KR20190026880A - 에지 히터 제어 장치 - Google Patents

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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

에지 히터 제어 장치(3)는, 제1 온도 분포 예측부(33), 제2 온도 분포 예측부(34), 공급 에너지 산출부(32)를 구비한다. 제1 온도 분포 예측부(33)는, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값에 기초하여, 에지 히터 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포(제1 온도 분포)를 예측한다. 제2 온도 분포 예측부(34)는, 상기 제1 온도 분포에 기초하여, 압연 스탠드(24)의 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포(제2 온도 분포)를 예측한다. 공급 에너지 산출부(32)는, 압연재(1)가 에지 히터(23)에 도달하기 전에, 상기 제2 온도 분포의 폭 방향 단부에 관한 온도 조건을 만족시키기 위해 필요한, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값을 산출한다.

Description

에지 히터 제어 장치
본 발명은, 압연재의 폭 방향 단부를 가열하는 에지 히터의 에지 히터 제어 장치에 관한 것이다.
압연 라인, 특히 열간 압연 라인에 있어서, 에지 히터는, 압연재의 폭 방향 단부(판 폭 방향 단부)를 가열하기 위해 사용된다. 폭 방향 단부는 온도가 저하되기 쉽고, 온도가 저하되면 강도나 연성과 같은 금속 재료의 재질이 저하된다. 에지 히터에 의한 폭 방향 단부의 가열은, 압연재의 판 폭 방향 전체에 걸쳐 균일한 재질을 얻는 것이 목적이다. 또한, 스테인리스 등의 재료에서는, 폭 방향 단부의 온도 저하에 의해, 폭 방향 단부에 크랙이 발생하여, 압연의 안정성을 저해하거나, 제품이 불량품으로 되거나 하는 경우도 있기 때문에, 이것을 방지하기 위해, 압연재는 에지 히터에 의해 가열·승온된다.
열간 압연에 있어서, 차분법을 이용하여 압연재의 판 폭 방향의 온도 분포를 고정밀도로 계산하는 것을 기재한 특허문헌으로서, 일본 특허 공개 제2015-147216호 공보(특허문헌 1)가 있다. 특허문헌 1은, 판 폭 중앙부의 온도 계산값에 기초하여, 폭 방향의 온도 분포를 근사적으로 계산하는 온도 분포 예측 장치를 개시한다.
일본 특허 공개 제2015-147216호 공보
압연재의 폭 방향 단부의 온도는, 폭 방향 중앙부에 비해 저하되기 쉬워, 재질이 열화되기 쉽다. 그것을 개선하기 위해, 압연 라인에는 에지 히터가 설치된다. 그러나 종래의 에지 히터에 의한 가열 제어는, 시행 착오적으로 정한 전력으로 압연재를 가열하는 것에 불과하여, 재질에 대한 영향이 큰 압연 스탠드 출구측에 있어서의 압연재의 폭 방향 단부의 온도 저하를 충분히 억제할 수 있는 것은 아니었다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 압연재가 에지 히터에 도달하기 전에, 압연 스탠드 출구측에 있어서의 압연재의 폭 방향 단부의 온도 조건을 만족시키기 위해 필요한, 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 결정할 수 있는 에지 히터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 지시 값에 따른 전기 에너지의 공급을 받아 압연재의 폭 방향 단부를 가열하는 에지 히터와, 상기 에지 히터의 하류측에 적어도 하나 마련된 압연 스탠드를 갖는 압연 라인을 위한 에지 히터 제어 장치이며,
상기 에지 히터에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값에 기초하여, 상기 에지 히터 출구측에 있어서의 상기 압연재의 폭 방향 온도 분포(제1 온도 분포)를 예측하는 제1 온도 분포 예측부와,
상기 제1 온도 분포에 기초하여, 상기 압연 스탠드 출구측에 있어서의 상기 압연재의 폭 방향 온도 분포(제2 온도 분포)를 예측하는 제2 온도 분포 예측부와,
상기 압연재가 상기 에지 히터에 도달하기 전에, 상기 제2 온도 분포의 폭 방향 단부에 관한 온도 조건을 만족시키기 위해 필요한, 상기 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 상기 지시 값을 산출하는 공급 에너지 산출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압연재가 에지 히터에 도달하기 전에, 압연 스탠드 출구측에 있어서의 압연재의 폭 방향 단부의 온도 조건을 만족시키기 위해 필요한, 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 결정할 수 있다. 그 때문에, 본 발명에 따르면, 압연 스탠드 출구측에 있어서의 재질의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 압연 라인의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 실시 형태 1에 관한 에지 히터 제어 장치(3)의 기능 블록도이다.
도 3은 제1 공급 에너지 산출부(32) 및 제2 온도 분포 예측부(34)가 실행하는 루틴의 흐름도이다.
도 4는 제1 공급 에너지 산출부(32) 및 제1 온도 분포 예측부(33)가 실행하는 루틴의 흐름도이다.
도 5는 압연재(1)의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제2 온도 분포 예측부(34)에서 압연재(1)의 온도를 계산한 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 유한 요소법에 의한 해석을 위해 메쉬를 절단한 모습을 나타내고 있다.
도 8은 에지 히터 온도 계산 간이 모델(35)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치(3)의 기능 블록도이다.
도 10은 실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치(3)가 실행하는 루틴의 흐름도이다.
도 11은 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지와 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도 관계의 일례를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지와 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도 관계의 일례를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지와 폭 방향 단부의 온도 변화의 관계의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 실시 형태 3에 관한 에지 히터 제어 장치(3)의 기능 블록도이다.
도 15는 실시 형태 3에 관한 에지 히터 제어 장치(3)가 실행하는 루틴의 흐름도이다.
도 16은 각 실시 형태에 관한 에지 히터 제어 장치(3)가 갖는 처리 회로의 하드웨어 구성예를 나타내는 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통되는 요소에는, 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략한다.
실시 형태 1.
<압연 라인의 시스템 구성>
도 1은, 실시 형태 1에 관한 압연 라인의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 있어서, 압연재(1)는, 압연 라인(2)에서 가공되는 동안에 얇게 늘여지고, 폭도 원하는 값으로 제어된다. 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 압연 라인(2)은, 철강의 열간 압연 라인인 것으로 한다. 압연 라인(2)은, 주된 설비로서, 가열로(21), 조압연기(22), 에지 히터(23), 마무리 압연기(24), 냉각 테이블(25), 권취기(26)를 구비한다.
압연재(1)는, 가열로(21)를 나왔을 때는, 예를 들어 두께 250㎜, 폭 800 내지 2000㎜, 길이 5 내지 10m 정도의 슬래브라고 불리는 직육면체 형상으로 성형된 철 덩어리이다. 슬래브는 가열로(21)에서 가열되어, 약 1200℃에서 가열로(21)로부터 추출된다. 조압연기(22)는 1기 내지 3기로 구성되는 경우가 많고, 순방향(상류로부터 하류로), 역방향(하류로부터 상류로)으로 복수 패스 압연한다. 조압연기(22)에 에저라고 불리는, 폭을 조정하는 장치가 부속되는 경우도 있다.
에지 히터(23)는, 조압연기(22)와 마무리 압연기(24) 사이에 설치되고, 압연재(1)의 폭 방향 단부를 가열하기 위한 장치이다. 또한, 압연재의 선단 및 미단을 잘라내는 크롭 시어, 압연재의 표면에 생기는 산화막을 고압수로 제거하는 스케일 브레이커, 폭 방향 전부를 가열하는 바 히터 등이, 조압연기(22)와 마무리 압연기(24) 사이에 설치되는 경우도 있다.
에지 히터(23)의 하류에 마련된 마무리 압연기(24)는, 복수의 압연 스탠드를 구비하고, 상류로부터 하류로 일방향의 압연을 행하여, 압연재(1)의 판 두께, 판 폭 등의 사이즈에 관한 최종 품질을 결정짓는다. 압연재(1)의 온도는, 마무리 압연기(24)의 출구측에서는, 약 900℃이다. 압연 스탠드에는 압연 롤, 지지 롤 등의 장치가 있다. 상하의 압연 롤에 의해 압연재(1)가 압연된다. 이때, 압연재(1)의 열은 압연 롤이나, 압연재(1)에 직접 분사되는 냉각수에 의해 방출된다. 폭 방향 단부에서는, 폭 방향 중앙부보다 물이나 공기와 접촉하는 면적이 크기 때문에, 열이 방출되기 쉬워, 온도가 낮아지기 쉽다.
냉각 테이블(25)은, 압연재(1)에 주수하여 온도를 낮춘다. 권취기(26)에 의해 코일형으로 감기기 전의 온도는, 특수강 등 낮은 경우에 200℃, 보통강에서는, 600℃ 전후이다.
에지 히터(23)는, 에지 히터 제어 장치(3)에 접속되어 있다. 에지 히터 제어 장치(3)는, 조압연기(22)와 에지 히터(23) 사이에 마련된 에지 히터 입구측 온도계(27) 및 상위 계산기(5)에 접속되어 있다.
<실시 형태 1에 관한 에지 히터 제어 장치>
도 2를 사용하여, 실시 형태 1에 관한 에지 히터 제어 장치(3)의 전체 개요를 설명한다. 도 2는, 실시 형태 1에 관한 에지 히터 제어 장치(3)의 기능 블록도이다.
실시 형태 1에 관한 에지 히터 제어 장치(3)는, 데이터 취득부(31), 제1 공급 에너지 산출부(32), 제1 온도 분포 예측부(33), 제2 온도 분포 예측부(34)를 구비한다.
데이터 취득부(31)는, 상위 계산기(5)로부터 압연재(1)에 관한 각종 데이터(압연재(1)의 강종·두께·반송 속도, 마무리 압연기(24)의 제어량, 마무리 압연기(24)의 최종 압연 스탠드 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 단부의 온도 조건 등)를 취득한다. 또한, 데이터 취득부(31)는, 에지 히터 입구측 온도계(27)로부터, 에지 히터(23)의 입구측에 있어서의 압연재(1)의 초기 온도를 취득한다.
제1 온도 분포 예측부(33)는, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값에 기초하여, 에지 히터 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포(이하, 「제1 온도 분포」라고 기재함)를 예측한다.
제2 온도 분포 예측부(34)는, 제1 온도 분포에 기초하여, 마무리 압연기(24)의 최종 압연 스탠드 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포(이하, 「제2 온도 분포」라고 기재함)를 예측한다.
에지 히터 제어 장치(3)는, 압연재(1)가 에지 히터(23)에 도달하기 전에, 제2 온도 분포의 폭 방향 단부에 관한 온도 조건을 만족시키기 위해 필요한, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값을 산출한다.
실시 형태 1에 관한 시스템의 목적은, 마무리 압연기(24)의 최종 압연 스탠드 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포의 폭 방향 단부의 목표 온도, 즉 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 목표 온도가, 온도 조건으로서 부여된 경우에, 이 목표 온도를 달성하기 위해 필요한 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값을 구하는 것이다.
이 목적을 실현하기 위해, 실시 형태 1에 관한 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 압연재(1)가 에지 히터(23)에 도달하기 전에, 이하의 (1) 내지 (3)의 처리를 실행한다.
(1) 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 상술한 온도 조건으로서, 제2 온도 분포의 폭 방향 단부에 있어서의 목표 온도를 취득한다. 이 목표 온도는, 데이터 취득부(31)를 통해 상위 계산기(5)로부터 부여된다. 또한, 압연재(1)의 판 폭 방향 전체에 걸쳐 균일한 재질을 얻기 위해, 목표 온도로는, 제2 온도 분포의 폭 방향 중앙부에 가까운 온도가 설정된다. 또한, 목표 온도는 폭 방향 단부의 한 점에 대해 설정되어도 되고, 복수 점에 대해 설정되어도 된다. 또한, 대표값이어도 된다.
(2) 다음으로, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 제2 온도 분포 예측부(34)를 사용하여, 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도가, (1)에서 취득한 목표 온도를 만족시키기 위해 필요한 제1 온도 분포를 산출한다.
(3) 그 후, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 제1 온도 분포 예측부(33)를 사용하여, (2)에서 산출된 제1 온도 분포를 만족시키기 위해 필요한, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값을 산출한다.
이때, 제2 온도 분포 예측부(34)는, 일반적으로는, 압연재(1)의 온도를 상류측으로부터 하류측을 향해 계산한다. 고정밀도의 온도 계산을 행하는 경우는, 차분법 등을 이용하여, 압연재(1)를 작은 부분으로 나누고, 그 부분의 열의 출입을 수식으로 기술한다. 이 방법을 사용하는 경우, (2)에 있어서, 제2 온도 분포로부터 제1 온도 분포를, 즉 하류측으로부터 상류측을 향해 온도 분포를 한 번에 계산하는 것은 불가능하다. 또한, 간편한 온도 모델을 사용하면, 하류측으로부터 상류측을 향해 한 번에 계산하는 것은 가능한 경우도 있지만, 온도 모델의 정밀도를 유지할 수 없는 경우가 많다.
<제1 온도 분포의 목표 분포를 산출하는 처리의 흐름>
그래서 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 이하의 반복 계산을 하여, 에지 히터 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포(제1 온도 분포)의 목표 분포를 산출한다. 도 3을 참조하여, 상기 (2)의 처리에 대해 설명한다.
도 3은, 제1 공급 에너지 산출부(32) 및 제2 온도 분포 예측부(34)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 본 루틴은, 압연재(1)가 에지 히터(23)에 도달하기 전에 실행된다.
도 3에 나타낸 루틴에서는, 먼저 스텝 S100에 있어서, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 제1 온도 분포의 임시 목표 분포를 설정한다.
다음으로 스텝 S110에 있어서, 제2 온도 분포 예측부(34)는, 스텝 S100에서 설정한 임시 목표 분포에 기초하여, 후술하는 두께 폭 방향 온도 모델(36)을 사용하여, 마무리 압연기 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포(제2 온도 분포)를 계산한다.
다음으로 스텝 S120에 있어서, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 스텝 S110에 의해 산출된 제2 온도 분포에 관하여, 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도가 목표 온도 범위 내인지 아닌지를 판정한다. 목표 온도 범위는, 상기 (1)에 있어서 취득한 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 목표 온도에, 오차 범위(±α)를 가미한 온도 범위이다.
스텝 S120에 있어서의 판정 조건이 성립되지 않는 경우는, 스텝 S100으로 되돌아가, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 제1 온도 분포의 임시 목표 분포를 적정한 방향으로 조금 변경한다. 구체적으로는, 스텝 S110에 의해 산출된 제2 온도 분포의, 폭 방향 단부의 온도가 목표 온도 범위보다 낮은 경우에는, 임시 목표 분포의 차회 값을 전회 값보다 높게 설정한다. 한편, 목표 온도 범위보다 높은 경우에는, 임시 목표 분포의 차회 값을 전회 값보다 낮게 설정한다. 임시 목표 분포는, 스텝 S120의 판정 처리가 성립될 때까지 반복 갱신된다.
스텝 S120에 있어서의 판정 조건이 성립되는 경우는, 다음으로 스텝 S130의 처리로 진행한다. 스텝 S130에 있어서, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 임시 목표 분포를 제1 온도 분포의 목표 분포로 결정한다. 그 후, 도 4에 나타낸 루틴이 실행된다.
<에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 산출하는 처리의 흐름>
상기 (2)와 마찬가지로, 상기 (3)의 계산에 있어서도, 제1 온도 분포의 목표 분포로부터 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를, 하류측으로부터 상류측을 향해 한 번에 계산하는 것은 불가능하다. 그래서 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 이하의 반복 계산을 하여, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 산출한다. 도 4를 참조하여, 상기 (3)의 처리에 대해 설명한다.
도 4는, 제1 공급 에너지 산출부(32) 및 제1 온도 분포 예측부(33)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 본 루틴은, 도 3에 나타낸 루틴의 실행 후이면서 압연재(1)가 에지 히터(23)에 도달하기 전에 실행된다.
도 4에 나타내는 루틴에서는, 먼저 스텝 S140에 있어서, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 임시 값을 설정한다.
다음으로 스텝 S150에 있어서, 제1 온도 분포 예측부(33)는, 스텝 S140에서 설정한 임시 값에 기초하여, 후술하는 에지 히터 온도 계산 간이 모델(35)을 사용하여, 제1 온도 분포를 계산한다.
다음으로 스텝 S160에 있어서, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 스텝 S150에 의해 산출된 제1 온도 분포가, 상기 (2)에 있어서 결정한 제1 온도 분포의 목표 분포에 일치 또는 충분히 근접하였는지 아닌지를 판정한다. 예를 들어, 산출된 제1 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도가, 제1 온도 분포의 목표 분포에 있어서의 폭 방향 단부의 목표 온도 범위 내인지 아닌지를 판정한다. 목표 온도 범위는, 제1 온도 분포의 목표 분포의 폭 방향 단부의 온도에 오차 범위(±β)를 가미한 온도 범위이다.
스텝 S160에 있어서의 판정 조건이 성립되지 않는 경우는, 스텝 S140으로 되돌아가, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 임시 값을 적정한 방향으로 조금 변경한다. 구체적으로는, 스텝 S150에 있어서 산출된 제1 온도 분포의, 폭 방향 단부의 온도가 목표 온도 범위보다 낮은 경우에는, 임시 값의 차회 값을 전회 값보다 높게 설정한다. 한편, 목표 온도 범위보다 높은 경우에는, 임시 값의 차회 값을 전회 값보다 낮게 설정한다. 임시 값은, 스텝 S160의 판정 처리가 성립될 때까지 반복하여 갱신된다.
스텝 S160에 있어서의 판정 조건이 성립되는 경우는, 다음으로 스텝 S170의 처리로 진행한다. 스텝 S170에 있어서, 제1 공급 에너지 산출부(32)는, 임시 값을 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값으로 결정한다.
그 후, 에지 히터 제어 장치(3)는, 에지 히터(23)에 지시 값을 송신하고, 에지 히터(23)는 지시 값에 따른 전기 에너지의 공급을 받아 압연재(1)의 폭 방향 단부를 가열한다.
또한, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 지시 값은, 전력 값 외에, 전압값, 전류값 등이어도 되고, 에지 히터(23)의 입력에 맞추는 것으로 한다.
<두께 폭 방향 온도 모델>
다음으로, 도 5를 참조하여 두께 폭 방향 온도 모델(36)에 대해 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 온도 분포 예측부(34)는, 두께 폭 방향 온도 모델(36)과 연계하여, 온도 계산을 행한다.
도 5는, 압연재(1)의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 단면도이다. 두께 폭 방향 온도 모델(36)은, 압연재(1)의 길이 방향에 수직인 단면의 두께 방향 및 폭 방향의 온도 분포를, 재 내부의 열전도 및 재 표면과 외계의 열전달을 감안한 차분법을 이용하여 정한 모델이다. 도 5에 나타낸 바와 같이 단면은, 복수의 직사각형 요소로 분할되어 있다. 도 5 내의 흑색점은, 차분법으로 온도를 계산하는 포인트를 나타내며 노드라고 칭한다. 노드 사이에서의 열전도 및 노드와 외계(공기나 물)의 열전달은 이하의 수식으로 기술되고, 이들에 기초하여 온도의 변화가 계산된다.
상술한 열전도란, 강판 내부에 있어서의 열의 이동을 나타내며, (1)식으로 표현된다.
Figure pct00001
여기서, 노드 No.i와 No.i+1은 인접하는 노드로 하고,
Qi →i+1 : 노드 No.i로부터 No.i+1로의 열류 [W]
k : 열전도율 [W/(mmK)]
Ai →i+1 : 노드 No.i와 No.i+1이 접촉하는 면적 [㎟]
Ti : 노드 No.i의 온도 [K]
d : 노드간 거리 [㎜]
(1)식은, 압연 롤과 압연재(1) 사이의 열의 이동의 기술에도 사용된다.
또한, 상술한 열전달은, 강판과 외계의 열의 이동을 나타내며, 방사에 의한 열전달, 공랭 대류에 의한 열전달, 수랭 대류에 의한 열전달이 있다.
방사에 의한 열전달은, (2)식으로 표현된다. 이하, 열류가 음수인 경우, 노드로부터 열이 빼앗기는 것을 나타낸다.
Figure pct00002
여기서,
Qrad : 압연재 표면의 방사에 의한 열류 [W]
ε : 압연재의 방사율 [－]
Arad : 압연재의 계산 대상 부분의 표면적 [㎟]
σ : 스테판·볼츠만 상수 [W/㎟/K4]
Tsurround : 주위 온도 [K]
Tsurf : 압연재의 계산 대상 부분의 표면 온도 [K]
공랭 대류에 의한 열전달은, (3)식으로 표현된다.
Figure pct00003
여기서,
Qa : 압연재 표면의 공랭 대류에 의한 열류 [K]
ha : 압연재와 주위 공기 사이의 열전도 계수 [W/㎟/K]
Aa : 압연재의 계산 대상 부분의 표면적 [㎟]
Tsurf : 압연재의 계산 대상 부분의 표면 온도 [K]
Ta : 공기 온도 [K]
수랭 대류에 의한 열전달은, (4)식으로 표현된다.
Figure pct00004
여기서,
Qw : 압연재 표면의 수랭 대류에 의한 열류 [W]
hw : 압연재와 냉각수 사이의 열전도 계수 [W/㎟/K]
Aw : 압연재의 계산 대상 부분의 표면적 [㎟]
Tsurf : 압연재의 계산 대상 부분의 표면 온도 [K]
Tw : 냉각수 온도 [K]
압연재(1)의 온도에 영향을 미치는 요소로서, 상하의 압연 롤에 의해 가공될 때에 발생하는 가공 발열, 압연 롤과 압연재 사이의 마찰에 의한 발열 등이 있기 때문에, 이 요소들도 고려해야 한다.
하나의 노드에 대해 모든 열류를 기술하고, 다음 (5)식으로 노드 No.i의 온도의 변화 ΔTi를 계산한다.
Figure pct00005
여기서,
ρ : 피냉각체의 밀도 [㎏/㎣]
Cρ : 피냉각체의 비열 [J/㎏/deg]
Vi : 노드 No.1의 미소 체적 [㎣]
Δt : 시간 변화 [s]
ΣQ : 열류의 합
제2 온도 분포 예측부(34)는, 상술한 열류의 계산 및 열류를 사용한 온도의 계산을, 에지 히터(23)로부터 마무리 압연기(24)의 출구측까지 반복한다.
도 6은, 제2 온도 분포 예측부(34)에서 압연재(1)의 온도를 계산한 일례를 나타내는 그래프이다. 에지 히터(23)보다 하류이면서 마무리 압연기(24)의 입구측에 있는 온도계 FET로부터, 마무리 압연기(24)의 출구측에 있는 온도계 FDT까지의 압연재(1)의 온도 변화를 나타낸다. 에지 히터(23)로 폭 방향 단부를 가열하여, FET의 위치에서는 폭 방향 단부의 온도가 상승하고 있다. FDT의 위치에서도 폭 방향 단부의 온도 강하는, 에지 히터(23)로 가열하지 않은 경우보다 억제되어 있다.
<에지 히터 온도 계산 간이 모델>
다음으로, 도 7, 도 8을 사용하여, 에지 히터 온도 계산 간이 모델(35)에 대해 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 온도 분포 예측부(33)는, 에지 히터 온도 계산 간이 모델(35)과 연계하여, 상위 계산기(5) 및 에지 히터 입구측 온도계(27)로부터 취득한 압연재(1)에 관한 각종 데이터나 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지에 기초하여, 에지 히터 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포(제1 온도 분포)를 산출한다.
에지 히터(23)는, 유도 가열에 의해 압연재(1)를 가열한다. 에지 히터(23)에 의해 발생한 자계의 영향을 받아, 압연재(1)의 폭 방향 단부에 전류가 흐르면, 압연재(1)는 발열한다. 이 때문에, 모델화를 위해서는, 에지 히터(23)에서 발생하는 자계의 해석과, 자계의 영향을 받아 압연재(1)에 전류가 흐름으로써 발생하는 열의 해석이 필요해진다. 전자계 해석과 열전도 해석에는, 일반적으로 유한 요소법이 적용되지만, 그 해석에는 매우 긴 시간이 걸린다. 도 7은, 유한 요소법에 의한 해석을 위해 메쉬를 절단한 모습을 나타내고 있다. 해석 시간을 단축하기 위해서는, 유한 요소법에 의한 전자계 해석과 열전도 해석의 결과(오프라인에서 구축된 상세 모델)를 간이화한 모델로 나타내고, 온라인 제어 등에 이용할 필요가 있다.
도 8은, 에지 히터 온도 계산 간이 모델(35)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8은, 도 7의 해석 결과를 간이화한 것으로, 예를 들어 에지 히터(23)에 임의의 전력을 부여하였을 때의, 압연재(1)의 초기 온도 및 두께에 따른, 폭 방향 단부의 승온량을 나타내고 있다. 도 8에는, 압연재(1)의 두께가 얇을수록 폭 방향 단부의 승온량이 크고, 압연재(1)의 초기 온도가 낮을수록 폭 방향 단부의 승온량이 큰 관계가 나타나 있다. 실제로는, 압연재(1)의 강종, 반송 속도 등도 파라미터로서 고려해야 하기 때문에, 간이 모델의 모든 파라미터를 3차원의 그래프로 나타낼 수는 없다. 에지 히터 온도 계산 간이 모델(35)은, 몇 개의 2차원(평면)을 조합한 모델로 나타낼 수 있다.
구체적으로는, 에지 히터 온도 계산 간이 모델(35)은, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지, 에지 히터 입구측에 있어서의 압연재(1)의 초기 온도, 판 두께, 강종, 반송 속도를 포함하는 입력 파라미터와, 에지 히터(23)에 의해 가열되는 압연재(1)의 승온량을 나타내는 출력 파라미터를 관련지은 모델이다. 이 모델은, 예를 들어 수식이나 맵으로 정해진 간이 모델이다. 간이 모델을 미리 준비해 두고, 온라인 계산에 사용함으로써, 제어 시의 계산 시간을 대폭 단축할 수 있다.
<효과>
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 1에 관한 에지 히터 제어 장치(3)에 의하면, 압연재가 에지 히터에 도달하기 전에, 마무리 압연기(24)의 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 단부의 목표 온도를 만족시키기 위해 필요한, 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 결정할 수 있다. 재질에 큰 영향을 미치는 마무리 압연기(24)의 출구측에 있어서, 압연재(1)의 폭 방향 단부의 온도를 적절하게 제어할 수 있기 때문에, 재질의 저하를 억제할 수 있다.
<변형예>
그런데 상술한 실시 형태 1의 시스템에서는, 에지 히터 입구측 온도계(27)가 설치되어 있지만, 에지 히터 입구측 온도계(27)가 설치되어 있지 않은 경우도 있다. 에지 히터 입구측 온도계(27)가 설치되어 있지 않은 경우는, 조압연기(22)의 제어를 위해 산출하는 압연재(1)의 온도 예측값을 사용하여 에지 히터 입구측 온도를 예측할 수 있다. 상술한 에지 히터(23)의 입구측에 있어서의 압연재(1)의 초기 온도는, 이 예측 온도로 대용된다. 또한, 이 점은 이하의 실시 형태에서도 마찬가지이다.
실시 형태 2.
다음으로, 도 9 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시 형태 2에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 시스템은 도 1 및 도 9에 나타낸 구성에 있어서, 에지 히터 제어 장치(3)에 후술하는 도 10의 루틴을 실행시킴으로써 실현할 수 있다.
상술한 실시 형태 1에서는, 온도 조건으로서, 마무리 압연기(24)의 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 온도 분포(제2 온도 분포)의 폭 방향 단부의 목표 온도가 부여되는 것을 전제로 하였다. 그러나 모든 압연재(1)에 대해, 그 목표 온도가 부여되는 것만은 아니다. 예를 들어, 고급 강판의 압연에서는 그 목표 온도가 부여되기는 하지만, 보통강에서는 부여되지 않는 경우도 있다. 그래서 실시 형태 2에서는, 목표 온도가 부여되지 않는 경우에, 에지 히터(23)에서 소비하는 에너지를 효율적으로 사용하도록, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 지령값을 결정한다.
<실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치>
도 9를 사용하여, 실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치(3)의 전체 개요를 설명한다. 도 9는, 실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치(3)의 기능 블록도이다.
실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치(3)는, 실시 형태 1에서 설명한 데이터 취득부(31), 제1 온도 분포 예측부(33), 제2 온도 분포 예측부(34) 외에도, 제2 공급 에너지 산출부(37), 가열 모드 선택부(38), 제1 가열 모드 계산부(39), 제2 가열 모드 계산부(40)를 구비한다.
제2 공급 에너지 산출부(37)는, 제1 온도 분포 예측부(33) 및 제2 온도 분포 예측부(34)를 사용하여, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값과, 당해 임시 값에 따른 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 예측 온도의 관계를 산출한다. 또한, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 제1 가열 모드 계산부(39) 또는 제2 가열 모드 계산부(40)에 의해 산출된 임시 값을, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값으로 한다.
이하, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값을, 단순히 「임시 값」이라고도 기재하고, 임시 값에 따른 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 예측 온도를, 단순히 「예측 온도」라고도 기재한다.
가열 모드 선택부(38)는, 데이터 취득부(31)에 의해 취득된 강종을 포함하는 데이터에 기초하여, 제1 가열 모드와 제2 가열 모드 중 어느 한쪽을 선택한다.
제1 가열 모드 계산부(39)는, 제1 가열 모드가 선택된 경우에, 제2 공급 에너지 산출부(37)에 의해 산출된 관계에 기초하여, 예측 온도가 최대가 되는 임시 값을 산출한다.
제2 가열 모드 계산부(40)는, 제2 가열 모드가 선택된 경우에, 제2 공급 에너지 산출부(37)에 의해 산출된 관계에 기초하여, 임시 값의 상승에 따른 예측 온도의 온도 상승률이 소정의 양의 값 이상이고, 또한 그 중에서 예측 온도가 최대가 되는 임시 값을 산출한다.
<실시 형태 2에 있어서의 처리의 흐름>
도 10 내지 도 13을 참조하여, 제2 압연 분포의 목표 온도가 부여되지 않는 경우에, 실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치(3)가 실행하는 에너지 효율을 고려한 처리에 대해 설명한다.
도 10은, 실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치(3)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 본 루틴은, 압연재(1)가 에지 히터(23)에 도달하기 전에 실행된다.
도 10에 나타낸 루틴에서는, 먼저 스텝 S200에 있어서, 데이터 취득부(31)는, 압연재(1)에 관한 각종 데이터(압연재(1)의 강종·두께·반송 속도, 마무리 압연기(24)의 제어량, 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도 조건, 에지 히터 입구측에 있어서의 압연재(1)의 초기 온도 등)를 취득한다.
다음으로 스텝 S205에 있어서, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지의 임시 값을 N개(N＞2) 결정한다. 실시 형태 2에서는, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 제1 온도 분포 예측부(33) 및 제2 온도 분포 예측부(34)를 사용하여, 전기 에너지의 임시 값에 따른 제2 온도 분포를 계산하는 처리를 N회 반복한다(스텝 S210 내지 S225).
스텝 S210에 있어서, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 반복 횟수의 카운터 i(초기값 0)를 인크리먼트한다. 제i 번째의 전기 에너지를 나타내는 임시 값이 설정된다.
스텝 S215에 있어서, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 제1 온도 분포 예측부(33)를 사용하여, 제i 번째의 전기 에너지를 나타내는 임시 값에 기초하여 제1 온도 분포를 예측한다.
스텝 S220에 있어서, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 제2 온도 분포 예측부(34)를 사용하여, 제1 온도 분포에 기초하여 제2 온도 분포를 예측한다.
스텝 S225에 있어서, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 카운터 i가 N 이상인지 아닌지를 판정한다. 카운터 i가 N 미만인 경우에는, 스텝 S210의 처리로 되돌아간다. 카운터 i가 N 이상인 경우에는, 스텝 S230의 처리로 진행한다.
스텝 S230에 있어서, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, N개의 임시 값과, 각 임시 값에 따른 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 예측 온도의 관계를 산출한다. 구체적으로는, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값을 횡축(X축), 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 예측 온도를 종축(Y축)으로 하는 직교 좌표계에, 임시 값과 예측 온도의 조합으로 나타내는 점을 플롯한다.
도 11은, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지와 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도의 관계의 일례를 설명하기 위한 그래프이다. 도 11에 나타낸 예에서는, 6점(N=6)에서 계산하고, 각 플롯점에 번호 1 내지 6을 붙이고 있다. 계산점 j(1 내지 6)에 있어서의 에지 히터에 공급하는 전기 에너지를 Ej로 나타낸다. 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지(임시 값)와 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도(예측 온도)의 관계는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 임시 값이 커질수록 예측 온도의 상승률이 저하되는 곡선(일례로서, 위로 볼록한 곡선)으로 표현된다.
도 10으로 되돌아가 설명을 계속한다. 스텝 S235에 있어서, 가열 모드 선택부(38)는, 강종을 포함하는 데이터에 기초하여, 제1 가열 모드와 제2 가열 모드 중 어느 한쪽을 선택한다. 제1 가열 모드가 선택된 경우에는, 스텝 S240의 처리로 진행하고, 제2 가열 모드가 선택된 경우에는, 스텝 S245의 처리로 진행한다.
스텝 S240에 있어서, 제1 가열 모드 계산부(39)는, 스텝 S230에 의해 산출된 관계에 기초하여, 예측 온도가 최대가 되는 임시 값을 산출한다. 그 후, 스텝 S250에 있어서, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 스텝 S240에 있어서 산출된 전기 에너지의 임시 값을, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값으로서 결정한다.
도 11에 나타낸 예에서는, 계산 결과 중, 마무리 압연기 출구측에 있어서의 폭 방향 단부의 온도가 가장 높아지는 온도 조건, 즉 점 5의 온도 조건을 채용한다. 이때 도 11 내의 전기 에너지를 나타내는 값은 E5이다. 제1 가열 모드에 의하면, 에너지 효율이 높은 전기 에너지를 선택하여, 마무리 압연기 출구측에 있어서의 폭 방향 단부의 온도를 높게 유지할 수 있다.
도 10으로 되돌아가 설명을 계속한다. 스텝 S245에 있어서, 제2 가열 모드 계산부(40)는, 스텝 S230에 의해 산출된 관계에 기초하여, 임시 값의 상승에 따른 예측 온도의 온도 상승률이 소정의 양의 값 이상이고, 또한 그 중에서 예측 온도가 최대가 되는 임시 값을 산출한다. 그 후, 스텝 S250에 있어서, 제2 공급 에너지 산출부(37)는, 스텝 S245에 있어서 산출된 전기 에너지의 임시 값을, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값으로서 결정한다.
도 12를 참조하여, 스텝 S250에 있어서의 제2 가열 모드의 처리에 대해 구체적으로 설명한다. 에지 히터(23)의 에너지 효율을, 에지 히터가 공급하는 단위 에너지당 마무리 압연기 출구측에 있어서의 폭 방향 단부의 상승 온도라고 정의한다. 도 12에 있어서, 각 계산점을 연결하였을 때의 각 계산점에 있어서의 기울기가, 에지 히터(23)의 에너지 효율이 되고, 점 2, 3, 4, 5의 순으로, 에너지 효율은 작아진다. 이 경우, 계산점 2에 있어서의 기울기가 가장 커져, 효율은 좋지만, 온도 상승이 충분하지는 않다. 그 때문에, 에지 히터(23)의 에너지 효율이 일정 값 이상이고, 또한 마무리 압연기 출구측에 있어서의 폭 방향 단부의 온도가 가장 높아지는 점에 있어서의 전기 에너지를 에지 히터(23)에 공급한다. 이 일정 값은, 에지 히터(23)의 하류측에 위치하는 압연기의 대수나 강판의 수랭 장치의 유무에도 영향을 받기 때문에, 플랜트마다 결정해야 할 수치이다.
도 11 및 도 12에 있어서, 계산점의 수로서는, 계산기의 능력에 따라서 점의 수를 정할 수 있다. 즉, 계산점 수가 많으면 계산기 부하가 커지기 때문에, 계산 정밀도를 저하시키지 않을 정도의 점의 수로 한다. 계산점이 도 6과 같이 수 점인 경우는, 점과 점을 직선이나 고차 곡선으로 연결하여 근사시키고, 점과 점 사이의 값을 보간함으로써, 상술한 예와 같이 각 점에 있어서의 불연속적인 에너지뿐만 아니라, 연속해서 에너지를 구할 수도 있다.
도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이 위로 볼록한 곡선이 되는 이유는, 압연재(1)를 가열하여 온도가 상승하면, 열의 방사나 공랭·수랭 열전달의 효과가 높아져, 냉각되기 쉬워지는 경우가 있기 때문이다. 이것은 전술한 (2) 내지 (4) 식에 기초한다. (2) 내지 (4)식에 의하면, 압연재(1)로부터 빼앗기는 열류는, 압연재(1)의 온도와, 압연재(1)의 주위의 온도의 차가 클 때, 커진다. 특히 (2)식으로 표현된 방사에 의한 열전달에서는, 압연재(1)의 온도의 4 제곱과 압연재의 주위의 온도의 4 제곱의 차를 포함하기 때문에, 압연재(1)의 온도가 높은 영역에서는, 방사에 의한 열의 방산이 공랭 대류의 영향보다 크다. 즉 압연재(1)의 온도를 높게 하면, 방사에 의한 열 방출의 효과가 커져, 에지 히터(23)로부터, 보다 많은 에너지를 부여해도 압연재(1)의 온도가 낮아지는 경우가 있다. 물론 항상 위로 볼록한 곡선이 되는 것만은 아니지만, 적어도 고온이 됨에 따라, 온도 상승이 둔화되는 곡선이 된다.
또한, 마무리 압연기 출구측에 있어서의 폭 방향 단부의 온도에 상한 온도(온도 상한값)나 하한 온도(온도 하한값) 등의 제약이 마련되어 있는 경우는, 그 제약의 범위 내에서, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지를 유지한다.
구체적으로는, 제1 가열 모드가 선택된 경우에는, 스텝 S240에 있어서, 제1 가열 모드 계산부(39)는, 스텝 S230에 있어서 산출된 관계에 기초하여, 예측 온도가 상한 온도가 되는 복수의 임시 값 중 최소의 임시 값을 산출한다. 또한, 제2 가열 모드가 선택된 경우에는, 제1 가열 모드 계산부(39)는, 스텝 S230에 있어서 산출된 관계에 기초하여, 임시 값의 상승에 따른 예측 온도의 온도 상승률이 소정의 양의 값 이상이고, 또한 예측 온도가 상한 온도와 하한 온도 사이에 포함되는 임시 값을 산출한다.
도 13은, 에지 히터(23)에 공급하는 전기 에너지와 폭 방향 단부의 온도 변화의 관계의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이다. 도 13에 있어서, 제1 가열 모드가 선택된 경우, 상한값을 초과하지 않는 점의 횡축 좌표는 E4와 E6이 있는데, 공급하는 에너지가 작은, E4가 횡축 좌표인 점을 선택하여, E4라고 하는 임시 값이 나타내는 전기 에너지를 에지 히터에 공급한다. 또한, 도 13에 있어서, 제2 가열 모드가 선택된 경우는, 설정된 상하한 값 내에 들어가는 에너지를 에지 히터에 공급한다.
<효과>
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 2에 관한 에지 히터 제어 장치(3)에 의하면, 마무리 압연기 출구측에 있어서의 압연재(1)의 폭 방향 단부의 온도 상승을, 에지 히터(23)에서 소비하는 에너지의 최적의 점에서 제어할 수 있다.
실시 형태 3.
다음으로, 도 14 및 도 15를 참조하여 실시 형태 3에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 시스템은 도 1 및 도 14에 나타낸 구성에 있어서, 에지 히터 제어 장치(3)에 후술하는 도 15의 루틴을 실행시킴으로써 실현할 수 있다.
실시 형태 1에서는, 온도 조건으로서 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 목표 온도가 부여된 케이스에 대해 설명하였다. 한편, 실시 형태 2에서는, 목표 온도가 부여되지 않은 케이스에 대해 설명하였다. 실시 형태 3에서는, 목표 온도의 유무에 따라서, 실시 형태 1의 처리와 실시 형태 2의 처리를 선택하여 실행하는 것을 목적으로 한다.
<실시 형태 3에 관한 에지 히터 제어 장치>
도 14는, 실시 형태 3에 관한 에지 히터 제어 장치(3)의 기능 블록도이다. 실시 형태 3에 관한 에지 히터 제어 장치(3)는, 실시 형태 1에서 설명한 데이터 취득부(31), 제1 온도 분포 예측부(33), 제2 온도 분포 예측부(34), 및 실시 형태 2에서 설명한 제2 공급 에너지 산출부(37), 가열 모드 선택부(38), 제1 가열 모드 계산부(39), 제2 가열 모드 계산부(40) 외에도, 압연 모드 선택부(41)를 구비한다.
압연 모드 선택부(41)는, 온도 조건으로서 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 목표 온도가 부여된 경우에 제1 압연 모드를 선택하고, 상기 목표 온도가 부여되지 않은 경우에 제2 압연 모드를 선택한다. 제1 압연 모드가 선택된 경우에는, 실시 형태 1에서 설명한 제1 공급 에너지 산출부(32)에 의해, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값이 산출된다. 또한, 제2 압연 모드가 선택된 경우에는, 실시 형태 2에서 설명한 제2 공급 에너지 산출부(37)에 의해, 제1 가열 모드 계산부(39) 또는 제2 가열 모드 계산부(40)에 의해 산출된 임시 값을, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값으로 한다.
<실시 형태 3에 있어서의 처리의 흐름>
도 15는, 실시 형태 3에 관한 에지 히터 제어 장치(3)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 본 루틴은, 압연재(1)가 에지 히터(23)에 도달하기 전에 실행된다.
도 10에 나타낸 루틴에서는, 먼저 스텝 S300에 있어서, 데이터 취득부(31)는, 압연재(1)에 관한 각종 데이터(압연재(1)의 강종·두께·반송 속도, 마무리 압연기(24)의 제어량, 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도 조건, 에지 히터 입구측에 있어서의 압연재(1)의 초기 온도 등)를 취득한다.
다음으로 스텝 S310에 있어서, 압연 모드 선택부(41)는, 압연 모드를 선택한다. 온도 조건으로서 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 목표 온도가 부여된 경우에는, 제1 압연 모드가 선택된다. 또한, 목표 온도가 부여되지 않은 경우에는, 제2 압연 모드가 선택된다. 목표 온도는, 압연재(1)의 강종에 따라서 설정되어 있다. 예를 들어 목표 온도는, 보통강에 대해서는 설정되지 않는 경우도 많다.
제1 모드가 선택된 경우에는, 스텝 S320에 있어서, 실시 형태 1에서 설명한 제1 공급 에너지 산출부(32)에 의해, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값이 산출된다. 처리 내용의 설명은 실시 형태 1과 마찬가지이므로 생략한다.
제2 모드가 선택된 경우에는, 스텝 S330에 있어서, 실시 형태 2에서 설명한 제2 공급 에너지 산출부(37)에 의해, 제1 가열 모드 계산부(39) 또는 제2 가열 모드 계산부(40)에 의해 산출된 임시 값을, 에지 히터(23)에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 지시 값으로 한다. 처리 내용의 설명은 실시 형태 2와 마찬가지이므로 생략한다.
<효과>
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 3에 관한 에지 히터 제어 장치(3)에 의하면, 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 목표 온도의 유무에 따라서, 실시 형태 1의 처리와 실시 형태 2의 처리를 선택하여 실행할 수 있다. 이에 의해, 제어 성능의 점에서나 소비 에너지의 점에서도, 에지 히터(23)를 최적으로 운전하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 적용 범위는, 상술한 각 실시 형태에서 나타낸 대상에 한정되는 것은 아니다.
<하드웨어 구성예>
도 16은, 각 실시 형태에 관한 에지 히터 제어 장치(3)가 갖는 처리 회로의 하드웨어 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 2, 도 9, 도 14에 나타낸 에지 히터 제어 장치(3)의 각 부는, 제어 장치가 갖는 기능의 일부를 나타내고, 각 기능은 처리 회로에 의해 실현된다. 예를 들어, 처리 회로는, CPU(Central Processing Unit)(101), ROM(Read Only Memory)(102), RAM(Random Access Memory)(103), 입출력 인터페이스(104), 시스템 버스(105), 입력 장치(106), 표시 장치(107), 스토리지(108) 및 통신 장치(109)를 구비한 컴퓨터이다.
CPU(101)는, ROM(102)이나 RAM(103)에 저장된 프로그램이나 데이터 등을 사용하여 각종 연산 처리를 실행하는 처리 장치이다. ROM(102)은, 컴퓨터에 각 기능을 실현시키기 위한 기본 프로그램이나 환경 파일 등을 기억하는 판독 전용 기억 장치이다. RAM(103)은, CPU(101)가 실행하는 프로그램 및 각 프로그램의 실행에 필요한 데이터를 기억하는 주기억 장치이며, 고속의 판독과 기입이 가능하다. 입출력 인터페이스(104)는, 각종 하드웨어와 시스템 버스(105)의 접속을 중개하는 장치이다. 시스템 버스(105)는, CPU(101), ROM(102), RAM(103) 및 입출력 인터페이스(104)에서 공유되는 정보 전달로이다.
또한, 입출력 인터페이스(104)에는, 입력 장치(106), 표시 장치(107), 스토리지(108) 및 통신 장치(109) 등의 하드웨어가 접속되어 있다. 입력 장치(106)는, 유저로부터의 입력을 처리하는 장치이다. 표시 장치(107)는, 시스템의 상태 등을 표시하는 장치이다. 스토리지(108)는, 프로그램이나 데이터를 축적하는 대용량의 보조 기억 장치이며, 예를 들어 하드 디스크 장치나 불휘발성 반도체 메모리 등이다. 통신 장치(109)는, 유선 또는 무선으로 외부 장치(상위 계산기(5), 에지 히터 입구측 온도계(27))와 데이터 통신 가능한 장치이다.
1 : 압연재
2 : 압연 라인
3 : 에지 히터 제어 장치
5 : 상위 계산기
21 : 가열로
22 : 조압연기
23 : 에지 히터
24 : 마무리 압연기
25 : 냉각 테이블
26 : 권취기
27 : 에지 히터 입구측 온도계
31 : 데이터 취득부
32 : 제1 공급 에너지 산출부
33 : 제1 온도 분포 예측부
34 : 제2 온도 분포 예측부
35 : 에지 히터 온도 계산 간이 모델
36 : 두께 폭 방향 온도 모델
37 : 제2 공급 에너지 산출부
38 : 가열 모드 선택부
39 : 제1 가열 모드 계산부
40 : 제2 가열 모드 계산부
41 : 압연 모드 선택부
101 : CPU
102 : ROM
103 : RAM
104 : 입출력 인터페이스
105 : 시스템 버스
106 : 입력 장치
107 : 표시 장치
108 : 스토리지
109 : 통신 장치

Claims (6)

  1. 지시 값에 따른 전기 에너지의 공급을 받아 압연재의 폭 방향 단부를 가열하는 에지 히터와, 상기 에지 히터의 하류에 적어도 하나 마련된 압연 스탠드를 갖는 압연 라인을 위한 에지 히터 제어 장치이며,
    상기 에지 히터에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값에 기초하여, 상기 에지 히터 출구측에 있어서의 상기 압연재의 폭 방향 온도 분포(제1 온도 분포)를 예측하는 제1 온도 분포 예측부와,
    상기 제1 온도 분포에 기초하여, 상기 압연 스탠드 출구측에 있어서의 상기 압연재의 폭 방향 온도 분포(제2 온도 분포)를 예측하는 제2 온도 분포 예측부와,
    상기 압연재가 상기 에지 히터에 도달하기 전에, 상기 제2 온도 분포의 폭 방향 단부에 관한 온도 조건을 만족시키기 위해 필요한, 상기 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 상기 지시 값을 산출하는 공급 에너지 산출부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 에지 히터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 분포 예측부는, 상기 에지 히터에 공급하는 전기 에너지, 상기 에지 히터 입구측에 있어서의 상기 압연재의 초기 온도, 판 두께, 강종, 반송 속도를 포함하는 입력 파라미터와, 상기 에지 히터에 의해 가열되는 상기 압연재의 승온량을 나타내는 출력 파라미터를 관련지은 에지 히터 온도 계산 간이 모델을 사용하여, 상기 제1 온도 분포를 예측하고,
    상기 제2 온도 분포 예측부는, 상기 압연재의 길이 방향에 수직인 단면의 두께 방향 및 폭 방향의 온도 분포를, 재 내부의 열전도 및 재 표면과 외계의 열전달을 감안한 차분법을 이용하여 정한 두께 폭 방향 온도 모델을 사용하여, 상기 제1 온도 분포에 기초하여 상기 제2 온도 분포를 예측하는 것
    을 특징으로 하는 에지 히터 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급 에너지 산출부는,
    상기 온도 조건이 상기 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 목표 온도인 경우에, 상기 제2 온도 분포 예측부를 사용하여, 상기 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 온도가 상기 목표 온도를 만족시키기 위해 필요한 상기 제1 온도 분포를 산출하고, 그 후, 상기 제1 온도 분포 예측부를 사용하여, 산출된 상기 제1 온도 분포를 만족시키기 위해 필요한, 상기 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 상기 지시 값을 산출하는 제1 공급 에너지 산출부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 에지 히터 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급 에너지 산출부는,
    상기 제1 온도 분포 예측부 및 상기 제2 온도 분포 예측부를 사용하여, 상기 에지 히터에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값과, 당해 임시 값에 따른 상기 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 예측 온도의 관계를 산출하는 제2 공급 에너지 산출부와,
    제1 가열 모드와 제2 가열 모드 중 어느 한쪽을 선택하는 가열 모드 선택부와,
    상기 제1 가열 모드가 선택된 경우에, 상기 관계에 기초하여, 예측 온도가 최대가 되는 임시 값을 산출하는 제1 가열 모드 계산부와,
    상기 제2 가열 모드가 선택된 경우에, 상기 관계에 기초하여, 임시 값의 상승에 따른 예측 온도의 온도 상승률이 소정의 양의 값 이상이고, 또한 그 중에서 예측 온도가 최대가 되는 임시 값을 산출하는 제2 가열 모드 계산부를 구비하고,
    상기 제2 공급 에너지 산출부는 또한, 상기 제1 가열 모드 계산부 또는 상기 제2 가열 모드 계산부에 의해 산출된 임시 값을, 상기 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 상기 지시 값으로 하는 것
    을 특징으로 하는 에지 히터 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도 조건은, 상기 압연 스탠드 출구측에 있어서의 상기 압연재의 폭 방향 단부의 상한 온도 및 하한 온도를 포함하고,
    상기 제1 가열 모드 계산부는, 상기 제1 가열 모드가 선택된 경우에, 상기 관계에 기초하여, 예측 온도가 상기 상한 온도가 되는 복수의 임시 값 중 최소의 임시 값을 산출하고,
    상기 제2 가열 모드 계산부는, 상기 제2 가열 모드가 선택된 경우에, 상기 관계에 기초하여, 임시 값의 상승에 따른 예측 온도의 온도 상승률이 소정의 양의 값 이상이고, 또한 예측 온도가 상기 상한 온도와 상기 하한 온도 사이에 포함되는 임시 값을 산출하는 것
    을 특징으로 하는 에지 히터 제어 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 공급 에너지 산출부는,
    상기 제1 온도 분포 예측부 및 상기 제2 온도 분포 예측부를 사용하여, 상기 에지 히터에 공급하는 전기 에너지를 나타내는 임시 값과, 당해 임시 값에 따른 상기 제2 온도 분포의 폭 방향 단부의 예측 온도의 관계를 산출하는 제2 공급 에너지 산출부와,
    제1 가열 모드와 제2 가열 모드 중 어느 한쪽을 선택하는 가열 모드 선택부와,
    상기 제1 가열 모드가 선택된 경우에, 상기 관계에 기초하여, 예측 온도가 최대가 되는 임시 값을 산출하는 제1 가열 모드 계산부와,
    상기 제2 가열 모드가 선택된 경우에, 상기 관계에 기초하여, 임시 값의 상승에 따른 예측 온도의 온도 상승률이 소정의 양의 값 이상이고, 또한 그 중에서 예측 온도가 최대가 되는 임시 값을 산출하는 제2 가열 모드 계산부와,
    상기 온도 조건으로서 상기 목표 온도가 부여된 경우에 제1 압연 모드를 선택하고, 상기 목표 온도가 부여되지 않은 경우에 제2 압연 모드를 선택하는 압연 모드 선택부를 구비하고,
    상기 제1 공급 에너지 산출부는, 상기 제1 압연 모드가 선택된 경우에, 상기 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 상기 지시 값을 산출하고,
    상기 제2 공급 에너지 산출부는, 상기 제2 압연 모드가 선택된 경우에, 상기 제1 가열 모드 계산부 또는 상기 제2 가열 모드 계산부에 의해 산출된 임시 값을, 상기 에지 히터에 공급해야 할 전기 에너지를 나타내는 상기 지시 값으로 하는 것
    을 특징으로 하는 에지 히터 제어 장치.
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