JPH05277535A - 鋼板の冷却制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】所望の材質を実現するために必要な温度履歴お
よび巻取温度を簡単な計算で鋼板全長にわたって確保す
る。 【構成】鋼板１の仕上圧延機２と巻取機３との間に鋼板
１に対する冷却水の注水のオンオフおよびその注水量を
個別に調節できる水冷バンク４を搬送方向に間隔を置い
て多数設けて冷却帯を構成し、かつ仕上圧延機２の出側
に鋼板１の仕上出口温度計９を、冷却帯の出側に巻取温
度計１０をそれぞれ設け、ある時間間隔で仕上出口温度
計９により検出したサンプリング点を、当該鋼板１の速
度およびその速度変化を取り込みながらトラッキング
し、各サンプリング点が鋼板１の速度変化に影響される
ことなく一定の冷却速度とするように各水冷バンク４の
注水量の制御を行うとともに、水冷終了後空冷過程を経
て当該サンプリング点が目標巻取温度となるように水冷
バンク４をオンオフして水冷する全バンク長を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼板（鋼帯を含む）の
熱間仕上圧延後の冷却過程における鋼板温度の制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は鋼板の仕上圧延後の冷却におけ
る鋼板温度の制御に一般的に適用できるものであるが、
以下ホットストリップミルの仕上圧延完了後から巻取ま
での間の冷却における鋼板温度の制御を例に説明する。

【０００３】薄板の熱間圧延工程においては、仕上圧延
後の熱延鋼板は仕上圧延機と巻取機との間に設けられて
いる冷却装置によって冷却され巻き取られている。鋼板
の熱間圧延においては、この仕上圧延後の冷却速度が鋼
板の機械特性を決定する重要な要因である。すなわち、
図８に示す連続冷却変態図上で鋼板がどのような冷却速
度で冷却されるかによって鋼板の金属組織が変化し、機
械特性が異なってくる。なお、図８において、Ｆはフェ
ライト、Ｐはパーライト、Ｂはベイナイト、Ｍはマルテ
ンサイト変態をそれぞれ示したものである。また巻取後
の材料の冷却速度は巻取前に比べて極めて遅くなるた
め、巻取時の鋼板温度の差異によっても機械特性は変化
する。 従って目標とする機械特性の鋼板を製造するた
めには、材料の変態過程をシミュレーションする計算モ
デル等によって予め与えられた鋼板の水冷時の目標冷却
速度と目標巻取温度が鋼板全長にわたって実現できるよ
うに、冷却過程を制御する必要がある。

【０００４】この冷却制御は、従来、仕上圧延機後方に
設置した多数の水冷装置（水冷バンク）による鋼板表面
への注水をバルブの開閉操作でオンオフすることで行っ
ている。例えば、板厚、通板速度、仕上出口温度および
巻取温度等の時々刻々の実測値を計算機に入力するとと
もに、その演算結果に基づいて、目標巻取温度が実現で
きるように水冷バンクのオンオフを制御して行われてい
る。

【０００５】ところで熱延ミルにおいては通常加速圧延
を行うので材料速度が変化するとともに、仕上出口温度
がスキッドマーク等によって常時変動している。従って
これらの外乱に対応して巻取温度を精度良く制御するの
は一般には非常に難しいが、例えば特開昭58-221606 号
公報、同52-140451 号公報、同52-155112 号公報、同55
-24707号公報等にはその解決案が開示されている。

【０００６】そこで上記特開昭58-221606 号公報の方法
を代表例にとって説明すると、この方法では、仕上出側
で鋼板温度、厚みを一定の時間または距離間隔でサンプ
リング測定し、このサンプリング点が巻取温度計に達す
るまでサンプリング点をトラッキングする。

【０００７】そして現時刻までにサンプリングした全サ
ンプリング点について以下の計算を行う。 （1)材料速度を測定して各サンプリング点が１サンプリ
ング周期での移動量を求め、各サンプリング点の位置を
現在位置に修正する。 （2)サンプリング点の存在するバンクを求め、実績注水
パターンを入力し、このサンプリング点の温度を求め、
熱伝達率を各式より計算し、さらにサンプリング点の温
度を現在温度に修正する。 （3)仕上圧延機の加速率、減速率、および加減速タイミ
ングを設定値より従来の温度変化を予測してこのサンプ
リング点が巻取温度計に達するまでの各冷却バンクの通
過時間を予測する。 （4)当該サンプリング点から巻取温度計までの各バンク
の実績注水パターンを入力し、各バンクの通過予測時間
を用いて、予測巻取温度を計算する。 （5)予測巻取温度が目標温度に一致していなければ、予
め定められた注水バンクの優先順に従い、目標巻取温度
になるように予定注水パターンを変更する。 このようにして得られた全サンプリング点についての注
水パターンを必要なタイミングで出力することによって
巻取温度を高精度に制御しようとするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法には以下の難点がある。すなわち、上述のよう
に、鋼板の冷却においては、仕上圧延後の水冷過程にお
ける冷却速度および巻取時の温度の双方の制御が重要で
あるが、従来の各制御方法は巻取温度のみを制御するこ
とを第一義的に意図したものである。材料の速度が一定
であれば、冷却帯の特定の中間位置の目標温度も与える
ことによって冷却速度を一定に制御できるが、この方法
では加速による鋼板速度の変化がある場合冷却速度が変
わってしまう。これを解消するには目標中間温度位置を
鋼板速度に応じて変えなければならず、制御方法は極め
て複雑になる。

【０００９】また、たとえ上述のように鋼板速度に応じ
て目標中間位置温度を変えることにより冷却速度を制御
しようとしても、実際は図９に示すように各水冷装置通
過時の冷却速度は一定にはならず、水冷帯全域にわたっ
て冷却速度を一定値に制御することは以下の理由により
実際上不可能である。

【００１０】まず鋼板温度により各水冷バンクの冷却
能力（水冷の熱伝達率）に差が生じる。すなわち通常鋼
板速度は加速されるため、個々の水冷バンクにおける鋼
板温度は鋼板速度が変わればそれにしたがって変化す
る。ところが水冷の熱伝達率は鋼板表面温度によって大
きく変化するため冷却能力が個々の水冷バンクによって
異なってくる。また設備的バラツキ、経年変化による
各水冷バンクの冷却能のバラツキもある。

【００１１】さらに温度降下は指数関数的であるた
め、個々のバンクの熱伝達率が同じでも水冷帯全域にわ
たっては冷却速度は一定にならないという問題がある。

【００１２】従って従来の冷却制御方法では、鋼板の加
速下での仕上圧延機から巻取機に至るまでの冷却速度、
巻取温度を目標の値に全長にわたって制御するのは実際
上不可能である。

【００１３】そこで本発明の課題は、所望の材質を実現
するために必要な上記冷却速度および巻取温度を容易に
鋼板全長にわたって確保することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、鋼板の仕上
圧延機と巻取機との間に鋼板に対する冷却水の注水のオ
ンオフおよびその注水量を個別に調節できる水冷装置を
搬送方向に多数設けて冷却帯を構成し、かつ前記仕上圧
延機の出側に鋼板の仕上出口温度計を、前記冷却帯の出
側に巻取温度計をそれぞれ設け、一定の時間間隔または
距離間隔で前記仕上出口温度をサンプリングした鋼板上
の一点を、当該鋼板の速度を取り込みながらトラッキン
グし、各サンプリング点が各冷却装置を通過するときの
水冷の冷却速度が鋼板の速度変化に影響されることなく
目標の値に均一になるように各水冷装置の注水量の制御
を行うとともに、水冷終了後空冷過程を経て当該サンプ
リング点が目標巻取温度となるように水冷装置をオンオ
フして水冷する長さを制御することで解決できる。

【００１５】

【作用】本発明では、鋼板の仕上圧延機を出てから巻取
機により巻き取られるまでの、鋼板の冷却過程におい
て、図７に代表的に示すように、各サンプリング点が鋼
板の速度変化に影響されることなく一定の冷却速度とす
るように各水冷バンクの注水量の制御を行うとともに、
水冷終了後空冷過程を経て当該サンプリング点が目標巻
取温度となるように水冷バンクをオンオフして水冷する
長さを制御するものである。

【００１６】すなわち、第１に鋼板の速度変化に影響さ
れることなく注水量を制御して水冷時の冷却速度を一定
にすること、第２に水冷後の空冷速度はかなり小さく、
ほぼ一定と見做し得るので、水冷による最終温度を適切
に設定すれば、自然と目標の巻取温度を得ることができ
るとの考えの下で、水冷バンクをオンオフして水冷する
全バンク長を制御することを要点としている。

【００１７】

【実施例】次に本発明をさらに具体的に説明する。本発
明では、まず各バンク冷却速度が一定値になるように、
鋼板速度に応じて各バンクでの注水量を時々刻々調節す
るものである。以下その具体的方法について述べる。い
ま図２を参照して、第ｉ番目のバンクのバンク長をｌi
、またこのバンクの入側鋼板速度（現在速度）をｖi
、出側鋼板速度（予測速度) をｖi+1 とする。

【００１８】またそのバンクの入側の鋼板上の１点ｋの
実績仕上出口温度をＴF,k 、また仕上出口温度計からバ
ンク入側までの実績経過時間をｔi,k 、バンク出側到達
予測時間をｔi+1,k 、入側鋼板温度計算値をＴi,k 、出
側鋼板温度計算値をＴi+1,k とする。

【００１９】さらにそのバンクの水冷の熱伝達率をｈi
、熱伝達率補正係数をＫi 、水量密度をＷi とする。
また鋼板の板厚をｄ、密度をρ、温度Ｔのときの比熱を
Ｃ（Ｔ）とする。そのときの鋼板温度は上流側バンクの
冷却速度が一定値Ｑw に保たれているとすると、 Ｔi,k ＝ＴF,k −Ｑw ・ｔi,k 板厚が薄いので板厚方向の厚み分布を無視すると、その
時の鋼板速度での当該バンクでの温度降下量は、

【００２０】

【数１】

【００２１】当該バンクの通過時間は、 Δｔi,k ＝ｔi+1,k −ｔi,k よって当該バンクでの冷却速度は、

【００２２】

【数２】

【００２３】目標冷却速度をＱw ^* とすれば、冷却速度
が目標になるためには当該バンクの熱伝達率は以下のよ
うに与えられなければならない。

【００２４】

【数３】

【００２５】一方、各バンクの熱伝達率は一般的に下記
のように与えられる。 ｈi ＝Ｋi ＲＷi ^P ／Ｔi,k ここでＲ、Ｐは定数。従って、目標冷却速度にするため
には当該バンク水量密度Ｗi を下記のように調節すれば
よい。

【００２６】

【数４】

【００２７】このようにして実績速度を取り込みながら
各バンクの注水量を冷却速度一定になるように時々刻々
調節していく。

【００２８】空冷の温度降下は水冷に対してかなり小さ
く、冷却速度一定と考える。

【００２９】次に目標巻取温度を実現するための具体的
方法について述べる。仕上出側で鋼板温度を一定の時間
または距離間隔でサンプリング測定し、このサンプリン
グ点が巻取温度計に達するまでサンプリング点をトラッ
キングする。

【００３０】その上で各サンプリング点について以下の
計算を行う。まず当該サンプリング点ｋに対する予測全
冷却時間τk （仕上出側温度計から巻取温度計までの到
達時間）を求める。仕上出側温度計から巻取温度計まで
の距離をＬとすれば、例えば定速時は ｖτk ＝Ｌ あるいは加速時は加速率をαとすれば、 ｖτk ＋（１／２）ατk ² ＝Ｌ のような式が成り立つので、これらの式よりτk を求め
る。

【００３１】次に当該サンプリング点が目標巻取温度、
目標冷却速度を実現できるような水冷時間τw,k を求め
る。当該サンプリング点ｋの仕上出口温度をＴF,k 、水
冷の冷却速度目標値をＱw 、空冷冷却速度をＱA 、目標
巻取温度をＴc ^* とすると、 Ｔc ^* ＝ＴF,k −Ｑw τw,k −ＱA （τk −τw,k ） のような関係が成り立つ。よってこの式より水冷時間τ
w,k を求める。これを図で示すと、図３のようになる。
なお、上記仕上出口温度、巻取温度等の測定は図４に示
すような位置に設置する。

【００３２】最後に当該サンプリング点が目標巻取温
度、目標冷却速度を実現できるような水冷冷却長さｌw
（図４において黒色で塗り潰した部分の搬送方向長さ）
を求める。 ｌw ＝ｖτw ＋（１／２）ατw ² 以上の計算を各サンプリング点について、予測速度と実
績速度との差を修正するために各サンプリングタイミン
グ毎に行いながらトラッキングしていって、バンク応答
遅れを考慮しつつ必要な水冷時間を実現できるように出
力する。

【００３３】以上の方法で所望の材質を実現するために
必要な冷却速度および巻取温度を簡単な計算で鋼板全長
にわたって確保することができる。

【００３４】以下さらに具体的に実施例について説明す
る。図１は、本発明の実施装置の一例である。鋼板１は
仕上圧延機２を出たのち巻取機３との間における多数の
水冷バンク４を有する冷却帯において冷却される。

【００３５】また図示しないが仕上圧延機２の出側に仕
上出口温度計９が、巻取機３前方に巻取温度計１０が設
置されている。また鋼板速度は仕上圧延機２のロール回
転数あるいは巻取機３のマンドレル回転数によって測定
される。さらに、図示しないが鋼板の板厚計も設置され
ている。

【００３６】このような設備において、板厚、通板速
度、仕上出口温度および巻取温度等の時々刻々の実測値
を計算機５に入力する。仕上圧延機２の下流側の冷却帯
における各水冷バンク４においては、鋼板１表面に対し
て、オンオフバルブ６の開閉による注水のオンオフ制御
が、かつ流量調節弁８により注水量制御が行われる。こ
の場合、水量計７からの注入量信号に基づいて注水のオ
ンオフおよび注水量制御がなされる。

【００３７】以上の構成に基づき、次のような手順で各
バンクからの注水量およびオン／オフ指令を出力する。
現在の鋼板速度をもとにして定時間間隔で冷却速度が所
定の値になるような水量設定値を時々刻々計算する。そ
して下位の水量制御系において上記設定値になるように
流量調節弁８を制御する。

【００３８】一方、仕上圧延機２出側で鋼板温度を一定
の時間または距離間隔でサンプリング測定し、このサン
プリング点が巻取温度計１０に達するまでサンプリング
点をトラッキングする。そして各サンプリング点が目標
冷却速度を実現して目標巻取温度になるような水冷バン
クのオン／オフパターンを計算する。その上で各バンク
のオン／オフの応答遅れを考慮して適当なタイミングに
指令を出力する。例えば鋼板速度が通板速度の場合は図
５のようにオンバンクを構成し、最高速度の場合は図６
のようにオンバンクを構成することによって、図７のよ
うに、全水冷バンク長を調節し、水冷、空冷の時間比率
を変えることにより巻取温度を目標の値にすることがで
きる。

【００３９】以上のようにして、加速により鋼板速度が
通板速度から最高速度まで変わっても、目標の温度履歴
と巻取温度を全長にわたって確保することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、所望の材
質を実現するために必要な温度履歴および巻取温度を鋼
板全長にわたって確保し、所望のかつ均一な機械特性を
もった鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法の一例を示す模式図である。

【図２】水冷バンク添付記号の定義説明図である。

【図３】温度履歴説明図である。

【図４】水冷バンク等の添付記号の説明図である。

【図５】通常速度における水冷バンクの模式図である。

【図６】最高速度における水冷バンクの模式図である。

【図７】鋼板の冷却過程の説明図である。

【図８】鋼板の冷却と変態との関係図である。

【図９】従来の冷却制御例の温度−時間相関図である。

【符号の説明】

１…鋼板、２…仕上圧延機、３…巻取機、４…水冷バン
ク、５…計算機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼板の仕上圧延機と巻取機との間に鋼板に
   対する冷却水の注水のオンオフおよびその注水量を個別
   に調節できる水冷装置を搬送方向に多数設けて冷却帯を
   構成し、かつ前記仕上圧延機の出側に鋼板の仕上出口温
   度計を、前記冷却帯の出側に巻取温度計をそれぞれ設
   け、 一定の時間間隔または距離間隔で前記仕上出口温度をサ
   ンプリングした鋼板上の一点を、当該鋼板の速度を取り
   込みながらトラッキングし、 各サンプリング点が各冷却装置を通過するときの水冷の
   冷却速度が鋼板の速度変化に影響されることなく目標の
   値に均一になるように各水冷装置の注水量の制御を行う
   とともに、水冷終了後空冷過程を経て当該サンプリング
   点が目標巻取温度となるように水冷装置をオンオフして
   水冷する長さを制御することを特徴とする鋼板の冷却制
   御方法。