JP2016215237A - 熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置およびその制御方法 - Google Patents

熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置およびその制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】圧延される鋼板の長手方向の材質特性を均一化する。
【解決手段】冷却水量プリセット部11は、鋼板53の圧延に先立ち、予め設定された圧延速度、スタンド間冷却装置54〜58からの冷却水量、熱間圧延仕上げミル51の入側の鋼板温度などに基づき、熱間圧延仕上げミル51の出側の鋼板温度を推定し、その出側の鋼板温度が予め定められた目標温度と一致するようスタンド間冷却装置54〜58からの冷却水量をプリセットする。目標温度補正量算出部31は、圧延中の圧延速度が予め設定された圧延速度から変化する圧延速度の変化量が鋼板53の材質特性値に及ぼす影響を低減させるための目標温度の補正量を算出する。冷却水量指令部35は、鋼板53の出側の目標温度の補正量に応じた冷却水量の変化量を算出し、冷却水量プリセット部11でプリセットされた冷却水量を前記算出した冷却水量の変化量で補正して、スタンド間冷却装置54〜58に出力する。
【選択図】図1

Description

本発明は、鋼板長手方向に均一な材質を得るために好適な熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置およびその制御方法に関する。
従来の熱間圧延仕上げミルの出側温度の制御方法は、上位コンピュータから受信した鋼板(コイル)に対応した仕上げミル出側温度目標値を実現するように圧延速度とスタンド間冷却水量を決定し、鋼板長手方向では、温度計で計測した仕上げミル出側温度が前記仕上げミル出側温度目標値に一致するように、圧延速度またはスタンド間冷却水量を補正する、というものであった。このような制御をした場合、熱間圧延仕上げミル入側の鋼板温度が時間経過に伴って低下するため、圧延が進むにつれ、圧延速度は徐々に速くなっていく。一方、鋼板の材質は、温度と圧延時のひずみ速度に依存するため、鋼板長手方向を均一な温度に制御すると、圧延速度が変わることにより各スタンドのひずみ速度が変わり、その結果、鋼板長手方向で材質がばらつく問題があった。
鋼板の仕上げミル出側における目標温度を圧延速度に応じて変更する従来技術として、例えば、特許文献1には、熱間連続圧延される鋼板の仕上げ出側温度として設定された目標温度を、鋼板の圧延速度の変化に応じて補正する手法が示されている。具体的には、∂Tf/∂Va(Tf:仕上げミル出側温度、Va:圧延速度)を用いて圧延速度が変化したときの仕上げミル出側温度の変化を予測する。そして、圧延速度が変化した場合、仕上げミル出側温度の目標値にその予測した仕上げミル出側温度の変化を加算して得られる仕上げミル出側温度を、制御の目標値として用いる。その結果、鋼板長手方向での温度の均一度を高めることができるという。
特開平8−252624号公報
しかしながら、特許文献1に開示された技術は、鋼板長手方向の温度の均一度を高めることを目的としたものであるため、鋼板長手方向の材質特性の均一化に対する配慮はなされていない。すなわち、圧延速度の変化により、各スタンドで鋼板が圧延されるときのひずみ速度が変化するが、このひずみ速度の変化が材質特性に及ぼす影響の考慮はなされていない。
本発明は、以上の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、鋼板の長手方向の材質特性を均一化することが可能な熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置およびその制御方法を提供することにある。
前記本発明は、鋼板を連続して圧延する複数の圧延スタンドと、前記圧延スタンドの互いに隣接する2つの圧延スタンドの間に設置され、前記鋼板を冷却するスタンド間冷却装置と、を備えてなる熱間圧延仕上げミルで圧延される前記鋼板の前記熱間圧延仕上げミルの出側での鋼板温度を制御する熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置であって、前記圧延される鋼板の鋼板温度を推定する板温推定モデルを記憶した板温推定モデル記憶部と、前記鋼板の圧延に先立って、予め設定された前記鋼板の圧延速度と前記スタンド間冷却装置から注水される冷却水量と前記熱間圧延仕上げミルの入側の鋼板温度と前記板温推定モデルとに基づき前記熱間圧延仕上げミルの出側の鋼板温度を推定し、前記推定結果に基づき前記出側の鋼板温度が予め定められた目標温度と一致するように前記冷却水量をプリセットする冷却水量プリセット部と、前記鋼板の圧延中に前記圧延スタンドで検出される圧延速度が前記予め設定された圧延速度から変化する圧延速度の変化量を取得し、前記圧延速度の変化量が前記鋼板の材質特性値に及ぼす影響を低減させるための前記鋼板の出側の目標温度の補正量を算出する目標温度補正量算出部と、前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量を算出し、前記冷却水量プリセット部でプリセットされた前記冷却水量を前記算出した冷却水量の変化量で補正した冷却水量を、前記スタンド間冷却装置に出力する冷却水量指令部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、鋼板の長手方向の材質特性を均一化することが可能な熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置およびその制御方法が提供される。
熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置およびその制御対象の構成の例を示した図。 目標温度テーブル記憶部に記憶される目標温度テーブルの構成の例を示した図。 速度テーブル記憶部に記憶される速度テーブルの構成の例を示した図。 標準水量パターン記憶部23に記憶される標準水量パターンテーブルの構成の例を示した図。 冷却水量プリセット部が実行する冷却水量プリセット処理の処理フローの例を示した図。 影響係数算出部が実行する影響係数算出処理の処理フローの例を示した図。 材質予測部が実行する材質予測処理の処理フローの例を示した図。 目標温度補正量算出部が実行する目標温度補正量算出処理の処理フローの例を示した図。 制御指令温度算出部が実行する制御指令温度算出処理の処理フローの例を示した図。 冷却水量指令部が実行する冷却水量指令処理の処理フローの例を示した図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置100およびその制御対象50の構成の例を示した図である。ここで、上位コンピュータ40は、この次に圧延される鋼板53を制御するのに必要な情報(鋼板53の鋼種、化学組成、板厚、圧延速度、目標温度など)を熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置100に送信する。熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置100は、上位コンピュータ40から送信される鋼板53に関するこれらの材料情報や圧延指示情報を受信するとともに、制御対象50から送信される種々の信号に応じて、前記圧延指示情報を実現するための制御信号を制御対象50に出力する。
まず、制御対象50の構成ついて説明する。本実施形態では、制御対象50は、熱間圧延設備であり、ここでは、鋼板53の仕上げ圧延をする熱間圧延仕上げミル51と圧延直後の鋼板53の温度(出側温度)を測定する仕上げミル出側温度計60とを含んで構成される。熱間圧延仕上げミル51は、例えば6つの圧延スタンドF1〜F6を備え、それぞれの圧延ロール59で鋼板53を圧延する。鋼板53は、圧延スタンドF1〜F6のそれぞれの圧延ロール59で圧延されながら、圧延スタンドF1からF6の方向(図では左から右)に移動する。
圧延スタンドF1〜F6のそれぞれの間、すなわち圧延スタンドF1−F2間、F2−F3間、F3−F4間、F4−F5間、F5−F6間のそれぞれには、スタンド間冷却装置54〜58が設けられている。スタンド間冷却装置54〜58は、熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置100からのスタンド間冷却水量指令に従って鋼板53に冷却水を注水し、鋼板53を冷却する。
次に、熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置100の構成について説明する。図1に示すように、熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置100を構成する機能ブロックは、大きくは、プリセット制御部10とダイナミック制御部30とに分けられる。プリセット制御部10は、鋼板53が熱間圧延仕上げミル51で圧延されるのに先立ち、スタンド間冷却装置54〜58から注水する冷却水量をプリセットする。また、ダイナミック制御部30は、圧延対象の鋼板53が実際に圧延されているときに、圧延ロール59で検出される圧延速度や仕上げミル出側温度計60で検出される出側温度に応じ、プリセット制御部10でプリセットされたスタンド間冷却装置54〜58から注水する冷却水量を、適宜変更する。
プリセット制御部10は、冷却水量プリセット部11、影響係数算出部12、材質予測部13、目標温度テーブル記憶部21、速度テーブル記憶部22、標準水量パターン記憶部23、板温推定モデル記憶部24などを含んで構成される。また、ダイナミック制御部30は、目標温度補正量算出部31、フィードフォワード制御部32、制御指令温度算出部33、フィードバック制御部34、冷却水量指令部35などを含んで構成される。
プリセット制御部10の目標温度テーブル記憶部21、速度テーブル記憶部22、標準水量パターン記憶部23には、上位コンピュータ40から送信される鋼板53を制御するのに必要な情報が記憶される。また、板温推定モデル記憶部24には、鋼板53の熱間圧延仕上げミル51からの出側温度を推定するための各種モデル式などが記憶されている。
冷却水量プリセット部11は、鋼板53の圧延に先立ち、標準水量パターン記憶部23から標準水量のデータを取り出し、板温推定モデル記憶部24に記憶されている板温推定モデルを用いた演算により、鋼板53の熱間圧延仕上げミル51からの出側温度を推定する。そして、その出側温度に基づき、スタンド間冷却装置54〜58から注水すべき冷却水量を算出し、算出した冷却水量をプリセット冷却水量として冷却水量司令部35に出力する。
材質予測部13は、上位コンピュータ40から送信され、目標温度テーブル記憶部21、速度テーブル記憶部22、標準水量パターン記憶部23に記憶されている鋼板53の化学組成や圧延スケジュール、その圧延スケジュールを用いて算出される圧延スタンドF1〜F2の圧下率や鋼板53の温度変化から、熱間圧延仕上げミル51の出側における鋼板53の材質特性を予測する。また、影響係数算出部12は、材質予測部13の計算結果に基づき、圧延速度または仕上げミル出側温度の変化と材質特性変化との関係を影響係数として算出する。
目標温度補正量算出部31は、圧延ロール59から圧延速度の変化量を取得し、影響係数算出部12により算出された影響係数を用いて、材質を一定に保つための仕上げミル出側温度の目標温度の補正量を算出する。フィードフォワード制御部32は、目標温度補正量算出部31により算出された目標温度の補正量を用いてスタンド間冷却装置54〜58の冷却水量の補正量を算出する。制御指令温度算出部33は、目標温度補正量算出部31により算出された目標温度の補正量を用いて実際に制御で用いる熱間圧延仕上げミル51の出側の指令温度を算出する。
さらに、フィードバック制御部34は、制御指令温度算出部33により算出された指令温度と仕上げミル出側温度計60で検出された仕上げミル出側温度との偏差を小さくする方向にスタンド間冷却装置54〜58の各冷却水量を変更する。冷却水量指令部35は、冷却水量プリセット部11から出力されたプリセット冷却水量と、フィードフォワード制御部32により算出された冷却水量の補正量と、フィードバック制御部34により算出された冷却水量の変更量とから、スタンド間冷却装置54〜58のそれぞれに最終的に出力する冷却水量を算出する。
以上のような構成を有する熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置100は、具体的なハードウエアとしては、図示しない演算処理装置と記憶装置とを備えたコンピュータやワークステーションによって実現される。そして、プリセット制御部10の冷却水量設定部11、影響係数算出部12、材質予測部13、さらには、ダイナミック制御部30の目標温度補正量算出部31、フィードフォワード制御部32、制御指令温度算出部33、フィードバック制御部34、冷却水量指令部35などの機能ブロックは、前記演算処理装置が、半導体メモリやハードディスク装置などからなる前記記憶装置に格納されている所定のプログラムを実行することによって実現される。また、プリセット制御部10の目標温度テーブル記憶部21、速度テーブル記憶部22、標準水量パターン記憶部23、板温推定モデル記憶部24などは、前記記憶装置の一部に割り当てられた領域に所定データが記憶されることによって実現される。
図2は、目標温度テーブル記憶部21に記憶される目標温度テーブル21Tの構成の例を示した図である。図2に示すように、目標温度テーブル21Tは、圧延される鋼板53の種類(鋼種)それぞれについて、熱間圧延仕上げミル51の出側の目標温度が対応付けられたテーブルである。図2に示した目標温度テーブル21Tの例では、例えば、鋼種がSS400の鋼板53に対し、900℃の目標温度が対応付けられている。
冷却水量プリセット部11は、鋼板53の鋼種を判定して、目標温度テーブル21Tからその鋼種に対応する目標温度を抽出する。
図3は、速度テーブル記憶部22に記憶される速度テーブル22Tの構成の例を示した図である。図3に示すように、速度テーブル22Tは、圧延される鋼板53の鋼種、板厚、板幅の各組み合わせに対し、鋼板53の最終段の圧延スタンドF6における出側の圧延速度に関する初期速度、第1加速度、第2加速度、定常速度、減速度、終期速度などが対応付けられたテーブルである。ここで、初期速度は、鋼板53の先端が圧延スタンドF6から払い出されるときの鋼板53の圧延速度、定常速度は、鋼板53が加速された後、一定の速度になったとき、圧延スタンドF6から払い出されるときの圧延速度、終期速度は、鋼板53が減速された後、その尾端が圧延スタンドF6から払い出されるときの圧延速度である。なお、ここでは、鋼板53は、初期速度から定常速度になるまで、第1加速度および第2加速度の2段階で加速されるとし、また、定常速度から終期速度までは、1段階の減速度で減速されるとしている。
図3に示した速度テーブル22Tの例では、例えば、鋼種がSS400、板厚が1.4mm以下、板幅が1000〜1400mmの鋼板53については、650mpm(meter per minute)の初期速度、2mpm/s(meter per minute per second)の第1加速度、12mpm/sの第2加速度、1050mpmの定常速度、30mpm/sの減速度および900mpmの終期速度が対応付けられている。
なお、圧延スタンドF6から払い出されるときの鋼板53の圧延速度が決まると、所定の演算で圧延スタンドF6の圧延ロール59の回転速度が決まり、さらに、その回転速度から圧延スタンドF1〜F6のそれぞれの圧下率(入側板厚と出側板厚の比)に従って残りの圧延スタンドF1〜F5の圧延ロール59の回転速度が決定される。
図4は、標準水量パターン記憶部23に記憶される標準水量パターンテーブル23Tの構成の例を示した図である。図4に示すように、標準水量パターンテーブル23Tは、圧延される鋼板53の鋼種、板厚、板幅の各組み合わせに対し、スタンド間冷却装置54〜58からそれぞれ注水される冷却水量の初期値である標準水量パターンが対応付けられたテーブルである。なお、ここでいう冷却水量の初期値は、スタンド間冷却装置54〜58それぞれの最大冷却水量に対する百分比(パーセント)で表わされるものとしている。
図4に示した標準水量パターンテーブル23Tの例では、例えば、鋼種がSS400、板厚3.0〜4.0mm、板幅が1200mmの鋼板53については、スタンド間冷却装置54,55,56,57,58の冷却水量の初期値(すなわち、標準水量パターン)として、それぞれ80%、70%、50%、0%(無注水)、0%(無注水)が対応付けられている。
なお、標準水量パターンテーブル23Tの内容、すなわち、スタンド間冷却装置54,55,56,57,58の冷却水量の初期値(標準水量パターン)は、鋼板53の鋼種、板厚、板幅に応じて、シミュレーションや実際の圧延実績により予め決定される。このとき、その標準水量パターンは、鋼板53の初期速度と、熱間圧延仕上げミル51の入側で想定した鋼板先端温度の下で、仕上げミル出側温度の目標温度を概ね満足し、かつ、各圧延スタンドF1〜F6での圧延に伴う温度降下パターンが所望のパターンになるように定められる。
図5は、冷却水量プリセット部11が実行する冷却水量プリセット処理の処理フローの例を示した図である。図5に示すように、冷却水量プリセット部11は、まず、目標温度テーブル21Tおよび速度テーブル22Tを参照して、次に圧延する予定の鋼板53の鋼種、板厚、板幅に対応する目標温度および初期速度を取得する(ステップS11)。さらに、冷却水量プリセット部11は、標準水量パターンテーブル23Tを参照して、当該鋼板53の鋼種、板厚、板幅に対応する標準水量パターンを取得する(ステップS12)。
続いて、冷却水量プリセット部11は、前記取得した目標温度、初期速度および標準水量パターンの条件の下で、仕上げミル出側温度(Finishing mill Delivery Temperature、以下、FDTという)の予測計算を行う(ステップS13)。前記したように、鋼板53が圧延スタンドF1〜F6で圧延され、スタンド間冷却装置54〜58から冷却水が注水される場合について、鋼板53の温度を推定するのに必要な各種の計算式が板温推定モデルとして板温推定モデル記憶部24に記憶されている。そこで、冷却水量プリセット部11は、この板温推定モデルに従って、鋼板53が圧延スタンドF1からF6まで移動する間に低下する温度を計算しFDTを得る。なお、このときの鋼板53の温度の初期値は、仕上げミル入側温度(Finishing mill Entry Temperature、以下、FETという)と呼ばれる。
この板温推定モデルには、鋼板53からの熱輻射、対流熱伝導、圧延の塑性変形に伴う加工発熱、鋼板53が圧延ロール59に接触したときに奪われる接触伝導熱、鋼板53と圧延ロール60の摩擦による摩擦発熱などを計算するためのモデルなどが含まれる。さらには、スタンド間冷却装置54〜58からの注水による温度降下などを計算するモデルが含まれる。
以上のような発熱量や冷却量を計算するモデルとして、従来から種々のモデル式が検討されており、例えば「板圧延の理論と実際」(日本鉄鋼協会編、1984年)には、その詳細な例が示されている。
ここでは、鋼板53からの熱輻射による熱伝達係数hrを計算するモデル式の一例を式(1)に示す。

hr=σ・ε・[{(273+Tsu)/100}4−{(273+Ta)/100}4]/(Tsu-Ta) (1)

ただし σ:ステファンボルツマン定数(=4.88)
ε:放射率
Ta:空気温度(℃)
Tsu:鋼板の表面温度(鋼板温度)
鋼板53は、圧延スタンドF1〜F6間を単に移動するだけでも、式(1)の熱伝達係数hrに従って熱が奪われる。また、鋼板53がスタンド間冷却装置54〜58で冷却される場合には、注水された冷却水量に応じて熱が奪われる。この場合のモデル式についても、前出の「板圧延の理論と実際」(日本鉄鋼協会編、1984年)に示されているので、その再掲を省略する。
また、ここでは、各要因により奪われたり与えられたりする熱量の総和を一括して熱伝達係数に置き換え、一定の時間Δの間に鋼板53から出入りする熱量を算出する。時間Δが経過する前の鋼板53の温度をもとに、次の式(2)により時間Δの間の熱量の移動を加減算する。

n =Tn−1−(ht+hb)・Δ/(ρ・C・B) (2)

ただし Tn:現在の板温
n−1:時間Δ前の板温(鋼板温度)
ht:鋼板表面の熱伝達係数
hb:鋼板裏面の熱伝達係数
ρ:鋼板の密度
C:鋼板の比熱
B:鋼板厚み
また、鋼板53の厚み方向の熱伝導を考慮する必要がある場合には、よく知られた熱方程式を解くことで計算できる。熱方程式は、例えば、次の式(3)で表され、これをコンピュータで差分計算する方法は、種々の技術文献で公開されている。

∂T/∂t={λ/(ρ・C)}・(∂T/∂x) (3)

ただし λ:熱伝導率
T:鋼板温度
x:厚み方向の位置
t:時間
図5の冷却水量プリセット処理の説明に戻る。冷却水量プリセット部11は、ステップS13では、鋼板53のある部分が圧延スタンドF1に噛み込まれてから圧延スタンドF6を抜けるまでの間、時間を進ませながら以上の式(1)、(2)を計算することで、鋼板53のその部分のFDTを予測することができる。
次に、冷却水量プリセット部11は、ステップS13で予測されたFDTが目標温度に対して既定の範囲(±α:αは、予め定められた正の温度値で、例えば、1℃)内に入っているか否かを判定する(ステップS14)。その判定の結果、予測されたFDTが目標温度に対して既定の範囲(±α)内に入っている場合には(ステップS14でYes)、冷却水量プリセット部11は、スタンド間冷却装置54〜58のそのときの冷却水の水量を維持する(ステップS15)。
一方、予測されたFDTが目標温度に対して既定の範囲(±α)内に入っていない場合には(ステップS14でNo)、冷却水量プリセット部11は、FDT>目標温度+αであるとき、スタンド間冷却装置54〜58の冷却水の水量を増加させ、FDT<目標温度−αであるとき、その冷却水の水量を減少させる(ステップS16)。ここで、冷却水の水量の増減させる場合、全てのスタンド間冷却装置54〜58について、その冷却の水量を増減させてもよいし、スタンド間冷却装置54〜58から選択された一部のものについて、その冷却水の水量を増減させてもよい。
次に、冷却水量プリセット部11は、終了条件を満たすか否かを判定し(ステップS17)、終了条件を満たしていない場合には(ステップS17でNo)、ステップS13に戻り、ステップS13以下の処理を繰り返して実行する。ここでいう終了条件とは、ステップS13,S14,S16を繰り返した回数が既定の上限値を超えることなどをいう。通常、ステップS13,S14,S16の繰り返し処理は、ステップS14の判定でFDTが目標温度に対して既定の範囲(±α)内に入ることにより解消されるが、それができない場合、ステップS17の判定で繰り返し処理を解消させる。
冷却水量プリセット部11は、ステップS15の次には、または、ステップS17の判定で終了条件を満たした場合には(ステップS17でYes)、速度テーブル22Tで定められた加速レート(第1加速度、第2加速度)、定常速度などに従って鋼板53の速度パターンを決定する(ステップS18)。
以上の処理により、冷却水量プリセット部11は、次に圧延する予定の鋼板53に対するスタンド間冷却装置54〜58それぞれの冷却水量を決定されたことになるので、その決定した冷却水量をプリセット冷却水量として冷却水量指令部35に出力し(ステップS19)、当該冷却水量プリセット処理を終了する。
なお、図5に示した処理フローでは、鋼板53の初期速度を一定とし、スタンド間冷却装置54〜58から注水する冷却水の水量を変化させ、FDTを予測する方法を示したが、次のような別法もある。すなわち、鋼板53の加速度Vrは、鋼板53の先端からのFET降下率ΔFETrに従って、次の式(4)を用いて算出することができる。

Vr=(∂V/∂FDT)・(∂FDT/∂FET)・ΔFETr (4)

ここで、(∂V/∂FDT),(∂FDT/∂FET):影響係数(定数:影響係数については、後記にて詳しく説明する。)
つまり、冷却水量プリセット部11は、スタンド間冷却装置54〜58への冷却水量指令を一定とし、鋼板53の初期速度を増減させることにより、目標のFDTに対応した初期速度指令を得ることができる。その場合には、ステップS16の処理を、FDTが目標温度−αより低いときは、初期速度を速くし、FDTが目標温度+αより高いときは初期速度を遅くする処理に置き換えれば、そのまま図5の処理フローを用いることができる。
図6は、影響係数算出部12が実行する影響係数算出処理の処理フローの例を示した図である。図6に示すように、影響係数算出部12は、まず、鋼板53の予め定められた計算ポイントの部位ついて熱間圧延仕上げミル51の出側の目標温度であるFDTtとその部位が圧延されるときの圧延速度Vとを特定し、材質予測処理を実行する(ステップS21)。ここで、圧延速度Vとしては、これを代表する値として最終段の圧延スタンドF6の圧延ロール59の周速が用いられ、基準圧延速度と呼ばれる。なお、材質予測処理は、材質予測部13が実行する処理であり、別途、図7を参照して詳しく説明する。
次に、影響係数算出部12は、材質予測処理の処理結果として、圧延速度Vに対応した鋼板53のオーステナイト粒径γおよび転位密度ρを得る(ステップS22)。
次に、影響係数算出部12は、基準圧延速度VをΔV増加させ、すなわち圧延速度V=V+ΔVとし、材質予測処理を実行する(ステップS23)。そして、その処理結果として、圧延速度V+ΔVに対応した鋼板53のオーステナイト粒径γおよび転位密度ρを得る(ステップS24)。
次に、影響係数算出部12は、次の式(5−1)および(5−2)で定義される第1の影響係数を算出する。すなわち、圧延速度の変化量ΔVに対する、オーステナイト粒径γの変化率(∂γ/∂V)および転位密度の変化率(∂ρ/∂V)を算出する(ステップS25)。

(∂γ/∂V)=(γ−γ)/ΔV (5−1)
(∂ρ/∂V)=(ρ−ρ)/ΔV (5−2)
さらに、影響係数算出部12は、FDTtをΔFDTt増加させた温度を熱間圧延仕上げミル51の出側温度とし、すなわち、FDTt=FDTt+ΔFDTtとし、材質予測部13を実行する(ステップS26)。そして、その処理結果として、FDTt+ΔFDTtに対応した鋼板53のオーステナイト粒径γおよび転位密度ρを得る(ステップS27)。
次に、影響係数算出部12は、次の式(6−1)および(6−2)で定義される第2の影響係数を算出する。すなわち、FDTの変化量ΔFDTに対する、オーステナイト粒径γの変化率(∂γ/∂FDT)および転位密度ρの変化率(∂ρ/∂FDT)を算出する(ステップS28)。

(∂γ/∂FDT)=(γ−γ)/ΔFDT (6−1)
(∂ρ/∂FDT)=(ρ−ρ)/ΔFDT (6−2)
次に、影響係数算出部12は、鋼板53の長手方向の予め定められた計算ポイントのすべてで、式(5−1)、(5−2)、(6−1)、(6−2)で定義される第1、第2の影響係数の計算が完了したか否かを判定する(ステップS29)。その判定の結果、これらの影響係数の計算がすべての計算ポイントで完了していない場合には(ステップS29でNo)、未完了の計算ポイントについてステップS21〜S29の処理を繰り返し実行する。また、計算ポイントすべてでこれら第1、第2の影響係数の計算が完了している場合には(ステップS29でYes)、当該影響係数算出処理を終了する。
なお、計算ポイントとしては、鋼板53の速度変化に対応して、先端、中央、尾端の3点を選択することができる。また、簡単のため、鋼板53の長手方向を代表する1点(例えば、中央)としてもよい。さらに、速度変化の大きい薄板(例えば、圧延後の鋼板53の板厚が1.8mm程度以下の鋼板53)では計算ポイントを多くし、厚板では計算ポイントを少なくしてもよい。
以下、本実施形態では、説明が煩雑になるのを避けるため、計算ポイントは鋼板53の先端の1点であるとする。
図7は、材質予測部13が実行する材質予測処理の処理フローの例を示した図である。この材質予測処理は、図6に示した影響係数算出処理の中で起動され、熱間圧延仕上げミル51の出側における鋼板53のオーステナイト粒径γおよび転位密度ρを計算し、その結果を影響係数算出処理に報告する処理である。
図7に示すように、材質予測部13は、まず、影響係数算出処理(図6参照)で特定される圧延速度VおよびFDTtを取得する(ステップS31)。そして、材質予測部13は、上位コンピュータ40から仕上げ圧延の前工程である粗圧延などでの当該鋼板53の過熱履歴や圧延履歴などの情報を取得する(ステップS32)。さらに、材質予測部13は、冷却水量プリセット処理(図5参照)で予測された鋼板53の温度変化などの情報を取得する(ステップS33)。
続いて、材質予測部13は、前記特定された圧延速度VおよびFDTtの条件で圧延されたときの熱間圧延仕上げミル51の出側におけるオーステナイト粒径γおよび転位密度ρを予測計算する(ステップS34)。そして、その予測計算の結果を影響係数算出処理に報告し(ステップS35)、当該材質予測処理を終了する。
なお、熱間圧延仕上げミル51出側のオーステナイト粒径γおよび転位密度ρは、鋼板53の鋼種や化学組成に加え、仕上げ工程のみならず前工程での加熱履歴、加熱後の温度低下履歴、圧延温度、圧延時の変形速度などの情報を用いることで算出できる。その算出方法の詳細は、例えば「材料機能創出FEM解析技術検討会報告書」(社団法人日本鉄鋼協会:生産技術部門圧延理論部会材料機能創出FEM解析技術検討会、2001年6月)に記載されている。
図8は、目標温度補正量算出部31が実行する目標温度補正量算出処理の処理フローの例を示した図である。図8に示すように、目標温度補正量算出部31は、まず、熱間圧延仕上げミル51の最終段の圧延スタンドF6のロール速度を取得し(ステップS41)、そのロール速度の基準圧延速度Vからの変化量ΔVを算出する(ステップS42)。
続いて、目標温度補正量算出部31は、鋼板53の圧延速度の変化による材質特性の変化を低減し、その材質特性を長手方向で均一にするためのFDTtの補正量ΔFDTtを、次の式(7)に従って計算する(ステップS43)。

ΔFDTt={α・(∂γ/∂V)/(∂γ/∂FDT)
+(1−α)・(∂ρ/∂V)/(∂ρ/∂FDT)}・ΔV (7)
ここで、α:定数(0〜1)
なお、定数αは、圧延速度Vの変化が熱間圧延仕上げミル51の出側の材質特性に与える影響について、オーステナイト粒径γと転位密度ρのそれぞれにどの程度配慮するかを比率で表した定数である。ちなみに、定数αが1のとき、オーステナイト粒径γが一定になるようにΔFDTtを算出し、定数αが0のとき、転位密度ρが一定になるようにΔFDTtを算出する。また、定数αが0〜1の中間値のときには、定数αの値に応じた比率で両者が按分される。
目標温度補正量算出部31は、ステップS43で計算したFDTtの補正量ΔFDTtをフィードフォワード制御部32および制御指令温度算出部33へ出力し(ステップS44)、当該目標温度補正量算出処理を終了する。
図9は、制御指令温度算出部33が実行する制御指令温度算出処理の処理フローの例を示した図である。図9に示すように、制御指令温度算出部33は、冷却水量プリセット部11から目標温度であるFDTtを取得し(ステップS51)、さらに、目標温度補正量算出部31から出力されるFDTtの補正量ΔFDTtを取得する(ステップS52)。
続いて、制御指令温度算出部33は、実際の制御に用いる熱間圧延仕上げミル51の出側の目標温度であるFDTtcを、次に式(8)に従ってリアルタイムで計算する(ステップS53)。

FDTtc=FDTt+β・ΔFDTt (8)

ここで、β:補正ゲイン(0〜1)
次に、制御指令温度算出部33は、その計算で得られた目標温度FDTtcをフィードバック制御部34に出力し(ステップS54)、当該制御指令温度算出処理を終了する。
フィードフォワード制御部32(処理フローの図示を省略)は、目標温度補正量算出部31から目標温度FDTtの補正量ΔFDTtを受け取り、鋼板53の仕上げミル出側温度がその補正量に応じて変化するような冷却水量の変化量を算出する。簡単のために、各スタンド間冷却装置54〜58での冷却水量の変化量を同じとした場合には、その冷却水量の変化量ΔQFFは、例えば、次の式(9)により計算することができる。

ΔQFF=a・(∂Q/∂FDT)・ΔFDTt (9)

ここで、a:制御ゲイン
∂Q/∂FDT:FDTの変化を打消す水量を表した影響係数(定数)
フィードバック制御部34(処理フローの図示を省略)は、仕上げミル出側温度計60から鋼板53の実測温度FDTaを取得し、この実測温度FDTaと制御指令温度算出部33から取り込んだ目標温度FDTtcとの偏差ΔFDTaを解消するような冷却水量の変化量を算出する。ここでも、簡単のために、各スタンド間冷却装置54〜58での冷却水量の変化量を同じとした場合には、その冷却水量の変化量ΔQFBは、例えば、次の式(10)により計算することができる。

ΔQFB=a・(∂Q/∂FDT)・(FDTtc−FDTa) (10)

ここで、a:制御ゲイン
図10は、冷却水量指令部35が実行する冷却水量指令処理の処理フローの例を示した図である。図10に示すように、冷却水量指令部35は、まず、冷却水量プリセット部11からその冷却水量プリセット処理(図5参照)によって各スタンド間冷却装置54〜58に事前に設定された冷却水量を取得する(ステップS61)。ここで、スタンド間冷却装置54〜58それぞれに設定された冷却水量q1,q2,q3,q4,q5とし、その冷却水量の組Qsetを、次の式(11)で表わす。

Qset=(q1,q2,q3,q4,q5) (11)
次に、冷却水量指令部35は、フィードフォワード制御部32によって計算された冷却水量の変化量ΔQFFを取得し(ステップS62)、さらに、フィードバック制御部34によって計算された冷却水量の変化量ΔQFBを取得する(ステップS63)。
続いて、冷却水量指令部35は、前記事前に設定された冷却水量q1、q2、q3、q4、q5(Qset)を、フィードフォワード制御部32によって計算された冷却水量の変化量ΔQFFおよびフィードバック制御部34によって計算された冷却水量の変化量ΔQFBを用いて補正する(ステップS64)。そして、その補正された冷却水量をスタンド間冷却装置54〜58への冷却指令Qcontとして、スタンド間冷却装置54〜58に出力する。すなわち、冷却指令Qcontは、例えば、次の式(12)のように表される。

Qcont=(q1+ΔQFF+ΔQFB,q2+ΔQFF+ΔQFB
q3+ΔQFF+ΔQFB,q4+ΔQFF+ΔQFB
q5+ΔQFF+ΔQFB) (12)
以上のように、式(12)では、冷却指令Qcontは、事前に設定された冷却水の水量q1,q2,q3,q4,q5に、単にΔQFF+ΔQFBを加算しただけのものとなっている。これは、フィードフォワードの制御量とフィードバックの制御量を等しい重みで取り扱ったものであるが、必ずしもこれらを等しい重みで取り扱う必要はない。すなわち、式(11)の冷却指令Qcontの計算では、ΔQFF,ΔQFBのそれぞれに、適宜、異なる値の重みを付してもよく、あるいは、ΔQFF,ΔQFBの一方を0(ゼロ)としてもよい。また、ここでは、スタンド間冷却装置54〜58のそれぞれについての冷却水量の変化量ΔQFF、ΔQFBは、すべて同一の量としているが、それぞれが相違する量であっても構わない。
以上、本実施形態では、鋼板53の圧延速度の変化による材質特性の変化を低減するような仕上げミル出側の目標温度FDTtの補正量ΔFDTtが計算される。そして、その補正量ΔFDTtに応じて、予め設定されたスタンド間冷却装置54〜58からの冷却水量が補正される。従って、本実施形態に係る熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置100は、圧延される鋼板53の長手方向の材質特性を均一化することができるという効果を奏する。
なお、以上に説明した実施形態では、次に圧延予定の鋼板53について、毎回、材質予測処理および影響係数算出処理を実行するものとしているが、いったん求めた影響係数については、そのときの鋼種、板厚、板幅、目標温度、圧延速度のパターン、加熱履歴などの条件に対応づけて記憶装置に記憶しておいてもよい。そして、別の鋼板53を圧延するとき、その条件に一致する影響係数が記憶装置に記憶されていた場合には、材質予測処理および影響係数算出処理を実行することなく、その記憶されている影響係数を用いてもよい。
本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を加えることも可能である。
10 プリセット制御部
11 冷却水量プリセット部
12 影響係数算出部
13 材質予測部
21 目標温度テーブル記憶部
21T 目標温度テーブル
22 速度テーブル記憶部
22T 速度テーブル
23 標準水量パターン記憶部
23T 標準水量パターンテーブル
24 板温推定モデル記憶部
30 ダイナミック制御部
31 目標温度補正量算出部
32 フィードフォワード制御部
33 制御指令温度算出部
34 フィードバック制御部
35 冷却水量指令部
40 上位コンピュータ
50 制御対象
51 熱間圧延仕上げミル
53 鋼板
54〜58 スタンド間冷却装置
59 圧延ロール
60 仕上げミル出側温度計
100 熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置
F1〜F6 圧延スタンド

Claims (10)

  1. 鋼板を連続して圧延する複数の圧延スタンドと、前記圧延スタンドの互いに隣接する2つの圧延スタンドの間に設置され、前記鋼板を冷却するスタンド間冷却装置と、を備えてなる熱間圧延仕上げミルで圧延される前記鋼板の前記熱間圧延仕上げミルの出側での鋼板温度を制御する熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置であって、
    前記圧延される鋼板の鋼板温度を推定する板温推定モデルを記憶した板温推定モデル記憶部と、
    前記鋼板の圧延に先立って、予め設定された前記鋼板の圧延速度と前記スタンド間冷却装置から注水される冷却水量と前記熱間圧延仕上げミルの入側の鋼板温度と前記板温推定モデルとに基づき前記熱間圧延仕上げミルの出側の鋼板温度を推定し、前記推定結果に基づき前記出側の鋼板温度が予め定められた目標温度と一致するように前記冷却水量をプリセットする冷却水量プリセット部と、
    前記鋼板の圧延中に前記圧延スタンドで検出される圧延速度が前記予め設定された圧延速度から変化する圧延速度の変化量を取得し、前記圧延速度の変化量が前記鋼板の材質特性値に及ぼす影響を低減させるための前記鋼板の出側の目標温度の補正量を算出する目標温度補正量算出部と、
    前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量を算出し、前記冷却水量プリセット部でプリセットされた前記冷却水量を前記算出した冷却水量の変化量で補正した冷却水量を、前記スタンド間冷却装置に出力する冷却水量指令部と、
    を備えること
    を特徴とする熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置。
  2. 上位コンピュータから取得された前記鋼板の化学組成、加熱履歴および圧延履歴を含む情報、ならびに、前記冷却水量プリセット部で推定された前記出側の鋼板温度および圧延速度に基づき、前記熱間圧延仕上げミルの出側における前記鋼板の材質特性値として、オーステナイト粒径と転位密度の少なくとも一方を算出する材質予測部と、
    前記材質予測部が前記鋼板の圧延速度を変化させて算出した前記材質特性値の差に基づき、前記圧延速度の変化量が前記材質特性値に及ぼす影響を第1の影響係数として算出し、前記材質予測部が前記出側の鋼板温度を変化させて算出した前記材質特性値の差に基づき、前記出側の鋼板温度の変化量が前記材質特性に及ぼす影響を第2の影響係数として算出する影響係数算出部と、
    をさらに備え、
    前記目標温度補正量算出部は、
    前記圧延速度の変化量と、前記第1の影響係数および前記第2の影響係数の少なくとも一方の影響係数と、に基づき、前記鋼板の出側の目標温度の補正量を算出すること
    を特徴とする請求項1に記載の熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置。
  3. 前記目標温度補正量算出部で算出された前記鋼板の出側の目標温度の補正量を減少させるような前記冷却水量の変化量を算出するフィードフォワード制御部をさらに備え、
    前記冷却水量指令部が算出する前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量として、前記フィードフォワード制御部で算出された前記冷却水量の変化量を用いること
    を特徴とする請求項1に記載の熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置。
  4. 前記目標温度補正量算出部で算出された前記鋼板の出側の目標温度の補正量と前記冷却水量プリセット部で用いられた前記鋼板の出側の目標温度とに基づき、実際の制御に用いる前記鋼板の出側の目標温度を算出する制御指令温度算出部と、
    前記制御指令温度算出部で算出された前記鋼板の出側の目標温度と前記熱間圧延仕上げミルの出側で測定された前記鋼板の温度との差を減少させるような前記冷却水量の変化量を算出するフィードバック制御部と、
    をさらに備え、
    前記冷却水量指令部が算出する前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量として、前記フィードバック制御部で算出された前記冷却水量の変化量を用いること
    を特徴とする請求項1に記載の熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置。
  5. 前記目標温度補正量算出部で算出された前記鋼板の出側の目標温度の補正量を減少させるような前記冷却水量の第1の変化量を算出するフィードフォワード制御部と、
    前記目標温度補正量算出部で算出された前記鋼板の出側の目標温度の補正量と前記冷却水量プリセット部で用いられた前記鋼板の出側の目標温度とに基づき、実際の制御に用いる前記鋼板の出側の目標温度を算出する制御指令温度算出部と、
    前記制御指令温度算出部で算出された前記鋼板の出側の目標温度と前記熱間圧延仕上げミルの出側で測定された前記鋼板の温度との差を減少させるような前記冷却水量の第2の変化量を算出するフィードバック制御部と、
    をさらに備え、
    前記冷却水量指令部が算出する前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量として、前記冷却水量の第1の変化量と前記冷却水量の第2の変化量とにそれぞれに重みを付して加算した量を用いること
    を特徴とする請求項1に記載の熱間圧延仕上げミル出側温度制御装置。
  6. 鋼板を連続して圧延する複数の圧延スタンドと、前記圧延スタンドの互いに隣接する2つの圧延スタンドの間に設置され、前記鋼板を冷却するスタンド間冷却装置と、を備えてなる熱間圧延仕上げミルで圧延される前記鋼板の前記熱間圧延仕上げミルの出側での鋼板温度を制御する制御装置による熱間圧延仕上げミル出側温度の制御方法であって、
    前記制御装置は、
    圧延される前記鋼板の板温を推定する板温推定モデルを記憶した板温推定モデル記憶部を有し、
    前記鋼板の圧延に先立って、予め設定された前記鋼板の圧延速度と前記スタンド間冷却装置から注水される冷却水量と前記熱間圧延仕上げミルの入側の鋼板温度と前記板温推定モデルとに基づき前記熱間圧延仕上げミルの出側の鋼板温度を推定し、前記推定結果に基づき前記出側の鋼板温度が予め定められた目標温度と一致するように前記冷却水量をプリセットする冷却水量プリセット処理と、
    前記鋼板の圧延中に前記圧延スタンドで検出される圧延速度が前記予め設定された圧延速度から変化する圧延速度の変化量を取得し、前記圧延速度の変化量が前記鋼板の材質特性値に及ぼす影響を低減させるための前記鋼板の出側の目標温度の補正量を算出する目標温度補正量算出処理と、
    前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量を算出し、前記冷却水量プリセット処理でプリセットされた前記冷却水量を前記算出した冷却水量の変化量で補正した冷却水量を、前記スタンド間冷却装置に出力する冷却水量指令処理と、
    を実行すること
    を特徴とする熱間圧延仕上げミル出側温度の制御方法。
  7. 前記制御装置は、
    上位コンピュータから取得された前記鋼板の化学組成、加熱履歴および圧延履歴を含む情報、ならびに、前記冷却水量プリセット処理で推定された前記出側の鋼板温度および圧延速度に基づき、前記熱間圧延仕上げミルの出側における前記鋼板の材質特性値として、オーステナイト粒径と転位密度の少なくとも一方を算出する材質予測処理と、
    前記材質予測処理において前記鋼板の圧延速度を変化させて算出した前記材質特性値の差に基づき、前記圧延速度の変化量が前記材質特性値に及ぼす影響を第1の影響係数として算出し、前記材質予測処理において前記出側の鋼板温度を変化させて算出した前記材質特性値の差に基づき、前記出側の鋼板温度の変化量が前記材質特性に及ぼす影響を第2の影響係数として算出する影響係数算出処理と、
    をさらに実行し、
    前記目標温度補正量算出処理では、前記圧延速度の変化量と、前記第1の影響係数および前記第2の影響係数の少なくとも一方の影響係数と、に基づき、前記鋼板の出側の目標温度の補正量を算出すること
    係数および前記第2の影響係数の少なくとも一方の影響係数と、を用いて算出すること
    を特徴とする請求項6に記載の熱間圧延仕上げミル出側温度の制御方法。
  8. 前記制御装置は、
    前記目標温度補正量算出処理で算出された前記鋼板の出側の目標温度の補正量を減少させるような前記冷却水量の変化量を算出するフィードフォワード制御処理
    をさらに実行し、
    前記冷却水量指令処理で算出される前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量として、前記フィードフォワード制御処理で算出した前記冷却水量の変化量を用いること
    を特徴とする請求項6に記載の熱間圧延仕上げミル出側温度の制御方法。
  9. 前記制御装置は、
    前記目標温度補正量算出処理で算出された前記鋼板の出側の目標温度の補正量と前記冷却水量プリセット処理で用いられた前記鋼板の出側の目標温度とに基づき、実際の制御に用いる前記鋼板の出側の目標温度を算出する制御指令温度算出処理と、
    前記制御指令温度算出処理で算出された前記鋼板の出側の目標温度と前記熱間圧延仕上げミルの出側で測定された前記鋼板の温度との差を減少させるような前記冷却水量の変化量を算出するフィードバック制御処理と、
    をさらに実行し、
    前記冷却水量指令処理で算出される前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量として、前記フィードバック制御処理で算出した前記冷却水量の変化量を用いること
    を特徴とする請求項6に記載の熱間圧延仕上げミル出側温度の制御方法。
  10. 前記制御装置は、
    前記目標温度補正量算出処理で算出された前記鋼板の出側の目標温度の補正量を減少させるような前記冷却水量の変化量を算出するフィードフォワード制御処理と、
    前記目標温度補正量算出処理で算出された前記鋼板の出側の目標温度の補正量と前記冷却水量プリセット処理で用いられた前記鋼板の出側の目標温度とに基づき、実際の制御に用いる前記鋼板の出側の目標温度を算出する制御指令温度算出処理と、
    前記制御指令温度算出処理で算出された前記鋼板の出側の目標温度と前記熱間圧延仕上げミルの出側で測定された前記鋼板の温度との差を減少させるような前記冷却水量の変化量を算出するフィードバック制御処理と、
    をさらに実行し、
    前記冷却水量指令処理で算出される前記鋼板の出側の目標温度の補正量に応じた前記冷却水量の変化量として、前記冷却水量の第1の変化量と前記冷却水量の第2の変化量とにそれぞれに重みを付して加算した量を用いること
    を特徴とする請求項6に記載の熱間圧延仕上げミル出側温度の制御方法。
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