JP4924952B2 - 熱延鋼板の冷却方法及び冷却設備 - Google Patents
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Description
本発明は、熱延鋼板の冷却方法及び冷却設備に関する。特に、本発明は、巻取装置で巻き取られる際の熱延鋼板の温度（巻取温度）を精度良く目標温度（目標巻取温度）に制御することが可能な熱延鋼板の冷却方法及び冷却設備に関する。
熱延鋼板は、熱間圧延機で圧延された後、搬送テーブルによって巻取装置に向けて搬送され、巻取装置によってコイル状に巻き取られる。搬送テーブルには冷却装置が設置されている。この冷却装置により、熱延鋼板は巻取装置で巻き取られる前に冷却される。巻取装置で巻き取られる際の熱延鋼板の温度（巻取温度）は、熱延鋼板の機械的特性を所定の範囲内に収めて良好な品質の熱延鋼板を得る上で、重要な管理項目である。従って、熱延鋼板の巻取温度を精度良く目標温度（目標巻取温度）に制御することが望まれている。
図４は、従来の一般的な冷却設備の概略構成例を示す模式図である。
図４に示すように、従来の冷却設備１００’は、熱間圧延機２０で圧延され巻取装置３０に向けて搬送テーブル４０によって搬送される熱延鋼板Ｓの巻取温度が所定の温度となるように、熱間圧延機２０と巻取装置３０との間に配置され、水冷又は空冷の組み合わせからなる所定の冷却パターンで熱延鋼板Ｓを冷却するように構成されている。
図４に示すように、従来の冷却設備１００’は、熱間圧延機２０で圧延され巻取装置３０に向けて搬送テーブル４０によって搬送される熱延鋼板Ｓの巻取温度が所定の温度となるように、熱間圧延機２０と巻取装置３０との間に配置され、水冷又は空冷の組み合わせからなる所定の冷却パターンで熱延鋼板Ｓを冷却するように構成されている。
具体的には、冷却設備１００’は、熱延鋼板Ｓの搬送方向に沿ってそれぞれ配置され、水冷及び空冷の切り替えが可能な複数の冷却装置１（１１〜１ｎ）と、熱間圧延機２０の出側（熱延鋼板Ｓの搬送方向最上流側に配置された冷却装置１１の入側）に配置され、熱延鋼板Ｓの温度を測定する温度計（放射温度計）２と、各冷却装置１がそれぞれ水冷又は空冷の何れかを行う複数の冷却パターンを想定し、該複数の冷却パターンについて伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての熱延鋼板Ｓの巻取温度を予測する巻取温度予測手段４と、前記想定した複数の冷却パターンのうち巻取温度予測手段４によって予測した熱延鋼板Ｓの巻取温度が所定の温度（目標巻取温度との差が所定値以下となる温度）となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンに従って各冷却装置１が行う水冷又は空冷を切り替える冷却制御手段５とを備える。
各冷却装置１は、上下一対の冷却ヘッダを具備し、各冷却ヘッダには、熱延鋼板Ｓに向けて冷却水を噴射する複数の水冷ノズルが設置されている。水冷ノズルに冷却水を供給するか否かは、各冷却装置１が具備するバルブの開閉によって制御される。換言すれば、冷却装置１が具備するバルブを開くと、当該冷却装置１が具備する各水冷ノズルに冷却水が供給され、各水冷ノズルから熱延鋼板Ｓに向けて冷却水が噴射される。すなわち、熱延鋼板Ｓが水冷される。一方、冷却装置１が具備するバルブを閉じると、当該冷却装置１が具備する各水冷ノズルへの冷却水の供給が停止し、各水冷ノズルから熱延鋼板Ｓに向けての冷却水の噴射が停止される。すなわち、熱延鋼板Ｓが空冷（放冷）される。
また、冷却設備１００’は、熱間圧延機２０の出側に配置され、熱延鋼板Ｓの厚みを測定する厚み計６と、熱間圧延機２０の出側に配置され、熱延鋼板Ｓの速度を測定する速度計７とを備える。
さらに、冷却設備１００’は、温度計２の視野内にある熱延鋼板Ｓ上に冷却装置１からの冷却水が飛散することによって、温度計２に測温誤差が生じることを低減するため、高圧パージ水を噴射する水切り装置８を備える。また、冷却設備１００’は、巻取装置３０の入側（熱延鋼板Ｓの搬送方向最下流側に配置された冷却装置１ｎの出側）に配置され、熱延鋼板Ｓの巻取温度を測定する温度計（放射温度計）９と、温度計９に測温誤差が生じることを低減するための水切り装置１０とを備える。
さらに、冷却設備１００’は、温度計２の視野内にある熱延鋼板Ｓ上に冷却装置１からの冷却水が飛散することによって、温度計２に測温誤差が生じることを低減するため、高圧パージ水を噴射する水切り装置８を備える。また、冷却設備１００’は、巻取装置３０の入側（熱延鋼板Ｓの搬送方向最下流側に配置された冷却装置１ｎの出側）に配置され、熱延鋼板Ｓの巻取温度を測定する温度計（放射温度計）９と、温度計９に測温誤差が生じることを低減するための水切り装置１０とを備える。
上記の構成を有する冷却設備１００’において、熱間圧延機２０で圧延された熱延鋼板Ｓが温度計２の下方を通過する際、所定のサンプリング周期で、熱延鋼板Ｓの温度及び厚みが、それぞれ温度計２及び厚み計６によって測定される。温度計２と厚み計６とは近接しているため、温度を測定した熱延鋼板Ｓの部位と、厚みを測定した熱延鋼板Ｓの部位とは、同一の部位（以下、この部位をサンプリング点という）であると考えても問題はない。また、温度計２によって各サンプリング点の温度を測定する際、速度計７によって各サンプリング点の速度が測定される。これら各サンプリング点について測定した温度、厚み及び速度は、巻取温度予測手段４に入力される。
巻取温度予測手段４は、前述のようにして測定され入力された各サンプリング点についての温度、厚み及び速度の他、予め入力された熱延鋼板Ｓの比熱、密度、水冷時及び空冷時の熱伝達率、冷却装置１が水冷する場合の冷却水の水量密度、水温、並びに気温などのパラメータを用いて、複数の冷却パターン（各冷却装置１が具備するバルブの開閉状態が異なる複数のパターン）を想定してそれぞれ伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての各サンプリング点の巻取温度を予測する。この巻取温度の予測は、各サンプリング点が熱延鋼板Ｓの搬送方向最上流側に配置された冷却装置１１に到達する前に実行される。
冷却制御手段５は、前記想定した複数の冷却パターンのうち巻取温度予測手段４によって予測した各サンプリング点の巻取温度が所定の温度（目標巻取温度との差が所定値以下となる温度）となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンに従って各冷却装置１が実際に行う水冷又は空冷を切り替える。すなわち、冷却制御手段５は、前記選択した冷却パターンに従って、各冷却装置１が具備するバルブの開閉状態を切り替える。この冷却制御手段５によるバルブの切り替え動作は、各サンプリング点が各冷却装置１１に到達する前に実行される。そして、各サンプリング点は、前記選択した冷却パターンに従って各冷却装置１１により冷却される。
以上に説明した冷却設備１００’は、伝熱計算によって予測した熱延鋼板Ｓの巻取温度が目標巻取温度乃至その近傍となるように、各冷却装置１が具備するバルブの開閉状態を切り替えるものであるため、熱延鋼板Ｓの実際の巻取温度が目標巻取温度乃至その近傍となるには、熱延鋼板Ｓの巻取温度を高精度に予測する必要がある。
しかしながら、熱延鋼板Ｓの巻取温度を高精度に予測するには、水冷時に熱延鋼板Ｓから奪われる熱量や空冷時に熱延鋼板Ｓから奪われる熱量を予測することに加え、鋼の相変態により発生する発熱量を予測する必要があるが、これらを全て正確に予測することは困難である。
換言すれば、水冷時及び空冷時の熱伝達率として、経験的に定めた固定値を用いたのでは、熱延鋼板Ｓの巻取温度を高精度に予測することは困難である。
しかしながら、熱延鋼板Ｓの巻取温度を高精度に予測するには、水冷時に熱延鋼板Ｓから奪われる熱量や空冷時に熱延鋼板Ｓから奪われる熱量を予測することに加え、鋼の相変態により発生する発熱量を予測する必要があるが、これらを全て正確に予測することは困難である。
換言すれば、水冷時及び空冷時の熱伝達率として、経験的に定めた固定値を用いたのでは、熱延鋼板Ｓの巻取温度を高精度に予測することは困難である。
このため、例えば、特許文献１に記載のように、熱延鋼板の実測温度を用いて熱伝達率を補正（学習）する方法が提案されている。特許文献１に記載の方法は、熱間圧延機の出側と巻取装置の入側で熱延鋼板の温度を測定し、その測定結果に基づいて逐次最小二乗法を用い、水冷時及び空冷時の熱伝達率を学習する方法である。
特開昭６４−６２２０６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、水冷時及び空冷時の熱伝達率を学習するに際し、熱間圧延機の出側における熱延鋼板の実測温度と、熱間圧延機と巻取装置との間に位置する冷却設備での水冷及び空冷の双方の影響を受けた巻取装置の入側における熱延鋼板の実測温度しか用いておらず、冷却設備での冷却過程における熱延鋼板の実測温度については何ら考慮していない。従って、特許文献１に記載の方法では、冷却設備での水冷時及び空冷時の熱伝達率を分離して学習させることができず、学習精度が低い、すなわち、水冷時及び空冷時の実際の熱伝達率を精度良く算出することができない。この結果、熱延鋼板の巻取温度を精度良く予測できず、熱延鋼板の巻取温度を精度良く目標巻取温度に制御できないという問題がある。
本発明は、斯かる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、熱延鋼板の巻取温度を精度良く目標巻取温度に制御することが可能な熱延鋼板の冷却方法及び冷却設備を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、熱間圧延機と巻取装置との間に位置する冷却帯（冷却設備）において、水冷前後と空冷前後の熱延鋼板の温度をそれぞれ実測し、この実測温度を用いて水冷時及び空冷時の熱伝達率を個別に算出すれば、水冷時及び空冷時の実際の熱伝達率を精度良く算出することができることを見出した。そして、この熱伝達率を用いれば、熱延鋼板の巻取温度を精度良く予測でき、ひいては熱延鋼板の巻取温度を精度良く目標巻取温度に制御できることに想到し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、熱間圧延機で圧延され巻取装置に向けて搬送される熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となるように、前記熱間圧延機と前記巻取装置との間に位置し熱延鋼板の搬送方向に沿って複数の区間に分割された冷却帯において、前記各区間でそれぞれ行われる水冷又は空冷の組み合わせからなる所定の冷却パターンで熱延鋼板を冷却する方法であって、以下の（１）〜（４）の各ステップを含むことを特徴とする熱延鋼板の冷却方法を提供する。
（１）前記冷却帯のうち熱延鋼板が水冷される区間の入側と出側の熱延鋼板の温度をそれぞれ測定し、該測定した熱延鋼板の温度差に基づき、水冷時の熱伝達率（熱延鋼板から水への熱伝達率）を算出するステップ。
（２）前記冷却帯のうち熱延鋼板が空冷される区間の入側と出側の熱延鋼板の温度をそれぞれ測定し、該測定した熱延鋼板の温度差に基づき、空冷時の熱伝達率（熱延鋼板から空気への熱伝達率）を算出するステップ。
（３）前記冷却帯における複数の冷却パターンを想定し、該複数の冷却パターンについて、前記算出した水冷時及び空冷時の熱伝達率を用いてそれぞれ伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての熱延鋼板の巻取温度を予測するステップ。
（４）前記想定した複数の冷却パターンのうち前記予測した熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンにより熱延鋼板を冷却するステップ。
（１）前記冷却帯のうち熱延鋼板が水冷される区間の入側と出側の熱延鋼板の温度をそれぞれ測定し、該測定した熱延鋼板の温度差に基づき、水冷時の熱伝達率（熱延鋼板から水への熱伝達率）を算出するステップ。
（２）前記冷却帯のうち熱延鋼板が空冷される区間の入側と出側の熱延鋼板の温度をそれぞれ測定し、該測定した熱延鋼板の温度差に基づき、空冷時の熱伝達率（熱延鋼板から空気への熱伝達率）を算出するステップ。
（３）前記冷却帯における複数の冷却パターンを想定し、該複数の冷却パターンについて、前記算出した水冷時及び空冷時の熱伝達率を用いてそれぞれ伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての熱延鋼板の巻取温度を予測するステップ。
（４）前記想定した複数の冷却パターンのうち前記予測した熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンにより熱延鋼板を冷却するステップ。
また、前記課題を解決するため、本発明は、熱間圧延機で圧延され巻取装置に向けて搬送される熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となるように、前記熱間圧延機と前記巻取装置との間に配置され、水冷又は空冷の組み合わせからなる所定の冷却パターンで熱延鋼板を冷却する設備であって、熱延鋼板の搬送方向に沿ってそれぞれ配置され、水冷及び空冷の切り替えが可能な複数の冷却装置と、前記各冷却装置の入側及び出側にそれぞれ配置され、熱延鋼板の温度を測定する複数の温度計と、前記複数の冷却装置のうち熱延鋼板を水冷する冷却装置の入側と出側にそれぞれ配置された前記温度計によって測定した熱延鋼板の温度差に基づき、水冷時の熱伝達率（熱延鋼板から水への熱伝達率）を算出し、前記複数の冷却装置のうち熱延鋼板を空冷する冷却装置の入側と出側にそれぞれ配置された前記温度計によって測定した熱延鋼板の温度差に基づき、空冷時の熱伝達率（熱延鋼板から空気への熱伝達率）を算出する熱伝達率算出手段と、前記各冷却装置がそれぞれ水冷又は空冷の何れかを行う複数の冷却パターンを想定し、該複数の冷却パターンについて、前記熱伝達率算出手段によって算出した水冷時及び空冷時の熱伝達率を用いて伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての熱延鋼板の巻取温度を予測する巻取温度予測手段と、前記想定した複数の冷却パターンのうち前記巻取温度予測手段によって予測した熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンに従って前記各冷却装置が行う水冷又は空冷を切り替える冷却制御手段とを備えることを特徴とする熱延鋼板の冷却設備としても提供される。
なお、本発明において「熱伝達率を算出する」とは、変数として与えられる熱伝達率そのものを算出することの他、固定値として与えられる熱伝達率に乗算する補正係数を算出することをも含む概念である。
本発明によれば、水冷時及び空冷時の熱伝達率を精度良く算出することができるため、熱延鋼板の巻取温度を精度良く予測でき、ひいては熱延鋼板の巻取温度を精度良く目標巻取温度に制御することが可能である。
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
＜１．冷却設備の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る冷却設備の概略構成例を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る冷却設備１００は、熱間圧延機２０で圧延され巻取装置３０に向けて搬送テーブル４０によって搬送される熱延鋼板Ｓの巻取温度が所定の温度となるように、熱間圧延機２０と巻取装置３０との間に配置され、水冷又は空冷の組み合わせからなる所定の冷却パターンで熱延鋼板Ｓを冷却するように構成されている。
図１は、本発明の一実施形態に係る冷却設備の概略構成例を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る冷却設備１００は、熱間圧延機２０で圧延され巻取装置３０に向けて搬送テーブル４０によって搬送される熱延鋼板Ｓの巻取温度が所定の温度となるように、熱間圧延機２０と巻取装置３０との間に配置され、水冷又は空冷の組み合わせからなる所定の冷却パターンで熱延鋼板Ｓを冷却するように構成されている。
具体的には、冷却設備１００は、熱延鋼板Ｓの搬送方向に沿ってそれぞれ配置され、水冷及び空冷の切り替えが可能な複数の冷却装置１（１１〜１ｎ）と、各冷却装置１の入側及び出側にそれぞれ配置され、熱延鋼板Ｓの温度を測定する複数の温度計（放射温度計）２、２Ａ（２１〜２ｎ）と、複数の冷却装置１のうち熱延鋼板Ｓを水冷する冷却装置１の入側と出側にそれぞれ配置された温度計によって測定した熱延鋼板Ｓの温度差に基づき、水冷時の熱伝達率（熱延鋼板から水への熱伝達率）を算出（具体的には熱伝達率の補正係数を算出）し、複数の冷却装置１のうち熱延鋼板Ｓを空冷する冷却装置１の入側と出側にそれぞれ配置された温度計によって測定した熱延鋼板Ｓの温度差に基づき、空冷時の熱伝達率（熱延鋼板から空気への熱伝達率）を算出（具体的には熱伝達率の補正係数を算出）する熱伝達率算出手段３と、各冷却装置１がそれぞれ水冷又は空冷の何れかを行う複数の冷却パターンを想定し、該複数の冷却パターンについて、熱伝達率算出手段３によって算出した水冷時及び空冷時の熱伝達率を用いて伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての熱延鋼板Ｓの巻取温度を予測する巻取温度予測手段４と、前記想定した複数の冷却パターンのうち巻取温度予測手段４によって予測した熱延鋼板Ｓの巻取温度が所定の温度（目標巻取温度との差が所定値以下となる温度）となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンに従って各冷却装置１が行う水冷又は空冷を切り替える冷却制御手段５とを備える。
各冷却装置１は、上下一対の冷却ヘッダを具備し、各冷却ヘッダには、熱延鋼板Ｓに向けて冷却水を噴射する複数の水冷ノズルが設置されている。水冷ノズルに冷却水を供給するか否かは、各冷却装置１が具備するバルブの開閉によって制御される。換言すれば、冷却装置１が具備するバルブを開くと、当該冷却装置１が具備する各水冷ノズルに冷却水が供給され、各水冷ノズルから熱延鋼板Ｓに向けて冷却水が噴射される。すなわち、熱延鋼板Ｓが水冷される。一方、冷却装置１が具備するバルブを閉じると、当該冷却装置１が具備する各水冷ノズルへの冷却水の供給が停止し、各水冷ノズルから熱延鋼板Ｓに向けての冷却水の噴射が停止される。すなわち、熱延鋼板Ｓが空冷（放冷）される。
なお、図１では、図示の便宜上、熱延鋼板Ｓの搬送方向について、各冷却装置１１〜１ｎの間に隙間が生じているが、実際には、各冷却装置１１〜１ｎは隙間無く連続的に配置されている。
また、冷却装置１１〜１ｎが配置されている全体の領域が、本発明における「冷却帯」に相当し、各冷却装置１１〜１ｎがそれぞれ配置されている領域が、本発明における「区間」に相当する。
なお、図１では、図示の便宜上、熱延鋼板Ｓの搬送方向について、各冷却装置１１〜１ｎの間に隙間が生じているが、実際には、各冷却装置１１〜１ｎは隙間無く連続的に配置されている。
また、冷却装置１１〜１ｎが配置されている全体の領域が、本発明における「冷却帯」に相当し、各冷却装置１１〜１ｎがそれぞれ配置されている領域が、本発明における「区間」に相当する。
各温度計２Ａは、各冷却装置１の出側に１台ずつ配置されている。例えば、温度計２１は、冷却装置１１の出側に配置された温度計であると同時に、冷却装置１２の入側に配置された温度計にも相当する。冷却装置１１の出側に配置される温度計と、冷却装置１２の入側に配置される温度計とを、別個の温度計とすることも可能であるが、温度計を設置するスペースの確保や設備費用の観点より、１台の温度計２１を、冷却装置１１の出側に配置される温度計で且つ冷却装置１２の入側に配置される温度計として使用することが望ましい。各冷却装置１の間に配置される他の温度計２Ａについても同様である。
各温度計２Ａとしては、搬送テーブル４０を構成する搬送ロール４１用の冷却水が飛散してきたり、水蒸気が籠もることによって、測温誤差が生じることを低減するため、いわゆる水柱温度計が用いられている。すなわち、熱延鋼板Ｓの裏面と放射温度計との間に、光導波路としての水柱を形成し、当該水柱を介して熱延鋼板Ｓ裏面からの放射光を前記放射温度計で受光することにより、熱延鋼板Ｓの温度を測定する構成とされている。温度計２Ａのより詳しい構成については後述する。
各温度計２Ａとしては、搬送テーブル４０を構成する搬送ロール４１用の冷却水が飛散してきたり、水蒸気が籠もることによって、測温誤差が生じることを低減するため、いわゆる水柱温度計が用いられている。すなわち、熱延鋼板Ｓの裏面と放射温度計との間に、光導波路としての水柱を形成し、当該水柱を介して熱延鋼板Ｓ裏面からの放射光を前記放射温度計で受光することにより、熱延鋼板Ｓの温度を測定する構成とされている。温度計２Ａのより詳しい構成については後述する。
また、冷却設備１００は、熱間圧延機２０の出側に配置され、熱延鋼板Ｓの厚みを測定する厚み計６と、熱間圧延機２０の出側に配置され、熱延鋼板Ｓの速度を測定する速度計７とを備える。
さらに、冷却設備１００は、温度計２の視野内にある熱延鋼板Ｓ上に冷却装置１からの冷却水が飛散することによって、温度計２に測温誤差が生じることを低減するため、高圧パージ水を噴射する水切り装置８を備える。また、冷却設備１００は、巻取装置３０の入側に配置され、熱延鋼板Ｓの巻取温度を測定する温度計（放射温度計）９と、温度計９に測温誤差が生じることを低減するための水切り装置１０とを備える。
さらに、冷却設備１００は、温度計２の視野内にある熱延鋼板Ｓ上に冷却装置１からの冷却水が飛散することによって、温度計２に測温誤差が生じることを低減するため、高圧パージ水を噴射する水切り装置８を備える。また、冷却設備１００は、巻取装置３０の入側に配置され、熱延鋼板Ｓの巻取温度を測定する温度計（放射温度計）９と、温度計９に測温誤差が生じることを低減するための水切り装置１０とを備える。
以下、上記の構成を有する冷却設備１００の巻取温度予測手段４が行う巻取温度の予測方法、冷却手段５が行う水冷又は空冷の切り替え動作、及び、熱伝達率算出手段３が行う熱伝達率の算出（具体的には熱伝達率の補正係数の算出）方法について、具体的に説明する。
＜２．巻取温度予測手段による巻取温度予測方法＞
熱間圧延機２０で圧延された熱延鋼板Ｓが温度計２の下方を通過する際、所定のサンプリング周期（例えば、０．４〜２．０秒周期）で、熱延鋼板Ｓの温度及び厚みが、それぞれ温度計２及び厚み計６によって測定される。温度計２と厚み計６とは近接しているため、温度を測定した熱延鋼板Ｓの部位と、厚みを測定した熱延鋼板Ｓの部位とは、同一の部位（以下、この部位をサンプリング点という）であると考えても問題はない。また、温度計２によって各サンプリング点の温度を測定する際、速度計７によって各サンプリング点の速度が測定される。これら各サンプリング点について測定した温度、厚み及び速度は、巻取温度予測手段４に入力される。
熱間圧延機２０で圧延された熱延鋼板Ｓが温度計２の下方を通過する際、所定のサンプリング周期（例えば、０．４〜２．０秒周期）で、熱延鋼板Ｓの温度及び厚みが、それぞれ温度計２及び厚み計６によって測定される。温度計２と厚み計６とは近接しているため、温度を測定した熱延鋼板Ｓの部位と、厚みを測定した熱延鋼板Ｓの部位とは、同一の部位（以下、この部位をサンプリング点という）であると考えても問題はない。また、温度計２によって各サンプリング点の温度を測定する際、速度計７によって各サンプリング点の速度が測定される。これら各サンプリング点について測定した温度、厚み及び速度は、巻取温度予測手段４に入力される。
巻取温度予測手段４は、前述のようにして測定され入力された各サンプリング点についての温度、厚み及び速度の他、予め入力された熱延鋼板Ｓの比熱、密度、水冷時及び空冷時の熱伝達率、冷却装置１が水冷する場合の冷却水の水量密度、水温、並びに気温などのパラメータを用いて、複数の冷却パターン（各冷却装置１が具備するバルブの開閉状態が異なる複数のパターン）を想定してそれぞれ伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての各サンプリング点の巻取温度を予測する。この巻取温度の予測は、各サンプリング点が熱延鋼板Ｓの搬送方向最上流側に配置された冷却装置１１に到達する前に実行される。
具体的には、想定した冷却パターンにおいて、熱延鋼板Ｓの搬送方向上流側から数えてｉ番目の冷却装置１が水冷する（バルブを開状態とする）場合には、下記の式（１）によって、ｉ番目の冷却装置による熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度降下量ΔＴＷｉを計算する。一方、想定した冷却パターンにおいて、ｉ番目の冷却装置１が空冷する（バルブを閉状態とする）場合には、下記の式（２）によって、ｉ番目の冷却装置による熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度降下量ΔＴａｉを計算する。そして、下記の式（７）に示すように、熱間圧延機２０の出側（熱延鋼板Ｓの搬送方向最上流側に配置された冷却装置１１の入側）に配置された温度計２によって測定された各サンプリング点の温度ＴＦから、全ての冷却装置１による温度降下量を減算し、各サンプリング点の巻取温度ＴＣを予測する。
なお、上記の式（１）〜（７）に示す各パラメータの意味は、下記の通りである。
ｉ：熱延鋼板Ｓの搬送方向上流側から数えた冷却装置１の順番を表す添え字
ΔＴＷｉ：ｉ番目の冷却装置１が水冷する場合の熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度降下量（℃）
αＬｉ：ｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率（ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ℃）
ＺＬｉ：ｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率の補正係数（無次元量）
ｃ：熱延鋼板Ｓの比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）
ρ：熱延鋼板Ｓの密度（ｋｇ／ｍ３）
ｈ：熱延鋼板Ｓの厚み（ｍ）
Ｔｉ：ｉ番目の冷却装置１の入側における熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度（℃）
ＴＬ：冷却装置１の冷却水の水温（℃）
ｔｉ：ｉ番目の冷却装置１を熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が通過する時間（ｈｒ）
ΔＴａｉ：ｉ番目の冷却装置１が空冷する場合の熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度降下量（℃）
σ：ステファン・ボルツマン定数
ε：輻射率（無次元量）
ＴＥ：気温（℃）
αＥｉ：ｉ番目の冷却装置１の空冷時の熱伝達率（ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ℃）
ＺＥｉ：ｉ番目の冷却装置１の空冷時の熱伝達率の補正係数（無次元量）
ａ、ｂ：定数（無次元量）
Ｗｉ：ｉ番目の冷却装置１が水冷する場合の冷却水の水量密度（ｍ３／ｍ２ｈｒ）
Ｌｉ：ｉ番目の冷却装置１の長さ（ｍ）
ｖｉ：ｉ番目の冷却装置１を熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が通過する際の速度（ｍ／ｓｅｃ）
ＴＦ：熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の熱間圧延機２０の出側温度（℃）
ＴＣ：熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の巻取温度予測値（℃）
ｎ：冷却装置１の数
ｉ：熱延鋼板Ｓの搬送方向上流側から数えた冷却装置１の順番を表す添え字
ΔＴＷｉ：ｉ番目の冷却装置１が水冷する場合の熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度降下量（℃）
αＬｉ：ｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率（ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ℃）
ＺＬｉ：ｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率の補正係数（無次元量）
ｃ：熱延鋼板Ｓの比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）
ρ：熱延鋼板Ｓの密度（ｋｇ／ｍ３）
ｈ：熱延鋼板Ｓの厚み（ｍ）
Ｔｉ：ｉ番目の冷却装置１の入側における熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度（℃）
ＴＬ：冷却装置１の冷却水の水温（℃）
ｔｉ：ｉ番目の冷却装置１を熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が通過する時間（ｈｒ）
ΔＴａｉ：ｉ番目の冷却装置１が空冷する場合の熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度降下量（℃）
σ：ステファン・ボルツマン定数
ε：輻射率（無次元量）
ＴＥ：気温（℃）
αＥｉ：ｉ番目の冷却装置１の空冷時の熱伝達率（ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ℃）
ＺＥｉ：ｉ番目の冷却装置１の空冷時の熱伝達率の補正係数（無次元量）
ａ、ｂ：定数（無次元量）
Ｗｉ：ｉ番目の冷却装置１が水冷する場合の冷却水の水量密度（ｍ３／ｍ２ｈｒ）
Ｌｉ：ｉ番目の冷却装置１の長さ（ｍ）
ｖｉ：ｉ番目の冷却装置１を熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が通過する際の速度（ｍ／ｓｅｃ）
ＴＦ：熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の熱間圧延機２０の出側温度（℃）
ＴＣ：熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の巻取温度予測値（℃）
ｎ：冷却装置１の数
上記の式（１）におけるｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率αＬｉは、上記の式（３）によって算出される。
また、上記の式（１）及び（２）におけるｉ番目の冷却装置１を熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が通過する時間ｔｉは、上記の式（４）によって算出される。なお、上記の式（４）におけるｉ番目の冷却装置１を熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が通過する際の速度ｖｉとしては、巻取温度を予測する際には、実測値ではなく、速度計７によって測定された各サンプリング点の速度（各サンプリング点が温度計２の下方を通過する際の速度）に基づき計算された値が用いられる。例えば、前記速度計７によって測定された速度と、予め巻取温度予測手段４に入力された熱延鋼板Ｓの搬送加速度と、温度計２とｉ番目の冷却装置１との距離とに基づき、速度ｖｉは計算される。
さらに、上記の式（１）及び（２）におけるｉ番目の冷却装置１の入側における熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度Ｔｉとしては、巻取温度を予測する際には、１番目の冷却装置１１の入側における温度Ｔ１を除き、実測値ではなく、上記の式（５）及び（６）によって算出された値が用いられる。すなわち、１番目の冷却装置１１の入側における温度Ｔ１としては、冷却装置１１の入側に配置された温度計２によって実測された温度ＴＦが用いられる。また、２番目の冷却装置１２の入側における温度Ｔ２は、１番目の冷却装置１１が水冷する場合には、上記の式（１）にＴ１＝ＴＦを代入することによって得られるΔＴｗ１を上記の式（５）のΔＴ１として代入することにより算出される。また、１番目の冷却装置１１が空冷する場合には、上記の式（２）にＴ１＝ＴＦを代入することによって得られるΔＴａ１を上記の式（５）のΔＴ１として代入することにより、２番目の冷却装置１２の入側における温度Ｔ２が算出される。以下、同様にして、３番目からｎ番目までの冷却装置１の入側における熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度Ｔ３〜Ｔｎが算出される。
また、上記の式（１）及び（２）におけるｉ番目の冷却装置１を熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が通過する時間ｔｉは、上記の式（４）によって算出される。なお、上記の式（４）におけるｉ番目の冷却装置１を熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が通過する際の速度ｖｉとしては、巻取温度を予測する際には、実測値ではなく、速度計７によって測定された各サンプリング点の速度（各サンプリング点が温度計２の下方を通過する際の速度）に基づき計算された値が用いられる。例えば、前記速度計７によって測定された速度と、予め巻取温度予測手段４に入力された熱延鋼板Ｓの搬送加速度と、温度計２とｉ番目の冷却装置１との距離とに基づき、速度ｖｉは計算される。
さらに、上記の式（１）及び（２）におけるｉ番目の冷却装置１の入側における熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度Ｔｉとしては、巻取温度を予測する際には、１番目の冷却装置１１の入側における温度Ｔ１を除き、実測値ではなく、上記の式（５）及び（６）によって算出された値が用いられる。すなわち、１番目の冷却装置１１の入側における温度Ｔ１としては、冷却装置１１の入側に配置された温度計２によって実測された温度ＴＦが用いられる。また、２番目の冷却装置１２の入側における温度Ｔ２は、１番目の冷却装置１１が水冷する場合には、上記の式（１）にＴ１＝ＴＦを代入することによって得られるΔＴｗ１を上記の式（５）のΔＴ１として代入することにより算出される。また、１番目の冷却装置１１が空冷する場合には、上記の式（２）にＴ１＝ＴＦを代入することによって得られるΔＴａ１を上記の式（５）のΔＴ１として代入することにより、２番目の冷却装置１２の入側における温度Ｔ２が算出される。以下、同様にして、３番目からｎ番目までの冷却装置１の入側における熱延鋼板Ｓの各サンプリング点の温度Ｔ３〜Ｔｎが算出される。
巻取温度予測手段４は、以上に説明した各サンプリング点の巻取温度の予測を、想定した複数の冷却パターンについて実行する。具体的には、例えば、まず最初に、各冷却装置１が具備するバルブが全て閉状態（すなわち、全ての冷却装置１が空冷する状態）である冷却パターンについて、各サンプリング点の巻取温度を予測する。この予測した巻取温度が所定の温度（目標巻取温度との差が所定値以下となる温度）よりも高い場合、巻取温度予測手段４は、予め決められた順番に従い、何れかの冷却装置１のバルブを開いた別の冷却パターンについて、各サンプリング点の巻取温度を予測する。上記の順番は、特に限定されるものではないが、冷却後の熱延鋼板Ｓの品質や、操業上の安定性等を考慮して、経験則的に決定される。巻取温度予測手段４は、予測した巻取温度が上記所定の温度になるまで、伝熱計算に用いる冷却パターンを変更して、巻取温度の予測を繰り返す。そして、予測した巻取温度が上記所定の温度になったときの冷却パターンを冷却制御手段５に送信する。
＜３．冷却制御手段による水冷又は空冷の切り替え動作＞
前述のように、冷却制御手段５は、想定した複数の冷却パターンのうち巻取温度予測手段４によって予測した各サンプリング点の巻取温度が所定の温度（目標巻取温度との差が所定値以下となる温度）となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンに従って各冷却装置１が実際に行う水冷又は空冷を切り替える。本実施形態では、前述のように、巻取温度予測手段４から、予測した巻取温度が上記所定の温度になったときの冷却パターンが冷却制御手段５に送信されるため、冷却制御手段５は、送信された冷却パターン（これが冷却制御手段５が選択した冷却パターンに相当する）に従って各冷却装置１が実際に行う水冷又は空冷を切り替えることになる。ただし、本発明はこれに限るものではなく、巻取温度予測手段４が想定した複数の冷却パターンの全てを、巻取温度予測手段４が予測した巻取温度と共に冷却制御手段５に送信し、冷却制御手段５が、送信された複数の冷却パターンのうち巻取温度が所定の温度となる冷却パターンを選択する構成を採用することも可能である。
前述のように、冷却制御手段５は、想定した複数の冷却パターンのうち巻取温度予測手段４によって予測した各サンプリング点の巻取温度が所定の温度（目標巻取温度との差が所定値以下となる温度）となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンに従って各冷却装置１が実際に行う水冷又は空冷を切り替える。本実施形態では、前述のように、巻取温度予測手段４から、予測した巻取温度が上記所定の温度になったときの冷却パターンが冷却制御手段５に送信されるため、冷却制御手段５は、送信された冷却パターン（これが冷却制御手段５が選択した冷却パターンに相当する）に従って各冷却装置１が実際に行う水冷又は空冷を切り替えることになる。ただし、本発明はこれに限るものではなく、巻取温度予測手段４が想定した複数の冷却パターンの全てを、巻取温度予測手段４が予測した巻取温度と共に冷却制御手段５に送信し、冷却制御手段５が、送信された複数の冷却パターンのうち巻取温度が所定の温度となる冷却パターンを選択する構成を採用することも可能である。
具体的には、冷却制御手段５は、前記選択した（巻取温度予測手段４から送信された）冷却パターンに従って、各冷却装置１が具備するバルブの開閉状態を切り替える。この冷却制御手段５によるバルブの切り替え動作は、各サンプリング点が各冷却装置１１に到達する前に実行される。そして、各サンプリング点は、前記選択した冷却パターンに従って各冷却装置１１により冷却される。
＜４．熱伝達率算出手段による熱伝達率の算出（熱伝達率の補正係数の算出）方法＞
熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が温度計２の下方を通過する際に、温度計２によって測定された各サンプリング点の温度と、厚み計６によって測定された各サンプリング点の厚みとが、熱伝達率算出手段３に入力される。
また、各サンプリング点が各冷却装置１を通過する際に、速度計７によって測定された各サンプリング点の速度と、各冷却装置１の出側で温度計２Ａによって測定された各サンプリング点の温度と、各冷却装置１が具備するバルブの開閉状態とが、熱伝達率算出手段３に入力される。
熱伝達率算出手段３に入力される上記のパラメータは、必要に応じて適宜のバッファに蓄積された後、各サンプリング点の冷却が完了する（各サンプリング点が温度計２ｎの上方を通過する）毎に、或いは、熱延鋼板Ｓの全てのサンプリング点の冷却が完了した（最後のサンプリング点が温度計２ｎの上方を通過した）後に、熱伝達率算出手段３に入力される。
熱延鋼板Ｓの各サンプリング点が温度計２の下方を通過する際に、温度計２によって測定された各サンプリング点の温度と、厚み計６によって測定された各サンプリング点の厚みとが、熱伝達率算出手段３に入力される。
また、各サンプリング点が各冷却装置１を通過する際に、速度計７によって測定された各サンプリング点の速度と、各冷却装置１の出側で温度計２Ａによって測定された各サンプリング点の温度と、各冷却装置１が具備するバルブの開閉状態とが、熱伝達率算出手段３に入力される。
熱伝達率算出手段３に入力される上記のパラメータは、必要に応じて適宜のバッファに蓄積された後、各サンプリング点の冷却が完了する（各サンプリング点が温度計２ｎの上方を通過する）毎に、或いは、熱延鋼板Ｓの全てのサンプリング点の冷却が完了した（最後のサンプリング点が温度計２ｎの上方を通過した）後に、熱伝達率算出手段３に入力される。
ここで、熱延鋼板Ｓの搬送方向上流側から数えてｉ番目の冷却装置１の出側で、温度計２Ａによって測定された熱延鋼板Ｓの搬送方向下流側から数えてｊ番目のサンプリング点の温度をＴｍｊ，ｉ（℃）とし、ｉ番目の冷却装置１をｊ番目のサンプリング点が通過する時間をｔｊ，ｉ（ｈｒ）とする。ここで、時間ｔｊ，ｉは、前述した式（４）と同様に、ｉ番目の冷却装置１の長さを、ｉ番目の冷却装置１をｊ番目のサンプリング点が通過する際の速度で除することによって算出される。ただし、ｉ番目の冷却装置１をｊ番目のサンプリング点が通過する際の速度としては、巻取温度を予測する際と異なり、速度計７によって測定された実測値が用いられる。
熱伝達率算出手段３は、ｊ番目のサンプリング点がｉ番目の冷却装置１を通過する際、ｉ番目の冷却装置１が水冷する状態（バルブが開状態）であったとすれば、前述した式（１）から導出される下記の式（８）に基づいて、ｊ番目のサンプリング点についてのｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率の補正係数ＺＬｊ，ｉを算出する。一方、ｊ番目のサンプリング点がｉ番目の冷却装置１を通過する際、ｉ番目の冷却装置１が空冷する状態（バルブが閉状態）であったとすれば、前述した式（２）から導出される下記の式（９）に基づいて、ｊ番目のサンプリング点についてのｉ番目の冷却装置１の空冷時の熱伝達率の補正係数ＺＥｊ，ｉを算出する。
なお、上記の式（８）及び（９）において、Ｔｍｊ，０（Ｔｍｊ，ｉ−１のｉ＝１の場合）は、温度計２によって測定されたｊ番目のサンプリング点の温度を意味する。
また、上記の式（８）及び（９）において、前述した式（１）〜（７）に示すパラメータと同じ記号で表されたパラメータについては、式（１）〜（７）について前述したのと同じ意味であるため、ここではその説明を省略する。
また、上記の式（８）及び（９）において、前述した式（１）〜（７）に示すパラメータと同じ記号で表されたパラメータについては、式（１）〜（７）について前述したのと同じ意味であるため、ここではその説明を省略する。
熱伝達率算出手段３は、全てのサンプリング点について上記の演算を繰り返し、各サンプリング点について得られた水冷時の熱伝達率の補正係数ＺＬｊ，ｉを、下記の式（１０）に示すように平均化処理して、ｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率の補正係数の平均値ＺＬｉ Ａを算出する。同様に、各サンプリング点について得られた空冷時の熱伝達率の補正係数ＺＥｊ，ｉを、下記の式（１１）に示すように平均化処理して、ｉ番目の冷却装置１の空冷時の熱伝達率の補正係数の平均値ＺＥｉ Ａを算出する。
なお、上記の式（１０）及び（１１）において、ｊ番目のサンプリング点が、水冷する状態（バルブが開状態）のｉ番目の冷却装置１を通過する場合、ｕｊ，ｉ＝１、ｖｊ，ｉ＝０である。また、ｊ番目のサンプリング点が、空冷する状態（バルブが閉状態）のｉ番目の冷却装置１を通過する場合、ｕｊ，ｉ＝０、ｖｊ，ｉ＝１である。ｍはサンプリング点の数を意味する。
以上のようにして熱伝達率算出手段３で算出したｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率の補正係数の平均値ＺＬｉ Ａを、そのまま前述した式（１）に示すｉ番目の冷却装置１の水冷時の熱伝達率の補正係数ＺＬｉとして、次回搬送される熱延鋼板（上記のＺＬｉ Ａを算出するために温度等を測定した熱延鋼板の次に搬送される熱延鋼板）Ｓについての巻取温度予測手段４による巻取温度の予測に用いることができる。同様に、熱伝達率算出手段３で算出したｉ番目の冷却装置１の空冷時の熱伝達率の補正係数の平均値ＺＥｉ Ａを、そのまま前述した式（２）に示すｉ番目の冷却装置１の空冷時の熱伝達率の補正係数ＺＥｉとして、次回搬送される熱延鋼板Ｓについての巻取温度予測手段４による巻取温度の予測に用いることができる。
なお、今回搬送された熱延鋼板Ｓについての巻取温度の予測に用いた水冷時の熱伝達率の補正係数（すなわち、前回搬送された熱延鋼板Ｓについて測定した温度等によって算出された水冷時の熱伝達率の補正係数）ＺＬｉと、今回搬送された熱延鋼板Ｓについて測定した温度等によって算出された水冷時の熱伝達率の補正係数の平均値ＺＬｉ Ａとを、下記の式（１２）に示すように重み付け平均化処理して得られる水冷時の熱伝達率の補正係数の重み付け平均値ＺＬｉ ＡＷを、前述した式（１）に示す水冷時の熱伝達率の補正係数ＺＬｉとして、次回搬送される熱延鋼板Ｓについての巻取温度の予測に用いてもよい。同様に、今回搬送された熱延鋼板Ｓについての巻取温度の予測に用いた空冷時の熱伝達率の補正係数ＺＥｉと、今回搬送された熱延鋼板Ｓについて測定した温度等によって算出された空冷時の熱伝達率の補正係数の平均値ＺＥｉ Ａとを、下記の式（１３）に示すように重み付け平均化処理して得られる空冷時の熱伝達率の補正係数の重み付け平均値ＺＥｉ ＡＷを、前述した式（２）に示す空冷時の熱伝達率の補正係数ＺＥｉとして、次回搬送される熱延鋼板Ｓについての巻取温度の予測に用いてもよい。なお、下記の式（１２）及び（１３）に示すβは、０＜β＜１の定数である。
また、複数（例えば、１００コイル程度）の熱延鋼板Ｓの各サンプリング点について得られた水冷時及び空冷時の熱伝達率の補正係数ＺＬｊ，ｉ、ＺＥｊ，ｉの全てを纏めて、前述した式（１０）、（１１）に示すように平均化処理し、水冷時及び空冷時の熱伝達率の補正係数の平均値ＺＬｉ Ａ、ＺＥｉ Ａを算出して、次回以降に搬送される熱延鋼板Ｓについての巻取温度の予測に用いても良い。
また、一の熱延鋼板Ｓにおいて冷却が完了したサンプリング点についてのパラメータを用いて水冷時及び空冷時の熱伝達率の補正係数ＺＬｊ，ｉ、ＺＥｊ，ｉを逐次算出し、これを同じ熱延鋼板Ｓであって且つ未だ巻取温度の予測をしていない後続のサンプリング点についての巻取温度の予測に用いることも可能である。
以上に説明したように、本実施形態に係る冷却設備１００及びこれを用いた冷却方法によれば、水冷前後と空冷前後の熱延鋼板Ｓの温度をそれぞれ実測し、この実測温度を用いて水冷時及び空冷時の熱伝達率（熱伝達率の補正係数）を個別に算出するため、水冷時及び空冷時の実際の熱伝達率を精度良く算出することができる。そして、この熱伝達率を用いれば、熱延鋼板Ｓの巻取温度を精度良く予測でき、ひいては熱延鋼板Ｓの巻取温度を精度良く目標巻取温度に制御することが可能である。
＜５．水柱温度計の好ましい構成＞
以下、温度計２Ａとして用いられる水柱温度計の好ましい構成について説明する。
図２は、図１に示す冷却設備１００が備える温度計２Ａの概略構成例を示す図である。
図２に示すように、温度計２Ａは、放射温度計６１と、熱延鋼板Ｓと対向する位置に先端が配置され、後端が放射温度計６１に接続された光ファイバ６２と、熱延鋼板Ｓと光ファイバ６２の先端との間に光導波路としての水柱Ｗを形成するべく、熱延鋼板Ｓの下面に向けて水を噴射するノズル６３と、ノズル６３に水を供給するための水供給配管６４とを備えている。温度計２Ａは、水柱Ｗ、水供給配管６４７内の水の一部及び光ファイバ６２を介して熱延鋼板Ｓの下面からの熱放射光を放射温度計６１で受光し、熱延鋼板Ｓの温度を測定するように構成されている。
以下、温度計２Ａとして用いられる水柱温度計の好ましい構成について説明する。
図２は、図１に示す冷却設備１００が備える温度計２Ａの概略構成例を示す図である。
図２に示すように、温度計２Ａは、放射温度計６１と、熱延鋼板Ｓと対向する位置に先端が配置され、後端が放射温度計６１に接続された光ファイバ６２と、熱延鋼板Ｓと光ファイバ６２の先端との間に光導波路としての水柱Ｗを形成するべく、熱延鋼板Ｓの下面に向けて水を噴射するノズル６３と、ノズル６３に水を供給するための水供給配管６４とを備えている。温度計２Ａは、水柱Ｗ、水供給配管６４７内の水の一部及び光ファイバ６２を介して熱延鋼板Ｓの下面からの熱放射光を放射温度計６１で受光し、熱延鋼板Ｓの温度を測定するように構成されている。
光ファイバ６２の先端部には、光学窓８１と、必要に応じて集光用レンズ８２とを具備する先端光学系８０が取付けられている。光学窓８１及び集光用レンズ８２としては、例えば石英製のものを適用することができる。
次に、放射温度計６１によって検出すべき熱放射光の波長について説明する。
温度計２Ａを用いて熱延鋼板Ｓの温度を測定する際には、水柱Ｗ及び外乱水（搬送ロール４１用の冷却水等）による熱放射光の吸収・減衰に起因する測温誤差を抑制する必要がある。この測温誤差は、冷却水の条件や、熱延鋼板Ｓのパスライン変動（熱延鋼板Ｓ下面の上下方向の位置変動）、周囲温度・湿度の変化に伴う湯気の発生有無等により、熱延鋼板Ｓと放射温度計６１との間に存在する水柱Ｗや外乱水の厚みが変化し、これに伴って水柱Ｗや外乱水による熱放射光の吸収・減衰の程度が変化し、検出される熱放射光の光量が変動することによって生じる。
温度計２Ａを用いて熱延鋼板Ｓの温度を測定する際には、水柱Ｗ及び外乱水（搬送ロール４１用の冷却水等）による熱放射光の吸収・減衰に起因する測温誤差を抑制する必要がある。この測温誤差は、冷却水の条件や、熱延鋼板Ｓのパスライン変動（熱延鋼板Ｓ下面の上下方向の位置変動）、周囲温度・湿度の変化に伴う湯気の発生有無等により、熱延鋼板Ｓと放射温度計６１との間に存在する水柱Ｗや外乱水の厚みが変化し、これに伴って水柱Ｗや外乱水による熱放射光の吸収・減衰の程度が変化し、検出される熱放射光の光量が変動することによって生じる。
本発明者らは、熱延鋼板Ｓと放射温度計６１との間に形成した水柱Ｗを介して熱放射光を検出する場合を想定し、水の分光透過率を調査した。図５は、黒体炉と放射温度計との間に介在させた水柱の厚みを３、１１、５０、１００ｍｍとした場合における、約０．７〜１．９μｍの波長帯域における水の分光透過率を示すグラフである。図５に示すように、０．８５μｍ以下の波長帯域で最も水の透過率が高くなり、次いで１．００〜１．２０μｍの波長帯域で水の透過率が高くなることが分かった。
一方、黒体からの熱放射光は、長波長で極端に熱放射光の強度が高く、波長０．９μｍよりも短い波長に比べ、長い波長で強く放射されている。従って、放射温度計で検出される光エネルギーは、そもそも長波長の光の寄与が大きく、水の吸収による影響を強く受けるため、できるだけ短波長の熱放射光を検出する方が好ましい。
図６は、約７００℃の熱延鋼板において、放射温度計と熱延鋼板との間に存在する水の実効的厚みが３０ｍｍ変動した場合の測温値の変動（測温誤差）を測定した結果を示す。なお、熱延鋼板Ｓの冷却設備１００において、定常の搬送状態では、熱延鋼板Ｓのパスライン変動（熱延鋼板Ｓ下面の上下方向の位置変動）は最大で３０ｍｍ程度を考えればよい。
ここで、図６の横軸は放射温度計と熱延鋼板との間に存在する水の厚みをプロットし、縦軸は測温誤差をプロットした。図６に示すように、「フィルタ無し」の場合（長波長成分を遮断せずに全波長帯域の熱放射光を検出する場合）には、例えば、基準となる水の厚み２００ｍｍに対して３０ｍｍだけ厚みが変動すると、約１４℃の測温誤差が生じる（測温値が約１４℃変化する）。また、長波長成分を遮断しない場合、基準となる水の厚みを大きくすると、測温誤差が小さくなるものの、例えば１０℃以下の測温誤差とするためには、４００ｍｍ以上の水の厚みが必要となる。なお、熱延鋼板の温度が高くなると、この測温誤差は大きくなり、さらに水の厚みを大きくする必要がある。しかしながら、水の厚みを厚くするための装置は、むやみに大きくなってしまうので、設置条件を大きく制限することが問題となる。
一方、図６に示すように、「遮断波長０．８５μｍ」の場合（波長０．８５μｍよりも長い波長の光を遮断して検出する場合）には、基準となる水の厚みに関わらず、厚みが３０ｍｍ変動しても６℃程度の測温誤差に抑えることが可能である。
しかしながら、図７に示すように、測定温度が６００℃以下では測温値の変動が大きくなり、精度良く温度を測定することができないことが分かった。これは、測定対象が低温になると、放射される熱放射光の長波長成分が増大することが原因であると考えられる。従って、６００℃以下の低温域の温度を放射測温するには、検出する熱放射光の波長を長波長側にシフトする必要のあることが分かった。
そこで、本発明者らは、２番目に水の透過率が高い１．００〜１．２０μｍの波長帯域の熱放射光を検出する放射温度計を試作し、その温度特性を黒体炉を用いて評価した。図８は、評価結果の一例を示すグラフである。図８に示すように、検出する熱放射光の波長帯域が１．００〜１．２０μｍである放射温度計の場合、測温値のバラツキ（３σ）が３℃になるまでを許容範囲とすると、３１０℃まで測定可能であることが分かった。
以上の試験結果より、熱延鋼板Ｓの温度が６００℃以上となる高温域では、放射温度計６１で検出する熱放射光の波長帯域を０．８５μｍ以下とし、熱延鋼板Ｓの温度が６００℃以下となる低温域では、放射温度計６１で検出する熱放射光の波長帯域を１．００μｍ以上１．２０μｍ以下とすることが望ましい。
なお、光ファイバ６２は、前述のようにして決定した波長帯域の熱放射光を十分透過させる光ファイバである限りにおいて種々の形態のものを使用することができ、例えば、石英製の光ファイバとすることが可能である。また、単芯の光ファイバを使用することができる他、設置上の制約等により、水中での光路長（図２参照）を比較的長くする必要がある場合には、水による減衰の影響を緩和するべく、必要に応じて複数本の光ファイバを束ねたバンドルファイバとすることも可能である。また、光ファイバのコア径に特に制約は無い。
また、ノズル６３やノズル６３の前段に位置する水供給配管６４は、気泡の発生を抑制するべく、その水路内での急激な口径や形状変化を極力避けるように設計するのが好ましい。また、ノズル６３から吐出される水柱Ｗの所謂ポテンシャルコアが大きくなるように、ノズル６３の形状等を決定するのが好ましい。
以下、実施例及び比較例を説明することにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
＜実施例＞
図１に概略構成を示す冷却設備１００を用いて 下記の（１）〜（８）の条件で、熱延鋼板Ｓを冷却する試験を行った。
（１）鋼種：４４０ＭＰａ級高強度熱延鋼板
（２）厚み：３．５ｍｍ
（３）目標巻取温度：５００℃
（４）搬送速度：５７０ｍｐｍ〜６５０ｍｐｍ（加速圧延）
（５）冷却装置の数：２０
（６）各冷却装置の長さ：５ｍ
（７）各冷却装置の冷却水の水量密度：１．０ｍ３／ｍ２ｈｒ
（８）温度計（水柱温度計）２Ａの検出波長帯域：
０．８５μｍ以下（１〜１０番目の冷却装置出側）
１．００〜１．２０μｍ（１１〜２０番目の冷却装置出側）
図１に概略構成を示す冷却設備１００を用いて 下記の（１）〜（８）の条件で、熱延鋼板Ｓを冷却する試験を行った。
（１）鋼種：４４０ＭＰａ級高強度熱延鋼板
（２）厚み：３．５ｍｍ
（３）目標巻取温度：５００℃
（４）搬送速度：５７０ｍｐｍ〜６５０ｍｐｍ（加速圧延）
（５）冷却装置の数：２０
（６）各冷却装置の長さ：５ｍ
（７）各冷却装置の冷却水の水量密度：１．０ｍ３／ｍ２ｈｒ
（８）温度計（水柱温度計）２Ａの検出波長帯域：
０．８５μｍ以下（１〜１０番目の冷却装置出側）
１．００〜１．２０μｍ（１１〜２０番目の冷却装置出側）
＜比較例＞
図４に概略構成を示す冷却設備１００’を用いて、前述した実施例の（１）〜（７）の条件、及び、水冷時及び空冷時の熱伝達率の補正を行わない条件（熱伝達率は固定）で、熱延鋼板Ｓを冷却する試験を行った。
図４に概略構成を示す冷却設備１００’を用いて、前述した実施例の（１）〜（７）の条件、及び、水冷時及び空冷時の熱伝達率の補正を行わない条件（熱伝達率は固定）で、熱延鋼板Ｓを冷却する試験を行った。
＜試験結果＞
図３（ａ）は、上記実施例の試験結果（熱間圧延機出側温度、巻取温度予測値、及び、巻取温度実績値）を示すグラフである。図３（ｂ）は、上記比較例の試験結果（熱間圧延機出側温度、巻取温度予測値、及び、巻取温度実績値）を示すグラフである。
図３に示すように、実施例及び比較例の何れについても、巻取温度予測値が目標巻取温度である５００℃に近づくように冷却装置が制御されていることが分かる。
しかしながら、図３（ａ）に示すように、実施例では、巻取温度実績値が目標巻取温度とほぼ同等になるように冷却されているのに対し、図３（ｂ）に示すように、比較例では、巻取温度実績値が目標巻取温度に対して偏差を生じている。これは、実施例では、比較例に比べて、巻取温度の予測精度が高いことが原因である。
図３（ａ）は、上記実施例の試験結果（熱間圧延機出側温度、巻取温度予測値、及び、巻取温度実績値）を示すグラフである。図３（ｂ）は、上記比較例の試験結果（熱間圧延機出側温度、巻取温度予測値、及び、巻取温度実績値）を示すグラフである。
図３に示すように、実施例及び比較例の何れについても、巻取温度予測値が目標巻取温度である５００℃に近づくように冷却装置が制御されていることが分かる。
しかしながら、図３（ａ）に示すように、実施例では、巻取温度実績値が目標巻取温度とほぼ同等になるように冷却されているのに対し、図３（ｂ）に示すように、比較例では、巻取温度実績値が目標巻取温度に対して偏差を生じている。これは、実施例では、比較例に比べて、巻取温度の予測精度が高いことが原因である。
１（１１〜１ｎ）・・・冷却装置
２・・・温度計
２Ａ（２１〜２ｎ）・・・温度計
３・・・熱伝達率算出手段
４・・・巻取温度予測手段
５・・・冷却制御手段
６・・・厚み計
７・・・速度計
８・・・水切り装置
９・・・温度計
１０・・・水切り装置
２０・・・熱間圧延機
３０・・・巻取装置
１００・・・冷却設備
Ｓ・・・熱延鋼板
２・・・温度計
２Ａ（２１〜２ｎ）・・・温度計
３・・・熱伝達率算出手段
４・・・巻取温度予測手段
５・・・冷却制御手段
６・・・厚み計
７・・・速度計
８・・・水切り装置
９・・・温度計
１０・・・水切り装置
２０・・・熱間圧延機
３０・・・巻取装置
１００・・・冷却設備
Ｓ・・・熱延鋼板
Claims (2)
- 熱間圧延機で圧延され巻取装置に向けて搬送される熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となるように、前記熱間圧延機と前記巻取装置との間に位置し熱延鋼板の搬送方向に沿って複数の区間に分割された冷却帯において、前記各区間でそれぞれ行われる水冷又は空冷の組み合わせからなる所定の冷却パターンで熱延鋼板を冷却する方法であって、
前記冷却帯のうち熱延鋼板が水冷される区間の入側と出側の熱延鋼板の温度をそれぞれ測定し、該測定した熱延鋼板の温度差に基づき、水冷時の熱伝達率を算出するステップと、
前記冷却帯のうち熱延鋼板が空冷される区間の入側と出側の熱延鋼板の温度をそれぞれ測定し、該測定した熱延鋼板の温度差に基づき、空冷時の熱伝達率を算出するステップと、
前記冷却帯における複数の冷却パターンを想定し、該複数の冷却パターンについて、前記算出した水冷時及び空冷時の熱伝達率を用いてそれぞれ伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての熱延鋼板の巻取温度を予測するステップと、
前記想定した複数の冷却パターンのうち前記予測した熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンにより熱延鋼板を冷却するステップとを含むことを特徴とする熱延鋼板の冷却方法。 - 熱間圧延機で圧延され巻取装置に向けて搬送される熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となるように、前記熱間圧延機と前記巻取装置との間に配置され、水冷又は空冷の組み合わせからなる所定の冷却パターンで熱延鋼板を冷却する設備であって、
熱延鋼板の搬送方向に沿ってそれぞれ配置され、水冷及び空冷の切り替えが可能な複数の冷却装置と、
前記各冷却装置の入側及び出側にそれぞれ配置され、熱延鋼板の温度を測定する複数の温度計と、
前記複数の冷却装置のうち熱延鋼板を水冷する冷却装置の入側と出側にそれぞれ配置された前記温度計によって測定した熱延鋼板の温度差に基づき、水冷時の熱伝達率を算出し、前記複数の冷却装置のうち熱延鋼板を空冷する冷却装置の入側と出側にそれぞれ配置された前記温度計によって測定した熱延鋼板の温度差に基づき、空冷時の熱伝達率を算出する熱伝達率算出手段と、
前記各冷却装置がそれぞれ水冷又は空冷の何れかを行う複数の冷却パターンを想定し、該複数の冷却パターンについて、前記熱伝達率算出手段によって算出した水冷時及び空冷時の熱伝達率を用いて伝熱計算を行うことにより、各冷却パターンについての熱延鋼板の巻取温度を予測する巻取温度予測手段と、
前記想定した複数の冷却パターンのうち前記巻取温度予測手段によって予測した熱延鋼板の巻取温度が所定の温度となる冷却パターンを選択し、該選択した冷却パターンに従って前記各冷却装置が行う水冷又は空冷を切り替える冷却制御手段とを備えることを特徴とする熱延鋼板の冷却設備。
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