JPH0636931B2 - 線材、棒材の圧延、冷却における温度制御方法 - Google Patents
線材、棒材の圧延、冷却における温度制御方法Info
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- JPH0636931B2 JPH0636931B2 JP63267616A JP26761688A JPH0636931B2 JP H0636931 B2 JPH0636931 B2 JP H0636931B2 JP 63267616 A JP63267616 A JP 63267616A JP 26761688 A JP26761688 A JP 26761688A JP H0636931 B2 JPH0636931 B2 JP H0636931B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、線材，棒材の圧延，冷却に際しての、冷却装
置による温度制御に関するものである。
置による温度制御に関するものである。
加熱炉で加熱されたビレットなどの、多数の圧延機列に
より熱間で連続圧延される、棒材，線材の圧延において
は、圧延材の材質改善と高速圧延のために、圧延ライン
上に複数台のクーリングトラフなどの冷却装置を設置し
て、強制水冷を行なう。その設備構成の概要を第１図に
示す。
より熱間で連続圧延される、棒材，線材の圧延において
は、圧延材の材質改善と高速圧延のために、圧延ライン
上に複数台のクーリングトラフなどの冷却装置を設置し
て、強制水冷を行なう。その設備構成の概要を第１図に
示す。
このような設備においては、温度制御の目標値として圧
延ライン最終所定位置（以下目標位置と呼ぶ）における
材料の目標温度（一般には表面温度）が、また制御条件
として各冷却装置出側における材料表面下限温度が定め
られる。
延ライン最終所定位置（以下目標位置と呼ぶ）における
材料の目標温度（一般には表面温度）が、また制御条件
として各冷却装置出側における材料表面下限温度が定め
られる。
温度制御は、材料圧延前に設定値を出力するプリセット
制御と、材料圧延中の制御とに分けられる。ここで各々
の制御について説明する。
制御と、材料圧延中の制御とに分けられる。ここで各々
の制御について説明する。
プリセット制御 プリセット制御では、制御上の前記制約条件を満足する
範囲内で、極力圧延ライン上流側で、また極力少数の冷
却装置を使用して冷却することが、品質確保と生産コス
ト削減の両面から最適である。したがってプリセット制
御では、目標位置の材料温度が目標温度となり、かつ上
記制約条件と最適条件を満たすように、ライン上流側か
らの冷却装置使用台数と各冷却装置での水量とを求めて
プリセットすることが要求される。
範囲内で、極力圧延ライン上流側で、また極力少数の冷
却装置を使用して冷却することが、品質確保と生産コス
ト削減の両面から最適である。したがってプリセット制
御では、目標位置の材料温度が目標温度となり、かつ上
記制約条件と最適条件を満たすように、ライン上流側か
らの冷却装置使用台数と各冷却装置での水量とを求めて
プリセットすることが要求される。
材料圧延中の制御 温度制御においては、プリセット制御の誤差，上流工程
における材料温度の変動，圧延条件の変動などに対処し
て、材料全長に渡る目標位置での温度を目標温度に一致
させるために、材料圧延中に冷却水量を調節する必要が
ある。
における材料温度の変動，圧延条件の変動などに対処し
て、材料全長に渡る目標位置での温度を目標温度に一致
させるために、材料圧延中に冷却水量を調節する必要が
ある。
従来において、この制御に関しては、冷却装置出側で材
料温度を実測して、その上流側における冷却水量を調節
するフィードバック制御が提案されており（例えば特開
昭57−121814号公報，特開昭59−193707号公報）、ライ
ン上流側の材料温度実測値に基づいて、それより下流側
の冷却水量を調節するフィードフォワード制御は、提案
されていなかった。
料温度を実測して、その上流側における冷却水量を調節
するフィードバック制御が提案されており（例えば特開
昭57−121814号公報，特開昭59−193707号公報）、ライ
ン上流側の材料温度実測値に基づいて、それより下流側
の冷却水量を調節するフィードフォワード制御は、提案
されていなかった。
上記のプリセット制御において、使用台数と水量との
最適値は、材料のサイズ（圧延前および圧延後），加熱
炉等上流工程における材料温度、および圧延条件などの
変化に依存して変化するが、従来において、最適値を精
度良くかつオンラインで十分な速さで求める方法は提案
されていなかった。たとえば、特開昭57−121814号公報
および特開昭59−193707号公報には、各冷却装置出側で
の目標温度が前もって与えられている場合のプリセット
制御が提示されており、ここで述べたような、目標位置
での目標温度と各冷却装置出側下限温度とが与えられて
いて最適なプリセット値を求めるものではない。
最適値は、材料のサイズ（圧延前および圧延後），加熱
炉等上流工程における材料温度、および圧延条件などの
変化に依存して変化するが、従来において、最適値を精
度良くかつオンラインで十分な速さで求める方法は提案
されていなかった。たとえば、特開昭57−121814号公報
および特開昭59−193707号公報には、各冷却装置出側で
の目標温度が前もって与えられている場合のプリセット
制御が提示されており、ここで述べたような、目標位置
での目標温度と各冷却装置出側下限温度とが与えられて
いて最適なプリセット値を求めるものではない。
また、上記の材料圧延中の制御において、フィードバ
ック制御のみでは、温度実側位置と水量調節位置との間
の材料移動時間と、水量調節器に水量変更指令を出力し
てから実際の水量がその値になるまでの時間（水量調節
器動作遅れ時間）とに起因する制御の時間遅れは避けら
れず、材料温度を目標値に一致させるのにある程度の時
間を要し、また制御のオーバーシュートやハンチングが
生じやすい。
ック制御のみでは、温度実側位置と水量調節位置との間
の材料移動時間と、水量調節器に水量変更指令を出力し
てから実際の水量がその値になるまでの時間（水量調節
器動作遅れ時間）とに起因する制御の時間遅れは避けら
れず、材料温度を目標値に一致させるのにある程度の時
間を要し、また制御のオーバーシュートやハンチングが
生じやすい。
本発明が解決すべき課題は、上述の如き従来技術に鑑
み、まず同一ロット材（材料品種，サイズや圧延，冷却
仕様が同一の材料）に対する圧延前のプリセット制御に
おいては、各冷却装置出側における目標温度が前もって
与えられて、冷却水量を求めるものではなく、ライン所
定位置（目標位置）における目標温度、および、各冷却
装置出側における材料表面下限温度、が与えられたもと
で、品質確保と生産コスト削減の両面から最適となるよ
うに、上流側からの冷却装置使用台数と、各冷却装置に
おける冷却水量を求めることである。
み、まず同一ロット材（材料品種，サイズや圧延，冷却
仕様が同一の材料）に対する圧延前のプリセット制御に
おいては、各冷却装置出側における目標温度が前もって
与えられて、冷却水量を求めるものではなく、ライン所
定位置（目標位置）における目標温度、および、各冷却
装置出側における材料表面下限温度、が与えられたもと
で、品質確保と生産コスト削減の両面から最適となるよ
うに、上流側からの冷却装置使用台数と、各冷却装置に
おける冷却水量を求めることである。
本発明が解決すべき課題はまた、同一ロット材圧延中に
おいては、実測温度の目標からの偏差のフィードバック
制御ではなく、目標位置より上流側における材料実測温
度に基づくフィードフォワード制御により、目標位置に
おける材料温度を目標温度に一致させるとともに、制御
モデル（温度偏差モデル）係数値を、第３位置（Ａ
点），第１位置（Ｃ点）における材料温度、および、第
２位置（Ｂ点）における冷却水量、の各々の実測値に基
づいて、フィードバック的に逐次修正することにより、
フィードフォワードおよびフィードバック両機能を備え
た制御を実現することである。
おいては、実測温度の目標からの偏差のフィードバック
制御ではなく、目標位置より上流側における材料実測温
度に基づくフィードフォワード制御により、目標位置に
おける材料温度を目標温度に一致させるとともに、制御
モデル（温度偏差モデル）係数値を、第３位置（Ａ
点），第１位置（Ｃ点）における材料温度、および、第
２位置（Ｂ点）における冷却水量、の各々の実測値に基
づいて、フィードバック的に逐次修正することにより、
フィードフォワードおよびフィードバック両機能を備え
た制御を実現することである。
上記課題を達成するための本発明方法は、線材または棒
の圧延・冷却に際して、クーリングトラフ等の冷却装置
が圧延ライン上に複数台存在する場合において、ライン
上所定位置（目標位置）の材料目標温度と各冷却装置出
側における材料表面下限温度とが与えられている場合、
圧延，冷却による材料の断面温度分布の変化を、高速演
算可能な数式モデル（圧延温度モデル）で表わし、この
モデルを用いて、まず同一ロット材に対する圧延前のプ
リセット制御においては、品質確保と生産コスト削減の
両面から最適となるような冷却装置使用台数と各冷却装
置での冷却水量とを材料圧延前に求めるとともに、該モ
デルに含まれる各種熱伝達関数，加工発熱補正係数など
の各種パラメータの値を、材料温度，冷却水量，圧延条
件などのプラントデータ実測値に基づいて、オンライン
で逐次推定することを第１の特徴とする。
の圧延・冷却に際して、クーリングトラフ等の冷却装置
が圧延ライン上に複数台存在する場合において、ライン
上所定位置（目標位置）の材料目標温度と各冷却装置出
側における材料表面下限温度とが与えられている場合、
圧延，冷却による材料の断面温度分布の変化を、高速演
算可能な数式モデル（圧延温度モデル）で表わし、この
モデルを用いて、まず同一ロット材に対する圧延前のプ
リセット制御においては、品質確保と生産コスト削減の
両面から最適となるような冷却装置使用台数と各冷却装
置での冷却水量とを材料圧延前に求めるとともに、該モ
デルに含まれる各種熱伝達関数，加工発熱補正係数など
の各種パラメータの値を、材料温度，冷却水量，圧延条
件などのプラントデータ実測値に基づいて、オンライン
で逐次推定することを第１の特徴とする。
本発明方法はまた、目標位置である第１位置（Ｃ点）に
おける材料温度を、それより上流側の第２位置（Ｂ点）
における冷却水量および第２位置（Ｂ点）より上流側の
第３位置（Ａ点）における材料温度とを変数とする簡易
式から成る温度偏差モデルで表わし、該モデルの係数値
は前述の圧延温度モデルにより圧延前に算出しておき、
同一ロット材圧延中は、第３位置（Ａ点）における材料
実測温度に基づいて、第１位置（Ｃ点）における材料温
度が目標温度に一致するように、第２位置（Ｂ点）にお
ける冷却水量を時々刻々調節してフィードフォワード制
御を行なうとともに、第３位置（Ａ点）および第１位置
（Ｃ点）における材料温度、ならびに、第２位置（Ｂ
点）における冷却水量を各々の実測値に基づいてモデル
係数を逐次修正して、フィードバック的にモデル誤差を
実質上０に収束させることを第２の特徴とする。
おける材料温度を、それより上流側の第２位置（Ｂ点）
における冷却水量および第２位置（Ｂ点）より上流側の
第３位置（Ａ点）における材料温度とを変数とする簡易
式から成る温度偏差モデルで表わし、該モデルの係数値
は前述の圧延温度モデルにより圧延前に算出しておき、
同一ロット材圧延中は、第３位置（Ａ点）における材料
実測温度に基づいて、第１位置（Ｃ点）における材料温
度が目標温度に一致するように、第２位置（Ｂ点）にお
ける冷却水量を時々刻々調節してフィードフォワード制
御を行なうとともに、第３位置（Ａ点）および第１位置
（Ｃ点）における材料温度、ならびに、第２位置（Ｂ
点）における冷却水量を各々の実測値に基づいてモデル
係数を逐次修正して、フィードバック的にモデル誤差を
実質上０に収束させることを第２の特徴とする。
本発明の対象とする圧延，冷却ラインの一態様を、第１
図に示す。ラインの始点はＳ点、終点はＣ点（第１位
置：目標温度位置）とし、Ｃ点では材料表面の目標温度
が与えられている。また、Ｃ点は目標位置とも呼ぶこと
にする。ライン上には冷却装置としてｎ個のクーリング
トラフがあり、上流側から順にＣＴ１，ＣＴ２，・・
・，ＣＴｎと呼ぶ。材料のサイズやＣ点での目標温度な
どに応じて、これらｎ個のクーリングトラフの中でいく
つかを実際に使用するが、その使用するクーリングトラ
フの中で最も下流側のものをＣＴｍ′とし、その位置を
Ｂ点（第２位置）とする。Ｂ点は材料によって種々変化
する。ライン上にはこの他、圧延機または圧延機列があ
るが、第１図では図示を省略している。
図に示す。ラインの始点はＳ点、終点はＣ点（第１位
置：目標温度位置）とし、Ｃ点では材料表面の目標温度
が与えられている。また、Ｃ点は目標位置とも呼ぶこと
にする。ライン上には冷却装置としてｎ個のクーリング
トラフがあり、上流側から順にＣＴ１，ＣＴ２，・・
・，ＣＴｎと呼ぶ。材料のサイズやＣ点での目標温度な
どに応じて、これらｎ個のクーリングトラフの中でいく
つかを実際に使用するが、その使用するクーリングトラ
フの中で最も下流側のものをＣＴｍ′とし、その位置を
Ｂ点（第２位置）とする。Ｂ点は材料によって種々変化
する。ライン上にはこの他、圧延機または圧延機列があ
るが、第１図では図示を省略している。
なお、各圧延機においてもロール冷却水により材料表面
は冷却されるが、温度制御の操作量はクーリングトラフ
水量のみで、ロール冷却水は操作量として使用しない。
材料表面温度を実測するための温度計は、Ａ点（第３位
置）とＣ点に設置され、温度制御の計算は制御用計算機
によって行われる。Ｓ点における材料断面温度分布、Ｓ
〜Ｃ間の圧延条件、Ｃ点における目標温度、Ｓ〜Ｃ間の
各クーリングトラフ出側における材料表面下限温度、お
よびＡ点とＣ点における材料表面実測温度が制御用計算
機に入力され、各クーリングトラフのＯＮ／ＯＦＦ（使
用／不使用）設定信号と使用するクーリングトラフに対
する設定水量が、制御用計算機から出力される。
は冷却されるが、温度制御の操作量はクーリングトラフ
水量のみで、ロール冷却水は操作量として使用しない。
材料表面温度を実測するための温度計は、Ａ点（第３位
置）とＣ点に設置され、温度制御の計算は制御用計算機
によって行われる。Ｓ点における材料断面温度分布、Ｓ
〜Ｃ間の圧延条件、Ｃ点における目標温度、Ｓ〜Ｃ間の
各クーリングトラフ出側における材料表面下限温度、お
よびＡ点とＣ点における材料表面実測温度が制御用計算
機に入力され、各クーリングトラフのＯＮ／ＯＦＦ（使
用／不使用）設定信号と使用するクーリングトラフに対
する設定水量が、制御用計算機から出力される。
第１図のようなラインを通して材料を圧延，冷却した場
合の、材料断面温度分布変化の一例を第２図に示す。
合の、材料断面温度分布変化の一例を第２図に示す。
材料表面は各クーリングトラフで急冷され、出口で表面
温度は極小値をとり、クーリングトラフを出た後は材料
内部からの復熱により、表面温度が上昇する。第２図に
おいて、材料平均温度が上昇している部分は、圧延時の
加工発熱によるものである。
温度は極小値をとり、クーリングトラフを出た後は材料
内部からの復熱により、表面温度が上昇する。第２図に
おいて、材料平均温度が上昇している部分は、圧延時の
加工発熱によるものである。
実施例では、あるロットの圧延を開始する前に、該ロッ
トに宛てられている、下記項にて説明する圧延温度モ
デルを用いて、下記項で説明する、圧延材の冷却に使
用する冷却装置およびそれらそれぞれの冷却水量の算出
と設定（プリセット制御）を行なう。そして１ロットの
圧延中には、下記項で説明するロット内制御を実行す
る。更に、１ロットの圧延を終えると、下記項で説明
する前記圧延温度モデルのパラメータ推定を行なって、
推定したプリセットを用いるものに前記圧延温度モデル
を更新する。なお、実施例では下記項＋項＋項＋
項の温度制御を実施するが、本明細書の特許請求の範
囲の第(1)項は、下記項＋項＋項の温度制御を規
定し、第(2)項は、下記項＋項＋項の温度制御を
規定したものである。
トに宛てられている、下記項にて説明する圧延温度モ
デルを用いて、下記項で説明する、圧延材の冷却に使
用する冷却装置およびそれらそれぞれの冷却水量の算出
と設定（プリセット制御）を行なう。そして１ロットの
圧延中には、下記項で説明するロット内制御を実行す
る。更に、１ロットの圧延を終えると、下記項で説明
する前記圧延温度モデルのパラメータ推定を行なって、
推定したプリセットを用いるものに前記圧延温度モデル
を更新する。なお、実施例では下記項＋項＋項＋
項の温度制御を実施するが、本明細書の特許請求の範
囲の第(1)項は、下記項＋項＋項の温度制御を規
定し、第(2)項は、下記項＋項＋項の温度制御を
規定したものである。
以下、本発明の一実施例の温度制御の内容をなす、圧延
温度モデル，ロット間プリセット制御，圧延温度モデル
のパラメータの遂次推定、および、ロット内制御、をこ
の順に説明する。
温度モデル，ロット間プリセット制御，圧延温度モデル
のパラメータの遂次推定、および、ロット内制御、をこ
の順に説明する。
圧延温度モデル 圧延温度モデルは、プリセット制御に使用されると共
に、ロット内制御に用いる後述の温度偏差モデルの係数
値の計算にも使用される。
に、ロット内制御に用いる後述の温度偏差モデルの係数
値の計算にも使用される。
圧延温度モデルは、圧延ライン上任意の２点、例えば第
１図に示すＱ点およびＲ点、の間を材料が進行し圧延，
冷却される過程における材料断面内温度分布（材料断面
を円で近似し、半径方向にいくつかに分割したときの、
各分布領域の温度）を微少時間Δｔ毎に求めるもので、
公知のモデルである。
１図に示すＱ点およびＲ点、の間を材料が進行し圧延，
冷却される過程における材料断面内温度分布（材料断面
を円で近似し、半径方向にいくつかに分割したときの、
各分布領域の温度）を微少時間Δｔ毎に求めるもので、
公知のモデルである。
この圧延温度モデルの計算の概要を、第３図に示す。こ
の圧延温度モデルにおいて、始点Ｑにおける材料サイ
ズ，速度，断面内温度分布、および、ＱＲ間の圧延，冷
却条件、を与えることにより、終点Ｒにおける断面内温
度分布を求めることができる。この圧延温度モデルは、
Δｔ毎の温度変化のシミュレーションモデルであり、計
算に時間を要するため従来オフラインで用いられていた
が、本発明ではオンラインで高速演算させるために半径
方向の分割に際して、温度勾配の大きい表面ほど密に、
中心へ行くほど疎に不等分割することにより、半径方向
分割数を等分割の場合の数分の一以下に減じている。
の圧延温度モデルにおいて、始点Ｑにおける材料サイ
ズ，速度，断面内温度分布、および、ＱＲ間の圧延，冷
却条件、を与えることにより、終点Ｒにおける断面内温
度分布を求めることができる。この圧延温度モデルは、
Δｔ毎の温度変化のシミュレーションモデルであり、計
算に時間を要するため従来オフラインで用いられていた
が、本発明ではオンラインで高速演算させるために半径
方向の分割に際して、温度勾配の大きい表面ほど密に、
中心へ行くほど疎に不等分割することにより、半径方向
分割数を等分割の場合の数分の一以下に減じている。
不等分割の場合の各分割領域間の伝熱を第４図に表わし
た。
た。
ロット間プリセット制御 同一ロット材の圧延，冷却に際して、前もって設定値を
求めるプリセット制御では、第１図のＣ点における材料
表面温度＊ＴSCおよび各クーリングトラフＣＴｉの出側
における材料表面下限温度ＴＳLiが与えられた下で、材
料品質確保と生産コスト削減の両面から最適となるよう
なクーリングトラフ使用台数ｍ′と各クーリングトラフ
ＣＴｉでの冷却水量ｗｉ′とを前述の圧延温度モデルを
用いて求める。このｍ′とｗｉ′とは、前記下限温度Ｔ
ｓLiを満たす範囲内で極力ライン上流側で冷却したとき
の値となる。
求めるプリセット制御では、第１図のＣ点における材料
表面温度＊ＴSCおよび各クーリングトラフＣＴｉの出側
における材料表面下限温度ＴＳLiが与えられた下で、材
料品質確保と生産コスト削減の両面から最適となるよう
なクーリングトラフ使用台数ｍ′と各クーリングトラフ
ＣＴｉでの冷却水量ｗｉ′とを前述の圧延温度モデルを
用いて求める。このｍ′とｗｉ′とは、前記下限温度Ｔ
ｓLiを満たす範囲内で極力ライン上流側で冷却したとき
の値となる。
第５ａ図および第５ｂ図に、ｍ′とｗｉ′の計算処理を
示し、以下に説明を行なう。
示し、以下に説明を行なう。
〈プリセット制御計算手段〉 クーリングトラフ使用台数ｍを０に初期設定する（ステ
ップ１：以下カッコ内ではステップという語を省略す
る）。
ップ１：以下カッコ内ではステップという語を省略す
る）。
始点Ｓにおける、材料の上流工程より与えられる断面内
温度分布予測値と材料速度とを初期値として与えて、Ｃ
点までの断面内温度分布の変化を、圧延温度モデルを用
いて求める（２）。
温度分布予測値と材料速度とを初期値として与えて、Ｃ
点までの断面内温度分布の変化を、圧延温度モデルを用
いて求める（２）。
Ｃ点における材料表面温度と目標値とを比較して
（３）、材料表面温度が目標温度以下でなければｍに１
を加える（４）。材料表面温度が目標温度以下であれ
ば、さらにｍ＝０であるかを調べ(13)、ｍ＝０であれば
目標達成は不可能であり、異常終了する。
（３）、材料表面温度が目標温度以下でなければｍに１
を加える（４）。材料表面温度が目標温度以下であれ
ば、さらにｍ＝０であるかを調べ(13)、ｍ＝０であれば
目標達成は不可能であり、異常終了する。
ステップ４でｍに１を加えた後、ｍとｎとを比較し
（５）、ｍがｎを越える値であれば材料をＣ点にて目標
温度まで冷却するのは不可能であり、異常終了する。ｍ
がｎを越える値でなければ、ライン上ｍ番目のクーリン
グトラフＣＴｍにおける水量を、設備上許容される最大
水量ｗＨｍに設定する（６）。
（５）、ｍがｎを越える値であれば材料をＣ点にて目標
温度まで冷却するのは不可能であり、異常終了する。ｍ
がｎを越える値でなければ、ライン上ｍ番目のクーリン
グトラフＣＴｍにおける水量を、設備上許容される最大
水量ｗＨｍに設定する（６）。
ＣＴｍ入側から出側までの断面内温度分布の変化を、圧
延温度モデルを用いて求める（７）。この時、断面温度
分布は、ステップ２またはステップ１２におけるｍ≧２
の計算済の値を用いる。
延温度モデルを用いて求める（７）。この時、断面温度
分布は、ステップ２またはステップ１２におけるｍ≧２
の計算済の値を用いる。
ＣＴｍ出側での材料表面温度と下限温度とを比較し
（８）、材料表面温度が下限温度を下回ったときは、Ｃ
Ｔｍ水量が０であるかを調べ（９）、ＣＴｍ水量が０で
ないときは所定水量を減じてステップ７に戻り（１
０）、ＣＴｍ水量が０であれば異常終了する。ただし、
水量の下限値は０である。
（８）、材料表面温度が下限温度を下回ったときは、Ｃ
Ｔｍ水量が０であるかを調べ（９）、ＣＴｍ水量が０で
ないときは所定水量を減じてステップ７に戻り（１
０）、ＣＴｍ水量が０であれば異常終了する。ただし、
水量の下限値は０である。
ステップ８において、材料表面温度が下限温度以上で、
ＣＴｍの現水量がステップ６で設定した最大水量ｗＨｍ
以上であれば、ｗＨｍをｗＨｍ′としてステップ１２に
進み（１１）、現設定水量がｗＨｍ未満のときは、ＣＴ
ｍ出側での材料表面温度を下限温度とするようなＣＴｍ
水量を、第６図に示すような補間法により求めて、それ
をｗｍ′としてステップ１２に進む（１１）。
ＣＴｍの現水量がステップ６で設定した最大水量ｗＨｍ
以上であれば、ｗＨｍをｗＨｍ′としてステップ１２に
進み（１１）、現設定水量がｗＨｍ未満のときは、ＣＴ
ｍ出側での材料表面温度を下限温度とするようなＣＴｍ
水量を、第６図に示すような補間法により求めて、それ
をｗｍ′としてステップ１２に進む（１１）。
ＣＴｍ出側から目標位置までの断面内温度分布変化を圧
延温度モデルにより求めて、ステップ３に戻る(12)。
延温度モデルにより求めて、ステップ３に戻る(12)。
ステップ１３でｍ＝０でなければ、ＣＴｍ水量を所定量
減じる（１４）。ただし水量下限値は、０である。
減じる（１４）。ただし水量下限値は、０である。
ＣＴｍ入側からＣ点までの材料断面温度分布変化を、圧
延温度モデルを用いて求める（１５）。ただし、ＣＴｍ
入側での断面温度分布はステップ１２で計算済の値を用
いる。
延温度モデルを用いて求める（１５）。ただし、ＣＴｍ
入側での断面温度分布はステップ１２で計算済の値を用
いる。
Ｃ点における材料表面温度と目標値とを比較し（１
６）、材料表面温度が目標値以下であればステップ１４
に戻る。材料表面温度が目標値を越えている場合は、Ｃ
点での材料表面温度を目標温度に一致させるようなＣＴ
ｍの水量を、第６図に示すような補間法により求め、改
めてｗｍ′とする（１６）。
６）、材料表面温度が目標値以下であればステップ１４
に戻る。材料表面温度が目標値を越えている場合は、Ｃ
点での材料表面温度を目標温度に一致させるようなＣＴ
ｍの水量を、第６図に示すような補間法により求め、改
めてｗｍ′とする（１６）。
以上の処理によりｍ′とｗｉ′とが求められる。
圧延温度モデルパラメータの逐次推定 圧延温度モデルにおいて、たとえば加工発熱ＱＲは簡略
式により次のように表わすことができる。
式により次のように表わすことができる。
QR=C1・ε・{1+C2・1n(v/v)}〔1+C3(Ceq-Ceq)(Tm2-Td2)〕
Ｘ… …(1) ここでεは圧下率、ｖは圧延速度、Ceqはカーボン当
量、Tmは材料断面内平均温度、Ｔｄは変態点温度、ｖ，
Ceqは各々ｖ，Ceqの操業上の平均値、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３
は適当な定数である。
Ｘ… …(1) ここでεは圧下率、ｖは圧延速度、Ceqはカーボン当
量、Tmは材料断面内平均温度、Ｔｄは変態点温度、ｖ，
Ceqは各々ｖ，Ceqの操業上の平均値、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３
は適当な定数である。
定数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の値は、設備条件や圧延条件に依
存して変化しうるため、ライン上Ａ点，Ｃ点などにおけ
る材料表面実測温度と圧延温度モデルによる計算温度と
の差に基づいてＣ１，Ｃ２，Ｃ３の値や、その他圧延温
度制モデルのパラメータの値、たとえば水冷熱伝達係数
や輻射伝達係数などに掛かる補正係数の値に関しては、
各パラメータ変化の材料表面温度におよぼす影響係数を
Ｘ(t)として、次式によりオンライン逐次推定を行な
う。
存して変化しうるため、ライン上Ａ点，Ｃ点などにおけ
る材料表面実測温度と圧延温度モデルによる計算温度と
の差に基づいてＣ１，Ｃ２，Ｃ３の値や、その他圧延温
度制モデルのパラメータの値、たとえば水冷熱伝達係数
や輻射伝達係数などに掛かる補正係数の値に関しては、
各パラメータ変化の材料表面温度におよぼす影響係数を
Ｘ(t)として、次式によりオンライン逐次推定を行な
う。
Ｃ(t)＝Ｃ(t-1)＋Ｐ(t)Ｘ(t)ε(t) …(2) ここでε＝ＴｓA(t)−Ｔsc(t) …(3) Ｘ(t)＝〔δTsc(t)/δC1,δTsc(t)/δC2,……，δTsc
(t)/δCk〕 …(4) ただし、ＴsAは材料表面温度の実測値、Ｔscは計算値で
ある。Ｐ(t)はパラメータ修正のゲインを定める行列で
あり、公知の技術である。重み付逐次型最小二乗法など
を用いて、値を変化させる。各影響係数Ｘｉ＝｛δTsc
(t)/δCi}(i=1,2,…k)の値は、Ｃｉの値をΔＣｉだけ変
化させて圧延温度モデルを計算し、そのときのＴscの変
化ΔＴscを求めてＸｉ＝（ΔＴsc/ΔＣｉ）とすること
により求める。このような影響係数の計算にはある程度
の時間を要するための、圧延温度モデルのパラメータ逐
次推定は同一ロット材の圧延終了後にそのロット材の平
均的な温度，圧延，冷却条件に対して行なう。
(t)/δCk〕 …(4) ただし、ＴsAは材料表面温度の実測値、Ｔscは計算値で
ある。Ｐ(t)はパラメータ修正のゲインを定める行列で
あり、公知の技術である。重み付逐次型最小二乗法など
を用いて、値を変化させる。各影響係数Ｘｉ＝｛δTsc
(t)/δCi}(i=1,2,…k)の値は、Ｃｉの値をΔＣｉだけ変
化させて圧延温度モデルを計算し、そのときのＴscの変
化ΔＴscを求めてＸｉ＝（ΔＴsc/ΔＣｉ）とすること
により求める。このような影響係数の計算にはある程度
の時間を要するための、圧延温度モデルのパラメータ逐
次推定は同一ロット材の圧延終了後にそのロット材の平
均的な温度，圧延，冷却条件に対して行なう。
ロット内制御 同一ロット内におけるフィードフォワードおよびフィー
ドバック制御においては、第１図のＡ点における材料温
度の実測値を用いてＢ点における冷却水量を調節するこ
とにより、フィードフォワード的にＣ点における材料表
面温度を目標温度に制御するとともに、Ｃ点における材
料表面温度の実測値と、以下に示す温度偏差モデルによ
る計算値との誤差によってモデルの係数をフィードバッ
ク的に逐次修正する。
ドバック制御においては、第１図のＡ点における材料温
度の実測値を用いてＢ点における冷却水量を調節するこ
とにより、フィードフォワード的にＣ点における材料表
面温度を目標温度に制御するとともに、Ｃ点における材
料表面温度の実測値と、以下に示す温度偏差モデルによ
る計算値との誤差によってモデルの係数をフィードバッ
ク的に逐次修正する。
温度偏差モデルは次式で表わされる。
ΔTsc(t)=a1+a2ΔTsA(t)+a3ΔWB(t)…(5) ここで、△Ｔsc(t)＝Ｔasc(t)−＊Ｔsc ΔＴsA(t)＝ＴasA(t)−＊ＴsA…(6) ΔｗＢ(t)＝ｗＢ(t)−＊ｗＢ ただしＴasA(t)、Ｔasc(t)は、時刻ｔにＣ点を通過した
材料表面温点Ｑの、各々Ａ点とＣ点とにおける実測温
度、ｗＢは同じくＱ点に対するＢ点における冷却水量、
＊ＴscはＣ点における材料表面目標温度、＊ｗＢはＣ点
における材料表面温度を目標値に一定させるための、Ｂ
点における冷却水量（圧延温度モデルによる計算値）、
＊ＴsAはＡ点における材料表面温度で、＊ｗＢと＊ＴsA
とは材料圧延前に圧延温度モデルで計算した値である。
ａ１，ａ２，ａ３はモデル係数であり、圧延中に逐次修
正されるため以後ａ１，ａ２，ａ３と表わす。
材料表面温点Ｑの、各々Ａ点とＣ点とにおける実測温
度、ｗＢは同じくＱ点に対するＢ点における冷却水量、
＊ＴscはＣ点における材料表面目標温度、＊ｗＢはＣ点
における材料表面温度を目標値に一定させるための、Ｂ
点における冷却水量（圧延温度モデルによる計算値）、
＊ＴsAはＡ点における材料表面温度で、＊ｗＢと＊ＴsA
とは材料圧延前に圧延温度モデルで計算した値である。
ａ１，ａ２，ａ３はモデル係数であり、圧延中に逐次修
正されるため以後ａ１，ａ２，ａ３と表わす。
ロット内制御に際しては、そのロットの材料圧延前に＊
ＴsA，＊ｗＢの値とａ１，ａ２，ａ３の初期値とを求め
ておく必要があり、以下のように定める。
ＴsA，＊ｗＢの値とａ１，ａ２，ａ３の初期値とを求め
ておく必要があり、以下のように定める。
まず、＊ｗＢの値は、前記に記したプリセット制御計
算で使用する最後のクーリングトラフＣＴｍ′の水量ｗ
ｍ′であり、＊ＴsAは始点Ｓ点における材料表面内温度
分布が与えられたときのＡ点における材料表面温度であ
る。またａ１の初期値は０とし、ａ２，ａ３の初期値
は、各々ＴsA，ｗＢの変化がＴscの変化におよぼす影響
係数として次式により求める。
算で使用する最後のクーリングトラフＣＴｍ′の水量ｗ
ｍ′であり、＊ＴsAは始点Ｓ点における材料表面内温度
分布が与えられたときのＡ点における材料表面温度であ
る。またａ１の初期値は０とし、ａ２，ａ３の初期値
は、各々ＴsA，ｗＢの変化がＴscの変化におよぼす影響
係数として次式により求める。
ａ２＝δＴsc／δＴsA （ＴsA＝＊ＴsA，ｗＢ＝＊ｗＢ） ａ３＝δＴsc／δｗＢ （ＴsA＝＊ＴsA，ｗＢ＝＊ｗＢ） …(7) 上記影響係数の値は、ＴsAおよびｗＢの微小変化ΔＴsA
およびΔｗＢによるＴscの変化量ΔＴscを、圧延温度モ
デルを用いて計算することにより求める。
およびΔｗＢによるＴscの変化量ΔＴscを、圧延温度モ
デルを用いて計算することにより求める。
同一ロット圧延中は、所定のサンプリング周期で、まず
Ａ点における材料表面温度を実測し、その実測点（材料
表面のＱ点）の温度がＴasA(t)であったとき、ライン上
Ｃ点におけるＱ点温度Ｔasc(t)が目標温度＊Ｔscに一致
するような水量ｗＢ(t)を、前述の温度偏差モデルを用
いて次式により求める。
Ａ点における材料表面温度を実測し、その実測点（材料
表面のＱ点）の温度がＴasA(t)であったとき、ライン上
Ｃ点におけるＱ点温度Ｔasc(t)が目標温度＊Ｔscに一致
するような水量ｗＢ(t)を、前述の温度偏差モデルを用
いて次式により求める。
wB(t)＝*wB−{a1＋a2(TasA(t)−*TsA)}/a3 …(8) ｗＢ(t)の値は、材料のＡＢ間移動時間や冷却装置の動
作遅れ時間などを考慮して、材料表面Ｑ点がライン上の
Ｂ点通過時に、Ｂ点水量がｗＢ(t)となるように適切な
タイミングで冷却装置に設定出力することにより、Ｃ点
における材料表面温度のフィードフォワード制御を行な
う。
作遅れ時間などを考慮して、材料表面Ｑ点がライン上の
Ｂ点通過時に、Ｂ点水量がｗＢ(t)となるように適切な
タイミングで冷却装置に設定出力することにより、Ｃ点
における材料表面温度のフィードフォワード制御を行な
う。
一方、モデル係数推定値ａ１，ａ２，ａ３は次式により
逐次修正を行なう。
逐次修正を行なう。
ａ(t)＝ａ(t-1)＋Ｐ(t)Ｘ(t)ε(t) …(9) ここで、 ａ(t)＝〔ａ１(t)，ａ２(t)，ａ３(t)〕Ｔ ｘ(t)＝〔１，ΔＴSA(t)，ΔｗＢ(t)〕Ｔ …(10) ε(t)＝ΔＴsc(t)−ａ(t-1)Ｔｘ(t) …(11) ただし、ｔは時刻（サンプリング周期単位）、 ΔＴsA，ΔｗＢ(t)，ΔＴsc(t)は各々、時刻ｔにＣ点上
を通過した材料表面Ｑ点に関する実際の値である。
を通過した材料表面Ｑ点に関する実際の値である。
Ｐ(t)∈Ｒ3×3は修正のゲイン行列であり、公知の重み
付逐次型最小二乗法などを用いて値を求める。
付逐次型最小二乗法などを用いて値を求める。
この逐次修正は、圧延温度モデルの誤差，同一ロット材
圧延中の圧延条件の変化および各種外乱等に対処して、
フィードバック的にＣ点における材料表面温度Ｔascを
目標温度＊Ｔscに一致させるために行なわれる。
圧延中の圧延条件の変化および各種外乱等に対処して、
フィードバック的にＣ点における材料表面温度Ｔascを
目標温度＊Ｔscに一致させるために行なわれる。
第７図は材料圧延中の本発明による制御特性を図示した
ものであり、第１図Ａ点における材料実温度の変化に基
づいてフィードフォワード的にＢ点における冷却水量を
変化させることにより、Ｃ点における材料実測温度はほ
ぼ目標温度に等しくなっている。一方、第８図は材料圧
延中の従来制御特性を図示したものであり、Ｃ点におけ
る材料実測温度の目標温度から偏差に基づいてＢ点にお
ける冷却水量を変化させるフィードバック制御であるた
め、冷却水量の変化が第７図の冷却水量の変化より遅れ
ており、Ｃ点における材料実測温度は目標温度から一時
的にはずれたりハンチングを起こしたりしている。
ものであり、第１図Ａ点における材料実温度の変化に基
づいてフィードフォワード的にＢ点における冷却水量を
変化させることにより、Ｃ点における材料実測温度はほ
ぼ目標温度に等しくなっている。一方、第８図は材料圧
延中の従来制御特性を図示したものであり、Ｃ点におけ
る材料実測温度の目標温度から偏差に基づいてＢ点にお
ける冷却水量を変化させるフィードバック制御であるた
め、冷却水量の変化が第７図の冷却水量の変化より遅れ
ており、Ｃ点における材料実測温度は目標温度から一時
的にはずれたりハンチングを起こしたりしている。
以上詳述したように本発明によれば、線材，棒材の圧
延，冷却における温度制御に際して、まず材料圧延前の
プリセット制御においては、材料温度を目標値に一致さ
せ、かつ各冷却装置出側での材料温度が下限値を下回ら
ないようにする制御目的を満たすとともに、従来と異な
り材料品質確保と生産コスト削減の両面からも最となる
ような、冷却装置使用台数と各冷却装置の水量とを、オ
ンラインで高速演算可能な圧延温度モデルを用いて求
め、設定出力する。この圧延温度モデルは、材料断面温
度分布の時間的変化を逐次計算する分布定数型の熱伝達
モデルであり、モデルパラメータは、材料温度，冷却水
量，圧延条件などの実測値を用いて、逐次修正するこに
より、圧延条件や設備条件等の変化に対処して計算精度
を高く保持する。
延，冷却における温度制御に際して、まず材料圧延前の
プリセット制御においては、材料温度を目標値に一致さ
せ、かつ各冷却装置出側での材料温度が下限値を下回ら
ないようにする制御目的を満たすとともに、従来と異な
り材料品質確保と生産コスト削減の両面からも最となる
ような、冷却装置使用台数と各冷却装置の水量とを、オ
ンラインで高速演算可能な圧延温度モデルを用いて求
め、設定出力する。この圧延温度モデルは、材料断面温
度分布の時間的変化を逐次計算する分布定数型の熱伝達
モデルであり、モデルパラメータは、材料温度，冷却水
量，圧延条件などの実測値を用いて、逐次修正するこに
より、圧延条件や設備条件等の変化に対処して計算精度
を高く保持する。
以上の処理により、高精度の最適プリセット制御が行な
われる。
われる。
一方、材料圧延中の制御においては、従来のようなフィ
ードバック制御のみでなく、ライン上流側での材料温度
実測値を用いて、それより下流の冷却装置の水量を調節
することにより、フィードフォワード的に目標位置にお
ける材料温度を目標値に一致させる。この計算に使用す
る温度偏差モデルの係数に関しては、材料圧延前に圧延
温度モデルにより初期値を求めるとともに、材料圧延中
は、材料温度および冷却水量の実測値を用いて逐次修正
することにより、フィードバック的に計算誤差を実質上
０にする。
ードバック制御のみでなく、ライン上流側での材料温度
実測値を用いて、それより下流の冷却装置の水量を調節
することにより、フィードフォワード的に目標位置にお
ける材料温度を目標値に一致させる。この計算に使用す
る温度偏差モデルの係数に関しては、材料圧延前に圧延
温度モデルにより初期値を求めるとともに、材料圧延中
は、材料温度および冷却水量の実測値を用いて逐次修正
することにより、フィードバック的に計算誤差を実質上
０にする。
以上の処理により、材料圧延中の制御はフィードフォワ
ード機能とフィードバック機能とを両方備えたものとな
り、各種外乱に対処して材料温度を目標温度に保持す
る。
ード機能とフィードバック機能とを両方備えたものとな
り、各種外乱に対処して材料温度を目標温度に保持す
る。
第１図は、線材，棒材等の圧延，冷却ラインの概要を示
すブロック図である。 第２図は、材料断面の温度分布変化を示すグラフであ
る。 第３図は、圧延温度モデルに基づいた温度分布演算処理
を示すフローチャートである。 第４図は、材料断面の分割と各分割領域間の伝熱の関係
を示す断面図である。 第５図は、プリセット制御計算処理を示すフローチャー
トである。 第６図は、クーリングトラフにおける冷却水量を求める
ための補間法を説明するための温度グラフである。 第７図は、材料圧延中の、本発明による制御特性を示す
グラフである。 第８図は、材料圧延中の従来制御特性を示すグラフであ
る。 CT1〜CTn：クーリングトラフ
すブロック図である。 第２図は、材料断面の温度分布変化を示すグラフであ
る。 第３図は、圧延温度モデルに基づいた温度分布演算処理
を示すフローチャートである。 第４図は、材料断面の分割と各分割領域間の伝熱の関係
を示す断面図である。 第５図は、プリセット制御計算処理を示すフローチャー
トである。 第６図は、クーリングトラフにおける冷却水量を求める
ための補間法を説明するための温度グラフである。 第７図は、材料圧延中の、本発明による制御特性を示す
グラフである。 第８図は、材料圧延中の従来制御特性を示すグラフであ
る。 CT1〜CTn：クーリングトラフ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐坂 晋二 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式 會社室蘭製鐵所内 (72)発明者 千田 雄治 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式 會社室蘭製鐵所内
Claims (2)
- 【請求項１】線材，棒材の圧延，冷却に際して、クーリ
ングトラフなどの冷却装置が圧延ライン上に複数台存在
する場合において、被圧延材のロット毎のライン上所定
位置における材料の目標温度および各冷却装置出側にお
ける材料の下限温度が定められている場合、圧延，冷却
による材料の断面温度分布の変化を、高速演算可能な圧
延温度モデルで表わし、この圧延温度モデルを用いて、
冷却装置の使用台数と各冷却装置の冷却水量とをオンラ
インで演算算出して、ライン上所定位置における材料温
度が目標値に一致するようにロット単位でプリセット制
御を行なうとともに、前記圧延温度モデルに含まれる各
種熱伝達関数，加工発熱補正係数などの各種パラメータ
の値を、材料温度，冷却水量，圧延条件などのプラント
データ実測値に基づいて、オンラインでかつ、ロット単
位で逐次更新することを特徴とする、線材，棒材の圧
延，冷却における温度制御方法。 - 【請求項２】線材，棒材の同一ロット内の圧延，冷却に
際して、ライン上の第１位置の材料および目標温度が定
められている場合、圧延，冷却による材料の断面温度分
布の変化を、高速演算可能な圧延温度モデルで表わし、
この圧延温度モデルを用いて、冷却に使用する冷却装置
と該冷却装置それぞれの冷却水量とをオンラインで演算
算出し、第１位置の材料温度の目標からの偏差を、第１
位置より上流側にある、前記冷却に使用する冷却装置の
うちの最下流の冷却装置の冷却水量と、この最下流の冷
却装置より上流側の第３位置の材料温度とを変数とする
簡易式から成る温度偏差モデルで表わし、該温度偏差モ
デルの係数値は、前記圧延温度モデルにより圧延前に算
出しておき、材料圧延中は、材料が第３位置を通過する
時に第３位置における材料温度を実測し、この実測値に
基づいて、前記温度偏差モデルを用いて、第１位置の材
料温度が目標温度に一致するように前記最下流の冷却装
置の冷却水量を時々刻々調節してフィードフォワード制
御を行なうとともに、材料が第１位置を通過する時に、
第３位置および第１位置における材料温度、ならびに前
記最下流の冷却装置における冷却水量、の各々の実測値
に基づいて前記温度偏差モデルの係数を逐次修正して、
フィードバック的に温度偏差モデルの計算誤差を実質上
０に収束させることを特徴とする、線材，棒材の圧延，
冷却における温度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63267616A JPH0636931B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 線材、棒材の圧延、冷却における温度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63267616A JPH0636931B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 線材、棒材の圧延、冷却における温度制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02112813A JPH02112813A (ja) | 1990-04-25 |
| JPH0636931B2 true JPH0636931B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=17447177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63267616A Expired - Lifetime JPH0636931B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 線材、棒材の圧延、冷却における温度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636931B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000135507A (ja) * | 1998-10-31 | 2000-05-16 | Sms Schloeman Siemag Ag | 冷却区間を制御するための方法およびシステム |
| CN106413931A (zh) * | 2014-01-22 | 2017-02-15 | Sms集团有限公司 | 用于在热轧机构和厚板材轧制机构中借助组织模拟器、组织监视器和/或组织模型优化制造金属的钢合金和铁合金的方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100401999B1 (ko) * | 1999-07-23 | 2003-10-17 | 주식회사 포스코 | 선재의 수냉제어방법 |
| CN111822520B (zh) * | 2020-07-21 | 2022-05-20 | 广东韶钢松山股份有限公司 | 轧制工艺参数处理方法和线材生产控制系统 |
| CN118003530B (zh) * | 2024-04-08 | 2024-06-11 | 山东义沃包装科技有限公司 | 一种可降解薄膜生产线中冷却控制系统及方法 |
-
1988
- 1988-10-24 JP JP63267616A patent/JPH0636931B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000135507A (ja) * | 1998-10-31 | 2000-05-16 | Sms Schloeman Siemag Ag | 冷却区間を制御するための方法およびシステム |
| CN106413931A (zh) * | 2014-01-22 | 2017-02-15 | Sms集团有限公司 | 用于在热轧机构和厚板材轧制机构中借助组织模拟器、组织监视器和/或组织模型优化制造金属的钢合金和铁合金的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02112813A (ja) | 1990-04-25 |
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