JPH07185632A - 帯状金属材の冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱間圧延後のストリップを巻取機に巻取る際
の巻取温度の制御精度を高める。 【構成】 設定目標巻取温度と巻取温度計10による実績
巻取温度との偏差に基づき適正な目標中間巻取温度を設
定する目標温度修正装置13と、該目標温度修正装置13か
らの目標中間巻取温度と中間温度計９で得た実績中間巻
取温度との偏差を求める減算器14と、減算器14から入力
された偏差に対応してこれと対応する冷却パターンを選
定し、この冷却パターンで冷却バンク1bを制御する注水
制御装置15とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱間圧延後のホットスト
リップ等帯状金属材に対する冷却制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延において種々の性質を持つ広範
囲の材料を得るには熱間圧延後における冷却工程の冷却
パターンを変更できることが必要とされる。このための
装置として従来、特開昭58-221606 号公報、特開昭62-5
7709号公報等に開示された技術がある。図６は特開昭58
-221606 号公報に開示された従来の冷却制御装置の構成
を示す模式図であり、図中１は冷却バンク、４は熱間仕
上圧延機の最終段スタンド、５は巻取機、Ｓはストリッ
プを示している。

【０００３】ストリップＳは熱間仕上圧延機の最終段ス
タンド４を出て矢印方向から冷却バンク１に通されて所
定温度に冷却された後、巻取機５に巻取られるようにな
っている。この間ストリップＳは最終段スタンド４に付
設の速度計６にてストリップ速度を検出され、また最終
段スタンド４を出て冷却バンク１に入る前に仕上出口温
度計７にて仕上出口温度を、また厚み計８にて厚みを、
更に冷却バンク１を出て巻取機５に巻取られる直前の位
置で巻取温度計10にて巻取温度を夫々所定のタイミング
又は一定距離毎にサンプリング測定される。

【０００４】冷却制御部31は検出されたストリップ速
度、仕上出口温度、厚み、冷却バンク１の冷却パターン
の実績値とから各サンプリング点の位置及び温度を算出
し、各サンプリング点が巻取温度計10に達する時点での
温度を予測し、この予測値と予め定めてある目標巻取温
度との偏差が小さくなるようサンプリング点より下流側
に位置する冷却バンク１内におけるノズルに対し冷却パ
ターンを予め定めてある優先注水順位に従って変更制御
する。

【０００５】図７は特公平5-25567 号公報に開示された
従来の他の冷却制御技術の構成を示す模式図である。こ
の従来技術にあっては冷却バンク１をストリップＳの移
動方向に沿って複数個の冷却バンク1a〜1nに分割構成
し、熱間仕上圧延機の最終段スタンド４の出側に、仕上
出口温度計７をまた分割された冷却バンク1a〜1n間の所
定位置に複数の中間温度計9a，9bを、更に巻取機５の直
前にストリップＳの移動域の上，下に臨ませて、巻取温
度計10a,10b を設けた構成としてある。

【０００６】冷却制御部41は温度分布推定手段42、平均
温度推定手段43及び冷却量調整手段44を備えており、中
間温度計9a,9b で検出した表面実績温度、ストリップの
熱伝導に関する特性値から厚み方向温度分布を推定し、
この推定温度分布と前記表面実績温度とに基づいてスト
リップＳの平均温度を推定し、平均温度が目標巻取温度
と一致するよう各冷却バンク1a〜1nの冷却水量を調整す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで前者の冷却制
御方法は仕上出口温度計７によるモデル予測巻取温度に
基づくフィードフォワード制御であるため、例えばアク
チュェータの応答速度、ストリップＳ上での水のり等厳
密な予測が困難な外乱が生じた場合、巻取温度制御精度
が悪いという問題があった。また後者の冷却制御方法で
はストリップの表面温度を検出した後、冷却水量決定ま
での過程が複雑で、計算機負荷が高く、しかも制御結果
が随時評価されないという問題があった。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは計算機負荷を上げるこ
となく従来制御を補償し、最終的に巻取温度を目標温度
に精度良く制御可能とした帯状金属材の冷却制御装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る帯状金属
の冷却制御装置は、熱間圧延後の帯状金属材を、巻取機
に巻取る迄の間の帯状金属材の移動域に沿って配設され
た複数の冷却機にて冷却制御する帯状金属材の冷却制御
装置において、前記冷却機の入側，中間及び出側夫々に
配設され、帯状金属材の各サンプリング点の入側温度，
中間温度，巻取温度を測定する入側温度計，中間温度計
及び巻取温度計と、帯状金属材の各サンプリング点を追
跡し、サンプリング点の位置及びその位置での温度を帯
状金属材の速度及び冷却機の冷却実績とに基づき予測演
算し、前記中間温度計設置位置の帯状金属材に対する目
標中間温度を求める手段と、設定された目標巻取温度と
実測巻取温度との偏差に対応して前記目標中間温度を変
更する手段と、該手段により設定された目標中間温度と
前記実測中間温度との偏差に対応してそれよりも下流側
の冷却機に対する冷却制御を行う手段とを具備すること
を特徴とする。

【００１０】第２発明に係る帯状金属の冷却制御装置
は、熱間圧延後の帯状金属材を、巻取機に巻取る迄の間
の帯状金属材の移動域に沿って配設された冷却機にて冷
却制御する帯状金属材の冷却制御装置において、前記冷
却機の出側に間隔を隔てて配設され、帯状金属材の実測
中間温度をサンプリング測定する中間温度計及び実測巻
取温度を求める巻取温度計と、各サンプリング点の実測
中間温度と実測巻取温度との差である復熱温度差を求め
る手段と、この復熱温度差と予め定めた目標巻取温度と
の和から中間温度計設置位置での目標中間温度を求める
手段と、この目標中間温度と前記中間温度計の実測中間
温度との差が縮小されるよう前記冷却機を制御する手段
とを備えることを特徴とする。

【００１１】

【作用】第１の発明にあっては制御結果を冷却機間の帯
状金属材の実測中間温度と目標中間温度との偏差を解消
するための制御に随時反映させることで、巻取温度を均
一、且つ高精度に冷却制御することが可能となる。また
第２の発明にあっては復熱に起因して生じる帯状金属材
の巻取時に生じる温度差を正確に検出し得て、目標巻取
温度からのずれを低減出来、制御精度を一層向上せしめ
得る。

【００１２】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。 （実施例１）図１は実施例１の構成を示すブロック図で
あり、図中1a，1bは冷却バンク、４は熱間仕上圧延機の
最終段スタンド、５は巻取機、Ｓはストリップを示して
いる。ストリップＳは熱間仕上圧延機の最終段スタンド
４を経て、矢印方向から冷却バンク1a，1bに通され、所
定温度に冷却されて、巻取機５に巻取られる。

【００１３】この間ストリップＳは最終段スタンド４に
付設した速度計６にてストリップ速度を、また最終段ス
タンド４と冷却バンク1aとの間で仕上出口温度計７，厚
み計８にて仕上出口温度，厚みを夫々検出され、また冷
却バンク1aを出た直後に中間温度計９にて中間温度を、
更に巻取機５の直前で巻取温度計10にて巻取温度を夫々
サンプリング測定される。各冷却バンク1a,1b はストリ
ップＳの通過域の上、下に臨んで夫々多数のノズルを配
設して構成されており、注水制御装置15にて夫々予め定
めた冷却パターンにて注水量が調節されるようになって
いる。

【００１４】11は冷却制御部であり、冷却制御部11は設
定器12からの設定データにより目標温度修正装置13の材
料先端部に対する目標温度を演算し出力する。また、前
記速度計６，仕上出口温度計７，厚み計８，巻取温度計
10の各検出値、並びに冷却バンク1aの開閉実績を取込
み、これをメモリに格納してゆく。これらの各データに
基づいて冷却バンク1aの開閉指令を演算し、出力する。

【００１５】そして各サンプリング点の位置をストリッ
プ速度に基づいて、また各サンプリング点のストリップ
温度を冷却バンク1aから取り込んだ過去の開閉実績値に
基づいて下記(1) 式に従って演算する。

【００１６】

【数１】

【００１７】(1) 式中の熱伝達率ｈωは空冷時の熱伝達
率ｈ_A と水冷時の熱伝達率ｈ_w の和であり、下記(2) 式
で表される。

【００１８】

【数２】

【００１９】即ち、ストリップＳの先端が仕上出口温度
計７に達する迄の間は設定器12から入力されるストリッ
プＳの厚み指示値，ストリップ速度指示値及び予め設定
した目標巻取温度を含むストリップＳ各部の温度指示値
に基づいて、(1) 式に従った演算を行い、目標温度修正
装置13へ出力する。一方ストリップＳの先端が仕上出口
温度計７に達した後は前述した速度計６，仕上出口温度
計７，厚み計８，中間温度計９及び巻取温度計10による
検出値に基づいて、同じく(1) 式に従った演算を行い、
冷却バンク1aへ開閉指令を出力する。

【００２０】目標温度修正装置13は冷却制御部11から中
間温度計９，巻取温度計10設置位置夫々における目標中
間温度，目標巻取温度を、また巻取温度計10から実測巻
取温度を取込み、設定目標巻取温度と実測巻取温度とを
比較し、その偏差が許容範囲を越えているか否かを判断
し、越えていない場合には冷却制御部11から入力された
目標中間温度を減算器14へ出力し、また前記偏差が許容
範囲を越えている場合には予め定めてある別の目標中間
温度に変更してこれを減算器14へ出力する。

【００２１】例えば前記偏差が許容範囲を越えて負の場
合にはより低い目標中間温度に、また許容範囲を越えて
正の場合にはより高い目標中間温度に変更して減算器14
へ出力する。減算器14は目標温度修正装置13から入力さ
れた目標中間温度と中間温度計９にて測定した実測中間
温度との偏差を求めてこれを注水制御装置15へ出力す
る。

【００２２】注水制御装置15には中間温度計９による実
測中間温度と目標温度修正装置13から入力される目標中
間温度との偏差と、各偏差に対応した冷却バンク1bでの
冷却パターンとがテーブル化して格納されており、減算
器14から入力された偏差に対応して冷却パターンを選択
し、選択された冷却パターンに基づいて冷却バンク1bを
制御するようになっている。

【００２３】次に本発明装置と従来装置との比較試験結
果を図２に示す。図２(a) は実施例１の冷却バンク1a,1
b の中間に配した中間温度計９設置位置での目標中間温
度と実測中間温度との時間的推移を、図２(b) は実施例
１の設定目標巻取温度と巻取温度計10による実測巻取温
度との関係を夫々示すグラフである。なお、ホットスト
リップとしては厚み9.01mm、幅869 mmの中炭素鋼を用い
た。対比のため同じ寸法諸元のストリップに対し従来装
置を適用した場合の結果を図２(c) ，図２(d) に示す。

【００２４】本発明装置では図２(b) に示す如く実測巻
取温度が設定目標巻取温度に対し若干低めで推移してい
るために、図２(a) に示す如く目標中間温度をＴ₀ （初
期値）からこれよりも高いＴ₁ （Ｔ₁ ＞Ｔ₀ ）に変更し
たことにより、実測巻取温度が設定目標巻取温度に略一
致した状態となり、その後、図２(b) に示す如く実測巻
取温度が設定目標巻取温度よりも若干高めとなったこと
から図２(a) に示す如く目標中間温度をＴ₁ からＴ₀ へ
変更したことにより、実測巻取温度が設定目標巻取温度
に略一致した状態が得られていることが解る。

【００２５】これに対し従来装置では中間温度に対する
制御が不十分であるため、図２(d)に示す如く実測巻取
温度と設定目標巻取温度との偏差が格段に大きく、十分
な制御精度が得られていないことが明らかである。ちな
みに目標巻取温度が±25℃の範囲に入る長さ的中率は、
従来方法を使用した場合には平均77% であったが、本発
明の装置では平均96% 迄向上することが確認出来た。

【００２６】このような実施例１にあっては冷却バンク
1a,1b の中間での目標中間温度を、設定目標巻取温度と
実測巻取温度との偏差に応じて変更し、また冷却バンク
1bは目標中間温度と実測中間温度との偏差を温度偏差／
冷却パターン変換テーブルを用いて定めた冷却パターン
に従って冷却制御を行なうから、ストリップＳの温度を
その全長にわたって均一となるよう冷却制御することが
出来、巻取温度制御精度を格段に向上させ得ることとな
る。

【００２７】（実施例２）図３は本発明の実施例２の構
成を示す模式図であり、この実施例２にあっては冷却バ
ンクを３分割した構成とし、冷却バンク1aと1bとの間、
及び1bと1cとの間に夫々中間温度計9a,9b を設け、また
冷却バンク1b,1c 夫々に対し目標温度修正装置13a,13b
、減算器14a,14b 及び注水制御装置15a,15b を設置し
た構成としてある。他の構成は実施例１のそれと実質的
に同じであり、対応する部分には同じ番号を付して説明
を省略する。

【００２８】この実施例２においては冷却制御部11は材
料先端部に対応して中間温度計9a,9b 及び巻取温度計10
の設置位置夫々における目標中間温度Ｔ_0a，Ｔ_0b，目標
巻取温度Ｔ_CMを演算し、目標温度修正装置13a に対して
は目標中間温度Ｔ_0a，Ｔ_0bを、また目標温度修正装置13
b に対しては目標中間温度Ｔ_0b, 目標巻取温度Ｔ_CMを出
力する。目標温度修正装置13a は中間温度計9bの実測中
間温度と、この中間温度計9b設置位置での各サンプリン
グ点に対する目標中間温度Ｔ_0bとの偏差を求め、その偏
差が許容範囲内であれば目標中間温度Ｔ_0aを減算器14a
へ出力し、また許容範囲を越えていると、夫々に対応し
た別の目標中間温度を減算器14a へ出力する。

【００２９】また目標温度修正装置13b は巻取温度計10
の実測巻取温度と、設定目標巻取温度Ｔ_CMとの偏差を求
め、その偏差が許容範囲内であれば目標中間温度Ｔ_0bを
減算器14b へ出力し、また許容範囲を越えていると、夫
々に対応した別の目標中間温度を減算器14b へ出力す
る。減算器14a,14b 、注水制御装置15a,15b 夫々におけ
る制御内容は実施例１に示した減算器14, 注水制御装置
15のそれと実質的に同じであり、説明を省略する。

【００３０】このような実施例２にあっては最終段スタ
ンド４から巻取機５に至る中間の複数個所で実測中間温
度が目標中間温度夫々に一致するよう制御が行われるこ
ととなり、冷却制御精度を一層向上せしめ得ることな
る。

【００３１】（実施例３）この実施例３ではストリップ
Ｓに対する冷却を終了した後、巻取機５に巻き取られる
迄の間に生じる復熱による巻取温度の誤差を解消し得る
ようにしてある。図４は本発明の更に他の実施例を示す
模式図であり、図中１は主冷却バンク，２は微調節用冷
却バンク，21は冷却制御部を示している。そして中間温
度計９は微調節用冷却バンク２の出口直後においてスト
リップＳの移動域上に臨ませて設置してある。他の構成
は実施例１のそれと実質的に同じであり、対応する部分
には同じ符号を付して説明を省略する。

【００３２】冷却制御部21は復熱温度差演算部22，目標
中間温度演算部23, 中間温度誤差演算部24及び注水量演
算部25を備えている。復熱温度差演算部22は一定時間毎
に、あるいはストリップＳが所定長移動する都度、中間
温度計９から実測中間温度を、また巻取温度計10から実
測巻取温度を夫々取り込み、その偏差、即ち復熱温度差
を演算し、これをメモリに格納すると共に、目標中間温
度演算部23へ出力する。

【００３３】目標中間温度演算部23は設定入力されてい
る目標巻取温度と復熱温度差との和を求め、これを目標
中間温度として中間温度誤差演算部24へ出力する。中間
温度誤差演算部24は入力された目標中間温度と、中間温
度計９で求めた実測中間温度との偏差を求め、この偏差
と制御ゲインとに基づいて注水量を演算し、これを注水
量演算部25へ出力する。注水量演算部25は主冷却バンク
１に対する注水量の補正分を比例・積分演算に基づいて
算出し、これを実現すべく制御信号を主冷却バンク１へ
出力するようになっている。

【００３４】次にこの実施例３による制御手順を説明す
る。先ずストリップＳ先端が巻取温度計10に到達した時
点から、一定時間毎、又はストリップＳが一定距離移動
する都度、仕上出口温度計７，厚み計８，中間温度計９
及び巻取温度計10の各検出値をその瞬間のサンプリング
位置, ストリップ速度と共にメモリに格納する。

【００３５】そしてストリップＳの先端が巻取温度計10
に達した時から第ｉ番目に記録したストリップＳ上の
点、即ち第ｉサンプリング点に対して復熱温度差演算部
22は中間温度計９と巻取温度計10とによる実測温度の差
（復熱温度差）△Ｔ_oiを下記(3) 式に従って演算し、記
録すると共に、これを中間温度演算部23へ出力する。

【００３６】

【数３】

【００３７】目標中間温度演算部23は第j(=i+1) 番目の
サンプリング点の目標中間温度Ｔ_{MM j} を下記(4) 式に従
って演算し、これを中間温度誤差演算部24へ出力する。

【００３８】

【数４】

【００３９】中間温度誤差演算部24は第ｊ番目のサンプ
リング点の目標中間温度Ｔ_MMj と実測中間温度Ｔ_Mjとの
偏差Ｅ_j を下記(5) 式に従って演算し、注水量演算部25
へ出力する。

【００４０】

【数５】

【００４１】注水量演算部25はこの偏差Ｅ_j を解消する
に必要な主冷却バンク１に対する注水量の修正分△Ｑ_j
は第１サンプリング点から第j-1 サンプリング点までの
中間温度設置の符号付き総和（分設置）と、その瞬間の
中間温度誤差との両者の重み付き和として下記(6) 式に
従って演算し、これに従って主冷却バンク１へ制御信号
を出力する。

【００４２】

【数６】

【００４３】図５は本発明装置と従来装置との比較試験
結果を示すグラフであり、横軸に時間を、また縦軸に実
測巻取温度をとって示してある。なお、ストリップとし
ては厚み1.6 mm、幅1220mmの低炭素鋼を用いた。図５
(a) は本発明装置の、または図５(b) は従来装置の各結
果を示している。これから明らかなように、従来装置に
比較して本発明装置にあっては目標巻取温度に対する実
測巻取温度のずれが大幅に低減し得ていることが解る。

【００４４】このような実施例３にあっては、各サンプ
リング点についての実測巻取温度、実測中間温度から復
熱温度差、目標中間温度を求めることで復熱温度差、又
は復熱量計数を予め求める従来方法に比較して復熱推定
精度が向上し、巻取温度の制御精度の一層の向上が図れ
る。またストリップＳの移動に伴ってサンプリング点が
移動してゆくに従い、最初の復熱温度差を繰り返し実測
するからストリップの全長にわたり復熱温度差が大きく
変化している場合にも正確な巻取温度制御が可能とな
る。

【００４５】

【発明の効果】以上の如く本発明装置にあっては帯状金
属材の全長に渡って目標巻取温度に正確に温度制御を行
ない得、近年の高度な材質要求を満足させ得る製品を安
定して製造出来る等本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の構成を示す模式図である。

【図２】本発明の実施例と従来装置との比較試験結果を
示すグラフである。

【図３】本発明の他の実施例２の構成を示す模式図であ
る。

【図４】本発明の更に他の実施例３の構成を示す模式図
である。

【図５】図４に示す実施例３と従来装置との比較試験結
果を示すグラフである。

【図６】従来装置の模式図である。

【図７】他の従来装置の模式図である。

【符号の説明】

１ 主冷却バンク 1a,1b 冷却バンク ２ 微調整用バンク ４ 最終段スタンド ５ 巻取機 ６ 速度計 ７ 仕上出口温度計 ８ 厚み計 ９，9a,9b 中間温度計 10 巻取温度計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間圧延後の帯状金属材を、巻取機に巻
   取る迄の間の帯状金属材の移動域に沿って配設された複
   数の冷却機にて冷却制御する帯状金属材の冷却制御装置
   において、 前記冷却機の入側，中間及び出側夫々に配設され、帯状
   金属材の各サンプリング点の入側温度，中間温度，巻取
   温度を測定する入側温度計，中間温度計及び巻取温度計
   と、帯状金属材の各サンプリング点を追跡し、サンプリ
   ング点の位置及びその位置での温度を帯状金属材の速度
   及び冷却機の冷却実績とに基づき予測演算し、前記中間
   温度計設置位置の帯状金属材に対する目標中間温度を求
   める手段と、設定された目標巻取温度と実測巻取温度と
   の偏差に対応して前記目標中間温度を変更する手段と、
   該手段により設定された目標中間温度と前記実測中間温
   度との偏差に対応してそれよりも下流側の冷却機に対す
   る冷却制御を行う手段とを具備することを特徴とする帯
   状金属材の冷却制御装置。
2. 【請求項２】 熱間圧延後の帯状金属材を、巻取機に巻
   取る迄の間の帯状金属材の移動域に沿って配設された冷
   却機にて冷却制御する帯状金属材の冷却制御装置におい
   て、 前記冷却機の出側に間隔を隔てて配設され、帯状金属材
   の実測中間温度をサンプリング測定する中間温度計及び
   実測巻取温度を求める巻取温度計と、各サンプリング点
   の実測中間温度と実測巻取温度との差である復熱温度差
   を求める手段と、この復熱温度差と予め定めた目標巻取
   温度との和から中間温度計設置位置での目標中間温度を
   求める手段と、この目標中間温度と前記中間温度計の実
   測中間温度との差が縮小されるよう前記冷却機を制御す
   る手段とを備えることを特徴とする帯状金属材の冷却制
   御装置。