JP4088115B2

JP4088115B2 - 鋼帯の冷却制御方法

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Publication number: JP4088115B2
Application number: JP2002217729A
Authority: JP
Inventors: 康司簗場; 伸哉西村; 数也橋本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: JP2004059971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続焼鈍設備の垂直パスにおける鋼帯の冷却制御方法に関する。
具体的には、連続焼鈍設備における鋼帯の幅方向に均一な冷却を行う鋼帯の冷却制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続焼鈍設備における鋼帯の冷却方法に関しては、従来から種々の提案がなされ実用化されている。
図１は、連続焼鈍設備の全体構成を示す図である。
図１において、ダンサーロールおよびブライドルロール（炉入側BR、炉出側BR）により張力制御がなされた鋼帯は、加熱帯（HF）により加熱され、均熱帯（SF）により保定された後、一次冷却帯（１CF）により冷却される。
次に、過時効帯（OAF）によって過時効処理がなされた後、二次冷却帯（２CF）および水冷槽（WQ）により常温まで冷却される。
【０００３】
図２は、連続焼鈍設備の一次冷却帯の垂直パスにおける鋼帯の冷却方法を示す図である。
図２において、方向転換ロール２にて垂直に曲げられた鋼帯１は、冷媒供給ヘッダー４から噴射される冷媒によって冷却される。
この方向転換ロール２による曲げ戻しにより鋼帯１の幅方向の反り（C反り）が発生し、鋼帯１の中央部分に冷却水による垂れ水が発生することにより、鋼帯１の中央部分が過冷却となったり、幅方向の温度偏差を生じたりして、鋼帯１が幅方向に蛇行することにより、鋼帯にロール疵が発生することがあり、操業上および品質上の問題となっていた。
また、ラインスピードを速くすると冷媒の供給量も多くなり、蛇行し易くなるので、ラインスピードを落とした操業を行う必要があった。
【０００４】
図３は、従来の冷却装置によって鋼帯を冷却したときの、板幅方向の温度分布を示す図である。
図３において、横軸は板幅方向の位置、縦軸はセンター部目標板温からの偏差（℃）を示す。
図３の例では、鋼帯中央に発生する垂れ水の影響で、鋼帯センター部の温度が低く、また、鋼帯エッジ端面からの抜熱により鋼帯エッジ部の温度も低くなっている。
また、図３の右側（WS）に比べて左側（DS）の温度が低くなっており、鋼帯の左側（DS）の形状が悪くなるので、鋼帯の蛇行やロール疵の原因となっていた。
【０００５】
図４は、従来の冷却装置により冷却した鋼帯の形状を示す図である。
図４において、鋼帯センター部の過冷却により中伸びが生じ、エッジ部の過冷却により耳波が生じているうえ、鋼帯の左側（DS）の温度が低いため形状が悪くなっている。
鋼帯の幅方向の均一冷却を目的とした従来技術としては、例えば、ＷＯ９７／４４４９８号公報に、冷却ノズルを鋼帯の幅方向両端部に向かって傾斜させることによって、鋼帯中央部に発生する垂れ水を防止する方法が開示されている。
しかし、この従来技術では、傾斜冷却ノズルの構造や幅方向分割ヘッダーの構造については開示されているが、幅方向分割ヘッダーの具体的な制御方法については開示されていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、鋼帯の幅方向の均一冷却を行い、鋼帯の蛇行やロール疵の発生を防止することができる連続焼鈍設備の垂直パスにおける鋼帯の冷却制御方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決するために、幅方向分割ヘッダーの具体的な制御方法を検討することによってなされたものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）連続焼鈍設備の垂直パスにおける鋼帯の冷却制御方法であって、
前記鋼帯の板幅、鋼種および使用する冷媒供給ヘッダー数に基づいて、該冷媒供給ヘッダーの幅方向分割パターンを設定する工程と、
前記鋼帯の幅方向の実績温度分布を測定し、該実績温度分布と目標温度分布との差異を演算する工程と、
前記鋼帯の幅方向の目標温度分布と実績温度分布との差異が許容範囲を外れる場合に、冷媒供給を開始（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）する前記冷媒供給ヘッダー数を演算する工程とを有する鋼帯の冷却制御方法であって、
前記冷媒供給ヘッダーの幅方向分割パターンを、前記鋼帯の幅方向の中央部分（センター）への冷媒供給を常時開始（ＯＮ）とし、前記鋼帯の幅方向の中央部分以外（ミドルまたはサイド）への冷媒供給を開始（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）とし、かつ、前記鋼帯の幅方向の目標温度分布をサインカーブとし、該鋼帯の幅方向の複数点における実績温度を測定し、目標温度分布との差異を演算することを特徴とする鋼帯の冷却制御方法。
【０００８】
（２）前記鋼帯の幅方向の実績温度分布と目標温度分布との差異に基づいて、冷媒供給を開始（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）する前記冷媒供給ヘッダーを、連続焼鈍設備の垂直パスにおける上部側の冷媒供給ヘッダーを優先的に選択することを特徴とする（１）に記載の鋼帯の冷却制御方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図５乃至図７を用いて詳細に説明する。
図５は、本発明における鋼帯の冷却制御方法の実施形態を示す図である。
図５において、鋼帯１は、方向転換ロール２により垂直に曲げ戻されて、垂直パスに搬送される。
この垂直パスには、鋼帯１の両面から冷媒を吹付けて冷却する冷媒供給ヘッダー４が設けられており、本実施形態では、鋼帯１の両面に片側Nブロックに分かれた冷媒供給ヘッダー群が設置されており、各ブロックに３段設置されており、片側３N段、合計６N段の冷媒供給ヘッダーがある。
【００１０】
垂直パスの上段のユニット（図５における１ユニット）には、下降する鋼帯の水平パスにおける下面側（−面側）に鋼帯の幅方向両端部に向けて傾斜した放射冷却ノズルを設置することにより、鋼帯の中央に発生する垂れ水を鋼帯の幅方向両端部の方向に排除することができ、その結果、鋼帯センター部の過冷却を低減することができる。
なお、図５において、格子模様のブロックが、放射冷却ノズルを設置する箇所である。
【００１１】
一方、垂直パスの下段のユニット（図５における２ユニット）には、下降する鋼帯の水平パスにおける上面側（図５に示す＋面側）の下段から６個の冷媒供給ヘッダーに鋼帯の幅方向両端部に向けて傾斜した放射冷却ノズルを設置することにより、鋼帯の中央に発生する垂れ水を鋼帯の幅方向両端部の方向に排除することができ、その結果、鋼帯センター部の過冷却を低減することができる。
【００１２】
次に、本実施形態における幅方向の分割ヘッダーの設置箇所について説明する。
図５において、斜線で示した１ユニットの鋼帯の−面側の＃２乃至＃Nブロックに幅方向分割ヘッダーを設置した。
幅方向分割ヘッダーを設置することにより、鋼帯の両端部への冷媒の供給を選択的に開始および停止することができ、鋼帯エッジ部の過冷却を防止することができる。
【００１３】
幅方向分割ヘッダーの設置個数は、鋼帯センターとエッジとの温度差により塑性変形を起こしやすい軟質の鋼種であるＩＦ鋼について、塑性変形を起こさないための鋼帯センターとエッジとの温度差を２０℃以下にするために、鋼帯エッジへの冷媒の噴射を停止すべき冷媒供給ヘッダー数を求めることにより設定した。なお、本実施例においては、幅方向分割ヘッダーを１ユニットのみに設置しているが、さらに、幅方向分割ヘッダーを２ユニットに設置しても構わない。
【００１４】
図５に示すプロセスコンピュータから、鋼帯のサイズ（板幅）、鋼種および使用する冷媒供給ヘッダー数が制御装置に送信される。
制御装置では、鋼帯の幅、鋼種および使用する冷媒供給ヘッダー数に応じて、鋼帯の幅方向分割パターンを設定し、分割ヘッダーへの冷媒供給の開始（ON）および停止（OFF）および冷媒供給ヘッダーへの冷媒供給量の制御を行う。
図５における鋼帯冷却装置の出側には、幅方向板温計が設置されており、鋼帯の幅方向の温度分布を測定することができる。この板温計は走査式の板温計が好ましく、鋼帯の全幅の実績温度うち９点を代表値として制御装置に送信することが好ましい。
【００１５】
この制御装置では、鋼帯の幅、鋼種および使用する冷媒供給ヘッダー数に応じて設定する鋼帯の幅方向の目標温度分布と実績温度分布の差異に基づいて、冷媒供給ヘッダーへの冷媒供給を開始（ON）および停止（OFF）する分割ヘッダーを設定し分割部のバルブの開閉操作を行うことにより、実績温度分布を目標温度分布に近づけることができる。
図６は、本発明に用いる制御装置としてのプロセスコントローラーの処理フローを示す図である。
図６において、鋼板のサイズ・鋼種を含むストリップ情報に基づく、フィードフォワード制御により、あらかじめ分割ヘッダーの開閉演算が行う一方で、
目標板温分布と実績板温分布との偏差に基づくフィードバック制御による分割ヘッダーの開閉演算を行うことにより、リアルタイムの分割ヘッダーの開閉パターンを設定している。
図７は、鋼帯幅方向の分割ヘッダーを例示する図である。
図７において、上中下の３個のヘッダーは、図５の＃２〜＃Nブロックのうち１個のブロックを示している。
上ヘッダーと中ヘッダーは、鋼帯の幅方向にそれぞれ５分割されており、分割されたヘッダーの元には電磁弁（ＳＯＶ）が設けられており、選択的に冷媒の供給を開始および停止することができる。
【００１６】
特に、最も使用頻度の高いミドル部の分割ヘッダーには、鋼帯の左右それぞれの冷媒供給ラインに電磁弁（ＳＯＶ）が設置されており、左右のヘッダーのうち片方だけに冷媒を供給することができる。
この幅方向分割ヘッダーを用いて、ヘッダーごとに冷媒の供給を開始および停止することにより、複雑な流量コントロールを行う必要がなく、簡便に鋼帯エッジ部の過冷却を防止することができ、その結果、鋼帯の蛇行やロール疵の発生を防止することができる。
【００１７】
図７の例では、白抜きの分割ヘッダーに冷媒が供給されていることを示しており、上ヘッダーにはセンターのみに冷媒を供給し、中ヘッダーにはセンターおよび右側のミドル部に冷媒を供給し、その他の分割ヘッダーへの冷媒供給を停止（OFF）することによって、鋼帯の幅方向の温度分布を目標とする温度分布に近づけることができる。
また、冷媒供給ヘッダーの幅方向分割パターンは、記鋼帯の幅方向の中央部分（センター）への冷媒供給を常時開始（ＯＮ）とし、前記鋼帯の幅方向の中央部分以外（ミドルまたはサイド）への冷媒供給を開始（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）とすることが好ましい。鋼帯のセンターは鋼帯の温度の基準となるので全体の冷媒供給量を調整することにより、目標温度に近づけることができる一方で、鋼帯のミドルやサイドは部分的に過冷却になり易いので、分割ヘッダーへの冷媒供給を開停止することによって、目標温度に近づける必要があるからである。
なお、各ヘッダーの元には、遮断弁（ＳＯＶ）および流量調節弁（ＦＣＶ）が設けられており、各ヘッダーへの冷媒の供給の開停止および供給量の制御を行うことができる。
【００１８】
冷媒としては、冷却能力や入手の容易さの観点から、Ｎ２などの不活性ガスと冷却水との混合体が好ましく、特に、冷媒に使用するガスの供給口が冷媒供給ヘッダーの片方に設置されている場合には鋼帯の幅方向に風量のアンバランスが生じるので、冷却水の左右の供給バランスを変更することによって、鋼帯の幅方向の冷却速度を均一化させることができる。
図８は、本発明における鋼帯の冷却制御方法のフローを示す図である。
図８において、まず、前記鋼帯の板幅、鋼種および使用する冷媒供給ヘッダー数に基づいて、冷媒供給ヘッダーの幅方向の分割パターンを設定する。
ここに、鋼帯の板幅は、鋼帯の用途によって、３巾、４巾、５巾の３区分のうちいずれかが指定され、鋼帯幅方向のヘッダー分割の基本となるデータである。
【００１９】
また、鋼種によって、鋼帯の蛇行挙動や板温計の精度が異なるため幅方向のヘッダーの幅方向分割パターンを決める上で重要なファクターであり、例えば、ＩＦ鋼、一般Al-Ｋ鋼、440〜590ＭＰａ級ハイテン、780MＰa級以上ハイテンの４区分とすることが好ましい。
使用する冷媒供給ヘッダー数は、鋼帯の板厚保や生産量により冷却能力を調整するために設定される。また、操業トラブルが発生した場合にはラインスピードを低減する必要があり、この場合には使用する冷媒供給ヘッダー数も少なくする。
【００２０】
次に、冷却装置の出側に設置されている板温計により、鋼帯の幅方向の温度分布を測定し、９点の代表値を抽出して目標温度分布との差異を演算する。
目標温度分布は、中高で両端部との温度差を任意に設定することができるように、サインカーブとすることが好ましい。
例えば、目標温度分布を以下の式で規定する。
ΔTi=a*(cos(π*i/3/w)-√3/2)
ここに、ΔTi：センターからの距離Xiにおける目標温度
a：センターとエッジとの許容温度差
w：板幅
次に、実績温度と目標温度との差を次式にて算出する。
ΔTai=(Tsoa+ΔTi)−Tai
ここに、ΔTai：i番目の代表点における実績温度と目標温度との差
Tsoa：センター部の温度実績値
Tai：i番目の代表点における実績温度
【００２１】
このi番目の代表点における実績温度と目標温度との差ΔTaiが、例えば５℃未満の場合は、ΔTai＝0と設定して、その冷媒供給ヘッダーの開停止の操作は行わない。
一方、i番目の代表点における実績温度と目標温度との差ΔTaiが、例えば５℃を超える場合は、ΔTaiに基づいて、次式により、冷媒供給を開停止するヘッダー数を算出する。
Ui=int(β*Σｊ（ΔTaj*Cij）+0.5)
ここに、Ui：i番目の代表点における開停止するヘッダー数
β：定数
Cij：i番目のヘッダーの開停止が、j番目の代表点の温度差に及ぼす影響係数
【００２２】
上記のように、鋼帯の幅方向の実績温度分布と目標温度分布との差異に基づいて、冷媒供給を開始（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）する前記冷媒供給ヘッダー数を算出し操作する冷媒供給ヘッダーの選定は、連続焼鈍設備の垂直パスにおける上部側の冷媒供給ヘッダーを優先することが好ましい。下部のヘッダーは、ラインの速度や板厚により使用する冷媒供給ヘッダーが変化するので操作しにくいうえ、上流側の冷媒供給ヘッダーを操作することにより板温が安定化する効果があるためである。
【００２３】
図９は、本発明を実施したときの鋼帯の幅方向の温度分布の変化を示す図である。
図９において、矢印の方向で示すように、鋼帯の幅方向の事跡温度分布は、サインカーブで示す目標温度分布に近づき、センターとエッジ部の温度差を、２０℃以下に抑えることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼帯の幅方向の均一冷却を行い、鋼帯の蛇行やロール疵の発生を防止することができる連続焼鈍設備の垂直パスにおける鋼帯の冷却制御方法を提供することができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続焼鈍設備の全体構成を示す図である。
【図２】連続焼鈍設備の一次冷却帯の垂直パスにおける鋼帯の冷却装置の構成を示す図である。
【図３】従来の冷却装置によって鋼帯を冷却したときの、板幅方向の温度分布を示す図である。
【図４】従来の冷却装置により冷却した鋼帯の形状を示す図である。
【図５】本発明における鋼帯の冷却制御方法の実施形態を示す図である。
【図６】本発明に用いる制御装置としてのプロセスコントローラーの処理フローを示す図である。
【図７】本発明に用いる、傾斜冷却ノズルを例示する図である。
【図８】本発明における鋼帯の冷却制御方法のフローを示す図である。
【図９】本発明を実施したときの鋼帯幅方向の温度分布の変化を示す図である。
【符号の説明】
１：鋼帯、
２、３：方向転換ロール、
４：冷媒供給ヘッダー、
５：放射冷却ノズル、
６：幅方向分割ヘッダー

Claims

連続焼鈍設備の垂直パスにおける鋼帯の冷却制御方法であって、
前記鋼帯の板幅、鋼種および使用する冷媒供給ヘッダー数に基づいて、該冷媒供給ヘッダーの幅方向分割パターンを設定する工程と、
前記鋼帯の幅方向の実績温度分布を測定し、該実績温度分布と目標温度分布との差異を演算する工程と、
前記鋼帯の幅方向の目標温度分布と実績温度分布との差異が許容範囲を外れる場合に、冷媒供給を開始（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）する前記冷媒供給ヘッダー数を演算する工程とを有する鋼帯の冷却制御方法であって、
前記冷媒供給ヘッダーの幅方向分割パターンを、前記鋼帯の幅方向の中央部分（センター）への冷媒供給を常時開始（ＯＮ）とし、前記鋼帯の幅方向の中央部分以外（ミドルまたはサイド）への冷媒供給を開始（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）とし、かつ、前記鋼帯の幅方向の目標温度分布をサインカーブとし、該鋼帯の幅方向の複数点における実績温度を測定し、目標温度分布との差異を演算することを特徴とする鋼帯の冷却制御方法。
前記鋼帯の幅方向の実績温度分布と目標温度分布との差異に基づいて、冷媒供給を開始（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）する前記冷媒供給ヘッダーを、連続焼鈍設備の垂直パスにおける上部側の冷媒供給ヘッダーを優先的に選択することを特徴とする請求項１に記載の鋼帯の冷却制御方法。