JP7095651B2 - エッジヒータの制御システム - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延設備に適用されるエッジヒータを制御するシステムに関する。

一般に、熱間圧延設備では、１～３基の粗圧延機と、７基ほどの仕上圧延機とによって金属材料が圧延される。熱間圧延では、所定サイズ（例えば、厚さ２００～２５０ｍｍ、幅８００～２０００ｍｍ、長さ５～１０ｍ）の金属材料が、予め所定温度（例えば、１２００℃）に加熱された後に粗圧延機に供給される。粗圧延機では、金属材料が順方向（設備の上流から下流に向かう方向）および逆方向（設備の下流から上流に向かう方向）に複数パス圧延される。粗圧延機から出た金属材料は、仕上圧延機に供給される。仕上圧延機では、金属材料が所望サイズとなるように圧延される。仕上圧延機から出た金属材料は、冷却テーブルにて冷却され、巻取機にて巻き取られる。

このように、熱間圧延では、粗圧延機の上流側で加熱された金属材料が、設備の上流から下流へと搬送されつつ圧延される。そのため、搬送および圧延の過程で金属材料の温度が下がる。特に、金属材料の幅方向における端部の温度は、中央部のそれに比べて下がり易い。一般に、金属材料の特性は、その温度と関係が強い。そのため、端部と中央部の間に温度差が生じると、強度や延性が変化し易くなる。例えば、温度が低くなるほど、金属材料は硬く、かつ脆くなる。よって、温度差が生じると、低温の端部に割れが生じて製品が不良品になり易い。または、仕上圧延機のロールの幅方向に偏摩耗が生じ易い。

このため、近年では、仕上圧延機の上流側に、幅方向の端部を加熱するエッジヒータを設置することが主流になりつつある。このようなエッジヒータとしては、誘導加熱式のヒータが例示される。誘導加熱式のヒータは、高周波電源から交流電流が供給されるインダクタを備える。インダクタは、金属材料の厚さ方向に幅の端部を挟むように設置される。交流電流がインダクタに供給されると、厚さ方向に貫通する交番磁界が発生する。交番磁界の磁束は、金属材料に渦電流を誘起させる。この渦電流によりジュール熱が発生し、端部が局所的に加熱される。

ただし、搬送中に金属材料が蛇行すると、端部の位置が左右にずれる。この位置ずれは、金属材料が長手方向において曲がっているときにも起こる。このような位置ずれが起こると、幅方向において金属材料とインダクタとが重なる長さ（以下、「ラップ寸法」とも称す。）が変わる。ラップ寸法が変わると、端部を狙い通りに加熱できなくなる。つまり、端部を適切に昇温できなくなる。そうすると、幅方向の温度分布が不均一となるので、上述した端部の割れ、偏摩耗に繋がる。更には、仕上圧延中の金属材料の蛇行に繋がり、不安定な圧延が誘発される可能性がある。

特許文献１（実用新案登録第２５８８６０６号公報）には、端部の位置ずれの大きさに応じてインダクタを幅方向に移動させる技術が開示されている。この従来技術によれば、ラップ寸法を一定に保つことが可能となる。よって、位置ずれが起きた場合であっても、幅方向の温度分布が不均一となるのを抑えることが可能となる。

特許文献２（特開２００４－００６１０６号公報）には、厚さ方向の上下に位置してインダクタを構成する１対の加熱コイルの間のギャップを調整する技術が開示されている。この従来技術では、金属材料の左右の端部をそれぞれ挟むように設置されたインダクタを流れる電流値が、別々に計測される。そして、これらの電流値の偏差が無くなるように、少なくとも一方のインダクタを構成する加熱コイル間のギャップが調整される。この従来技術によれば、左右の端部の昇温量を等しくすることが可能となる。よって、位置ずれが起きた場合であっても、幅方向の温度分布を均一にすることが可能となる。

実用新案登録第２５８８６０６号公報 特開２００４－００６１０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、総重量が２０ｔほどあるエッジヒータを幅方向に移動させる必要がある。そのため、ラップ寸法の変化に対してエッジヒータの応答が間に合わない可能性がある。この点、特許文献２に記載の技術では、ギャップの調整が、加熱コイルの厚さ方向への移動によって実現される。そのため、特許文献１に記載の技術に比べれば、応答速度は高くなる。しかしながら、ラップ寸法が短い周期で変化するような場合の対策としては不十分である。

本発明は、上述した課題の少なくとも１つに鑑みてなされたものであり、ラップ寸法の変化に対するエッジヒータの応答速度を高めることを目的とする。

第１の発明は、エッジヒータの制御システムであり、次の特徴を有する。
前記制御システムは、エッジヒータと、第１および第２高周波電源と、第１および第２移動装置と、第１および第２計測器と、制御装置と、を備える。
前記エッジヒータは、粗圧延機と仕上圧延機の間に設けられる。前記エッジヒータは、第１および第２インダクタを有する。第１および第２インダクタは、搬送ライン上を搬送される金属材料の幅方向における両端部をそれぞれ加熱する。
前記第１高周波電源は、前記第１インダクタに第１交流電流を供給する。
前記第２高周波電源は、前記第２インダクタに第２交流電流を供給する。
前記第１移動装置は、前記搬送ラインの搬送方向に対して直交する方向における前記第１インダクタの位置を変更する。
前記第２移動装置は、前記直交方向における前記第２インダクタの位置を変更する。
前記第１計測器は、前記粗圧延機と前記エッジヒータの間に設けられる。前記第１計測器は、前記搬送ラインの基準位置から前記幅方向における中央位置までのオフセット量を計測する。
前記第２計測器は、前記粗圧延機と前記エッジヒータの間に設けられる。前記第２計測器は、前記幅方向における温度分布を入側温度分布として計測する。
前記制御装置は、前記オフセット量と、前記入側温度分布とに基づいて、前記第１および第２高周波電源と、前記第１および第２移動装置と、を制御する。
前記制御装置は、
前記金属材料の所定区間における前記オフセット量を、前記金属材料の搬送中に相対的に長い周期で変化する長周期成分と、前記搬送中に相対的に短い周期で変化する短周期成分と、に分離し、
前記長周期成分に基づいて、前記エッジヒータによる前記金属材料の加熱中の前記第１および第２移動装置を制御するための制御量をそれぞれ計算し、
前記入側温度分布に基づいて、前記第１および第２高周波電源の電力の事前設定値を修正し、
前記電力の修正値と、前記短周期成分とに基づいて、前記エッジヒータによる前記金属材料の加熱中の前記第１および第２交流電流の周波数をそれぞれ設定する。

第２の発明は、第１の発明において、更に次の特徴を有する。
前記第１計測器は、前記オフセット量を第１オフセット量として計測する。
前記第２計測器は、前記第１計測器と前記エッジヒータの間に設けられる。前記第２計測器は、前記基準位置から前記中央位置までの第２オフセット量を更に計測する。
前記制御装置は、前記制御量を計算する前に、前記所定区間における前記第２オフセット量を用いて前記第１成分を修正する。

第３の発明は、第１または２の発明において、更に次の特徴を有する。
前記制御システムは、第３計測器を更に備える。
前記第３計測器は、前記エッジヒータと前記仕上圧延機の間に設けられる。前記第３計測器は、前記幅方向における温度分布を出側温度分布として計測する。
前記制御装置は、
前記入側温度分布に基づいて、前記金属材料の長手方向の所定位置における温度を加熱前温度として計算し、
前記出側温度分布に基づいて、前記金属材料の前記所定位置における温度を加熱後温度として計算し、
前記加熱前温度と前記加熱後温度の差に基づいて、前記事前設定値または前記修正値を修正する。

第１の発明によれば、所定区間におけるオフセット量が長周期および短周期成分に分離される。また、入側温度分布に基づいて、第１および第２高周波電源の電力の事前設定値が修正される。更に、電力の修正値と、短周期成分とに基づいて、第１および第２交流電流の周波数がそれぞれ設定される。ここで、短周期成分は、金属材料の搬送中に相対的に短い周期で変化する成分である。また、周波数の制御は、応答性に優れる。そのため、設定された周波数に基づいて第１および第２高周波電源が制御されることで、ラップ寸法が短い周期で変化するような場合であっても、幅方向の温度分布を均一にすることが可能となる。

また、第１の発明によれば、長周期成分に基づいて第１および第２移動装置を制御するための制御量がそれぞれ設定される。ここで、長周期成分は、金属材料の搬送中に相対的に長い周期で変化する成分である。そのため、設定された制御量に基づいて第１および第２移動装置が制御されることで、ラップ寸法が長い周期で変化するような場合であっても、温度分布を均一にすることが可能となる。

第２の発明によれば、制御量が計算される前に、所定区間における第２オフセット量を用いて長周期成分が修正される。また、周波数が設定される前に、所定区間における第１オフセット量を用いて短周期成分が修正される。ここで、第２オフセット量は、第１計測器とエッジヒータの間に設けられた第２計測器によって計測される。つまり、第２オフセット量は、第１オフセット量よりもエッジヒータに近い位置で計測される。そのため、第２オフセット量を用いて第１および第２成分が修正されれば、エッジヒータにより近づいた位置での位置ずれを高周波電源および移動装置の制御に反映させることが可能となる。よって、これらの制御による効果を高めることが可能となる。

第３の発明によれば、加熱前温度と加熱後温度との差に基づいて、事前設定値またはその修正値が修正される。したがって、温度分布の均一性を高めることが可能となる。

実施の形態１に係る制御システムが適用される熱間圧延設備の構成例を示す概略図である。 エッジヒータの構成例を説明する図である。 実施の形態１に係る制御システムの構成例を示す図である。 制御装置の機能の構成例を説明するブロック図である。 分解計算部が行う処理の流れを説明するフローチャートである。 図５のステップＳ１１の処理を説明する図である。 図５のステップＳ１２およびＳ１３の処理の一例を示す図である。 シフト制御部が行う処理の流れを説明するフローチャートである。 周波数制御部が行う処理の流れを説明するフローチャートである。 周波数計算用の係数を定めたデータテーブルの一例を示す図である。 電力制御部が行う処理の流れを説明するフローチャートである。 実施の形態２に係る制御システムが適用される熱間圧延設備の構成例を示す概略図である。 制御装置の機能の構成例を説明するブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。但し、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
先ず、図１乃至１１を参照しながら本発明の実施の形態１について説明する。

１．１ 熱間圧延設備の全体構成
図１は、本発明の実施の形態１に係る制御システムが適用される熱間圧延設備の構成例を示す概略図である。図１に示すように、熱間圧延設備１は、搬送ライン１１と、加熱炉１２と、粗圧延機１３と、仕上圧延機１４と、冷却テーブル１５と、巻取機１６と、板幅計１７と、スキャン温度計１８と、エッジヒータ２と、制御装置３と、上位計算器４と、を備えている。

搬送ライン１１は、鋼板ＳＳを搬送する。搬送ライン１１は、複数の搬送ローラから構成される。鋼板ＳＳは、搬送ライン１１上の位置によって呼び方が変わる。一般的に、加熱炉１２と粗圧延機１３の間の鋼板ＳＳは、スラブと呼ばれる。スラブは、例えば、厚さ２００～２５０ｍｍ、幅８００～２０００ｍｍ、長さ５～１０ｍに成形された直方体状の鉄の塊である。粗圧延機１３で圧延された鋼板ＳＳは、シートバーと呼ばれる。仕上圧延機１４で圧延された鋼板ＳＳは、ストリップと呼ばれる。

加熱炉１２は、搬送ライン１１の上流に設けられる。加熱炉１２は、鋼板ＳＳを加熱する。加熱炉１２から出たときの鋼板ＳＳの温度は、約１２００℃である。

粗圧延機１３は、加熱炉１２の下流に設けられる。粗圧延機１３は、例えば、１～３基の圧延スタンドから構成される。粗圧延機１３は、搬送ライン１１の上流側から送られてきた鋼板ＳＳを、順方向および逆方向に送りながら圧延する。粗圧延機１３は、鋼板ＳＳの厚さが目標の厚さとなるまで鋼板ＳＳを圧下する。粗圧延機１３には、エッジャと呼ばれる鋼板ＳＳの幅を調整する装置が付属されていてもよい。

仕上圧延機１４は、粗圧延機１３の下流に設けられる。仕上圧延機１４は、例えば、５～７基の圧延スタンドから構成される。仕上圧延機１４は、搬送ライン１１の上流側から送られてきた鋼板ＳＳを順方向のみに送りながら圧延する。仕上圧延機１４は、鋼板ＳＳの厚さや幅などの寸法に関する最終品質を決定づける。仕上圧延機１４から出たときの鋼板ＳＳの温度は、約９００℃である。

冷却テーブル１５は、仕上圧延機１４の下流に設けられる。冷却テーブル１５は、冷却バンクと呼ばれる水冷却装置により、鋼板ＳＳに注水してその温度を下げる。冷却テーブル１５から出たときの鋼板ＳＳの温度は、特殊鋼では２００℃前後であり、普通鋼では６００℃前後である。

巻取機１６は、冷却テーブル１５の下流に設けられる。巻取機１６は、仕上圧延機１４からの鋼板ＳＳをコイル状に巻き取る。

板幅計１７は、粗圧延機１３とエッジヒータ２の間に設けられる。板幅計１７は、鋼板ＳＳの幅（以下、「板幅」とも称す。）を計測する。板幅計１７は、また、搬送ライン１１の基準位置ＲＬ＿１１（例えば、中央位置）から鋼板ＳＳの幅方向における中央位置ＣＬ＿ＳＳまでの距離（以下、「第１オフセット量ＯＡ１」とも称す。）を計測する。板幅計１７は、計測した板幅および第１オフセット量ＯＡ１の情報を、制御装置３に送る。

スキャン温度計１８は、板幅計１７とエッジヒータ２の間に設けられる。スキャン温度計１８は、鋼板ＳＳの幅方向の温度分布を計測する。スキャン温度計１８が計測した温度分布は、“入側温度分布ＴＤ１”とも称される。スキャン温度計１８は、また、基準位置ＲＬ＿１１から中央位置ＣＬ＿ＳＳまでの距離（以下、「第２オフセット量ＯＡ２」とも称す。）を計測する。スキャン温度計１８は、計測した入側温度分布ＴＤ１および第２オフセット量ＯＡ２の情報を、制御装置３に送る。

エッジヒータ２は、粗圧延機１３と仕上圧延機１４の間に設けられる。エッジヒータ２は、鋼板ＳＳの幅方向における左右の端部を加熱する。エッジヒータ２の構成については、項目１．２にて述べる。

制御装置３は、プロセッサ、メモリ、および、入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。制御装置３は、入出力インタフェースを介して各種情報を受け取る。そして、制御装置３は、受け取った各種情報に基づいて、エッジヒータ２の各種制御を実行する。各種制御の実行のために制御装置３が有する機能については、項目１．３にて述べる。

上位計算器４は、制御装置３と同様の構成のマイクロコンピュータから構成される。上位計算器４は、入出力インタフェースを介して受け取った各種情報、または、メモリ内に記憶されている各種情報に基づいて、熱間圧延に関わる各種情報（以下、「熱延命令情報」とも称す。）を生成する。熱延命令情報には、搬送ライン１１における搬送速度の情報、仕上圧延機１４の制御量と、エッジヒータ２の電力の事前設定値Ｐと、エッジヒータ２の出側における温度条件と、が含まれる。

１．２ エッジヒータの構成
図２は、エッジヒータ２の構成例を説明する図である。図２に示すように、エッジヒータ２は、インダクタ２１Ｌを備えている。インダクタ２１Ｌは、鉄芯２２Ｌと、加熱コイル２３Ｌおよび２４Ｌと、を備えている。鉄芯２２Ｌは、断面がＣ字型に形成されおり、磁路を構成する。加熱コイル２３Ｌは、鉄芯２２Ｌの上脚部に巻き回らされている。加熱コイル２４Ｌは、鉄芯２２Ｌの下脚部に巻き回らされされている。加熱コイル２３Ｌおよび２４Ｌの間には、開口部２５Ｌが形成される。開口部２５Ｌには、鋼板ＳＳの幅方向の左端部が通過する。

高周波電源から加熱コイル２３Ｌおよび２４Ｌに交流電流を供給すると、上下方向（すなわち、厚さ方向）に交番磁界が発生する。鋼板ＳＳの左端部が開口部２５Ｌを通過する間にこの通電が行われると、交番磁界の磁束が左端部に渦電流を誘起させる。そうすると、この渦電流によりジュール熱が発生し、左端部が加熱される。以下、説明の便宜上、加熱コイル２３Ｌおよび２４Ｌに供給される交流電流を、“第１交流電流”とも称す。

エッジヒータ２は、また、インダクタ２１Ｒを備えている。インダクタ２１Ｒは、インダクタ２１Ｌと対をなす。インダクタ２１Ｒの構成は、インダクタ２１Ｌのそれと同じである。加熱コイル２３Ｒおよび２４Ｒの間には、開口部２５Ｒが形成される。開口部２５Ｒには、鋼板ＳＳの幅方向の右端部が通過する。鋼板ＳＳの右端部の加熱の原理は、左端部のそれと同じである。以下、説明の便宜上、加熱コイル２３Ｒおよび２４Ｒに供給される交流電流を、“第２交流電流”とも称す。

熱間圧延設備１に設けられるオペレータ用の個室（すなわち、パルピット）側は、オペレータサイドＯＳと称される。この個室の反対側は、ドライブサイドＤＳと称される。インダクタ２１Ｒは、例えば、オペレータサイドＯＳに位置する。インダクタ２１Ｌは、例えば、ドライブサイドＤＳに位置する。

１．３ 制御システムの構成
１．３．１ 制御システムの構成
図３は、実施の形態１に係る制御システムの構成例を示す図である。なお、図３では、インダクタ２１Ｌとそれに関連する構成が便宜上省略されているが、これらの構成は、インダクタ２１Ｒとそれに関連する構成と同じである。また、板幅計１７、スキャン温度計１８、制御装置３および上位計算器４は、インダクタ２１Ｌおよび２１Ｒに共通して設けられる。

図３に示すように、実施の形態１に係る制御システムは、インダクタ２１Ｒに関連する構成として、鉄芯２２Ｒと、加熱コイル２３Ｒおよび２４Ｒと、移動装置２６Ｒと、位置計測器２７Ｒと、モータ２８Ｒと、を備えている。鉄芯２２Ｒ、加熱コイル２３Ｒおよび２４Ｒの構成については、既に説明した通りである。移動装置２６Ｒは、インダクタ２１Ｒの幅方向における位置を変更する。位置計測器２７Ｒは、インダクタ２１Ｒの幅方向における位置を計測する。モータ２８Ｒは、移動装置２６Ｒの車輪を駆動する。

また、インダクタ２１Ｒに関連する構成は、更に、高周波電源５Ｒと、位置計算器６Ｒと、モータ制御器７Ｒと、を含む。高周波電源５Ｒは、加熱コイル２３Ｒおよび２４Ｒに交流電流を供給する。位置計算器６Ｒは、位置計測器２７Ｒから送られてきたインダクタ２１Ｒの実位置と、制御装置３から送られてきたインダクタ２１Ｒの目標位置Ｓと、に基づいて、インダクタ２１Ｒの幅方向における移動量（以下、「シフト量」とも称す。）を計算する。モータ制御器７Ｒは、位置計算器６Ｒから送られてきたシフト量に基づいて、モータ２８Ｒの制御量を計算する。

１．３．２ 制御装置の構成
図４は、制御装置３の機能の構成例を説明するブロック図である。図４に示すように、制御装置３は、情報取得部３１と、分解計算部３２と、シフト制御部３３と、周波数制御部３４と、電力制御部３５と、を備える。これらの部３１～３５の一部または全部は、制御装置３のプロセッサがプログラムを実行することにより機能する。

情報取得部３１は、各種センサから送られてきた情報を取得する。この情報には、入側温度分布ＴＤ１の情報と、第１オフセット量ＯＡ１の情報と、第２オフセット量ＯＡ２の情報と、が含まれる。情報取得部３１は、また、上位計算器４から送られてきた圧延命令情報を取得する。この情報には、事前設定値Ｐが含まれる。

分解計算部３２は、第１オフセット量ＯＡ１を、低次成分ＯＡ１＿Ｌと、高次成分ＯＡ１＿Ｈと、に分解する。低次成分ＯＡ１＿Ｌは、鋼板ＳＳの搬送中に相対的に長い周期で変化する成分である。高次成分ＯＡ１＿Ｈは、鋼板ＳＳの搬送中に相対的に短い周期で変化する成分である。分解計算部３２は、また、第２オフセット量ＯＡ２を用いて、低次成分ＯＡ１＿Ｌを修正する。分解計算部３２が行う具体的な処理については、項目１．４で述べる。分解計算部３２は、修正した低次成分ＯＡ１＿Ｌをシフト制御部３３に送る。

シフト制御部３３は、分解計算部３２から送られてきた低次成分ＯＡ１＿Ｌに基づいて、インダクタ２１Ｌおよび２１Ｒの目標位置Ｓをそれぞれ設定する。目標位置Ｓは、低次成分ＯＡ１＿Ｌをゼロにするためのシフト量である。シフト制御部３３が行う具体的な処理については、項目１．４で述べる。シフト制御部３３は、計算した目標位置Ｓを示す指令値（シフト量指令値）を、位置計算器６Ｌおよび６Ｒに送る。

周波数制御部３４は、分解計算部３２から送られてきた高次成分ＯＡ１＿Ｈと、電力制御部３５から送られてきた電力の修正値Ｐｍｏｄと、に基づいて、目標周波数を設定する。目標周波数とは、修正値Ｐｍｏｄの電力条件下、高次成分ＯＡ１＿Ｈを除去するためにそれぞれ設定される第１および第２交流電流の周波数の目標値である。周波数制御部３４が行う具体的な処理については、項目１．４で述べる。周波数制御部３４は、設定した目標周波数を示す指令値（周波数指令値）を、高周波電源５Ｌおよび５Ｒにそれぞれ送る。

電力制御部３５は、入側温度分布ＴＤ１に基づいて事前設定値Ｐを修正する。電力制御部３５が行う具体的な処理については、項目１．４で述べる。事前設定値Ｐを修正した場合、電力制御部３５は、修正した電力の値（つまり、修正値Ｐｍｏｄ）を周波数制御部３４に送る。加えて、電力制御部３５は、修正値Ｐｍｏｄを示す指令値（電力指令値）を、高周波電源５Ｌおよび５Ｒに送る。

１．４ 各種処理の詳細
１．４．１ 分解計算処理
図５は、分解計算部３２が行う処理の流れを説明するフローチャートである。図５に示すルーチンは、例えば、鋼板ＳＳの先端が板幅計１７の位置に到達したタイミングで開始される。

図５に示すルーチンでは、まず、第１オフセット量ＯＡ１ｉが計算される（ステップＳ１１）。図６は、ステップＳ１１の処理を説明する図である。ステップＳ１１では、まず、鋼板ＳＳが長手方向にｎ個に分割される。この分割は、鋼板ＳＳの全長を対象として行われてもよいし、事前に設定した長さに区切って繰り返し行われてもよい。

続いて、分割後の領域ｉ（１≦ｉ≦ｎ）について、第１オフセット量ＯＡ１ｉが計算される。第１オフセット量ＯＡ１ｉは、図６に示す搬送ライン１１の基準位置ＲＬ＿１１から、領域ｉにおける中央位置ＣＬ＿ＳＳまでの距離である。第１オフセット量ＯＡ１ｉの符号は、領域ｉにおける中央位置ＣＬ＿ＳＳが基準位置ＲＬ＿１１よりもドライブサイドＤＳに位置する場合を負とする。

ステップＳ１１に続いて、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌが計算される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、第１オフセット量ＯＡ１ｉの計測値Δｘｉに対して低次（例えば、３次、４次）の多項式を設定する。そして、式（１）の誤差ｅｒｒｏｒを最小化する回帰分析を実行することにより、この多項式の係数を同定する。

式（１）において、Δｘａｉは、低次の多項式により計算されるΔｘｉの近似値である。この近似値Δｘａｉで表される第１オフセット量ＯＡ１ｉを、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌとする。なお、低次の多項式の代わりに、スプライン関数を用いてもよい。

ステップＳ１２に続いて、高次成分ＯＡ１ｉ＿Ｈが計算される（ステップＳ１３）。高次成分ＯＡ１ｉ＿Ｈは、ステップＳ１２で計算した近似値Δｘａｉを、計測値Δｘｉから差し引いた残差Δｘｉ－Δｘａｉで表される。図７は、ステップＳ１２およびＳ１３の処理の一例を示す図である。図７に示すように、これらのステップでは、近似値Δｘａｉが低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌに相当すると仮定し、残差Δｘｉ－Δｘａｉを高次成分ＯＡ１ｉ＿Ｈとする。

ステップＳ１３に続いて、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌｍｏｄが計算される（ステップＳ１４）。低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌｍｏｄは、ステップＳ１３で計算した低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌの修正値である。低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌの修正は、第２オフセット量ＯＡ２を用いて行われる。例えば、第２オフセット量ＯＡ２の計測値Δｙｉと、計測値Δｘｉとの差｜Δｙｉ－Δｘｉ｜が閾値ζよりも大きい場合は、この差に応じて低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌをオフセットして修正する。

第２オフセット量ＯＡ２は、板幅計１７よりも下流に位置するスキャン温度計１８によって計測される。そのため、計測値Δｙｉを用いれば、エッジヒータ２により近い位置でのオフセット情報によって、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌが微修正されることになる。

ステップＳ１４に続いて、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌおよび高次成分ＯＡ１ｉ＿Ｈが出力される（ステップＳ１５）。低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌは、シフト制御部３３に出力される。ステップＳ１４で修正が行われた場合、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌｍｏｄがシフト制御部３３に出力される。高次成分ＯＡ１ｉ＿Ｈは、周波数制御部３４に出力される。

１．４．２ シフト制御処理
図８は、シフト制御部３３が行う処理の流れを説明するフローチャートである。図８に示すルーチンでは、まず、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌが取得される（ステップＳ２１）。

ステップＳ２１に続いて、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌが規定範囲内であるか否かが判定される（ステップＳ２２）。規定範囲は、インダクタ２１Ｒおよび２１Ｌの幅方向における位置Ｓの上限Ｓｍａｘおよび下限Ｓｍｉｎによって特定される。上限Ｓｍａｘおよび下限Ｓｍｉｎは、移動装置２６Ｌおよび２６Ｒの仕様に基づいて事前に設定されている。

ステップＳ２２の判定結果が肯定的な場合、目標位置Ｓｉが初期位置Ｓ０＋近似値Δｘａｉに設定される（ステップＳ２３）。目標位置Ｓｉは、インダクタ２１Ｌおよび２１Ｒの位置を領域ｉが通過するときの、これらのインダクタの位置の目標値である。初期位置Ｓ０は、インダクタ２１Ｌおよび２１Ｒの位置の初期値であり、搬送ライン１１の基準位置に基づいて事前に設定されている。

ステップＳ２２の判定結果が否定的な場合、目標位置Ｓｉが上限Ｓｍａｘまたは下限Ｓｍｉｎに設定される（ステップＳ２４）。具体的に、低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌが上限Ｓｍａｘを上回る場合、目標位置Ｓｉが上限Ｓｍａｘに設定される。低次成分ＯＡ１ｉ＿Ｌが下限Ｓｍｉｎを下回る場合、目標位置Ｓｉが下限Ｓｍｉｎに設定される。

ステップＳ２３またはＳ２４に続いて、シフト量指令値が出力される（ステップＳ２５）。具体的には、ステップＳ２３またはＳ２４で設定された目標位置Ｓｉが、位置計算器６Ｌおよび６Ｒに出力される。

１．４．３ 周波数制御処理
図９は、周波数制御部３４が行う処理の流れを説明するフローチャートである。図９に示すルーチンでは、まず、設定式の係数および高次成分ＯＡ１ｉ＿Ｈが取得される（ステップＳ３１）。設定式は、目標周波数を設定するための式であり、高次成分ＯＡ１ｉ＿Ｈを変数とする。設定式としては、指数関数が例示される。

設定式の係数は、データテーブルの参照により取得される。図１０は、データテーブルの一例を示す図である。図１０に示す例では、鋼種および板厚の区分ごとに係数ａ、係数ｂ、・・・が設定されている。係数ａ、係数ｂ、・・・は、オフラインシミュレーションや実機試験に基づいて事前に設定されている。

ステップＳ３１に続いて、目標周波数の計算が行われる（ステップＳ３２）。具体的には、ステップＳ３１で取得した係数を用いて特定した設定式と、ステップＳ３１で取得した高次成分ＯＡ１ｉ＿Ｈと、によって目標周波数が計算される。

ステップＳ３２に続いて、鋼板ＳＳの幅方向の昇温量ＷＡが計算される（ステップＳ３３）。昇温量ＷＡは、事前設定値Ｐと、ステップＳ３２で計算された目標周波数と、に基づいて計算される。後述する電力制御処理によって事前設定値Ｐが修正されている場合、事前設定値Ｐの代わりに修正値Ｐｍｏｄが昇温量ＷＡの計算に用いられる。この場合、オペレータサイドＯＳの昇温量ＷＡと、ドライブサイドＤＳのそれとが別々に算出される。

ステップＳ３３に続いて、目標周波数の修正の要否が判定される（ステップＳ３４）。ステップＳ３４では、具体的に、昇温量に関する判定と、処理回数に関する判定とが行われる。昇温量に関する判定では、昇温量ＷＡと目標昇温量ＴＷＡの差｜ＷＡ－ＴＷＡ｜が閾値ε以下であるか否かが判定される。目標昇温量ＴＷＡは、事前設定値Ｐに基づいて設定される鋼板ＳＳの昇温量の目標値である。処理回数に関する判定では、ステップＳ３４の繰り返し回数Ｎが閾値Ｎｌｏｏｐより多いか否かが判定される。

ステップＳ３４の処理において、差｜ＷＡ－ＴＷＡ｜＞閾値εであると判定された場合、目標周波数の修正が必要であると判定される。また、繰り返し回数Ｎ≦閾値Ｎｌｏｏｐであると判定された場合も、修正が必要であると判定される。何れの場合においても、目標周波数が修正される（ステップＳ３５）。そして、目標周波数の修正後、ステップＳ３４の処理が再度行われる。ステップＳ３４およびＳ３５の処理は、ステップＳ３４の処理において、昇温量または処理回数に関する肯定的な判定結果が得られるまで繰り返し行われる。

ステップＳ３４の処理において、肯定的な判定結果が得られた場合、目標周波数の修正が不要と判定される。この場合、周波数指令値が出力される（ステップＳ３５）。具体的には、ステップＳ３３の処理において昇温量ＷＡの計算に用いられた目標周波数の最新の値が、高周波電源５Ｌおよび５Ｒにそれぞれ出力される。

１．４．４ 電力制御処理
図１１は、電力制御部３５が行う処理の流れを説明するフローチャートである。図１１に示すルーチンでは、まず、入側温度分布ＴＤ１ｉおよび事前設定値Ｐが取得される（ステップＳ４１）。入側温度分布ＴＤ１ｉは、領域ｉにおける入側温度分布ＴＤ１である。

ステップＳ４１に続いて、鋼板ＳＳの幅方向における左端部と右端部の温度差が計算される（ステップＳ４２）。温度差は、入側温度分布ＴＤ１ｉに基づいて計算される。温度差を計算するための位置は、領域ｉの左端および右端からそれぞれ所定の距離だけ離れた位置とする。

ステップＳ４２に続いて、修正値Ｐｍｏｄ，ｉが計算される（ステップＳ４３）。修正値Ｐｍｏｄ，ｉは、領域ｉにおける修正値Ｐｍｏｄである。修正値Ｐｍｏｄ，ｉの計算は、ステップＳ４２で計算された温度差がゼロとなるように行われる。例えば、ドライブサイドＤＳの温度がオペレータサイドＯＳの温度よりも高い場合、式（２ａ）および（２ｂ）に基づいて、修正値Ｐｍｏｄ，ｉがそれぞれ計算される。

式（２ａ）および（２ｂ）において、Ｐｉは、領域ｉにおける事前設定値Ｐである。また、Ｔｉは、領域ｉの左端部および右端部の鋼板ＳＳの温度である。右辺第２項は、温度差の絶対値を変数とする事前設定値Ｐの関数である。

ステップＳ４３に続いて、修正値Ｐｍｏｄ，ｉが出力される（ステップＳ４４）。修正値Ｐｍｏｄ，ｉは、周波数制御処理における昇温量ＷＡの計算に用いられる。修正値Ｐｍｏｄ，ｉは、また、高周波電源５Ｌおよび５Ｒにそれぞれ出力される。

１．５ 効果
実施の形態１に係る制御システムによれば、第１オフセット量ＯＡ１が低次成分ＯＡ１＿Ｌおよび高次成分ＯＡ１＿Ｈに分離される。また、入側温度分布ＴＤ１に基づいて、事前設定値Ｐが修正される。更に、修正値Ｐｍｏｄと、高次成分ＯＡ１＿Ｈとに基づいて、高周波電源５Ｌおよび５Ｒの目標周波数がそれぞれ設定される。

既に述べたように、高次成分ＯＡ１＿Ｈは、鋼板ＳＳの搬送中に相対的に短い周期で変化する成分である。そして、周波数の制御は、応答性に優れている。そのため、設定された目標周波数に基づいて高周波電源５Ｌおよび５Ｒがそれぞれ制御されることで、ラップ寸法（図２参照）が短い周期で変化するような場合であっても、鋼板ＳＳの幅方向の温度分布を均一にすることが可能となる。

また、実施の形態１に係る制御システムによれば、低次成分ＯＡ１＿Ｌに基づいてインダクタ２１Ｌおよび２１Ｒの目標位置Ｓが設定され、更には、この目標位置Ｓに基づいてモータの制御量が計算される。既に述べたように、低次成分ＯＡ１＿Ｌは、鋼板ＳＳの搬送中に相対的に長い周期で変化する成分である。そのため、計算された制御量に基づいてモータが制御されることで、ラップ寸法が長い周期で変化するような場合であっても、鋼板ＳＳの幅方向の温度分布を均一にすることが可能となる。

１．６ 実施の形態１の変形例
上述した実施の形態１では、第２オフセット量ＯＡ２を用いて低次成分ＯＡ１＿Ｌが修正された（図５のステップＳ１４参照）。しかしながら、この修正処理は省略されてもよい。この場合は、ステップＳ１４の処理を省略し、ステップＳ１２およびＳ１３で計算された低次成分ＯＡ１＿Ｌおよび高次成分ＯＡ１＿Ｈを、ステップＳ１５において出力すればよい。また、この場合は、第２オフセット量ＯＡ２の計測が不要となるので、スキャン温度計１８は上流側温度分布のみを計測すればよい。したがって、板幅計１７とスキャン温度計１８の位置が図１に示したそれと逆になっていてもよい。つまり、板幅計１７の上流にスキャン温度計１８が設けられていてもよい。

１．７ 実施の形態１と第１の発明の対応関係
上述した実施の形態１においては、インダクタ２１Ｌが第１の発明の「第１インダクタ」に相当し、インダクタ２１Ｒが同発明の「第２インダクタ」に相当する。高周波電源５Ｌが同発明の「第１高周波電源」に相当し、高周波電源５Ｒが同発明の「第２高周波電源」に相当する。移動装置２６Ｒが同発明の「第１移動装置」に相当し、移動装置２６Ｒと対をなす移動装置が同発明の「第２移動装置」に相当する。板幅計１７が同発明の「第１計測器」に相当し、スキャン温度計１８が同発明の「第２計測器」に相当する。低次成分ＯＡ１＿Ｌが同発明の「長周期成分」に相当し、高次成分ＯＡ１＿Ｈが同発明の「短周期成分」に相当する。

２．実施の形態２
次に、図１２乃至１３を参照しながら本発明の実施の形態２について説明する。以下、上記実施の形態１の説明と重複する説明については適宜省略される。

２．１ 熱間圧延設備の全体構成
図１２は、本発明の実施の形態２に係る制御システムが適用される熱間圧延設備の構成例を示す概略図である。図１２に示すように、熱間圧延設備１は、スキャン温度計１９を備えている。その他の構成については、図１に示した構成と同じである。

スキャン温度計１９は、エッジヒータ２と仕上圧延機１４の間に設けられる。スキャン温度計１９は、鋼板ＳＳの幅方向の温度分布を計測する。スキャン温度計１９が計測した温度分布は、“出側温度分布ＴＤ２”とも称される。スキャン温度計１９は、計測した出側温度分布ＴＤ２の情報を制御装置３に送る。

２．２ 制御装置の構成
図１３は、制御装置３の機能の構成例を説明するブロック図である。図１３に示すように、制御装置３は、電力補正部３６を備えている。その他の機能の構成については、図４に示した構成と基本的に同じである。

電力補正部３６は、入側温度分布ＴＤ１および出側温度分布ＴＤ２に基づいて、実際の昇温量ＡＷＡを計算する。昇温量ＡＷＡは、領域ｉの左端部と右端部とで別々に算出した温度差ＤＴに基づいて算出される。温度差ＤＴは、入側温度分布ＴＤ１に基づいて算出される鋼板ＳＳの所定位置における温度（すなわち、加熱前温度）と、出側温度分布ＴＤ２に基づいて算出されるそれ（すなわち、加熱後温度）との誤差である。所定位置は、領域ｉの左端および右端からそれぞれ所定の距離だけ離れた位置である。

電力補正部３６は、計算した昇温量ＡＷＡと、周波数制御処理において計算された昇温量ＷＡとの誤差をゼロとするための修正係数を設定する。この修正係数は、温度差ＤＴに応じて事前に設定されている。電力補正部３６は、設定した修正係数を電力制御部３５に送る。領域ｉの左端部における温度差ＤＴと、領域ｉの右端部におけるそれとが異なる場合、電力補正部３６は、左端部と右端部のそれぞれに設定した修正係数を電力制御部３５に送る。

電力制御部３５は、電力補正部３６から送られてきた修正係数を用いて、事前設定値Ｐを修正する。電力制御処理によって事前設定値Ｐが既に修正されている場合、電力制御部３５は、修正係数を用いて修正値Ｐｍｏｄを更に修正する。修正係数を用いた修正を行った場合、電力制御部３５は、修正した電力の値を周波数制御部３４に送る。加えて、電力制御部３５は、修正した電力の値を示す指令値（電力指令値）を、高周波電源５Ｌおよび５Ｒに送る。

２．３ 効果
実施の形態２に係る制御システムによれば、温度差ＤＴに基づいて、事前設定値Ｐまたは修正値Ｐｍｏｄが修正される。したがって、鋼板ＳＳの幅方向の温度分布の均一性を高めることが可能となる。

２．４ 実施の形態２と第３の発明の対応関係
上述した実施の形態２においては、スキャン温度計１９が第３の発明の「第３計測器」に相当する。

１ 熱間圧延設備
２ エッジヒータ
３ 制御装置
４ 上位計算器
５Ｌ、５Ｒ 高周波電源
１１ 搬送ライン
１３ 粗圧延機
１４ 仕上圧延機
１７ 板幅計
１８，１９ スキャン温度計
２１Ｌ，２１Ｒ インダクタ
２６Ｒ 移動装置
３１ 情報取得部
３２ 分解計算部
３３ シフト制御部
３４ 周波数制御部
３５ 電力制御部
３６ 電力補正部
ＯＡ１ 第１オフセット量
ＯＡ２ 第２オフセット量
ＯＡ１＿Ｈ 高次成分
ＯＡ１＿Ｌ 低次成分
Ｐ 事前設定値
Ｐｍｏｄ 修正値
ＳＳ 鋼板

Claims (3)

1. 搬送ライン上を搬送される金属材料の幅方向における両端部をそれぞれ加熱する第１および第２インダクタを有し、粗圧延機と仕上圧延機の間に設けられるエッジヒータと、
   前記第１インダクタに第１交流電流を供給する第１高周波電源と、
   前記第２インダクタに第２交流電流を供給する第２高周波電源と、
   前記搬送ラインの搬送方向に対して直交する方向における前記第１インダクタの位置を変更する第１移動装置と、
   前記直交方向における前記第２インダクタの位置を変更する第２移動装置と、
   前記粗圧延機と前記エッジヒータの間に設けられ、前記搬送ラインの基準位置から前記幅方向における中央位置までのオフセット量を計測する第１計測器と、
   前記粗圧延機と前記エッジヒータの間に設けられ、前記幅方向における温度分布を入側温度分布として計測する第２計測器と、
   前記オフセット量と、前記入側温度分布とに基づいて、前記第１および第２高周波電源と、前記第１および第２移動装置と、を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記金属材料の所定区間における前記オフセット量を、前記金属材料の搬送中に相対的に長い周期で変化する長周期成分と、前記搬送中に相対的に短い周期で変化する短周期成分と、に分離し、
   前記長周期成分に基づいて、前記エッジヒータによる前記金属材料の加熱中の前記第１および第２移動装置を制御するための制御量をそれぞれ計算し、
   前記入側温度分布に基づいて、前記第１および第２高周波電源の電力の事前設定値を修正し、
   前記電力の修正値と、前記短周期成分とに基づいて、前記エッジヒータによる前記金属材料の加熱中の前記第１および第２交流電流の周波数をそれぞれ設定する
   ことを特徴とするエッジヒータの制御システム。
2. 前記第１計測器は、前記オフセット量を第１オフセット量として計測し、
   前記第２計測器は、前記第１計測器と前記エッジヒータの間に設けられ、前記基準位置から前記中央位置までの第２オフセット量を更に計測し、
   前記制御装置は、
   前記制御量を計算する前に、前記所定区間における前記第２オフセット量を用いて前記長周期成分を修正し、
   前記周波数を設定する前に、前記所定区間における前記第２オフセット量を用いて前記短周期成分を修正する
   ことを特徴とする請求項１に記載のエッジヒータの制御システム。
3. 前記エッジヒータと前記仕上圧延機の間に設けられ、前記幅方向における温度分布を出側温度分布として計測する第３計測器を更に備え、
   前記制御装置は、
   前記入側温度分布に基づいて、前記金属材料の長手方向の所定位置における温度を加熱前温度として計算し、
   前記出側温度分布に基づいて、前記金属材料の前記所定位置における温度を加熱後温度として計算し、
   前記加熱前温度と前記加熱後温度の差に基づいて、前記事前設定値または前記修正値を修正する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のエッジヒータの制御システム。

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