JP2555116B2 - Steel material cooling control method - Google Patents
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- JP2555116B2 JP2555116B2 JP62320922A JP32092287A JP2555116B2 JP 2555116 B2 JP2555116 B2 JP 2555116B2 JP 62320922 A JP62320922 A JP 62320922A JP 32092287 A JP32092287 A JP 32092287A JP 2555116 B2 JP2555116 B2 JP 2555116B2
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Description
本発明は、鋼材の冷却制御方法に係り、特に、熱間圧
延された鋼材を、所定の目標温度に正確に冷却する際に
用いるのに好適な、鋼材の冷却制御方法に関する。The present invention relates to a steel material cooling control method, and more particularly to a steel material cooling control method suitable for use in accurately cooling a hot-rolled steel material to a predetermined target temperature.
熱間圧延設備においては、一般に、圧延後の熱延鋼材
である鋼帯を、巻取機で巻き取つてコイルとしている。
このように鋼帯を巻取る際には、巻取りに適した温度ま
で該鋼帯を冷却する必要があるため、前記熱間圧延設備
においては、例えば第４図に示されるような冷却設備Ｒ
を利用して、前記鋼帯を冷却している。 第４図に示される熱間圧延設備において、仕上げ圧延
機１で圧延され、送り出されてきた鋼帯Ｓは、ランアウ
トテーブル（図示省略）上を、図中矢印Ａ方向に走行し
て、巻取機６に巻取られる。このランアウトテーブルに
沿つて、前記鋼帯Ｓを巻取りに適した温度まで冷却する
ため、冷却設備Ｒが配置されている。又、この冷却設備
Ｒの入側には、冷却すべき鋼帯Ｓの温度を測定するため
の入側温度計２が、反対に冷却設備Ｒの出側には、冷却
された鋼帯Ｓの温度を測定するための出側温度計５が配
置されている。 第４図のように、前記冷却設備Ｒは、ランアウトテー
ブルを挾んで上下に分れて配置されていると共に、分れ
た上下の部分に、それぞれ、鋼帯Ｓを注水により冷却す
る水冷部３及び空冷部４を有している。この空冷部４
は、水冷部３が、各ヘツダからの注水を停止した状態の
ものである。即ち、同じ部分が、注水すれば水冷部３と
なり、注水を停止すれば空冷部４となる。 該冷却設備Ｒの上下の水冷部３、空冷部４は、図中符
号１〜Ｎで示すように、Ｎ個の冷却バンクに分割されて
おり、各冷却バンク別に、前記鋼帯Ｓに対する冷却能力
を制御できるようになつている。 前記冷却設備Ｒを使用した鋼帯Ｓの冷却の制御は、冷
却設備Ｒをランアウトテーブルに沿つて１以上の冷却バ
ンクを有する複数の冷却ゾーンに分け、該鋼帯Ｓの走行
に合わせて各冷却バンクから鋼帯Ｓに供給する冷却媒体
（冷却水）の供給量を制御して、各冷却ゾーンの冷却能
力を制御することにより行う。 前記のようにして冷却設備Ｒの冷却能力を制御するに
際しては、前記各冷却ゾーンにおける鋼帯Ｓの冷却量、
即ち温度変化量を推定することが不可欠である。従つ
て、従来から、鋼帯Ｓの冷却中の温度を推定し、ひいて
は冷却制御を精度良く実行しようとする技術について種
々提案されている。 このような技術の中に、走行中の鋼帯Ｓの上下両面の
熱伝達係数や熱放射率の学習をカルマンフイルタにより
決定する技術（特開昭61−199510号公報記載）がある。 しかしながら、鋼材はγ鉄からα鉄に変態する際、例
えばオーステナイトからマルテンサイトへ変態する際、
発熱するものであり、前記公報記載の技術のように、冷
却設備の冷却能力を学習して鋼材の温度を推定し、冷却
を制御するようにしているのでは、前記鋼材の変態によ
る発熱を充分に考慮した温度制御ができず、冷却制御の
精度が低いものとなるという問題がある。 これに対して、鋼材の変態による発熱を考慮するべ
く、変態開始時間及び変態時間を考慮して冷却制御を行
う技術（第41回ホツトストリツプ分科会（1987年）で発
表された高炭素鋼熱延の巻取り温度制御に関する参考文
献、特開昭57−7312、特開昭58−199613、特開昭58−12
5312等）が提案されている。 この技術においては、鋼材の変態の進行状況を無視
し、変態発熱量が、変態開始から時間の経過にかかわら
ず一定なものとして取扱つており、変態発熱量の総量
が、変態開始から時間に比例して変化するものと考えて
いる。即ち、この技術においては、変態発熱量QTが、第
５図（Ａ）に示されるように、変態開始からステツプ状
に変化しているものと考えている。In a hot rolling facility, a steel strip, which is a hot rolled steel material after rolling, is generally wound by a winding machine to form a coil.
When winding the steel strip in this way, it is necessary to cool the steel strip to a temperature suitable for winding, so in the hot rolling equipment, for example, the cooling equipment R as shown in FIG.
Is used to cool the steel strip. In the hot rolling equipment shown in FIG. 4, the steel strip S rolled by the finish rolling mill 1 and sent out travels on the run-out table (not shown) in the direction of arrow A in the figure and is wound up. It is wound up on the machine 6. Along the run-out table, a cooling facility R is arranged to cool the steel strip S to a temperature suitable for winding. An inlet side thermometer 2 for measuring the temperature of the steel strip S to be cooled is provided on the inlet side of the cooling facility R, and conversely, an inlet side thermometer 2 for measuring the temperature of the cooled steel strip S is provided on the outlet side of the cooling facility R. An outlet thermometer 5 for measuring the temperature is arranged. As shown in FIG. 4, the cooling equipment R is arranged vertically above and below the run-out table, and at the upper and lower parts, the water cooling unit 3 for cooling the steel strip S by pouring water, respectively. And an air cooling unit 4. This air cooling part 4
Indicates that the water cooling unit 3 has stopped pouring water from each head. That is, the same part becomes the water cooling part 3 when water is injected, and becomes the air cooling part 4 when water injection is stopped. The water cooling part 3 and the air cooling part 4 above and below the cooling equipment R are divided into N cooling banks as indicated by reference numerals 1 to N in the figure, and the cooling capacity for the steel strip S is different for each cooling bank. Can be controlled. To control the cooling of the steel strip S using the cooling equipment R, the cooling equipment R is divided into a plurality of cooling zones having one or more cooling banks along the runout table, and each cooling is performed according to the running of the steel strip S. The amount of cooling medium (cooling water) supplied from the bank to the steel strip S is controlled to control the cooling capacity of each cooling zone. When controlling the cooling capacity of the cooling equipment R as described above, the cooling amount of the steel strip S in each cooling zone,
That is, it is essential to estimate the temperature change amount. Therefore, conventionally, various techniques have been proposed for estimating the temperature during cooling of the steel strip S, and consequently executing the cooling control with high accuracy. Among such technologies, there is a technology (described in Japanese Patent Laid-Open No. 61-199510) in which the learning of the heat transfer coefficient and the heat emissivity of the upper and lower surfaces of the running steel strip S is determined by a Kalman filter. However, when a steel material transforms from γ iron to α iron, for example, when transforming austenite to martensite,
It generates heat, and as in the technique described in the above publication, the cooling capacity of the cooling equipment is learned to estimate the temperature of the steel material, and the cooling is controlled. However, there is a problem in that the temperature control taking into consideration the above cannot be performed, and the accuracy of the cooling control becomes low. On the other hand, in order to consider the heat generation due to the transformation of the steel material, the technology for cooling control considering the transformation start time and transformation time (high carbon hot rolling announced at the 41st Hotstrip subcommittee (1987)) References for winding temperature control of Japanese Patent Laid-Open No. 57-7312, Japanese Patent Laid-Open No. 58-199613, Japanese Patent Laid-Open No. 58-12
5312) has been proposed. In this technology, the progress of transformation of steel materials is ignored, and the heat value of transformation is treated as being constant regardless of the passage of time from the start of transformation, and the total amount of heat of transformation is proportional to the time from the start of transformation. I think that will change. That is, in this technique, it is considered that the transformation heat value Q T changes stepwise from the start of transformation as shown in FIG. 5 (A).
しかしながら、実際の冷却中の鋼材の変態進行状況
は、変態率Ｗで示せば、第５図（Ｂ）に示されるような
曲線で変化し、変態発熱量QTは、この変態率Ｗの時間Ｔ
に対する傾きの大きさ（∂W/∂Ｔ）に比例して変化して
いると考慮されるべきものである。即ち、例えば第５図
（Ｂ）に示されるように変態率Ｗが変化する場合、その
傾きの大きさ（∂W/∂Ｔ）は、第５図（Ｃ）に示される
ように変化し、これにより実際の変態発熱量QTは、第５
図（Ｄ）に示されるように変化するものと考えるべきで
ある。 従つて、前記従来の冷却制御技術においては、鋼材の
変態進行状況を無視して、変態発熱量QTを第５図（Ａ）
のように想定し、例えば鋼材の変態初期及び変態完了時
において第５図（Ｄ）のように変化する実際の変態発熱
量QTを考慮していないことから、温度推定精度が低いも
のとなり、充分な精度の冷却制御を行うことができない
という問題点があつた。However, if the transformation progress state of the steel material during actual cooling changes with a transformation rate W, it changes with a curve as shown in FIG. 5 (B), and the transformation calorific value Q T is the time of this transformation rate W. T
It should be considered that it changes in proportion to the magnitude of the inclination with respect to (∂W / ∂T). That is, for example, when the transformation rate W changes as shown in FIG. 5 (B), the magnitude of the inclination (∂W / ∂T) changes as shown in FIG. 5 (C), As a result, the actual transformation heating value Q T is
It should be considered as changing as shown in FIG. Therefore, in the conventional cooling control technology described above, the transformation heat generation quantity Q T is calculated as shown in FIG.
As described above, the temperature estimation accuracy is low because the actual transformation calorific value Q T that changes as shown in FIG. 5 (D) at the initial stage of transformation and the completion of transformation of the steel material is not taken into consideration. There is a problem that it is not possible to perform cooling control with sufficient accuracy.
本発明は、従来の問題点を解消するべくなされたもの
で、変態進行モデルにより、冷却中の鋼材の任意の場所
での変態率及び変態進行状況を把握して、実圧延上の実
用化を達成し、鋼材の冷却制御及び種々の冷却条件（急
冷、徐冷など広い冷却条件）に比較的簡単なモデルで対
応でき、且つ、水冷と空冷の注水バンク数及び切り替位
置を的確に決定できる鋼材の冷却制御方法を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made to solve the conventional problems, by the transformation progress model, to grasp the transformation rate and transformation progress status at any location of the steel material during cooling, and put it to practical use in actual rolling. Achieved, capable of responding to cooling control of steel materials and various cooling conditions (wide cooling conditions such as rapid cooling and slow cooling) with a relatively simple model, and capable of accurately determining the number of water injection banks for water cooling and air cooling and the switching position An object of the present invention is to provide a cooling control method.
本発明は、搬送されてくる鋼材に冷却帯で注水して該
鋼材を冷却する際に、冷却条件に応じて注水量を制御す
ることにより、ライン上の所定位置あるいは所定時間に
おてる鋼材の温度を、所定の目標温度に制御する鋼材の
冷却制御方法において、冷却中の鋼材の変態率Ｗを冷却
時間ｔの関数として表わす次式の変態進行モデル Ｗ＝１−exp［Ａ・（t/B）Ｃ］ …（１） （ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは、鋼材の成分、温度、板厚、冷
却パターン毎に決定されるパラメータ） を用いて、各冷却帯内における変態率の変化量を算出
し、該変態率変化量に対応する、各冷却帯内における鋼
材の変態発熱量を算出し、該変態発熱量により、鋼材の
冷却時間及び冷却設備の冷却能力から推定される、各冷
却帯内における鋼材の温度変化量を補正し、該補正され
た温度変化量が、各冷却帯内で実現されるように、水冷
時と空冷時の温度モデルを用いて注水バンク数を決定す
ると共に、この水冷と空冷の切り替を、水冷カーブと空
冷カーブの交点位置により決定することにより、前記目
的を達成したものである。The present invention, when cooling the steel material by pouring water into the steel material being conveyed in a cooling zone, by controlling the water injection amount according to the cooling conditions, In a cooling control method for a steel material in which the temperature is controlled to a predetermined target temperature, a transformation progression model W = 1-exp [A · (t / t / B) C ] (1) (where A, B and C are parameters determined for each component of steel material, temperature, plate thickness and cooling pattern) are used to change the transformation rate in each cooling zone. The amount of heat is calculated, the amount of transformation heat of the steel in each cooling zone corresponding to the amount of change in transformation is calculated, and the amount of transformation heat is estimated from the cooling time of the steel and the cooling capacity of the cooling equipment. Corrected the amount of temperature change of the steel material in the cooling zone, The number of water injection banks is determined using the temperature models for water cooling and air cooling so that the degree of change in temperature can be realized in each cooling zone, and the switching between water cooling and air cooling is performed at the intersection of the water cooling curve and the air cooling curve. The above-mentioned object is achieved by determining the position.
本発明においては、鋼材の冷却制御方法において、冷
却中の鋼材の変態率Ｗを冷却時間ｔの関数として表わす
変態進行モデルを用いて、冷却中の鋼材の任意の場所で
の変態率及び変態進行状況を把握する。 具体的には、前記（１）式の変態進行モデルを用い
て、各冷却帯内における変態率の変化量を算出し、該変
態率変化量に対応する、各冷却帯内における鋼材の変態
発熱量を算出する。次いで、該変態発熱量により、鋼材
の冷却時間及び冷却設備の冷却能力から推定される、各
冷却帯内における鋼材の温度変化量を補正し、該補正さ
れた温度変化量が、各冷却帯内で実現されるように、水
冷時と空冷時の温度モデルを用いて注水バンク数を決定
すると共に、この水冷と空冷の切り替を、水冷カーブと
空冷カーブの交点位置により決定するようにしている。 従つて、鋼材が冷却される過程における該鋼材の変態
の進行状況を考慮して該鋼材の温度を推定できるため、
冷却中における実際の鋼材温度に対する鋼材温度の推定
誤差を大幅に減少し、高精度で冷却水量を制御して、所
望の温度変化量が得られる冷却を実行することができ
る。よつて、安定した材質の鋼材を、高い生産性の下に
製造できる。In the present invention, in the method for controlling the cooling of the steel material, the transformation rate model and transformation progress at any place of the steel material being cooled are used by using the transformation progress model expressing the transformation rate W of the steel material being cooled as a function of the cooling time t. Understand the situation. Specifically, the amount of change in the transformation rate in each cooling zone is calculated using the transformation progress model of the equation (1), and the transformation heat of the steel material in each cooling zone corresponding to the variation in the transformation rate is calculated. Calculate the amount. Next, the transformation calorific value corrects the temperature change amount of the steel material in each cooling zone, which is estimated from the cooling time of the steel material and the cooling capacity of the cooling equipment, and the corrected temperature change amount is calculated in each cooling zone. As is realized by (3), the number of water injection banks is determined by using the temperature models for water cooling and air cooling, and the switching between water cooling and air cooling is determined by the intersection position of the water cooling curve and the air cooling curve. Therefore, since the temperature of the steel material can be estimated in consideration of the progress of the transformation of the steel material in the process of cooling the steel material,
It is possible to significantly reduce the estimation error of the steel material temperature with respect to the actual steel material temperature during cooling, control the amount of cooling water with high accuracy, and perform cooling so as to obtain a desired temperature change amount. Therefore, a stable steel material can be manufactured with high productivity.
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。 この実施例は、第１図に示されるような熱間圧延ライ
ンの冷却設備装置において、冷却設備Ｒにより熱延鋼材
を冷却する際に、本発明方法を実施して制御する装置で
ある。 この冷却設備Ｒは、前出第４図に示したものと同様の
構成のものであり、仕上げ圧延機１で圧延成形された鋼
帯Ｓが、この冷却設備Ｒを通つて巻取機６に順次巻取ら
れていくようになつている。 又、この冷却設備Ｒの入側方向に設けられている仕上
げ圧延機１には、該仕上げ圧延機１で圧延され、搬送さ
れる鋼帯Ｓの搬送速度を検出するための入側速度検出器
10が設けられている。更に、前記冷却設備Ｒの出側方向
に設けられている巻取器６には、鋼帯Ｓの巻取り速度を
検出するための出側速度検出器12が設けられている。
又、前記冷却設備Ｒの入側及び出側には入側温度計２及
び出側温度計５が設けられている。 なお、前出第４図に示した冷却設備装置と同様の構
成、作用のものについては、同様の番号を付し、その詳
細な説明は略す。例えば、水冷部３及び空冷部４につい
ては、前述した第４図のものと同様のものである。即
ち、水冷部３は注水した状態のものであり、空冷部４は
注水を停止した状態のものである。又、第２図及び第３
図を用いて後述する如く、入側の冷却ゾーンが水冷とさ
れ、出側の冷却ゾーン空冷とされ、これら水冷とされる
ものと空冷とされるものとの数の関係等により、冷却パ
ターンが定まる。 前記冷却設備Ｒは、所定数の冷却ゾーンに分けられ、
各冷却ゾーンには少なくとも１箇所の冷却バンクが設け
られていて、この冷却バンクの注水の有無、あるいは注
水量を制御することにより、各冷却ゾーンにおける鋼帯
Ｓの冷却を制御するようになつている。 又、第１図に示す入側温度計２、入側速度検出器10及
び出側速度検出器12の各検出信号は、冷却バンク出力パ
ターン決定部14に入力されるようになつている。 この冷却バンク出力パターン決定部14は、入力された
入側温度、鋼帯Ｓの搬出速度、巻取り速度及び、予め設
定された鋼帯Ｓの目標温度や板厚等から、冷却時間ｔに
対して所望される鋼帯Ｓの温度低下を得るべく、各冷却
バンクの冷却能力を、前記冷却時間ｔに応じて制御する
パターン（以下、冷却バンクパターンという）を演算に
より決定するものである。決定された冷却バンクパター
ンは、冷却バンク開閉入出力部16に入力される。 この冷却バンク開閉入出力部16は、各冷却バンクの冷
却能力を、入力された冷却バンクパターンに応じて制御
するものである。 この冷却バンク開閉入出力部16により制御された、冷
却設備Ｒの各バンクにおける注水の冷却実績は、学習制
御部18に入力されるようになつている。 この学習制御部18には、入側速度検出器10、出側速度
検出器12、入側温度計２、及び出側温度計５の検出信号
も入力されるようになつていて、入力された前記冷却実
績及び検出信号から、前記冷却設備Ｒの冷却能力を学習
するものである。 以下、実施例の作用を説明する。 この実施例においては、冷却設備Ｒの冷却バンクパタ
ーンを決定する際に、鋼帯Ｓの冷却時間及び冷却設備Ｒ
の冷却能力から、所定時間経過した鋼帯Ｓの温度変化を
推定すると同時に、該鋼帯Ｓの冷却による変態の進行状
況に応じた鋼帯Ｓの変態発熱量を算出し、鋼帯Ｓの冷却
時間及び冷却設備Ｒの冷却能力から推定される鋼帯Ｓの
温度変化量の誤差を、算出された変態発熱量で補正し、
補正された温度変化量が得られるように冷却を制御す
る。 まず、前記鋼帯Ｓの変態の進行状況の求め方を説明す
る。 冷却中の鋼帯Ｓの変態率Ｗは、冷却時間ｔの関数とし
て、次式（１）で表わされる変態進行モデルを用いて算
出する。 Ｗ＝１−exp［Ａ・（t/B）Ｃ］ …（１） ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは、鋼材Ｓの成分、温度、板厚、
冷却パターン毎に決定されるパラメータである。 この（１）式で、時間に対する鋼帯Ｓ中の変態の進行
状況を知ることができる。ここで、前記所定数の冷却ゾ
ーンを有する冷却設備Ｒにおいて、その入側から第ｉ番
目の冷却ゾーンまでの冷却時間をtiとすれば、該第ｉ番
目の冷却ゾーン内における冷却時間Δti（＝ti−ti-1）
と（１）式の関係から、第ｉ番目の冷却ゾーン内の変態
率変化量ΔWi（＝Wi−Wi-1）を算出できる。 この変態率変化量ΔWiが与えられたときの、第ｉゾー
ンにおける鋼帯Ｓの変態発熱量QTiは、次式（２）によ
つて算出できる。 QTi＝Ｈ＊ΔWi …（２） 但し、Ｈは鋼帯Ｓの変態潜熱（鋼帯Ｓの成分、鋼種、
温度毎に決定できる物理量）である。 従つて、まず、この（２）式によつて、鋼帯Ｓを、入
側温度FDTから目標温度CTまで冷却する際の、各冷却ゾ
ーン内における変態発熱量QTを演算により求め、次いで
求められた変態発熱量QTiで、鋼帯Ｓの冷却時間及び冷
却設備Ｒの能力から推定される鋼帯Ｓの温度変化量を補
正すれば、鋼帯Ｓの各冷却ゾーンにおける正確な温度変
化量を推定することができる。 よつて、このようにして推定された温度変化を各冷却
ゾーンで実現するように、次式（３）に示す第ｉ番目の
冷却ゾーンにおける水冷時の温度変化量ΔTiW、同じく
（４）式に示す空冷時の温度変化量ΔTiaの温度モデル
式を用いて、各冷却ゾーン内の注水バンク数を決定す
る。これにより、変態発熱量QTi、ひいては変態の進行
状況を考慮して、鋼帯Ｓに所望の温度変化を与えるよう
に冷却を制御することができる。 但し、CPは比熱、ρは比重、αuiは上部側冷却バンク
の冷却能係数、αdiは下部側冷却バンクの冷却能係数、
Tiは第ｉ番目冷却ゾーン入側における鋼帯Ｓの温度、TW
は冷却水温度、C1は輻射定数、αROLLは伝熱係数（ロー
ルに対するもの）、Tairは空気温度である。 ここで、第２図に、冷却バンクパターンを示す。この
冷却バンクパターンを、冷却設備Ｒで、鋼帯Ｓを入側温
度FDTから目標温度CTまで冷却する際の、各冷却バンク
で鋼帯Ｓに実現すべき温度変化の目標とする。なお、図
中符号Ａは空冷による温度変化カーブ（以下、空冷カー
ブＡという）を示しており、又、符号Ｂは水冷による温
度変化カーブ（以下、水冷カーブＢという）を示してい
る。実施例の場合、冷却設備Ｒは、入側付近の所定の冷
却ゾーンまで水冷を行い、出側方向では空冷を行つてい
るため、前記水冷カーブＢは入側温度FDTを通り、空冷
カーブＡは目標温度CTを通るようになる。 前記水冷カーブＢは、１番目の冷却バンクから順に注
水バルブを開として、各冷却ゾーンを動作状態とし、第
ｉ番目の冷却ゾーンまで動作状態とした際の温度変化量
ΔTiWを、（３）式を用いて求めることにより得られ
る。この際、変態発熱量QTiを考慮するため、求められ
た温度変化量ΔTiWを、（２）式で算出される変態発熱
量QTiで補正する。同様に、空冷カーブＡは、（４）式
を用いて算出される温度変化量ΔTaを、前記変態発熱量
QTiで補正することにより得ることができる。なお、図
中符号QTで示す斜線部分が、変態発熱量QTによる鋼帯Ｓ
の温度上昇に相当し、各冷却カーブＡ、Ｂを補正する部
分である。 前記水冷カーブＢ及び水冷カーブＡの交点のある冷却
ゾーン（以下、この冷却ゾーンを第ｍ番目のものとす
る）においては、鋼帯Ｓの温度を滑らかにTmからTm+1に
変化させるべく、図中符号Ｃで示す冷却カーブ（以下、
水冷カーブＣという）を達成する必要がある。そこで、
前記交点のある第ｍ番目の冷却ゾーンにおいては、水冷
カーブＣに応じて冷却バンクの冷却能を調整する。この
冷却能の調整は、当該冷却ゾーンにおいて注水する冷却
バンク数を変化させることにより行う。 次に、冷却バンク出力パターン決定部14で行う、第２
図に示した冷却バンクパターンの決定の手順について、
第３図に示す流れ図に基づき説明する。 即ち、始動後、まずステツプ105で、目標温度CT、各
バンクの冷却パターン、入側温度FDT、入側速度、出側
速度及び鋼帯Ｓの板厚等の情報を入力する。 次いでステツプ110で、冷却中の鋼帯Ｓの変態発熱量Q
Tiを（２）式により算出する。 次いでステツプ120で、前記目標温度CTを通る空冷カ
ーブＡを決定するため、各冷却バンク毎の空冷による温
度変化量ΔTiaを（４）式から算出する。 そして、ステツプ130に進み、水冷カーブＢを決定す
るため、各冷却バンク毎の水冷による温度変化量ΔTiW
を算出する。この温度変化量ΔTiWの算出は、１番目の
冷却ゾーンから順に始め、計算結果から得られる水冷カ
ーブＢが、前記算出された空冷カーブＡよりも小さくな
るまで継続して行うが、詳しくは以下の手順によつて行
う。 即ち、ステツプ131で、温度変化量ΔTiWが計算される
冷却ゾーンを順に設定し、ステツプ132で、設定された
冷却バンクまでの温度変化量ΔTiWの合計を計算し、ス
テツプ133で、合計された温度変化量を入側温度FDTから
減じた値、即ち水冷カーブＢの値が、空冷カーブＡの値
よりも小さいか否かを判定する。 判定結果が否、即ち水冷カーブＢの値が空冷カーブＡ
の値よりも大きいと判断された場合は、ステツプ134に
進んで、冷却ゾーンの番号ｉを１増加させ（ｉ＝ｉ＋
１）、ステツプ132に戻つて、１つ進められた番号の、
即ち第ｉ＋１番目の冷却ゾーンまでの温度変化量ΔTiW
の合計を算出して、該冷却ゾーンにおける水冷カーブＢ
の値を求め、その結果からステツプ133の判定を再度行
う。 一方、ステツプ133の判定結果が正、即ち冷却カーブ
Ｂの値が冷却カーブＡの値以下と判断されたならば、ス
テツプ140に進む。なお、この判定結果が正となる冷却
ゾーンが第ｍ番目のものとする。従つて、この第ｍ番目
のゾーンに至るまでは、水冷カーブＢの値を算出してい
くこととなる。 このステツプ140では、前記第ｍ番目の冷却ゾーンの
冷却制御を、鋼帯Ｓが水冷カーブＣに従つて温度変化す
るように行うべく、この冷却ゾーン入側でTmであつた鋼
帯Ｓの温度を、その出側で空冷カーブＡの温度Tm+1にで
きる注水量が得られる注水バンク数を、演算により決定
する。このステツプ140の演算の終了により、冷却バン
ク出力パターンが決定する。 上記のようにして冷却バンク出力パターン決定部14で
決定された、第２図のような冷却バンク出力パターン
は、冷却バンク開閉入出力部16に入力される。この冷却
バンク開閉入出力部16は、入力された冷却バンク出力パ
ターンに従つて各冷却バンクの注水制御を行うと共に、
各冷却バンクにおける注水実績を学習制御部18に入力す
る。 この学習制御部18は、入力された注水実績や鋼帯Ｓの
入側速度、出側速度、入側温度及び出側温度等を学習し
ており、この学習された値を基に、次回の冷却制御の際
に最適な冷却バンク出力パターンを決定するためのデー
タを、前記バンク出力パターン決定部14に供給する。 以上のようにして、変態の進行状況を、鋼帯Ｓの変態
発熱量により考慮して、該鋼帯Ｓの最適な冷却制御を行
うことができる。 なお、前記実施例においては、第２図に示されるよう
な冷却バンク出力パターン、即ち、冷却装置入側から水
冷を行う冷却パターンを示したが、本発明を実施する際
は、図の冷却バンク出力パターンを目標として冷却する
ことに限定されず、他の冷却バンク出力パターンで本発
明を実施することができる。即ち、冷却条件に応じて、
例えば目標温度CTに水冷カーブＢが、入側温度FDTに空
冷カーブＡが至るように冷却バンク出力パターンを作成
することによつて、冷却設備Ｒ前半で空冷を、又、後半
で水冷を行う冷却パターンを得ることができる。又、各
冷却ゾーンにおける冷却制御については、各冷却バンク
の注水、注水停止により冷却パターンを決定するものの
みに限定されず、各バンクの注水量及び空冷を連続的に
制御することで、他の任意の冷却パターンを得ることが
できる。 又、前記実施例においては、熱間圧延ラインにおける
鋼帯の冷却設備装置について例示したが、本発明を実施
するライン及び鋼材は、これらのものに限定されず、例
えば厚板、線材、条鋼等の鋼材を、熱間加工後に冷却す
る際に本発明を実施することができる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. This embodiment is an apparatus for carrying out and controlling the method of the present invention when the hot rolling steel material is cooled by the cooling equipment R in the cooling equipment apparatus of the hot rolling line as shown in FIG. This cooling facility R has the same structure as that shown in FIG. 4 above, and the steel strip S roll-formed by the finish rolling mill 1 passes through this cooling facility R and reaches the winder 6. It is being rolled up in sequence. Further, the finish rolling mill 1 provided in the inlet side direction of the cooling facility R has an inlet side velocity detector for detecting the transport speed of the steel strip S rolled and transported by the finish rolling mill 1.
Ten are provided. Further, the winder 6 provided in the outlet side direction of the cooling facility R is provided with an outlet side speed detector 12 for detecting the winding speed of the steel strip S.
An inlet side thermometer 2 and an outlet side thermometer 5 are provided on the inlet side and outlet side of the cooling facility R. The same components and functions as those of the cooling facility device shown in FIG. 4 above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. For example, the water cooling unit 3 and the air cooling unit 4 are the same as those shown in FIG. That is, the water cooling unit 3 is in a water-filled state, and the air-cooling unit 4 is in a water-filled state. 2 and 3
As will be described later with reference to the drawings, the cooling zone on the inlet side is water-cooled, the cooling zone on the outlet side is air-cooled, and the cooling pattern depends on the number relationship between these water-cooled ones and air-cooled ones. Determined. The cooling facility R is divided into a predetermined number of cooling zones,
At least one cooling bank is provided in each cooling zone, and the cooling of the steel strip S in each cooling zone is controlled by controlling the presence or absence of water injection or the amount of water injection in this cooling bank. There is. Further, the respective detection signals of the inlet side thermometer 2, the inlet side speed detector 10 and the outlet side speed detector 12 shown in FIG. 1 are inputted to the cooling bank output pattern determining section 14. The cooling bank output pattern determination unit 14 determines the cooling time t based on the input inlet temperature, the take-out speed of the steel strip S, the winding speed, and the preset target temperature and plate thickness of the steel strip S. In order to obtain a desired temperature drop of the steel strip S, a pattern for controlling the cooling capacity of each cooling bank according to the cooling time t (hereinafter referred to as a cooling bank pattern) is determined by calculation. The determined cooling bank pattern is input to the cooling bank opening / closing input / output unit 16. The cooling bank opening / closing input / output unit 16 controls the cooling capacity of each cooling bank according to the input cooling bank pattern. The cooling performance of water injection in each bank of the cooling facility R controlled by the cooling bank opening / closing input / output unit 16 is input to the learning control unit 18. The learning control unit 18 also receives the detection signals of the inlet speed detector 10, the outlet speed detector 12, the inlet thermometer 2, and the outlet thermometer 5, which are input. The cooling capacity of the cooling facility R is learned from the cooling record and the detection signal. The operation of the embodiment will be described below. In this embodiment, when determining the cooling bank pattern of the cooling equipment R, the cooling time of the steel strip S and the cooling equipment R are determined.
The temperature change of the steel strip S after a predetermined time is estimated from the cooling capacity of the steel strip S, and at the same time, the transformation calorific value of the steel strip S is calculated according to the progress state of the transformation due to the cooling of the steel strip S to cool the steel strip S. The error of the temperature change amount of the steel strip S estimated from the time and the cooling capacity of the cooling facility R is corrected by the calculated transformation calorific value,
Cooling is controlled so as to obtain a corrected amount of temperature change. First, a method of obtaining the progress of transformation of the steel strip S will be described. The transformation rate W of the steel strip S during cooling is calculated as a function of the cooling time t using a transformation progress model represented by the following equation (1). W = 1-exp [A · (t / B) C ] (1) Here, A, B, and C are components of the steel material S, temperature, plate thickness,
It is a parameter determined for each cooling pattern. From this equation (1), the progress of transformation in the steel strip S with respect to time can be known. Here, in the cooling equipment R having the predetermined number of cooling zones, if the cooling time from the inlet side to the i-th cooling zone is t i , the cooling time Δt i in the i-th cooling zone is (= T i −t i-1 )
From the relationship between and (1), the transformation rate change amount ΔW i (= W i −W i−1 ) in the i- th cooling zone can be calculated. The transformation heat generation amount Q Ti of the steel strip S in the i-th zone when this transformation rate change amount ΔW i is given can be calculated by the following equation (2). Q Ti = H * ΔW i (2) where H is the latent heat of transformation of the steel strip S (composition of steel strip S, steel type,
It is a physical quantity that can be determined for each temperature). Therefore, first, the transformation heat generation amount Q T in each cooling zone when cooling the steel strip S from the inlet side temperature FDT to the target temperature CT is calculated by the equation (2), and then obtained. If the temperature change amount of the steel strip S estimated from the cooling time of the steel strip S and the capacity of the cooling equipment R is corrected with the obtained transformation heat value Q Ti , the accurate temperature change amount of each cooling zone of the steel strip S can be obtained. Can be estimated. Therefore, in order to realize the temperature change estimated in this way in each cooling zone, the temperature change amount ΔT iW at the time of water cooling in the i-th cooling zone shown in the following equation (3), also the equation (4) The number of water injection banks in each cooling zone is determined using the temperature model formula for the temperature change ΔT ia during air cooling shown in. This makes it possible to control the cooling so as to give the desired temperature change to the steel strip S, taking into consideration the transformation calorific value Q Ti and eventually the progress of transformation. Where C P is the specific heat, ρ is the specific gravity, α ui is the cooling capacity coefficient of the upper cooling bank, α di is the cooling capacity coefficient of the lower cooling bank,
T i is the temperature of the steel strip S on the inlet side of the i-th cooling zone, T W
Is the cooling water temperature, C 1 is the radiation constant, α ROLL is the heat transfer coefficient (for the roll), and T air is the air temperature. Here, FIG. 2 shows a cooling bank pattern. This cooling bank pattern is used as a target of temperature change to be realized in the steel strip S in each cooling bank when the steel strip S is cooled from the inlet side temperature FDT to the target temperature CT in the cooling facility R. In the figure, reference numeral A indicates a temperature change curve due to air cooling (hereinafter referred to as air cooling curve A), and reference numeral B indicates a temperature change curve due to water cooling (hereinafter referred to as water cooling curve B). In the case of the embodiment, the cooling facility R performs water cooling up to a predetermined cooling zone near the inlet side and performs air cooling in the outlet side. Therefore, the water cooling curve B passes through the inlet side temperature FDT and the air cooling curve A It will pass the target temperature CT. In the water cooling curve B, the temperature change amount ΔT iW when the water injection valve is opened in order from the first cooling bank to activate each cooling zone and the operating state up to the i th cooling zone is (3) It is obtained by using the formula. At this time, in order to take the transformation heat generation amount Q Ti into consideration, the obtained temperature change amount ΔT iW is corrected by the transformation heat generation amount Q Ti calculated by the equation (2). Similarly, in the air-cooling curve A, the temperature change amount ΔT a calculated using the equation (4)
It can be obtained by correcting with Q Ti . In the figure, the shaded portion indicated by the symbol Q T indicates the steel strip S due to the transformation heat generation amount Q T.
This is a part that corresponds to the temperature rise of 1 and corrects each cooling curve A, B. The water cooling curve B and a cooling zone with the intersection of the water cooling curve A (hereinafter, it is assumed the cooling zone of the m-th) in, changing the temperature of the steel strip S from smoothly T m to T m + 1 Therefore, the cooling curve indicated by reference numeral C in the drawing (hereinafter,
It is necessary to achieve the water cooling curve C). Therefore,
In the m-th cooling zone having the intersection, the cooling capacity of the cooling bank is adjusted according to the water cooling curve C. The adjustment of the cooling capacity is performed by changing the number of cooling banks to be injected in the cooling zone. Next, the cooling bank output pattern determination unit 14 performs the second
Regarding the procedure for determining the cooling bank pattern shown in the figure,
A description will be given based on the flow chart shown in FIG. That is, after the start, first in step 105, information such as the target temperature CT, the cooling pattern of each bank, the inlet temperature FDT, the inlet speed, the outlet speed, and the plate thickness of the steel strip S is input. Next, at step 110, the transformation heat value Q of the steel strip S during cooling
Ti is calculated by the equation (2). Next, at step 120, in order to determine the air cooling curve A passing through the target temperature CT, the temperature change amount ΔT ia due to air cooling for each cooling bank is calculated from the equation (4). Then, in step 130, in order to determine the water cooling curve B, the temperature change amount ΔT iW due to water cooling for each cooling bank is set.
Is calculated. The calculation of the temperature change amount ΔT iW is sequentially started from the first cooling zone, and is continuously performed until the water cooling curve B obtained from the calculation result becomes smaller than the calculated air cooling curve A. Procedure. That is, in step 131, the cooling zones in which the temperature change amount ΔT iW is calculated are set in order, in step 132, the total of the temperature change amount ΔT iW up to the set cooling bank is calculated, and in step 133, they are summed. It is determined whether or not the value obtained by subtracting the temperature change amount from the inlet side temperature FDT, that is, the value of the water cooling curve B is smaller than the value of the air cooling curve A. The judgment result is negative, that is, the value of the water cooling curve B is the air cooling curve A.
When it is determined that the cooling zone number i is larger than the value of (i = i +
1), go back to step 132,
That is, the temperature change amount ΔT iW up to the i + 1th cooling zone
Is calculated and the water cooling curve B in the cooling zone is calculated.
Value is obtained, and the determination at step 133 is performed again from the result. On the other hand, if the determination result in step 133 is positive, that is, if the value of the cooling curve B is less than or equal to the value of the cooling curve A, the process proceeds to step 140. Note that the cooling zone in which this determination result is positive is the m-th cooling zone. Therefore, the value of the water cooling curve B is calculated until the m-th zone. In this step 140, in order to control the cooling of the m-th cooling zone so that the temperature of the steel strip S changes according to the water-cooling curve C, the temperature of the steel strip S which is T m at the inlet side of this cooling zone is controlled. The number of water injection banks that can obtain the amount of water injection that allows the temperature to reach the temperature T m + 1 of the air cooling curve A on the outlet side is determined by calculation. The end of the calculation in step 140 determines the cooling bank output pattern. The cooling bank output pattern as shown in FIG. 2 determined by the cooling bank output pattern determination unit 14 as described above is input to the cooling bank opening / closing input / output unit 16. The cooling bank opening / closing input / output unit 16 performs water injection control of each cooling bank according to the input cooling bank output pattern,
The water injection record in each cooling bank is input to the learning control unit 18. The learning control unit 18 learns the input water injection record, the inlet speed, the outlet speed, the inlet temperature, the outlet temperature, etc. of the steel strip S. Based on the learned values, the next time Data for determining the optimum cooling bank output pattern during cooling control is supplied to the bank output pattern determination unit 14. As described above, the progress of transformation is taken into consideration by the amount of transformation heat of the steel strip S, and optimal cooling control of the steel strip S can be performed. In the above embodiment, the cooling bank output pattern as shown in FIG. 2, that is, the cooling pattern in which water cooling is performed from the inlet side of the cooling device is shown. However, when the present invention is carried out, the cooling bank shown in FIG. The invention is not limited to cooling with an output pattern as a target, and the present invention can be implemented with other cooling bank output patterns. That is, depending on the cooling conditions,
For example, by creating a cooling bank output pattern such that the water cooling curve B reaches the target temperature CT and the air cooling curve A reaches the inlet temperature FDT, air cooling is performed in the first half of the cooling facility R and water cooling is performed in the second half. You can get the pattern. Further, the cooling control in each cooling zone is not limited to the one in which the cooling pattern is determined by the water injection and the water injection stop of each cooling bank, and by continuously controlling the water injection amount and the air cooling of each bank, Any cooling pattern can be obtained. Further, in the above-mentioned examples, the cooling facility device for the steel strip in the hot rolling line was illustrated, but the line and the steel material for carrying out the present invention are not limited to these, and for example, thick plate, wire rod, bar steel, etc. The present invention can be carried out when the steel material (1) is cooled after hot working.
以上説明した通り、本発明によれば、鋼材を冷却する
際に、比較的簡単な変態進行モデルにより、水冷と空冷
の注水バンク数及び切り替位置を決定しているため、実
際の鋼材温度に対する推定温度誤差を大幅に減少させ
て、各冷却帯における変態の進行状況に即した、高精度
の冷却制御を実施できる。従つて、安定した材質の鋼材
を、高い生産性の下で製造できる等の優れた効果が得ら
れる。As described above, according to the present invention, when cooling a steel material, the number of water-cooling and air-cooling water injection banks and the switching position are determined by a relatively simple transformation progression model, and therefore the estimation with respect to the actual steel material temperature is performed. By significantly reducing the temperature error, it is possible to perform highly accurate cooling control in accordance with the progress of transformation in each cooling zone. Therefore, an excellent effect that a stable steel material can be manufactured with high productivity can be obtained.
第１図は、本発明の実施例に係る冷却設備装置の全体構
成を示す、一部断面図を含むブロツク線図、 第２図は、前記実施例に係る冷却設備で実行する冷却バ
ンク出力パターンの例を示す線図、 第３図は、前記冷却バンク出力パターンを決定するため
の手順の例を示す流れ図、 第４図は、従来の冷却設備装置の例を示す断面図、 第５図は、従来考えられた変態発熱量、変態率、実際の
変態率変化及び変態発熱量の関係の例を示す線図であ
る。 Ｒ……冷却設備、Ｓ……鋼帯、２……入側温度計、３…
…水冷部、４……空冷部、５……出側温度計、10……入
側速度検出器、12……出側速度検出器、14……冷却バン
ク出力パターン決定部、16……バンク開閉入出力部、18
……学習制御部。FIG. 1 is a block diagram including a partial cross-sectional view showing an overall configuration of a cooling equipment device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cooling bank output pattern executed by the cooling equipment according to the embodiment. FIG. 3, FIG. 3 is a flow chart showing an example of a procedure for determining the cooling bank output pattern, FIG. 4 is a sectional view showing an example of a conventional cooling equipment device, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of a relationship between a conventionally considered transformation calorific value, a transformation rate, an actual transformation rate change, and a transformation calorific value. R ... Cooling equipment, S ... Steel strip, 2 ... Inlet thermometer, 3 ...
… Water cooling part, 4 …… Air cooling part, 5 …… Outside thermometer, 10 …… Incoming speed detector, 12 …… Outgoing speed detector, 14 …… Cooling bank output pattern determination part, 16 …… Bank Open / close input / output section, 18
...... Learning control unit.
Claims (1)
鋼材を冷却する際に、冷却条件に応じて注水量を制御す
ることにより、ライン上の所定位置あるいは所定時間に
おける鋼材の温度を、所定の目標温度に制御する鋼材の
冷却制御方法において、 冷却中の鋼材の変態率Ｗを冷却時間ｔの関数として表わ
す次式の変態進行モデル Ｗ＝１−exp［Ａ・（t/B）ｃ］ （ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは、鋼材の成分、温度、板厚、冷
却パターン毎に決定されるパラメータ） を用いて、各冷却帯内における変態率の変化量を算出
し、 該変態率変化量に対応する、各冷却帯内における鋼材の
変態発熱量を算出し、 該変態発熱量により、鋼材の冷却時間及び冷却設備の冷
却能力から推定される、各冷却帯内における鋼材の温度
変化量を補正し、 該補正された温度変化量が、各冷却帯内で実現されるよ
うに、水冷時と空冷時の温度モデルを用いて注水バンク
数を決定すると共に、この水冷と空冷の切り替を、水冷
カーブと空冷カーブの交点位置により決定することを特
徴とする鋼材の冷却制御方法。1. The temperature of a steel material at a predetermined position on a line or at a predetermined time by controlling the amount of water injected according to the cooling conditions when water is poured into a conveyed steel material in a cooling zone to cool the steel material. In the method for controlling the cooling of a steel material for controlling to a predetermined target temperature, a transformation progress model W = 1-exp [A · (t / B ) C ] (where A, B, and C are parameters determined for each component of steel material, temperature, plate thickness, and cooling pattern), the change amount of the transformation rate in each cooling zone is calculated, The transformation heat value of the steel material in each cooling zone corresponding to the transformation rate change amount is calculated, and the steel material in each cooling zone is estimated from the transformation heating value by the cooling time of the steel material and the cooling capacity of the cooling equipment. The temperature change amount of the The number of water injection banks is determined using the temperature models for water cooling and air cooling so that the amount of water is realized in each cooling zone, and the switching between water cooling and air cooling is performed at the intersection position of the water cooling curve and the air cooling curve. A method for controlling cooling of a steel material, which is characterized by:
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1987
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