JP5679914B2 - Steel temperature prediction method - Google Patents
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Description
本発明は、冷却工程における鋼板の温度を予測する方法に関し、特に、鋼板上面に滞留する表面滞留水の影響を考慮した鋼板の温度予測方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting the temperature of a steel plate in a cooling process, and more particularly, to a method for predicting the temperature of a steel plate in consideration of the effect of surface stagnant water remaining on the upper surface of the steel plate.
従来から、薄鋼板等の圧延材は、加熱されたスラブや元板を連続圧延装置に導入して、複数の圧延機で連続的に圧延することで製造されており、最終圧延機の下流側には圧延材を巻き取るための巻き取り装置が設けられている。また、最終圧延機と巻き取り装置との間には、圧延材の温度を制御しつつ冷却を行う冷却装置が備えられている。
冷却装置は、圧延材に吹き付ける冷却剤（冷却水）の供給量を可変とするバルブを複数備えた冷却バンクを有し、この冷却バンクが圧延材の移送方向に連設されて構成されている。冷却装置では、最終的な圧延材の板温度（巻き取り温度）を目標温度に一致させるべく、開状態にあるバルブの本数である開バルブ本数を変更して、圧延材の温度調整や冷却制御が行われる。
Conventionally, a rolled material such as a thin steel plate has been manufactured by introducing a heated slab or base plate into a continuous rolling device and continuously rolling it with a plurality of rolling mills, and downstream of the final rolling mill. Is provided with a winding device for winding the rolled material. A cooling device that cools the rolled material while controlling the temperature of the rolled material is provided between the final rolling mill and the winding device.
The cooling device has a cooling bank provided with a plurality of valves that can vary the supply amount of coolant (cooling water) sprayed on the rolled material, and the cooling bank is configured to be connected in the transfer direction of the rolled material. . The cooling device adjusts the temperature of the rolled material and controls cooling by changing the number of open valves, which is the number of valves in the open state, so that the final plate temperature (winding temperature) of the rolled material matches the target temperature. Is done.
このような冷却装置の制御方法、すなわち、圧延材の巻き取り温度制御方法は、従来より数々開発されているが、精度良く冷却装置の制御を行うには、正確な鋼板の温度（板温度）の予測や制御が不可欠である。
これを受けて、鋼板の板温度の予測や制御を行う技術は多く開発されており、例えば、特許文献１〜特許文献４及び非特許文献１に開示されたものがある。
Such a cooling device control method, that is, a rolling material winding temperature control method, has been developed in many ways. To accurately control the cooling device, an accurate steel plate temperature (plate temperature) is used. Prediction and control of this is essential.
In response to this, many techniques for predicting and controlling the plate temperature of a steel sheet have been developed. For example, there are those disclosed in Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1.
特許文献１は、熱間圧延機の最終スタンドと巻取機との間のランナウトテーブル上で、板厚、通板速度、熱間仕上温度、中間位置温度、巻取り温度等のサンプリング情報に基づいて冷却手段の注水を制御することにより、熱延鋼板を冷却制御する方法を開示する。この制御方法において、ランナウトテーブル上の鋼板の温度予測計算に用いる水冷熱伝達係数、テーブルローラとの接触による熱伝達係数、空冷熱伝達係数の各モデル式を、仕上温度計〜中間温度計間及び中間温度計〜巻取温度計間で別々に決定した学習項により補正して温度予測計算を行い、冷却装置の注水をしている。 Patent Document 1 is based on sampling information such as sheet thickness, sheet passing speed, hot finishing temperature, intermediate position temperature, winding temperature, etc. on the runout table between the final stand of the hot rolling mill and the winding machine. A method for controlling the cooling of the hot-rolled steel sheet by controlling the water injection of the cooling means is disclosed. In this control method, the water cooling heat transfer coefficient used for the temperature prediction calculation of the steel sheet on the run-out table, the heat transfer coefficient due to contact with the table roller, and the air cooling heat transfer coefficient are modeled between the finishing thermometer and the intermediate thermometer and A temperature prediction calculation is performed with correction by a learning term determined separately between the intermediate thermometer and the winding thermometer, and water is poured into the cooling device.
特許文献２は、熱間圧延が行われた鋼帯を、個々に冷却能の操作が可能な複数の冷却バンクからなる冷却手段で、冷却後に測定される捲取温度が目標値になるように冷却する捲取温度制御装置を開示する。この捲取温度制御装置は、捲取温度の目標値を達成するために、あらかじめ決定された熱伝達係数を用いて鋼帯温度を予測して各冷却バンクの冷却能を制御する冷却制御部と、冷却制御部の熱伝達係数を補正する鋼帯間の学習計算部とを備えている。 In Patent Document 2, the steel strip that has been hot-rolled is a cooling means that includes a plurality of cooling banks capable of individually operating the cooling capacity so that the cutting temperature measured after cooling becomes a target value. A cooling temperature control device for cooling is disclosed. In order to achieve the target value of the cutting temperature, this cutting temperature control device predicts the steel strip temperature using a predetermined heat transfer coefficient, and controls a cooling capacity of each cooling bank. And a learning calculation unit between steel strips for correcting the heat transfer coefficient of the cooling control unit.
この学習計算部は、同鋼種の鋼帯の頭部に温度変動を起こす原因を予め特定するように、鋼帯が属する鋼種を類似鋼種毎にグループに分け、鋼帯の頭部領域について鋼帯が一定長進む毎に捲取温度の予測値と実績値の差を基に予測に用いた熱伝達係数の真値からの偏差を逐次型最小二乗法により求め、同一グループ内で直前に熱間圧延された鋼帯との時間差がある一定の忘却時間以内であれば前述の偏差を指数平滑で更新して学習値として求め、前記冷却制御部の熱伝達係数を前記学習値で補正している。 This learning calculation unit divides the steel grade to which the steel strip belongs into a group for each similar steel grade so as to specify in advance the cause of temperature fluctuation in the head of the steel strip of the same steel grade, The deviation from the true value of the heat transfer coefficient used for the prediction is calculated by the successive least squares method based on the difference between the predicted value of actual temperature and the actual value every time the temperature advances for a certain length. If the time difference with the rolled steel strip is within a certain forgetting time, the aforementioned deviation is updated with exponential smoothing as a learning value, and the heat transfer coefficient of the cooling control unit is corrected with the learning value. .
特許文献３は、複数のバンクから成り各バンクは個々に操作可能な複数のバルブから成る冷却手段で、仕上圧延された熱延鋼帯を冷却する熱延鋼帯の捲取温度制御方法を開示する。この捲取温度制御方法において、仕上圧延出口で熱延鋼帯の温度を一定長毎に測温しつつ、既に仕上出口温度計を通過した一定長毎のコイル片については自コイル片が今回通過したバンクの注水バルブＯＮ−ＯＦＦ実績をもとに温度降下量を求めて現在のコイル片温度を計算するとともに、次の一定長進行までに通過する予定であるバンクに対してその通過時間から自コイル片の冷却速度が一定となるようにバンク出口での目標温度を決定し、各バンク毎にこの目標温度を満足するバルブ数を決定して冷却に設定している。 Patent Document 3 discloses a hot strip steel strip temperature control method for cooling a hot-rolled steel strip that has been finished and rolled by cooling means comprising a plurality of banks, each of which is individually operable. To do. In this cutting temperature control method, the temperature of the hot-rolled steel strip is measured at a certain length at the finishing rolling exit, and the coil piece of a certain length that has already passed through the finishing outlet thermometer passes this time. The current coil piece temperature is calculated by calculating the temperature drop based on the actual water injection valve ON-OFF performance of the bank, and the bank that is scheduled to pass by the next fixed length of travel is automatically The target temperature at the bank outlet is determined so that the cooling rate of the coil pieces is constant, and the number of valves that satisfy this target temperature is determined for each bank and set to cooling.
特許文献４は、圧延材を冷却する冷却装置を制御するための冷却制御モデルを、操業の実績値に基づいて修正してゆく冷却制御モデルの学習方法において、冷却制御モデル内の熱伝達率と圧延材の板温度との非線形性関係を当該冷却制御モデルに反映させるべく、熱伝達率が補正パラメータを備えるものとし、該補正パラメータを板温度と学習パラメータとの関数で表現し、該学習パラメータの最適値を板温度の実績値を基に推定し、該推定結果を冷却制御モデルに適用する冷却制御モデルの学習方法を開示する。 Patent Document 4 discloses a cooling control model for controlling a cooling device for cooling a rolled material, based on the actual operation value, in the learning method of the cooling control model, and the heat transfer coefficient in the cooling control model. In order to reflect the nonlinear relationship with the plate temperature of the rolled material in the cooling control model, the heat transfer coefficient has a correction parameter, and the correction parameter is expressed as a function of the plate temperature and the learning parameter. A cooling control model learning method is disclosed in which the optimum value is estimated based on the actual value of the plate temperature, and the estimation result is applied to the cooling control model.
非特許文献１は、ホットストリップミルにおいて水冷で鋼板を冷却する制御であって、特に、ランアウトテーブルでの冷却制御システムを開示する。この制御システムは、ダイナミック制御機能を活用して実現した、バーニアバンクを用いない巻取温度フィードバック制御である。また、この制御システムは、鋼板速度の大幅な加減速に対しても、目標とする温度降下履歴を実現できるダイナミック冷却履歴制御である。 Non-Patent Document 1 discloses control of cooling a steel sheet by water cooling in a hot strip mill, and particularly discloses a cooling control system at a run-out table. This control system is a winding temperature feedback control that uses a dynamic control function and does not use a vernier bank. This control system is dynamic cooling history control capable of realizing a target temperature drop history even when the steel plate speed is greatly accelerated or decelerated.
厚板冷却などでは、鋼板の上下面が冷却水に晒されると共に、鋼板上面には表面滞留水が滞留するので、鋼板の下面よりも上面の方がよく冷えることが知られている。そのため、板温度の正確な予測には、上述した冷却装置を制御する制御部において表面滞留水の影響を考慮する必要がある。
ところが、上述の特許文献のうち特許文献１や特許文献２における温度予測モデルには、表面滞留水の影響が全く考慮されておらず、鋼板の温度予測精度の向上が困難である。
In thick plate cooling or the like, it is known that the upper and lower surfaces of the steel sheet are exposed to cooling water, and the surface accumulated water stays on the upper surface of the steel sheet, so that the upper surface cools better than the lower surface of the steel sheet. Therefore, in order to accurately predict the plate temperature, it is necessary to consider the influence of surface stagnant water in the control unit that controls the cooling device described above.
However, among the above-mentioned patent documents, the temperature prediction models in Patent Document 1 and Patent Document 2 do not take into account the influence of surface stagnant water, and it is difficult to improve the temperature prediction accuracy of the steel sheet.
特許文献３では、冷却バンク内で開かれるバルブの本数を変えることによって、当該バンク内での冷却能力を修正している。しかし、冷却バンク内で開かれるバルブの本数を変えなくても、バルブの開閉パターンを変化させるとその変化に伴って表面滞留水の状態が変化するため、ひいては冷却バンクの冷却能力も変化する。
しかし、特許文献３では、板温度の予測において、バルブの開閉パターンを変化に伴う表面滞留水の状態の変化が考慮されておらず、板温度を正確に予測するのは困難である。
In Patent Document 3, the cooling capacity in the bank is corrected by changing the number of valves opened in the cooling bank. However, even if the number of valves opened in the cooling bank is not changed, if the valve opening / closing pattern is changed, the state of the surface accumulated water changes with the change, and thus the cooling capacity of the cooling bank also changes.
However, in Patent Document 3, it is difficult to accurately predict the plate temperature because the plate temperature is not estimated because the change in the state of the surface accumulated water accompanying the change in the valve opening / closing pattern is not taken into consideration.
また、特許文献４では、水冷及び空冷による熱伝達率と表面滞留水による熱伝達率とを区別して与えており、表面滞留水による熱伝達率を固定値として扱っている。
しかし、前述したとおり、バンク内で同じ本数のバルブを開いたとしても、バルブの開閉パターンを変化させると、その変化に伴って表面滞留水の状態が変化するため、表面滞留水による熱伝達率も変動する。つまり、実際には冷却バルブの開閉パターンの違いによって表面滞留水による熱伝達率が変動し、冷却バンクの冷却能力が変動する。
Moreover, in patent document 4, the heat transfer rate by water cooling and air cooling and the heat transfer rate by surface stagnant water are distinguished and given, and the heat transfer rate by surface stagnant water is handled as a fixed value.
However, as described above, even if the same number of valves are opened in the bank, if the valve opening / closing pattern is changed, the state of the surface stagnant water changes with the change. Also fluctuate. That is, actually, the heat transfer coefficient due to surface stagnant water varies depending on the opening / closing pattern of the cooling valve, and the cooling capacity of the cooling bank varies.
このことから、表面滞留水による熱伝達率を固定値として扱う特許文献４においては、表面滞留水の影響による冷却バンクの冷却能力の変動を板温度の予測に用いることができず、鋼板の温度予測精度の向上が困難となっている。
さらに、非特許文献１では、冷却バルブが開かれたときの下流温度計での温度変化が、冷却水が鋼板まで落下するまでの無駄時間と板搬送に伴う無駄時間と、一次遅れとで表現できる旨が、記載されている。
For this reason, in Patent Document 4 in which the heat transfer coefficient due to surface stagnant water is treated as a fixed value, the variation in cooling capacity of the cooling bank due to the influence of surface stagnant water cannot be used for predicting the plate temperature. It is difficult to improve prediction accuracy.
Furthermore, in Non-Patent Document 1, the temperature change in the downstream thermometer when the cooling valve is opened is expressed as a dead time until the cooling water falls to the steel plate, a dead time accompanying the plate conveyance, and a primary delay. It is stated that it can be done.
鋼板上面に表面滞留水がない状況で冷却バルブ１本を開いた状況では、非特許文献１が示すような冷却能力の立ちあがりになるが、鋼板上面に表面滞留水がある状況、あるいは上流や下流のバルブが既に開いている状況では、新たに冷却バルブ１本を開いたときの冷却能力の立ち上がりは、非特許文献１に示すものと全く異なる。このことは、現場の実績としてわかっており、非特許文献１においても、鋼板の温度予測精度の向上は困難であるのが実情である。 In the situation where one cooling valve is opened in a situation where there is no surface accumulated water on the upper surface of the steel plate, the cooling capacity rises as shown in Non-Patent Document 1, but the situation where there is surface retained water on the upper surface of the steel plate, or upstream or downstream When the valve is already open, the rise of the cooling capacity when one cooling valve is newly opened is completely different from that shown in Non-Patent Document 1. This is known as a track record in the field, and even in Non-Patent Document 1, it is actually difficult to improve the temperature prediction accuracy of the steel sheet.
このように、板温度の予測には、鋼板上面での表面滞留水の有無にとどまらず、鋼板上面での表面滞留水の状態の変化を考慮する必要がある。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、熱間圧延プロセスにおける冷却装置での温度予測に非常に好適な技術であって、鋼板表面の表面滞留水の状態の変化を考慮した鋼板温度の予測方法を提供することを目的とする。
Thus, in order to predict the plate temperature, it is necessary to consider not only the presence or absence of surface retained water on the upper surface of the steel sheet, but also the change in the state of surface retained water on the upper surface of the steel sheet.
Therefore, in view of the above problems, the present invention is a technique that is very suitable for predicting the temperature in a cooling device in a hot rolling process, and predicting the temperature of a steel sheet in consideration of changes in the state of surface stagnant water on the surface of the steel sheet. It aims to provide a method.
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の鋼板の温度予測方法は、水冷と空冷を行う冷却装置を用いて、仕上圧延後の圧延材を冷却し、この圧延材の巻き取り温度を制御する圧延材の冷却制御方法において、前記冷却装置内に設定された区間又は圧延材上に設定された区間ごとに、空冷状態にあるか水冷状態にあるかを判断する冷却状態判断工程と、前記した冷却状態判断工程で判断された冷却状態に基づいて、前記区間のうち板温度の予測対象となる対象区間における鋼板の表面と外部とを行き来する出入熱量を予測する熱量予測工程と、当該対象区間より上流側に位置する区間に関し、鋼板の表面に滞留する表面滞留水の状態を判断する滞留水状態判断工程と、前記した滞留水状態判断工程により判断された表面滞留水の状態に応じて、前記した熱量予測工程が予測した出入熱量を修正する熱量修正工程と、前記した熱量修正工程で修正された対象区間における出入熱量に基づいて、当該対象区間での板温度を予測する板温度予測工程と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention takes the following technical means.
The method for predicting the temperature of the steel sheet according to the present invention uses a cooling device that performs water cooling and air cooling, cools the rolled material after finish rolling, and controls the rolling temperature of the rolled material in the rolling material cooling control method, For each section set in the cooling device or each section set on the rolled material, a cooling state determination step for determining whether the cooling state is in an air cooling state or a water cooling state, and the cooling determined in the cooling state determination step described above Based on the state, regarding the heat amount prediction step of predicting the amount of heat input and output between the surface and the outside of the steel sheet in the target section that is the target of the plate temperature among the sections, and the section located upstream from the target section, According to the staying water state judgment step for judging the state of the surface staying water staying on the surface of the steel sheet and the surface staying water state judged by the staying water state judgment step described above, the above-described heat quantity prediction step predicted A heat quantity correction step for correcting the heat input amount, and a plate temperature prediction step for predicting a plate temperature in the target section based on the heat input / output amount in the target section corrected in the heat amount correction step. To do.
ここで、前記した冷却状態判断工程において、対象区間が水冷状態にあると判断されたときには、前記した熱量修正工程は、当該対象区間に滞留する表面滞留水の量又は膜厚に応じて、前記した板温度予測工程にて予測された出入熱量を修正してもよい。
また、前記した滞留水状態判断工程において、前記対象区間に表面滞留水が滞留していると判断されたときに、前記した熱量修正工程は、当該対象区間において鋼板と表面滞留水の間に発生する水蒸気膜の膜厚に応じて、予測された出入熱量を修正してもよい。
Here, when it is determined in the cooling state determination step that the target section is in a water-cooled state, the above-described heat amount correction step is performed according to the amount or film thickness of the surface stagnant water staying in the target section. The amount of heat input / output predicted in the plate temperature prediction step may be corrected.
Moreover, in standing water state determination process noted before, when the surface retained water is determined to be staying in the target section, wherein the heat modification step, between the steel plate and the surface retained water in the target section The predicted heat input / output amount may be corrected according to the thickness of the generated water vapor film.
また、前記した滞留水状態判断工程において、前記対象区間に表面滞留水が滞留していると判断されたときに、前記した熱量修正工程は、当該対象区間から上面冷却している区間のうち通板方向の上流側において最も近接する区間までの距離に応じて、予測された出入熱量を修正してもよい。 Moreover, in standing water state determination process noted before, when the surface retained water is determined to be staying in the target section, wherein the heat correction process, among the sections are top cooled from the target section The predicted heat input / output amount may be corrected according to the distance to the closest section on the upstream side in the sheet passing direction.
また、前記した滞留水状態判断工程は、上流における冷却状態の変更が前記対象区間の表面滞留水の状態変化に伝播するまでの無駄時間を考慮して当該対象区間の表面滞留水の状態を判断し、前記した熱量修正工程は、当該滞留水状態判断部によって判断された表面滞留水の状態に応じて、前記した熱量予測工程で予測された出入熱量を修正してもよい。
さらに、前記した冷却状態判断工程において、上流側における前記複数の区間が、水冷状態にあると判断したときに、前記した滞留水状態判断工程は、区間毎に放出された冷却
水によって形成される各表面滞留水の膜厚の線形和で、前記対象区間における表面滞留水の量又は膜厚を算出してもよい。
Further, the stagnant water state determination step determines the surface stagnant water state of the target section in consideration of a dead time until the change in the upstream cooling state propagates to the surface stagnant water state change of the target section. And the above-mentioned heat amount correction process may correct the heat input / output heat predicted by the above-mentioned heat amount prediction process according to the state of the surface stay water determined by the stay water state determination section.
Furthermore, in the above-described cooling state determination step, when it is determined that the plurality of sections on the upstream side are in the water cooling state, the stagnant water state determination step is formed by the cooling water released for each section. The amount or film thickness of surface stagnant water in the target section may be calculated as a linear sum of the film thickness of each surface stagnant water.
本発明によれば、鋼板表面の表面滞留水の状態の変化を考慮した鋼板温度の予測が可能となる。 According to the present invention, it is possible to predict the steel plate temperature in consideration of the change in the state of the surface accumulated water on the steel plate surface.
以下、本発明による鋼板の温度予測方法を適用可能な圧延装置を、薄鋼板の熱間連続圧延装置を例示して説明する。
図１は、熱間連続圧延装置１の圧延機２（最終圧延機）から冷却装置３、巻取り装置４に至るまでの装置構成を示した図である。なお、鋼板Ｗ（圧延材）の移送方向において、巻取り装置４側を下流側、その圧延機２側を上流側と呼ぶ。
Hereinafter, a rolling apparatus to which a steel sheet temperature prediction method according to the present invention can be applied will be described by exemplifying a hot continuous rolling apparatus for thin steel sheets.
FIG. 1 is a diagram showing a device configuration from a rolling mill 2 (final rolling mill) to a cooling device 3 and a winding device 4 of the hot continuous rolling device 1. In addition, in the transfer direction of the steel plate W (rolled material), the winding device 4 side is called a downstream side, and the rolling mill 2 side is called an upstream side.
圧延機２は、鋼板Ｗを圧下する一対のワークロール５，５を有すると共に、このワークロール５，５を背後から支持する一対のバックアップロール６，６を備えている。
圧延機２の下流側には、冷却装置３が備えられている。冷却装置３は、複数の冷却バンク７を鋼板Ｗの上下（表裏）面に備え、この冷却バンク７が鋼板Ｗ移送方向に複数連なるように配置される構成となっている。冷却バンク７には、鋼板Ｗに向けて冷却水を吹き付けて鋼板Ｗの温度を下げる複数の冷却ノズルが備えられ、各冷却ノズルには冷却水の流量をオン・オフ制御可能な冷却バルブが設けられている。この冷却バルブを開状態にすると冷却水が冷却ノズルから噴出するため、開状態の冷却バルブ数を変更することで、冷却ノズルから鋼板Ｗに吹き付けられる冷却水の量が変わり、板温度の温度降下量が変化する。
The rolling mill 2 includes a pair of work rolls 5 and 5 that squeeze the steel sheet W, and a pair of backup rolls 6 and 6 that support the work rolls 5 and 5 from behind.
A cooling device 3 is provided on the downstream side of the rolling mill 2. The cooling device 3 includes a plurality of cooling banks 7 on the upper and lower (front and back) surfaces of the steel plate W, and is arranged so that a plurality of the cooling banks 7 are connected in the steel plate W transfer direction. The cooling bank 7 is provided with a plurality of cooling nozzles for spraying cooling water toward the steel plate W to lower the temperature of the steel plate W, and each cooling nozzle is provided with a cooling valve capable of controlling the flow rate of the cooling water. It has been. When this cooling valve is opened, cooling water is ejected from the cooling nozzle, so changing the number of open cooling valves changes the amount of cooling water sprayed from the cooling nozzle to the steel sheet W, resulting in a drop in the plate temperature. The amount changes.
冷却バルブの開閉は、鋼板Ｗの制御対象ポイントが冷却装置３に投入される前に事前に決定しておく初期設定計算により決定される初期設定値と、板温度実測値などに基づきオンラインでバルブ開閉を変更するオンライン制御修正量によって、制御対象ポイントに冷却水を噴射する冷却バルブが最終的に決定される。
冷却装置３で所定の板温度まで冷却された鋼板Ｗは、巻取り装置４によりコイル状に巻き取られる。
The cooling valve is opened and closed online based on the initial setting value determined by the initial setting calculation that is determined in advance before the point to be controlled of the steel plate W is put into the cooling device 3, and the measured plate temperature. The cooling valve that injects the cooling water to the control target point is finally determined by the online control correction amount that changes the opening and closing.
The steel plate W cooled to a predetermined plate temperature by the cooling device 3 is wound up in a coil shape by the winding device 4.
圧延機２の出側、即ち冷却装置３の入側には、鋼板Ｗの温度を計測可能な入側温度計８（圧延機出側温度計）が配置されている。さらに、冷却装置３の冷却バンク７間には、鋼板Ｗの温度を計測可能な中間温度計９が設けられており、圧延装置の出側と巻取り装置４との間には、出側温度計１０（巻取り温度計）が設けられている。
上述した入側温度計８、中間温度計９、出側温度計１０での板温度、ワークロール５，５の周速（通板速度）等の様々な実績値は、熱間連続圧延装置１を制御する制御部１１に入力されるようになっている。
An inlet side thermometer 8 (roller outlet side thermometer) capable of measuring the temperature of the steel sheet W is disposed on the outlet side of the rolling mill 2, that is, on the inlet side of the cooling device 3. Further, an intermediate thermometer 9 capable of measuring the temperature of the steel sheet W is provided between the cooling banks 7 of the cooling device 3, and the outlet temperature is between the outlet side of the rolling device and the winding device 4. A total of 10 (winding thermometer) is provided.
Various actual values such as the plate temperature at the inlet side thermometer 8, the intermediate thermometer 9, and the outlet side thermometer 10, and the peripheral speed (sheet passing speed) of the work rolls 5, 5 are as follows. It is input to the control unit 11 that controls.
制御部１１は冷却装置３を制御可能となっており、鋼板Ｗの表面と外部とを行き来する出入熱量を予測すると共に表面滞留水の状態を判断し、判断された表面滞留水の状態に応じて先に予測された鋼板Ｗ表面の出入熱量を修正することで、出側温度計１０の位置における板温度の予測を行って、例えば、出側温度計１０での鋼板Ｗの板温度が目標温度になるように、各冷却バンク７おいて開閉する冷却バルブの本数等を決定し冷却バルブを開閉するように動作する。制御部１１は、プロコン等で構成されている。 The control unit 11 can control the cooling device 3, predicts the amount of heat input / output between the surface of the steel plate W and the outside, determines the state of the surface accumulated water, and responds to the determined surface accumulated water state. By correcting the heat input / output heat amount of the steel plate W previously predicted, the plate temperature at the position of the exit side thermometer 10 is predicted, and for example, the plate temperature of the steel plate W at the exit side thermometer 10 is a target. Each cooling bank 7 is operated so as to open and close the cooling valves by determining the number of cooling valves to be opened and closed in order to reach the temperature. The control unit 11 is configured by a process control or the like.
以下、制御部１１で行われる鋼板の温度予測方法の詳細について、第１実施形態〜第５実施形態に亘り説明を行う。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による鋼板の温度予測方法は、出側温度計１０の位置における板温度を予測するものであって、鋼板の冷却状態を判断する「冷却状態判断工程」、鋼板表面の出入熱量を予測する「熱量予測工程」、鋼板表面に滞留する表面滞留水の状態を判断する「滞留水状態判断工程」、熱量予測工程で予測された出入熱量を修正する「熱量修正工程」、鋼板の板温度を予測する「板温度予測工程」を有している。
Hereinafter, the details of the temperature prediction method of the steel sheet performed by the control unit 11 will be described over the first to fifth embodiments.
[First Embodiment]
The method for predicting the temperature of a steel sheet according to the first embodiment of the present invention predicts the plate temperature at the position of the delivery side thermometer 10, and includes a “cooling state determination step” for determining the cooling state of the steel sheet, "Heat quantity prediction process" to predict the heat input / output amount, "Stage water state determination process" to determine the state of the surface water staying on the steel sheet surface, "Heat quantity correction process" to correct the heat input / output heat predicted in the heat amount prediction process, It has a “plate temperature prediction step” for predicting the plate temperature of the steel plate.
上記の各工程は、冷却装置３の制御部１１内に設けられたプロコンで実行されるソフトウエアという形で実現されている。
詳しくは、「冷却状態判断工程」は、冷却装置３内に設定された区間であって冷却装置３内における各バルブの位置で設定される区間ごとに、空冷状態にあるか水冷状態にあるかを判断する。
Each of the above steps is realized in the form of software executed by a process controller provided in the control unit 11 of the cooling device 3.
Specifically, in the “cooling state determination step”, whether the air cooling state or the water cooling state is set for each section set in the cooling device 3 and set by the position of each valve in the cooling device 3. Judging.
「熱量予測工程」は、上述の冷却状態判断工程で判断された冷却状態に基づいて、設定された区間のうち板温度の予測対象となる対象区間における鋼板Ｗの表面と外部を行き来する出入熱量を予測する。
「滞留水状態判断工程」は、鋼板Ｗの表面に滞留する表面滞留水の状態を判断する工程である。なお、判定される滞留水は、板温度の予測対象区間より上流側に位置する区間に存在するものである。
“The amount of heat prediction step” is based on the cooling state determined in the cooling state determination step described above, and the amount of heat input / output between the surface and the outside of the steel sheet W in the target section that is the target of plate temperature prediction in the set section. Predict.
The “Stagnant water state determination step” is a step of determining the state of surface stagnant water that remains on the surface of the steel sheet W. The staying water to be determined is present in a section located on the upstream side of the plate temperature prediction target section.
「熱量修正工程」は、上述の滞留水状態判断工程により判断された表面滞留水の状態に応じて、上述の熱量予測工程が予測した出入熱量を修正する。
「板温度予測工程」は、上述の熱量修正工程で修正された対象区間における出入熱量に基づいて、当該対象区間での板温度を予測する。
以下、図１に示す冷却装置３における鋼板Ｗの冷却プロセスを念頭において、本発明の第１実施形態による鋼板の温度予測方法について、その詳細を説明する。
The “heat amount correcting step” corrects the heat input / output amount predicted by the above-described heat amount predicting step according to the state of the surface stagnant water determined by the above-described stagnant water state determining step.
In the “plate temperature prediction step”, the plate temperature in the target section is predicted based on the heat input / output in the target section corrected in the heat amount correction step.
Hereinafter, the steel sheet temperature prediction method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with the cooling process of the steel sheet W in the cooling device 3 shown in FIG. 1 in mind.
まず、熱量予測工程や板温度予測工程で用いられる温度予測モデルあって、鋼板Ｗの温度状態をモデル化した温度予測モデルに関して説明する。
温度予測モデルには、様々なものが採用可能である。例えば精緻なモデルとして、熱伝達による鋼板Ｗ表面からの熱流束、鋼板Ｗの変態発熱に加え、厚み方向の温度分布を考慮した式（１ａ）〜式（１ｃ）を考えることができる。
First, a temperature prediction model used in the heat quantity prediction step and the plate temperature prediction step, which is a temperature prediction model that models the temperature state of the steel plate W, will be described.
Various types of temperature prediction models can be used. For example, as an elaborate model, equations (1a) to (1c) can be considered in consideration of the temperature distribution in the thickness direction in addition to the heat flux from the surface of the steel plate W by heat transfer and the transformation heat generation of the steel plate W.
なお、以下の説明において、式（１ａ）〜式（１ｃ）をまとめて呼ぶ際には、式（１）と表現し、他の式番でも同様とする。 In the following description, when the expressions (1a) to (1c) are collectively called, they are expressed as the expression (1), and the same applies to other expression numbers.
ただし、熱伝達率αｄ，αｕは、空冷や水冷などワークロール５，５から抜熱時などの状況毎に変化する。図２に示す如く、水冷時には鋼板Ｗの表面温度や水量によっても変化することが知られている。
輻射による放熱については、熱伝達とは別に記述することも可能であるが、輻射による上下面の熱流束ＱＲｕ（０，ｔ），ＱＲｄ（０，ｔ）をＴ（０，ｔ）−Ｔｕ（ｔ），Ｔ（ｈ，ｔ）−Ｔｄ（ｔ）で除したものをそれぞれ上下面の熱伝達率αｄ，αｕに加算し、熱伝達に含めることができる（図３参照）。それ故、ここではαｄ，αｕに輻射による熱流束も加算し、表現を簡易にしておくこととする。このような仮定は熱量予測工程にて行われる。
However, the heat transfer coefficients αd and αu change for each situation such as when heat is extracted from the work rolls 5 and 5 such as air cooling or water cooling. As shown in FIG. 2, it is known that the temperature changes depending on the surface temperature of the steel sheet W and the amount of water during water cooling.
Although heat radiation by radiation can be described separately from heat transfer, the heat fluxes Q Ru (0, t) and Q Rd (0, t) on the upper and lower surfaces by radiation are expressed as T (0, t) −. Those divided by T u (t), T (h, t) −T d (t) can be added to the heat transfer coefficients αd, αu of the upper and lower surfaces, respectively, and included in the heat transfer (see FIG. 3). Therefore, here, the heat flux due to radiation is added to αd and αu to simplify the expression. Such an assumption is made in the heat quantity prediction step.
また、熱伝達率は、冷却バルブのＯＮ／ＯＦＦや水量によって変化するものの、冷却バルブのＯＮ／ＯＦＦや水量が決定（冷却条件が決定）されれば、熱伝達率の関数系が決定される。
一方、温度予測モデルとして、厚み方向の温度分布を考慮しない簡易なモデル（式（２）を採用することもできる。
In addition, although the heat transfer coefficient changes depending on the ON / OFF of the cooling valve and the amount of water, if the ON / OFF of the cooling valve and the amount of water are determined (cooling conditions are determined), the function system of the heat transfer coefficient is determined. .
On the other hand, a simple model (equation (2)) that does not consider the temperature distribution in the thickness direction can also be adopted as the temperature prediction model.
温度予測モデルとして、さらに簡易な式：「冷却時間Δｔの間に冷却バルブ１本あたりΔＴだけ温度降下する、すなわち、温度降下量ΔＴ＝一定量（Ｋ／冷却バルブ本数）」を採用することも可能である。
以降、第１実施形態では、熱量予測工程や板温度予測工程で用いられる温度予測モデルとして、厚み方向の温度分布を考慮しない簡易なモデルを考えることとする。この式を基に、板温度の降下量ΔＴを求めるためには、式（２）を積分することで得られる式（３）を利用するとよい。
As a temperature prediction model, a simpler formula: “Temperature drop per cooling valve by ΔT during the cooling time Δt, that is, temperature drop amount ΔT = constant amount (K / number of cooling valves)” may be adopted. Is possible.
Hereinafter, in the first embodiment, a simple model that does not consider the temperature distribution in the thickness direction will be considered as the temperature prediction model used in the heat quantity prediction step and the plate temperature prediction step. In order to obtain the plate temperature drop amount ΔT based on this equation, it is preferable to use equation (3) obtained by integrating equation (2).
式（３）や他の温度予測モデルを見るとわかるように、温度予測モデルによって、鋼板Ｗの表面を行き来する熱量、熱流束、及びそれらによる温度変化量のうちいずれを使用するのかが異なってくる。
鋼板Ｗの上下面の熱伝達率αｕ、αｄ、あるいは当該上下面を行き来する熱流束ｑｕ、ｑｄ、あるいは当該上下面を行き来する熱量Ｑｕ、Ｑｄなどの冷却能力を決める値を、上面冷却、下面冷却、上下面冷却、空冷、表面滞留水冷却などの冷却条件、及び開バルブ及び閉バルブの本数などによって変更する。
As can be seen from Equation (3) and other temperature prediction models, it depends on the temperature prediction model which one of heat quantity, heat flux, and temperature change due to them going back and forth on the surface of the steel sheet W is used. come.
The values that determine the cooling capacity such as the heat transfer coefficients αu, αd of the upper and lower surfaces of the steel sheet W, or the heat fluxes qu, qd that travel between the upper and lower surfaces, or the heat amounts Qu, Qd that travel between the upper and lower surfaces Changes depending on cooling conditions such as cooling, upper and lower surface cooling, air cooling, surface stagnant water cooling, and the number of open and closed valves.
以下具体的に、表面滞留水の状態の変化を考慮した熱伝達率を求める方法について説明する。なお、表面滞留水の状態変化の判断は、冷却状態判断工程及び滞留水状態判断工程で行う。
図４に示すようにバルブ（ラミナ）毎に９つの区間に区切った場合、図４の左端に示すＮｏ．１の空冷区間において鋼板Ｗが空冷される状態と、それ以降のＮｏ．２〜Ｎｏ．９の区間における鋼板Ｗの表面に表面滞留水がある状態とでは熱伝達率が異なる。それゆえ冷却状態判断工程では、各区間ごとに、空冷状態にあるか水冷状態にあるかを判断する。なお、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９の区間は、図４において丸付き文字の１〜９で示されている。
Hereinafter, a method for obtaining a heat transfer coefficient in consideration of a change in the state of surface stagnant water will be described. In addition, the determination of the state change of the surface accumulated water is performed in the cooling state determination step and the retention water state determination step.
As shown in FIG. 4, when divided into nine sections for each valve (lamina), No. 1 shown at the left end of FIG. No. 1 in the state in which the steel sheet W is air-cooled in the air-cooling section of No. 1 2-No. The heat transfer coefficient is different from the state in which surface stagnant water is present on the surface of the steel sheet W in the section 9. Therefore, in the cooling state determination step, it is determined for each section whether it is in an air cooling state or a water cooling state. In addition, No. 1-No. The section 9 is indicated by the circled characters 1 to 9 in FIG.
さらに、滞留水１〜滞留水６で示すそれぞれの区間（Ｎｏ．２及びＮｏ．６のバルブから冷却水が出ている区間以外）においても、鋼板Ｗの表面における表面滞留水の状態が異なるので、各区間における熱伝達率も異なる。また、前区間（Ｎｏ．１）において表面滞留水が無かった水冷１の区間（Ｎｏ．２）と、表面滞留水上にさらに冷却水を落下させる水冷２の区間（Ｎｏ．６）とでも熱伝達率が異なる。 Furthermore, since the state of the surface stagnant water on the surface of the steel sheet W is different also in each section indicated by stagnant water 1 to stagnant water 6 (other than the section where the cooling water is discharged from the No. 2 and No. 6 valves). The heat transfer coefficient in each section is also different. Heat transfer is also performed in the water-cooled 1 section (No. 2) where there was no surface stagnant water in the previous section (No. 1) and the water-cooled 2 section (No. 6) in which cooling water is further dropped onto the surface stagnant water. The rate is different.
上記各区間の熱伝達率は、図４に示されるように、表面滞留水の有無、表面滞留水の膜厚、表面滞留水下の膜沸騰時の水蒸気膜厚、表面滞留水の流れ速度などの要素によって、逐次変化する。
これらの要素は常に変化するものであるが、表面滞留水を考慮した定常状態を想定する精緻な温度予測モデルに基づきフィードフォワード制御を行うだけでも、表面滞留水の状態を考慮しないフィードフォワードよりも温度予測精度及び制御精度は向上させることができる。
As shown in FIG. 4, the heat transfer coefficient in each of the above sections is the presence / absence of surface stagnant water, the film thickness of surface stagnant water, the film thickness of water vapor during film boiling under the surface stagnant water, the flow rate of surface stagnant water, etc. It changes sequentially depending on the elements of.
These factors are always changing, but even if feed-forward control is performed based on a precise temperature prediction model that assumes a steady state that takes into account surface stagnant water, feed feed control that does not take into account the surface stagnant water state Temperature prediction accuracy and control accuracy can be improved.
従って、本実施形態による滞留水状態判断工程においては、定常状態を考える。
定常状態では、表面滞留水の有無はバルブが開いている最も直近の区間から、当該区間まで間に水切りスプレーなどによる表面滞留水除去がなされていない場合、当該区間に表面滞留水が存在すると判断することができる。
また定常状態では、表面滞留水の膜厚ｈｓは、開いているバルブから遠ざかるに従って薄くなる。それは表面滞留水は板上を下流に行くに従って、該バルブからの距離にほぼ比例して幅が広がり、該バルブからの距離にほぼ反比例して膜厚が減少するためであり、例えばバルブからの距離を距離ｌｓとすると、表面対流水の膜厚ｈｓは次式（４）にて近似することができる。
Therefore, in the stagnant water state determination step according to this embodiment, a steady state is considered.
In steady state, the presence or absence of surface stagnant water is determined that surface stagnant water is present in the section when the surface stagnant water is not removed by the draining spray etc. from the nearest section where the valve is open to the section. can do.
In a steady state, the film thickness hs of the surface stagnant water decreases as the distance from the open valve increases. This is because the surface stagnant water expands in proportion to the distance from the valve as it goes downstream on the plate, and the film thickness decreases almost in inverse proportion to the distance from the valve. When the distance is the distance ls, the film thickness hs of the surface convection water can be approximated by the following equation (4).
ここで、表面滞留水の膜厚に熱伝達率αｓが比例するとすれば、次式（５）にて、表面滞留水における熱伝達率αｓを近似することができる。 Here, if the heat transfer coefficient αs is proportional to the film thickness of the surface staying water, the heat transfer coefficient αs in the surface staying water can be approximated by the following equation (5).
また、均一層流内に置かれた平板である鋼板Ｗの表面に発生する乱流膜の膜厚ｈｒを考えると、平板の端点からの距離を距離ｌｒとし、平板に対する層流の速度をＶｒとすれば、膜厚ｈｒは、次式（６）に示す比例関係になることが知られている。 Considering the film thickness hr of the turbulent film generated on the surface of the steel plate W, which is a flat plate placed in a uniform laminar flow, the distance from the end point of the flat plate is the distance lr, and the velocity of the laminar flow with respect to the flat plate is Vr. Then, it is known that the film thickness hr has a proportional relationship represented by the following formula (6).
図４で示す水蒸気膜も、膜厚が式（６）で表現される乱流膜と同様の挙動を示すと仮定すれば、水蒸気膜の膜厚ｈｗを、次式（７）で与えることができる。 If it is assumed that the water vapor film shown in FIG. 4 behaves similarly to the turbulent film expressed by the equation (6), the film thickness hw of the water vapor film can be given by the following equation (7). it can.
ここで、熱伝達率αｓが水蒸気膜厚に反比例すると仮定すれば、次式（８）により熱伝達率αｓを近似することが可能である。 Here, if it is assumed that the heat transfer coefficient αs is inversely proportional to the water vapor film thickness, the heat transfer coefficient αs can be approximated by the following equation (8).
このように、式（５）あるいは式（８）にて表面滞留水における熱伝達率αｓを近似的に与えることが可能で、いずれの式においても、開いているバルブからの距離ｌｓに反比例するように熱伝達率αｓを与えることで、距離ｌｓが増加するにしたがって熱伝達率αｓを減じることになる。
ここで、式（８）は膜沸騰時の水蒸気膜を前提としているが、言うまでもなく式（８）にも、式（５）と同様に鋼板Ｗの表面温度Ｔに対する依存性がある。図２のグラフは、水冷時の熱伝達率の温度依存性を示しているが、式（５）のα０や式（８）のα１に図２のグラフに示される温度依存性を与えることで、次式（９）及び（１０）で与えられるように、熱伝達率の更に高精度な近似が可能となる。
As described above, the heat transfer coefficient αs in the surface stagnant water can be approximately given by the formula (5) or the formula (8), and in any formula, it is inversely proportional to the distance ls from the open valve. By giving the heat transfer coefficient αs as described above, the heat transfer coefficient αs is reduced as the distance ls increases.
Here, although Formula (8) presupposes the water vapor | steam film | membrane at the time of film | membrane boiling, it cannot be overemphasized that Formula (8) has the dependence with respect to the surface temperature T of the steel plate W similarly to Formula (5). The graph of FIG. 2 shows the temperature dependence of the heat transfer coefficient during water cooling. By giving the temperature dependence shown in the graph of FIG. 2 to α0 in equation (5) and α1 in equation (8). As given by the following equations (9) and (10), the heat transfer coefficient can be approximated with higher accuracy.
また、鋼板表面温度Ｔが低く（約５００℃以下）、膜沸騰から核沸騰に遷移した場合、図２のグラフに示されるように熱伝達率αｓは急激に増加し、熱伝達率αｓは、上述の式（９）及び式（１０）に示すようには距離ｌｓに反比例しなくなるが、これに対して表面滞留水の温度Ｔｓが上昇することによって、見かけ上の熱伝達率αｓ’は、開いているバルブからの距離ｌｓが増加するに従い減少する。 In addition, when the steel sheet surface temperature T is low (about 500 ° C. or less) and transition from film boiling to nucleate boiling, the heat transfer coefficient αs increases rapidly as shown in the graph of FIG. As shown in the above formulas (9) and (10), it is no longer inversely proportional to the distance ls, but the apparent heat transfer coefficient αs ′ is increased by increasing the temperature Ts of the surface stagnant water. It decreases as the distance ls from the open valve increases.
すなわち、上述の式（９）及び式（１０）にて与えられるαｓによる熱流束（-ｑｓ，-ｑｓ＞０）を表面滞留水が鋼板から吸収し、次式（１１）のように表面滞留水の温度Ｔｓは温度上昇する。 That is, the surface staying water absorbs the heat flux (−qs, −qs> 0) due to αs given by the above formulas (9) and (10) from the steel plate, and the surface stays as shown in the following formula (11). The temperature Ts of water rises.
今、表面滞留水が板上面に滞留する時間ｔは、表面滞留水の板搬送方向の流速をＶｓとすると、次式（１２）で与えられ、 Now, the time t during which the surface stagnant water stays on the top surface of the plate is given by the following equation (12), where Vs is the flow rate of the surface stagnant water in the plate conveyance direction,
上述の式（１１）及び式（１２）から、次式（１３）が得られる。 From the above equations (11) and (12), the following equation (13) is obtained.
これにより、距離ｌｓの変化に対する表面滞留水温度Ｔｓの変化量が得られ、表面滞留水温度Ｔｓは、次式（１４）に示すように、距離ｌｓの関数として与えられる。 Thereby, the amount of change in the surface staying water temperature Ts with respect to the change in the distance ls is obtained, and the surface staying water temperature Ts is given as a function of the distance ls as shown in the following equation (14).
ここまでが、冷却状態判断工程及び滞留水状態判断工程における処理である。続いて、熱量修正工程における処理について説明する。
距離ｌｓが増加する（開いているバルブからの距離が離れる）に従い鋼板表面温度Ｔが上昇するので、鋼板表面から出る熱流束（-ｑｓ）は、次式（１５）及び（１６）で与えられる。
This is the process in the cooling state determination step and the stagnant water state determination step. Then, the process in a calorie | heat amount correction process is demonstrated.
Since the steel sheet surface temperature T increases as the distance ls increases (the distance from the open valve increases), the heat flux (−qs) emitted from the steel sheet surface is given by the following equations (15) and (16). .
熱流束（-ｑｓ）は、距離ｌｓが増加する（開いているバルブから離れる）に従い減少する。但し、温度Ｔｗはバルブから放出される冷却水の温度とする。言うまでもなく、式（１６）の見かけ上の熱伝達率αｓ’も、距離ｌｓが増加するに従い減少する。
このように、熱量修正工程において式（１５）及び式（１６）で表された熱流束（-ｑｓ）は、熱量予測工程や板温度予測工程で用いられる温度予測モデルにおける、式（２’ａ）及び式（２’ｂ）、式（３’ａ）及び式（３’ｂ）に示す熱流束ｑｕ及び熱流束ｑｄの修正値として用いられ、熱量修正工程で修正された熱流束値を基に、板温度予測工程において鋼板Ｗの表面予測温度が算出される。
The heat flux (−qs) decreases as the distance ls increases (away from the open valve). However, the temperature Tw is the temperature of the cooling water discharged from the valve. Needless to say, the apparent heat transfer coefficient αs ′ in equation (16) also decreases as the distance ls increases.
Thus, the heat flux (−qs) represented by the equations (15) and (16) in the calorie correction process is the formula (2′a) in the temperature prediction model used in the calorie prediction step and the plate temperature prediction step. ) And formulas (2′b), formulas (3′a) and formulas (3′b) are used as correction values of the heat flux qu and the heat flux qd, and are based on the heat flux values corrected in the heat quantity correction step. In addition, the predicted surface temperature of the steel plate W is calculated in the plate temperature prediction step.
次に、図５，図６に、距離ｌｓの増加に伴う表面滞留水の温度Ｔｓの増加、及び熱伝達率αｓ’の減少の様子を示す。
距離ｌｓの増加に伴い温度Ｔｓは、上述の式（１４）に従って温度上昇し、沸点１００℃に達する。温度Ｔｓは式（１４）に従っているが、冷却水温度Ｔｗから１００℃までの温度域ではほぼ比例関係とみても問題ない。また熱伝達率αｓ’は、表面滞留水の温度Ｔｓの上昇に伴い、温度Ｔｓに反比例（距離ｌｓに反比例）する形で減少している。
Next, FIG. 5 and FIG. 6 show how the temperature Ts of the surface stagnant water increases and the heat transfer coefficient αs ′ decreases as the distance ls increases.
As the distance ls increases, the temperature Ts rises according to the above equation (14) and reaches a boiling point of 100 ° C. Although the temperature Ts follows the equation (14), there is no problem even if the temperature Ts is almost proportional in the temperature range from the cooling water temperature Tw to 100 ° C. Further, the heat transfer coefficient αs ′ decreases in a manner that is inversely proportional to the temperature Ts (inversely proportional to the distance ls) as the temperature Ts of the surface stagnant water increases.
通常、熱伝達率は、計測可能な周囲の代表温度と鋼板表面温度との差で熱流束を除算して得られる。このため周囲の代表温度に冷却水温度Ｔｗを採用することが多く、式（１６）にて熱伝達率を与え、式（１５）にて熱流束を算出することは自然な流れである。よって、事前に式（１６）を算出しておくことで、オンラインで表面滞留水の温度を随時算出することなく、簡単に熱流束を算出することができる。 Usually, the heat transfer coefficient is obtained by dividing the heat flux by the difference between the representative ambient temperature that can be measured and the steel sheet surface temperature. For this reason, the cooling water temperature Tw is often adopted as the ambient representative temperature, and it is a natural flow to give the heat transfer coefficient by the equation (16) and calculate the heat flux by the equation (15). Therefore, by calculating equation (16) in advance, it is possible to easily calculate the heat flux without calculating the temperature of the surface accumulated water as needed.
このように、核沸騰時（言うまでもなく、膜沸騰時）においても、距離ｌｓが増加する（開いているバルブからの距離が離れる）に従い熱伝達率や熱流束が減少する。また、距離ｌｓの増加に従い熱伝達率や熱流束が減少する関係は、上述した式（９）及び式（１０）などによって近似可能であり、本実施形態による熱量修正工程は、これら近似式を用いて、鋼板Ｗの表面と外部を行き来する出入り熱量を予測する。 Thus, even during nucleate boiling (of course, during film boiling), the heat transfer rate and heat flux decrease as the distance ls increases (the distance from the open valve increases). Further, the relationship in which the heat transfer coefficient and the heat flux decrease as the distance ls increases can be approximated by the above formulas (9) and (10), and the heat quantity correction step according to the present embodiment uses these approximate formulas. It is used to predict the amount of heat that enters and exits the surface of the steel sheet W and the outside.
また、開いているバルブが変更され、バルブからの距離ｌｓが変化したときは、本実施形態による熱量修正工程が、近似式である後述の式（１５）及び式（１６）を用いて鋼板Ｗにおける温度予測の対象区間の表面と外部を行き来する出入り熱量を再計算し、熱量予測工程が先に予測した出入熱量を修正する。板温度予測工程は、この修正された出入熱量に基づいて、温度予測対象区間での板温度を予測する。 In addition, when the open valve is changed and the distance ls from the valve is changed, the heat quantity correction step according to the present embodiment is performed using the steel sheet W using the following formulas (15) and (16) which are approximate formulas. The heat input / output heat amount that reciprocates between the surface and the outside of the target section of the temperature prediction in is recalculated, and the heat input / output heat amount predicted earlier by the heat amount prediction step is corrected. In the plate temperature prediction step, the plate temperature in the temperature prediction target section is predicted based on the corrected heat input / output amount.
このような表面滞留水の状態を考慮した熱伝達率及び熱流束の近似式を、鋼板の冷却温度制御の温度予測に反映させることで、高精度な温度予測が実現可能となる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による鋼板の温度予測方法について説明する。
第１実施形態では、滞留水状態判断工程において、熱伝達率αｓはバルブからの距離ｌｓと反比例（つまり、表面滞留水の膜厚と比例）の関係にあると仮定して、式（５）で示したように熱伝達率αｓを近似した。
By reflecting the approximate expression of the heat transfer coefficient and heat flux considering the state of the surface stagnant water in the temperature prediction of the cooling temperature control of the steel sheet, highly accurate temperature prediction can be realized.
[Second Embodiment]
A temperature prediction method for a steel sheet according to a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, in the stagnant water state determination step, it is assumed that the heat transfer coefficient αs is inversely proportional to the distance ls from the valve (that is, proportional to the film thickness of the surface stagnant water). The heat transfer coefficient αs was approximated as shown in FIG.
これに対して、本実施形態では、滞留水状態判断工程において、水冷区間の熱伝達率が、バルブからの距離ｌｓではなく、表面滞留水の膜厚ｈｓと反比例の関係にあると仮定して、水冷区間の熱伝達率を近似することが特徴である。以下、詳細に説明する。
表面滞留水の膜厚が増加するとバルブからの水流の勢いが削がれるので、水冷区間での熱伝達率、熱流束、あるいは熱量などで示される冷却能力は減少する。ここで、図７に示すように、水冷区間の熱伝達率αｗが、表面滞留水の膜厚ｈｓに反比例（正確に言うと、表面滞留水の膜厚の線形式に反比例）するとして、次式（１７）にて熱伝達率αｗを与えることができる。
On the other hand, in the present embodiment, in the stagnant water state determination step, it is assumed that the heat transfer coefficient in the water cooling section is inversely proportional to the film thickness hs of the surface stagnant water, not the distance ls from the valve. It is characterized by approximating the heat transfer coefficient in the water-cooled section. Details will be described below.
As the film thickness of the surface stagnant water increases, the momentum of the water flow from the valve is reduced, so that the cooling capacity indicated by the heat transfer coefficient, heat flux, or heat quantity in the water cooling section decreases. Here, as shown in FIG. 7, it is assumed that the heat transfer coefficient αw in the water cooling section is inversely proportional to the film thickness hs of the surface retained water (more precisely, inversely proportional to the linear form of the film thickness of the surface retained water). The heat transfer coefficient αw can be given by equation (17).
式（１７）による熱伝達率αｗを用いて式（１１）による熱流束（-ｑｓ）を求めることで、実機データに良く対応した鋼板表面の温度予測が可能となる。
式（１７）における膜厚ｈｓは、第１実施形態における表面滞留水の膜厚ｈｓと同様に、近似式にて与えることができる。式（１７）の膜厚ｈｓに、式（４）の近似式を用いると、次式（１８）が得られる。
By obtaining the heat flux (−qs) according to the equation (11) using the heat transfer coefficient αw according to the equation (17), it is possible to predict the temperature of the steel sheet surface corresponding well to the actual machine data.
The film thickness hs in the equation (17) can be given by an approximate expression, similar to the film thickness hs of the surface stagnant water in the first embodiment. When the approximate expression of Expression (4) is used for the film thickness hs of Expression (17), the following Expression (18) is obtained.
これにより熱伝達率αｗは、式（１８）で与えられ、バルブからの距離ｌｓに関して比例と反比例が合わさった形となる。式（１８）のグラフ概形は、図８に示すようになり、バルブからの距離ｌｓが大きくなるにつれて、水冷区間の熱伝達率αｗの増加率は逓減する。
このように変化する熱伝達率αｗを用いて、熱量修正工程において式（１５）及び式（１６）で表された熱流束（-ｑｓ）を求める。求めた熱流束（-ｑｓ）を、熱量予測工程や板温度予測工程で用いられる温度予測モデルにおける、式（２’ａ）及び式（２’ｂ）、式（３’ａ）及び式（３’ｂ）に示す熱流束ｑｕ及び熱流束ｑｄの修正値として用いて、鋼板Ｗの表面予測温度を修正する。
As a result, the heat transfer coefficient αw is given by the equation (18), and has a form in which proportionality and inverse proportion are combined with respect to the distance ls from the valve. The graph outline of the equation (18) is as shown in FIG. 8, and as the distance from the valve ls increases, the rate of increase in the heat transfer coefficient αw in the water-cooled section decreases.
Using the heat transfer coefficient αw that changes in this way, the heat flux (−qs) represented by the equations (15) and (16) is obtained in the heat quantity correction step. The obtained heat flux (−qs) is converted into the formula (2′a), formula (2′b), formula (3′a) and formula (3) in the temperature prediction model used in the heat quantity prediction step and the plate temperature prediction step. The predicted surface temperature of the steel sheet W is corrected using the corrected values of the heat flux q u and the heat flux q d shown in 'b).
本実施形態では、熱伝達率αｗが表面滞留水の膜厚ｈｓに反比例する例を示したが、膜厚ｈｓのｙ乗（ｙ＞０）に反比例、あるいは膜厚ｈｓの−ｙ乗に比例するとしても良い。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による鋼板の温度予測方法について説明する。
第２実施形態による滞留水状態判断工程では、１つのバルブが開いた場合における表面滞留水の定常状態での冷却状態を考えた。
In the present embodiment, an example is shown in which the heat transfer coefficient αw is inversely proportional to the film thickness hs of the surface accumulated water, but is inversely proportional to the yth power of the film thickness hs (y> 0) or proportional to the −yth power of the film thickness hs. You may do that.
[Third Embodiment]
A temperature prediction method for a steel sheet according to a third embodiment of the present invention will be described.
In the stagnant water state determination step according to the second embodiment, the cooling state in the steady state of the surface stagnant water when one valve is opened was considered.
これに対し、本実施形態による滞留水状態判断工程では、複数のバルブが開いた場合における表面滞留水の定常状態での冷却状態を考える。
通常、冷却装置３の上流側の複数の区間でバルブが開いていた場合、各区間における正確な表面滞留水の膜厚を得るためには流体（冷却水）の流れを解析しなければならず、このような流体の解析をオンライン制御などで実用化することは困難である。
On the other hand, in the stagnant water state determination step according to the present embodiment, the cooling state in the steady state of the surface stagnant water when a plurality of valves are opened is considered.
Normally, when the valves are open in a plurality of sections upstream of the cooling device 3, the flow of the fluid (cooling water) must be analyzed in order to obtain an accurate surface retention water film thickness in each section. It is difficult to put such fluid analysis into practical use by online control.
本実施形態では、簡便な計算式により、オンライン制御で実用可能な表面滞留水の膜厚の計算式を提供する。具体的には、図９に示すように、開いている複数のバルブの１本１本によって形成される表面滞留水の膜厚を重ね合わせて線形和を求めることで、各区間の表面滞留水の膜厚として表す。図９では、開いている複数のバルブの１本１本によって形成される表面滞留水の膜厚を破線で示し、破線で示される膜厚の線形和を実線で示している。 In the present embodiment, a calculation formula for the film thickness of surface stagnant water that can be put into practical use by online control is provided by a simple calculation formula. Specifically, as shown in FIG. 9, the surface stagnant water in each section is obtained by superimposing the film thickness of the surface stagnant water formed by each of a plurality of open valves to obtain a linear sum. It expresses as a film thickness. In FIG. 9, the film thickness of the surface accumulated water formed by each of a plurality of open valves is indicated by a broken line, and the linear sum of the film thicknesses indicated by the broken line is indicated by a solid line.
今、区間ｍ（１≦ｍ≦ｎ）のバルブのみが開いていた場合の膜厚ｈｓｍは、区間ｍからの距離ｌｓｍにより、次式（１９）にて与えられるものと仮定する。 Now, it is assumed that the film thickness hsm when only the valve in the section m (1 ≦ m ≦ n) is open is given by the following equation (19) according to the distance lsm from the section m.
このとき、区間１〜ｎの複数のバルブが開いた場合の膜厚ｈｓを膜厚ｈｓｍの和として、次式（２０）にて与える。 At this time, the film thickness hs when the plurality of valves in the sections 1 to n are opened is given by the following equation (20) as the sum of the film thickness hsm.
この方法は非常に簡便ではあるが、実際の表面滞留水の膜厚に対して非常に良い近似を与えることは、本願発明者らによって確認されている。
この式（２０）で得られる膜厚ｈｓを、第１実施形態における式（４）で得られる膜厚ｈｓの代わりに用いて、又は第２実施形態における式（１７）に用いて式（１１）による熱流束（-ｑｓ）を求めることで、複数バルブが開いた場合の表面滞留水の影響をより高精度に表現することができ、実機データに良く対応した鋼板表面の温度予測が可能となる。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による鋼板の温度予測方法について説明する。
Although this method is very simple, it has been confirmed by the inventors of the present invention that it gives a very good approximation to the actual film thickness of the surface accumulated water.
The film thickness hs obtained by the equation (20) is used instead of the film thickness hs obtained by the equation (4) in the first embodiment, or is used in the equation (17) in the second embodiment. ) Can be used to accurately express the effect of surface water on the surface when multiple valves are opened, and it is possible to predict the temperature of the steel sheet surface well corresponding to actual machine data. Become.
[Fourth Embodiment]
A temperature prediction method for a steel sheet according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
前述した第３実施形態では、複数の区間でバルブが開いている場合の鋼板温度を予測する方法を説明した。ところが、複数の区間でバルブが開いている場合において開バルブの本数が同じでも、バルブの開閉パターンによって冷却装置３の冷却能力が異なるという現象が現場の実績として見いだされている。
そこで、本実施形態では、その冷却能力が異なる状況とその理由について図４と図１０とを比較して説明する。
In the third embodiment described above, the method for predicting the steel plate temperature when the valve is open in a plurality of sections has been described. However, when the valves are open in a plurality of sections, even if the number of open valves is the same, a phenomenon that the cooling capacity of the cooling device 3 varies depending on the opening / closing pattern of the valves has been found as a result in the field.
Therefore, in this embodiment, the situation where the cooling capacity is different and the reason thereof will be described by comparing FIG. 4 and FIG.
図４と図１０とは、異なるバルブ開閉パターンを示しており、それぞれ異なる表面滞留水の状態となっている。図４では、Ｎｏ．２の区間（水冷１）とＮｏ．６の区間（水冷２）において、冷却水が供給されている。図１０では、Ｎｏ．２の区間（水冷１）とＮｏ．４の区間（水冷２）において、冷却水が供給されている。図４と図１０では、下流側の開バルブに対応する区間である水冷２の位置が異なっている。 FIG. 4 and FIG. 10 show different valve opening / closing patterns, which are in different states of surface stagnant water. In FIG. No. 2 (water-cooled 1) and No. 2 In the section 6 (water cooling 2), cooling water is supplied. In FIG. No. 2 (water-cooled 1) and No. 2 In the section 4 (water cooling 2), cooling water is supplied. 4 and 10 are different in the position of the water cooling 2, which is the section corresponding to the downstream open valve.
従来技術のように、開いているバルブの本数を基に冷却能力を仮定する場合、あるいは表面滞留水の熱伝達率が鋼板表面のいずれの場所においても一律一定であると仮定する場合、上述のように水冷２の位置が異なっていても、図４に示すバルブ開閉パターンと図１０に示すバルブ開閉パターンの冷却能力は同じとなる。
しかし、図４と図１０において、Ｎｏ．１の区間からＮｏ．３の区間までは、表面滞留水の状態は同じであるが、Ｎｏ．４の区間からＮｏ．９の区間までは、水冷２の区間の位置が異なっていることにより、各区間ごとに図４と図１０とで表面滞留水の状態が異なっている。
When assuming the cooling capacity based on the number of open valves as in the prior art, or when assuming that the heat transfer coefficient of the surface stagnant water is constant at any location on the surface of the steel sheet, Thus, even if the positions of the water cooling 2 are different, the cooling capacity of the valve opening / closing pattern shown in FIG. 4 is the same as that of the valve opening / closing pattern shown in FIG.
However, in FIGS. No. 1 to No. 1 Up to section 3, the state of the surface accumulated water is the same. No. 4 from No. 4 section. Since the position of the water-cooled section 2 is different up to the section 9, the state of the surface accumulated water is different between each section in FIGS. 4 and 10.
このような場合、上述の第３実施形態における、複数の区間のバルブが開いた場合の膜厚ｈｓの近似式（２０）によれば、Ｎｏ．４の区間からＮｏ．９の区間までの各区間において図４と図１０とで異なる表面滞留水の膜厚ｈｓを正確に近似することができる。このような膜厚ｈｓの近似によって、バルブ開閉パターンを変更することによる、冷却能力の違いを正確に表現することができる。 In such a case, according to the approximate expression (20) of the film thickness hs when the valves in the plurality of sections are opened in the third embodiment described above, no. No. 4 from No. 4 section. The thickness hs of the surface accumulated water that differs between FIG. 4 and FIG. 10 can be accurately approximated in each section up to nine sections. By such an approximation of the film thickness hs, it is possible to accurately represent the difference in cooling capacity by changing the valve opening / closing pattern.
その理由を、以下に具体的に説明する。
図１０は、Ｎｏ．３の区間までは図４と同じであるが、それ以降のＮｏ．４〜Ｎｏ．９の区間は図４とは異なっている。図４に対して図１０は、Ｎｏ．４の区間〜Ｎｏ．９の区間において、水蒸気膜の膜厚が大きく熱伝達率が低くなる区間が多い。さらに、図４及び図１０を比較して、水冷２の区間における表面滞留水の膜厚は、図１０の方が大きいので、水冷２の区間における熱伝達率も図１０の方が低くなる。
The reason will be specifically described below.
FIG. No. 3 is the same as FIG. 4-No. The section 9 is different from FIG. 10 corresponds to FIG. 4 to No. 4 In section 9, there are many sections where the thickness of the water vapor film is large and the heat transfer coefficient is low. Further, comparing FIG. 4 and FIG. 10, the film thickness of the surface stagnant water in the section of water cooling 2 is larger in FIG. 10, so the heat transfer coefficient in the section of water cooling 2 is also lower in FIG. 10.
以上から、複数の区間でバルブが開いていた場合における表面滞留水の膜厚を考慮した第３実施形態に従えば、図１０に示すバルブ開閉パターンの冷却能力は、図４に示すバルブ開閉パターンよりも低くなり、実機での結果と良く一致する。
［第５実施形態］
第１実施形態〜第４実施形態では、表面滞留水の定常状態に対する処理方法を示してきた。特に第３実施形態及び第４実施形態では、複数の区間でバルブが開いていた場合における表面滞留水の膜厚を考慮したが、やはり、表面滞留水の定常状態について考えたものであった。
From the above, according to the third embodiment in consideration of the film thickness of the surface accumulated water when the valve is open in a plurality of sections, the cooling capacity of the valve opening / closing pattern shown in FIG. 10 is the valve opening / closing pattern shown in FIG. It is lower than the actual value, which is in good agreement with the actual results.
[Fifth Embodiment]
In 1st Embodiment-4th Embodiment, the processing method with respect to the steady state of surface residence water has been shown. In particular, in the third embodiment and the fourth embodiment, the film thickness of the surface stagnant water when the valve is open in a plurality of sections is considered, but the steady state of the surface stagnant water is still considered.
それに対し本実施形態では、表面滞留水の非定常状態に対する処理方法を示す。特には、第３実施形態及び第４実施形態における表面滞留水の定常状態に加えて、開バルブから放出された表面滞留水が鋼板Ｗの上面に到達してから下流側の区間に伝播してゆく状態を表す動特性を考慮する。これによって、開バルブから放出された表面滞留水が鋼板Ｗの上面に到達してから下流側の区間に伝播するのに要する無駄時間や、無駄時間経過後に上流の表面滞留水が伝播してから板温度の降下量が定常状態となるまでの過渡特性などを考慮したモデルを構築することができ、鋼板表面の温度予測の更なる高精度化を実現する。 On the other hand, in this embodiment, the processing method with respect to the unsteady state of surface residence water is shown. In particular, in addition to the steady state of the surface stagnant water in the third embodiment and the fourth embodiment, the surface stagnant water released from the open valve propagates to the downstream section after reaching the upper surface of the steel sheet W. Consider the dynamic characteristics that represent the state of going. As a result, the surface stay water released from the open valve reaches the upper surface of the steel plate W and then propagates to the downstream section, and after the surface stay water upstream has propagated after the waste time has elapsed. It is possible to build a model that takes into account the transient characteristics until the plate temperature drop reaches a steady state, and achieves higher accuracy in predicting the temperature of the steel plate surface.
今、表面滞留水が鋼板Ｗの板搬送方向（下流方向）に流速Ｖｓで伝播するとし、温度予測の対象区間まで表面滞留水が伝播して、表面滞留水の状態つまり膜厚ｈｓが変化するまでの応答遅れである無駄時間を考慮する。
具体的には、当該対象区間よりも上流の区間における過去のバルブ開閉などの冷却状態、あるいはその冷却状態に対応した当該上流の区間における表面滞留水の膜厚ｈｓの変化の過去データを格納する。
Now, assuming that the surface stagnant water propagates at the flow velocity Vs in the plate conveyance direction (downstream direction) of the steel plate W, the surface stagnant water propagates to the target section for temperature prediction, and the surface stagnant water state, that is, the film thickness hs changes. Consider the dead time that is the response delay until.
Specifically, past data on the past cooling state such as valve opening and closing in the section upstream from the target section or the change in the film thickness hs of the surface accumulated water in the upstream section corresponding to the cooling state is stored. .
その上で、表面滞留水が流速Ｖｓで鋼板表面を下流方向に伝播すると仮定して、過去データにおける上流区間の表面滞留水の膜厚ｈｓの変化も流速Ｖｓで下流方向に伝播するとする。これにより、過去データにおける膜厚ｈｓの変化が温度予測対象区間に伝播する時期を予測することができるので、この予測時期にあわせて、変化した膜厚ｈｓを用いれば、当該対象区間の板温度をより正確に予測することができる。 Then, assuming that the surface stagnant water propagates downstream on the steel sheet surface at the flow velocity Vs, the change in the film thickness hs of the surface stagnant water in the upstream section in the past data is also propagated downstream at the flow velocity Vs. Thereby, since the time when the change of the film thickness hs in the past data propagates to the temperature prediction target section can be predicted, if the changed film thickness hs is used in accordance with this prediction time, the plate temperature of the target section Can be predicted more accurately.
このような方法によって、表面滞留水の膜厚ｈｓが変化するまでの応答遅れである無駄時間を考慮した温度予測が可能になるが、以下の方法によって、表面滞留水が定常状態となるまでの過渡特性をさらに考慮すれば、板温度をより正確に予測することができる。
以下に、この過渡特性について説明する。
過去データを基に表面滞留水の膜厚変化を判断し、その膜厚変化に応じて第３実施形態及び第４実施形態における熱伝達率を求めると、求められた熱伝達率から導かれる温度降下量の波形は、バルブ開閉パターンによって図１１のように変化する。
By such a method, it is possible to predict the temperature in consideration of the dead time that is a response delay until the film thickness hs of the surface stagnant water changes, but until the surface stagnant water reaches a steady state by the following method. If the transient characteristics are further taken into account, the plate temperature can be predicted more accurately.
The transient characteristics will be described below.
The temperature derived from the obtained heat transfer coefficient is determined when the film thickness change of the surface accumulated water is determined based on the past data, and the heat transfer coefficient in the third embodiment and the fourth embodiment is determined according to the film thickness change. The waveform of the descent amount changes as shown in FIG. 11 depending on the valve opening / closing pattern.
図１１は、図４のバルブ開閉パターンに示すようにバルブを開く際、先に上流側区間のバルブ（Ｎｏ．２の区間である水冷１）を開いて定常状態になった状態から、後で下流側区間のバルブ（Ｎｏ．６の区間である水冷２）を開いた際の過渡特性（温度降下量の変化）と、先に下流側区間のバルブ（Ｎｏ．６の区間である水冷２）を開いて定常状態になった状態から、後で上流側区間のバルブ（Ｎｏ．２の区間である水冷１）を開いた際の過渡特性（温度降下量の変化）とを比較している。 11, when opening the valve as shown in the valve opening / closing pattern of FIG. 4, the valve in the upstream section (water cooling 1 which is the section of No. 2) is first opened to be in a steady state, and later. Transient characteristics (change in temperature drop) when the valve in the downstream section (water cooling 2 which is No. 6) is opened, and the valve in the downstream section (water cooling 2 which is No. 6 section) first Is compared with the transient characteristics (change in temperature drop) when the valve in the upstream section (water cooling 1 which is the section No. 2) is opened later from the state where the valve is opened to the steady state.
図４を参照して、後でＮｏ．６の水冷２の区間（下流側）のバルブを開いたとき、既に鋼板上にＮｏ．２の水冷１の区間のバルブから来た表面滞留水が存在しているため表面滞留水の膜厚が大きくなり、水冷による温度降下量は低減される。その後、表面滞留水の伝播とそれに伴う水蒸気膜の膜厚変化によって、滞留水区間での温度降下量が徐々に増加し、定常状態になる。 Referring to FIG. When the valve in the water-cooled 2 section (downstream side) of No. 6 was opened, No. 6 was already on the steel plate. Since there is surface stagnant water coming from the valve in section 2 of water cooling 1 of 2, the film thickness of the surface stagnant water increases, and the amount of temperature drop due to water cooling is reduced. Thereafter, due to the propagation of the surface stagnant water and the accompanying change in the film thickness of the water vapor film, the amount of temperature drop in the stagnant water section gradually increases and becomes a steady state.
一方、後でＮｏ．２の水冷１の区間（上流側）のバルブを開いたとき、鋼板Ｗ上の水冷２よりも上流側には表面滞留水が存在していないため、Ｎｏ．６の水冷２よりも上流の区間における水冷の温度降下量は大きい。また、Ｎｏ．６の水冷２の区間よりも下流の水冷区間でも上流側からの表面滞留水が流れてくるまでは大きな温度降下量を維持したままである。 On the other hand, no. No. 2 in the section of water cooling 1 (upstream side) when the valve is opened, the surface accumulated water does not exist on the upstream side of the water cooling 2 on the steel plate W. The amount of water cooling temperature drop in the section upstream of the water cooling 2 of 6 is large. No. Even in the water-cooling section downstream of the water-cooling 2 section 6, a large temperature drop is maintained until the surface stagnant water flows from the upstream side.
その後、Ｎｏ．２の水冷１の区間から徐々に表面滞留水が流速Ｖｓで下流側区間に伝播するに従い、表面滞留水が覆う区間が広がるので、温度降下量は増加する。さらに表面滞留水が下流側の水冷区間に達すると、下流側の水冷２の区間の温度降下量が表面滞留水の膜厚の増加に応じて減少し、温度降下量も減少する。
このように下流側に水冷区間がある状態で上流側のバルブを開くと、初期の温度降下量は大きくなるが、表面滞留水が下流側の水冷区間に達することによって温度降下量は減少し定常状態になるという、オーバーシュート現象が発生する。
Then, no. As the surface stagnant water gradually propagates from the section of water cooling 1 of 2 to the downstream section at the flow velocity Vs, the section covered with the surface stagnant water spreads, and the amount of temperature drop increases. Further, when the surface stagnant water reaches the downstream water cooling section, the amount of temperature drop in the downstream water cooling 2 section decreases as the film thickness of the surface stagnant water increases, and the temperature drop amount also decreases.
When the upstream valve is opened with the water cooling section on the downstream side in this way, the initial temperature drop increases, but the surface drop reaches the downstream water cooling section, and the temperature drop decreases and becomes steady. An overshoot phenomenon occurs.
このような過渡特性は、上述した表面滞留水の伝播の動特性を考慮しなければ表現することはできず、表面滞留水の伝播の動特性を考慮した本実施形態によって初めて再現可能であり、本願特有の特徴である。上述の表面滞留水の伝播の動特性を考慮した無駄時間及び過渡特性を第３実施形態及び第４実施形態における熱伝達率の算出に組み入れることで、更に高精度に板温度を予測できる。 Such transient characteristics can not be expressed without considering the above-described dynamic characteristics of surface stagnant water propagation, and can be reproduced for the first time by this embodiment considering the dynamic characteristics of surface stagnant water propagation, This is a feature unique to the present application. The plate temperature can be predicted with higher accuracy by incorporating the dead time and transient characteristics in consideration of the dynamic characteristics of propagation of the surface stagnant water into the calculation of the heat transfer coefficient in the third and fourth embodiments.
尚、本実施形態において、温度予測の対象区間よりも上流の区間における過去のバルブ開閉などの上面冷却状態、あるいはその冷却状態に伴う当該上流の区間における表面滞留水の膜厚ｈｓの変化の過去データを格納して用いるとしたが、必ずしも過去データを用いる必要はない。過去データに換えて、別途行われた実験の結果などに基づいた任意のデータを作成して用いることもできる。 In the present embodiment, the past upper surface cooling state such as valve opening / closing in the upstream section from the temperature prediction target section, or the change in the film thickness hs of the surface accumulated water in the upstream section in accordance with the cooling state. Although data is stored and used, it is not always necessary to use past data. Instead of past data, arbitrary data based on the results of experiments conducted separately can be created and used.
上記した第１実施形態〜第５実施形態において、冷却装置３内に設定された区間であって冷却状態を判断すると共に温度予測を行う区間として、冷却バンク７の各バルブの位置に対応した区間を例示した。しかし、これに限らず、鋼板Ｗに設定された切板で設定される区間を採用してもよい。なお、鋼板Ｗに設定された切板とは、鋼板Ｗを圧延装置での搬送方向に沿った所定間隔で区切ることで設定される区分のことである。 In the first to fifth embodiments described above, a section corresponding to the position of each valve in the cooling bank 7 as a section set in the cooling device 3 to determine the cooling state and perform temperature prediction. Was illustrated. However, the present invention is not limited to this, and a section set by a cut plate set in the steel plate W may be adopted. In addition, the cut plate set to the steel plate W is a division set by dividing the steel plate W at a predetermined interval along the conveying direction in the rolling device.
また、冷却バンク７内の複数のバルブで任意の単位を構成し、当該単位の位置で設定される区間を採用してもよい、１つの冷却バンク７を１つの区間としてもよい。 Further, a plurality of valves in the cooling bank 7 may constitute an arbitrary unit, and a section set at the position of the unit may be adopted. One cooling bank 7 may be set as one section.
１ 熱間連続圧延装置
２ 圧延機
３ 冷却装置
４ 巻取り装置
５ ワークロール
６ バックアップロール
７ 冷却バンク
８ 入側温度計
９ 中間温度計
１０ 出側温度計
１１ 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot continuous rolling apparatus 2 Rolling machine 3 Cooling apparatus 4 Winding apparatus 5 Work roll 6 Backup roll 7 Cooling bank 8 Input side thermometer 9 Intermediate thermometer 10 Outlet thermometer 11 Control part
Claims (6)
前記冷却装置内に設定された区間又は圧延材上に設定された区間ごとに、空冷状態にあるか水冷状態にあるかを判断する冷却状態判断工程と、
前記した冷却状態判断工程で判断された冷却状態に基づいて、前記区間のうち板温度の予測対象となる対象区間における鋼板の表面と外部とを行き来する出入熱量を予測する熱量予測工程と、
当該対象区間より上流側に位置する区間に関し、鋼板の表面に滞留する表面滞留水の状態を判断する滞留水状態判断工程と、
前記した滞留水状態判断工程により判断された表面滞留水の状態に応じて、前記した熱量予測工程が予測した出入熱量を修正する熱量修正工程と、
前記した熱量修正工程で修正された対象区間における出入熱量に基づいて、当該対象区間での板温度を予測する板温度予測工程と、を有することを特徴とする鋼板の温度予測方法。 In the cooling control method of the rolled material, using a cooling device that performs water cooling and air cooling, cooling the rolled material after finish rolling, and controlling the winding temperature of the rolled material,
For each section set in the cooling device or each section set on the rolled material, a cooling state determination step for determining whether it is in an air cooling state or a water cooling state,
Based on the cooling state determined in the cooling state determination step described above, a heat amount prediction step of predicting the heat input / output heat amount between the surface and the outside of the steel plate in the target section to be predicted of the plate temperature in the section,
Regarding the section located upstream from the target section, a stagnant water state determination step for determining the state of the surface stagnant water staying on the surface of the steel sheet,
In accordance with the state of the surface stagnant water determined in the stagnant water state determining step, the heat amount correcting step of correcting the heat input / output predicted by the heat amount predicting step,
A temperature prediction method for a steel sheet, comprising: a plate temperature prediction step for predicting a plate temperature in the target section based on the heat input / output amount in the target section corrected in the heat quantity correction step.
前記した熱量修正工程は、当該対象区間に滞留する表面滞留水の量又は膜厚に応じて、前記した板温度予測工程にて予測された出入熱量を修正することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の温度予測方法。 In the above-described cooling state determination step, when it is determined that the target section is in the water cooling state,
The above-described heat amount correcting step corrects the heat input / output amount predicted in the plate temperature predicting step according to the amount or film thickness of the surface staying water staying in the target section. The temperature prediction method of the described steel plate.
前記した熱量修正工程は、当該対象区間において鋼板と表面滞留水の間に発生する水蒸気膜の膜厚に応じて、予測された出入熱量を修正することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の温度予測方法。 In standing water state determination process noted before, when the surface retained water is determined to be staying in the target section,
2. The steel sheet according to claim 1, wherein the heat amount correcting step corrects the predicted heat input / output heat according to the film thickness of the water vapor film generated between the steel sheet and the surface accumulated water in the target section. Temperature prediction method.
前記した熱量修正工程は、当該対象区間から上面冷却している区間のうち通板方向の上流側において最も近接する区間までの距離に応じて、予測された出入熱量を修正することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の温度予測方法。 In standing water state determination process noted before, when the surface retained water is determined to be staying in the target section,
The above-described heat amount correcting step corrects the predicted heat input / output heat according to the distance from the target section to the closest section on the upstream side in the sheet passing direction among the sections that are cooled on the upper surface. The method for predicting the temperature of a steel sheet according to claim 1.
前記した熱量修正工程は、当該滞留水状態判断部によって判断された表面滞留水の状態に応じて、前記した熱量予測工程で予測された出入熱量を修正することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板の温度予測方法。 The stagnant water state determination step determines the state of the surface stagnant water in the target section in consideration of the dead time until the change in the cooling state in the upstream is propagated to the state change of the surface stagnant water in the target section,
The above-described heat amount correcting step corrects the heat input / output amount predicted in the above-described heat amount predicting step according to the state of the surface staying water determined by the stagnant water state determining unit. The temperature prediction method of the steel plate as described in any of the above.
前記した滞留水状態判断工程は、区間毎に放出された冷却水によって形成される各表面滞留水の膜厚の線形和で、前記対象区間における表面滞留水の量又は膜厚を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼板の温度予測方法。 In the cooling state determination step described above, when it is determined that the plurality of sections on the upstream side are in a water cooling state,
The stagnant water state determination step calculates the amount or film thickness of the surface stagnant water in the target section by a linear sum of the film thickness of each surface stagnant water formed by the cooling water released for each section. The temperature prediction method of the steel plate in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
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