(57)【要約】  この発明は、圧延材を冷却する際に、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、消費エネルギーの低減を図ることのできる圧延プラントの制御装置を提供することを目的とする。  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。
2013030945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延プラントの省エネ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間薄板圧延や厚板圧延においては、金属材料の圧延材に冷却水を注水して、与えられた目標温度に温度制御することが一般に行われる。また、１０００℃前後の高温の圧延材に圧延ロールや搬送のためのテーブルロールが接するため、圧延ロールやテーブルロールを冷却水で冷却することも一般に行われる。後者の冷却水は、熱間薄板圧延や厚板圧延など高温材料を対象とする圧延だけでなく、冷間圧延等、常温の圧延材を対象とする場合にも使用される。【０００３】
圧延プラントは、冷却水の循環経路を備えており、冷却水は、一旦高所のタンクに揚水されてから使用されることが多い。水の移動には、必ずポンプとそのポンプを駆動する電動機、そのドライブ装置が使用される。したがって、水の循環を減らすことができれば、ポンプの駆動に要するエネルギーを減らすことができる。【０００４】
例えば、特許文献１（日本特開２００６−２７２３３９号公報）「圧延ロールの冷却方法および装置」においては、圧延材がないときに、冷却水を送出するポンプを低速運転する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本特開２００６−２７２３３９号公報
【特許文献２】日本特開２００５−３１３２０２号公報
【特許文献３】日本特開２００８−２６００４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の温度制御や、特許文献１に開示された冷却方法においては、圧延材、圧延ロール、テーブルロールを如何に効率よく冷却するかという観点は考慮されていない。そのため、冷却水の注水量は多く、上述したポンプの駆動に要するエネルギーも十分に低減されない。よって、その省エネ効果は十分とは言えない。【０００７】
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もので、圧延材を冷却する際に、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、消費エネルギーの低減を図ることのできる圧延プラントの制御装置を提供することを目的とする。【０００８】
また、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もので、圧延材が圧延されていない、いわゆるアイドリング状態においてテーブルロールや圧延ロールを冷却する際に、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、消費エネルギーの低減を図ることのできる圧延プラントの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、圧延プラントの省エネ装置であって、
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。【００１０】
また第２の発明は、上記の目的を達成するため、圧延プラントの省エネ装置であって、
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。【００１１】
また第３の発明は、上記の目的を達成するため、圧延プラントの省エネ装置であって、
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。【００１２】
また第４の発明は、上記の目的を達成するため、圧延プラントの省エネ装置であって、
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。【００１３】
また第５の発明は、上記の目的を達成するため、圧延プラントの省エネ装置であって、
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。【００１４】
また第６の発明は、上記の目的を達成するため、圧延プラントの省エネ装置であって、
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。
【発明の効果】
【００１５】
これらの発明によれば、被冷却体である圧延材や圧延設備（圧延ロールやテーブルロール）の内部の熱が熱伝導によって表面に伝わり、被冷却体の表面温度が高まったタイミングで冷却水が注水される。表面温度と冷却水の温度差が大きいほど冷却効率は高まる。そのため、本発明によれば、冷却水の注水量を減らすことができ、冷却水の循環のためのポンプ等の消費エネルギーの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】熱間薄板圧延機と、これを対象とした冷却水の循環経路の概要を説明するための図である。
【図２】被冷却体の熱伝導の計算方法を説明するための図である。
【図３】時刻ｔ１及び時刻ｔ２において被冷却体に冷却水を注水する場合における被冷却体の中心温度と表面温度の温度変化を説明するための図である。
【図４】時刻ｔ１及び時刻ｔ３において被冷却体に冷却水を注水する場合における被冷却体の中心温度と表面温度の温度変化を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１における特徴的構成を説明するための図である。
【図６】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７】本発明の実施の形態２において、制御装置が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図８】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９】本発明の実施の形態４における特徴的構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態４における別の態様を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態４において、制御装置が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態５における特徴的構成を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態５において、制御装置が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態５における別の態様を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態６における特徴的構成を説明するための図である。
【図１６】ワークロール表面の所定部分についてのロール表面温度の変化について説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の形態６における特徴的構成を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施の形態６において、制御装置が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１８】
［圧延プラントの基本的構成］
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。
【００１９】
図１に示す熱間薄板圧延機１０の圧延ライン上流には、金属材料の圧延材１２を加熱する加熱炉１４が設けられている。圧延材１２は、テーブルロールにより圧延ライン上流（図１の左側）から下流（図１の右側）へ搬送される。加熱炉１４の下流には、圧延材１２の表面のスケールを除去するためのスケールブレーカ１６が設けられている。スケールブレーカ１６の下流には、圧延材１２を圧延する粗圧延機１８が設けられている。粗圧延機１８の下流には、スケールブレーカ２０が設けられている。スケールブレーカ２０の下流には、圧延材１２を最終板厚まで圧延する仕上圧延機２２が設けられている。
【００２０】
仕上圧延機２２は、タンデムに配置された複数の圧延スタンド２４を備えている。各圧延スタンド２４は、圧延材１２と接触しながら回転して圧延材１２を薄く引き延ばす圧延ロールであるワークロール２６と、ワークロール２６の回転軸方向のたわみを矯正するためのバックアップロール２８とを備えている。ワークロール２６には、それを駆動する電動機及びそのドライブ装置が設けられている。バックアップロール２８は、ワークロール２６との間の摩擦により、ワークロール２６の回転につれて回転させられる。
【００２１】
図１に示す仕上圧延機２２の下流には、仕上圧延機出側の圧延材１２の温度（ＦＤＴ：Finisher Delivery Temperature）を測定する仕上出側温度計３０が設けられている。仕上出側温度計３０の下流には、ランアウトテーブル（ＲＯＴ：Run Out Table）３２が設けられている。ＲＯＴ３２の下流には、巻き取り機前の圧延材１２の温度（ＣＴ：Coiling Temperature）を測定する巻き取り温度計３４が設けられている。巻き取り温度計３４の下流には、圧延材１２をコイル状に巻き取る巻き取り機３６が設けられている。このように、熱間薄板圧延機１０は、上流から下流に向かって、加熱炉１４、粗圧延機１８、仕上圧延機２２、ＲＯＴ３２、巻き取り機３６等で構成される。
【００２２】
次に、熱間薄板圧延機１０を対象とした冷却水の循環経路の概要について説明する。図１の破線矢印は、循環する冷却水の流れを表している。熱間薄板圧延機１０には、冷却水を蓄積するタンク３８が、粗圧延機１８、仕上圧延機２２、ＲＯＴ３２よりも高い位置に設けられている。また、粗圧延機１８、仕上圧延機２２、ＲＯＴ３２よりも低い位置には、冷却水の回収経路が構成され、浄化・冷却プロセス４０に接続されている。浄化・冷却プロセス４０は、冷却水ピット４２に配管で接続されている。冷却水ピット４２は、タンク３８に配管で接続されている。これらの配管にはポンプ４４が設けられている。ポンプ４４には、それを駆動する電動機４６及びそのドライブ装置が設けられている。
【００２３】
圧延材１２に直接注水して冷却するための冷却水を、直接冷却水と呼ぶことがある。また圧延設備（例えば、ワークロール２６、バックアップロール２８、ＲＯＴ３２等）の冷却ために注水する冷却水を、間接冷却水と呼ぶことがある。以下において、冷却水の種類を区別する場合は、直接冷却水、間接冷却水と記す。
【００２４】
図１に示す圧延スタンド２４の入側及び出側の少なくとも一方には、ロール冷却装置４８が設けられている。ロール冷却装置４８は、タンク３８から冷却水が供給され、ワークロール２６やバックアップロール２８に間接冷却水を注水することができる。また、隣り合う圧延スタンド２４の間には、スタンド間冷却装置（ＩＳＣ：Inter Stand Coolant）５０が設けられている。仕上圧延機２２の圧延スタンド２４は通常５〜７個あるため、スタンド間冷却装置５０は４〜６個備えられている。スタンド間冷却装置５０は、タンク３８から冷却水が供給され、テーブルロール上の圧延材１２に直接冷却水を注水することができる。また、ＲＯＴ３２には、冷却バンク５２が設けられている。冷却バンク５２には、複数のＲＯＴ注水装置５４が設けられている。ＲＯＴ注水装置５４は、タンク３８から冷却水が供給され、ＲＯＴ３２のテーブルロール上の圧延材１２に直接冷却水を注水することができる。
【００２５】
直接冷却水、間接冷却水とも、冷却に使用された後は回収され再利用される。しかし、使用された冷却水は、その中に鉄粉等の異物が含まれていたり、高温になっていたりする。そのため、冷却水は一旦、浄化・冷却プロセス４０に戻される。その後、再び冷却水として利用するために、冷却水ピット４２に戻され、注水されるときに所望の圧力を付加するために、高所のタンク３８に揚水され、冷却水として使用される。これらの水の移動には、ポンプ４４とそれを駆動する電動機４６及びそのドライブ装置が使用される。
【００２６】
また、図１に示す熱間薄板圧延機１０は、制御装置６０を備えている。制御装置６０の入力側には、上述の仕上出側温度計３０、巻き取り温度計３４の他、圧延材１２や圧延設備の状態を検出するための各種センサが接続されている。制御装置６０の出力側には、上述のロール冷却装置４８、スタンド間冷却装置５０、ＲＯＴ注水装置５４、ポンプ４４のドライブ装置、ワークロール２６の回転速度（圧延速度）を変更可能なドライブ装置の他、圧延材１２や圧延設備の状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。また、制御装置６０は、圧延材１２の材質や製品仕様に応じて各種制御情報（例えば、圧延材１２の目標温度）等を設定する設定機能を備えている。
【００２７】
制御装置６０は、上述した各種制御情報、及び各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、圧延材１２や圧延設備の状態を制御する。
【００２８】
上述のような圧延プラントにおいては、圧延材に冷却水を注水して、所望の温度に制御することが一般に行われる。高温の圧延材に冷却水を注水し冷却する場合、冷却後の目標温度が与えられ、その目標温度を達成するために各種アクチュエータが制御される。図１に示す熱間薄板圧延機１０では、仕上圧延機２２出側の圧延材１２の温度（ＦＤＴ）の目標が制御装置６０に与えられ、制御装置６０は、そのＦＤＴ目標温度を達成するために仕上出側温度制御（ＦＤＴＣ：FDT Control）を実行する。ＦＤＴＣの操作端は、圧延速度および圧延スタンド２４間に設置されたスタンド間冷却装置５０である。
【００２９】
また、図１に示す熱間薄板圧延機１０では、巻き取り機３６前の圧延材１２の温度（ＣＴ）の目標が制御装置６０に与えられ、制御装置６０は、そのＣＴ目標温度を達成するためにＣＴを制御する巻き取り温度制御(ＣＴＣ：CT Control)を実行する。ＣＴＣの操作端は、仕上圧延機２２と巻き取り機３６の間のＲＯＴ３２に設置されるＲＯＴ注水装置５４である。
【００３０】
［本発明の着想］
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。
【００３１】
【数１】
2013030945.tif 000003
ここで、
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]
【００３２】
被冷却体が冷却水より高温である場合、（１）式による熱流の絶対値が大きいことは、被冷却体が冷却され易いことを意味する。被冷却体は体積を持つものなので、その体積を微小なものに分け、そのｉ番目の微小体積部分の温度変化Ｔｉを考えると、以下の式で表される。
【００３３】
【数２】
2013030945.tif 000004
ここで、
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。
【００３４】
ここで、図２に被冷却体の厚み方向に５分割した例を示す。上表面から順に１、・・・、５と番号を振り、これをｉ番目と一般的に表す。熱の計算に用いられる差分法（微分方程式を解く数値解析の方法のひとつ）では、図２の上図に示す分割した微小体積を、図２の下図に示すノード（点）で代表させ、ノード間の熱の出入りを（２）式のように記述することが一般的に行われる。本発明の説明でも、これに従うことにする。
【００３５】
（１）式（２）式から、被冷却体の物性値である密度、比熱、および微小体積は変更できないものであるので、被冷却体の温度を下げるためには、ΣＱを大きくすればよい。そのためには以下の方法が考えられる。
（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。
【００３６】
（Ｂ）については、表面温度、および、金属材料の表面に付着する酸化膜など、表面状態に依存することが知られている。（Ｃ）は、被冷却体の表面が滑らかでない場合に表面積は大きくなる。しかし（Ｂ）（Ｃ）とも制御可能な量ではない。
【００３７】
（Ａ）の中で、冷却水の温度は、上述の図１での説明のように、冷却プロセスの結果として冷却水の温度が実現されるので、容易に変更できるものではない。しかし、被冷却体の表面温度は、工夫により変更することが可能である。
【００３８】
被冷却体は単位長さ、単位幅を取った場合、必ず厚みがあるものであり、厚み方向に温度分布を持つ。一般には表面から先に冷却されるので、厚み方向の内部では、表面より高い温度を持つ。内部の熱が表面に出てくることは、被冷却体の熱伝導に依存する。熱伝導は、物性値の一つである熱伝導率（熱伝達とは異なる物性値）によって表される。
【００３９】
被冷却体の表面温度を高くするには、冷却後ある時間をおいて内部の高温部分からの熱伝導により、表面に熱が伝わるのを待つことが必要である。
【００４０】
以下、被冷却体は、圧延機による加工を受けた金属材料、すなわち圧延材である場合と、圧延ロール等の圧延設備である場合とがある。
【００４１】
本発明では、上述の考えに基づいて、被冷却体が金属材料である場合に、その内部からの熱によって表面温度を高めるように、冷却水を注水するタイミングを決める。そのタイミングで注水することにより、冷却効率を高め、省エネ効果を高める。
【００４２】
また本発明では、被冷却体が圧延設備である場合に、圧延加工をしていない状態や圧延材を搬送していない状態といった、いわゆるアイドリング状態において、圧延設備の内部からの熱によって表面温度を高めるように、冷却水を注水するタイミングを決める。そのタイミングで注水することにより、冷却効率を高め、省エネ効果を高める。
【００４３】
上記の考え方をあてはめた場合の冷却方法を図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４において、被冷却体が、時刻ｔ１の状態、時刻ｔ２の状態、時刻ｔ３の状態の順で、直線的に、または回転方向に移動するものとする。図３は、時刻ｔ１及び時刻ｔ２において被冷却体に冷却水を注水する場合における被冷却体の中心温度（ノード３）と表面温度（ノード１）の温度変化を表している。図４は、時刻ｔ１及び時刻ｔ３において被冷却体に冷却水を注水する場合における被冷却体の中心温度（ノード３）と表面温度（ノード１）の温度変化を表している。
【００４４】
図３に示すように、被冷却体を冷却水で冷やす場合、時刻ｔ１で注水した直後は、被冷却体の表面温度が急激に下がる。図３では、時刻ｔ１直後の時刻ｔ２のタイミングで冷却水が注水されるため、被冷却体は、内部に持つ熱が十分表面まで出てくる前に冷却されることになる。そのため、（１）式の熱流が小さくなり、冷却効率が良くない。
【００４５】
一方、図４に示すように、時刻ｔ１で注水した後、時刻ｔ２で注水しない場合には、被冷却体の内部の熱が表面に出てくるので表面温度が高くなる。図４に示す時刻ｔ３のタイミングでは、図３に示す時刻ｔ２のタイミングに比して被冷却体の表面温度が高まっている。そのため、図４に示す時刻ｔ３のタイミングで注水すると、（１）式の熱流が大きくなり、冷却効率が高まる。
【００４６】
以下、上述した本発明の基本的な考えに基づく各実施の形態について説明する。
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。
【００４７】
実施の形態１．
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。
【００４８】
図５は、本発明の実施の形態１における特徴的構成を説明するための図である。図５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２４ａ〜２４ｄがタンデムに設けられている。図５中、圧延材１２は左から右に圧延される。各圧延スタンドの間には、スタンド間冷却装置（ＩＳＣ）５０ａ〜５０ｃが設けられており、搬送される圧延材１２に直接冷却水を注水する。そのため、圧延材１２は、右側（下流側）に搬送される過程で温度が下がっていく。圧延材１２の表面温度が高いのは、左側（上流側）であり、このときにスタンド間冷却装置５０から注水して温度を下げる方が、同じ水量であれば冷却効率は高い。
【００４９】
以下の各図の説明において、圧延スタンド２４ａ〜２４ｄを特に区別しない場合には、単に圧延スタンド２４と記す。スタンド間冷却装置５０ａ〜５０ｃを特に区別しない場合には、スタンド間冷却装置５０と記す。また、これらの装置の数は、各図に示される数に限定されるものではない。
【００５０】
本実施の形態においては、上述の冷却効率に鑑みて、スタンド間冷却装置５０からの注水量を上流側ほど多く、下流側ほど少なくすることとする。すなわち、本実施の形態においては、制御装置６０は、圧延材１２の材質等に応じて決定されるＦＤＴ目標温度を満たす制御範囲内で、圧延ライン上流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する。図５においては、スタンド間冷却装置から圧延材に向けられた矢印が、冷却水の流れを示しており、矢印の太さが流量の大小を表している。図５に示すように、制御装置６０は、上流に位置するスタンド間冷却装置５０ａからの注水量を最も多く、下流に配置されたスタンド間冷却装置５０ｂ、５０ｃほど注水量を少なく設定する。
【００５１】
このような構成によれば、全てのスタンド間冷却装置５０からの水量を一定とする場合に比して、圧延材をＦＤＴ目標温度まで冷却するために要する冷却水流量を低減することができる。このように冷却効率を高めて、注水量を低減することにより、冷却水の循環のためのポンプ等の電力量を低減できる。そのため、圧延における消費エネルギーを低減することができる。
【００５２】
実施の形態２．
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。
【００５３】
各圧延スタンド２４は、ワークロール２６を圧延材１２に接触させて、圧延に使用する運転モードと、ワークロール２６を圧延材１２に接触させず、圧延に使用しない運転モードとを切り替えることが可能である。各圧延スタンド２４をいずれの運転モードで動作させるかは、圧延材１２の材質や製品仕様等に応じて制御装置６０が決定する。また、隣り合う圧延スタンド２４の間には、スタンド間冷却装置（ＩＳＣ）５０が設けられている。図６においては、第１圧延スタンド２４ａと第２圧延スタンド２４ｂとの間には第１スタンド間冷却装置５０ａが、第２圧延スタンド２４ｂと第３圧延スタンド２４ｃとの間には第２スタンド間冷却装置５０ｂが設けられている。
【００５４】
図６には、第２圧延スタンド２４ｂがダミー、すなわち、圧延に使用しない運転モードである場合が表されている。ダミーであるのはどの圧延スタンドでもよいが、ここでは第２圧延スタンド２４ｂとする。圧延材１２は、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。復熱効果により、圧延スタンド２４ｂ、２４ｃと進むにつれて、表面温度が高くなる。従って、第１スタンド間冷却装置５０ａよりも、第２スタンド間冷却装置５０ｂを使用した方が、同じ注水量なら冷却効果は高くなる。
【００５５】
そこで、本実施の形態においては、第１圧延スタンド２４ａが圧延に使用され、かつ、第２圧延スタンド２４ｂが圧延に使用されない状態において、第１スタンド間冷却装置５０ａからは冷却水を注水させずに、第２スタンド間冷却装置５０ｂから冷却水を注水させることとする。
【００５６】
図７は、上述の動作を実現するために、制御装置６０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。前提として、制御装置６０は、圧延材１２の材質や製品仕様に応じて、圧延スタンドの全てを圧延に使用するか、一部を圧延に使用するかを決定することができる。ここでは、圧延スタンド２４ａまたは２４ｂのいずれか一方を圧延に使用する場合には、圧延スタンド２４ａを圧延に使用するものとする。また、ＦＤＴＣが実行され、図７に示すルーチンは、ＦＤＴ目標温度を達成できる制御範囲内で実行される。
【００５７】
図７に示すルーチンでは、まず、第１圧延スタンド２４ａが圧延に使用される運転モードであるか否かが判定される（ステップＳ１００）。第１圧延スタンド２４ａが圧延に使用される運転モードである場合には、次に、第２圧延スタンド２４ｂが圧延に使用されない運転モードであるか否かが判定される（ステップＳ１１０）。第２圧延スタンド２４ｂが圧延に使用されない運転モードである場合には、制御装置６０は、第１スタンド間冷却装置５０ａから圧延材１２への注水を禁止する（ステップＳ１２０）。併せて、制御装置６０は、第２スタンド間冷却装置５０ｂから圧延材１２への注水を許可する（ステップＳ１３０）。
【００５８】
一方、ステップＳ１１０の処理において、第１圧延スタンド２４ａが圧延に使用される運転モードである場合には、次に、制御装置６０は、第１スタンド間冷却装置５０ａから圧延材１２への注水と、第２スタンド間冷却装置５０ｂから圧延材１２への注水の両方を許可する（ステップＳ１４０−Ｓ１５０）。
【００５９】
このような構成によれば、圧延に使用しない圧延スタンドがある場合において、冷却効率が高いタイミングで注水することができるため、圧延材をＦＤＴ目標温度まで冷却するために要する冷却水流量を低減することができる。このように冷却効率を高めて、注水量を低減することにより、冷却水の循環のためのポンプ等の電力量を低減できる。そのため、圧延における消費エネルギーを低減することができる。
【００６０】
なお、上述した実施の形態１の構成に、実施の形態２の制御を適用することも可能である。すなわち、制御装置６０は、第１圧延スタンド２４ａ及び第２圧延スタンド２４ｂが圧延材１２を圧延する状態において、第１スタンド間冷却装置５０ａ及び第２スタンド間冷却装置５０ｂからの注水を許可すると共に、第２スタンド間冷却装置５０ｂからの注水量を、第１スタンド間冷却装置５０ａからの注水量よりも少なく設定する注水割合設定手段を更に備えることとしてもよい。
【００６１】
実施の形態３．
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。
【００６２】
そこで、本実施の形態においては、スタンド間冷却装置５０ａを、その上流側の圧延スタンド２４ａ出側よりも、下流側の圧延スタンド２４ｂ入側に近い位置に設けることとする。他のスタンド間冷却装置５０についても同様とする。
【００６３】
図５又は図６に示すように、一般に、スタンド間冷却装置５０は圧延スタンド２４の出側直後（すぐ下流）に設定されるが、本実施の形態では、スタンド間冷却装置５０は下流側の圧延スタンド２４入側に設定される。ワークロール２６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で冷却水が注水されることとなるため、冷却効率を高めることができる。冷却効率が高まることで、注水量を低減することができ、冷却水の循環のためのポンプ等の電力量を低減できる。そのため、圧延における消費エネルギーを低減することができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態１又は実施の形態２の構成に、実施の形態３の構成を適用することも可能である。すなわち、実施の形態１又は実施の形態２の構成において、各スタンド間冷却装置５０を、その上流側の圧延スタンド２４出側よりも、下流側の圧延スタンド２４入側に近い位置に設けることとしてもよい。
【００６５】
実施の形態４．
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。
【００６６】
図９は、本発明の実施の形態４における特徴的構成を説明するための図である。図９は、図１に示すＲＯＴ３２の拡大図である。ＲＯＴ３２には、複数のＲＯＴ注水装置５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、・・・が仕上圧延機２２の最終圧延スタンド２４の出側から、巻き取り機３６（図９では図示省略）に向かって連続して配置されている。以下の説明において、ＲＯＴ注水装置５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、・・・を特に区別しない場合には、単にＲＯＴ注水装置５４と記す。
【００６７】
上述したＦＤＴＣでは仕上出側温度計３０で計測した温度を目標値（ＦＤＴ目標温度）に一致させるように、上述のスタンド間冷却装置５０を操作する。ＣＴＣでは巻き取り温度計３４で計測した温度を目標値（ＣＴ目標温度）に一致させるように、ＲＯＴ注水装置５４を操作する。しかしながら、ＣＴＣによるＲＯＴ注水装置５４の操作方法は、例えば、ＲＯＴ注水装置５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、・・・と連続して注水すると、圧延材１２の表面温度が復熱により上昇しきらず、５４ｂ、５４ｃ、・・・と続く冷却水の冷却効果が小さくなる。
【００６８】
そこで、本実施の形態においては、連続する複数のＲＯＴ注水装置５４のうち、冷却水を注水させるＲＯＴ注水装置５４を、１つ以上の間隔を開けて設定することとする。
【００６９】
図９に示すように、ＲＯＴ注水装置５４ａ、５４ｃ、５４ｅ、・・・と間隔を開けて冷却することで、５４ａから５４ｃに至る間に復熱し圧延材１２の表面温度が上昇し、同じ水量なら冷却効果は高まる。図１０は、本発明の実施の形態４における別の態様を示す図である。さらに、図１０に示すように、ＲＯＴ注水装置５４ａ、５４ｄ、・・・と間隔を開けると、さらに冷却効率は高まる。
【００７０】
実際の冷却装置による実験でも、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、・・・と連続して注水した場合の冷却効率を１とすると、図９のように５４ａ、５４ｃ、５４ｅ、・・・と１つおきの場合は１．５、図１０のように５４ａ、５４ｄ、・・・の２つおきの場合は１．８となる。ただし、圧延材１２の材質上、連続して配置された各ＲＯＴ注水装置５４から、冷却水を注水させなければならない等の制約がある場合は、省エネより品質を優先させる必要がある。
【００７１】
図１１は、上述の動作を実現するために、制御装置６０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、まず、制御装置６０は、連続して配置された各ＲＯＴ注水装置５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、・・・から冷却水を注水しなければならない等の制約が設定されているか否かを判定する（ステップＳ２００）。制御装置６０は、圧延プラントの稼働開始時に、圧延材１２の材質等に応じて制約設定フラグを設定する。例えば、圧延材１２が材質厳密材である場合には制約設定フラグをＯＮに設定する。ステップＳ２００では、制約設定フラグのＯＮ／ＯＦＦ状態に基づいて、上記制約の有無を判定することができる。
【００７２】
連続して配置された各ＲＯＴ注水装置５４から冷却水を注水しなければならない制約が設定されている場合には、次に、制御装置６０は、連続して配置された各ＲＯＴ注水装置５４から冷却水を注水させるように設定する（ステップＳ２１０）。
【００７３】
一方、ステップＳ２００において、上記制約が設定されていないと判定された場合には、次に、制御装置６０は、各ＲＯＴ注水装置５４のうち、冷却に使用するＲＯＴ注水装置を、１つ以上の間隔を開けて設定する（ステップＳ２２０）。
【００７４】
このような構成によれば、圧延材１２が材質厳密材でない場合において、圧延材１２をＣＴ目標温度に冷却するために要する冷却水流量を低減することができる。このように冷却効率を高めて、注水量を低減することにより、冷却水の循環のためのポンプ等の電力量を低減できる。そのため、圧延における消費エネルギーを低減することができる。
【００７５】
実施の形態５．
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。
【００７６】
図１２は、本発明の実施の形態５における特徴的構成を説明するための図である。図１２は、図１に示すＲＯＴ３２の拡大図である。図１２に示す構成は、図９、図１０で述べた構成と基本的に同様であるが、図１２では、さらに、圧延材１２を圧延ラインの上流側（図１２の左側）から下流側（図１２の右側）に搬送するためのテーブルロール６２が示されている。なお、図１２は、テーブルロール６２が圧延材１２を搬送していないアイドリング状態を表している。ＲＯＴ３２には、圧延材１２を搬送するためのテーブルロール６２が多数設けられている。また、ＲＯＴ注水装置５４は、圧延材１２がテーブルロール６２上を搬送されていない状態において、テーブルロール６２に向けて冷却水を注水可能に配置されている。
【００７７】
制御装置６０は、高温の圧延材１２を搬送するために、テーブルロール６２自体の保護と、次回冷却される圧延材１２の温度に影響を及ぼさないように、圧延材１２が通過した後、ＲＯＴ注水装置５４から一斉に注水して、テーブルロール６２を冷やす場合がある。このとき、たとえば、ＲＯＴ注水装置５４から一斉に注水する時間を５秒間継続とするのはなく、まず２秒間一斉に注水し、ｎ秒間止め、また２秒間一斉に注水することとする。ｎ秒間止める間に、ロールの内部に貯まった熱がロール表面に出てきて表面温度が上がり、そこに注水することで冷却効率が高まり、結果的にトータルの注水時間を５秒から４秒に減らすという方法である。なお、止めるｎ秒間は、次材が来るまでの時間を見ながら、できるだけ長く取るものとする。
【００７８】
すなわち、本実施の形態においては、テーブルロール６２が圧延材を搬送していないアイドリング状態である場合に、各ＲＯＴ注水装置５４にテーブルロール６２に向けて間歇的に冷却水を注水させることとした。
【００７９】
図１３は、上述の動作を実現するために、制御装置６０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチンでは、まず、テーブルロール６２上が圧延材１２を搬送していないアイドリング状態であるか否かが判定される（ステップＳ３００）。
【００８０】
テーブルロール６２が圧延材１２を搬送していないアイドリング状態である場合には、制御装置６０は、各ＲＯＴ注水装置５４に間歇的に冷却水を注水させる（ステップＳ３１０）。具体的には、上述のように、まず２秒間一斉に注水し、ｎ秒間止め、また２秒間一斉に注水させることとする。
【００８１】
一方、アイドリング状態でない場合、すなわち、テーブルロールが圧延材１２を搬送している状態である場合は、制御装置６０は、ＲＯＴ注水装置５４に冷却水を常時注水させる（ステップＳ３２０）。
【００８２】
図１４は、本発明の実施の形態５における別の態様を説明するための図である。一般に圧延ラインには、図１２に示したＲＯＴ３２のみならず、多くの場所で材料を搬送するためのテーブルロール６４が設置されている。図１４はそれを一般化して描いたものであり、テーブルロール６４の間にテーブルロール冷却装置６６が配置されており、圧延材の搬送中および圧延材の搬送を行った後の一定の期間、テーブルロール冷却装置６６からの注水により、テーブルロール６４を冷却する。テーブルロール冷却装置６６は、制御装置６０の出力側に接続されている。
【００８３】
この場合も、図１２と同様に、圧延材１２の搬送を行った後に対して、継続して注水するのではなく、一定時間をおいて注水することと、注水しないことを繰り返すことにより、冷却効率を高める。なお、圧延材１２の搬送中は圧延材から受ける熱量が大きいため、冷却水が常時注水される。
【００８４】
本実施の形態の構成によれば、テーブルロール６２又は６４が圧延材１２を搬送していない場合において、テーブルロール６２、６４を冷却するために要する冷却水流量を低減することができる。このように冷却効率を高めて、注水量を低減することにより、冷却水の循環のためのポンプ等の電力量を低減できる。そのため、圧延における消費エネルギーを低減することができる。
【００８５】
実施の形態６．
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。
【００８６】
本発明の実施の形態６においては、アイドリング状態において、圧延ロールの温度上限以内に冷却するための冷却水量の制約を考慮しつつ、圧延ロールを回転させるための消費エネルギーと、圧延ロールを冷却するための冷却水注水のための消費エネルギーの和が最小になるように、圧延ロールの回転数と圧延ロールの冷却水量を決める。圧延ロールの内部に存在する熱を表面に出しやすくするために、ロールをゆっくり回転させ、冷却水による冷却の時間間隔を空けることと、ロールの回転速度による効率の適切な按分を行うものである。
【００８７】
図１５は、本発明の実施の形態６における特徴的構成を説明するための図である。図１５は、図１に示す圧延スタンド２４の拡大図である。圧延スタンド２４は、上述したように、圧延ロールであるワークロール（ＷＲ：Work Roll）２６と、バックアップロール(ＢＵＲ：Back Up Roll)２８と、ロール冷却装置４８を備えている。ロール冷却装置４８は、圧延スタンド２４の入側、出側にそれぞれ設置されている。具体的には、ロール冷却装置４８は、ワークロール２６に間接冷却水を注水するＷＲ冷却装置４８ａと、バックアップロール２８に間接冷却水を注水するＢＵＲ冷却装置４８ｂで構成される。以下の説明において、冷却装置４８ａ、４８ｂを特に区別しない場合には、単にロール冷却装置４８という。また、ロール冷却装置４８から注水される間接冷却水をロール冷却水ともいう。
【００８８】
図１６は、ワークロール２６表面の所定部分におけるロール表面温度の変化について説明するための図である。図１５に示すように、ワークロール２６は、２箇所に設けられたＷＲ冷却装置４８ａから注水されている。そのため、上記所定部分はロール１回転で２回冷却されている。図１６の上図は、ワークロール２６の低速回転時において冷却水がワークロール２６に当たる時間とロール表面温度の変化の概略を示している。図１６の下図は、ワークロール２６の高速回転時において冷却水がワークロール２６に当たる時間とロール表面温度の変化の概略を示している。
【００８９】
図１６に示すように、低速回転時は、高速回転時に比して冷却水がロール表面に当たっている時間が長くなり、次の冷却水が当たるまでの時間も長くなる。このためワークロール内部に持つ熱が表面に出てくる時間的余裕ができる。その結果、ロール表面温度が高くなり、より効率的に冷却することが可能となる。
【００９０】
図１７は、本発明の実施の形態６における特徴的構成を説明するための図である。図１６の上記説明により、低速回転が好ましいが、ロールを回転させる電動機の効率や、ロール機械系のロス分等も考慮して、低速であればあるほど省エネになるというものではない。図１７はロールの回転数と消費電力との関係を簡単に説明するものである。一般に電動機は回転数が小さければ効率は悪くなり、また電動機と結合されるロール機械系はベアリングがグリス等の固体油脂である場合は、低速回転では粘着性による抵抗が大きくなる。このため図１７に示すような消費電力曲線が得られることがある。このとき点Ａ、Ｂ、Ｃの条件で、ロールを駆動する電動機の消費電力量と、それぞれの３点でロール冷却水を供給するポンプの電力量を予測計算し、ロールを駆動する電動機の消費電力量とロール冷却水を供給するポンプの消費電力量との和が最小になる場合の運転点を点Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかから選択し、その点で運転するものとする。
【００９１】
図１８は、上述の動作を実現するために、制御装置６０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１８に示すルーチンでは、まず、圧延ロールであるワークロール２６が圧延材１２を圧延していないアイドリング状態であるか否かが判定される（ステップＳ４００）。
【００９２】
ワークロール２６が圧延材１２を圧延していないアイドリング状態である場合には、制御装置６０は、ワークロール２６を低回転領域で運転させる。加えて、低回転領域における複数の運転点（例えば、図１７に点Ａ、Ｂ、Ｃで示す３つの異なるロール回転数）において、ワークロール２６を駆動させる電動機の消費電力量と、ロール冷却水を供給するポンプを駆動させる電動機の消費電力量とを計算する（ステップＳ４１０）。なお、予め複数の運転点における上記電力量を計測し記憶しておくこととしても良い。
【００９３】
次に、制御装置６０は、ワークロール２６を駆動させる電動機の消費電力量と、ロール冷却水を供給するポンプの消費電力量との和が最小となる運転点を選択する（ステップＳ４２０）。その後、制御装置６０は、選択された運転点（ロール回転数）でワークロール２６を動作させる。
【００９４】
一方、ステップＳ４００において、アイドリング状態でないと判定された場合には、制御装置６０は、ロール冷却装置４８に必要な水量の冷却水を常時注水させる（ステップＳ４３０）。
【００９５】
このような構成によれば、圧延ロールが圧延材を圧延していない場合において、冷却効率を高めつつ、圧延ロールを駆動させる電動機の消費電力量と、ロール冷却水を供給するポンプを駆動させる電動機の消費電力量との和を最小にすることができる。圧延ロールを回転させるエネルギーをも考慮して、効率のよい冷却を行うことができるため、総消費エネルギーを低減することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１０  熱間薄板圧延機
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
【図１】
2013030945.tif 000005
【図２】
2013030945.tif 000006
【図３】
2013030945.tif 000007
【図４】
2013030945.tif 000008
【図５】
2013030945.tif 000009
【図６】
2013030945.tif 000010
【図７】
2013030945.tif 000011
【図８】
2013030945.tif 000012
【図９】
2013030945.tif 000013
【図１０】
2013030945.tif 000014
【図１１】
2013030945.tif 000015
【図１２】
2013030945.tif 000016
【図１３】
2013030945.tif 000017
【図１４】
2013030945.tif 000018
【図１５】
2013030945.tif 000019
【図１６】
2013030945.tif 000020
【図１７】
2013030945.tif 000021
【図１８】
2013030945.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月7日(2014.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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、
前記圧延材の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ために、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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【国際調査報告】
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