JP2007326123A - 圧延材の冷却制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却バルブの過度な操作をすることなく、精度の良い冷却速度制御が実現でき、さらに、計算負荷が大幅に減少できる圧延材の冷却制御方法を提供する。
【解決手段】前記圧延材２の冷却開始以前に、冷却バルブの初期開閉パターン列を求めると共に、この初期開閉パターン列に対して一定の開バルブ本数を含む間隔で区切った制御ピッチを設けておき、先端切り板を冷却するに際しては、初期開閉パターン列に基づいて冷却バルブの開閉を行い、その後の切り板を冷却するに際しては、制御ピッチに均等に冷却バルブの増減数を割り振ることで、初期開閉パターン列を修正し、該修正された初期開閉パターン列に基づいて冷却バルブの開閉を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧延材の冷却制御方法に関する。

従来から、薄鋼板等の圧延材は、加熱されたスラブを連続圧延装置に導入して、複数の圧延機で連続的に圧延することで製造されており、最終圧延機（仕上げ圧延機）の下流側には圧延材を巻き取るための巻き取り装置が設けられている。また、最終圧延機と巻き取り装置との間には、圧延材の温度を制御しつつ冷却を行う冷却装置が備えられている。
冷却装置には、圧延材に冷媒を吹き付ける冷却ノズルが圧延材の移送方向に沿って複数配置されており、冷却ノズルには、吹き付ける冷媒の供給量を可変とする冷却バルブがそれぞれ備えられている。冷却装置では、冷却速度が一定の条件下で且つ圧延材の板温度を目標温度に一致させるべく、開状態にある冷却バルブの本数である開バルブ本数を変更して、圧延材の温度調整や冷却制御を行う。

このような冷却装置の制御方法、すなわち、圧延材の冷却制御方法は従来より数々開発されている。
基本的な制御方法としては、圧延板に対し、仮想的に一定長ピッチの切り板（サンプリング板）を仮定し、この切り板が冷却装置の入側に設けられた入側板温度計の直下を通過する度に、制御条件（出側板温度、冷却開始条件、冷却終了条件等）を満足するような冷却バルブの開閉パターンを算出し、ダイナミック制御を行うものがある。例えば、特許文献２の［０００３］段落〜［０００９］段落にその技術の開示がなされている。

このような冷却制御方法に改良を加えた技術も数々開発されている。
例えば、特許文献１に記載された鋼板の冷却制御方法は、基本的な冷却制御方法に加えて、冷却時間の経過に対する鋼板の変態発熱の変化、あるいは温度降下に対する変態発熱の変化を計算しておき、鋼板の冷却開始後、各切り板が目標温度履歴になるように冷却バルブの開閉パターンを調節するものとなっている。
また、特許文献２に開示された熱延鋼帯の巻き取り温度制御方法は、基本的な冷却制御方法に加え、冷却バルブの開閉パターンの実績、板速度の実績値を反映した再計算を実行するようにしたものであって、冷却制御の精度を高めようとしている。

特許文献３に開示された連続熱間圧延の冷却制御方法は、基本的な冷却制御方法に加えて、操業制約、特に冷媒の流量密度の変化を考慮したダイナミック制御を行い、冷却制御の精度を高めるものとなっている。
特開平８−１０３８０９号公報 特開平６−１７９００７号公報 特開平６−１７９０１０号公報

しかしながら、基本的な冷却制御技術や、特許文献１〜特許文献３の技術を採用した冷却装置において、圧延材の板速度又は入側板温度が変化した際には、冷却装置全体で冷却バルブの開閉パターンを再計算する必要が生じる。
この再計算時に、制御精度を向上させるべく、計算負荷の高い温度予測モデル（伝熱計算モデル）を使用すると、計算時間が長くなり、必然的に制御周期が長くなって、高精度の冷却制御が困難になるといった欠点があった。当然のことながら、計算負荷の高い温度予測モデルを用いなければ、巻き取り温度が目標値に一致しないなどの不具合が生じることになる。

また、再計算を行った結果、隣り合う切り板毎に全く異なる開閉パターンになる可能性が否めない。例えば、ある切り板に対して、表１（ａ）のような開閉パターンが計算され、これに続く次の切り板では、板速度が少し下がったために、冷却バルブを１本分だけ閉状態にしようとする場合、表１（ｂ）というバルブパターンが計算される可能性がある。表１（ａ）から表１（ｂ）への変化を見ると、上流側から１３本目〜４３本目の冷却バルブが、反転状態（ＯＮ→ＯＦＦ，ＯＦＦ→ＯＮ、すなわち、１→０，０→１）となっている。

さらに、次の切り板では、板速度が少し上がったがために、冷却バルブを１本分だけ追加（ＯＮ）する必要がある場合、表１（ｃ）というバルブパターンが計算される可能性がある。この開閉パターンでは、上流側から１３本目〜４３本目の冷却バルブが、再び反転状態となっている。

このような場合、開状態の冷却バルブを全て閉じて、閉状態の冷却バルブを一度に開くという動作が生じることになるが、冷却バルブの応答時間に比して制御周期が小さい場合、冷却バルブが反応しない可能性が大である。すると、冷媒を出す必要がある冷却バルブにもかかわらず、冷媒がほとんど出ない、又は、冷媒を止める必要がある冷却バルブにもかかわらず、冷媒が出たままであるといった不具合が生じる。
過度の冷却バルブ操作を防ぐために、制御ロジックを工夫し、短時間での冷却バルブ操作を避けることも可能ではあるが、そのようなロジックを使用した場合、「冷却速度一定」といった圧延材の冷却に関する条件が満たされない、又は巻き取り温度が所定のものにならない制御が行われることになる。

そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、冷却装置に備えられた冷却バルブをダイナミック制御するにあたり、冷却バルブの過度な操作をすることなく、精度の良い冷却速度制御が実現でき、さらに、計算負荷が大幅に減少できる圧延材の冷却制御方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかる技術的手段は、冷却装置に備えられた冷却バルブを開閉し冷媒の吹きつけ状況を変えることで、仕上圧延後の圧延材の板温度を制御する圧延材の冷却制御方法において、前記圧延材の冷却開始以前に、当該圧延材に対して長手方向に仮想分割して得られる切り板を複数設定し、該切り板のいずれかについて冷却速度一定の条件下で伝熱計算を行うことで上流側から下流側へ向けての冷却バルブの開閉パターンを求め、該求められた開閉パターンを初期開閉パターン列として設定すると共に、該初期開閉パターン列に対し一定の開バルブ本数を含む間隔で区切った制御ピッチを設けておき、前記圧延材を冷却するに際しては、冷却装置の入側における圧延材の板速度及び板温度の実績値から初期開閉パターン列に対する開状態の冷却バルブの増減本数を算出し、該増減本数を初期開閉パターン列の各制御ピッチに均等に割り振ることで、初期開閉パターン列を修正し、該修正された初期開閉パターン列に基づいて冷却バルブの開閉を行い、圧延材の板温度を制御することを特徴とする。

この技術的手段を用いることで、先端に位置する切り板を冷却するに際しては、伝熱計算より得られた初期開閉パターン列に基づいて冷却バルブの開閉を行うため、精度の良い冷却速度制御が実現できるようになる。
また、先端以降の切り板を冷却する時にも、初期開閉パターン列を修正した開閉パターン列に基づいて冷却バルブの開閉を行うため、比較的精度の良い冷却速度制御が実現できる。初期開閉パターン列の修正は、その上流側に位置する制御ピッチから各制御ピッチに均等に、冷却バルブの増減本数を割り振るため、短周期でバルブの開閉状態が反転するといった冷却バルブの過度な操作を抑制することができる。

なお、本技術的手段における制御ピッチは、一定の開バルブ本数を含む間隔で区切られたものであるが、かかる制御ピッチを採用する技術的思想は以下の通りである。
冷却装置における冷却開始〜終了点間での冷却速度のバラツキを小さくするための一番簡単な方法は、冷却装置内の水冷領域を一定の制御ピッチに分割し、予め決められた順序で制御ピッチ毎に均等にバルブを追加することである。
例えば、表２（ａ）に示すように、予め伝熱計算等を行うことで求めた冷却バルブの開閉パターンを、その先頭（上流側）から一定距離ピッチで区切るようにする。ここでの一定距離ピッチは、冷却ノズルを６本含む距離間隔である。

その後、圧延材の板速度が加速し、冷却バルブを４本追加するダイナミック制御が必要になったとする。その場合、表２（ｂ）に示すように、上流側より制御ピッチごとに１本ずつ冷却バルブを追加している。本説明例の場合は、各制御ピッチ内でもっとも下流側にある閉バルブを開バルブとしている。

しかしながら、この冷却制御法、換言すれば、制御ピッチの決定法は、冷却バルブ１本当たりの冷却能が圧延材の板温度によらず一定であるとの仮定をおいたものである。ゆえに、圧延板が徐々に加速する（一定加速率を維持する）状況を考えると、下流側で冷却速度が小さくなったり、あるいは上流側で冷却速度が大きくなる、といった欠点を有していて、あまり実用的ではない。
一方、表２（ｃ）の如く、制御ピッチの間隔を一定時間ピッチとすることも考えられる。こうすることにより、板速度変化への冷却バルブ１本あたりの寄与度が均一になって、制御ピッチ毎の温度降下量が均等となり、冷却速度のバラツキを最小化、すなわち冷却装置全体に亘って冷却速度を略一定とすることができる。

しかしながら現実は、冷却バルブ１本当たりの冷却能は、圧延材の板温度によって変化し低温ほど冷却能が上がるため、下流側にて冷却速度が大きくなったり、逆に上流側で冷却速度が小さくなったりする。
以上のことを鑑みると、「板速度の変化」にも対応でき、さらに「板温度の変化に伴う冷却バルブ１本あたりの冷却能の変化」にも対応できる制御ピッチを設定することが重要であることがわかる。そこで、本願発明者らは、開状態の冷却バルブを一定本数含むように制御ピッチを設定することにした。こうすることで、板速度が早くなった場所や板温度が低下し冷却バルブの冷却能が増加した場所では制御ピッチが短くなり、逆に、板速度が遅くなった場所や冷却バルブの冷却能が低い場所では制御ピッチが長くなって、それぞれの制御ピッチにおける冷却速度の変化を最小に止めることが可能となる。

なお好ましくは、前記開状態の冷却バルブを増加させる際には、増加本数を初期開閉パターン列の上流側から制御ピッチごと均等に割り振るようにしたり、前記開状態の冷却バルブを減少させる際には、減少本数を初期開閉パターン列の下流側から制御ピッチごと均等に割り振るようにするとよい。
さらに好ましくは、前記初期開閉パターン列の修正は、予め、開又は閉とする冷却バルブの番号が記されている修正テーブルを設定しておき、前記修正テーブルに基づいて、制御ピッチ毎に開状態の冷却バルブ本数を増減するとよい。

予め決めておいた修正テーブルを用いて開状態の冷却バルブ本数を増減するため、伝熱計算に基づいた初期開閉パターンの導出に比べて、計算機負荷が非常に小さいものとなり、短周期での冷却制御が可能となる。
前述した修正テーブルを作成するに際しては、前記圧延材ごとの初期開閉パターン列において、圧延材に対して冷媒を吹きつける状態に設定された水冷領域を抽出した後、該水冷領域に対し所定の開バルブ本数を含む間隔で区切られた制御ピッチを設け、前記水冷領域の上流側に位置し且つ圧延材に対して冷媒を吹きつけない状態に設定された空冷領域に対して、水冷領域の最上流にある制御ピッチの開閉パターンを順次転写し、水冷領域の下流側に位置する空冷領域に対しては、水冷領域の最下流にある制御ピッチの開閉パターンを順次転写することで、両空冷領域まで冷却バルブの開閉パターン列及び制御ピッチを拡張しておき、前記拡張された開閉パターン列の上流側の制御ピッチから順に、開状態又は次に開状態とすべき冷却バルブの番号をピックアップし、該ピックアップされた冷却バルブの番号を順次配列して当該修正テーブルを作成するとよい。

このように構成された修正テーブルにしたがって、冷却バルブを開け閉めした場合、冷却装置全体としてみると、均等に冷却バルブの増減本数が割り振られるようになるため、短周期での開閉パターンの変更を抑制できる。

本発明にかかる圧延材の冷却制御方法を用いることで、冷却装置に備えられた冷却バルブをダイナミック制御するにあたり、冷却バルブの過度な操作をすることなく、精度の良い冷却速度制御が実現できると共に、計算負荷が大幅に減少できる。

以下、本発明にかかる圧延材の冷却制御方法を、薄鋼板の熱間連続圧延装置１を例示して図を参照しつつ説明する。
［連続圧延装置の構成］
薄鋼板等の圧延材は、加熱されたスラブを複数の圧延機が備えられた連続圧延装置１に導入し、連続的に圧延することで製造される。連続圧延装置の上流側に備えられた圧延機は粗圧延機であり、下流側に備えられた圧延機は板厚などを整える仕上げ圧延機である。
最終段に備えられた最終圧延機（仕上げ圧延機）を出た圧延材は、その移送方向の下流側に配置された冷却装置内を通りながら冷却され、巻き取り装置で巻き取られる。

図１は、連続圧延装置１の最終圧延機３から冷却装置４、巻き取り装置５に至るまでの装置構成を示した概念図である。なお、本実施形態の説明においては、圧延材２の移送方向において、移送されていく側（巻き取り装置５側）を下流側、その反対側（最終圧延機３側）を上流側と呼ぶ。
最終圧延機３は、一対のワークロール６を有すると共に、このワークロール６をバックアップする複数のバックアップロール７を供えている。ワークロール６の回転軸には、その回転数を計測し圧延材２の移送速度である板速度を測定する板速度検出器（図示せず）が設けられている。

最終圧延機３の出側には、圧延材２の温度である板温度を計測する板温度計が配置されている。この板温度計は、圧延材２からの熱放射量を基に板温度を計測する放射温度計である。この板温度計は、冷却装置４に入る前の圧延材２の板温度を計測するものとなっているため、以降、入側板温度計８と呼ぶ。
入側板温度計８の下流側又は上流側には、γ線厚み計からなる板厚計（図示せず）も設置されている。
図１，図２に示す如く、入側板温度計８の下流側には、冷却装置４が備えられている。本実施形態の場合、冷却装置４は、通過する圧延材２の表裏面に対称に各９２本の冷却ノズルを備えていて、圧延材２の移送方向に順次配列されている。

各々の冷却ノズルには、当該冷却ノズルから圧延材２に噴射される冷却水（冷媒）を出したり止めたりするための冷却バルブが備えられている。開状態のバルブ数（開バルブ本数）を変更することで、冷却ノズルから圧延材２に吹き付けられる冷却水量が変わり、圧延材２の温度降下量が可変する。それぞれの冷却バルブには、バルブ番号が付けられており、上流側からバルブ番号Ｎｏ１〜Ｎｏ９２となっている。この番号は冷却ノズル番号と一致する。
冷却装置４においては、制御上の必要性からＮ個の冷却バンク１２が規定されている。冷却バンク１２は複数本（例えば６本）の冷却ノズルを一纏めにした制御単位であって、冷却装置４の上流側から下流側に向けてＮ個存在する。

冷却装置４の出側（下流側）であって、巻き取り装置５の直前には、放射温度計が設置されており、巻き取り装置５での板温度を計測するようになっている。以降、この放射温度計を巻き取り板温度計９と呼ぶ。
巻き取り装置５の回転軸には、軸の回転速度を計測する巻き取り速度検出器（図示せず）が設置されている。
前述した入側板温度計８や板速度検出器や板厚計の計測データ、すなわち入側板温度、板速度、板厚の各実績値は、冷却装置４を制御する制御部１０に入力される。この制御部１０には、巻き取り板温度計９や巻き取り速度検出器からの実績値も入力される。制御部１０はプロセスコンピュータやＰＬＣで構成されており、後述する圧延材２の冷却制御方法に基づいて、巻き取り板温度計９での板温度を目標温度に近づけるべく、適切な冷却バルブの開閉パターンを算出する。

制御部１０で算出された開閉バルブパターンに基づいて、シーケンサやＰＬＣなどから構成されるバルブ開閉信号出力部（図示せず）に各冷却バルブのＯＮ／ＯＦＦ操作指令を送信する。バルブ開閉信号出力部は、実際に冷却バルブの開閉を行い、冷却装置４全体の冷却状態を変更する。
制御部１０の中で実行される圧延材２の冷却制御方法は、
（i) 圧延材２の冷却開始以前に、圧延材２のいずれかの切り板（先端に位置する切り板や中途部の切り板）について伝熱計算を行って、冷却バルブの初期開閉パターン列を求めておく。
(ii) 圧延材２を冷却するに際しては、冷却装置４入側における切り板毎の板速度の実績値や板速度の実績値から初期開閉パターン列を修正し、修正後の開閉パターン列に基づいて冷却バルブの開閉を行う。
という工程を有している。初期開閉パターン列の修正は、制御周期ごと、どの冷却バルブを開閉するかが示されている「修正テーブル」を用いて行われる。
［修正テーブルの作成］
具体的な圧延材２の冷却制御方法について述べる前に、修正テーブルの作成方法について述べる。

図２（ｂ）には、修正テーブルを作成する際に用いる初期開閉パターン列が示されており、図３（ｂ）には修正テーブルが示されている。図４のフローチャートには、修正テーブルの作成方法が示されている。
図４に示す如く、修正テーブルを作成するにあたっては、まず、圧延材２に設定された切り板のいずれかに対して、冷却水を吹き付けた際の熱伝達状態を理論的に求めることで、冷却装置４に備えられた冷却バルブ（Ｎｏ１〜Ｎｏ９２）の開閉状態を算出する。この際、冷却装置４全体を通して、圧延材２の冷却速度が一定となる条件下で各冷却バルブのＯＮ／ＯＦＦを決定するようにする。なお、計算対象である切り板は、圧延材２の中途部に位置する切り板であってもよく、圧延材２の先端に位置する切り板であってもよい。本実施形態の場合は、先端切り板で説明を進める。（Ｓ４０１）
Ｓ４０１での具体的計算は以下の通りである。

まず、６本の冷却ノズルを一纏めにした冷却バンク１２を設定し、式（１），式（２）を基に、各冷却バンク１２（＃１〜＃Ｎ）での冷却状況を予測する。

すなわち、式（１）を基に、空冷領域（空冷状態の冷却バンク１２）での温度降下を算出すると共に、式（２）を用いて水冷領域（水冷状態の冷却バンク１２）の温度降下を算出する。その後、巻き取り板温度が目標値に等しいかどうかを判定し、空冷領域や水冷領域の割合を変化させつつ収束計算を行うことで、冷却装置４のどの部分を空冷状態の冷却バンク１２とし、その部分を水冷状態の冷却バンク１２とするかを決定する。
その後、水冷状態の冷却バンク１２においては、設定された冷却速度を実現する開状態の冷却バルブの本数や開閉バルブパターンを決定する。なお、空冷状態の冷却バンク１２では全ての冷却バルブが閉状態である。

開状態の冷却バルブ本数は、冷却ノズル１本あたりの冷却能や圧延材２の板温度などの情報を基に決定することができ、冷却バンク１２内での開閉パターンは、別途決めた手順により適宜決定する。例えば、１つの冷却バンク１２内で３つの冷却バルブをＯＮとする場合は、下流側から１つ飛ばしに開状態とするとよい（010101、0:閉バルブ，1:開バルブ）。
このような計算を行うことで、伝熱計算に基づいた冷却バルブの開閉パターンを得ることができ、先端切り板に対する初期開閉パターン列が作成できる。作成された初期開閉パターン列は図２（ｂ）であって、Ｎｏ１〜Ｎｏ２０が空冷領域、Ｎｏ２１〜Ｎｏ７１が水冷領域、Ｎｏ７２〜Ｎｏ９２が空冷領域となっている。（Ｓ４０２）
次に、初期開閉パターン列の水冷領域（Ｎｏ２１〜Ｎｏ７１）を所定の開バルブ本数を含む間隔で区切ることで、当該初期開閉パターン列に対して制御ピッチを設ける。（Ｓ４０３）
本実施形態の場合、開状態の冷却バルブ（開バルブ）を３本含む間隔を制御ピッチとして、冷却装置４の水冷領域を６つの制御ピッチに区切るようにする。当然、各制御ピッチの距離間隔は、冷却ノズル１０本分〜７本分の距離とそれぞれ異なっている。

次に、水冷領域の上流側に位置する空冷領域の冷却バルブに関しては、当該水冷領域の最上流にある制御ピッチの開閉パターンを、空冷領域の冷却バルブへ順次転写するようにする。したがって、空冷領域の制御ピッチは水冷領域の最上流にある制御ピッチと同じ（全バルブ数９本、開バルブ数３本）になる（図２（ａ）の矢印Ａ、Ｓ４０４）。なお、転写元の制御ピッチより転写先の領域が小さい場合は、可能な範囲のみ転写するようにする。例えば、矢印Ａの如く転写を進めていった結果、冷却バルブ番号Ｎｏ３〜Ｎｏ１１の転写後に、Ｎｏ１，Ｎｏ２のみが残るが、それらには、Ｎｏ２８，Ｎｏ２９の開閉状態を転写するとよい。

さらに、水冷領域の下流側に位置する空冷領域の冷却バルブに関しては、水冷領域の最下流にある制御ピッチの開閉パターンを、当該空冷領域の冷却バルブへ順次転写するようにする。ゆえに、空冷領域の制御ピッチは水冷領域の最下流にある制御ピッチと同じ（全バルブ数７本、開バルブ数３本）になる。（図２（ａ）の矢印Ｂ、Ｓ４０５）
この場合も、転写元の制御ピッチより転写先の領域が小さい場合は、可能な範囲のみ転写するようにする。
以上述べたＳ４０３〜Ｓ４０５のステップを経ることで、図２（ａ）や図３（ａ）に示すような冷却装置４全体に亘る開閉パターン（拡張開閉パターン）を得ることができる（Ｓ４０６）。なお、図３（ａ）は図２（ａ）を縦書きにしたものであって同一内容である。

次に、求めた拡張開閉パターン列の上流側から、制御ピッチごとにサーチしてゆき、それぞれの制御ピッチにおいて、上流側にある開バルブの番号をピックアップし、修正テーブルに順次列記するようにする。（Ｓ４０７，Ｓ４０８）
拡張開閉パターン列の最下流にある制御ピッチまでサーチした後は、再び最上流の制御ピッチに戻り、前回テーブルに記録した開バルブを除いた上で、当該制御ピッチで最も上流側にある開バルブの番号をピックアップし、修正テーブルの順次加えるようにする。
制御ピッチ内に、修正テーブルに追加すべき開バルブが無くなっている場合は、当該制御ピッチ内で最も上流側にある閉バルブ（閉状態にある冷却バルブ）の番号をピックアップし、修正テーブルの順次加えるようにする。

なお、制御ピッチ内で、開バルブや閉バルブをピックアップする順番は、上流側からに限定されることはなく、下流側からでもよい。その順番は本発明を使用する者が適宜選択可能である。
図３（ｂ）には、このようにして作成された修正テーブル（バルブ追加テーブル）が記されている。この修正テーブルにおいて、「テーブル最上段」から「インデックスＰ」までの間が、先端切り板に対して伝熱計算から求められた開バルブの番号を示したものとなっている。
［冷却装置の制御］
次に、この修正テーブルを用いて、冷却装置４を制御する方法の詳細について述べる。

まず、１つの圧延材２（薄鋼板の場合、コイルと呼ぶこともある）を圧延する際に、その圧延材２の先端部（先端切り板）が最終圧延機３に達する前に、図４のＳ４０１〜Ｓ４０８のステップを順次行い、図３（ｂ）に示すような修正テーブルを作成しておく。
その後、圧延材２は最終圧延機３により所定の板厚に圧延され、入側板温度計８で測温された後、冷却装置４に導入される。圧延材２の先端切り板が、入側板温度計８の直下を通過した際には、その板温度を測定し実績値を求めるようにする。この時点で同時に圧延材の板速度を最終圧延機３において計測する。

その結果、入側板温度や板速度の実績値と目標値とが異なっていて、かかる温度差、速度差を解消するには、現状の開バルブ本数に加え、例えば、あと５本だけ多く冷却バルブを開状態にする必要があると、制御部１０内の温度制御モデルから算出されたとする。例えば、温度差が５℃であって冷却ノズル１本あたりの冷却能が１℃／本である場合がこれに相当する。
そのような場合、単純に現状の開閉パターン列（図２（ｂ））を見て、閉状態の冷却バルブを上流側からＮｏ１→Ｎｏ５→Ｎｏ１０→Ｎｏ１５→Ｎｏ２０と増やすのではなく、図３（ｂ）のインデックスＰ（初期設定レベルを示す矢印）を修正テーブルに沿って下側に５つ下げるようにする。

それに伴い、バルブ番号Ｎｏ１，Ｎｏ３，Ｎｏ１２，Ｎｏ２１，Ｎｏ３０がインデックスＰで指し示されるが、それら番号の冷却バルブを開状態とするようにする。バルブ番号Ｎｏ１は制御ピッチ１内に存在する冷却バルブであり、Ｎｏ３は制御ピッチ２内に存在、Ｎｏ１２は制御ピッチ３内に存在、Ｎｏ２１は制御ピッチ４内に存在、Ｎｏ３０は制御ピッチ５内に存在しているため、本修正テーブルを用いて、冷却バルブの増加を行うようにすると、制御ピッチ毎に均等に冷却バルブの増加本数を割り振ることができる。加えて、短い制御周期で冷却バルブの開閉状態が反転状態となることを防げる。ゆえに、冷却バルブの過度なＯＮ／ＯＦＦを防ぐことができると共に、各制御ピッチ間で冷却速度をほぼ一定としつつ正確な圧延材２の板温度制御が行える。

なお、説明では、冷却バルブの増加数を５本としたが、これに限定されることはなく、ｎ本の増加であっても同様に冷却バルブ数を増加できる。その場合、インデックスＰをｎ個下側へずらし、その際に指し示したバルブ番号を開バルブにするとよい。
同様に、開バルブを閉バルブにする場合には、インデックスＰを修正テーブルに沿って上方に上げるようにする。その際にインデックスＰが指し示したバルブ番号を閉バルブとするとよい。例えば、図３（ｂ）において、バルブ番号Ｎｏ９２の所にインデックスＰがあった場合に、入側板温度の実績値と目標値とが異なっていて、その温度差を解消するには、現状の開バルブ本数から、５本だけ閉バルブにする必要があると、温度制御モデルから算出されたとする。例えば、温度差が−５℃であって冷却ノズル１本あたりの冷却能が１℃／本である場合がこれに相当する。

そのとき、インデックスＰを５つ上方に上げると、バルブ番号Ｎｏ９２，Ｎｏ８５，Ｎｏ７８，Ｎｏ７１，Ｎｏ６４がインデックスＰで指し示され、それらの冷却バルブを閉状態とする。バルブ番号Ｎｏ９２は制御ピッチ１２内に存在する冷却バルブであり、Ｎｏ８５は制御ピッチ１１内に存在、Ｎｏ７８は制御ピッチ１０内に存在、Ｎｏ７１は制御ピッチ９内に存在、Ｎｏ６４は制御ピッチ８内に存在しているため、本修正テーブルを用いて、冷却バルブの減少を行うようにすると、制御ピッチ毎に均等に冷却バルブの減少本数を割り振ることができる。

ここでも、冷却バルブの減少数を５本としたが、これに限定されることはなく、ｎ本の減少であっても同様にできる。その場合、インデックスＰをｎ個上側へずらし、その際指し示したバルブ番号を閉バルブにするとよい。
［制御結果］
本実施形態にかかる圧延材２の冷却制御方法を適用した結果（シミュレーション結果）を以下に示す。
図５は、先端切り板に対して、Ｓ４０１で説明したような伝熱計算を行い、初期開閉パターン列を計算し、それに基づいて冷却制御した結果である。

実験条件として、圧延材２の入側温度１０００℃、板速度６００ｍ／ｍｉｎ、目標冷却速度５６℃／ｓｅｃ、目標巻き取り速度６３５℃としている。冷却装置４は全部で２００本の冷却ノズルを有するものとする。
図５（ｂ）は冷却バルブの初期開閉パターン列を示したものであり、横軸が冷却バルブ番号、縦軸が冷却バルブの開閉状態である。値１が開状態、値０が閉状態である。
図５（ａ）は、この開閉パターン時における温度履歴曲線を現したものであって、横軸に先端切り板が最終圧延機３を出た直後からの経過時間、縦軸に板温度が示されている。時刻約２〜７秒においては、冷却速度が略一定で低下していることがわかる（図５のＣ部）。これは先端切り板が冷却装置４の水冷領域（水冷状態の冷却バンク１２）を通過していることを意味している。

この初期状態に対して、次切り板以降で板速度を１２００ｍ／ｍｉｎまで加速した場合を考え、従来法（冷却バンク１２毎に冷却速度が制御指令値に近づくように再計算）でのバルブパターンを求めると、図６（ｂ）のようになる。この場合の温度履歴曲線は、図６（ａ）のようになる。また、図６（ｃ）は、図５（ｂ）と図６（ｂ）との値（１又は０）の差をとったものであって、Ｄで示す部分のように、その曲線が大きく変化しジグザグとなっている。これは、先端切り板とそれに続く切り板とで開閉パターンが過度に変化していることを意味している。冷却バルブ番号７２以上の部分は、速度変化による冷却能の低下によって、各冷却バンク１２での出側温度が変化するのを補償する動作を表している。

この図より明らかなように、従来法では開閉パターンが大きく変化しており、特に冷却バルブ番号７１以前であってＤで示す部分では、冷却バルブの応答がついてゆかず、冷却水が出なかったり止まらなかったりする可能性が起きていることが容易に想像できる。
一方、図７（ａ）〜図７（ｃ）には、本実施形態の冷却制御方法を適用した場合の温度履歴曲線、開閉パターン列、図５（ｂ）に対するバルブ開閉状況の遷移図が示されている。
図７（ｃ）を見ると明らかなように、冷却バルブ番号７１以前の部分は、速度変化による冷却速度の変化を補償する動作によってバルブパターンが若干ながら変化している（Ｅ部）。しかしながら、その変化は図６（ｃ）に示される従来法に比して非常に小さいものとなっており、冷却装置４は十分に応答できる。ゆえに、冷却水が出なかったり止まらなかったりする不具合が発生する可能性は極めて低い。

なお、各制御における水冷域での平均冷却速度をシミュレーションした結果、目標値 ５６．００℃／ｓｅｃとした場合、初期開閉パターン列での冷却速度は５６．６３℃／ｓｅｃ、先端切り板に続く切り板に対して、従来法による制御を行った場合の冷却速度は５５．６５℃／ｓｅｃ、本実施形態の制御を行った場合の冷却速度は５６．４７℃／ｓｅｃとなった。
この結果からわかるように、目標値に対するズレはいずれの制御方法であっても０．５℃／ｓｅｃを越えることはなく、修正テーブルを用いて制御を行う本方法は、正確な伝熱計算を各冷却バンク１２に適用する従来の制御に比して遜色ない冷却制御方法であることがわかる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

熱間連続圧延装置の概略を示した図である。 （ａ）は拡張開閉パターン列、（ｂ）は初期開閉パターン列を示したものである。 （ａ）は拡張開閉パターン列、（ｂ）は修正テーブル（バルブ追加テーブル）を示したものである。 修正テーブルを作成する手順を示したフローチャートである。 （ａ）は先端切り板に対する温度履歴曲線、（ｂ）は先端切り板に対する開閉パターン列（初期開閉パターン列）を示したものである。 （ａ）は従来の冷却制御方法を適用した場合の温度履歴曲線、（ｂ）は開閉パターン列、（ｃ）はバルブ開閉の遷移状況を示したものである。 （ａ）は本実施形態の冷却制御方法を適用した場合の温度履歴曲線、（ｂ）は開閉パターン列、（ｃ）はバルブ開閉の遷移状況を示したものである。

符号の説明

１ 連続圧延装置
２ 圧延材
３ 最終圧延機
４ 冷却装置
５ 巻き取り装置
８ 入側板温度計
９ 巻き取り板温度計
１０ 制御部
１２ 冷却バンク

Claims (5)

1. 冷却装置に備えられた冷却バルブを開閉し冷媒の吹きつけ状況を変えることで、仕上圧延後の圧延材の板温度を制御する圧延材の冷却制御方法において、
   前記圧延材の冷却開始以前に、当該圧延材に対して長手方向に仮想分割して得られる切り板を複数設定し、該切り板のいずれかについて冷却速度一定の条件下で伝熱計算を行うことで上流側から下流側へ向けての冷却バルブの開閉パターンを求め、該求められた開閉パターンを初期開閉パターン列として設定すると共に、該初期開閉パターン列に対し一定の開バルブ本数を含む間隔で区切った制御ピッチを設けておき、
   前記圧延材を冷却するに際しては、冷却装置の入側における圧延材の板速度及び板温度の実績値から初期開閉パターン列に対する開状態の冷却バルブの増減本数を算出し、該増減本数を初期開閉パターン列の各制御ピッチに均等に割り振ることで、初期開閉パターン列を修正し、該修正された初期開閉パターン列に基づいて冷却バルブの開閉を行い、圧延材の板温度を制御することを特徴とする圧延材の冷却制御方法。
2. 前記開状態の冷却バルブを増加させる際には、増加本数を初期開閉パターン列の上流側から制御ピッチごと均等に割り振るようにすることを特徴とする請求項１に記載の圧延材の冷却制御方法。
3. 前記開状態の冷却バルブを減少させる際には、減少本数を初期開閉パターン列の下流側から制御ピッチごと均等に割り振るようにすることを特徴とする請求項１に記載の圧延材の冷却制御方法。
4. 前記初期開閉パターン列の修正は、
   予め、開又は閉とする冷却バルブの番号が記されている修正テーブルを設定しておき、
   前記修正テーブルに基づいて、制御ピッチ毎に開状態の冷却バルブ本数を増減することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧延材の冷却制御方法。
5. 前記修正テーブルを作成するに際しては、
   前記圧延材ごとの初期開閉パターン列において、圧延材に対して冷媒を吹きつける状態に設定された水冷領域を抽出した後、該水冷領域に対し所定の開バルブ本数を含む間隔で区切られた制御ピッチを設け、
   前記水冷領域の上流側に位置し且つ圧延材に対して冷媒を吹きつけない状態に設定された空冷領域に対して、水冷領域の最上流にある制御ピッチの開閉パターンを順次転写し、水冷領域の下流側に位置する空冷領域に対しては、水冷領域の最下流にある制御ピッチの開閉パターンを順次転写することで、両空冷領域まで冷却バルブの開閉パターン列及び制御ピッチを拡張しておき、
   前記拡張された開閉パターン列の上流側の制御ピッチから順に、開状態又は次に開状態とすべき冷却バルブの番号をピックアップし、該ピックアップされた冷却バルブの番号を順次配列して当該修正テーブルを作成することを特徴とする請求項４に記載の圧延材の冷却制御方法。

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