 대해 목표 온도를 설정하는 것을 특징으로 하는 압연 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 계산 수단은, 상기 제1 계산 수단에 의해 계산된 체적평균온도와 상기 제2 위치에서의 재료의 목표 온도와의 차가 기준의 범위로부터 벗어나는 경우는, 상기 제1 계산 수단에, 체적평균온도를 계산할 때에 사용한 전력의 값을 재설정하여 체적평균온도를 재계산시키는 것을 특징으로 하는 압연 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반송 테이블에 의해 반송되는 재료의 속도를 검출하는 속도 검출기를 또한 구비하고,
    상기 제1 계산 수단은, 상기 제1 온도 검출기에 의해 검출된 온도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 속도와 상기 유도가열 장치에 실제로 공급된 전력에 의거하여 상기 제2 위치에서의 재료의 표면 온도를 계산하고, 계산된 표면 온도와 상기 제2 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 의거하여, 체적평균온도를 계산할 때에 사용하는 파라미터를 수정하는 것을 특징으로 하는 압연 시스템.
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