JP2018144062A - 巻取り冷却制御装置および巻取り冷却制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態に係る巻取り冷却制御装置100およびその制御対象150の構成の例を示した図である。図1に示すように、巻取り冷却制御装置100は、制御対象150から種々の信号(鋼板速度や巻取り温度などの実績値)を受信し、その実績値に応じた制御信号を制御対象150に出力する。
相変態開始条件算出部111は、記憶部101に記憶されている相変態開始条件テーブル、目標相体積比、鋼板化学組成データに基づき、フェライト相の目標相体積比χFを実現するためのフェライトとマルテンサイトについての相変態開始炭素濃度CFT,CMT、相変態開始温度TFT,TMTを求める。
CFT = C0 (1)
ただし、C0:鋼板151の炭素濃度
CMT =(C0−χF×CF)/(1−χF ) (2)
ただし、CF:フェライト相の炭素濃度
χF:フェライト相の相体積比
保持条件算出部112は、冷却途中に鋼板151の温度を一定の温度に一定の時間保持することを目的として、その保持すべき温度および時間を、保持温度THおよび保持時間ΔHとして算出する。なお、ここでいう保持温度THおよび保持時間ΔHは、一般にいう中間温度および中間空冷時間に相当する。
dχF/dt=n×k×t(n-1)×χA (3)
ただし、χA:オーステナイト相の体積比
n,k:TTT速度係数
板温度推定部113は、鋼板速度Vで移動する鋼板151の各セクションの温度変化を計算する。以下では、鋼板151の1つのセクションがミル出側温度計170の設置位置から巻取り温度計172の設置位置まで移動する間の温度変化を一定の時間Δで時刻を進めながら差分計算する例を示す。なお、計算する温度変化は、ミル153の側から巻取り温度計172の設置位置まで、またはミル出側温度計170の設置位置からダウンコイラ154まで、またはミル153の出側からダウンコイラ154までのいずれの温度変化であってもよい。
Ln=Ln-1+Δ×V (4)
ただし、Ln:現在の距離(m)
Ln-1:現在より時間Δ前の距離(m)
Δ:板温度推定計算の計算刻み時間(s)
qw=9.72×105×ω0.355×{(2.5−1.15×logTw)×D/(pl×pc)}0.646 (5)
ただし、ω:水量密度(L/m2/s)
Tw:水温(℃)
D:ノズル直径(m)
pl:ライン方向のノズルピッチ(m)
pc:ラインと直交方向のノズルピッチ(m)
qr=σ×ε×[(273+Tsu)4 −(273+Ta )4] (6)
ただし、σ:ステファン・ボルツマン定数(W/m2/K4)
ε:放射率
Ta:空気温度(℃)
Tsu:鋼板の表面温度(℃)
Tn=Tn-1−(qt+qb)×Δ/(ρ×C×B) (7)
ただし、Tn-1:時間Δ前の板温(℃)
qt:鋼板上面における熱流束(W/m2)
qb:鋼板下面における熱流束(W/m2)
ρ:鋼板の密度(kg/m3)
C:鋼板の比熱(J/kg/K)
B:鋼板の厚み(m)
dT/dt={λ/(ρ×C)}×(∂2T/∂x2) (8)
ただし、λ:鋼板の熱伝導率
T:鋼板の内部温度
x:厚み方向の位置
鋼板速度パターン修正部114は、ユーザが指定した鋼板速度パターンにおける最大速度を修正して出力する。この目的のため、鋼板速度パターン修正部114は、その内部に鋼板速度上限算出部1141を有している。
tIMT=LIMT/V (9)
ただし、LIMT:ミル出側温度計170の設置位置から中間温度計171の
設置位置までの距離
ΔFR+ΔFH≦tIMT ≦ΔFR+ΔFH+ΔH (10)
ΔFR=LFR/V (11)
ただし、LFR:ミル出側温度計170の設置位置から巻取り冷却装置160の
最初の冷却ヘッダ163の設置位置までの距離
ΔFH=(TF−TH)/CRFH (12)
ΔFH+ΔH+ΔHC+ΔRC≦tCT (13)
ΔRC=LRC/V (14)
ただし、LRC:巻取り冷却装置160の最終ヘッダから巻取り温度計172まで
の距離
ΔHC=(TH−TC)/CRHC (15)
tCT=LCT/V (16)
ただし、LCT:ミル出側温度計170から巻取り温度計172までの距離
VUB=α×Min[(LIMT−LFR)/ΔFH,(LCT−LFR−LRC)/(ΔFH+ΔH+ΔHC)] (17)
ただし、α:安全率(0<α<1)
目標温度履歴算出部120は、鋼板151がミル153から排出されてからダウンコイラ154の位置まで(つまり、ミル出側温度計170の設置位置から巻取り温度計172の設置位置まで)移動する間の鋼板151の目標温度履歴を算出する。なお、この目標温度履歴は、ユーザが指定するミル出側温度TFおよび巻取り温度TC、鋼板速度パターン修正部114が出力する鋼板速度パターン、ならびに、保持条件算出部112が出力する保持温度THおよび保持時間ΔHを全て満たすように算出される。さらに、目標温度履歴算出部120は、この目標温度履歴を実現するための冷却ヘッダ163の開閉パターンを算出する。
LH=V×ΔH (18)
NF,open=(TF−TH)/ΔTopen (19−1)
NR,open=(TH−TC)/ΔTopen (19−2)
ここで、式(19−1)および式(19−2)におけるΔTopenは、1つの開ヘッダによる概略温度変化量であり、前記板温度推定部113の式(7)または式(8)を用いて計算することができる。
LC3=NR,open×Lhead+(NBank,R,open−1)×Lgap (20)
ただし、NBank,R,open=Floor(NR,open/Hbank)
Lhead:冷却ヘッダ163間の距離
Lgap:バンク164間の距離
NBank,R,open:全冷却ヘッダを開ヘッダと設定するバンク164の数
Hbank:1バンクに含まれる冷却ヘッダ163の数
Floor:自然数への切下げ関数
XHs=XC3e−LC3−LH (21)
XC3e=XC3e+ΔXC3e (22)
ただし、ΔXC3e=Round((XIMT+Lair−XHs)/Lhead)×Lhead
Round:実数を最も近い整数に近似する関数
LW=max(XHs−LC1−LC2,0) (23)
冷却指令算出部130は、鋼板151の各セクションが巻取り冷却装置160により実際に冷却されるときの各セクションの位置に応じて、目標温度履歴算出部120により算出されたセクション毎の開閉パターンPopenに対応する冷却指令を算出する。また、ヘッダパターン出力部140は、冷却指令算出部130により算出された冷却指令を、冷却ヘッダ163を開閉するヘッダパターンに変換して制御対象150に出力する。なお、冷却指令算出部130およびヘッダパターン出力部140の処理は、鋼板151の先端がミル出側温度計170を通過し、尾端が巻取り温度計172を通過し終えるまでの間、所定の時間刻み毎に実行される。
100 巻取り冷却制御装置
101 記憶部
110 処理部
111 相変態開始条件算出部
112 保持条件算出部
113 板温推定部
114 鋼板速度パターン修正部
120 目標温度履歴算出部
130 冷却指令算出部
140 ヘッダパターン出力部
150 制御対象
151 鋼板(被圧延材)
152 熱間圧延機
153 ミル
154 ダウンコイラ
160 巻取り冷却装置
161 上部冷却装置
162 下部冷却装置
163 冷却ヘッダ
164 バンク
165 前段バンク群
166 中段バンク群
167 後段バンク群
170 ミル出側温度計
171 中間温度計
172 巻取り温度計
1141 鋼板速度上限算出部
TF ミル出側目標温度
TC 巻取り目標温度
TH 保持温度
TW 待機温度
ΔH 保持時間
NF,open 鋼板温度をTFからTHまで冷却するのに必要な開ヘッダの数
NR,open 鋼板温度をTHからTCまで冷却するのに必要な開ヘッダの数
LH 温度保持区間の長さ
Lair 空冷区間の最短長
LC3 第3水冷領域の長さ
XIMT 中間温度計の位置
XC3e 最下流開ヘッダの位置
XHs 温度保持開始位置
Popen 冷却ヘッダの開閉パターン
Claims (8)
- 熱間圧延機によって圧延されてダウンコイラに巻取られる被圧延材に冷却水を放出する複数の冷却ヘッダを備えて構成される巻取り冷却装置を制御する巻取り冷却制御装置であって、
前記被圧延材を長手方向の所定の長さ毎に区分した前記被圧延材の各セクションについて、前記各セクションが前記熱間圧延機から排出され前記ダウンコイラの位置まで移動する間に変化するときの目標温度履歴を、前記被圧延材の少なくとも1つの変態相の体積比が前記各セクション間で略一定となるように算出する目標温度履歴算出部と、
前記各セクションが前記巻取り冷却装置により冷却されるときの温度を前記算出された目標温度履歴と一致させるような前記各冷却ヘッダに対する冷却指令を、前記セクション毎に算出する冷却指令算出部と、
前記セクション毎に算出された前記各冷却ヘッダに対する冷却指令に基づき、所定の時間刻み毎に前記各冷却ヘッダの開閉パターンを算出して、前記巻取り冷却装置へ出力するヘッダパターン出力部と、
を備えること
を特徴とする巻取り冷却制御装置。 - 前記被圧延材の少なくとも1つの変態相について等温変態を生じさせるための保持温度および保持時間を算出する保持条件算出部をさらに備え、
前記目標温度履歴算出部は、
前記保持条件算出部で算出された前記保持温度および前記保持時間を満たすように、前記目標温度履歴を算出すること
を特徴とする請求項1に記載の巻取り冷却制御装置。 - 前記保持条件算出部は、
ユーザによって設定される前記被圧延材の化学組成と、ミル出側目標温度と、巻取り目標温度と、変態相の目標体積比とに基づき、前記保持温度と前記保持時間とを算出すること
を特徴とする請求項2に記載の巻取り冷却制御装置。 - 前記目標温度履歴算出部は、
前記被圧延材の温度を前記ミル出側目標温度から前記保持温度に冷却するときに必要となる開放状態の前記冷却ヘッダの数をNとし、前記巻取り冷却装置の入口から数えてN番目の前記冷却ヘッダの位置が前記保持温度を保持開始する位置よりも前記熱間圧延機側になると判定される場合には、前記被圧延材の温度が前記保持温度よりも高い待機温度まで低下したとき、その待機温度を一定の時間維持するような前記目標温度履歴を算出すること
を特徴とする請求項3に記載の巻取り冷却制御装置。 - 熱間圧延機によって圧延されてダウンコイラに巻取られる被圧延材に冷却水を放出する複数の冷却ヘッダを備えて構成される巻取り冷却装置を制御する巻取り冷却制御装置により実行される巻取り冷却制御方法であって、
前記巻取り冷却制御装置は、
前記被圧延材を長手方向の所定の長さ毎に区分した前記被圧延材の各セクションについて、前記各セクションが前記熱間圧延機から排出され前記ダウンコイラの位置まで移動する間に変化するときの目標温度履歴を、前記被圧延材の少なくとも1つの変態相の体積比が前記各セクション間で略一定となるように算出する第1のステップと、
前記各セクションが前記巻取り冷却装置により冷却されるときの温度を前記算出された目標温度履歴と一致させるような前記各冷却ヘッダに対する冷却指令を、前記セクション毎に算出する第2のステップと、
前記セクション毎に算出された前記各冷却ヘッダに対する冷却指令に基づき、所定の時間刻み毎に前記各冷却ヘッダの開閉パターンを算出して、前記巻取り冷却装置へ出力する第3のステップと、
を実行すること
を特徴とする巻取り冷却制御方法。 - 前記巻取り冷却制御装置は、
前記被圧延材の少なくとも1つの変態相について等温変態を生じさせるための保持温度および保持時間を算出する第4のステップをさらに実行し、
前記第1のステップでは、
前記第4のステップで算出された前記保持温度および前記保持時間を満たすように、前記目標温度履歴を算出すること
を特徴とする請求項5に記載の巻取り冷却制御方法。 - 前記巻取り冷却制御装置は、
前記第4のステップでは、
ユーザによって設定される前記被圧延材の化学組成と、ミル出側目標温度と、巻取り目標温度と、変態相の目標体積比とに基づき、前記保持温度と前記保持時間とを算出すること
を特徴とする請求項6に記載の巻取り冷却制御方法。 - 前記巻取り冷却制御装置は、
前記第1のステップでは、
前記被圧延材の温度を前記ミル出側目標温度から前記保持温度に冷却するときに必要となる開放状態の前記冷却ヘッダの数をNとし、前記巻取り冷却装置の入口から数えてN番目の前記冷却ヘッダの位置が前記保持温度を保持開始する位置よりも前記熱間圧延機側になると判定される場合には、前記被圧延材の温度が前記保持温度よりも高い待機温度まで低下したとき、その待機温度を一定の時間維持するような前記目標温度履歴を算出すること
を特徴とする請求項7に記載の巻取り冷却制御方法。
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