JP2008221232A - 熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】タンデムに配置された複数の圧延スタンドにより、圧延材を粗圧延する粗圧延機と仕上げ圧延する仕上圧延機との間に冷却手段を配置し、仕上圧延機の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度の両方を目標温度に制御する熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムを提供する。
【解決手段】粗圧延機３０と仕上圧延機３１との間における圧延材３２を冷却すると共に、仕上圧延機３１の圧延スタンド３６〜４０間における圧延材３２を冷却し、仕上圧延機３１の入側における圧延材３２の温度と仕上圧延機３１の出側における圧延材３２の温度を目標値に制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は、加熱された圧延材を圧延する熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムに係り、特に、圧延材を粗圧延する粗圧延機と仕上げ圧延する仕上圧延機との間に冷却手段を配置し、仕上圧延機の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度を目標温度に制御する熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムに関するものである。

加熱された圧延材を圧延する仕上圧延機、例えば鋼板を圧延する仕上圧延機では、圧延製品の材質および寸法精度を向上させるうえで圧延材温度を目標値に制御することが非常に重要である。従来、この圧延材温度を目標値に制御するのに、仕上圧延機に配置された複数の圧延スタンド間に圧延材を冷却する冷却装置を設け、この冷却装置からの冷却水量、例えば、冷却装置の噴射数もしくは噴射圧力を変更することによる冷却水量を制御することにより仕上圧延機の出側の圧延材温度を制御している。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）

特開平８−２４３６２０号公報（要約の欄、図１） 特開平１１−７７１３４号公報（要約の欄、図５）

上記特許文献１あるいは特許文献２に開示された技術によれば、仕上圧延機の出側の圧延材温度を制御することにより、圧延製品の材質および寸法精度を向上させることができる。しかし、近年では、圧延製品の付加価値を高くするために、鋼板を仕上圧延機で圧延する前に、温度を低下させてフェライト組織に変えて圧延する手法も頻繁に用いられるようになり、仕上圧延機の出側の圧延材温度を制御するのみでなく、入側の圧延材温度と出側の圧延材温度の両方を厳密に管理することができる温度制御技術が必要となってきた。

更に、生産性の向上を考慮すると、いろいろな圧延速度パターンで圧延される圧延材について、仕上圧延機の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度の両方を制御することが必要となる。

この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、タンデムに配置された複数の圧延スタンドにより、圧延材を粗圧延する粗圧延機と仕上げ圧延する仕上圧延機との間に冷却手段を配置し、仕上圧延機の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度の両方を目標温度に制御する熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムを提供するものである。

また、いろいろな圧延速度パターンで圧延される圧延材について仕上圧延機の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度の両方を目標温度に制御する熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムを提供するものである。

この発明に係る熱間圧延機の温度制御方法は、圧延材を粗圧延する粗圧延機と圧延材を複数の圧延スタンドで仕上げ圧延する仕上圧延機により、加熱された圧延材を圧延する熱間圧延機の温度制御方法であって、上記粗圧延機と上記仕上圧延機との間における上記圧延材を冷却すると共に、上記仕上圧延機の上記圧延スタンド間における上記圧延材を冷却し、上記仕上圧延機の入側における上記圧延材の温度と上記仕上圧延機の出側における上記圧延材の温度を目標値に制御するものである。

また、この発明に係る熱間圧延機の温度制御システムは、圧延材を粗圧延する粗圧延機と圧延材を複数の圧延スタンドで仕上げ圧延する仕上圧延機により、加熱された圧延材を圧延する熱間圧延機の温度制御システムであって、上記粗圧延機と上記仕上圧延機との間に配置され、上記圧延材に対して冷却媒体を噴射し得る第1の圧延材冷却手段と、上記仕上圧延機の上記圧延スタンド間に配置され、上記圧延材に対して冷却媒体を噴射し得る第２の圧延材冷却手段と、上記第1の圧延材冷却手段から上記圧延材に噴射する冷却媒体を制御すると共に、上記第２の圧延材冷却手段から上記圧延材に噴射する冷却媒体を制御し、上記仕上圧延機の入側における上記圧延材の温度と出側における上記圧延材の温度をそれぞれ目標値に制御する温度制御手段と、を備えたものである。

この発明によれば、圧延材を粗圧延する粗圧延機と圧延材を複数の圧延スタンドで仕上げ圧延する仕上圧延機との間に冷却手段を配置し、仕上圧延機の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度の両方を目標温度に制御するので、圧延材の先尾端の温度変化を低減して圧延材の全長に亘って高精度の温度制御を実現することができ、圧延製品の品質向上および高付加価値化に貢献することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムについて好適な実施の形態を説明する。

実施の形態１．
実施の形態１の対象となる熱間圧延機は、複数の圧延スタンドがタンデムに配置され、圧延材を粗圧延する粗圧延機と仕上げ圧延する仕上圧延機との間に冷却手段（以下、中間冷却装置という。）を配置したものであるが、この実施の形態１を説明する前に、粗圧延機の入側から仕上圧延機の出側までにおける圧延材の温度計算の原理について説明する。まず、仕上圧延機の入側から出側における圧延材の温度計算の原理について説明する。

図１は仕上圧延機の入側から出側における圧延材の温度計算の原理について説明する図で、圧延スタンド間に２台の冷却媒体噴射手段、例えば冷却水を噴射する冷却水噴射装置を設置した例を示している。この図において、１Ａ，１Ｂは第１圧延スタンドの圧延ロールで、２Ａ，２Ｂは第２圧延スタンドの圧延ロールであり、これらの圧延ロール１Ａ，１Ｂ、２Ａ，２Ｂによって圧延材３が圧延されている。これらの圧延スタンド間に冷却水噴射装置４，５が設けられている。冷却水噴射装置４，５は圧延材３の上面と下面にそれぞれ冷却水を噴射して圧延材３を冷却するものである。

ここで、圧延材３は第１圧延スタンドの入側で板厚Ｈを有し、第１圧延スタンドの圧延ロール１Ａ，１Ｂで圧延されてｈの板厚となり、第２圧延スタンドの圧延ロール２Ａ，２Ｂで圧延されてさらに小さな板厚となる。このとき、第１圧延スタンドの入側の圧延材温度をＴ１、第２圧延スタンドの入側の圧延材温度をＴ５とすると、温度Ｔ１の部位から温度Ｔ５の部位までを、圧延材３に対する熱の収支状態に応じて領域１から領域４までの四つの領域に区分できる。

（ａ）領域１について；
領域１は圧延材３が圧延ロール１Ａ，１Ｂで圧延されている領域で、圧延材３の加工発熱、圧延ロール１Ａ，１Ｂと圧延材３との摩擦発熱、圧延ロール１Ａ，１Ｂと圧延材３との間における熱伝達が行われる。領域２および領域４は、冷却水噴射装置４，５の前後の空冷領域で、圧延材３と大気との間で熱伝達が行われる。領域３は冷却水噴射装置４，５による水冷領域で、圧延材と冷却水間で熱伝達が行われる。これらの領域の始端部、終端部の圧延材温度をそれぞれＴ２，Ｔ３，Ｔ４としたとき、これらの各部の温度は下記の関係式で表される。

Ｔ２＝Ｔ１＋ΔＴＤ＋ΔＴＦ−ΔＴＲ・・・・・・・・・・・・（１）
ただし、
ΔＴＤ：圧延材３の加工発熱による温度上昇量
ΔＴＦ：圧延材３と圧延ロール１Ａ，１Ｂとの間の摩擦発熱による温度上昇量
ΔＴＲ：圧延ロール１Ａ，１Ｂへの熱伝達による温度降下量
である。また、これらの温度上昇量および温度降下量は次式で表される。

ただし、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３：定数
Ｐｍ：平均圧延荷重
Ｈ：入側板厚
ｈ：出側板厚
μ：圧延材３と圧延ロール１Ａ，１Ｂとの摩擦係数
Ｖｒｍ：圧延材３と圧延ロール１Ａ，１Ｂとの相対速度差
ｔｒ：圧延材３と圧延ロール１Ａ，１Ｂとの接触時間
Ｔｍ：圧延材３の平均温度
Ｔｒ：圧延ロール１Ａ，１Ｂの温度
ｈｍ：平均板厚
である。

（ｂ）領域２について；
領域２は圧延材３が空冷される領域であり、その終端部の温度Ｔ３は始端部の温度Ｔ２を用いて次のように表される。
Ｔ３＝ＴＡ＋（Ｔ２−ＴＡ）・ｅｘｐ（−Ｃ４・αＡ・ｔＡ２／ｈ）・・・・・（５）
ただし、
ＴＡ：大気温度
Ｃ４：定数
αＡ：熱伝達率
ｔＡ２：領域２を圧延材３が通過する時間
である。

（ｃ）領域３について；
領域３は圧延材３が冷却水噴射装置４，５により水冷される領域であり、その終端部の温度Ｔ４は始端部の温度Ｔ３を用いて、次のように表される。

ただし、
Ｔｗ１：冷却水温度
ｔＡ３：領域３を圧延材３が通過する時間
αｗ：水冷による等価熱伝達率
Ｃ５：定数
Ｑｉ：冷却水噴射装置４，５の噴射流量
である。
（６），（７）式より、当然のことながら噴射流量を大きくすると、冷却水噴射装置４，５による温度降下量は大きくなる。

（ｄ）領域４について；
領域４は圧延材３が空冷される領域であり、その終端部の温度Ｔ５は始端部の温度Ｔ４を用いて次のように表される。
Ｔ５＝ＴＡ＋（Ｔ４−ＴＡ）・ｅｘｐ（−Ｃ４・αＡ・ｔＡ４／ｈ）・・・・・（８）
ただし、
ｔＡ４：領域４を圧延材３が通過する時間
である。

以上、（１）〜（８）式を用いて仕上圧延機の第1圧延スタンド入側から第２圧延スタンド入側までの各領域の終端部の温度をその始端部の温度を用いて表した。更に、スタンド数が増した場合には、（１）〜（８）式を適用することによって同様に表すことができる。

次に、粗圧延機における温度計算の原理について説明する。図２は粗圧延機における温度計算の原理について説明する図で、基本的には前述の仕上圧延機における計算原理と考え方は同じである。異なる点は領域３での冷却水噴射装置４，５による温度降下量の考慮が無くなり、領域２〜４が圧延材３を空冷する領域となる点である。

（ｅ）領域２〜４について；
領域２〜４は圧延材３が空冷される領域であり、その終端部の温度Ｔ５は始端部の温度Ｔ２を用いて次のように表される。
Ｔ５＝ＴＡ＋（Ｔ２−ＴＡ）・ｅｘｐ（−Ｃ４・αＡ・ｔＡ２−４／ｈ）・・・（９）
ただし、
ｔＡ２−４：領域２〜４を圧延材３が通過する時間
である。

以上、前述の（１）〜（４）式と（９）式を用いて粗圧延機の第1圧延スタンド入側から第２圧延スタンド入側までの各領域の終端部の温度をその始端部の温度を用いて表した。更に、圧延スタンド数が増した場合には、（１）〜（４）式と（９）式を適用することによって同様に表すことができる。

次に、粗圧延機と仕上圧延機の間に配置され、後述するように圧延材の上部と下部から冷却媒体を噴射する複数の冷却媒体噴射手段、例えば冷却水を噴射する複数の噴射ノズルからなるバンクを複数備えた中間冷却装置による温度降下の計算について説明する。圧延材３が中間冷却装置により水冷される領域では、それぞれのバンクの終端部の温度ＴＤは始端部の温度ＴＥを用いて、例えば次のように表される。

ただし、
Ｔｗ２：冷却水温度
ｔＢｉ：バンクを圧延材３が通過する時間
αｗ：水冷による等価熱伝達率
Ｃ６，Ｃ７：定数
Ｑｕｉ：噴射ノズル(上部)の噴射流量
Ｑｌｉ：噴射ノズル(下部)の噴射流量
である。中間冷却装置では、各バンクの噴射ノズルの流量は半固定であって、噴射ノズルの噴射数をバルブの入り／切りで変更することにより、各バンクでの噴射流量を調節する。なお、（１０）（１１）式より、当然のことながら、噴射ノズルの噴射数を増やすと、中間冷却装置全体での温度降下量は大きくなる。

以上により、粗圧延機、中間冷却装置、仕上圧延機における温度変化を（１）〜（１１）式を組み合わせることにより計算することが可能である。

ここまで、粗圧延機の入側から仕上圧延機の出側までにおける圧延材の温度計算の原理について説明したが、次に、上記原理に基づくこの発明の実施の形態１について図３を用いて説明する。図３はこの発明の実施の形態１に係る熱間圧延機の温度制御システムを示す構成図である。
図３において、粗圧延機３０と仕上圧延機３１が鋼板等の圧延材３２の移動方向にタンデムに配置されている。粗圧延機３０と仕上圧延機３１の間には仕上圧延機３１の入側の鋼板３を冷却する第1の圧延材冷却手段となる中間冷却装置３３が設置されている。

粗圧延機３０は、第１圧延スタンド３４，第２圧延スタンド３５の２つの圧延スタンドをタンデムに配置して構成されており、仕上圧延機３１は、第１圧延スタンド３６，第２圧延スタンド３７，第３圧延スタンド３８，第４圧延スタンド３９，第５圧延スタンド４０の５つの圧延スタンドをタンデムに配置して構成されている。圧延材３２がこれらの圧延スタンド３４〜４０で順次圧延される。

粗圧延機３０と仕上圧延機３１の間に設置される中間冷却装置３３は、複数のバンクＢ１〜Ｂｎにより構成されている。各バンクＢ１〜Ｂｎでは、複数の冷却媒体噴射手段、例えば噴射ノズルＮが上部と下部に設けられ、圧延材３２の上面と下面から冷却媒体、例えば冷却水を噴射するように構成されている。

仕上圧延機３１の第１圧延スタンド３６と第２圧延スタンド３７との間には、圧延材３２の上面に冷却水を噴射するスタンド間冷却装置４１と、圧延材３２の下面に冷却水を噴射するスタンド間冷却装置４２とが設けられている。以下、同様にして第２圧延スタンド３７と第３圧延スタンド３８との間にはスタンド間冷却装置４３、４４が設けられ、第３圧延スタンド３８と第４圧延スタンド３９との間にはスタンド間冷却装置４５、４６が設けられ、第４圧延スタンド３９と第５圧延スタンド４０との間にはスタンド間冷却装置４７、４８が設けられており、これらのスタンド間冷却装置４１〜４８により第２の圧延材冷却手段を構成している。なお、スタンド間冷却装置４１〜４８には開閉バルブ４９〜５６がそれぞれ接続されている。

粗圧延機３０の入側で圧延材３２の温度を検出する粗圧延機入側温度計５７が設けられ、また、粗圧延機３０の出側で圧延材３２の温度を検出する粗圧延機出側温度計５８が設けられている。更に、仕上圧延機３１の入側で圧延材３２の温度を検出する仕上圧延機入側温度計５９が、仕上圧延機３１の出側で圧延材３２の温度を検出する仕上圧延機出側温度計６０がそれぞれ設けられている。

中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎと、仕上圧延機３１の各スタンド間冷却装置４１〜４８に供給される冷却水は、温度制御手段となる温度制御部６１により制御される。この温度制御部６１は、圧延材３２を通板する前に圧延材３２の圧延条件に基づき、各圧延スタンド３４〜４０の時間に関連付けた圧延速度パターンを演算する圧延速度演算部６１ａと、圧延速度演算部６１ａにより演算された圧延速度パターンに基づき、粗圧延機３０の出側における圧延材３２の長手方向複数位置に対して、中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数を演算する噴射数パターン演算部６１ｂと、圧延速度演算部６１ａにより演算された圧延速度パターンに基づき、仕上圧延機３１の入側における圧延材３２の長手方向複数位置に対して、スタンド間冷却装置４１〜４８の噴射流量を演算する噴射流量パターン演算部６１ｃを備えている。

更に、温度制御部６１は、圧延材３２の圧延中に、圧延材３２の長手方向の各位置を追跡する圧延材位置トラッキング部６１ｄと、圧延材位置トラッキング部６１ｄにより追跡された圧延材位置が中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎを通過する間に、噴射数パターン演算部６１ｂで演算された噴射ノズルＮの噴射数で冷却されるように、中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎを入り／切りする第１の冷却手段噴射数制御部、即ち、中間冷却装置噴射数制御部６１ｅと、圧延材位置トラッキング部６１ｄにより追跡された圧延材位置が仕上圧延機３１を通過する間に、噴射流量パターン演算部６１ｃで演算された噴射流量で冷却されるように指令を出す冷却手段噴射流量制御部、即ち、スタンド間冷却装置噴射流量制御部６１ｆと、スタンド間冷却装置噴射流量制御部６１ｆからの指令流量になるようにスタンド間冷却装置４１〜４８の噴射量を制御する噴射量制御手段、即ち、流量制御装置６１ｇから構成されている。

実施の形態１に係る熱間圧延機の温度制御システムは上記のように構成されており、次にその動作並びに作用について説明する。
一般に、粗圧延機３０の入側における圧延材３２の温度は１０５０〜１１００℃であり、上記（１）〜（１１）式に示した各スタンドの圧延ロールによる熱伝達、空冷による熱伝達、圧延材３２の水冷による熱伝達によって圧延材温度が変化し、仕上圧延機３１の出側では通常は９００℃前後である。

一方、フェライト組織に変えて仕上圧延機３１で圧延する場合は、仕上圧延機３１の入側での圧延材３２の温度を８００℃程度に管理する必要があり、また、仕上圧延機３１の出側温度はできるかぎり高温にする必要がある。
今、（１）〜（１１）式において、定数、熱伝達率(水冷による等価熱伝達率は除く)、仕上圧延機３１の入側および出側における圧延材の板厚、大気温度、各冷却水温度が一定であるとすると、仕上圧延機３１の出側における圧延材温度ＦＤＴが変化する要因は、粗圧延機３０の入側における圧延材温度ＲＥＴ、圧延速度ｖ、中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数ｎ、およびスタンド間冷却装置４１〜４８の噴射流量Ｑｉである。

また、同様にして、（１）〜（１１）式において、定数、熱伝達率(水冷による等価熱伝達率は除く)、仕上圧延機３１の入側および出側における圧延材の板厚、大気温度、各冷却水温度が一定であるとすると、仕上圧延機３１の入側の圧延材温度ＦＥＴが変化する要因は、粗圧延機３０の入側における圧延材温度ＲＥＴ、圧延速度ｖ、および中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数ｎである。ここで，圧延材３２の各スタンド３４〜４０における圧延ロールとの間の摩擦係数、圧延ロールとの接触時間、空冷時間、平均圧延荷重、圧延ロール温度等は、圧延材３２の温度および圧延速度の関数として決定される。

そこで、本実施形態では、中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数ｎ、およびスタンド間冷却装置４１〜４８の噴射流量Ｑｉを操作することにより、粗圧延機３０の入側における圧延材温度ＲＥＴおよび圧延速度ｖが変化しても、目標とする仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴおよび出側の圧延材温度ＦＤＴを実現する。

次に、上記の熱間圧延機を用いて圧延材３２の温度を制御する方法について説明する。圧延速度ｖと圧延時間ｔとは図４に示す関係がある。即ち、圧延材３２は通板速度Ｖｔｈで粗圧延機３０に噛み込まれ、その後予め定められたタイミングで最高速度Ｖｔｏｐまで加速される。その後、圧延材３２の残りの長さがある値になったタイミングで尻抜け速度Ｖｏｆｆ まで減速され、圧延材３２の尾端部が仕上圧延機３１を抜けて圧延が終了する。このような圧延速度パターンは、一般に、対象とする圧延材３２によって異なり、圧延開始前までに決定される。

従って、圧延材３２の長手方向位置と圧延速度とを対応させることができるので、圧延材３２の長手方向のある位置が粗圧延機入側温度計５７の位置から、仕上圧延機入側温度計５９の位置まで移動する間の圧延材３２の温度履歴は、上記（１）〜（４）および（９）〜（１１）式を用いて算出することができる。そこで、粗圧延機３０の入側における圧延材温度ＲＥＴを圧延開始前に得られた温度がその後も続くと仮定して、圧延材３２の長手方向の複数位置に対してそれぞれ、仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴが目標値になるような中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数ｎを決定して操作する。

また、同様にして、圧延材３２の長手方向のある位置が仕上圧延機入側温度計５９の位置から、仕上圧延機出側温度計６０の位置まで移動する間の圧延材３２の温度履歴は、上記（１）〜（８）式を用いて算出することができる。そこで、仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴを目標値に制御できていると仮定して、圧延材３２の長手方向の複数位置に対してそれぞれ、仕上圧延機３１の出側における圧延材温度ＦＤＴが目標値になるようなスタンド間冷却装置４１〜４８の噴射流量を決定して操作する。

以上により、圧延材３２の長手方向の複数位置に対してそれぞれ、仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴと出側の圧延材温度ＦＤＴが目標値になるような中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数ｎ、およびスタンド間冷却装置４１〜４８の噴射流量Ｑｉが決まる。

そこで先ず、圧延前に中間冷却装置３３の噴射数パターン演算部６１ｂにより、圧延材３２の先端からＬｋ（ｋ＝１・・ｊ）の位置について噴射数ｎｋ（ｋ＝１・・ｊ）を決定する。圧延開始後Ｌｋの点を圧延材位置トラッキング部６１ｄでトラッキングし、中間冷却装置３３を通過する間に噴射数ｎｋで冷却されるように中間冷却装置噴射数制御部６１ｅがその噴射数を操作する。

同様に、スタンド間冷却装置４１〜４８の噴射流量パターン演算部６１ｃにより、圧延材３２の先端からＬｋ（ｋ＝１・・ｊ）の位置について噴射流量Ｑｉｋ（ｋ＝１・・ｊ）を決定する。圧延開始後Ｌｋの点を圧延材位置トラッキング部６１ｄでトラッキングし、スタンド間冷却装置４１〜４８を通過する間に噴射流量Ｑｉｋで冷却されるようにスタンド間冷却装置噴射流量制御部６１ｆがその噴射流量を操作する。なお、圧延材位置のトラッキングは各スタンドの圧延ロールの回転数を用いた公知の技術で実現できる。

このようにして、圧延材３２の全長に亘って中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数とスタンド間冷却装置４１〜４８の噴射流量を操作することによって、仕上圧延機３１の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度を目標値に制御することができる。

以上、詳述したように、実施の形態１に係る熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムによれば、仕上圧延機３１の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度を目標値に制御することができるので、圧延材の先尾端の温度変化を低減して圧延材の全長に亘って高精度の温度制御を実現することができ、圧延製品の品質向上および高付加価値化に貢献することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図５はこの発明の実施の形態２に係る熱間圧延機の温度制御システムを示す構成図である。
図５に示すように、実施の形態２に係る熱間圧延機の温度制御システムにおいては、圧延材３２に供給される冷却水の温度制御手段である温度制御部７０として、圧延速度演算部７０ａと、圧延速度修正部７０ｂを備えている。

圧延速度演算部７０ａは、圧延材３２を通板する前に圧延材３２の圧延条件に基づいて、各圧延スタンド３４〜４０の時間に関連付けた圧延速度パターンを演算すると共に、仕上圧延機３１の通板速度に同期するように粗圧延機３０の速度を変更する圧延速度パターンを演算する。

また、圧延速度修正部７０ｂは、噴射数パターン演算部６１ｂで演算された噴射数で仕上圧延機３１の入側の圧延材温度を目標値にすることが可能であるかどうかを判断し、不可能であるときは粗圧延機３０の圧延速度パターンを変更する機能を有している。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であるので、同一符号を付すことにより、説明を省略する。

実施の形態２に係る熱間圧延機の温度制御システムは上記のように構成されているので、中間冷却装置３３の設備能力の観点から、目標とする仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴおよび出側の圧延材温度ＦＤＴを実現できない場合は、圧延速度のパターンを修正することができる。次に、この圧延速度のパターン修正について説明する。

今仮に、生産性の観点から、仕上圧延機３１で通板開始するまでの間、粗圧延機３０で通常以上の速度で圧延する、所謂、粗高速噛込みの場合について説明する。そのときの圧延速度ｖと圧延時間ｔの関係の一例を図６に示す。即ち、圧延材３２は通板速度（Ｖｆａｓｔ）^ＲＭ で粗圧延機３０に噛み込まれ、仕上圧延機３１に噛み込まれる前に、仕上圧延機３１の通板速度Ｖｔｈに対応した粗圧延機３０の通板速度（Ｖｔｈ）^ＲＭ となり、通板速度Ｖｔｈで仕上圧延機３１に噛み込まれる。その後、予め定められたタイミングで最高速度Ｖｔｏｐまで加速され、圧延材３２の残りの長さがある値になったタイミングで尻抜け速度Ｖｏｆｆまで減速され、圧延材３２の尾端部が熱間圧延機を抜けて圧延が終了する。このような圧延速度パターンは、一般に、対象とする圧延材３２によって異なり、圧延開始前までに決定される。

従って、圧延材３２の長手方向位置と圧延速度とを対応させることができるので、圧延材３２の長手方向のある位置が粗圧延機入側温度計５７の位置から仕上圧延機入側温度計５９の位置まで移動する間の圧延材３２の温度履歴は、上記（１）〜（４）および（９）〜（１１）式を用いて算出することができる。そこで、粗圧延機３０の入側における圧延材温度ＲＥＴを圧延開始前に得られた温度がその後も続くと仮定して、圧延材３２の長手方向の複数位置に対してそれぞれ、仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴが目標値になるような中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数ｎを決定して操作する。場合によっては、ある長手方向位置において、噴射数ｎを最大数ｎｍａｘとしても仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴが目標値を大きく上回ることがあるかもしれないが、そのようなときは、生産量よりも温度管理を優先して粗圧延機３０の圧延速度パターンを圧延速度演算装置７０ａにおいて減速する方向で変更する。

それ以外については、実施の形態１と同様の操作を行うことにより、特に粗高速噛込みの場合に、中間冷却装置３３の能力を考慮した上での最大限の速度を維持し、圧延材３２の全長に亘って中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数とスタンド間冷却装置４１〜４８の噴射流量を操作することによって仕上圧延機３１の入側における圧延材温度と出側の圧延材温度を目標値に制御することができる。

以上のように、実施の形態２に係る熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムによれば、仕上圧延機３１の入側の圧延材温度と出側の圧延材温度を目標値に制御することができるので、圧延材の先尾端の温度変化を低減して圧延材の全長に亘って高精度の温度制御を実現することができ、圧延製品の品質向上および高付加価値化に貢献することができる。

更に、圧延材３２の長手方向の複数位置に対してそれぞれ、仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴが目標値になるような中間冷却装置３３の各バンクＢ１〜Ｂｎにおける噴射ノズルＮの噴射数ｎを決定して操作した場合であって、圧延材３２の長手方向のある位置において、噴射数ｎを最大数ｎｍａｘとしても仕上圧延機３１の入側における圧延材温度ＦＥＴが目標値を大きく上回ることがある場合に、粗圧延機３０の圧延速度パターンを圧延速度演算部７０ａにより減速する方向で変更し、高精度の温度制御を実現することができ、圧延製品の品質向上および高付加価値化に貢献することができる。

以上、詳述したように、この発明に係る熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムは、圧延材の全長に亘って高精度の温度制御を実現し、圧延製品の品質向上および高付加価値化を目的とする熱間圧延機の温度制御方法およびそのシステムとして利用できる。

この発明の原理を説明する図で、仕上圧延機の入側から出側における圧延材の温度領域を説明する図である。 この発明の原理を説明する図で、粗圧延機における圧延材の温度領域を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る熱間圧延機の温度制御システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る熱間圧延機の温度制御システムにより、圧延材の温度を制御するための圧延時間と圧延速度との関係を示した原理図である。 この発明の実施の形態２に係る熱間圧延機の温度制御システムを示す構成図である。 粗圧延機で通常以上の速度で圧延する場合の圧延速度と圧延時間の関係を示す図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 第１圧延スタンドの圧延ロール
２Ａ，２Ｂ 第２圧延スタンドの圧延ロール
３，３２ 圧延材
冷却水噴出装置
３０ 粗圧延機
３１ 仕上圧延機
３３ 中間冷却装置
３４〜４０ 圧延スタンド
４１〜４８ スタンド間冷却装置
４９〜５６ 開閉バルブ
５７ 粗圧延機入側温度計
５８ 粗圧延機出側温度計
５９ 仕上圧延機入側温度計
６０ 仕上圧延機出側温度計
６１，７０ 温度制御部
６１ａ，７０ａ 圧延速度演算部
６１ｂ 噴射数パターン演算部
６１ｃ 噴射流量パターン演算部
６１ｄ 圧延材位置トラッキング部
６１ｅ 中間冷却装置噴射数制御部
６１ｆ スタンド間冷却装置噴射流量制御部
６１ｇ 流量制御装置
７０ｂ 圧延速度修正部
Ｎ 噴出ノズル

Claims (6)

1. 圧延材を粗圧延する粗圧延機と圧延材を複数の圧延スタンドで仕上げ圧延する仕上圧延機により、加熱された圧延材を圧延する熱間圧延機の温度制御方法であって、
   上記粗圧延機と上記仕上圧延機との間における上記圧延材を冷却すると共に、上記仕上圧延機の上記圧延スタンド間における上記圧延材を冷却し、上記仕上圧延機の入側における上記圧延材の温度と上記仕上圧延機の出側における上記圧延材の温度を目標値に制御することを特徴とする熱間圧延機の温度制御方法。
2. 圧延材を粗圧延する粗圧延機と圧延材を複数の圧延スタンドで仕上げ圧延する仕上圧延機により、加熱された圧延材を圧延する熱間圧延機の温度制御システムであって、
   上記粗圧延機と上記仕上圧延機との間に配置され、上記圧延材に対して冷却媒体を噴射し得る第1の圧延材冷却手段と、
   上記仕上圧延機の上記圧延スタンド間に配置され、上記圧延材に対して冷却媒体を噴射し得る第２の圧延材冷却手段と、
   上記第1の圧延材冷却手段から上記圧延材に噴射する冷却媒体を制御すると共に、上記第２の圧延材冷却手段から上記圧延材に噴射する冷却媒体を制御し、上記仕上圧延機の入側における上記圧延材の温度と出側における上記圧延材の温度をそれぞれ目標値に制御する温度制御手段と、
   を備えたことを特徴とする熱間圧延機の温度制御システム。
3. 上記第1の圧延材冷却手段と上記第２の圧延材冷却手段を、それぞれ上記圧延材に対して冷却媒体を個別に噴射し得る複数の冷却媒体噴出手段から構成したことを特徴とする請求項２記載の熱間圧延機の温度制御システム。
4. 上記温度制御手段は、
   圧延材を通板する前に上記圧延材の圧延条件に基づき、上記各圧延スタンドの時間に関連付けた圧延速度パターンを演算する圧延速度演算部と、
   上記圧延速度演算部により演算された圧延速度パターンに基づき、上記粗圧延機の出側における上記圧延材の長手方向複数位置に対して、上記第1の圧延材冷却手段の噴射数を演算する噴射数パターン演算部と、
   上記圧延速度演算部により演算された圧延速度パターンに基づき、上記仕上圧延機の入側における圧延材の長手方向複数位置に対して、上記第２の圧延材冷却手段の噴射量を演算する噴射量パターン演算部と、
   上記圧延材の圧延中に、上記圧延材の長手方向の各位置を追跡する圧延材位置トラッキング部と、
   上記圧延材位置トラッキング部により追跡された上記圧延材位置が上記第１の圧延材冷却手段を通過する間に、上記噴射数パターン演算部で演算された噴射数で冷却されるように上記第１の圧延材冷却手段を入り／切りする冷却手段噴射数制御部と、
   上記圧延材位置トラッキング部により追跡された上記圧延材位置が上記仕上圧延機を通過する間に、上記噴射流量パターン演算部で演算された噴射量で冷却されるように指令を出力する冷却手段噴射量制御部と、
   上記冷却手段噴射量制御部からの指令噴射量になるように上記第２の圧延材冷却手段の噴射量を制御する噴射量制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項３記載の熱間圧延機の温度制御システム。
5. 上記圧延速度演算部は、上記仕上圧延機の通板速度に同期するように粗圧延機の速度を変更する圧延速度パターンを演算することを特徴とする請求項４記載の熱間圧延機の温度制御システム。
6. 上記噴射数パターン演算部で演算された噴射数で上記仕上圧延機の入側の圧延材温度を目標値にすることが可能であるかどうかを判断し、不可能であるときは粗圧延機の圧延速度パターンを変更する圧延速度修正部を備えたことを特徴とする請求項５記載の熱間圧延機の温度制御システム。

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