JP4380183B2 - 鋼帯冷却方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とにより、鋼帯を順番に冷却する冷却設備において、冷却コストの低減を図る鋼帯冷却方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼帯を連続焼鈍炉に通して焼なまし処理を行っている。連続焼鈍炉は鋼帯を加熱する加熱帯と、加熱された鋼帯を所定温度に維持する均熱帯と、均熱帯を出た鋼帯を冷却する冷却帯を有する。
冷却帯には上流側から順に急冷帯と徐冷帯とが連設されており、急冷帯と徐冷帯はそれぞれ冷却装置を備えている。鋼帯は急冷帯と徐冷帯とを順に通って段階的に冷却されており、鋼帯の種類と材質に応じて鋼帯の冷却速度が制御され、所定の性能を有する鋼帯が生産される。
【０００３】
冷却装置として、ロール冷却装置やガスジェット冷却装置（例えば、特許文献１を参照）がある。ロール冷却装置は冷却用ロールを有しており、その冷却用ロール内を冷却媒体が流れて鋼帯を冷却する。また、ガスジェット冷却装置は冷却ガスを噴出して鋼帯を冷却する。
急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とを備える冷却帯においては、鋼帯に所定の材質性能を付与すべく温度条件が予め設定されており、各ガスジェット冷却装置のガスジェットを制御し、所定の温度条件を達成している。
【０００４】
また、ロール冷却装置及びガスジェット冷却装置を備える冷却帯において、鋼帯の材質性能を損なうことなく鋼帯を急速に冷却する冷却方法がある（例えば、特許文献２を参照）。この冷却方法では、ガスジェット冷却装置における鋼帯の平均冷却速度とロール冷却装置における鋼帯の平均冷却速度を、ガスジェットによる鋼帯の平均冷却速度よりもロール冷却による鋼帯の平均冷却速度が大となるように、目標冷却速度に基づいた制御を行う。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２３４２５２号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２９０４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷却帯における各冷却装置の制御は、専ら、鋼帯に所定の材質性能を付与する観点からなされ、鋼帯の温度条件を所定範囲内に収めることを目的としており、冷却装置のランニングコストを低減し、冷却処理の効率化を図るものではない。しかしながら、各冷却装置を効率よく稼動させ、コスト低減を図ることは、現代社会において広く求められている課題である。
【０００７】
特に、ガスジェット冷却装置では冷却ガスを噴出させるためにファンの消費電力が大きく、そのランニングコストも大きくなってしまう。能力を異にする急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とを備える冷却帯においては、各ガスジェット冷却装置の出力分担の割り振りの相異により、冷却帯全体におけるガスジェット冷却装置の消費電力やランニングコストが大きく変動してしまう。
【０００８】
本発明は、上記した従来の技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とを備える冷却設備において、各ガスジェット冷却装置を効率よく稼働させ、鋼帯の冷却処理コストを抑制できる鋼帯冷却方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明に係る鋼帯冷却方法は、冷却能力を異にする急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とが順番に鋼帯を冷却する冷却設備において、処理対象の鋼帯に応じ、各ガスジェット冷却装置が鋼帯から奪う顕熱の単位熱量当たりのランニングコストを算出し、ランニングコストが小さなガスジェット冷却装置の出力を優先的に大きくし、各ガスジェット冷却装置の入側及び出側の鋼帯温度を制御する。
【００１０】
請求項１の発明によると、各ガスジェット冷却装置について、鋼帯を冷却するために必要なランニングコストを算出し、低ランニングコストのガスジェット冷却装置の出力を優先的に大きくする。そして、高ランニングコストのガスジェット冷却装置は、低ランニングコストのガスジェット冷却装置を可能な範囲内でフル稼働させても冷却できない顕熱分だけ鋼帯を冷却する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１及び図２を用いて、本実施の形態の構成を説明する。
図１は、鋼帯Ｂの連続焼鈍炉において、加熱帯及び均熱帯の下流に設けられた冷却設備１０を示す。冷却設備１０は、鋼帯Ｂの搬送方向に沿って連設された２つの部屋からなる急冷帯１１及び徐冷帯１２を有し、急冷帯１１と徐冷帯１２とが冷却帯を形成している。上流側の急冷帯１１内及び下流側の徐冷帯１２内を鋼帯Ｂは順番に通過している。急冷帯１１には急冷冷却装置１４が設置されており、徐冷帯１２には徐冷冷却装置１５が設置されている。
【００１２】
急冷冷却装置１４は従来あるガスジェット冷却装置と同様の構成を有する。すなわち、急冷冷却装置１４は、急冷帯１１内で鋼帯Ｂに向けて冷却ガスを噴出可能な複数のチャンバー１８ａ、チャンバー１８ａから噴出された冷却ガスを回収して冷却可能な熱交換器１９ａ及び熱交換器１９ａで冷却された冷却ガスをチャンバー１８ａへ送るファン２０ａとを備えている。徐冷冷却装置１５も急冷冷却装置１４と同様の構成を有し、チャンバー１８ｂ、熱交換器１９ｂ及びファン２０ｂを有する。
【００１３】
急冷帯１１内には、鋼帯Ｂを案内する複数のロール２１ａが設置されている。急冷帯１１と同様、徐冷帯１２内にも鋼帯Ｂを案内する複数のロール２１ｂが設置されている。
急冷帯１１の入側、急冷帯１１と徐冷帯１２との中間及び徐冷帯１２の出側には、温度計２２ａ、２２ｂ、２２ｃがそれぞれ設置されており、鋼帯Ｂの急冷帯入側実測温度Ｔ１、鋼帯Ｂの急冷帯出側実測温度Ｔ２、鋼帯Ｂの徐冷帯出側実測温度Ｔ３を測定可能に構成されている。なお、実測温度Ｔ２は、鋼帯Ｂの徐冷帯入側温度でもある。また、実測温度Ｔ１は、均熱帯における鋼帯Ｂの温度Ｔｓと同じで一定しており、この温度Ｔｓを均熱帯温度ということとする。
【００１４】
冷却設備１０は制御システム２６を有している。制御システム２６は演算部２７とファン制御部３０ａ、３０ｂとからなっている。
演算部２７はＣＰＵ２８及びメモリ２９とを有し、ファン制御部３０ａ、３０ｂとつながっている。メモリ２９には、外部から入力される鋼帯Ｂの性状Ｃ１、冷却処理温度条件Ｃ２を記憶可能となっているとともに、ＣＰＵ２８における演算処理内容を制御するプログラムＰ１及びＰ２が記憶されている。なお、性状Ｃ１とは、鋼帯ＢのサイズＤ、比熱Ｃｐ、比重ρ等のデータである。条件Ｃ２とは鋼帯Ｂの搬送速度Ｖ、鋼帯Ｂの均熱帯温度Ｔｓ、鋼帯Ｂの徐冷帯出側目標温度Ｔｅ、急冷冷却装置１４及び徐冷冷却装置１５を流れる冷却ガスの性状等のデータである。また、メモリ２９には、ファン２０ａ及び２０ｂの各出力と消費電力の関係等のデータが記憶されている。
【００１５】
プログラムＰ１は、急冷冷却装置１４及び徐冷冷却装置１５において冷却ガスが鋼帯Ｂから奪う顕熱の単位熱量当たりのランニングコストをそれぞれ算出し、低ランニングコストの冷却装置を優先的に大きな出力で運転する冷却装置Ｒｐと決定するものである。ランニングコストの算出では、メモリ２９から性状Ｃ１、条件Ｃ２、ファン２０ａ及び２０ｂの各出力と消費電力の関係等のデータを読み出し、これらを用いて計算する。
【００１６】
プログラムＰ２は、プログラムＰ１の決定結果に基づき、鋼帯Ｂの急冷帯出側目標温度Ｔｍを算出するプログラムである。この目標温度Ｔｍは、鋼帯Ｂの徐冷帯入側目標温度でもある。
プログラムＰ２による演算処理内容を、冷却装置Ｒｐが徐冷冷却装置１５である場合を例にとって具体的に説明する（図２を参照）。まず、プログラムＰ２は、プログラムＰ１の決定結果から冷却装置Ｒｐが徐冷冷却装置１５であるか否かを判断する（Ｓ１）。冷却装置Ｒｐが徐冷冷却装置１５であると判断したらＳ２へ進む。
【００１７】
Ｓ２では、ファン２０ｂを定格最大出力の９５％以上で運転し、鋼帯Ｂが徐冷帯１２出側で目標温度Ｔｅとなると仮定したとき、徐冷帯１２入側で鋼帯Ｂが示すべき擬似目標温度Ｔｍ´を算出する。擬似目標温度Ｔｍ´の計算は、目標温度Ｔｅ、鋼帯Ｂの比熱Ｃｐ、比重ρ、サイズＤ、徐冷帯１２内に噴出される冷却ガス量と温度、鋼帯Ｂの搬送速度Ｖと搬送距離Ｌｂとをメモリ２９から読み出し、徐冷帯１２内における冷却ガスと鋼帯Ｂとの間の熱伝達率αｂを関数ｆにより計算し、熱伝達率αｂを用いて徐冷帯１２内で鋼帯Ｂから奪われる顕熱を計算し、算出した顕熱を目標温度Ｔｅに加えてなされる。
【００１８】
そして、擬似目標温度Ｔｍ´と均熱帯温度Ｔｓとを比較する（Ｓ３）。擬似目標温度Ｔｍ´が均熱帯温度Ｔｓよりも低い場合は、目標温度Ｔｍに擬似目標温度Ｔｍ´の値を与える（Ｓ４）。擬似目標温度Ｔｍ´が均熱帯温度Ｔｓ以上である場合は、目標温度Ｔｍに均熱帯温度Ｔｓの値を与える（Ｓ５）。
次に、冷却装置Ｒｐが急冷冷却装置１４である場合を説明する（図２を参照）。プログラムＰ２は、Ｓ１において冷却装置Ｒｐが急冷冷却装置１４であると判断したらＳ６へ進む。
【００１９】
Ｓ６では、ファン２０ａを定格最大出力の９５％以上で運転した場合に、急冷帯出側で鋼帯Ｂが示す擬似目標温度Ｔｍ″を算出する。擬似目標温度Ｔｍ″の計算は、均熱帯温度Ｔｓ、鋼帯Ｂの比熱Ｃｐ、比重ρ、サイズＤ、急冷帯１１内に噴出される冷却ガス量と温度、鋼帯Ｂの搬送速度Ｖと搬送距離Ｌａとをメモリ２９から読み出し、急冷帯１１内における冷却ガスと鋼帯Ｂとの間の熱伝達率αａを関数ｆにより計算し、熱伝達率αａを用いて急冷帯１１内で鋼帯Ｂから奪われる顕熱を計算し、この顕熱を均熱帯温度Ｔｓから引いてなされる。
【００２０】
そして、算出した擬似目標温度Ｔｍ″と目標温度Ｔｅの比較を行う（Ｓ７）。擬似目標温度Ｔｍ″が目標温度Ｔｅよりも高い場合は、目標温度Ｔｍに擬似目標温度Ｔｍ″の値を与える（Ｓ８）。また、擬似目標温度Ｔｍ″が目標温度Ｔｅ以下である場合は、目標温度Ｔｍに目標温度Ｔｅの値を与える（Ｓ９）。
ファン制御部３０ａは、演算部２７、温度計２２ａ、２２ｂ及びファン２０ａとそれぞれつながっており、ファン２０ａの出力を制御し、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２を制御可能に構成されている。すなわち、ファン制御部３０ａによるファン２０ａの制御は、演算部２７から目標温度Ｔｍと均熱帯温度Ｔｓを受け取り、温度計２２ａ、２２ｂから受け取る実測温度Ｔ１及びＴ２と目標温度Ｔｍに基づいて、ファン２０ａへ出力制御信号Ｓａを送ってファン２０ａの出力を調整し、実測温度Ｔ２を目標温度Ｔｍに一致させるフィードバック制御となっている。なお、目標温度Ｔｍが均熱帯温度Ｔｓと同じ場合、ファン制御部３０ａはファン２０ａへファン２０ａを停止させる出力制御信号Ｓａを送る構成となっている。
【００２１】
ファン制御部３０ｂは、演算部２７、温度計２２ｂ、２２ｃ及びファン２０ｂとそれぞれつながっており、ファン２０ｂの出力を制御し、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ３を制御可能に構成されている。すなわち、ファン制御部３０ｂによるファン２０ｂの制御は、演算部２７から目標温度Ｔｍと目標温度Ｔｅとを受け取り、温度計２２ｂ、２２ｃから受け取る実測温度Ｔ２及びＴ３と目標温度Ｔｅに基づいて、ファン２０ｂへ出力制御信号Ｓｂを送ってファン２０ｂの出力を調整し、実測温度Ｔ３を目標温度Ｔｅと一致させるフィードバック制御となっている。なお、目標温度Ｔｍが均熱帯温度Ｔｓと同じ場合、ファン制御部３０ｂはファン２０ｂへファン２０ｂを停止させる出力制御信号Ｓｂを送る構成となっている。
【００２２】
本実施の形態は上記のように構成されており、次に、その作用について説明する。
冷却設備１０には上流の均熱帯から均熱帯温度Ｔｓとなった鋼帯Ｂが連続供給されており、鋼帯Ｂは急冷帯１１を通ってから徐冷帯１２を通っている。
制御システム２６の演算部２７に、連続焼鈍炉で処理される鋼帯Ｂの性状Ｃ１、冷却処理温度条件Ｃ２のデータが外部から入力され、メモリ２９に記憶される。そして、演算部２７のＣＰＵ２８においてプログラムＰ１に基づく演算処理がなされ、冷却装置Ｒｐの決定がなされる。最初に、冷却装置Ｒｐは徐冷冷却装置１５であると決定された場合、すなわち、徐冷冷却装置１５の方が急冷冷却装置１４よりもランニングコストが低廉であると計算された場合について述べる。
【００２３】
プログラムＰ１の決定に従って、プログラムＰ２は冷却装置Ｒｐが徐冷冷却装置１５であると判断し、メモリ２９から所定のデータを読み出して熱伝達率αｂを計算し、熱伝達率αｂから鋼帯Ｂの顕熱を計算して、目標温度Ｔｍを算出する。そして、目標温度Ｔｍと均熱帯温度Ｔｓとが演算部２７からファン制御部３０ａへ送られ、目標温度Ｔｍと目標温度Ｔｅとがファン制御部３０ｂへ送られる。
【００２４】
急冷帯１１内では、ファン２０ａが稼動してチャンバー１８ａから冷却ガスが噴出しており、冷却ガスが鋼帯Ｂを均熱帯温度Ｔｓから目標温度Ｔｍまで冷却する。鋼帯Ｂの顕熱により昇温した冷却ガスは回収されて熱交換器１９ａで冷却され、再び、ファン２０ａによりチャンバー１８ａから急冷帯１１内へ噴出されている。
【００２５】
温度計２２ａと２２ｂが、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ１と実測温度Ｔ２とを連続計測し、その計測値をファン制御部３０ａへ送っている。ここで、急冷帯１１には均熱帯で均熱帯温度Ｔｓとなった鋼帯Ｂが搬送されているので、実測温度Ｔ１は常に均熱帯温度Ｔｓと一致している。ファン制御部３０ａは目標温度Ｔｍと実測温度Ｔ２との差を計算して出力制御信号Ｓａをファン２０ａへ送り、ファン２０ａの出力を調整し、ファン２０ａをフィードバック制御し、実測温度Ｔ２を目標温度Ｔｍと合致させている。
【００２６】
なお、プログラムＰ２により目標温度Ｔｍが均熱帯温度Ｔｓと同じ値であると算出されたときは、鋼帯Ｂの急冷帯入側温度と出側温度は同じでよいこととなり、ファン制御部３０ａはファン２０ａの運転する必要はないと判断し、ファン２０ａを停止させる出力制御信号Ｓａを送り、ファン２０ａの運転を停止する。
鋼帯Ｂは目標温度Ｔｍまで冷却されて急冷帯１１を出、徐冷帯１２へ入る。徐冷帯１２内には、ファン２０ｂが稼動してチャンバー１８ｂから冷却ガスが噴出しており、噴出した冷却ガスは鋼帯Ｂを目標温度Ｔｍから目標温度Ｔｅまで冷却する。鋼帯Ｂの顕熱により昇温した冷却ガスは回収されて熱交換器１９ｂで冷却され、再び、ファン２０ｂによりチャンバー１８ｂから徐冷帯１２内へ噴出されている。
【００２７】
温度計２２ｂと２２ｃが、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２と実測温度Ｔ３とを連続計測し、その計測値をファン制御部３０ｂへ送る。ここで、実測温度Ｔ２は、ファン制御部３０ａによるファン２０ａの制御によって目標温度Ｔｍとなっている。ファン制御部３０ｂは目標温度Ｔｅと実測温度Ｔ３との差を計算して出力制御信号Ｓｂをファン２０ｂへ送り、ファン２０ｂの出力を調整し、ファン２０ｂをフィードバック制御し、実測温度Ｔ３を目標温度Ｔｅと合致させている。
【００２８】
このとき、徐冷冷却装置１５のファン２０ｂは定格最大出力の９５％以上で運転されており、低ランニングコストの徐冷冷却装置１５はほぼフル稼働状態に近い状態にあり、徐冷冷却装置１５が冷却できない鋼帯Ｂの顕熱分を高ランニングコストの急冷冷却装置１４が冷却している。したがって、高ランニングコストの急冷冷却装置１４の運転は殆ど最小限に抑制されている。
【００２９】
次に、プログラム１が冷却装置Ｒｐは急冷冷却装置１４であると決定した場合、すなわち、急冷冷却装置１４の方が徐冷冷却装置１５よりもランニングコストが低廉であると計算された場合について述べる。
プログラムＰ２は冷却装置Ｒｐが急冷冷却装置１４であると判断し、熱伝達率αａを計算し、熱伝達率αａを用いて鋼帯Ｂの顕熱を計算し、鋼帯Ｂの目標温度Ｔｍを算出する。そして、演算部２７から目標温度Ｔｍと均熱帯温度Ｔｓがファン制御部３０ａへ送られ、目標温度Ｔｍと目標温度Ｔｅがファン制御部３０ｂへ送られる。
【００３０】
急冷帯１１内では、急冷冷却装置１４が鋼帯Ｂを均熱帯温度Ｔｓから目標温度Ｔｍまで冷却している。そして、温度計２２ａと２２ｂが鋼帯Ｂの実測温度Ｔ１と実測温度Ｔ２とを計測し、その計測値をファン制御部３０ａへ送る。なお、ここでも、実測温度Ｔ１は均熱帯温度Ｔｓと一致している。ファン制御部３０ａは目標温度Ｔｍと実測温度Ｔ２との差からファン２０ａをフィードバック制御し、実測温度Ｔ２を目標温度Ｔｍと合致させている。
【００３１】
鋼帯Ｂは目標温度Ｔｍまで冷却されて急冷帯１１を出、徐冷帯１２へ入る。徐冷帯１２内では、徐冷冷却装置１５が鋼帯Ｂを目標温度Ｔｍから目標温度Ｔｅまで冷却している。そして、温度計２２ｂと２２ｃが鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２と実測温度Ｔ３とを計測し、その計測値をファン制御部３０ｂへ送る。なお、実測温度Ｔ２は目標温度Ｔｍとなっている。ファン制御部３０ｂは目標温度Ｔｅと実測温度Ｔ３とからファン２０ｂの出力をフィードバック制御し、実測温度Ｔ３を目標温度Ｔｅと合致させている。
【００３２】
なお、プログラムＰ２により目標温度Ｔｍが目標温度Ｔｅと同じであると算出されたときは、徐冷帯入側と出側で鋼帯Ｂの温度は同じでよいこととなり、ファン制御部３０ｂはファン２０ｂの運転する必要はないと判断し、ファン２０ｂを停止する。
このとき、急冷冷却装置１４のファン２０ａは定格最大出力の９５％以上で運転されており、低ランニングコストの急冷冷却装置１４はほぼフル稼働状態に近い状態にあり、急冷冷却装置１４が冷却できない鋼帯Ｂの顕熱分を高ランニングコストの徐冷冷却装置１５が冷却している。したがって、高ランニングコストの徐冷冷却装置１５の運転は殆ど最小限に抑制されている。
【００３３】
なお、上記本実施の形態では、プログラムＰ２のＳ２又はＳ６において、ファン２０ａ又は２０ｂを定格最大出力の９５％以上で運転すると仮定した場合の擬似目標温度Ｔｍ´又は擬似目標温度Ｔｍ″を算出するとしたが、計算の条件がファン２０ａ又は２０ｂの各定格最大出力の９５％以上に限定されるものでないことは勿論である。この数値は、冷却設備１０の稼動条件によって適宜異なる値を用いることが可能である。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る鋼帯冷却方法の作用・効果の検証試験を実施した。本検証試験では、上記実施の形態で説明したものと同様の構成を有する冷却設備を用いて、連続焼鈍炉の加熱帯と均熱帯で処理された鋼帯Ｂに冷却処理を施した（発明例）。
鋼帯Ｂの性状Ｃ１において、板厚は０．９ｍｍ、帯幅は１２００ｍｍ、冷却設備内での搬送速度Ｖは２５０ｍ／ｍｉｎである。また、鋼帯Ｂの冷却処理温度条件Ｃ２において、鋼帯Ｂの均熱帯温度Ｔｓは８００℃、目標温度Ｔｅは２００℃となっている。
【００３５】
プログラムＰ１は鋼帯Ｂの性状Ｃ１、冷却処理温度条件Ｃ２より、徐冷冷却装置を低ランニングコストの冷却装置Ｒｐであると決定したため、徐冷冷却装置を優先的に大きな出力で運転することとした。
プログラム２により、目標温度Ｔｍは５８０℃と算出された。この算出結果にしたがって、急冷冷却装置で鋼帯Ｂを８００℃から５８０℃まで冷却し、徐冷冷却装置で鋼帯Ｂを５８０℃から２００℃まで冷却した（図３を参照）。図３は縦軸に鋼帯Ｂの温度をとり、横軸に連続焼鈍炉内での鋼帯Ｂの位置をとってあり、各位置での鋼帯Ｂの温度を示している。
【００３６】
そして、急冷冷却装置と徐冷冷却装置について、それぞれのファンの出力及びそれぞれの実際の消費電力コストを計測した。
また、比較のため、以下の条件で、発明例で用いたのと同じ冷却設備を用いて、連続焼鈍炉の均熱帯で８００℃となった鋼帯Ｂに冷却処理を施した（比較例）。比較例において、８００℃から２００℃まで鋼帯Ｂを冷却するとともに、プログラムＰ１及びＰ２による演算を行わず、急冷冷却装置のファンを定格最大出力１００％で運転して鋼帯Ｂを冷却し、急冷冷却装置で冷却できなかった鋼帯Ｂの顕熱を徐冷冷却装置で冷却することとした。
【００３７】
比較例において、急冷冷却装置のファンを定格最大出力１００％で運転すると、急冷帯出側における鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２は５２０℃となり、徐冷冷却装置により鋼帯Ｂを５２０℃から２００℃まで冷却した（図３を参照）。
比較例の急冷冷却装置と徐冷冷却装置についても、それぞれのファンの出力及びそれぞれの実際の消費電力コストを計測した。
表１に、発明例と比較例のそれぞれについて、鋼帯Ｂの温度、急冷冷却装置のファン出力、徐冷冷却装置のファン出力、急冷冷却装置の消費電力コスト及び徐冷冷却装置の消費電力コストを示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１において、各ファン出力は定格最大出力に対する百分率を用いて示されている。各消費電力コストは、比較例における急冷冷却装置及び徐冷冷却装置の総消費電力コストを基準値の１００とし、基準値に対する相対値により示されている。
発明例では、高ランニングコストの急冷冷却装置のファンは定格最大出力６６％で運転され、低ランニングコストの徐冷冷却装置のファンは定格最大出力８９％で運転されている。なお、発明例において、徐冷冷却装置のファンの出力を定格最大出力８９％に抑えて運転したのは次の理由による。すなわち、冷却設備内で鋼帯Ｂの安定した搬送を確保する必要があり、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２の上限値が規制され、徐冷冷却装置のファンを定格最大出力８９％以下で運転せざるを得なかったからである。発明例における急冷冷却装置及び徐冷冷却装置の各消費電力コストはそれぞれ５２．９及び３０．９となり、総消費電力コストは８３．８であった。
【００４０】
一方、比較例では、高ランニングコストの急冷冷却装置のファンは定格最大出力１００％で運転され、低ランニングコストの徐冷冷却装置のファンは定格最大出力７６％で運転されている。そして、急冷冷却装置及び徐冷冷却装置の各消費電力コストはそれぞれ７３．０及び２７．０となり、総消費電力コストは１００であった。
【００４１】
すなわち、比較例に対して発明例は、低ランニングコストの徐冷冷却装置のファン出力を優先的に大きくして運転し、高ランニングコストの急冷冷却装置のファンは補完的に運転しているにすぎない。このため、高ランニングコストの急冷冷却装置のファンの運転は最小限に抑制され、総消費電力コストも抑制されている。すなわち、比較例の総消費電力コストに対して発明例の総消費電力コストは１６．２％低減されている。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、上記のような鋼帯冷却方法であるので、急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とを備える冷却設備において、各ガスジェット冷却装置を効率よく稼働させ、鋼帯の冷却処理コストを抑制できる鋼帯冷却方法を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却設備の構成図である。
【図２】プログラムＰ２の流れ図である。
【図３】鋼帯の温度変化図である。
【符号の説明】
１０ 冷却設備
１１ 急冷帯
１２ 徐冷帯
１４ 急冷冷却装置
１５ 徐冷冷却装置
１８ａ、１８ｂ チャンバー
１９ａ、１９ｂ 熱交換器
２０ａ、２０ｂ ファン
２１ａ、２１ｂ ロール
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 温度計
２６ 制御システム
２７ 演算部
２８ ＣＰＵ
２９ メモリ
３０ａ、３０ｂ ファン制御部
Ｂ 鋼帯
Ｃ１ 鋼帯性状
Ｃｐ 鋼帯の比熱
ρ 鋼帯の比重
Ｄ 鋼帯のサイズ
Ｃ２ 冷却処理温度条件
Ｖ 鋼帯の搬送速度
Ｐ１、Ｐ２ プログラム
Ｔ１ 急冷帯入側実測温度
Ｔ２ 急冷帯出側実測温度
Ｔ３ 徐冷帯出側実測温度
Ｔｓ 急冷帯入側温度（均熱帯温度）
Ｔｍ 急冷帯出側目標温度（徐冷帯入側目標温度）
Ｔｍ´、Ｔｍ″ 擬似目標温度
Ｔｅ 徐冷帯出側目標温度
Ｓａ、Ｓｂ 出力制御信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とにより、鋼帯を順番に冷却する冷却設備において、冷却コストの低減を図る鋼帯冷却方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼帯を連続焼鈍炉に通して焼なまし処理を行っている。連続焼鈍炉は鋼帯を加熱する加熱帯と、加熱された鋼帯を所定温度に維持する均熱帯と、均熱帯を出た鋼帯を冷却する冷却帯を有する。
冷却帯には上流側から順に急冷帯と徐冷帯とが連設されており、急冷帯と徐冷帯はそれぞれ冷却装置を備えている。鋼帯は急冷帯と徐冷帯とを順に通って段階的に冷却されており、鋼帯の種類と材質に応じて鋼帯の冷却速度が制御され、所定の性能を有する鋼帯が生産される。
【０００３】
冷却装置として、ロール冷却装置やガスジェット冷却装置（例えば、特許文献１を参照）がある。ロール冷却装置は冷却用ロールを有しており、その冷却用ロール内を冷却媒体が流れて鋼帯を冷却する。また、ガスジェット冷却装置は冷却ガスを噴出して鋼帯を冷却する。
急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とを備える冷却帯においては、鋼帯に所定の材質性能を付与すべく温度条件が予め設定されており、各ガスジェット冷却装置のガスジェットを制御し、所定の温度条件を達成している。
【０００４】
また、ロール冷却装置及びガスジェット冷却装置を備える冷却帯において、鋼帯の材質性能を損なうことなく鋼帯を急速に冷却する冷却方法がある（例えば、特許文献２を参照）。この冷却方法では、ガスジェット冷却装置における鋼帯の平均冷却速度とロール冷却装置における鋼帯の平均冷却速度を、ガスジェットによる鋼帯の平均冷却速度よりもロール冷却による鋼帯の平均冷却速度が大となるように、目標冷却速度に基づいた制御を行う。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２３４２５２号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２９０４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷却帯における各冷却装置の制御は、専ら、鋼帯に所定の材質性能を付与する観点からなされ、鋼帯の温度条件を所定範囲内に収めることを目的としており、冷却装置のランニングコストを低減し、冷却処理の効率化を図るものではない。しかしながら、各冷却装置を効率よく稼動させ、コスト低減を図ることは、現代社会において広く求められている課題である。
【０００７】
特に、ガスジェット冷却装置では冷却ガスを噴出させるためにファンの消費電力が大きく、そのランニングコストも大きくなってしまう。能力を異にする急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とを備える冷却帯においては、各ガスジェット冷却装置の出力分担の割り振りの相異により、冷却帯全体におけるガスジェット冷却装置の消費電力やランニングコストが大きく変動してしまう。
【０００８】
本発明は、上記した従来の技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とを備える冷却設備において、各ガスジェット冷却装置を効率よく稼働させ、鋼帯の冷却処理コストを抑制できる鋼帯冷却方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明に係る鋼帯冷却方法は、冷却能力を異にする急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とが順番に鋼帯を冷却する冷却設備において、処理対象の鋼帯に応じ、各ガスジェット冷却装置が鋼帯から奪う顕熱の単位熱量当たりのランニングコストを算出し、ランニングコストが小さなガスジェット冷却装置の出力を優先的に大きくし、各ガスジェット冷却装置の入側及び出側の鋼帯温度を制御する。
【００１０】
請求項１の発明によると、各ガスジェット冷却装置について、鋼帯を冷却するために必要なランニングコストを算出し、低ランニングコストのガスジェット冷却装置の出力を優先的に大きくする。そして、高ランニングコストのガスジェット冷却装置は、低ランニングコストのガスジェット冷却装置を可能な範囲内でフル稼働させても冷却できない顕熱分だけ鋼帯を冷却する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１及び図２を用いて、本実施の形態の構成を説明する。
図１は、鋼帯Ｂの連続焼鈍炉において、加熱帯及び均熱帯の下流に設けられた冷却設備１０を示す。冷却設備１０は、鋼帯Ｂの搬送方向に沿って連設された２つの部屋からなる急冷帯１１及び徐冷帯１２を有し、急冷帯１１と徐冷帯１２とが冷却帯を形成している。上流側の急冷帯１１内及び下流側の徐冷帯１２内を鋼帯Ｂは順番に通過している。急冷帯１１には急冷冷却装置１４が設置されており、徐冷帯１２には徐冷冷却装置１５が設置されている。
【００１２】
急冷冷却装置１４は従来あるガスジェット冷却装置と同様の構成を有する。すなわち、急冷冷却装置１４は、急冷帯１１内で鋼帯Ｂに向けて冷却ガスを噴出可能な複数のチャンバー１８ａ、チャンバー１８ａから噴出された冷却ガスを回収して冷却可能な熱交換器１９ａ及び熱交換器１９ａで冷却された冷却ガスをチャンバー１８ａへ送るファン２０ａとを備えている。徐冷冷却装置１５も急冷冷却装置１４と同様の構成を有し、チャンバー１８ｂ、熱交換器１９ｂ及びファン２０ｂを有する。
【００１３】
急冷帯１１内には、鋼帯Ｂを案内する複数のロール２１ａが設置されている。急冷帯１１と同様、徐冷帯１２内にも鋼帯Ｂを案内する複数のロール２１ｂが設置されている。
急冷帯１１の入側、急冷帯１１と徐冷帯１２との中間及び徐冷帯１２の出側には、温度計２２ａ、２２ｂ、２２ｃがそれぞれ設置されており、鋼帯Ｂの急冷帯入側実測温度Ｔ１、鋼帯Ｂの急冷帯出側実測温度Ｔ２、鋼帯Ｂの徐冷帯出側実測温度Ｔ３を測定可能に構成されている。なお、実測温度Ｔ２は、鋼帯Ｂの徐冷帯入側温度でもある。また、実測温度Ｔ１は、均熱帯における鋼帯Ｂの温度Ｔｓと同じで一定しており、この温度Ｔｓを均熱帯温度ということとする。
【００１４】
冷却設備１０は制御システム２６を有している。制御システム２６は演算部２７とファン制御部３０ａ、３０ｂとからなっている。
演算部２７はＣＰＵ２８及びメモリ２９とを有し、ファン制御部３０ａ、３０ｂとつながっている。メモリ２９には、外部から入力される鋼帯Ｂの性状Ｃ１、冷却処理温度条件Ｃ２を記憶可能となっているとともに、ＣＰＵ２８における演算処理内容を制御するプログラムＰ１及びＰ２が記憶されている。なお、性状Ｃ１とは、鋼帯ＢのサイズＤ、比熱Ｃｐ、比重ρ等のデータである。条件Ｃ２とは鋼帯Ｂの搬送速度Ｖ、鋼帯Ｂの均熱帯温度Ｔｓ、鋼帯Ｂの徐冷帯出側目標温度Ｔｅ、急冷冷却装置１４及び徐冷冷却装置１５を流れる冷却ガスの性状等のデータである。また、メモリ２９には、ファン２０ａ及び２０ｂの各出力と消費電力の関係等のデータが記憶されている。
【００１５】
プログラムＰ１は、急冷冷却装置１４及び徐冷冷却装置１５において冷却ガスが鋼帯Ｂから奪う顕熱の単位熱量当たりのランニングコストをそれぞれ算出し、低ランニングコストの冷却装置を優先的に大きな出力で運転する冷却装置Ｒｐと決定するものである。ランニングコストの算出では、メモリ２９から性状Ｃ１、条件Ｃ２、ファン２０ａ及び２０ｂの各出力と消費電力の関係等のデータを読み出し、これらを用いて計算する。
【００１６】
プログラムＰ２は、プログラムＰ１の決定結果に基づき、鋼帯Ｂの急冷帯出側目標温度Ｔｍを算出するプログラムである。この目標温度Ｔｍは、鋼帯Ｂの徐冷帯入側目標温度でもある。
プログラムＰ２による演算処理内容を、冷却装置Ｒｐが徐冷冷却装置１５である場合を例にとって具体的に説明する（図２を参照）。まず、プログラムＰ２は、プログラムＰ１の決定結果から冷却装置Ｒｐが徐冷冷却装置１５であるか否かを判断する（Ｓ１）。冷却装置Ｒｐが徐冷冷却装置１５であると判断したらＳ２へ進む。
【００１７】
Ｓ２では、ファン２０ｂを定格最大出力の９５％以上で運転し、鋼帯Ｂが徐冷帯１２出側で目標温度Ｔｅとなると仮定したとき、徐冷帯１２入側で鋼帯Ｂが示すべき擬似目標温度Ｔｍ´を算出する。擬似目標温度Ｔｍ´の計算は、目標温度Ｔｅ、鋼帯Ｂの比熱Ｃｐ、比重ρ、サイズＤ、徐冷帯１２内に噴出される冷却ガス量と温度、鋼帯Ｂの搬送速度Ｖと搬送距離Ｌｂとをメモリ２９から読み出し、徐冷帯１２内における冷却ガスと鋼帯Ｂとの間の熱伝達率αｂを関数ｆにより計算し、熱伝達率αｂを用いて徐冷帯１２内で鋼帯Ｂから奪われる顕熱を計算し、算出した顕熱を目標温度Ｔｅに加えてなされる。
【００１８】
そして、擬似目標温度Ｔｍ´と均熱帯温度Ｔｓとを比較する（Ｓ３）。擬似目標温度Ｔｍ´が均熱帯温度Ｔｓよりも低い場合は、目標温度Ｔｍに擬似目標温度Ｔｍ´の値を与える（Ｓ４）。擬似目標温度Ｔｍ´が均熱帯温度Ｔｓ以上である場合は、目標温度Ｔｍに均熱帯温度Ｔｓの値を与える（Ｓ５）。
次に、冷却装置Ｒｐが急冷冷却装置１４である場合を説明する（図２を参照）。プログラムＰ２は、Ｓ１において冷却装置Ｒｐが急冷冷却装置１４であると判断したらＳ６へ進む。
【００１９】
Ｓ６では、ファン２０ａを定格最大出力の９５％以上で運転した場合に、急冷帯出側で鋼帯Ｂが示す擬似目標温度Ｔｍ″を算出する。擬似目標温度Ｔｍ″の計算は、均熱帯温度Ｔｓ、鋼帯Ｂの比熱Ｃｐ、比重ρ、サイズＤ、急冷帯１１内に噴出される冷却ガス量と温度、鋼帯Ｂの搬送速度Ｖと搬送距離Ｌａとをメモリ２９から読み出し、急冷帯１１内における冷却ガスと鋼帯Ｂとの間の熱伝達率αａを関数ｆにより計算し、熱伝達率αａを用いて急冷帯１１内で鋼帯Ｂから奪われる顕熱を計算し、この顕熱を均熱帯温度Ｔｓから引いてなされる。
【００２０】
そして、算出した擬似目標温度Ｔｍ″と目標温度Ｔｅの比較を行う（Ｓ７）。擬似目標温度Ｔｍ″が目標温度Ｔｅよりも高い場合は、目標温度Ｔｍに擬似目標温度Ｔｍ″の値を与える（Ｓ８）。また、擬似目標温度Ｔｍ″が目標温度Ｔｅ以下である場合は、目標温度Ｔｍに目標温度Ｔｅの値を与える（Ｓ９）。
ファン制御部３０ａは、演算部２７、温度計２２ａ、２２ｂ及びファン２０ａとそれぞれつながっており、ファン２０ａの出力を制御し、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２を制御可能に構成されている。すなわち、ファン制御部３０ａによるファン２０ａの制御は、演算部２７から目標温度Ｔｍと均熱帯温度Ｔｓを受け取り、温度計２２ａ、２２ｂから受け取る実測温度Ｔ１及びＴ２と目標温度Ｔｍに基づいて、ファン２０ａへ出力制御信号Ｓａを送ってファン２０ａの出力を調整し、実測温度Ｔ２を目標温度Ｔｍに一致させるフィードバック制御となっている。なお、目標温度Ｔｍが均熱帯温度Ｔｓと同じ場合、ファン制御部３０ａはファン２０ａへファン２０ａを停止させる出力制御信号Ｓａを送る構成となっている。
【００２１】
ファン制御部３０ｂは、演算部２７、温度計２２ｂ、２２ｃ及びファン２０ｂとそれぞれつながっており、ファン２０ｂの出力を制御し、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ３を制御可能に構成されている。すなわち、ファン制御部３０ｂによるファン２０ｂの制御は、演算部２７から目標温度Ｔｍと目標温度Ｔｅとを受け取り、温度計２２ｂ、２２ｃから受け取る実測温度Ｔ２及びＴ３と目標温度Ｔｅに基づいて、ファン２０ｂへ出力制御信号Ｓｂを送ってファン２０ｂの出力を調整し、実測温度Ｔ３を目標温度Ｔｅと一致させるフィードバック制御となっている。なお、目標温度Ｔｍが均熱帯温度Ｔｓと同じ場合、ファン制御部３０ｂはファン２０ｂへファン２０ｂを停止させる出力制御信号Ｓｂを送る構成となっている。
【００２２】
本実施の形態は上記のように構成されており、次に、その作用について説明する。
冷却設備１０には上流の均熱帯から均熱帯温度Ｔｓとなった鋼帯Ｂが連続供給されており、鋼帯Ｂは急冷帯１１を通ってから徐冷帯１２を通っている。
制御システム２６の演算部２７に、連続焼鈍炉で処理される鋼帯Ｂの性状Ｃ１、冷却処理温度条件Ｃ２のデータが外部から入力され、メモリ２９に記憶される。そして、演算部２７のＣＰＵ２８においてプログラムＰ１に基づく演算処理がなされ、冷却装置Ｒｐの決定がなされる。最初に、冷却装置Ｒｐは徐冷冷却装置１５であると決定された場合、すなわち、徐冷冷却装置１５の方が急冷冷却装置１４よりもランニングコストが低廉であると計算された場合について述べる。
【００２３】
プログラムＰ１の決定に従って、プログラムＰ２は冷却装置Ｒｐが徐冷冷却装置１５であると判断し、メモリ２９から所定のデータを読み出して熱伝達率αｂを計算し、熱伝達率αｂから鋼帯Ｂの顕熱を計算して、目標温度Ｔｍを算出する。そして、目標温度Ｔｍと均熱帯温度Ｔｓとが演算部２７からファン制御部３０ａへ送られ、目標温度Ｔｍと目標温度Ｔｅとがファン制御部３０ｂへ送られる。
【００２４】
急冷帯１１内では、ファン２０ａが稼動してチャンバー１８ａから冷却ガスが噴出しており、冷却ガスが鋼帯Ｂを均熱帯温度Ｔｓから目標温度Ｔｍまで冷却する。鋼帯Ｂの顕熱により昇温した冷却ガスは回収されて熱交換器１９ａで冷却され、再び、ファン２０ａによりチャンバー１８ａから急冷帯１１内へ噴出されている。
【００２５】
温度計２２ａと２２ｂが、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ１と実測温度Ｔ２とを連続計測し、その計測値をファン制御部３０ａへ送っている。ここで、急冷帯１１には均熱帯で均熱帯温度Ｔｓとなった鋼帯Ｂが搬送されているので、実測温度Ｔ１は常に均熱帯温度Ｔｓと一致している。ファン制御部３０ａは目標温度Ｔｍと実測温度Ｔ２との差を計算して出力制御信号Ｓａをファン２０ａへ送り、ファン２０ａの出力を調整し、ファン２０ａをフィードバック制御し、実測温度Ｔ２を目標温度Ｔｍと合致させている。
【００２６】
なお、プログラムＰ２により目標温度Ｔｍが均熱帯温度Ｔｓと同じ値であると算出されたときは、鋼帯Ｂの急冷帯入側温度と出側温度は同じでよいこととなり、ファン制御部３０ａはファン２０ａの運転する必要はないと判断し、ファン２０ａを停止させる出力制御信号Ｓａを送り、ファン２０ａの運転を停止する。
鋼帯Ｂは目標温度Ｔｍまで冷却されて急冷帯１１を出、徐冷帯１２へ入る。徐冷帯１２内には、ファン２０ｂが稼動してチャンバー１８ｂから冷却ガスが噴出しており、噴出した冷却ガスは鋼帯Ｂを目標温度Ｔｍから目標温度Ｔｅまで冷却する。鋼帯Ｂの顕熱により昇温した冷却ガスは回収されて熱交換器１９ｂで冷却され、再び、ファン２０ｂによりチャンバー１８ｂから徐冷帯１２内へ噴出されている。
【００２７】
温度計２２ｂと２２ｃが、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２と実測温度Ｔ３とを連続計測し、その計測値をファン制御部３０ｂへ送る。ここで、実測温度Ｔ２は、ファン制御部３０ａによるファン２０ａの制御によって目標温度Ｔｍとなっている。ファン制御部３０ｂは目標温度Ｔｅと実測温度Ｔ３との差を計算して出力制御信号Ｓｂをファン２０ｂへ送り、ファン２０ｂの出力を調整し、ファン２０ｂをフィードバック制御し、実測温度Ｔ３を目標温度Ｔｅと合致させている。
【００２８】
このとき、徐冷冷却装置１５のファン２０ｂは定格最大出力の９５％以上で運転されており、低ランニングコストの徐冷冷却装置１５はほぼフル稼働状態に近い状態にあり、徐冷冷却装置１５が冷却できない鋼帯Ｂの顕熱分を高ランニングコストの急冷冷却装置１４が冷却している。したがって、高ランニングコストの急冷冷却装置１４の運転は殆ど最小限に抑制されている。
【００２９】
次に、プログラム１が冷却装置Ｒｐは急冷冷却装置１４であると決定した場合、すなわち、急冷冷却装置１４の方が徐冷冷却装置１５よりもランニングコストが低廉であると計算された場合について述べる。
プログラムＰ２は冷却装置Ｒｐが急冷冷却装置１４であると判断し、熱伝達率αａを計算し、熱伝達率αａを用いて鋼帯Ｂの顕熱を計算し、鋼帯Ｂの目標温度Ｔｍを算出する。そして、演算部２７から目標温度Ｔｍと均熱帯温度Ｔｓがファン制御部３０ａへ送られ、目標温度Ｔｍと目標温度Ｔｅがファン制御部３０ｂへ送られる。
【００３０】
急冷帯１１内では、急冷冷却装置１４が鋼帯Ｂを均熱帯温度Ｔｓから目標温度Ｔｍまで冷却している。そして、温度計２２ａと２２ｂが鋼帯Ｂの実測温度Ｔ１と実測温度Ｔ２とを計測し、その計測値をファン制御部３０ａへ送る。なお、ここでも、実測温度Ｔ１は均熱帯温度Ｔｓと一致している。ファン制御部３０ａは目標温度Ｔｍと実測温度Ｔ２との差からファン２０ａをフィードバック制御し、実測温度Ｔ２を目標温度Ｔｍと合致させている。
【００３１】
鋼帯Ｂは目標温度Ｔｍまで冷却されて急冷帯１１を出、徐冷帯１２へ入る。徐冷帯１２内では、徐冷冷却装置１５が鋼帯Ｂを目標温度Ｔｍから目標温度Ｔｅまで冷却している。そして、温度計２２ｂと２２ｃが鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２と実測温度Ｔ３とを計測し、その計測値をファン制御部３０ｂへ送る。なお、実測温度Ｔ２は目標温度Ｔｍとなっている。ファン制御部３０ｂは目標温度Ｔｅと実測温度Ｔ３とからファン２０ｂの出力をフィードバック制御し、実測温度Ｔ３を目標温度Ｔｅと合致させている。
【００３２】
なお、プログラムＰ２により目標温度Ｔｍが目標温度Ｔｅと同じであると算出されたときは、徐冷帯入側と出側で鋼帯Ｂの温度は同じでよいこととなり、ファン制御部３０ｂはファン２０ｂの運転する必要はないと判断し、ファン２０ｂを停止する。
このとき、急冷冷却装置１４のファン２０ａは定格最大出力の９５％以上で運転されており、低ランニングコストの急冷冷却装置１４はほぼフル稼働状態に近い状態にあり、急冷冷却装置１４が冷却できない鋼帯Ｂの顕熱分を高ランニングコストの徐冷冷却装置１５が冷却している。したがって、高ランニングコストの徐冷冷却装置１５の運転は殆ど最小限に抑制されている。
【００３３】
なお、上記本実施の形態では、プログラムＰ２のＳ２又はＳ６において、ファン２０ａ又は２０ｂを定格最大出力の９５％以上で運転すると仮定した場合の擬似目標温度Ｔｍ´又は擬似目標温度Ｔｍ″を算出するとしたが、計算の条件がファン２０ａ又は２０ｂの各定格最大出力の９５％以上に限定されるものでないことは勿論である。この数値は、冷却設備１０の稼動条件によって適宜異なる値を用いることが可能である。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る鋼帯冷却方法の作用・効果の検証試験を実施した。本検証試験では、上記実施の形態で説明したものと同様の構成を有する冷却設備を用いて、連続焼鈍炉の加熱帯と均熱帯で処理された鋼帯Ｂに冷却処理を施した（発明例）。
鋼帯Ｂの性状Ｃ１において、板厚は０．９ｍｍ、帯幅は１２００ｍｍ、冷却設備内での搬送速度Ｖは２５０ｍ／ｍｉｎである。また、鋼帯Ｂの冷却処理温度条件Ｃ２において、鋼帯Ｂの均熱帯温度Ｔｓは８００℃、目標温度Ｔｅは２００℃となっている。
【００３５】
プログラムＰ１は鋼帯Ｂの性状Ｃ１、冷却処理温度条件Ｃ２より、徐冷冷却装置を低ランニングコストの冷却装置Ｒｐであると決定したため、徐冷冷却装置を優先的に大きな出力で運転することとした。
プログラム２により、目標温度Ｔｍは５８０℃と算出された。この算出結果にしたがって、急冷冷却装置で鋼帯Ｂを８００℃から５８０℃まで冷却し、徐冷冷却装置で鋼帯Ｂを５８０℃から２００℃まで冷却した（図３を参照）。図３は縦軸に鋼帯Ｂの温度をとり、横軸に連続焼鈍炉内での鋼帯Ｂの位置をとってあり、各位置での鋼帯Ｂの温度を示している。
【００３６】
そして、急冷冷却装置と徐冷冷却装置について、それぞれのファンの出力及びそれぞれの実際の消費電力コストを計測した。
また、比較のため、以下の条件で、発明例で用いたのと同じ冷却設備を用いて、連続焼鈍炉の均熱帯で８００℃となった鋼帯Ｂに冷却処理を施した（比較例）。比較例において、８００℃から２００℃まで鋼帯Ｂを冷却するとともに、プログラムＰ１及びＰ２による演算を行わず、急冷冷却装置のファンを定格最大出力１００％で運転して鋼帯Ｂを冷却し、急冷冷却装置で冷却できなかった鋼帯Ｂの顕熱を徐冷冷却装置で冷却することとした。
【００３７】
比較例において、急冷冷却装置のファンを定格最大出力１００％で運転すると、急冷帯出側における鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２は５２０℃となり、徐冷冷却装置により鋼帯Ｂを５２０℃から２００℃まで冷却した（図３を参照）。
比較例の急冷冷却装置と徐冷冷却装置についても、それぞれのファンの出力及びそれぞれの実際の消費電力コストを計測した。
表１に、発明例と比較例のそれぞれについて、鋼帯Ｂの温度、急冷冷却装置のファン出力、徐冷冷却装置のファン出力、急冷冷却装置の消費電力コスト及び徐冷冷却装置の消費電力コストを示す。
【００３８】
【表１】
表１において、各ファン出力は定格最大出力に対する百分率を用いて示されている。各消費電力コストは、比較例における急冷冷却装置及び徐冷冷却装置の総消費電力コストを基準値の１００とし、基準値に対する相対値により示されている。
発明例では、高ランニングコストの急冷冷却装置のファンは定格最大出力６６％で運転され、低ランニングコストの徐冷冷却装置のファンは定格最大出力８９％で運転されている。なお、発明例において、徐冷冷却装置のファンの出力を定格最大出力８９％に抑えて運転したのは次の理由による。すなわち、冷却設備内で鋼帯Ｂの安定した搬送を確保する必要があり、鋼帯Ｂの実測温度Ｔ２の上限値が規制され、徐冷冷却装置のファンを定格最大出力８９％以下で運転せざるを得なかったからである。発明例における急冷冷却装置及び徐冷冷却装置の各消費電力コストはそれぞれ５２．９及び３０．９となり、総消費電力コストは８３．８であった。
【００４０】
一方、比較例では、高ランニングコストの急冷冷却装置のファンは定格最大出力１００％で運転され、低ランニングコストの徐冷冷却装置のファンは定格最大出力７６％で運転されている。そして、急冷冷却装置及び徐冷冷却装置の各消費電力コストはそれぞれ７３．０及び２７．０となり、総消費電力コストは１００であった。
【００４１】
すなわち、比較例に対して発明例は、低ランニングコストの徐冷冷却装置のファン出力を優先的に大きくして運転し、高ランニングコストの急冷冷却装置のファンは補完的に運転しているにすぎない。このため、高ランニングコストの急冷冷却装置のファンの運転は最小限に抑制され、総消費電力コストも抑制されている。すなわち、比較例の総消費電力コストに対して発明例の総消費電力コストは１６．２％低減されている。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、上記のような鋼帯冷却方法であるので、急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とを備える冷却設備において、各ガスジェット冷却装置を効率よく稼働させ、鋼帯の冷却処理コストを抑制できる鋼帯冷却方法を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却設備の構成図である。
【図２】プログラムＰ２の流れ図である。
【図３】鋼帯の温度変化図である。
【符号の説明】
１０ 冷却設備
１１ 急冷帯
１２ 徐冷帯
１４ 急冷冷却装置
１５ 徐冷冷却装置
１８ａ、１８ｂ チャンバー
１９ａ、１９ｂ 熱交換器
２０ａ、２０ｂ ファン
２１ａ、２１ｂ ロール
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 温度計
２６ 制御システム
２７ 演算部
２８ ＣＰＵ
２９ メモリ
３０ａ、３０ｂ ファン制御部
Ｂ 鋼帯
Ｃ１ 鋼帯性状
Ｃｐ 鋼帯の比熱
ρ 鋼帯の比重
Ｄ 鋼帯のサイズ
Ｃ２ 冷却処理温度条件
Ｖ 鋼帯の搬送速度
Ｐ１、Ｐ２ プログラム
Ｔ１ 急冷帯入側実測温度
Ｔ２ 急冷帯出側実測温度
Ｔ３ 徐冷帯出側実測温度
Ｔｓ 急冷帯入側温度（均熱帯温度）
Ｔｍ 急冷帯出側目標温度（徐冷帯入側目標温度）
Ｔｍ´、Ｔｍ″ 擬似目標温度
Ｔｅ 徐冷帯出側目標温度
Ｓａ、Ｓｂ 出力制御信号
Claims (1)
- 冷却能力を異にする急冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置と徐冷冷却装置を構成するガスジェット冷却装置とが順番に鋼帯を冷却する冷却設備において、
処理対象の鋼帯に応じ、各ガスジェット冷却装置が鋼帯から奪う顕熱の単位熱量当たりのランニングコストを算出し、
ランニングコストが小さなガスジェット冷却装置の出力を優先的に大きくし、各ガスジェット冷却装置の入側及び出側の鋼帯温度を制御することを特徴とする鋼帯冷却方法。
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