JP6319149B2 - 連続焼鈍炉における板温制御方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続焼鈍炉における板温制御技術に関し、特に連続焼鈍炉の能率の向上と冷延鋼板の品質を向上させるための連続焼鈍炉における板温制御方法および装置に関するものである。

連続焼鈍炉における、板温度の板温目標許容範囲外れ（板温外れ）を防止するフィードフォーワード制御技術については、これまでに、種々の技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、他のコイルと目標板温度が大きく異なるヒートサイクル変更鋼板がある場合、このヒートサイクル変更鋼板より先行する少なくとも２本の鋼板にわたってこれらの鋼板の板温目標値を徐々に変更する制御方法が開示されている。

また、特許文献２には、板温外れを防止するための速度制御（減速）による方法が開示されている。

また、特許文献３には、異なる条件の先行材と後行材の板温公差外れ部が最小になるような先行材から後行材への板温応答曲線と、これに必要なライン速度と炉温設定タイミングを予測し、これに基づいてライン速度と炉温をそれぞれ制御する方法が開示されている。

さらに、特許文献４には、鋼板表面の反射率をトラッキング測定し、この反射率から鋼板表面の熱吸収特性を演算して板温制御する方法が開示されている。

以下に、上述した先行技術文献、ならびに「発明を実施するための形態」にて参照する先行技術文献を記載する。

特開平９−１２５１５３号公報 特開平４−３２３３２４号公報 特開平３−２７７７２３号公報 特開２０１１−８４７５３号公報 特開平５−２６３１４７号公報 特開昭６１−１９００２６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献４に開示の技術では、連続焼鈍炉内の通板速度である炉速の変動に対して発生する板温変動を考慮しておらず、炉速が変動した際に所定の板温範囲から外れてしまうという課題があった。

そして、特許文献２に開示の技術では、速度制御（減速）をしてしまうことで、ライン能力の低下を招いてしまうことが問題であった。

さらに、特許文献３に開示の技術では、ライン速度制御と板温制御をどのように行うか具体的に記載されておらず、コイル切替わり時において板温外れが発生してしまう可能性があった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、連続焼鈍炉における炉速の変動時、またはコイル切替わり時に生じる所定の板温範囲からの板温外れを、ライン能力の低下を招くことなく防ぐことができる連続焼鈍炉における板温制御方法および装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の発明によって解決できる。

［１］ 連続焼鈍炉において板温外れを防止すための連続焼鈍炉における板温制御方法であって、制御周期ごとに、現時点から現コイルを処理し終わる時点までの現コイル処理時間Ｓを計算し、
計算した現コイル処理時間Ｓが、焼鈍炉の時定数をＴ、定数αを0.5≦α≦2.0の範囲とした時に、
S＜αＴの関係式を満たさない場には、現コイルの炉速スケジュールに基づいて設定する炉温を決め、
上記関係式を満たす場合には、次コイルの炉速スケジュールに基づいて設定する炉温を決めることを特徴とする連続焼鈍炉における板温制御方法。

［２］ 上記［１］に記載の連続焼鈍炉における板温制御方法において、
S＜αＴの関係式を満たさない場合には、
現時点から現コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である現コイル平均炉速Ｖ１を計算し、
計算した現コイル平均炉速Ｖ１に基づいて板温度を予測し、
予測した板温度と目標板温に基づいて設定する炉温Ｗ（Ｖ１）を計算することを特徴とする連続焼鈍炉における板温制御方法。

［３］ 上記［１］に記載の連続焼鈍炉における板温制御方法において、
S＜αＴの関係式を満たす場合には、
次コイルＴＯＰから次コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である次コイル平均炉速Ｖ２を計算し、
計算した次コイル平均炉速Ｖ２に基づいて板温度を予測し、
予測した板温度と目標板温に基づいて設定する炉温Ｗ（Ｖ２）を計算することを特徴とする連続焼鈍炉における板温制御方法。

［４］ 連続焼鈍炉において板温外れを防止すための連続焼鈍炉における板温制御装置であって、
炉速スケジュールに基づいて連続焼鈍ラインの通板を制御する自動速度制御システムと、
板温、炉温、炉速から板温を予測する板温予測モデルと、
目標板温に対して炉温を設定する炉温設定システムとを具備し、
炉温を設定するにあたっては、
制御周期ごとに、現時点から現コイルを処理し終わる時点までの現コイル処理時間Ｓを計算し、
計算した現コイル処理時間Ｓが、焼鈍炉の時定数をＴ、定数αを0.5≦α≦2.0の範囲とした時に、
S＜αＴの関係式を満たさない場には、現コイルの炉速スケジュールに基づいて設定する炉温を決め、
上記関係式を満たす場合には、次コイルの炉速スケジュールに基づいて設定する炉温を決めることを特徴とする連続焼鈍炉における板温制御装置。

本発明によれば、現時点から現コイルを処理し終わる時点までの現コイル処理時間に基づいて、設定する炉温の計算方法を変えるようにしたので、連続焼鈍炉における炉速の変動時、またはコイル切替わり時に生じる所定の板温範囲からの板温外れを、ライン能力の低下を招くことなく防ぐことができる。

連続焼鈍設備および本発明に係る装置構成例を示す図である。 本発明に係る板温制御方法を模式的に示す図である。 本発明に係る板温制御方法の処理フローを示す図である。 従来技術における板温・炉温の変動を説明する図である。 本発明における板温・炉温の変動を説明する図である。 αの値について説明する図である。 実施例１の結果を示す図である。 実施例２について説明する図である。 αの値を変化させた場合の結果を示すものである。

本発明は、連続焼鈍炉において板温外れを防止すために考案したものであり、制御周期ごとに、現コイルから次コイルへのコイル切替わりの直前所定時間では次コイルの炉速スケジュールに基づいて設定する炉温を決めることにより、現コイルから次コイルへのコイル切替わり時における板温外れを防止する。また、これ以外の現コイル処理時間では、現コイルの炉速スケジュールに基づいて設定する炉温を決めることにより、この時間帯での板温外れを防止する。

図１は、連続焼鈍設備および本発明に係る装置構成例を示す図である。図中、１はペイオフリール、２はウェルダー、３はクリーニング装置、４はスクラバー、５は入側ルーパー、６は焼鈍炉、７は出側ルーパー、８はテンションリール、９は駆動ロール、１０は板温計、１１は炉温計、１２は通板設定システム、１３は自動速度制御システム、１４は速度制御装置、１５は板温予測モデル、１６は炉温設定システム、および１７は炉温制御装置をそれぞれ表す。

図１の下段には、ストリップをコイル状に巻いたコイルを巻き戻し、巻き戻しした多数のコイル（正確には帯状のストリップであるが、コイルとも称する）を次々に溶接しながら焼鈍炉の中を通過させたのち、再び巻き取る連続焼鈍設備を示す。連続焼鈍設備は、入側設備、炉体部および出側設備に大別される。

主な入側設備は、コイルを巻き戻すペイオフリール１、巻き戻しした多数のコイルを次々に溶接するウェルダー２、ストリップ表面の油分、鉄分、ゴミ・塵等を除去洗浄するクリーニング装置３とスクラバー４、およびコイル変更、溶接などによる運転停止の間も炉体部以降の運転を継続出来るように停止に見合うストリップ量を貯蔵する入側ルーパー５である。

そして、炉体部としての焼鈍炉６は、順に加熱帯、均熱帯および冷却帯から成り、ストリップの焼鈍処理が行われる。さらに、出側設備は、出側停止に見合うストリップ量を貯蔵する出側ルーパー７、剪断機（図示せず）、および剪断したストリップを再びコイル状に巻き取るテンションリール８である。

本発明に係る板温制御装置の構成例としては、焼鈍炉内の炉速スケジュールや目標板温を決定する通板設定システム１２、炉速スケジュールに基づいて連続焼鈍ラインの通板を制御する自動速度制御システム１３、駆動ロール９の速度を制御する速度制御装置１４、板温計１０や炉温計１１の実測値、炉速などからΔｔ時間後の板温を予測する板温予測モデル１５、目標板温に対して炉温を設定する炉温設定システム１６、設定した炉温となるように焼鈍炉での加熱を制御する炉温制御装置１７がある。

図２は、本発明に係る板温制御方法を模式的に示す図である。横軸に時刻、縦軸に炉速をとり、現コイルと次コイルの炉速スケジュールを示している。

本発明では、現時点から現コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である現コイル平均炉速Ｖ１に基づいて目標炉温を決める。この現コイル平均炉速Ｖ１は、時間の経過とともに、変化していく。そして、このように目標炉温を決める区間を、現コイルＥＮＤ時点より炉の時定数Ｔに所定の定数α（αについては後述する）を掛けたαＴだけ前までの区間Ａとする。区間Ａ以後の区間Ｂ（αＴ）については、次コイルＴＯＰから次コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である次コイル平均炉速Ｖ２に基づいて目標炉温を決める。以上の処理を、次コイルＴＯＰから繰り返して行う。

図３は、本発明に係る板温制御方法の処理フローを示す図である。先ず、Step01にて、処理するコイルの炉速スケジュール、目標板温などの通板設定を通板設定システムより自動速度制御システムおよび板温予想モデルに入力する。次に、Step02にて、自動速度制御システムにて現時点から現コイルを処理し終わる時点までの現コイル処理時間Ｓを計算する。なお、現コイル処理時間Ｓは、制御周期Δｔごとに更新（少なく）されていく。

そして、Step03にて、Ｓ≦０(Yes)であれば、現コイルの処理は終っているので、次コイルを現コイルに読み替え(Step10)て、Step02に戻り次コイルの処理を行う。Ｓ≦０(No)であれば、現コイルの処理は終っていないので、Step04に進む。

Step04では、Ｓ＜αＴかどうかを判断する。Ｓ＜αＴ(No)であれば、すなわち、図２で示す区間Aであり、Step05で自動炉速制御システムにより、現時点から現コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である現コイル平均炉速Ｖ１を計算する。

Step06では、計算した現コイル平均炉速Ｖ１、板温・炉温の実績から板温予想モデルによって板温度を予測し、予測した板温度と目標板温に基づいて炉温設定システムによって炉温Ｗ（Ｖ１）を計算し、計算した炉温Ｗ（Ｖ１）を炉温制御装置に指示する。この後、Step02に戻り処理を続ける。

なお、板温予想モデルについては、例えば、前述の特許文献５または特許文献６に記載の板温予想モデルを用いるようにすればよい。

図４は、従来技術における板温・炉温の変動を説明する図である。図５は、本発明における板温・炉温の変動を説明する図である。いずれも、上から、（ａ）炉速変動パターン、（ｂ）板温変動の様子、（ｃ）炉温変動の様子、（ｄ）各炉速区間での板温・炉温の目標・実績の定性的変化をそれぞれ示している。

従来の制御では、炉速変動時に炉温が変化（図４（ｃ））してしまい、これにより板温に変動が生じてしまう（図４（ｂ））ため、板温上限または板温下限から板温が外れてしまう板温外れが発生してしまう場合があった。

一方で、本発明による制御では、炉速変動が起きる前に、炉温が変化してしまうことを予見し、変化を吸収できるように炉温の設定を変更している（図５（ｃ））ために、板温が大幅に変化してしまうことを防止（図５（ｂ））でき、板温外れを解消できる。

次に、図３の説明に戻って、Step04でＳ＜αＴ(Yes)であれば、すなわち、図２で示す区間Bに入った場合であり、Step07に進み、自動炉速制御システムにより、次コイルＴＯＰから次コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である次コイル平均炉速Ｖ２を計算する。

Step08では、計算した次コイル平均炉速Ｖ２、板温・炉温の実績から板温予想モデルによって板温度を予測し、予測した板温度と目標板温に基づいて炉温設定システムによって炉温Ｗ（Ｖ２）を計算し、計算した炉温Ｗ（Ｖ２）を炉温制御装置に指示する。この後、Step09にて処理終了か？との判断、すなわち、処理すべきコイルがなくなれば、処理を終了し、そうでなければStep02に戻り処理を続ける。

ここで、Step04での判断で用いる定数αについて説明を行う。図６は、αの値について説明する図である。αの値の違いによるαTの時間間隔と板温の変化を示すものである。

α＜XとしαTの時間間隔が短いと、αT時間の間に次コイル通板時に必要となる炉温条件に達せず、コイル切り替り後に板温下限からの板温外れが発生する可能性が高い。

逆に、Y＜α（Xより大きな値Y）とαTの時間間隔が長いと、αT時間の間に板温が上がりすぎるもしくは下がりすぎてしまい、現コイルの間に板温外れが発生する可能性が高い。

そこで、X≦α≦Yとすると、 αT時間の間に次コイル通板時に必要となる炉温条件に到達でき、問題なく通板できる。

本発明では、0.5≦α≦2.0とするのが好適であり、これによりコイル切替わり前後において板温外れが発生してしまう可能性が少なくなる。

（実施例１）
図７は、実施例１の結果を示す図である。鋼種、板厚、板幅、炉速変動パターンを同一の条件にして、本発明を使用して連続焼鈍炉を通板した場合と本発明を使用せずに通板した場合についての板温・炉温の様子を比較した実施例である。

本発明を使用した場合において、Δｔ＝2minごとに現時点から現コイルENDまでの平均炉速V1を算出した。平均炉速V1を算出した時間をそれぞれA〜G時点とする。

図７（ａ）に炉速変動のパターン、図７（ｂ）に板温変動の様子、図７（ｃ）に炉温変動の様子をそれぞれ示す。本発明を使用した場合もしなかった場合も図７（ａ）で示した速度のパターンに従い炉速を変動させている。図７（ａ）では、Δｔ＝2minごとに算出したA〜G時点での平均炉速V1も合わせて示している。

A〜G時点では、図７（ａ）〜（ｃ）から本発明を使用した場合と本発明を使用しなかった場合について以下の結果となった。

本発明を使用した場合、A時点では平均炉速V1がA時点の実績炉速よりも高く算出されたため、その後加速して、板温が低下することが予想されるので、炉温設定が不使用時よりも上がり、結果として実績板温が目標板温よりも+5℃高い状態であった。一方で、本発明を使用しなかった場合、A時点では、目標板温＝実績板温の状態であった。

本発明を使用した場合、B時点ではB時点手前での加速により板温が吸収された結果、目標板温＝実績板温となった。また、B時点の平均炉速V1とB時点の実績炉速が同一であったため、炉温設定は、本発明を利用しなかった際の炉温設定と同一になった。一方で、本発明を使用しなかった場合、B時点の加速により、板温を吸収されて、実績板温が目標板温よりも5℃低い状態となった。

本発明を使用した場合、C時点ではC時点手前の加速により板温が吸収されて実績板温が目標板温よりも5℃低くなった。また、平均炉速V1はC〜E時点まで実績炉速よりも低く算出されたので、本発明不使用の際の設定炉温よりも低く炉温が設定され、板温が徐々に低下した結果、E時点では実績板温が目標板温に対して7℃低い状態となった。一方で、本発明を使用しなかった場合は、C時点手前の加速によりさらに板温が吸収されて、実績板温が目標板温に対して11℃低い状態となった。その後、実績板温が目標板温に近づき、E時点で、実績板温が目標板温に対して1℃低い状態となった。しかし、E時点での減速の影響を受けて、板温を増加させてしまい、E時点とF時点の間で実績板温が目標板温よりも最大で8℃高い状態となってしまった。

本発明を使用した場合、F時点ではE時点における減速影響により板温が上昇して、実績板温＝目標板温となった。本発明を使用しなかった場合は、実績板温が目標板温よりも4℃高い状態であった。

上記の通り、本発明を利用した場合の実績板温と目標板温の乖離が最大7℃であることに対して、本発明を使用しなかった場合は、実績板温と目標板温の乖離が最大で11℃であり、本発明の有用性を確認できた。

（実施例２）
図８は、実施例２について説明する図である。鋼種、板厚、板幅、および図８（ａ）で示す炉速変動パターンを同一の条件にし、本発明を実施したときと本発明を実施しなかったときとの比較を示している。図８（ｂ）では、板温変動の様子をしている。

本実施例においては、コイル切り替わりと同時に炉速が上昇するように設定をした。また、コイル切り替りからαT前の状態で、実績板温＝目標板温の状態になるようにした。

図８（ｂ）の中で示したO1は、本発明を使用した場合に発生するコイル切り替わり時点でのオーバーシュート量で、コイル切り替り時点での目標板温と実績板温の差分を表す。また、U1は、コイル切り替わり後に発生するアンダーシュート量で加速完了後の最低実績板温と目標板温との差分である。また、U0は、本発明をしなかった場合に発生するコイル切り替わり後の加速完了後の最低板温と目標板温との差分（アンダーシュート量）である。O1,U0,U1は、図８（ｂ）に値ごとに示した矢印の方向を正の方向とする。

図９は、αの値を変化させた場合の結果を示すものである。シミュレーションによりαの値を０〜２．５まで変化させた場合の結果であり、図９（ａ）および図９（ｂ）に、αとO1/U0、αとU1/U0との関係をそれぞれ示す。本発明をしなかった場合に発生するコイル切り替わり後の加速完了後の最低板温と目標板温との差分（アンダーシュート量）U0に対する、本発明を使用した場合に発生するコイル切り替わり時点でのオーバーシュート量O1およびコイル切り替わり後に発生するアンダーシュート量で加速完了後の最低実績板温と目標板温との差分U1の割合を、それぞれ示している。

0.5≦α≦2.0とする本発明により、オーバーシュート量O1とアンダーシュート量U1が抑えられていることが確認できる。

なお、実設備にて、ΔT＝60sec、α＝1.5として適用したところ、板温外れもなく、また、それまでに板温コントロールのために減速していた期間と比べて、連続焼鈍ライン能力が20%アップした。

１ ペイオフリール
２ ウェルダー
３ クリーニング装置
４ スクラバー
５ 入側ルーパー
６ 焼鈍炉
７ 出側ルーパー
８ テンションリール
９ 駆動ロール
１０ 板温計
１１ 炉温計
１２ 通板設定システム
１３ 自動速度制御システム
１４ 速度制御装置
１５ 板温予測モデル
１６ 炉温設定システム
１７ 炉温制御装置

Claims (2)

1. 連続焼鈍炉において板温外れを防止するための連続焼鈍炉における板温制御方法であって、制御周期ごとに、現時点から現コイルを処理し終わる時点までの現コイル処理時間Ｓを計算し、
   計算した現コイル処理時間Ｓが、焼鈍炉の時定数をＴ、定数αを0.5≦α≦2.0の範囲とした時に、
   S＜αＴの関係式を満たさない場合には、
   現時点から現コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である現コイル平均炉速Ｖ１を計算し、
   計算した現コイル平均炉速Ｖ１に基づいて板温度を予測し、
   予測した板温度と目標板温に基づいて設定する炉温Ｗ（Ｖ１）を計算し、
   上記関係式を満たす場合には、
   次コイルＴＯＰから次コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である次コイル平均炉速Ｖ２を計算し、
   計算した次コイル平均炉速Ｖ２に基づいて板温度を予測し、
   予測した板温度と目標板温に基づいて設定する炉温Ｗ（Ｖ２）を計算することを特徴とする連続焼鈍炉における板温制御方法。
2. 連続焼鈍炉において板温外れを防止するための連続焼鈍炉における板温制御装置であって、
   炉速スケジュールに基づいて連続焼鈍ラインの通板を制御する自動速度制御システムと、
   板温、炉温、炉速から板温を予測する板温予測モデルと、
   目標板温に対して炉温を設定する炉温設定システムとを具備し、
   炉温を設定するにあたっては、
   制御周期ごとに、現時点から現コイルを処理し終わる時点までの現コイル処理時間Ｓを計算し、
   計算した現コイル処理時間Ｓが、焼鈍炉の時定数をＴ、定数αを0.5≦α≦2.0の範囲とした時に、
   S＜αＴの関係式を満たさない場合には、
   現時点から現コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である現コイル平均炉速Ｖ１を計算し、
   計算した現コイル平均炉速Ｖ１に基づいて板温度を予測し、
   予測した板温度と目標板温に基づいて設定する炉温Ｗ（Ｖ１）を計算し、
   上記関係式を満たす場合には、
   次コイルＴＯＰから次コイルＥＮＤの時点までの平均炉速である次コイル平均炉速Ｖ２を計算し、
   計算した次コイル平均炉速Ｖ２に基づいて板温度を予測し、
   予測した板温度と目標板温に基づいて設定する炉温Ｗ（Ｖ２）を計算することを特徴とする連続焼鈍炉における板温制御装置。