JP6165566B2 - 巻取り温度制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
巻取り冷却装置及び制御方法を提供することにある。
冷却制御に先立って,鋼板長手方向の各部位について,鋼板の圧延速度と目標中間空冷時間とから,前記中間位置近傍で開動作を禁止する冷却ヘッダーを選定する演算を行う水冷禁止ヘッダー算出部と,開動作が禁止された冷却ヘッダーの情報を鋼板部位に関連付けて格納する水冷禁止フラグテーブルと,該熱間圧延機と該中間位置の間に備えられた前側冷却装置の冷却ヘッダーの各々の開閉情報から鋼板の中間温度を推定し,推定結果と水冷禁止フラグテーブルの情報を用いて,目標中間温度を実現するための前記前側冷却装置の冷却ヘッダーの開と閉の組合せを算出する前側冷却用制御指令算出部と、該中間位置とダウンコイラの間に備えられた後側冷却装置の冷却ヘッダーの開閉情報から鋼板の巻取り温度を推定し,推定結果と水冷禁止フラグテーブルの情報を用いて,目標巻取り温度を実現するための前記後側冷却装置の冷却ヘッダーの開と閉の組合せを算出する後側冷却用制御指令算出部を備えように構成した。
ただし L1:ミル153と中間温度計171の距離,
v1:初期速度,Acc1:第1加速度
ここで,鋼板151が中間温度計171を通過するときに第1加速中であるセクション番号iは,〔数2〕で与えられる。
0 ≦i≦ L2/s
ただし,i:セクション番号,L2:中間温度計171とダウンコイラ154の距離
s:鋼板151長手方向のセクション長
のときである。このような代数計算により,鋼板151が中間温度計171を通過するときに第2加速中,最高速度中,減速中,減速完了後に対応したセクション701の速度が計算できる。次にS8-3で空冷範囲(中間温度計171近傍の,空冷が始まってから終わるまでの距離)を算出する。速度Vで,目標空冷時間がTのとき,空冷を確保するのに必要な距離Lairは,
Lair = V×T
で与えられる。当然のことながら,〔数3〕から,鋼板速度Vが速い方が,また目標中間空冷時間が長い方が,必要距離Lairは長い値となる。鋼板151の目標中間空冷時間テーブル113で,目標中間空冷時間が範囲で与えられているので,この場合は,目標中間空冷時間範囲の中央値を〔数3〕の目標中間空冷時間Tとすれば良い。次にLairを確保するために,中間温度計171のミル側とダウンコイラ側に,中間温度計171からそれぞれ(Lair/2)を空冷範囲として算出する。本実施例では,空冷範囲を中間温度計171の上流と下流に等分する例を示したが,中間温度計171の配置により等分が適切でないときには,Lairを確保するために上流と下流を適当な比率で按分して,空冷範囲を求めても良い。S8-4で空冷範囲に対応した冷却ヘッダー166を求め,水冷禁止フラグを付与する。各冷却ヘッダー166の取り付け位置は固定なので,中間温度計171からの距離情報から空冷範囲に対応した冷却ヘッダー166が,特定できる。S8-5ですべてのセクションについて処理が終了したかどうかを確認し,処理が終了していなければS8-2〜S8-4の処理を繰り返す。処理が終了していれば,S8-6で各セクション701の水冷禁止フラグの情報を,水冷禁止フラグテーブル124に出力する。
SL1s=Lsc
ただし Lsc:定数
SL2s=Lmd
ただし Lmd:ミル157からダウンコイラ154までの距離
(V1a)2=Lmd×2×Acc1+V1×V1
SLcs={Lmd+(Vmax−V1a)/Acc2×(Vmax+V1a)/2}
ただし V1a:第1加速終了速度
Acc1:第1加速度,Acc2:第2加速度,Vmax:最大速度
SLds={Striplen−(Vmax−Vf)/Dcc×(Vmax+Vf)/2−dccmargin}
ただし Striplen:鋼板長さ,Vf:終期速度,Dcc:減速度,
dccmargin:鋼板151がミル157の尻抜けのどれくらい前で減速を完了
するかのマージン
SLde={Striplen−dccmargin}
算出した速度パターンにしたがって,S10-2以降で,目標温度を実現するヘッダーパターンを,板温推定モデル115を用いた演算で算出する。本実施例では鋼板を長手方向に区分したセクションを定義し,各セクションについて線形逆補間法にしたがって,ヘッダーパターンを算出する例を示す。
・S10-3〜S10-5の一定回数以上の繰り返しを完了
・推定温度Tcと目標温度Ttargetの偏差が一定値以下
・n0がnH,nLのいずれかと一致
のいずれかの成立を条件に,判定すれば良い。制御コード付与の方法としては,本実施例とは逆に,すべての冷却ヘッダーが閉した状態の制御コードを50,すべての冷却ヘッダーが開した状態の制御コードを0とし,これに対応して付与することもできる。
Ln=Ln-1+Δ・Vt
ただし Δ:板温推定計算の計算周期
Vt:鋼板151のミル153からの払い出し速度
S11-3で演算の完了を判定する。ミル払い出し長さLnが,鋼板151の全長にミル153から中間温度計171の距離を加えた値より大きくなった時,鋼板1本に対応した中間温度予測計算がすべて終了しているので,演算完了となる。演算が完了していない場合には,S11-4で鋼板の温度トラッキングを行う。すなわち,前時刻の鋼板の位置に対して,Δだけ時間が経過した後に鋼板がどれだけ進むかがLnとLn-1の関係から分かるので,鋼板の温度分布を対応した距離だけ移動する処理を行う。S11-5でΔの間にミルから払い出された鋼板151にミル出側温度を設定する。S11-6で当該時刻に鋼板151の各部位の上下部に存在するヘッダーの開閉の情報から,各部位が水冷か空冷かを判定する。
hw=9.72*105*ω0.355*{(2.5-1.15*logTw)*D/(pl*pc)}0.646/(Tsu-Tw)
ただし ω:水量密度
Tw:水温
D:ノズル直径
pl:ライン方向のノズルピッチ
pc:ラインと直行方向のノズルピッチ
Tsu:鋼板151の表面温度
〔数10〕は,いわゆるラミナー冷却の場合の熱伝達係数である。水冷方法としてはこの他にスプレー冷却等,種々あり,いくつかの熱伝達係数の計算式が知られている。また冷却方式が同じでも,数式としては最新の実験的知見を反映する等で異なったものになる場合もある。一方,部位が空冷の場合は,例えば〔数11〕にしたがって熱伝達係数を計算する。
hr=σ・ε[{(273+Tsu)/100}4−{(273+Ta)/100}4]/(Tsu-Ta)
ただし σ:ステファンボルツマン定数(=4.88)
ε:放射率
Ta:空気温度(℃)
Tsu:鋼板151の表面温度
〔数10〕と〔数11〕に代表される熱伝達系数式を,鋼板151の表と裏について冷却状態に従って計算し,鋼板表面での熱移動量をそれぞれ定量化する。そしてS11-9で鋼板151の各部位の温度を,Δ経過する前の温度をもとに,Δ間の熱量の移動を加減算することで,計算し,ミル153と中間温度計171の間の鋼板の温度分布を算出する。この結果,中間温度計171取り付け位置の鋼板温度が得られるとともに,中間温度計171取り付け位置より上流の鋼板温度は,次回以降の計算に用いられる。鋼板151の厚み方向の熱移動を無視する場合であれば,鋼板151の長手方向の各部位について〔数12〕で計算できる。
Tn=Tn-1−(ht+hb)*Δ/(ρ*C*B)
ただし Tn:現在の板温
Tn-1:Δ前の板温
ht:鋼板表面の熱伝達係数
hb:鋼板裏面の熱伝達係数
ρ:鋼板の密度
C:鋼板の比熱
B:鋼板の厚み
また鋼板151の厚み方向の熱伝導を考慮する必要がある場合には,良く知られる熱方程式を解くことで計算できる。熱方程式は〔数13〕で表され,これを鋼板151を厚み方向に分割して計算機で差分計算する方法は,種々の文献で公開されている。
∂T/∂t={λ/(ρ*C)}(∂2T/∂t2)
ただし λ:熱伝導率
T:材料温度
そしてS11-10でミル153から中間温度計171までの,ライン内の鋼板長手方向で必要な計算が完了するまで,S11-6〜S11-9を繰り返す。またS11-1〜S11-10を,S11-3で演算の終了を判定されるまで,繰り返す。
Tm = Lm/Va
となる。S18-2でTmが目標中間空冷時間テーブル113から抽出した該当層別の目標中間空冷時間を満足しているかどうかを判定する。満足しているときは処理を終了し,満足していないときはS18-3で水冷ヘッダー変更手段1705を起動する。水冷ヘッダー変更手段1705は,中間空冷時間が目標より長いときは水冷禁止ヘッダーを中間温度計171から遠いものから解除し,水冷禁止ヘッダーの数を減らす処理を行う。この結果,空冷範囲が短くなり,空冷時間を短縮できる。一方,中間空冷時間が目標より短いときは中間温度計171から近い順に水冷禁止ヘッダーの数を増やす処理を行う。この結果,空冷範囲が長くなり,空冷時間を長くできる。S18-4では,水冷禁止ヘッダー数を変更した結果,目標中間空冷時間の不満足が解消したかどうかを判定する。水冷禁止ヘッダー数の増減には,温度制御や物理的な冷却ヘッダー数の制約で制限があり,冷却ヘッダー数操作で所望の目標中間空冷時間が必ず得られる訳ではない。目標中間空冷時間の不満足が解消した場合には処理を終了する。目標中間空冷時間の不満足が解消しないときは,S18-3で圧延速度変更手段1706を起動する。圧延速度変更手段1706は,中間空冷時間が目標より長いときは圧延速度を増加させてこれを減じる処理を行い,目標より短いときは圧延速度を減少させることで,これを増加させる処理を行う。変更する鋼板速度の値ΔVは,たとえば〔数14〕で与えられる。
ΔV = G1×ΔTn
ただし ΔTn:目標中間空冷時間と実際の空冷時間の偏差
G1:ゲイン
目標中間空冷時間は目標中間空冷時間テーブル113から抽出した該当層別の目標中間空冷時間範囲の中央値で定義すれば良い。
110 プリセット制御手段
111 速度パターンテーブル
112 目標温度テーブル
113 目標中間空冷時間テーブル
114 冷却ヘッダー優先順位テーブル
115 板温推定モデル
120 冷却指令算出手段
121 水冷禁止ヘッダー算出手段
122 前半冷却用制御指令算出手段
123 後半冷却用制御指令算出手段
124 水冷禁止フラグテーブル
130 ヘッダーパターン変換手段
150 制御対象
152 熱間圧延機
160 巻取り冷却装置
163 前半冷却装置
164 後半冷却装置
170 ミル出側温度計
171 中間温度計
172 巻取り温度計
1701 ダイナミック制御手段
1704 中間空冷時間算出手段
Claims (6)
- 熱間圧延機で圧延された鋼板を,該熱間圧延機の出側に備えられた巻取り冷却装置で冷却し,鋼板がダウンコイラで巻取られる前の巻取り温度に加えて,鋼板が冷却装置のあらかじめ定められた中間位置を通過するときの中間温度を所定の目標温度に制御し,前記中間位置近傍の冷却仕様を空冷とすることで,鋼板温度を一定時間保持する機能を備えた巻取り冷却制御装置において,
巻取り冷却装置に備えられた冷却ヘッダーの各々の開閉情報に応じて鋼板温度を推定する板温推定モデルと,
該鋼板の鋼種に関連づけて前記中間位置近傍の空冷時間の目標値を格納する目標中間空冷時間テーブルと,
前記目標中間空冷時間テーブルから目標中間空冷時間を読み出して,冷却制御に先立って,鋼板を長手方向に分割して各セクションとして定義される鋼板部位について,鋼板の圧延速度と前記目標中間空冷時間とから,前記圧延速度で前記目標中間空冷時間を実現するための前記中間位置近傍で開動作を禁止する冷却ヘッダーの範囲を選定する演算を行う水冷禁止ヘッダー算出部と,
開動作が禁止された冷却ヘッダーの情報を鋼板部位に関連付けて格納する水冷禁止フラグテーブルと,
前記水冷禁止フラグテーブルで開動作が禁止された冷却ヘッダーを除いて,前記板温推定モデルを用い,該熱間圧延機と該中間位置の間に備えられた前側冷却装置の冷却ヘッダーから所与のものを開状態とした場合の中間温度を推定することで,前記推定した中間温度が目標中間温度となるような前記前側冷却装置の冷却ヘッダーの開と閉の組合せを算出する前側冷却用制御指令算出部と、
前記水冷禁止フラグテーブルで開動作が禁止された冷却ヘッダーを除いて,前記板温推定モデルを用い,該中間位置とダウンコイラの間に備えられた後側冷却装置の冷却ヘッダーから所与のものを開状態とした場合の中間温度を推定することで,前記推定した鋼板の巻取り温度が目標巻取り温度となるような前記後側冷却装置の冷却ヘッダーの開と閉の組合せを算出する後側冷却用制御指令算出部を備えたこと
を特徴とする巻取り温度制御装置。 - 前記鋼板が熱間圧延機を払い出されてからダウンコイラでの巻取りが完了するまでの速度パターンを格納する速度パターンテーブルを備え,
前記水冷禁止ヘッダー算出部は,該速度パターンテーブルの情報を用いて,鋼板長手方向の各部位が中間位置を通過するときの通過速度を算出し,
該通過速度と前記目標中間空冷時間を乗じることにより,目標中間空冷時間を確保するのに必要な空冷距離を算出し,
該空冷距離に対応付けて開動作を禁止する冷却ヘッダーを選定すること
を特徴とする請求項1記載の巻取り温度制御装置。 - 熱間圧延機の出側で鋼板温度を計測するミル出側温度計と,中間位置で鋼板温度を計測する中間温度計と,ダウンコイラ巻取り前の鋼板温度を計測する巻取り温度計と、鋼板速度を測定する速度計を備え,
冷却制御中に鋼板から取り込んだミル出側温度、中間温度及び鋼板速度にしたがって,中間温度を目標温度に一致させるために前側冷却制御装置の開放冷却ヘッダー本数の変更量を算出して出力する前側冷却用ダイナミック制御部と,
冷却制御中に鋼板から取り込んだ中間温度、巻取り温度及び鋼板速度にしたがって巻取り温度を目標温度に一致させるための後側冷却制御装置の開放冷却ヘッダー本数の変更量を算出して出力する後側冷却用ダイナミック制御部と,
開動作が禁止された冷却ヘッダーを増加もしくは減少させる水冷禁止ヘッダー変更部と,
鋼板の圧延速度を変更する圧延速度変更部と,
前記前側冷却用ダイナミック制御部が出力した冷却ヘッダーの開閉情報,前記後側冷却用ダイナミック制御部が出力した冷却ヘッダーの開閉情報,および鋼板速度から,冷却中の実績中間空冷時間を算出し,実績中間空冷時間が目標中間空冷時間を満足していないときは,該水冷禁止ヘッダー変更部と該圧延速度変更部のいずれかもしくは両方を起動する中間空冷時間算出部を備えたこと
を特徴とする請求項1又は2記載の巻取り温度制御装置。 - 前記中間空冷時間算出部は,算出した実績中間空冷時間が目標中間空冷時間を満足していないとき,前記水冷禁止ヘッダー変更部を起動した上で,前記水冷禁止ヘッダー変更部で増加もしくは減少させた開動作が禁止された冷却ヘッダーを取り込み,再度実績中間空冷時間を算出し,依然として実績中間空冷時間が目標中間空冷時間を満足していないとき,前記圧延速度変更部を起動すること
を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の巻取り温度制御装置。 - 冷却制御中に鋼板から取り込んだミル出側と中間位置の温度にしたがって,中間位置の温度を目標温度に一致させるために前側冷却制御装置の開放冷却ヘッダー本数の変更量を算出し,
冷却制御中に鋼板から取り込んだ中間位置の温度と巻取り温度にしたがって巻取り温度を目標温度に一致させるための後側冷却制御装置の開放冷却ヘッダー本数の変更量を算出し,
冷却ヘッダーの開閉情報と鋼板速度から,冷却中の実績中間空冷時間を算出し,
算出した実績中間空冷時間が目標中間空冷時間を満足していないときは,開動作を禁止する冷却ヘッダーの選定を実績中間空冷時間が目標中間空冷時間を満足する方向に変更した上で,再度実績中間空冷時間を算出し,
依然として実績中間空冷時間が目標中間空冷時間を満足していないとき,鋼板の速度を実績中間空冷時間が目標中間空冷時間を満足する方向に変更すること
を特徴とする請求項1又は2記載のいずれかに巻取り温度制御装置。 - 熱間圧延機で圧延された鋼板を,該熱間圧延機の出側に備えられた巻取り冷却装置で冷却し,鋼板がダウンコイラで巻取られる前の巻取り温度に加えて,鋼板が冷却装置のあらかじめ定められた中間位置を通過するときの中間温度を所定の目標温度に制御し,かつ中間位置近傍の冷却仕様を空冷とすることで,鋼板温度を一定時間保持するときに,
冷却制御に先立って,鋼板の鋼種に関連づけて前記中間位置近傍の空冷時間の目標値を格納する目標中間空冷時間テーブルから鋼種に応じて目標中間空冷時間を読み出し,鋼板を長手方向に分割して各セクションとして定義される鋼板部位について,鋼板の通過速度に対応した前記目標中間空冷時間を実現するための前記中間位置近傍で開動作を禁止する冷却ヘッダーの範囲を演算をし,
前記演算された前記中間位置近傍で開動作を禁止する冷却ヘッダーの範囲に基づいて開動作が禁止された冷却ヘッダーの情報を鋼板部位に関連付けて水冷禁止フラグテーブルに格納し,
前記水冷禁止フラグテーブルで開動作が禁止された冷却ヘッダーを除いて,冷却ヘッダーの各々の開閉情報に応じて鋼板温度を推定する板温推定モデルを用い,該熱間圧延機と該中間位置の間に備えられた前側冷却装置の冷却ヘッダーから所与のものを開状態とした場合の中間温度を推定することで,前記推定した中間温度が目標中間温度となるような前記前側冷却装置の冷却ヘッダーの開と閉の組合せを算出し,
前記水冷禁止フラグテーブルで開動作が禁止された冷却ヘッダーを除いて,冷却ヘッダーの各々の開閉情報に応じて鋼板温度を推定する板温推定モデルを用い,該中間位置とダウンコイラの間に備えられた後側冷却装置の冷却ヘッダーから所与のものを開状態とした場合の中間温度を推定することで,前記推定した鋼板の巻取り温度が目標巻取り温度となるような前記後側冷却装置の冷却ヘッダーの開と閉の組合せを算出する温度制御方法。
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