JP2000015321A - テーパ状金属板の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間圧延した後のテーパ状金属板を冷却装置
内で搬送しながら冷却するための搬送パターンを求めて
実施することにより、目標とする温度にまで均一に冷却
することを実現する。 【解決手段】 冷却制御装置８は、プロセスコンピュー
タ９より設定値を読み込み、冷却装置１の入り口側に設
置してある温度計５より先端から順に測定したテーパ状
金属板３の表面温度を取り込む。これより搬送パターン
を仮定して、冷却モデルによりテーパ状金属板３の先端
及び後端における冷却終了温度を求め、予め設定してあ
る目標冷却温度との差の絶対値が所定値よりも小さくな
った場合、搬送パターンが決定する。そして、搬送装置
４によりテーパ状金属板３を冷却装置内で２段階に加速
させることにより、全体が目標冷却温度になるようにテ
ーパ状金属板３を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板厚が長手方向に
連続し、テーパ状に変化する金属板（以下テーパ状金属
板という）の冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板など、金属板を構造部材として用い
る場合、一般に高靭性・高強度などの機械的特性が要求
される。こうした性能を得るためには所定の鋼種材料を
用いて圧延ラインにおいて各パスでの圧延温度を管理す
る制御圧延を行った後、所定の温度により冷却制御を行
う必要がある。

【０００３】冷却制御においては、特に冷却開始温度と
冷却終了温度とを高精度に制御することが重要である。
冷却開始温度は、圧延中または圧延後に空冷期間を設け
ることによって制御でき、一方、冷却終了温度は冷却装
置内における冷却水噴射量及び冷却時間を調整すること
によって制御できる。

【０００４】ところで、冷却する金属板が長手方向の先
端から後端にかけて厚みが連続的に変化するテーパ状金
属板である場合、圧延後の仕上がり温度差が板厚部と板
薄部とで著しいことを考慮した上で冷却制御を実施しな
ければならない。こうしたテーパ状金属板を長手方向に
おいて均一に冷却するために、従来より冷却装置内でテ
ーパ状金属板を所定の加速度で加速させて冷却する方法
が用いられてきた。

【０００５】また、特開平７−６８３０９号公報には、
先端の板厚の方が薄い場合は後端が冷却装置内に入った
時点で冷却水を長手方向に対し、同時一斉に噴射して冷
却を開始し、逆に厚い場合は長手方向に対し同時一斉に
噴射を停止することで冷却を終了する方法が開示されて
いる。

【０００６】このとき、金属板を搬送する方向に沿って
タンデムに配置されている複数個の冷却バンクの全てに
ついて、所定の時点で冷却水の噴射を同時一斉に開始す
る、または停止するように制御する必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、冷却水の供
給は水源からポンプ駆動によって配管を介してなされる
ために、冷却バンクの開閉操作から所定の水量の冷却水
が噴射するまでの応答時間及びその間に噴射する冷却水
の水量においてばらつきが生じる。その結果、テーパ状
金属板の各部位において、所定の冷却温度に達しない冷
却むらが発生するという問題があった。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、テーパ状金属板を所定の冷却装置内で２段階
に加速して搬送することによって、同一板内の長手方向
において冷却時間に差を設け、一様に目標温度にまで冷
却できるテーパ状金属板の冷却方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るテーパ状金
属板の冷却方法は、長手方向の先端から後端にかけて厚
みが連続的に変化するように熱間圧延したテーパ状金属
板を冷却装置により目標とする温度にまで冷却する方法
において、テーパ状金属板の先端が冷却装置入り口から
所定の演算によって定まる冷却装置内の位置を通過する
までの間、第１速度で搬送し、テーパ状金属板の先端が
冷却装置内の位置を通過してからテーパ状金属板の後端
が冷却装置に入るまでの間、第１加速度で第２速度にな
るまで加速し、前記テーパ状金属板の後端が前記冷却装
置に入ってからは、第２加速度で第３速度になるまで加
速する搬送パターンに従って冷却することを特徴とす
る。

【００１０】本発明において、板厚の厚い方を先端にし
てテーパ状金属板を搬送しながら冷却する場合、所定の
演算で求められる冷却装置内の位置を、テーパ状金属板
の先端が通過するまでの間、第１速度で搬送する。

【００１１】この冷却装置内の位置をテーパ状金属板の
先端が通過してから、テーパ状金属板の後端が冷却装置
入り口を通過するまでに第２速度になるように加速す
る。これによりテーパ状金属板の先端から後端にかけて
各部位における冷却時間の差を順に大きくすることがで
き、その結果、先端の板厚部において、後端の板薄部よ
りも冷却時間が長くなるために冷却開始時に存在する板
薄部との温度差を縮小するように冷却することができ
る。

【００１２】後端が冷却装置に入ってから、第２加速度
により第３速度になるまで加速する。第３速度に達した
後は、そのまま速度を維持して冷却装置内を搬送する。
これにより後端の板薄部における冷却時間が短くなるた
めに、冷却が過剰になることはない。

【００１３】一方、板厚の薄い方を先端にしてテーパ状
金属板を搬送しながら冷却する場合、テーパ状金属板の
先端が所定の演算で求められる冷却装置内の位置を通過
するまでの間、第１速度で搬送し、冷却装置内の所定の
位置をテーパ状金属板の先端が通過してから、第１減速
度（負の加速度）により、テーパ状金属板の後端が冷却
装置に入るまでに第２速度となるように減速する。これ
により、テーパ状金属板の先端から後端にかけて先端の
板薄部よりも後端の板厚部において冷却時間が長くな
り、各部位における冷却時間の差を大きくすることがで
きるために板厚差による温度差を縮小するように冷却す
ることができる。

【００１４】後端が冷却装置に入ってから、第２減速度
（負の加速度）により、第３速度になるまで減速する。
これにより先端の板薄部において冷却時間がさらに短く
なることから、過剰に冷却されることはない。

【００１５】従って、何れの場合においても、テーパ状
金属板を長手方向において均一に冷却することが可能と
なる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき、具体的に説明する。図１は、本発明
の方法を実施するための金属板冷却設備の構成図であ
る。図において、１は冷却装置であり、圧延機２からテ
ーパ状金属板３の全長相当以上の間隔を隔てて設置して
いる。テーパ状金属板３は、搬送装置４によって圧延機
２から冷却装置１に向かって運ばれる。冷却装置１の入
り口側及び出口側には、それぞれ温度計５，６を設置し
ている。また冷却装置１には、冷却バンク７をテーパ状
金属板３の搬送方向に沿ってタンデムに配置しており、
テーパ状金属板３に上方及び下方から単位時間あたり所
定の水量で冷却水を噴射するようになしてある。

【００１７】テーパ状金属板３はまず、冷却装置１の入
り口で目標冷却開始温度になるように圧延中に温度調整
される。そして、冷却装置１の入り口に設置してある温
度計５によりテーパ状金属板３の上面及び下面について
先端から順に温度を測定し、測定した結果を冷却制御装
置８へ出力する。冷却制御装置８は、金属板冷却設備及
び冷却するテーパ状金属板に関する設定値をプロセスコ
ンピュータ９より読み込み、後述する演算によってテー
パ状金属板の先端、後端の順で冷却終了温度を推定し、
次に推定した冷却終了温度と目標冷却温度との差の絶対
値を求めて所定値よりも小さいかどうか判定する。何れ
においても目標冷却温度よりも小さかった場合、搬送パ
ターンが決定する。そして決定した搬送パターンに基づ
いて、冷却制御装置８から搬送装置４を調節する信号を
出力することによって、テーパ状金属板３が目標冷却温
度となるまで均一に冷却することができる。

【００１８】図２は、板厚の厚い方を先端にして板長Ｌ
のテーパ状金属板３を搬送しながら冷却する場合の搬送
パターンを説明する説明図である。縦軸にテーパ状金属
板３の搬送速度、横軸に冷却装置入り口側にある温度計
５の位置を起点に、テーパ状金属板３の先端が通過する
位置をとっている。後述する所定の演算により求められ
る、冷却装置１の入り口から距離ｄｓ分だけ冷却装置１
内にある位置を通過する間は第１速度（Ｖ１）で搬送
し、テーパ状金属板３の先端が冷却装置内の位置を通過
した後からテーパ状金属板３の後端が冷却装置１の入り
口を通過するまでの間、第１加速度（α１）で第２速度
（Ｖ２）になるまで加速する。テーパ状金属板３の後端
が冷却装置１の入り口を通過した後、第２加速度（α
２）で第３速度（Ｖ３）になるまで加速し、第３速度
（Ｖ３）になった後はそのまま速度を維持して搬送す
る。

【００１９】テーパ状金属板３の冷却終了温度の推定に
用いられる冷却モデルは、テーパ状金属板３の先端部及
び後端部の２点を演算対象にして、下記（１）式で表わ
される一次元の伝熱方程式を板厚方向に５分割して差分
法により求めている。

【００２０】例えばテーパ状金属板３の先端部の冷却終
了温度を推定する場合、 〔１〕４次曲線で近似できる、板厚方向に５点の冷却開
始温度を仮定する。 〔２〕テーパ状金属板３の搬送速度に基づいて、単位時
間ごとにテーパ状金属板３の先端の位置をトラッキング
し、冷却装置１内のどこに位置しているか演算する。 〔３〕単位時間ごとの板厚方向に５点の温度を（１）式
を差分により解いて求める。

【００２１】

【数１】

【００２２】このときのテーパ状金属板３の表面の水ま
たは空気が接する境界条件については、〔２〕で求めた
冷却装置１内の位置に基づいて下記（２）式で与えられ
る。

【００２３】

【数２】

【００２４】〔４〕冷却装置の出口側の温度計６にテー
パ状金属板３の先端部が到達したときのテーパ状金属板
３の先端部の表面温度を先端部冷却終了温度とする。ま
た、テーパ状金属板３の後端が温度計６に到達したとき
のテーパ状金属板３の後端部の表面温度を後端部冷却終
了温度とする。

【００２５】図３及び図４は、板厚の厚い方を先端にし
てテーパ状金属板３を搬送しながら冷却する場合におけ
る搬送パターンの計算手順を示すフローチャートであ
る。冷却するテーパ状金属板３について、先端の板厚
（Ｈｔ）、後端の板厚（Ｈｂ）、金属板の板長（Ｌ）、
先端部目標冷却温度（Ｔｔａ）、後端部目標冷却温度
（Ｔｂａ）と、冷却バンク７の使用数及び使用間隔など
を設定した冷却バンクオンの設定パターン及び各バンク
の流量とをプロセスコンピュータ９から読み込む（ステ
ップ１）。

【００２６】次に、冷却装置の入り口にある温度計５か
ら先端部冷却開始温度（Ｔｔｓ）及び後端部冷却開始温
度（Ｔｂｓ）を取り込む（ステップ２）。

【００２７】第１速度（Ｖ１）、第３速度（Ｖ３）及び
第２加速度（α２）をそれぞれ設備制約上の最低速度
（Ｖｍｉｎ）、最高速度（Ｖｍａｘ）及び最高加速度
（αｍａｘ）と仮定する（ステップ３）。

【００２８】冷却装置入り口から第１加速度（α１）に
よりテーパ状金属板３を加速させる冷却装置内の位置ま
での距離（ｄｓ）を零と仮定する（ステップ４）。

【００２９】第１加速度を演算するために、第１加速度
をまず設備制約上の最高加速度（αｍａｘ）と仮定し
（ステップ５）、これを用いて冷却モデルに基づいて後
端の冷却終了温度（Ｔｂｆ）を演算する（ステップ
６）。

【００３０】下記（３）式で示すように、後端部冷却終
了温度が後端部目標冷却温度（Ｔｂａ）と許容値（Δ
Ｔ）との和よりも小さい値か否か判定する（ステップ
７）。 Ｔｂｆ＜Ｔｂａ＋ΔＴ ……………（３）

【００３１】大きい値であると判定した場合、下記
（４）式に基づいて設備制約上の最高加速度とした第１
加速度から所定のピッチ分（Δα１、但しΔα１＞０）
を引いて（ステップ８）、再度、冷却モデルに基づいて
後端の冷却終了温度を演算する。 α１＝α１−Δα１ ……………（４）

【００３２】小さい値であると判定した場合、このとき
のα１を第１加速度とする。α１が設備制約上最低加速
度αｍａｘとしても、（３）式を満たす後端部冷却終了
温度が得られなかった場合は、エラーが発生したとして
演算を終了する。

【００３３】さらに、このときの第１加速度を用いて下
記（５）式に基づいて第２速度（Ｖ２）を演算する（ス
テップ９）。 Ｖ２＝√（Ｖ１＾２＋２×α１×Ｌ） ……………（５）

【００３４】仮定したパラメータを用いて冷却モデルに
基づいて先端部冷却終了温度（Ｔｔｆ）を演算する（ス
テップ１０）。

【００３５】それが下記（６）式を満足するか否か判定
する（ステップ１１）。 ｜Ｔｔｆ−Ｔｔａ｜＜ΔＴ ……………（６）

【００３６】（６）式を満足する場合、搬送パターンが
決定する。

【００３７】（６）式を満足しない場合、先端部冷却終
了温度が先端部目標温度よりも高いか否か判定する（ス
テップ１２）。

【００３８】先端部冷却終了温度が先端部目標冷却温度
よりも高い場合、冷却不足が生じるおそれがあるので、
第１速度で搬送する距離を長くする必要がある。そこで
下記（７）式にあるように、冷却装置入り口から冷却装
置内の位置までの距離に所定のピッチ分（Δｄｓ、但し
Δｄｓ＞０）を加算して（６）式を満足する先端部冷却
終了温度を求める（ステップ１３）。 ｄｓ＝ｄｓ＋Δｄｓ ……………（７）

【００３９】一方、先端部冷却終了温度が先端部目標温
度よりも低い場合、冷却過剰になるので先端部の冷却時
間を短くする必要がある。そこで下記（８）式にあるよ
うに、第１速度に所定のピッチ分（ΔＶ１、但しΔＶ１
＞０）を加算して再度、先端部冷却温度を演算し、
（６）式を満足するかどうか判定する（ステップ１
４）。 Ｖ１＝Ｖ１＋ΔＶ１ ……………（８）

【００４０】（６）式を満足する先端部冷却終了温度が
得られた場合、下記（９）式に基づいて第１加速度を演
算して搬送パターンを決定する（ステップ１５）。 α１＝（Ｖ２＾２−ｖ１＾２）／｛２×（Ｌ−ｄｓ）｝ ……………（９）

【００４１】図５及び図６は、板厚の薄い方を先端にし
てテーパ状金属板を搬送しながら冷却する場合の搬送パ
ターンの計算手順を示すフローチャートである。

【００４２】冷却するテーパ状金属板について、先端の
板厚（Ｈｔ）、後端の板厚（Ｈｂ）、金属板の板長
（Ｌ）、先端部目標冷却温度（Ｔｔａ）、後端部目標冷
却温度（Ｔｂａ）、冷却バンク７の使用数及び使用間隔
などを設定した冷却バンクオンの設定パターン及び各バ
ンクの流量とをプロセスコンピュータ９から読み込む
（ステップ１）。

【００４３】次に、冷却装置１の入り口にある温度計５
から、先端部冷却開始温度（Ｔｔｓ）及び後端部冷却開
始温度（Ｔｂｓ）を取り込む（ステップ２）。

【００４４】第１速度（Ｖ１）、第３速度（Ｖ３）及び
第２減速度（負の加速度、α２）をそれぞれ設備制約上
の最高速度（Ｖｍａｘ）、最低速度（Ｖｍｉｎ）及び最
高減速度（αｍａｘ）と仮定する（ステップ３）。

【００４５】冷却装置入り口から第１減速度（負の加速
度、α１）によりテーパ状金属板３を減速させる冷却装
置内の位置までの距離（ｄｓ）を零と仮定する（ステッ
プ４）。

【００４６】第１減速度を決定するために、第１減速度
をまず零と仮定し（ステップ５）、これを用いて冷却モ
デルに基づいて後端部冷却終了温度（Ｔｂｆ）を演算す
る（ステップ６）。

【００４７】下記（１０）式で示すように、後端部冷却
終了温度が後端部目標冷却温度（Ｔｂａ）と許容値（Δ
Ｔ）との和よりも大きい値か否か判定する（ステップ
７）。 Ｔｂｆ＜Ｔｂａ＋ΔＴ ……………（１０）

【００４８】大きい値であると判定した場合、零とした
第１減速度に下記（１１）に基づいて所定のピッチ分
（Δα１、但しΔα１＜０）を足して（ステップ８）、
再度、冷却モデルに基づいて後端部冷却終了温度を演算
する。 α１＝α１＋Δα１ ……………（１１）

【００４９】小さい値であると判定した場合、このとき
のα１を第１減速度とする。α１を設備制約上最低減速
度αｍｉｎとしても（１０）式を満たす後端部冷却終了
温度が得られなかった場合は、エラーが発生したとして
演算を終了する。

【００５０】さらに、第１減速度を用いて下記（１２）
式に基づいて第２速度（Ｖ２）を演算する（ステップ
９）。 Ｖ２＝√（Ｖ１＾２＋２×α１×Ｌ） ……………（１２）

【００５１】仮定したパラメータを用いて冷却モデルに
基づいて先端部冷却終了温度（Ｔｔｆ）を演算する（ス
テップ１０）。

【００５２】下記（１３）式を満足するか否か判定する
（ステップ１１）。 ｜Ｔｔｆ−Ｔｔａ｜＜ΔＴ ……………（１３）

【００５３】（１３）式を満足する場合、搬送パターン
が決定する。

【００５４】（１３）式を満足しない場合、先端部冷却
終了温度が先端部目標温度よりも高いか否か判定する
（ステップ１２）。

【００５５】先端部冷却終了温度が先端部目標冷却温度
よりも高い場合、冷却不足が生じるので、第１速度を小
さくして冷却時間を長くする必要がある。そこで下記
（１４）式にあるように、第１速度に所定のピッチ分
（ΔＶ１、但しΔＶ１＞０）を減算して先端部冷却温度
を演算し、再度（１１）式を満足するかどうか判定する
（ステップ１３）。 Ｖ１＝Ｖ１−ΔＶ１ ……………（１４）

【００５６】一方、先端部冷却終了温度が先端部目標冷
却温度よりも低い場合、冷却過剰となるので、第１速度
で搬送する距離を長くして冷却時間を短くする必要があ
る。そこで（１５）式にあるように、冷却装置入り口か
ら冷却装置内の位置までの距離に所定のピッチ分（Δｄ
ｓ、但しΔｄｓ＞０）を加算して、（１３）式を満足す
る先端部冷却終了温度を演算する（ステップ１４）。 ｄｓ＝ｄｓ＋Δｄｓ ……………（１５）

【００５７】（１３）式を満足する先端部冷却終了温度
が得られた場合、下記（１６）式に基づいて第１加速度
を演算し、搬送パターンを決定する（ステップ１５）。 α１＝（Ｖ２＾２−ｖ１＾２）／｛２×（Ｌ−ｄｓ）｝ ……………（１６）

【００５８】

【実施例】次に、本発明の方法を実施した結果について
説明する。冷却装置の全長は２７ｍであり、上面に１５
個、下面に２０個と搬送方向においてタンデムに冷却バ
ンクを配置している。バンク１個あたりの冷却水流量
は、上面のバンクが５．２ｍ³ ／ｍｉｎ、下面のバンク
が７．２ｍ³ ／ｍｉｎである。冷却対象のテーパ状金属
板の板長は１７．７ｍ、板幅１５７４ｍｍ、先端の板厚
は４０ｍｍ、後端の板厚は２５ｍｍであり、冷却開始温
度は先端が８１１℃、後端が７８０℃である。以上の条
件で目標冷却温度を先端が５７１℃、後端が５４０℃に
して冷却を実施した。

【００５９】まず、本発明において前述の条件を用いて
計算した結果、搬送パターンは、第１速度Ｖ１を３５ｍ
ｐｍ、第２速度Ｖ２を４７．４ｍｐｍ、第３速度Ｖ３を
１１０ｍｐｍ、第１加速度α１を０．００９５４ｍ／ｓ
² 、第２加速度α２を０．２５ｍ／ｓ² そして冷却装置
入り口から冷却装置内の位置までの距離ｄｓを１２．５
ｍと決定した。

【００６０】次に、冷却を実施した結果を図７に示す。
目標冷却温度とのずれも１０℃以内に抑えることがで
き、なおかつ長手方向に目標冷却温度とほぼ一致するよ
うに冷却することができた。

【００６１】

【発明の効果】第１発明に係るテーパ状金属板の冷却方
法は、テーパ状金属板を冷却装置内で２段階に加速する
という搬送パターンを、テーパ状金属板の先端及び後端
における冷却終了温度を求めて、求めた冷却終了温度と
目標冷却温度との差が所定の範囲内にあるように決定さ
れる。従って、板厚差による温度差を縮小することがで
き、特定の部分において冷却が過剰になるのを防止でき
ることから、全体を目標終了温度まで均一に冷却するこ
とが可能である等、本発明は優れた効果を奏する

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための金属板冷却設備
の構成図である。

【図２】板厚の厚い方を先端にしてテーパ状金属板を搬
送しながら冷却する場合における搬送パターンを説明す
る説明図である。

【図３】板厚の厚い方を先端にしてテーパ状金属板を搬
送しながら冷却する場合における搬送パターンの計算手
順を示すフローチャートである。

【図４】板厚の厚い方を先端にしてテーパ状金属板を搬
送しながら冷却する場合における搬送パターンの計算手
順を示すフローチャートである。

【図５】板厚の薄い方を先端にしてテーパ状金属板を搬
送しながら冷却する場合の搬送パターンの計算手順を示
すフローチャートである。

【図６】板厚の薄い方を先端にしてテーパ状金属板を搬
送しながら冷却する場合の搬送パターンの計算手順を示
すフローチャートである。

【図７】本発明を実施した結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 冷却装置 ２ 圧延機 ３ テーパ状金属板 ４ 搬送装置 ５ 冷却装置入り口側温度計 ６ 冷却装置出口側温度計 ７ 冷却バンク ８ 冷却制御装置 ９ プロセスコンピュータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向の先端から後端にかけて厚みが
   連続的に変化するように熱間圧延したテーパ状金属板を
   冷却装置により目標とする温度にまで冷却する方法にお
   いて、 前記テーパ状金属板の先端が冷却装置入り口から所定の
   演算によって定まる冷却装置内の位置を通過するまでの
   間、第１速度で搬送し、前記テーパ状金属板の先端が前
   記冷却装置内の位置を通過してから前記テーパ状金属板
   の後端が前記冷却装置に入るまでの間、第１加速度で第
   ２速度になるまで加速し、前記テーパ状金属板の後端が
   前記冷却装置に入ってからは、第２加速度で第３速度に
   なるまで加速する搬送パターンに従って冷却することを
   特徴とするテーパ状金属板の冷却方法。