JP2011167754A - 厚鋼板の冷却制御方法、冷却制御装置および厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚鋼板の幅方向および長手方向の温度むらを極力抑制することを可能にする厚鋼板の冷却制御方法を提供する。
【解決手段】加熱された厚鋼板を移動させながら複数のヘッダーが設置された水冷ゾーンを通過させ、所定の冷却停止温度を得る、冷却ゾーンの冷却水量密度を調整する厚鋼板の冷却制御方法であって、ヘッダー部からの冷却水が厚鋼板に衝突する部位については冷却水量密度をパラメータとした冷却モデルを適用し、ヘッダー部間に対応する位置の厚鋼板の部位については厚鋼板の板幅方向に冷却水が移動する流速をパラメータとした冷却モデルを適用して熱伝達率を計算し、水冷ゾーン通過後の厚鋼板の幅方向温度分布を予測し、各ヘッダーの冷却水量分布を決定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間圧延された厚鋼板を冷却する冷却制御方法、冷却制御装置、および厚鋼板の製造方法に関する。

熱間圧延された厚鋼板を冷却水により加速冷却し、焼入れ効果などを得るようにした厚鋼板の製造ラインが、広く厚鋼板の製造に適用されている。この熱間圧延された厚鋼板の冷却は、厚鋼板の材質造り込みの観点から非常に重要な工程である。所望の材質を得るための条件として、厚鋼板の冷却開始温度、冷却速度、および冷却停止温度を挙げることができる。

上記の条件のうち、厚鋼板の冷却開始温度は仕上げ圧延工程の仕上げ温度で決まり、厚鋼板の冷却速度は所望の材質造り込みにおいて、製造する厚鋼板ごとに概ね指示されている性質のものである。したがって、熱間圧延された厚鋼板の冷却制御では、厚鋼板の冷却停止温度が最も重要である。また、当該冷却は単に冷却をすればよいというものではなく、均一な特性を持った厚鋼板を製造する観点から、冷却停止温度の長手方向および幅方向の温度むらが極力小さいことが求められる。

従来から、例えば特許文献１等のように、冷却しつつ通板されている厚鋼板の温度を計測し、冷却停止温度が所望の温度になるように厚鋼板の上面や下面に噴射する冷却水量を変動させて、温度誤差を修正するようにした冷却制御方法が開示されている。
また、特許文献２、３には、厚鋼板の長手方向の温度むらを抑制するため、厚鋼板の搬送速度を制御する方法や、冷却装置の水冷条件を最適化する方法が開示されている。

特公平７−４１３０３号公報 特開２００６−２８１３００号公報 特開２００４−２４４７２１号公報

厚鋼板の特性を均一化するためには、冷却に際して厚鋼板の幅方向および長手方向の両方の温度むらを抑制することを考慮して制御しなければならない。しかしながら、従来では、このような制御はなされていなかった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、厚鋼板の幅方向および長手方向の温度むらを極力抑制することを可能にする厚鋼板の冷却制御方法、冷却制御装置および厚鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

発明者らは鋭意研究した結果、以下の知見を得て本発明を完成させた。
冷却実験および数値解析により、冷却装置の設定因子が、厚鋼板の幅方向温度むらに与える影響度合いをモデル化した。具体的には、冷却水を噴射するヘッダーからの冷却水の挙動を調査し、厚鋼板の幅方向の温度むらに与える冷却水の影響をモデル化した。さらに詳しくは次の通りである。

はじめに、上ヘッダーから冷却水を噴射して厚鋼板の上面側を冷却することを考える。上ヘッダーの直下に位置する厚鋼板の上面部分では、上ヘッダーから噴射された新しい冷却水が絶えず供給され、厚鋼板と衝突して該厚鋼板を冷却する。従って、上ヘッダーからの冷却水量密度が上ヘッダー全体で均一であれば、厚鋼板の幅方向の温度むらは抑制されている。このとき、厚鋼板上面に達した冷却水は、続いて噴射される冷却水により排除され、厚鋼板の幅方向側面から厚鋼板下方に落下するか、真上に上ヘッダーが配置されていない厚鋼板の上面部分に移動することになる。

排除された冷却水のうち、厚鋼板から落下した冷却水は当然ながら厚鋼板の冷却には寄与しない。一方、真上に上ヘッダーが配置されていない厚鋼板の上面部分に移動した冷却水は、厚鋼板が移動していることから、厚鋼板の進行方向（長手方向）とは逆に移動することになる。上ヘッダーは長手方向に並列されているので、隣接する上ヘッダーから噴射される冷却水が、該冷却水の長手方向への移動を妨げる（カーテンの役割をする）。従って、かかる冷却水は、厚鋼板の幅方向に向かって流れざるを得ず、冷却水は厚鋼板の幅方向に一定の流速を持つことになる。この流速は厚鋼板の幅方向中心ほど小さく、幅方向の端部ほど水量が多くなるので速くなる。この水量（流速）のむらは厚鋼板の幅方向の温度むらにつながる。

次に、下ヘッダーから均一に冷却水を噴射して厚鋼板の下面側を冷却することを考える。下ヘッダー部の真上に位置する厚鋼板の下面部分は上述の上ヘッダーの真下に位置する厚鋼板の上面部分と同様に冷却される。一方、真下に下ヘッダーが配置されていない厚鋼板の部分は、下ヘッダーから供給される冷却水量が多くない限り冷却水が接触することはなく、基本的に空冷により冷却される。冷却水量が多いときには、落下しきれない冷却水により水冷されることはあるが、この場合も厚鋼板の下面に接触した冷却水は幅方向に進むことはない。このように冷却が進行するため、厚鋼板の下面において生じる幅方向の温度むらは、厚鋼板の上面に生じる温度むらに比べて極めて小さい。

以上から、厚鋼板の幅方向温度むらは厚鋼板の上面側の冷却水の挙動に大きく依存する。すなわち、上ヘッダーの真下に位置する厚鋼板上面部では冷却水量密度に着目する。一方、並列する上ヘッダーの真下間に位置する厚鋼板上面部では厚鋼板の幅方向の位置に依存した冷却水の流速に着目するとよい。そしてこれらをパラメータとしてモデル計算すればより正確な熱伝達率を計算でき、厚鋼板の幅方向の温度むらを予測して冷却水量分布を決定することができる。

また、冷却水量分布を維持したまま、冷却水量の密度を変動させれば、厚鋼板の長手方向温度むらも小さくできる。したがって、幅方向だけでなく長手方向の温度むらも抑制することが可能となる。

以下、本発明について説明する。

請求項１に記載された発明は、加熱された厚鋼板を移動させながら複数のヘッダーが設置された水冷ゾーンを通過させ、所定の冷却停止温度を得る、冷却ゾーンの冷却水量密度を調整する厚鋼板の冷却制御方法であって、ヘッダー部からの冷却水が厚鋼板に衝突する部位については冷却水量密度をパラメータとした冷却モデルを適用し、ヘッダー部間に対応する位置の厚鋼板の部位については厚鋼板の板幅方向に冷却水が移動する流速をパラメータとした冷却モデルを適用して熱伝達率を計算し、水冷ゾーン通過後の厚鋼板の幅方向温度分布を予測し、各ヘッダーの冷却水量分布を決定することを特徴とする厚鋼板の冷却制御方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の厚鋼板の冷却制御方法において、ヘッダー部からの冷却水が厚鋼板に衝突する部位について冷却水量密度をパラメータとした冷却モデルでは、ノズルの噴流方向を中心に厚鋼板上の領域を同心円状のセルに分割し、セルの熱伝達率を算出し、各セルの熱伝達率を平均することでヘッダー部からの冷却水が厚鋼板に衝突する部位の熱伝達率を計算することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の冷却制御方法において、さらに、複数ある水冷ゾーンの冷却水量密度を冷却中に変動させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、厚鋼板を仕上げ圧延する工程と、仕上げ圧延する工程の後に厚鋼板を冷却する工程と、を含み、冷却する工程では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却制御方法が適用されることを特徴とする厚鋼板の製造方法である。

請求項５に記載の発明は、仕上げ圧延された厚鋼板を冷却する冷却装置に対してその冷却水量を指令する冷却制御装置であって、冷却装置のヘッダー部からの冷却水が厚鋼板に衝突する部位については冷却水量密度をパラメータとした冷却モデルを適用して熱伝達率を計算し、ヘッダー部間に対応する位置の厚鋼板の部位については厚鋼板の板幅方向に冷却水が移動する流速をパラメータとした冷却モデルを適用して熱伝達率を計算する計算手段を備える、冷却制御装置である。

本発明によれば、厚鋼板の冷却停止温度に関して、冷却装置の設定因子が幅方向の温度むらに与える影響度合いをモデル化し、そのモデルを用いて幅方向の温度むらが所定の値以下となるような設定因子を逆算し、また、板幅中央部の長手方向温度むらを抑制するために、各冷却ゾーンの冷却水量密度をダイナミックに調整する（冷却中に変動させる）ので、厚鋼板の冷却停止温度の幅方向および長手方向の温度むらを均一化できる。

１つの実施形態における冷却制御装置を含む厚鋼板の製造装置を説明するための図である。 上ノズルを説明する図である。 計算の際に用いる同心円上のセルを説明する図である。 実施例１の結果を示す図である。 実施例２の結果を示す図である。

本発明の上記した作用および利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１に、１つの実施形態にかかる厚鋼板の冷却制御装置１５を含む厚鋼板の製造装置の一部を示した。図１に示した部位は、厚鋼板の製造装置のうち、仕上げ圧延がされた後の冷却装置１０が配置された部位である。図１に示した部位の前後は通常の製造装置と同様である。
すなわち、仕上げ圧延された厚鋼板１は、冷却制御装置１５により制御された冷却装置１０で水冷され、所望の水冷停止温度にまで冷却される。以下、冷却装置１０と冷却制御装置１５について説明する。

冷却装置１０は厚鋼板１の上面側に冷却水を噴射する上ヘッダー群１１、及び厚鋼板１の下面側に冷却水を噴射する下ヘッダー群１２を有する。
上ヘッダー群１１は、製造ラインの進行方向に複数のゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分かれ、さらに各ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄには、複数の上ヘッダー１１ａ、１１ａ、…が製造ラインの進行方向に並列されている。図２に上ヘッダー１１ａを下方（厚鋼板１側）から見た図を示した。図２に矢印で示したのは水が流れる方向を表している。

上ヘッダー１１ａは、図２に示したように、鋼板の板幅方向（図１の紙面奥／手前方向）に長く形成された横断面が矩形（台形）の管状部材であり、その下面にはノズル１１ｂ、１１ｂ、…が配置されている。また、上ヘッダー１１ａの内側には仕切り板１１ｃ、１１ｃが設けられ、仕切られた各部位に枝給水管１１ｄ、１１ｄ、１１ｄが接続されている。枝給水管１１ｄ、１１ｄ、１１ｄへの水量の調整をバルブ１１ｅにより行うことにより、厚鋼板幅方向の冷却水量分布を調整することが可能とされている（図２のグラフ参照）。

一方、下ヘッダー群１２も、上ヘッダー群１１と同様、製造ラインの進行方向に複数のゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分かれ、さらに各ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄには、複数の下ヘッダー１２ａ、１２ａ、…が製造ラインの進行方向に並列されている。鋼板の下面は上面ほど厚鋼板幅方向の温度むらが大きくないことから、基本的に上ヘッダー群１１のような冷却水量分布を調整する機能を下ヘッダー群１２に付加する必要はない。

図１に戻り、冷却制御装置１５について説明する。冷却制御装置１５は、トラッキング手段１６、入口温度測定器１７、厚鋼板移動速度予測手段１８、ゾーン通過所要時間計算手段１９、現在温度計算手段２０、冷却装置出口温度計算手段２１、最適流量計算手段２２、及び流量制御装置２３を備えている。

トラッキング手段１６は、厚鋼板１の先端から長手方向（製造ライン進行方向）に一定の間隔で設けられた仮想的な制御点（Ｐ_１〜Ｐ_ｎ）の位置をトラッキングする手段である。具体的にはソフトウエアによりトラッキング制御が行われる。

入口温度測定器１７は、冷却装置１０に入る直前の厚鋼板部分の温度を測定する機器である。入口温度測定器１７としては放射温度計を用いれば十分である。放射温度計を用いる場合、板幅中央部の温度を測定すればよい。入口温度測定器１７として、別の態様としては板幅方向の温度分布を測定できる走査式の幅温度計を用いてもよい。

厚鋼板移動速度予測手段１８は、トラッキング手段１６からの制御点の位置情報を受け取り、厚鋼板１の移動速度を予測する手段である。具体的には、冷却前に厚鋼板１の製造条件（冷却開始温度、冷却速度、冷却停止温度等）に基づいて予め速度パターンを決定した上で、このパターンに基づいて速度予測を行う。

ゾーン通過所要時間計算手段１９は、上記鋼板移動速度予測手段１８からの予測速度情報を受け取り、冷却装置各ゾーンを厚鋼板が通過するのに必要な時間を計算する。すなわち、ゾーン（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の距離と予測鋼板移動速度とからこれを得ることができる。

現在温度計算手段２０は、トラッキング手段１６からの制御点の位置情報、及び入口温度測定器１７からの温度情報から、冷却装置１０の入口部に先行した制御点の現時点における温度を計算する。具体的には、各制御点における水冷熱伝達モデルによる熱伝達率の計算、及び該熱伝達率を用いた各制御点における現在温度の計算が行われる。

＜熱伝達率の計算＞
前述のように、厚鋼板の上面の冷却水の挙動により、厚鋼板幅方向に表面温度むらが発生する。このため、熱伝達率の計算もかかる挙動を考慮して場合分けしておこなう。図３に説明図を示した。

上下ヘッダーに挟まれた厚鋼板１の部位の熱伝達率は、図３からわかるように、１組の上下ノズルの噴流方向を中心に厚鋼板上の領域を同心円状にセルに分割するモデルを形成することが好ましい。このような同心円状のセルに分割してモデルを形成するのは、ノズルから噴出された冷却水は同心円状に厚鋼板上に広がるためである。同心円状に形成されたセルはその幅が狭いほど精度の高い予測ができるが、計算負荷が大きくなることから、一定の幅を持ったセルに分割すればよい。より具体的には、並列されるノズル間の距離を考慮し、各ノズルにおけるモデル同士が一部重複する形で形成されるようにモデルの最大半径を決定し、このモデルを５つ程度のセルに分割すればよい。本実施形態では、ノズル間距離が５０ｍｍであることから、最大半径２５．７ｍｍのモデルを形成した。ここで、各セルは、５．７ｍｍの幅を持つ４つのリング状セルと中心に半径２．９ｍｍの１つの円状セルに分割した。

分割したセルはセルごとに熱伝達率を算出する。熱伝達率の算出は、まず、各円状セルの水温を計算する。ノズル直下から離れるほど厚鋼板の温度の影響を受けて水温は上昇する。水温は熱伝達計算で容易に求めることができる。

続いて、セルごとに核沸騰と膜沸騰との割合を求める。沸騰熱伝達現象は、膜沸騰の状態では熱伝達率が小さく、核沸騰の状態では熱伝達率が大きい。厚鋼板の温度が高いときは膜沸騰が主体であるが、低温になると核沸騰に遷移し、熱伝達率が急増する傾向がある。よって、この割合によって、熱伝達率が大きく異なる。極大熱流束点（核沸騰が起こる最高温度）と、極小熱流束点（膜沸騰が起こる最低温度）との関係は実験的に求めることができることが知られている。当該最高温度と当該最低温度との間の温度域では核沸騰と膜沸騰が同時に起こる遷移沸騰域と呼ばれる。厚鋼板の表面温度が当該最高温度以下であれば、核沸騰の割合が１００％、当該最低温度以上であれば膜沸騰の割合が１００％である。従って、厚鋼板の表面温度が遷移沸騰域にあれば、その割合に応じて核沸騰割合（膜沸騰割合）を決める。例えば、水温４０℃の時の当該最高温度が３５０℃、当該最低温度が６００℃であったとき、厚鋼板の表面温度が５００℃の場合、核沸騰割合は６０％（膜沸騰割合は４０％）である。この割合は計算により算出してもよいが、予めテーブルを作成し、そのテーブルを参照して割合を決定してもよい。

そして、この割合を用いて各セルごとに熱伝達率を算出する。算出は核沸騰の場合の熱伝達率Ｈ_ｎ、膜沸騰の場合の熱伝達率Ｈ_ｆをそれぞれ計算し、その割合から各セルの熱伝達率Ｈを算出する。より具体的には、核沸騰、膜沸騰それぞれの場合の熱伝達率は下記式（１）、（２）で計算されるので、これらに沸騰状態の割合を加味し、式（３）により熱伝達率Ｈを算出する。

ここで、Ｎｕ_ｎは核沸騰ヌッセルト数、Ｎｕ_ｆは膜沸騰ヌッセルト数、λ_ｗは水の熱伝導率（Ｗ／ｍ・℃）、Ｌは代表長さ（０．０１ｍ）、ΔＴ_ｓａｔは過熱度（℃）、ΔＴ_ｓｕｂはサブクール度（℃）、Ｔ_ｓは鋼板の表面温度（℃）、Ｔ_ｗは噴流水温（℃）、Ｂは核沸騰割合（０≦Ｂ≦１）をそれぞれ表す。

最終的にセルごとに算出した熱伝達率Ｈについて平均値を計算し、これを上下ヘッダーに挟まれた厚鋼板１の部位の熱伝達率とする。ここで、平均値の計算は単純平均でもよいが、より正確な予測をするためにセルの幅を考慮して積分した平均値を取ることが好ましい。

以上、１つのノズルのモデルに関して説明したが、すべてのノズルは同じように計算式により計算される。噴射される冷却水の水量密度が同じであれば、計算値を流用できるが、冷却水の水量密度が異なれば別途計算が必要になる。例えば、冷却水の形状をクラウン状にする場合には、厚鋼板の幅方向両端と中央部では水量密度が異なるので、当該水量密度にあわせた計算が必要である。

一方、隣接する上下ヘッダー間に該当する厚鋼板の部位では、厚鋼板の板幅方向の位置における冷却水流速を加味して熱伝達率を計算する。例えば、厚鋼板の中央部を基準として幅方向にｘ軸を取ったと仮定し、板幅方向位置ｘにおける冷却水の流速ｖ_ｐを下記式（４）に示すようなｘの２次式で表したモデルを用いて計算すればよい。ｖ_ｐはレイノルズ数Ｒｅのパラメータであるので、Ｒｅは下記式（５）のようになる。このＲｅをヌッセルト数に反映させ、上記式（１）〜式（３）を用いて熱伝達率Ｈを計算することができる。

ここで、ａ_１、ａ_２、ａ_３は係数を表す。また、Ｌは代表長さ（０．０１ｍ）、ρは冷却水密度（ｋｇ／ｍ^３）、μは冷却水の粘性係数（ｍ・ｓ／ｋｇ）である。

以上の２つのモデルを用いれば、熱伝達率を計算し、幅方向表面温度むらの予測もできる。

＜制御点温度の計算＞
厚鋼板の板幅中央部の温度は、式（６）に示す板厚方向１次元熱伝導方程式により表わす。

鋼板の上面及び下面における境界条件は、下記式（７）、（８）により与える。

ここで、Ｔは温度（℃）、ｔは時間（ｓ）、ｘは板厚方向の座標（ｍ）、ｃは比熱（Ｊ／ｋｇ・ｓ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ^３）、λは熱伝導率（Ｗ／ｍ・℃）、ｑ_ｗは水冷による熱流束（Ｗ／ｍ^２）、ｑ_ｅは対流による熱流束（Ｗ／ｍ^２）、ｑ_ｒは輻射による熱流束（Ｗ／ｍ^２）を表し、ｕは上面を表す添字、ｄは下面を表す添字である。

水冷による熱流束ｑ_ｗ、対流による熱流束ｑ_ｅは、それぞれ、熱伝達率を用いて以下式（９）、式（１０）のように表すことができる。

ここで、Ｔ_ｓは鋼板の表面温度（℃）、Ｔ_ｗは水温（℃）、Ｔ_ａは雰囲気温度（℃）であり、Ｈ_ｗは水冷熱伝達率、Ｈ_ａは対流熱伝達率である。また、輻射による熱流束は、放射率εとステファンボルツマン定数σを用いて以下式（１１）のように表すことができる。

上記の式（６）を、各冷却ゾーンでの水冷条件を反映した境界条件の式（７）〜式（１１）の下で、有限差分法を用いて、オンラインで解くことにより、厚鋼板の制御点に対する温度が計算できる。

ここで、水冷熱伝達率Ｈ_ｗは、冷却装置の水冷条件である各因子（流量Ｗ、鋼板速度Ｖ、水温Ｔ_ｗ、鋼板の表面温度Ｔ_ｓ、冷却水の粘性係数μ等）の複雑な関数となっている。これは上記式（１）〜式（５）で算出した熱伝達率を用いて算出する。また、対流熱伝達率Ｈ_ａは実際の冷却データを解析して決定する。

図１に戻って冷却装置出口温度計算手段２１について説明する。冷却装置出口温度計算手段２１では、予測通過時間、現在温度及び冷却水流量からの情報に基づき、各制御点における冷却装置出口の温度計算をおこなう。演算の内容は上記した現在温度を算出する場合と同様である。

最適流量計算手段２２は、出口における予測温度、及び目標温度情報に基づいて、冷却水の最適パターン、冷却水流量を算出する。上記した計算ではまだ温度むらが生じる状態なので、ここで最適な冷却水流量分布を決定する。具体的には、冷却水流量分布を変えた２つの幅方向温度分布を冷却装置出口温度計算手段２１から得て、これらを収束計算を行うことで幅方向表面温度むらが最小になる冷却水流量分布を決定することができる。

流量制御装置２３は、最適流量計算手段２２からの冷却水流量指令に基づいて実際に流量の調整を行う装置である。具体的には、ここに配置されるバルブを調整することによりおこなわれる。

次に、冷却制御方法について図１を参照しつつ説明する。ここでは、上記した冷却制御装置１５により説明するが、同様に冷却することができれば、その方法は当該冷却制御装置１５によるものでなくてもよい。ここでは１つの実施形態にかかる冷却制御方法として冷却制御装置１５を用いた例を説明する。

以下では、図１のように制御点Ｐ_ｎの入口温度が測定された時点を現在（時刻ｔ）として説明する。ここまでにおいて、制御点Ｐ_１〜Ｐ_ｎはトラッキング手段１６によりその位置が把握されている。現時点（時刻ｔとする）での制御点の位置は、時刻ｔまでの厚鋼板の移動速度の実績から求めることができる。また、この後の制御点の位置は、移動速度の予測値を用いて行う。
トラッキング手段１６による制御点Ｐ_１〜Ｐ_ｎの情報が厚鋼板移動速度予測手段１８、及び現在温度計算手段２０に送られる。

厚鋼板移動速度予測手段１８では、制御点Ｐ_１〜Ｐ_ｎの位置情報に基づいて上記したように、厚鋼板の移動速度を予測する。そして当該予測した移動速度情報に基づいてゾーンの通過所要時間計算手段１９によりゾーンの通過時間が予測される。

一方、現在温度計算手段２０では、制御点Ｐ_１〜Ｐ_ｎの位置情報、流量制御装置２３からの冷却水流量情報、入口温度測定器１７から温度情報、時刻ｔまでの水冷装置内における水冷実績に基づいて、制御点Ｐ_１〜Ｐ_ｎ−１の現在温度を計算する。計算方法は上記した通りである。

冷却装置出口温度計算手段２１では、上記予測通過時間、現在温度、及び冷却水量情報に基づいて、制御点Ｐ_１〜Ｐ_ｎにおける冷却装置出口温度を予測計算する。計算方法は上記した通りである。

このようにして算出された出口温度の予測値と目標温度である水冷停止温度との差に基づき、各制御点Ｐ_１〜Ｐ_ｎにおける最適流量計算手段２２により冷却装置１０の最適流量を求め、冷却装置１０のゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄごとに流量指令を出す。

この冷却制御方法は、冷却装置入口の入口温度計の直下で制御点を一定間隔で生成し、この制御点をトラッキングしながら、制御点の冷却装置出口温度が目標温度となるように、冷却装置の流量をダイナミックに設定するので、ダイナミック制御と呼ぶ。

以上のような冷却制御方法により、厚鋼板の冷却停止温度に関して、冷却装置の設定因子が幅方向温度むらに与える影響度合いをモデル化し、そのモデルを用いて幅方向温度むらが所定の値以下となるような設定因子を逆算し、また、板幅中央部の長手方向温度むらを抑制するために、各冷却ゾーンの冷却水量密度をダイナミックに調整する（冷却中に変動させる）ので、厚鋼板の冷却停止温度の幅方向および長手方向の温度むらを均一化できる。

（実施例１）
実施例１では、上記した実施形態に基づき板幅方向の表面温度むらを予測し、冷却水量分布を適正に決定した場合と、全く冷却水量分布を設定せずに幅方向流量を一定にした場合と、の比較を示す。なお、本実施例では、ヘッダーが４つの群（ゾーン）Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄからなることから、各ゾーンごとにゾーン出側における幅方向表面温度むらが小さくなるよう適正な冷却水量分布を求めた。

図４に結果を示した。図４（ａ）は、横軸に板幅中央から端部までの距離をとり、縦軸に厚鋼板の上面温度をとった。ここでは厚鋼板の出側温度、Ａゾーンの出側温度、Ｂゾーンの出側温度について、冷却水量分布を調整した場合を記号（■、◇、▲）で示し、冷却水量分布を調整しなかった場合を実線で示した。
図４（ｂ）は、横軸に板幅中央から端部までの距離をとり、縦軸に冷却水量分布を調整したときの水量密度をとった。ここでは厚鋼板のＡゾーン、Ｂゾーンについて示した。
図４（ｃ）は、各ゾーン（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）及び出側における厚鋼板端部の温度低下量を棒グラフで表した。

この結果より、冷却水流量分布を適切に設定した場合には、厚鋼板の板幅端部の温度降下が大幅に抑えられ、幅方向温度むらの抑制に効果があることがわかる。

（実施例２）
実施例２では、冷却水量分布を制御しつつダイナミック制御を行った場合と、ダイナミック制御を行わずに予め与えられた厚鋼板の冷却条件から、冷却装置の水冷条件を事前に決定して制御する場合との比較をした。冷却装置入口での温度変動を±１５℃、変動ピッチを１０ｍとして、数値実験から求めた冷却装置出口での長手方向温度変動の比較をおこなった。結果を図５に示す。図５では厚鋼板の位置を横軸に、出側表面温度を縦軸にとり、その変動がわかるものとした。

図５からわかるように、ダイナミック制御を実施した場合には、温度変動を半分に抑制できることがわかる。

１ 厚鋼板
１０ 冷却装置
１１ 上ヘッダー群
１１ａ 上ヘッダー
１１ｂ ノズル
１１ｃ 仕切り板
１１ｄ 枝給水管
１１ｅ バルブ
１２ 下ヘッダー群
１２ａ 下ヘッダー
１５ 冷却制御装置
１６ トラッキング手段
１７ 入口温度測定器
１８ 厚鋼板移動速度予測手段
１９ ゾーン通過所要時間計算手段
２０ 現在温度計算手段
２１ 冷却装置出口温度計算手段
２２ 最適流量計算手段
２３ 流量制御装置

Claims (5)

1. 加熱された厚鋼板を移動させながら複数のヘッダーが設置された水冷ゾーンを通過させ、所定の冷却停止温度を得る、冷却ゾーンの冷却水量密度を調整する厚鋼板の冷却制御方法であって、
   前記ヘッダー部からの冷却水が厚鋼板に衝突する部位については冷却水量密度をパラメータとした冷却モデルを適用し、
   前記ヘッダー部間に対応する位置の厚鋼板の部位については前記厚鋼板の板幅方向に冷却水が移動する流速をパラメータとした冷却モデルを適用して熱伝達率を計算し、
   前記水冷ゾーン通過後の前記厚鋼板の幅方向温度分布を予測し、前記各ヘッダーの冷却水量分布を決定することを特徴とする厚鋼板の冷却制御方法。
2. 前記ヘッダー部からの冷却水が厚鋼板に衝突する部位について冷却水量密度をパラメータとした冷却モデルでは、
   前記ノズルの噴流方向を中心に前記厚鋼板上の領域を同心円状のセルに分割し、前記セルの熱伝達率を算出し、各前記セルの熱伝達率を平均することで前記ヘッダー部からの冷却水が厚鋼板に衝突する部位の熱伝達率を計算することを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の冷却制御方法。
3. さらに、複数ある前記水冷ゾーンの冷却水量密度を冷却中に変動させることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却制御方法。
4. 厚鋼板を仕上げ圧延する工程と、
   前記仕上げ圧延する工程の後に前記厚鋼板を冷却する工程と、を含み、
   前記冷却する工程では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却制御方法が適用されることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
5. 仕上げ圧延された厚鋼板を冷却する冷却装置に対してその冷却水量を指令する冷却制御装置であって、
   前記冷却装置のヘッダー部からの冷却水が前記厚鋼板に衝突する部位については冷却水量密度をパラメータとした冷却モデルを適用して熱伝達率を計算し、
   前記ヘッダー部間に対応する位置の前記厚鋼板の部位については前記厚鋼板の板幅方向に冷却水が移動する流速をパラメータとした冷却モデルを適用して熱伝達率を計算する計算手段を備える、冷却制御装置。

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