東芝三菱電機産業システム株式会社 (〒73 東京都港区三田三丁目１３番１６号 Tokyo, Tokyo1080073, JP)
| 鋼板を圧延、鍛造若しくは矯正加工する処理と鋼板を加熱する加熱処理により、所望の鋼板製品を製造する鋼板製造ラインにおいて、 前記鋼板の加熱処理として、鋼板幅方向全体に渡って加熱するソレノイド式誘導加熱装置と、鋼板材質を測定する材質センサを配置して、前記材質センサにより鋼板材料の材質を測定して、その測定値に基づいて加熱条件を制御して、前記鋼板を加熱することを特徴とする鋼板製造ラインの加熱制御方法。 |
| 鋼板を圧延、鍛造若しくは矯正加工する処理と鋼板を加熱する加熱処理により、所望の鋼板製品を製造する鋼板製造ラインにおいて、 前記鋼板の加熱処理として、鋼板幅方向全体に渡って加熱するソレノイド式誘導加熱装置と、鋼板材質を測定する材質センサを配置して、前記材質センサにより鋼板材料の材質を測定して、計算機により、その材質センサより下流の任意位置に設けられた材質管理ポイントにおける材質が目標値に一致するように計算された値を、前記材質センサより下流に配置される前記誘導加熱装置への加熱条件の修正値として制御して、前記鋼板を加熱することを特徴とする鋼板製造ラインの加熱制御方法。 |
| 鋼板材料を加熱するソレノイド式誘導加熱装置と、 鋼材の材質を測定する材料センサと、 所望の寸法形状の鋼板製品を製造する鋼板製造ラインに接続され、上位計算機から与えられる鋼板材料の寸法形状、製品の目標寸法形状及び鋼板材料の組成等の情報に基づいて、前記誘導加熱装置の設定値を計算し出力する設定計算手段及び前記材質センサからの測定値による修正計算手段の機能を持つ計算機と、 前記計算機から与えられた加熱条件と修正値とに基づいて前記誘導加熱装置を制御する誘導加熱装置用制御装置と、 を備えたことを特徴とする鋼板製造ラインの加熱制御装置。 |
この発明は、鋼材を圧延、鍛造もしくは 正加工するラインに鋼板の加熱処理により 所望の鋼板製品を製造する鋼板製造ライン 加熱制御方法及びその装置に関するもので る。
一般に鋼板製造ラインでは、被加熱材(圧 延材)を加熱炉で圧延可能な温度にまで加熱 、圧延機にて、所望の板厚や板幅を有する 品を得ている。
このような鋼板製造ラインにおいては、 年、鋼板の温度降下による圧延機の負荷軽 および昇温や均熱目的として鋼板製造ライ に誘導加熱装置を設置する事が一般的な手 となっている。
従来、加熱条件に対し、加熱温度目標値 製品仕様毎に長年に亘る経験に基づいて決 られ、これを達成するように、温度制御を う方法が一般的であった。ところが、近年 製品仕様への要求の高度化、多様化が著し 、経験に基づく決め方では目標値を必ずし 適正に決めることができず、更には鋼板の 温や均熱だけでは所望の材質が得られない ースが生じてきた。
昇温や均熱を目的として、ライン上に配 された温度計により測定された温度を用い 、誘導加熱装置の供給電力を制御して、目 温度を維持することを目的としたものもあ (例えば、特許文献1、2参照)。
また、材質測定センサによる測定結果に り所望の材質に制御することを特徴とした 質モデルに基づく制御を目的としたものも る(例えば、特許文献3参照)。
従来の温度計による温度制御では、加熱 件と鋼板の材質とその鋼板内面温度として 目標値設定と、温度計の検出精度が重要と る。ところが、温度計の検出はあくまで表 温度の測定であることと、水蒸気やスケー 等の影響による測定誤差も生じて、ダイナ ックな制御を行うことは困難であり、事前 測定した製品温度を基にした温度設定によ 加熱しか出来なかった。
また、材質モデルに基づく制御方法では 材質モデルの予測精度が製品の材質を目標 に一致させるために重要となる。ところが 加熱条件と製品の材質の関係は極めて複雑 あり、その予測精度は必ずしも十分ではな った。とりわけ材質モデル同定の対象範囲 ら外れている場合には、精度の悪化が著し った。また、材質モデルを構成する多数に るモデル式の個々の精度は良好であっても それらの誤差が積み重ねられるため、トー ルの精度を良好に保つことは困難であった
この発明は、上述のような課題を解決す ためになされたもので、温度設定による温 制御はそのまま備えるものの、また材質モ ルの予測精度が十分に良好で無い場合にも 製品の品質を向上できる鋼板製造ラインの 熱制御方法及びその装置を提供することを 的としている。
この発明における鋼板製造ラインの加熱 御方法は、鋼板を圧延、鍛造若しくは矯正 工する処理と鋼板を加熱する加熱処理によ 、所望の鋼板製品を製造する鋼板製造ライ において、鋼板の加熱処理として、鋼板幅 向全体に渡って加熱するソレノイド式誘導 熱装置と、鋼板材質(粒径)を測定する材質 ンサを配置して、材質センサにより鋼板材 の材質を測定して、その測定値に基づいて 熱条件を制御して、鋼板を加熱することを 徴とするものである。
また、鋼板の加熱処理として、鋼板幅方 全体に渡って加熱するソレノイド式誘導加 装置と、鋼板材質(粒径)を測定する材質セ サを配置して、材質センサにより鋼板材料 材質を測定して、計算機により、その材質 ンサより下流の任意位置に設けられた材質 理ポイントにおける材質が目標値に一致す ように計算された値を、材質センサより下 に配置される誘導加熱装置への加熱条件の 正値として制御して、鋼板を加熱すること 特徴とするものである。
また、この発明における鋼板製造ライン 加熱制御装置においては、鋼板材料を加熱 るソレノイド式誘導加熱装置と、鋼材の材 (粒径)を測定する材料センサと、所望の寸 形状の鋼板製品を製造する鋼板製造ライン 接続され、上位計算機から与えられる鋼板 料の寸法形状、製品の目標寸法形状及び鋼 材料の組成等の情報に基づいて、誘導加熱 置の設定値を計算し出力する設定計算手段 び材質センサからの測定値による修正計算 段の機能を持つ計算機と、計算機から与え れた加熱条件と修正値とに基づいて誘導加 装置を制御する誘導加熱装置用制御装置と 備えたものである。
この発明によれば、温度制御のみならず 材質(粒径)を誘導加熱装置の加熱条件とし 加熱制御を行うことが可能となる。これに り、材質を材質センサの測定位置での目標 に一致するように加熱制御して、材質を一 に保つように制御を行うことが可能となる
1 ソレノイド式誘導加熱装置
2 誘導加熱装置用制御装置
3 計算機
4 上位計算機
5 入側材質センサ
6 出側材質センサ
7 入側温度計
8 出側温度計
9 鋼板
10 圧延機
この発明を実施するための最良の形態に いて図面を参照して具体的に説明する。こ 実施例では鋼板材料の圧延ラインを挙げる 、鋼板材料に対し、加熱工程を少なくとも1 回実施して、所望の製品を製造する鍛造また は矯正等の製造ラインについても同様に、こ の発明を適用することが可能である。
図3は、この発明の前提となる従来の鋼板 製造ラインの加熱制御方法及びその装置を示 す構成図である。図3で示すように、鋼板9は ソレノイド式誘導加熱装置1で加熱された後 、圧延機10により加工され所望の製品となる なお、ソレノイド式誘導加熱装置1は、複数 あってもよい。ソレノイド式誘導加熱装置1 インバータを電源装置として持っている。 のインバータへの加熱電力基準出力とその 御を行う装置として、加熱電力制御手段と 熱電力修正手段としての機能を持つ誘導加 装置用制御装置2を設ける。また、製品寸法 材質、温度条件等から設定値を計算し誘導 熱装置用制御装置2に電力設定値を出力する 設定計算手段としての機能及びソレノイド式 誘導加熱装置1の入側温度計7または出側温度 8からの測定値による修正計算手段としての 機能を持つ計算機3がある。計算機3は電力設 値を決定するために必要な製品寸法などの 報を上位計算機4から与えられる。
このような装置において、誘導加熱装置 制御装置2による加熱制御は、計算機3によ 基本となる加熱設定モデル計算と、入側温 計7もしくは出側温度計8からの温度測定値に より修正を加えたものを電力設定値の基とな る温度設定値として定め、その電力設定値に 基づき、誘導加熱装置用制御装置2がソレノ ド式誘導加熱装置1の加熱電力制御を行うこ が一般的であった。
図1は、この発明の実施例1における鋼板製
ラインの加熱制御方法及びその装置の基本
成を示す構成図である。
ソレノイド式誘導加熱装置1、誘導加熱装置
制御用制御装置2、計算機3、上位計算機4、入
側温度計7、出側温度計8の作用は、この発明
前提となる従来のものと同様である。
鋼板製造ライン内のソレノイド式誘導加熱
置1の上流側の任意の位置に入側材質センサ
5を設置する。また、ライン内のソレノイド
誘導加熱装置1の下流側の任意の位置に出側
質センサ6を設置する。これらの材質センサ
5、6は、上流側の入側材料、下流側の出側材
の材質(粒径)を検出するためのものである
、両方もしくはいずれか一方に設置しても
い。この材質センサ5、6は、耐久性等の観点
から非接触、非破壊のものが望ましく、透磁
率などの材質を直接測定するものの他、電気
抵抗、超音波の伝播特性、放射線の散乱特性
など材質と強い相関を示す物理量を検出し、
結晶粒径、成形性などの材質に換算すること
で間接的に測定するものを用いることが出来
る。このような材質センサ5、6は様々なもの
あり、例えば、日本特開昭57-57255号には、
料内に打ち込んだ超音波の強度変化又は伝
速度の検出値に基づいて材料の結晶粒径又
集合組織を測定する方法が開示されている
なお、超音波の送受信には近年開発された
ーザ超音波装置、又は電磁超音波装置など
用いることができ、例えば、日本特開2001-255
306号には、レーザ超音波装置の一例が開示さ
れている。レーザ超音波装置は材料表面から
材質センサまでの距離を長く取ることが出来
る特徴があり、とりわけ熱間測定、及び、オ
ンライン測定を行う必要がある場合には利用
価値が高い。また、日本特開昭56-82443号には
磁束検出器で検出される磁束強度から鋼材
変態量を測定する装置が開示されている。
上位計算機4から計算機3に対しては、鋼 材の寸法形状、製品の目標寸法形状、金属 材の組成(合金成分の含有率)等の目標値に加 え、材質センサ5、6による材質測定位置で達 すべき材質の目標値が与えられる。この材 とは、例えば、引張り強さ、耐力、靱性、 び、延性などの機械的特性、透磁率などの 磁気的特性、或いは、それらと強い相関を つ結晶粒径、結晶方位の配向性、各種の結 組織の存在比率のうちのいくつかである。
図2は、この発明の実施例1における鋼板製
ラインの加熱制御方法及びその装置の具体
構成を示す構成図である。
ソレノイド式誘導加熱装置1、誘導加熱装置
用制御装置2、計算機3、上位計算機4、入側温
度計7(図示省略)、出側温度計8(図示省略)の作
用は、この発明の前提となる従来のものと同
様である。当鋼板材料の材質モデル計算した
当該測定位置の材質の測定値と比較し、その
比較結果に基づいて求められた修正値を誘導
加熱装置用制御装置2にて修正を加えたもの
ある。これは例えば次式により行う。
電力制御値は、鋼材の寸法、特性(比重、比
熱)および搬送速度の値を用いて処理量と昇
熱量から必要昇温量に対する電力値を電力
御モデルとして定める。例えば次式により
う。
電力制御の修正計算は上記式3と同等式を用 いて、材質センサ5、6の測定値からの加熱温 の修正計算で得られた加熱温度設定値(T SET )を代入する事より行う。例えば次式により う。
なお、誘導加熱装置1の電源に使用するイ ンバータは半導体素子回路により誘導加熱コ イルに供給する電力を任意に且つ素早く調整 することが出来るため、この場合には上記式 1で示されるゲインK1を高める。誘導加熱装置 用制御装置2は、計算機から出力される電力 御値に、当鋼板材料の材質モデル計算した 該測定位置の材質の測定値と比較し、その 較結果に基づいて求められた修正値を加え ことにより鋼板長手方向全体に渡り、より 度の高いダイナミックな制御が可能となる より高品質の製品を製造できる。
以上のように、この発明によれば、従来 温度制御のみならず、鋼板の材質(粒径)を 定することにより、より高品質な鋼材の製 が可能となる。また、誘導加熱装置の加熱 御を司る誘導加熱装置用制御装置により、 算機から与えられた電力設定値および修正 にて、よりダイナミックな制御を行うこと 可能となる。
この発明の、鋼材を圧延、鍛造もしくは 正ラインの加熱制御方法およびその装置は 特に誘導加熱装置とレーザ超音波による結 粒径センサを用いた鉄鋼厚板ラインや熱間 延ラインの加熱制御に適用することができ 。