WO2015162728A1 - 圧延システム - Google Patents

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speed
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治樹 井波
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • This invention relates to a rolling system provided with an induction heating device.
  • an induction heating device has features such as excellent energy saving, rapid heating, good temperature controllability and responsiveness, and a good working environment compared to other heating devices.
  • an induction heating device in a rolling line (for example, a hot rolling line)
  • a rolling line for example, a hot rolling line
  • high speed rolling from the front end to the tail end of the material becomes possible. If the temperature of the tail end of the material is increased by the induction heating device, it is possible to roll even a material that could not be rolled conventionally (for example, a thin and long material). Because of these various advantages, various methods of using an induction heating apparatus have been proposed for each facility and are actually applied.
  • Patent Document 1 by heating a material with an induction heating device, the surface temperature of the material immediately after passing through the induction heating device is set to a certain target temperature or more, and the internal temperature of the material is set to a certain target temperature or less.
  • the temperature of the material falls within a desired range on the exit side of the finish rolling mill.
  • the temperature of the material on the entrance side of the finish mill must be accurately controlled. If the temperature of the material can be accurately controlled on the entry side of the finish rolling mill, the temperature of the material is stabilized on the exit side of the finish rolling mill.
  • Patent Document 1 does not disclose specific contents such as how to stabilize the temperature of the material on the entry side of the finish rolling mill. There is a certain distance between the induction heating device and the finish rolling mill, and after passing through the induction heating device, the temperature of the material is reduced by heat conduction inside the material, heat removal to the table roll of the conveyance table, air convection, etc. It will change.
  • the objective of this invention is providing the rolling system which can control an induction heating apparatus so that material may become the optimal temperature in the entrance side of a finish rolling mill.
  • the rolling system includes an induction heating device that heats a material conveyed by a conveyance table, a first temperature detector that detects a temperature of the material at a first position upstream from the induction heating device, and an induction heating device.
  • a finish rolling mill that is provided downstream and rolls the material; a second temperature detector that detects the temperature of the material at a second position downstream of the induction heating device and upstream of the finish rolling mill; and power required for the induction heating device
  • a setting power calculation device that generates a temperature distribution pattern in the thickness direction of the material at the first position based on the temperature detected by the first temperature detector.
  • a first calculator for calculating the volume average temperature of the material at the second position when the material moves from the first position to the second position based on the temperature distribution pattern generated by the generating means.
  • second calculation means for calculating electric power necessary for the induction heating device so that the volume average temperature calculated by the first calculation means follows the target temperature of the material at the second position.
  • the means divides the material into nodes in the plate thickness direction, radiant cooling, heat removal by air convection, heat removal to the table roll of the transport table, heat conduction resulting from the temperature difference between adjacent nodes and the amount of heat from the induction heating device The temperature change of each node is calculated based on the change, and the volume average temperature of the material is calculated based on the calculation result.
  • the induction heating device can be controlled so that the material has an optimum temperature on the entry side of the finish rolling mill.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a rolling system in Embodiment 1 of the present invention. As an example of the rolling line, a hot rolling line is shown.
  • the hot rolling line rolls the steel material 1 while conveying the steel material (material) 1 by the conveyance table 2.
  • Reference numeral 3 denotes a table roll provided in the transport table 2.
  • the table roll 3 is driven by an electric motor (not shown).
  • the steel material 1 is placed on the table roll 3 and is conveyed in a direction corresponding to the rotation direction when the table roll 3 rotates.
  • 4 is a speed detector for detecting the speed of the steel material 1 conveyed by the conveyance table 2.
  • the speed detector 4 detects the conveyance speed of the steel material 1 based on the rotational power of the table roll 3, for example.
  • the speed detection method by the speed detector 4 is not limited to this.
  • the speed detector 4 outputs information on the detected speed to the set power calculation device 7 and the power control device 8.
  • the rolling of the steel material 1 is performed by, for example, a roughing mill (not shown) and a finish rolling mill 5 provided downstream from the roughing mill.
  • the hot rolling line may not be equipped with a roughing mill.
  • An induction heating device 6 for heating the steel material 1 is disposed downstream of the rough rolling mill and upstream of the finish rolling mill 5.
  • the induction heating device 6 heats the steel material 1 by electromagnetic induction.
  • the set power calculation device 7 calculates the power required for the induction heating device 6 and outputs the calculated power pattern to the power control device 8.
  • the power control device 8 controls the power supplied to the induction heating device 6 so that the power is supplied to the induction heating device 6 according to the power pattern input from the set power calculation device 7.
  • the temperature detector 9 detects the temperature of the steel material 1.
  • the temperature detector 9 detects the surface temperature of the steel material 1 passing through a certain position set upstream from the induction heating device 6. Information on the temperature of the steel material 1 detected by the temperature detector 9 is input to the set power calculation device 7.
  • the temperature detector 10 detects the temperature of the steel material 1.
  • the temperature detector 10 detects the surface temperature of the steel material 1 passing through a certain position set downstream from the induction heating device 6 and upstream from the finish rolling mill 5.
  • the temperature detector 10 detects the temperature of the steel material 1 immediately before entering the finish rolling mill 5, for example.
  • Information on the temperature of the steel material 1 detected by the temperature detector 10 is input to the set power calculation device 7 and the temperature rise pattern setting determination device 12.
  • the temperature detector 11 detects the temperature of the steel material 1.
  • the temperature detector 11 detects the surface temperature of the steel material 1 that passes through a certain position set downstream from the finish rolling mill 5.
  • the temperature detector 11 detects the temperature of the steel material 1 immediately after leaving the finish rolling mill 5, for example. Information on the temperature of the steel material 1 detected by the temperature detector 11 is input to the temperature rise pattern setting determination device 12.
  • the temperature rising pattern setting determining device 12 is a device for a factory worker or the like to determine a temperature rising pattern setting before rolling the steel material 1.
  • the information on the temperature rising pattern setting determined by the factory worker or the like is output from the temperature rising pattern setting determining device 12 to the set power calculating device 7.
  • the temperature information detected by the temperature detector 10 and the temperature information detected by the temperature detector 11 are input to the temperature rising pattern setting determining device 12 every time rolling is performed.
  • the temperature rise pattern setting determination device 12 stores the input temperature information in a storage device (not shown).
  • Factory workers and the like refer to temperature information stored in the storage device when determining the temperature rise pattern setting.
  • a factory worker etc. determine a temperature rising pattern setting based on the classification of the steel material 1 from a viewpoint of the plate
  • the set power calculation device 7 is based on the temperature of the steel material 1 detected by the temperature detector 9, the speed pattern of the steel material 1 calculated or set in advance, and the temperature increase pattern setting input from the temperature increase pattern setting determination device 12. Thus, the power pattern for the induction heating device 6 is calculated.
  • the power control device 8 calculates the final output power by correcting the deviation from the speed pattern of the steel material 1 calculated in advance using the actual conveyance speed detected by the speed detector 4.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the set power calculation device 7.
  • the set power calculation device 7 performs the process shown in FIG. 2, and determines an electric power pattern for appropriately heating the entire length of the steel material 1 by the induction heating device 6.
  • the set power calculation device 7 first takes in the temperature rising pattern setting of the steel material 1 at the downstream temperature management position from the temperature rising pattern setting determining device 12 (S1).
  • the downstream temperature management position is a position for managing the temperature of the steel material 1.
  • the downstream temperature management position is set downstream of the induction heating device 6, for example, on the entry side of the finish rolling mill 5. In the example shown in FIG. 1, the position at which the temperature detector 10 detects the temperature of the steel material 1 is set as the downstream temperature management position.
  • the temperature rise pattern setting is defined as the temperature rise (average temperature) from the predicted temperature value (average temperature) of the steel material 1 at the downstream temperature management position. This temperature predicted value is the average temperature of the steel material 1 when heating by the induction heating device 6 is not performed.
  • the temperature rise pattern setting taken into the set power calculation device 7 in S1 is information as a deviation.
  • the set power calculation device 7 acquires the temperature increase pattern setting for the entire length of the steel material 1 in S1.
  • An average temperature means the temperature which calculated
  • T va Volume average temperature
  • T [i] Temperature of node i
  • V i Volume of node i i: Node number (1, 2,..., 2N ⁇ 1) It is.
  • the set power calculation device 7 captures the speed pattern of the steel material 1 in S2.
  • FIG. 3 shows an example of the speed pattern of the steel material 1 immediately below the induction heating device 6 when being transported by the transport table 2.
  • the speed pattern of the steel material 1 from the roughing mill (or induction heating device 6) to the finishing mill 5 can be calculated in advance by a simple procedure.
  • the speed of the steel material 1 is governed by the speed of the finish rolling mill 5 when the tip is caught in the finish rolling mill 5. For this reason, the speed pattern of the steel material 1 generally changes in the deceleration direction when the tip is bitten by the finishing mill 5. Further, the subsequent speed pattern of the steel material 1 changes in the acceleration direction as the finish rolling mill 5 accelerates.
  • the set power calculation device 7 acquires a speed pattern for the entire length of the steel material 1 in S2.
  • the set power calculation device 7 takes in the temperature distribution pattern in the plate thickness direction of the steel material 1 at the upstream temperature management position in S3.
  • the upstream temperature management position is a position for managing the temperature of the steel material 1.
  • the upstream temperature management position is set upstream of the induction heating device 6. In the example shown in FIG. 1, the position where the temperature detector 9 detects the temperature of the steel material 1 is set as the upstream temperature management position.
  • the set power calculation device 7 takes in the temperature (actual value) of the steel material 1 measured at the upstream temperature management position in S4. Specifically, the set power calculation device 7 takes in the surface temperature of the steel material 1 detected by the temperature detector 9 as the actual temperature value of the steel material 1 in S4. The set power calculation device 7 acquires the surface temperature for the entire length of the steel material 1 in S4.
  • the set power calculation device 7 generates a temperature distribution pattern in the plate thickness direction of the steel material 1 at the upstream temperature management position using the temperature distribution pattern acquired in S3 and the actual temperature value acquired in S4.
  • the temperature distribution pattern generated in S5 is not information as a mere deviation but information that takes into account the actual temperature of the steel material 1.
  • FIG. 4 the example of the production
  • the set power calculation device 7 is based on the actual temperature value by, for example, matching the temperature of the portion corresponding to the surface of the steel material 1 in the temperature distribution pattern acquired in S3 with the surface temperature detected by the temperature detector 9. Generate a temperature distribution pattern.
  • the set power calculation device 7 generates a temperature distribution pattern in the plate thickness direction with respect to the entire length of the steel material 1 in S5.
  • the set power calculation device 7 calculates the temperature change of the steel material 1 when the steel material 1 moves from the upstream temperature management position to the downstream temperature management position in S6. At this time, the temperature distribution pattern generated in S5 is used as the temperature of the steel material 1 at the upstream temperature management position.
  • the predicted temperature value (average temperature) calculated by the set power calculation device 7 in S6 is the temperature at the downstream temperature management position when the induction heating device 6 is not heated.
  • the set power calculation device 7 performs temperature prediction for the entire length of the steel material 1 in S6.
  • FIG. 5 shows an example of node division of the steel material 1.
  • the steel material 1 is divided into 2N-1 nodes (elements) in the thickness direction.
  • segments into a segment (cut board) of fixed length.
  • the set power calculation device 7 performs temperature prediction for the entire length of the steel material 1 by calculating the temperature in the plate thickness direction for each segment.
  • FIG. 6 shows caloric elements that must be considered at each facility location.
  • the set power calculation device 7 calculates the temperature change of each node, the set power calculation device 7 calculates a temperature predicted value (average temperature) based on the calculation result.
  • the set power calculation device 7 generates a temperature pattern set value of the steel material 1 at the downstream temperature management position (S7).
  • the temperature pattern set value generated in S7 is the target temperature of the steel material 1 at the downstream temperature management position.
  • the set power calculation device 7 calculates the temperature pattern set value (average temperature) by adding the temperature rising pattern setting (average temperature) acquired in S1 to the temperature predicted value (average temperature) calculated in S6.
  • the set power calculation device 7 calculates a temperature pattern set value for the entire length of the steel material 1 by, for example, calculating a temperature pattern set value for each segment.
  • the set power calculation device 7 calculates the temperature (average temperature) of the steel material 1 on the entry side of the induction heating device 6 in S8.
  • the temperature on the entry side of the induction heating device 6 is a temperature immediately before the steel material 1 enters the induction heating device 6.
  • the temperature distribution pattern generated in S5 is used as the temperature of the steel material 1 at the upstream temperature management position.
  • the set power calculation device 7 calculates the temperature (average temperature) of the steel material 1 on the exit side of the induction heating device 6 in S9.
  • the temperature on the exit side of the induction heating device 6 is a temperature immediately after the steel material 1 comes out of the induction heating device 6.
  • the set power calculation device 7 predicts the temperature of the steel material 1 on the outlet side of the induction heating device 6 based on the temperature predicted value obtained in S8 and the power supplied to the induction heating device 6.
  • the set power calculation device 7 calculates the temperature (average temperature) of the steel material 1 at the downstream temperature management position in S10.
  • the set power calculation device 7 predicts the temperature of the steel material 1 at the downstream temperature management position based on the predicted temperature value obtained in S9.
  • the predicted temperature value obtained in S ⁇ b> 10 is a value when the power supplied to the induction heating device 6 is taken into consideration.
  • the set power calculation device 7 uses the processing shown in S8 to S10 to predict the temperature predicted value (average of the steel material 1 at the downstream temperature management position when the steel material 1 moves from the upstream temperature management position to the downstream temperature management position. Temperature). This predicted value is a value when the steel material 1 is heated by the induction heating device 6 with the set electric power.
  • the calculations in S8 to S10 can be performed by a combination of the temperature calculations described above.
  • the change in the amount of heat from the induction heating device 6 to the node i is calculated by the following equation, for example.
  • the penetration depth coefficient represents the penetration depth of the current.
  • the penetration depth coefficient can be obtained using, for example, a cubic function represented by the following equation.
  • the set power calculation device 7 compares the volume average temperature of the steel material 1 obtained in S10 with the temperature pattern set value generated in S7, and obtains the deviation. The set power calculation device 7 determines whether or not the obtained deviation is within a specified range. When the obtained deviation is out of the specified range (No in S11), the set power calculation device 7 corrects the set value of power for the induction heating device 6 (S12).
  • the set power calculation device 7 determines whether or not the power of the induction heating device 6 corrected in S12 is within the limit range (S13). If the power of the induction heating device 6 is within the limit range (Yes in S13), the set power calculation device 7 performs the calculations of S8 to S10 again based on the power of the induction heating device 6 reset in S12. The set power calculation device 7 repeats the processes shown in S8 to S13 until the deviation between the volume average temperature of the steel material 1 obtained in S10 and the temperature pattern set value generated in S7 falls within a specified range.
  • the set power calculation device 7 performs the processing shown in S8 to S13 on the entire length of the steel material 1. For example, the set power calculation device 7 performs the processes shown in S8 to S13 on the segment j (j is a segment number). When the deviation falls within the specified range in S11, the set power calculation device 7 ends the process for the segment j and sets the power at that time to the power for the segment j. Moreover, also when the electric power of the induction heating apparatus 6 deviates from a limit range in S13, the process with respect to the segment j is complete
  • the electric power pattern of the induction heating apparatus 6 required in order to achieve a desired temperature rising pattern setting can be calculated
  • the set power calculation device 7 calculates the volume average temperature over the entire length of the steel material 1 using a speed pattern set in advance as the conveyance speed of the steel material 1 before the steel material 1 is rolled by the finish rolling mill 5. . Moreover, after the rolling by the finish rolling mill 5 is started, the set power calculation device 7 calculates the volume average temperature over the entire length of the steel material 1 using the speed detected by the speed detector 4 as the conveying speed of the steel material 1. calculate. Alternatively, the set power calculation device 7 may use both the speed detected by the speed detector 4 as the conveyance speed of the steel material 1 and a preset speed pattern. You may change both said ratios with progress of time, and the obtained value may be used as a conveyance speed of steel materials 1.
  • the set power calculation device 7 includes, as hardware resources, for example, a circuit including an input / output interface, a CPU, and a memory.
  • the set power calculation device 7 implements each process (function) shown in FIG. 2 by executing a program stored in the memory by the CPU. You may implement
  • FIG. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a main part of the rolling system according to Embodiment 2 of the present invention. In the present embodiment, a case where the set power calculation device 7 has a learning function will be described.
  • a series of temperature calculations as described in the first embodiment when the steel material 1 moves from the upstream temperature management position to the downstream temperature management position is expressed as follows.
  • the following equation shows the temperature calculation when heating by the induction heating device 6 is performed.
  • temp_cal ⁇ is a series of calculation formulas obtained by applying the finite difference method to the unsteady heat conduction equation shown in Embodiment 1 and discretizing the space in the cross section of the steel material 1 and the transport time on the transport line. Represents.
  • the actual temperature value at the upstream temperature management position (information on all nodes), the speed pattern of the steel material 1 (speed information at each time), and the power setting value in the induction heating device 6 are input.
  • the temperature (information of all nodes) of the steel material 1 at the downstream temperature management position is calculated. This temperature is referred to herein as a “temperature calculation value”.
  • the actual temperature value at the upstream temperature management position (information of all nodes), the actual speed pattern value of the steel material 1 (speed information at each time), and the induction heating device are also calculated by the same calculation method after rolling the steel material 1.
  • the temperature of the steel material 1 at the downstream temperature management position (information on all nodes) can be calculated using the actual power value at 6 as input information. This temperature is referred to herein as “temperature actual calculation value”.
  • a learning term obtained by subjecting the obtained prediction error to smoothing processing is defined as Z fet and added to the final result of the temperature calculation temp_cal ⁇ . That is, the new temperature calculation is expressed by the following equation.
  • the learning term Z fet is recorded in association with the type of the steel material 1.
  • the recorded learning term Z fet may be read and used next time when rolling the same type of steel material . Note that the method of using the learning term Z fet is not limited to this.
  • the set power calculation device 7 first determines the surface temperature of the steel material 1 at the downstream temperature management position based on the temperature of the steel material 1 detected by the temperature detector 9 and the power actually supplied to the induction heating device 6. Calculate And based on the calculated surface temperature and the temperature of the steel material 1 detected by the temperature detector 10, the parameter used when calculating volume average temperature is corrected. Thereby, when performing the next heat processing, a power pattern can be calculated
  • the present invention can be applied to a rolling system equipped with an induction heating device.

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Abstract

　圧延システムは、誘導加熱装置（６）、温度検出器（９）及び（１０）、仕上げ圧延機（５）、設定電力計算装置（７）を備える。設定電力計算装置（７）は、温度検出器（９）によって検出された温度に基づいて、上流側温度管理位置における鋼材（１）の板厚方向の温度分布パターンを生成する。また、設定電力計算装置（７）は、生成された温度分布パターンに基づいて、鋼材（１）が上流側温度管理位置から下流側温度管理位置に移動した時の下流側温度管理位置における鋼材（１）の体積平均温度を計算する。そして、計算された体積平均温度が下流側温度管理位置における鋼材（１）の目標温度に追従するように、誘導加熱装置（６）に必要な電力を計算する。

Description

圧延システム
　この発明は、誘導加熱装置を備えた圧延システムに関する。
　一般に、誘導加熱装置は他の加熱装置と比較して、省エネルギー性に優れる、急速加熱が可能である、温度制御性・応答性が良い、作業環境が良いといった特徴がある。
　圧延ライン（例えば、熱間圧延ライン）において誘導加熱装置を用いることにより、粗バーのスキッドマークを低減させることができ、材料の全長に渡って板厚及び板幅の精度を向上させることができる。また、加熱炉からの低温抽出と誘導加熱装置のサーマルランダウン補償とを組み合わせれば、材料の先端から尾端までの高速圧延が可能となる。誘導加熱装置によって材料の尾端の温度を上昇させれば、従来では圧延が不可能だった材料（例えば、薄物で長い材料）でも圧延が可能となる。このような様々な利点を有するため、設備毎に多様な誘導加熱装置の使用方法が提案され、実際に適用されている。
　例えば、特許文献１に、誘導加熱装置によって材料を加熱することにより、誘導加熱装置を通過した直後の材料の表面温度をある目標温度以上にし、材料の内部温度をある目標温度以下にすることが記載されている。
日本特許第４６３１２４７号
　圧延ラインでは、仕上げ圧延機の出側において材料の温度が所望の範囲に入っていることが重要である。仕上げ圧延機の出側において材料の温度を所望の範囲に入れるためには、仕上げ圧延機の入側における材料の温度を正確に管理しなければならない。仕上げ圧延機の入側において材料の温度を正確に制御することができれば、仕上げ圧延機の出側において材料の温度は安定する。
　特許文献１は、仕上げ圧延機の入側において材料の温度をどのように安定させるかといった具体的な内容は開示していない。誘導加熱装置と仕上げ圧延機との間には一定の距離があり、誘導加熱装置を通過した後、材料内部の熱伝導、搬送テーブルのテーブルロールへの抜熱、空気対流等によって材料の温度は変化してしまう。
　この発明は、上述のような課題を解決するためになされた。この発明の目的は、仕上げ圧延機の入側において材料が最適な温度になるように誘導加熱装置を制御することができる圧延システムを提供することである。
　この発明に係る圧延システムは、搬送テーブルによって搬送される材料を加熱する誘導加熱装置と、誘導加熱装置より上流の第１位置で材料の温度を検出する第１温度検出器と、誘導加熱装置より下流に設けられ、材料を圧延する仕上げ圧延機と、誘導加熱装置より下流且つ仕上げ圧延機より上流の第２位置で材料の温度を検出する第２温度検出器と、誘導加熱装置に必要な電力を計算する設定電力計算装置と、を備え、設定電力計算装置は、第１温度検出器によって検出された温度に基づいて、第１位置における材料の板厚方向の温度分布パターンを生成する生成手段と、生成手段によって生成された温度分布パターンに基づいて、材料が第１位置から第２位置に移動した時の第２位置における材料の体積平均温度を計算する第１計算手段と、第１計算手段によって計算された体積平均温度が第２位置における材料の目標温度に追従するように、誘導加熱装置に必要な電力を計算する第２計算手段と、を備え、第１計算手段は、材料を板厚方向にノード分割し、放射冷却、空気対流による抜熱、搬送テーブルのテーブルロールへの抜熱、隣接するノード間の温度差から生じる熱伝導及び誘導加熱装置からの熱量変化に基づいて各ノードの温度変化を算出し、その算出結果に基づいて材料の体積平均温度を計算するものである。
　この発明に係る圧延システムであれば、仕上げ圧延機の入側において材料が最適な温度になるように誘導加熱装置を制御することができる。
この発明の実施の形態１における圧延システムを示す構成図である。 設定電力計算装置の動作を示すフローチャートである。 誘導加熱装置の直下における鋼材の速度パターンの例を示す。 鋼材の温度実績値に基づく温度分布パターンの生成方法の例を示す図である。 鋼材断面のノード分割例を示す図である。 各設備位置で考慮しなければならない熱量要素を示す図である。 この発明の実施の形態２における圧延システムの要部の構成を示す図である。
　添付の図面を参照し、本発明を説明する。重複する説明は、適宜簡略化或いは省略する。各図において、同一の符号は、同一の部分又は相当する部分を示す。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１における圧延システムを示す構成図である。圧延ラインの一例として、熱間圧延ラインを示している。
　熱間圧延ラインは、鋼材（材料）１を搬送テーブル２によって搬送しながら、鋼材１を圧延する。３は搬送テーブル２に備えられたテーブルロールである。テーブルロール３は、電動機（図示せず）によって駆動される。鋼材１はテーブルロール３に載せられ、テーブルロール３が回転することによりその回転方向に応じた方向に搬送される。４は搬送テーブル２によって搬送される鋼材１の速度を検出するための速度検出器である。速度検出器４は、例えば、テーブルロール３の回転動力に基づいて鋼材１の搬送速度を検出する。速度検出器４による速度の検出方法は、これに限定されない。速度検出器４は、検出した速度の情報を設定電力計算装置７と電力制御装置８とに出力する。
　鋼材１の圧延は、例えば、粗圧延機（図示せず）と粗圧延機より下流に設けられた仕上げ圧延機５とによって行われる。熱間圧延ラインに粗圧延機が備えられていなくても良い。鋼材１を加熱するための誘導加熱装置６は、粗圧延機より下流且つ仕上げ圧延機５より上流に配置される。誘導加熱装置６は、電磁誘導によって鋼材１を加熱する。設定電力計算装置７は、誘導加熱装置６に必要な電力を計算し、計算した電力パターンを電力制御装置８に出力する。電力制御装置８は、設定電力計算装置７から入力された電力パターン通りに誘導加熱装置６に電力が供給されるように、誘導加熱装置６に供給する電力を制御する。
　温度検出器９は、鋼材１の温度を検出する。温度検出器９は、誘導加熱装置６より上流に設定されたある位置を通過する鋼材１の表面温度を検出する。温度検出器９によって検出された鋼材１の温度の情報は、設定電力計算装置７に入力される。
　温度検出器１０は、鋼材１の温度を検出する。温度検出器１０は、誘導加熱装置６より下流且つ仕上げ圧延機５より上流に設定されたある位置を通過する鋼材１の表面温度を検出する。温度検出器１０は、例えば、仕上げ圧延機５に入る直前の鋼材１の温度を検出する。温度検出器１０によって検出された鋼材１の温度の情報は、設定電力計算装置７及び昇温パターン設定決定装置１２に入力される。
　温度検出器１１は、鋼材１の温度を検出する。温度検出器１１は、仕上げ圧延機５より下流に設定されたある位置を通過する鋼材１の表面温度を検出する。温度検出器１１は、例えば、仕上げ圧延機５から出た直後の鋼材１の温度を検出する。温度検出器１１によって検出された鋼材１の温度の情報は、昇温パターン設定決定装置１２に入力される。
　昇温パターン設定決定装置１２は、工場作業者等が昇温パターン設定を鋼材１の圧延前に決定するための装置である。工場作業者等によって決定された昇温パターン設定の情報は、昇温パターン設定決定装置１２から設定電力計算装置７に出力される。
　温度検出器１０によって検出された温度の情報と温度検出器１１によって検出された温度の情報とは、圧延が行われる度に、昇温パターン設定決定装置１２に入力される。昇温パターン設定決定装置１２では、入力された温度の情報を記憶装置（図示せず）に記憶する。工場作業者等は、昇温パターン設定を決定する際に、記憶装置に記憶されている温度の情報を参照する。また、工場作業者等は、鋼材１の通板性、仕上げの温度制御及び材質制御の観点から、鋼材１の種別に基づいて昇温パターン設定を決定する。
　設定電力計算装置７は、温度検出器９によって検出された鋼材１の温度と予め計算或いは設定された鋼材１の速度パターンと昇温パターン設定決定装置１２から入力された昇温パターン設定とに基づいて、誘導加熱装置６に対する電力パターンを計算する。電力制御装置８は、速度検出器４によって検出された実際の搬送速度を用いて、予め計算された鋼材１の速度パターンとの偏差分を補正することにより、最終的な出力電力を計算する。
　次に、図２乃至図６も参照し、設定電力計算装置７の機能について具体的に説明する。図２は設定電力計算装置７の動作を示すフローチャートである。設定電力計算装置７は、図２に示す処理を行い、誘導加熱装置６によって鋼材１の全長を適切に加熱するための電力パターンを決定する。
　設定電力計算装置７は、先ず、下流側温度管理位置における鋼材１の昇温パターン設定を昇温パターン設定決定装置１２から取り込む（Ｓ１）。下流側温度管理位置は、鋼材１の温度を管理するための位置である。下流側温度管理位置は、誘導加熱装置６の下流、例えば仕上げ圧延機５の入側に設定される。図１に示す例では、温度検出器１０が鋼材１の温度を検出する位置を下流側温度管理位置に設定している。
　昇温パターン設定は、下流側温度管理位置における鋼材１の温度予測値（平均温度）からの温度上昇量（平均温度）と定義する。この温度予測値は、誘導加熱装置６による加熱が行われない場合の鋼材１の平均温度である。Ｓ１において設定電力計算装置７に取り込まれる昇温パターン設定は、偏差としての情報である。設定電力計算装置７は、Ｓ１において、鋼材１の全長に対する昇温パターン設定を取得する。
　なお、鋼材１の平均温度は、次式で与えられる。平均温度とは、鋼材１の内部ノードの温度を体積平均によって求めた温度を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ここで、
　Ｔｖａ：体積平均温度
　Ｔ［ｉ］：ノードｉの温度
　Ｖｉ：ノードｉの体積
　ｉ：ノード番号（１、２、・・・、２Ｎ－１）
である。
　設定電力計算装置７は、Ｓ２において鋼材１の速度パターンを取り込む。図３は、搬送テーブル２によって搬送されている時の誘導加熱装置６の直下における鋼材１の速度パターンの例を示す。粗圧延機（或いは、誘導加熱装置６）から仕上げ圧延機５までの鋼材１の速度パターンは、簡単な手順によって予め計算することができる。鋼材１の速度は、先端が仕上げ圧延機５に噛み込まれると、仕上げ圧延機５の速度に支配される。このため、鋼材１の速度パターンは、先端が仕上げ圧延機５に噛み込まれると、一般に減速方向に変化する。また、その後の鋼材１の速度パターンは、仕上げ圧延機５が加速することに伴い、加速方向に変化する。設定電力計算装置７は、Ｓ２において、鋼材１の全長に対する速度パターンを取得する。
　設定電力計算装置７は、Ｓ３において、上流側温度管理位置における鋼材１の板厚方向の温度分布パターンを取り込む。上流側温度管理位置は、鋼材１の温度を管理するための位置である。上流側温度管理位置は、誘導加熱装置６の上流に設定される。図１に示す例では、温度検出器９が鋼材１の温度を検出する位置を上流側温度管理位置に設定している。
　設定電力計算装置７は、Ｓ４において、上流側温度管理位置で測定された鋼材１の温度（実績値）を取り込む。具体的に、設定電力計算装置７は、温度検出器９によって検出された鋼材１の表面温度をＳ４において鋼材１の温度実績値として取り込む。設定電力計算装置７は、Ｓ４において、鋼材１の全長に対する表面温度を取得する。
　設定電力計算装置７は、Ｓ５において、Ｓ３で取得した温度分布パターンとＳ４で取得した温度実績値とを用いて、上流側温度管理位置における鋼材１の板厚方向の温度分布パターンを生成する。Ｓ５において生成される温度分布パターンは、単なる偏差としての情報ではなく、鋼材１の実際の温度を加味した情報である。図４に、鋼材１の温度実績値に基づく温度分布パターンの生成方法の例を示す。設定電力計算装置７は、例えば、Ｓ３で取得した温度分布パターンのうち鋼材１の表面に相当する部分の温度を温度検出器９によって検出された表面温度に一致させることにより、温度実績値に基づく温度分布パターンを生成する。設定電力計算装置７は、Ｓ５において、鋼材１の全長に対する板厚方向の温度分布パターンを生成する。
　設定電力計算装置７は、Ｓ６において、鋼材１が上流側温度管理位置から下流側温度管理位置に移動した時の鋼材１の温度変化を計算する。この時、上流側温度管理位置における鋼材１の温度として、Ｓ５で生成した温度分布パターンを用いる。設定電力計算装置７がＳ６において計算する温度予測値（平均温度）は、誘導加熱装置６によって加熱が行われない時の下流側温度管理位置における温度である。設定電力計算装置７は、Ｓ６において、鋼材１の全長に対する温度予測を行う。
　鋼材１の温度予測の計算では、非定常熱伝導方程式に有限差分法を適用し、例えば、鋼材１の断面内の空間と搬送ライン上の搬送時間とに対して離散化して計算する。図５に、鋼材１のノード分割例を示す。図５に示すように、鋼材１を板厚方向に２Ｎ－１個のノード（要素）で分割する。また、鋼材１の長手方向については、一定長のセグメント（切板）に分割する。設定電力計算装置７は、各セグメントについて板厚方向の温度を計算することにより、鋼材１の全長に対する温度予測を行う。
　温度予測の計算において、最も外側に配置されたノードでは、鋼材１の表面を介して外部に伝わる熱移動を考慮する。即ち、ノード１及びノード２Ｎ－１に関しては、放射冷却Ｑｒａｄ、空冷却（空気対流による抜熱）Ｑｃｏｎｖ、テーブルロール３への抜熱Ｑｒｏｌｌを考慮する。また、各ノード（最も外側に配置されたノードを含む）では、隣接するノード間の温度差から生じる熱伝導Ｑｃｏｎｄ、誘導加熱装置６による熱量変化Ｑｂｈを考慮する。誘導加熱装置６による加熱がない場合は、Ｑｂｈ＝０として計算すれば良い。図６は、各設備位置で考慮しなければならない熱量要素を表している。設定電力計算装置７は、各ノードの温度変化を算出すると、その算出結果に基づいて温度予測値（平均温度）を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　次に、設定電力計算装置７は、下流側温度管理位置における鋼材１の温度パターン設定値を生成する（Ｓ７）。Ｓ７で生成される温度パターン設定値は、下流側温度管理位置における鋼材１の目標温度である。設定電力計算装置７は、Ｓ６で計算した温度予測値（平均温度）に、Ｓ１で取得した昇温パターン設定（平均温度）を足し合わせることにより、温度パターン設定値（平均温度）を算出する。設定電力計算装置７は、例えば、各セグメントについて温度パターン設定値を算出することにより、鋼材１の全長に対する温度パターン設定値の計算を行う。
　設定電力計算装置７は、Ｓ８において、誘導加熱装置６の入側における鋼材１の温度（平均温度）を計算する。誘導加熱装置６の入側の温度とは、鋼材１が誘導加熱装置６に入る直前の温度である。この時、上流側温度管理位置における鋼材１の温度として、Ｓ５で生成した温度分布パターンを用いる。
　また、設定電力計算装置７は、Ｓ９において、誘導加熱装置６の出側における鋼材１の温度（平均温度）を計算する。誘導加熱装置６の出側の温度とは、鋼材１が誘導加熱装置６から出た直後の温度である。設定電力計算装置７は、Ｓ８で得た温度予測値と誘導加熱装置６に供給される電力とに基づいて、誘導加熱装置６の出側における鋼材１の温度を予測する。
　設定電力計算装置７は、Ｓ１０において、下流側温度管理位置における鋼材１の温度（平均温度）を計算する。設定電力計算装置７は、Ｓ９で得た温度予測値に基づいて、下流側温度管理位置における鋼材１の温度を予測する。Ｓ１０で得られる温度予測値は、誘導加熱装置６に供給される電力を考慮した場合の値である。
　即ち、設定電力計算装置７は、Ｓ８乃至Ｓ１０に示す処理により、鋼材１が上流側温度管理位置から下流側温度管理位置に移動した時の下流側温度管理位置における鋼材１の温度予測値（平均温度）を得る。この予測値は、設定された電力によって誘導加熱装置６による鋼材１の加熱が行われた時の値である。
　Ｓ８乃至Ｓ１０における計算は、上述した温度計算の組み合わせによって行うことができる。誘導加熱装置６からノードｉへの熱量変化は、例えば、次式によって算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　浸透深さ係数は、電流の浸透深さを表す。浸透深さ係数は、例えば、次式に示す３次関数を利用して求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
ここで、
　ｉ：ノード番号（１、２、・・・、２Ｎ－１）
　Ｃｋ：パラメータ
　ｘ［ｉ］：ノードｉの表面からの深さ
である。
　設定電力計算装置７は、Ｓ１１において、Ｓ１０で求めた鋼材１の体積平均温度とＳ７で生成した温度パターン設定値とを比較し、その偏差を求める。設定電力計算装置７は、求めた偏差が規定の範囲内であるか否かを判定する。求めた偏差が規定の範囲から外れている場合（Ｓ１１のＮｏ）、設定電力計算装置７は、誘導加熱装置６に対する電力の設定値を修正する（Ｓ１２）。
　次に、設定電力計算装置７は、Ｓ１２において修正した誘導加熱装置６の電力がリミット範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１３）。設定電力計算装置７は、誘導加熱装置６の電力がリミット範囲内であれば（Ｓ１３のＹｅｓ）、Ｓ１２において再設定された誘導加熱装置６の電力に基づいてＳ８乃至Ｓ１０の計算を再度行う。設定電力計算装置７は、Ｓ１０で求めた鋼材１の体積平均温度とＳ７で生成した温度パターン設定値との偏差が規定の範囲に入るまで、Ｓ８乃至Ｓ１３に示す処理を繰り返す。
　設定電力計算装置７は、Ｓ８乃至Ｓ１３に示す処理を鋼材１の全長に対して実施する。例えば、設定電力計算装置７は、セグメントｊ（ｊはセグメント番号）に対してＳ８乃至Ｓ１３に示す処理を行う。設定電力計算装置７は、Ｓ１１において偏差が規定の範囲内になると、セグメントｊに対する処理を終了し、その時点における電力をセグメントｊに対する電力に設定する。また、Ｓ１３において誘導加熱装置６の電力がリミット範囲から外れた場合もセグメントｊに対する処理を終了し、その時点における電力をセグメントｊに対する電力に設定する。設定電力計算装置７は、セグメントｊに対する処理が終了すると、セグメントｊ＋１に対する処理を開始する。誘導加熱装置６の電力設定が鋼材１の全長（全てのセグメント）に対して行われると、設定電力計算装置７は、その設定した電力パターンを電力制御装置８に出力する。
　上記構成を有する制御装置であれば、所望の昇温パターン設定を達成するために必要な誘導加熱装置６の電力パターンを精度良く求めることができる。即ち、仕上げ圧延機５の入側において鋼材１が最適な温度になるように誘導加熱装置６を適切に制御することができる。これにより、製品の品質を向上させることができ、付加価値を高めることが可能となる。
　なお、設定電力計算装置７は、鋼材１が仕上げ圧延機５によって圧延される前は、鋼材１の搬送速度として予め設定された速度パターンを用いて鋼材１の全長に渡る体積平均温度を計算する。また、設定電力計算装置７は、仕上げ圧延機５による圧延が開始された後は、鋼材１の搬送速度として速度検出器４によって検出された速度を用いて鋼材１の全長に渡る体積平均温度を計算する。或いは、設定電力計算装置７は、鋼材１の搬送速度として速度検出器４によって検出された速度と予め設定された速度パターンとの双方を用いても良い。上記双方の比率を時間の経過と共に変え、その得られた値を鋼材１の搬送速度として用いても良い。
　なお、設定電力計算装置７は、ハードウェア資源として、例えば入出力インターフェースとＣＰＵとメモリとを含む回路を備える。設定電力計算装置７は、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵによって実行することにより、図２に示す各処理（機能）を実現する。図２に示された設定電力計算装置７が有する各機能の一部又は全部をハードウェアによって実現しても良い。
実施の形態２．
　図７は、この発明の実施の形態２における圧延システムの要部の構成を示す図である。本実施の形態では、設定電力計算装置７が学習機能を有する場合について説明する。
　実施の形態１において説明した、鋼材１が上流側温度管理位置から下流側温度管理位置に移動する時の一連の温度計算を以下のように表す。下記式は、誘導加熱装置６による加熱が行われる時の温度計算を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　ｔｅｍｐ＿ｃａｌ｛　｝は、実施の形態１において示した非定常熱伝導方程式に有限差分法を適用し、鋼材１の断面内の空間と搬送ライン上の搬送時間とに対して離散化した一連の計算式を表す。鋼材１の圧延前は、上流側温度管理位置での温度実績値（全ノードの情報）と鋼材１の速度パターン（各時刻での速度情報）と誘導加熱装置６での電力設定値とを入力情報として、下流側温度管理位置での鋼材１の温度（全ノードの情報）を計算する。この温度のことをここでは「温度計算値」と呼ぶ。
　一方、鋼材１の圧延後も同様の計算方法により、上流側温度管理位置での温度実績値（全ノードの情報）と鋼材１の速度パターン実績値（各時刻での速度情報）と誘導加熱装置６での電力実績値とを入力情報として、下流側温度管理位置での鋼材１の温度（全ノードの情報）を計算することができる。この温度のことをここでは「温度実績計算値」と呼ぶ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　得られた予測誤差に平滑化処理を施した学習項をＺｆｅｔとし、温度計算ｔｅｍｐ＿ｃａｌ｛　｝の最終結果に加える。即ち、新しい温度計算は、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　例えば、鋼材１の圧延が終了した後、鋼材１の種別に紐付けて学習項Ｚｆｅｔを記録する。次回、同じ種別の鋼材を圧延する時にこの記録されている学習項Ｚｆｅｔを読み出して使用すれば良い。なお、学習項Ｚｆｅｔの利用方法はこれに限定されない。
　上記構成を有する制御装置であれば、鋼材１の圧延後に、鋼材１の温度及び速度、並びに誘導加熱装置６の電力の各実績値を使用して、電力パターンの計算に必要なパラメータを適切に補正することができる。即ち、設定電力計算装置７は、先ず、温度検出器９によって検出された鋼材１の温度と誘導加熱装置６に実際に供給された電力とに基づいて下流側温度管理位置における鋼材１の表面温度を計算する。そして、その計算された表面温度と温度検出器１０によって検出された鋼材１の温度とに基づいて、体積平均温度を計算する際に使用するパラメータを修正する。これにより、次回加熱処理を行う際に、電力パターンを精度良く求めることができる。
　この発明は、誘導加熱装置を備えた圧延システムに適用できる。
　１　鋼材（材料）
　２　搬送テーブル
　３　テーブルロール
　４　速度検出器
　５　仕上げ圧延機
　６　誘導加熱装置
　７　設定電力計算装置
　８　電力制御装置
　９、１０、１１　温度検出器
　１２　昇温パターン設定決定装置

Claims (7)

  1. 　搬送テーブルによって搬送される材料を加熱する誘導加熱装置と、
    　前記誘導加熱装置より上流の第１位置で材料の温度を検出する第１温度検出器と、
    　前記誘導加熱装置より下流に設けられ、材料を圧延する仕上げ圧延機と、
    　前記誘導加熱装置より下流且つ前記仕上げ圧延機より上流の第２位置で材料の温度を検出する第２温度検出器と、
    　前記誘導加熱装置に必要な電力を計算する設定電力計算装置と、
    を備え、
    　前記設定電力計算装置は、
    　前記第１温度検出器によって検出された温度に基づいて、前記第１位置における材料の板厚方向の温度分布パターンを生成する生成手段と、
    　前記生成手段によって生成された温度分布パターンに基づいて、材料が前記第１位置から前記第２位置に移動した時の前記第２位置における材料の体積平均温度を計算する第１計算手段と、
    　前記第１計算手段によって計算された体積平均温度が前記第２位置における材料の目標温度に追従するように、前記誘導加熱装置に必要な電力を計算する第２計算手段と、
    を備え、
    　前記第１計算手段は、材料を板厚方向にノード分割し、放射冷却、空気対流による抜熱、前記搬送テーブルのテーブルロールへの抜熱、隣接するノード間の温度差から生じる熱伝導及び前記誘導加熱装置からの熱量変化に基づいて各ノードの温度変化を算出し、その算出結果に基づいて材料の体積平均温度を計算する圧延システム。
  2. 　前記搬送テーブルによって搬送される材料の速度を検出する速度検出器と、
    を更に備え、
    　前記第１計算手段は、
    　材料が前記仕上げ圧延機によって圧延される前は、材料の搬送速度として予め設定された予測速度パターンを用いて材料の全長に渡る体積平均温度を計算し、
    　前記仕上げ圧延機による圧延が開始された後は、材料の搬送速度として前記速度検出器によって検出された速度を用いて又は前記速度検出器によって検出された速度と前記予測速度パターンとの双方を用いて、材料の全長に渡る体積平均温度を計算する
    請求項１に記載の圧延システム。
  3. 　昇温パターン設定を決定するための昇温パターン設定決定装置と、
    を更に備え、
    　前記第２計算手段は、前記昇温パターン設定決定装置によって決定された昇温パターン設定と前記誘導加熱装置による加熱が行われない時の前記第２位置における材料の体積平均温度とに基づいて、前記第２位置における材料の目標温度を設定する請求項１又は請求項２に記載の圧延システム。
  4. 　前記第２計算手段は、前記生成手段によって生成された温度分布パターンに基づいて、前記誘導加熱装置による加熱が行われない時の前記第２位置における材料の体積平均温度を計算する請求項３に記載の圧延システム。
  5. 　前記第２位置は、前記仕上げ圧延機の入側に近接する位置であり、
    　前記第１計算手段は、材料を長手方向に一定長のセグメントに分割した時の各セグメントに対して体積平均温度を計算し、
    　前記第２計算手段は、材料の各セグメントに対して目標温度を設定する
    請求項３又は請求項４に記載の圧延システム。
  6. 　前記第２計算手段は、前記第１計算手段によって計算された体積平均温度と前記第２位置における材料の目標温度との差が基準の範囲から外れる場合は、前記第１計算手段に、体積平均温度を計算する際に使用した電力の値を再設定して体積平均温度を再計算させる請求項１から請求項５の何れか一項に記載の圧延システム。
  7. 　前記搬送テーブルによって搬送される材料の速度を検出する速度検出器と、
    を更に備え、
    　前記第１計算手段は、前記第１温度検出器によって検出された温度と前記速度検出器によって検出された速度と前記誘導加熱装置に実際に供給された電力とに基づいて前記第２位置における材料の表面温度を計算し、計算された表面温度と前記第２温度検出器によって検出された温度とに基づいて、体積平均温度を計算する際に使用するパラメータを修正する請求項１に記載の圧延システム。
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