JP2861871B2 - 熱延鋼板の巻き取り温度制御方法 - Google Patents

熱延鋼板の巻き取り温度制御方法

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JP2861871B2 JP7183634A JP18363495A JP2861871B2 JP 2861871 B2 JP2861871 B2 JP 2861871B2 JP 7183634 A JP7183634 A JP 7183634A JP 18363495 A JP18363495 A JP 18363495A JP 2861871 B2 JP2861871 B2 JP 2861871B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延された高Si
鋼板をランアウトテーブル上で所望の巻き取り温度に冷
却する熱延鋼板の巻き取り温度制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱間圧延された鋼板は、ランアウトテー
ブル上で所定の温度に冷却されてからコイラーに巻き取
られる。ランアウトテーブル上での巻き取り温度の制御
は、鋼板の機械的特性を決定する上で重要な工程であ
る。そのため、所定の機械的性質が得られるように、ラ
ンアウトテーブル面の上方および下方に配置された冷却
ヘッダーからの注水量が決定される。
【0003】図1はランアウトテーブル上での巻き取り
温度制御の概要を示す模式図である。仕上圧延機2から
出た鋼板1は、ランアウトテーブル3上で冷却ヘッダー
4,5からの注水により冷却されてコイラー6に巻き取
られる。このとき、冷却前の鋼板温度が温度計7によ
り、また冷却後の鋼板温度が温度計8によりそれぞれ測
定される。コントローラ9は基本的にフィードフォワー
ド制御器であって、冷却後の温度(巻き取り温度)を予
測計算し、その計算値が目標値に一致するように冷却ヘ
ッダー4,5からの注水量を決定する。
【0004】ところで、高張力鋼板の製造においては、
要求される強度に応じて巻き取り温度が400〜550
℃と比較的低温に設定される。しかし、このように鋼板
温度が低い領域では、沸騰現象が膜沸騰から核沸騰に移
行する遷移沸騰の状態にあり、バルブ開閉により鋼板温
度が大きく変化する。図2は鋼板表面温度が600℃の
ときを基準とした熱伝達率比と鋼板表面温度との関係を
示す。500℃より低い温度で遷移沸騰の状態となり、
この状態では鋼板表面温度が低下するにつれて熱伝達率
比が急激に増大するので、冷却が不安定になる。
【0005】この問題を解決するために、特公平6−2
48号公報では、冷却水が膜沸騰する高温域では上下の
冷却ヘッダーより注水を行い、遷移沸騰領域では鋼板の
下面のみに注水を行うことにより、安定した状態で鋼板
の冷却を行うことが提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図1に示すような熱延
鋼板の巻き取り温度制御では、仕上圧延機2の出側で測
定した鋼板表面温度、鋼板速度、上下の冷却ヘッダー
4,5からの注水量、図2に示す水冷面熱伝達率曲線な
どをもとに、冷却後の鋼板温度(巻き取り温度)が計算
される。そして、その計算温度が目標温度となるよう
に、注水量が決定される。従って、巻き取り温度を目標
温度に精度よく制御するためには、巻き取り温度を正確
に予測計算することが必要となる。
【0007】高張力鋼板のSi含有量が0.5%未満の比
較的低Siの場合は、鋼板巻き取り温度の計算値と測定
値の差は通常±20℃以下であり、巻き取り温度をフィ
ードバックするなどの手法を併用することにより、精度
の良い巻き取り温度制御が行われる。ところが、Si含
有量が0.5%以上の高Si鋼の場合、低Si鋼と同じ水
冷面熱伝達率曲線を用いて巻き取り温度を予測計算する
と、その計算値と予測値の差が100℃以上となり、フ
ィードバック等を併用しても、巻き取り温度の制御精度
が著しく低下する。この問題は巻き取り温度を正確に予
測計算できないことに起因するので、特公平6−248
号公報で提案されている方法を用いても一向に解決され
ない。
【0008】本発明の目的は、高Si鋼からなる熱延鋼
板の巻き取り温度を高精度に制御する熱延鋼板の巻き取
り温度制御方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の巻き取り温度制
御方法は、熱延鋼板をランアウトテーブル上で水冷して
巻き取る際に、水冷面熱伝達率を用いて熱延鋼板の巻き
取り温度を予測計算し、その計算値が目標値と一致する
ようにランアウトテーブルでの注水量を制御する熱延鋼
板の巻き取り温度制御において、鋼板温度が350℃以
上の領域で高Si鋼の水冷面熱伝達率が低Si鋼の水冷
面熱伝達率よりも大きくなるように、水冷面熱伝達率を
補正するものである。
【0010】
【作用】高Si鋼では、図3に示すように、素材の表面
に形成された酸化スケールが圧延後も残存し、その結
果、鋼板表面の粗さが粗くなる。本発明者らは、高Si
鋼の巻き取り温度制御で巻き取り温度の予測計算値が測
定値から大きく外れる原因を、この残存スケールによる
冷却現象の相違に求め、次の実験を行った。
【0011】表1に成分組成を示す低Si鋼および高S
i鋼のそれぞれについて、板厚3.0mmの試験片を作成
し、各試験片を1220℃に約15分間加熱した後デス
ケーリングを行い、800℃から水冷を開始して冷却曲
線を求めた。その結果、図4に示すように、高Si鋼は
低Si鋼に比べて冷却初期の冷却速度が2倍以上になる
ことが分かった。ちなみに、デスケーリング後のスケー
ル厚は高Si鋼で21〜22μm、低Si鋼で6〜14
μmであった。
【0012】次に、図4の結果に基づいて高Si鋼と低
Si鋼の水冷面熱伝達率を逆算により求めた。その結果
を図5に示すが、水冷面温度が350℃以上の領域では
高Si鋼の方が低Si鋼より熱伝達率が大きくなり、そ
の差Δhは350〜600℃の領域で特に大きいことが
わかる。
【0013】
【表1】
【0014】本発明の巻き取り温度制御方法では、この
結果に着目し、熱延鋼板が高Si鋼板の場合に、鋼板温
度が350℃以上の領域で水冷面熱伝達率を、低Si鋼
板を冷却する場合よりも大きくして、Si量の相違に起
因する鋼板温度の予測計算誤差を小さくする。これによ
り巻き取り温度が正確に予測され、高精度な巻き取り温
度制御が可能になる。
【0015】熱伝達率を大きくする度合は、望ましくは
前述した熱伝達率の差Δhとし、鋼板の水冷面温度によ
って変化させる。
【0016】
【実施例】以下に本発明の実施例を、図6に示す14個
の冷却バンクからなるランアウトテーブル冷却設備にお
いて巻き取り温度を制御する場合について説明する。
【0017】図6に示すランアウトテーブル冷却設備で
は、仕上げ圧延機2の出側に設けた温度計7により冷却
前の鋼板温度が測定され、No. 6バンクとNo. 7バンク
の間に設けた温度計10により冷却途中の鋼板温度が測
定される。また、コイラー6の入側に設けた温度計8に
より冷却後の鋼板温度(巻き取り温度)が測定される。
コントローラ9は温度計7から圧延仕上げ温度の実績値
を取り込み、仕上げ圧延機2から鋼板速度の実績値を取
り込む。これらを含む種々の実績値を用いてコントロー
ラ9は次の処理を行う。鋼板1の現在温度を計算する。
各バンクでの鋼板温度を予測計算し、各計算値がそれぞ
れの目標値となるように、上下冷却ヘッダーのバルブ開
閉パターンを修正する。このようにして冷却開始から冷
却終了までの冷却プロセスをフィードフォワード制御
し、最終的に巻き取り温度をその目標値に制御する。温
度計8から取り込まれる巻き取り温度の実績値が目標値
に一致しない場合、その偏差によっては上下冷却ヘッダ
ーからの注水量がフィードバック制御により微調整され
る。
【0018】本実施例の巻き取り温度制御では、各バン
ク毎に鋼板温度を予測計算する際の手法が重要である。
鋼板温度を計算する際に用いる熱伝達方程式を数式1に
示す。また、鋼板表面の境界条件を数式2に示す。
【0019】
【数1】
【0020】
【数2】
【0021】数式2において、上面・下面における熱流
速qt ・ qb は、数式3にて与えられる。
【0022】
【数3】 qt =qwt+qRt+qAtb =qWb+qRb+qAbWt:水冷の熱流速 qWb:水冷の熱流速 qRt:輻射の熱流速 qRb:輻射の熱流速 qAt:対流の熱流速 qAb:対流の熱流速
【0023】また数式3において、水冷の熱流速qWt
Wbは、水冷の熱伝達率hWt・hWb〔W/m2 ℃〕を用
いて数式4により与えられる。
【0024】
【数4】qWt=hWt(θS −θW ) qWb=hWb(θS −θW ) θS :材料表面温度〔℃〕 θW :水温〔℃〕
【0025】そして、水冷の熱伝達率hWt・hWbは数式
5にて与えられる。
【0026】
【数5】 (上面) hWt=1.163 ×106 W0.425( θS −θW ) -1-0.08 {1-0.02 (θS −40) }z (下面) hWb=7.020 ×105W0.771S −θW ) -1{1-0.02( θS −40) }z W:水量密度〔m3 /m2 min 〕 v:鋼板速度〔m/min 〕 z:補正係数
【0027】ここで、上面・下面の熱伝達率hWt・hWb
を求めるにあたり、その補正係数zを表2のようにし
た。すなわち、熱延鋼板が高Si鋼の場合、No. 1〜1
4の上下バンクにおいてその補正係数zを低Si鋼の場
合よりも大きくし、上面・下面の熱伝達率hWt・hWb
大きくした。その量は図5における熱伝達率の差Δhに
相当する。
【0028】熱延鋼板が高Si鋼の場合にこのような熱
伝達率の補正を行うことにより、巻き取り温度が正確に
予測計算され、高精度な巻き取り温度制御が可能とな
る。
【0029】図7は熱延鋼板が高Si鋼の場合の、巻き
取り温度の計算値と測定値の関係を示す。高Si鋼の場
合、低Si鋼の場合と同じ熱延伝達率を用いると、○に
示すように計算温度は測定温度より100〜200℃高
くなる。しかし、上述した熱伝達率の補正を行うと、◎
に示すように計算温度と測定温度の差は最大で数10℃
に抑えられる。これはフィードバック制御の併用により
解消できる差である。このときの鋼種は表1、板厚は2.
6〜2.9mmである。
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】上記実施例では鋼板温度を予測計算する際
に上面・下面の熱伝達率hWt・hWbを補正したが、図5
に示されるように鋼板温度が600℃以上では高Si鋼
と低Si鋼とによる熱伝達率の差が比較的小さいこと、
鋼板下面ではスプレー冷却のため上面ほど顕著な沸騰現
象が起らず冷却が比較的安定していることにより、後半
バンクの上面のみでその熱伝達率hWtを補正するように
してもよい。その1例を表3に示す。このような近似的
な熱伝達率の補正も鋼板温度の計算精度向上に有効であ
り、本発明に含まれるものである。
【0033】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の熱延鋼板
の巻き取り温度制御方法は、熱延鋼板が高Si鋼の場合
に低Si鋼の場合より大きい水冷面熱伝達率を用いて巻
き取り温度を予測計算することにより、その計算精度を
高め、高精度な巻き取り温度制御を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】巻き取り温度制御の説明図である。
【図2】水冷面熱伝達率曲線を示すグラフである。
【図3】高Si鋼における残スケールの説明図である。
【図4】低Si鋼と高Si鋼の冷却速度の違いを示すグ
ラフである。
【図5】低Si鋼と高Si鋼の水冷面熱伝達率曲線の違
いを示すグラフである。
【図6】実施例で用いたランアウトテーブル冷却設備の
説明図である。
【図7】巻き取り温度の計算値と測定値の関係を示す図
表である。
【符号の説明】 1 鋼板 2 仕上げ圧延機 3 ランアウトテーブル 4,5 冷却ヘッダー 6 コイラー 7,8,10 温度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 焼田 幸彦 茨城県鹿島郡鹿島町大字光3番地 住友 金属工業株式会社鹿島製鉄所内 (56)参考文献 特開 昭59−229218(JP,A) 特開 平6−218414(JP,A) 特開 平6−256858(JP,A) 特開 平6−262240(JP,A) 特公 昭60−35973(JP,B2) 特公 平6−248(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B21B 45/02 320 B21B 37/00 BBM B21B 37/76

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱延鋼板をランアウトテーブル上で水冷
    して巻き取る際に、水冷面熱伝達率を用いて熱延鋼板の
    巻き取り温度を予測計算し、その計算値が目標値と一致
    するようにランアウトテーブルでの注水量を決定する熱
    延鋼板の巻き取り温度制御において、鋼板温度が350
    ℃以上の領域で高Si鋼の水冷面熱伝達率が低Si鋼の
    水冷面熱伝達率よりも大きくなるように、水冷面熱伝達
    率を補正することを特徴とする熱延鋼板の巻き取り温度
    制御方法。
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JP5327140B2 (ja) * 2010-06-01 2013-10-30 新日鐵住金株式会社 熱間圧延鋼板の冷却方法
CN113814278A (zh) * 2021-09-18 2021-12-21 北京北科麦思科自动化工程技术有限公司 一种带钢热连轧温度控制方法及装置

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