JPS59288B2 - 鋼材圧延における水冷制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鋼材の熱間圧延における水冷制御方法及び装
置、特に線材、棒鋼、型鋼などの条鋼類の熱間圧延にお
ける水冷制御方法及び装置に関するものである。

鋼材、特に条鋼類を圧延製造する場合、寸法形状を望ま
しい値にすることと同様に、抗張力などの機械的性質を
望ましい特性にし、かつ一様に実現することが重要であ
る。

前記条鋼類の機械的性質の特性を決定する要因には、鋼
の材質即ち成分や圧延中の温度などがある。

この内圧延中の温度は、その絶対値と共に圧延中の鋼材
における温度分布のむらの影響が無視できないものであ
る。

従って、製品の機械的性質を一様かつ望ましいものとす
るためには、圧延工程中の温度の絶対値の管理と同時に
、被圧延材の温度分布のむらをできるだけ少く、あるい
は望ましい温度分布パターンにする必要がある。

ところが従来の制御圧延による温度調整は、はなはだ不
十分なものであった。

即ち、制御圧延において被圧延材の温度を調整する手段
は主に水冷であり、このため圧延ラインの途中に水冷帯
が設けられ、この水冷帯を被圧延材が通過するときに。

その被圧延材の該水冷帯通過時の所要温度降下量によっ
て定められる量の冷却水をその被圧延材上に散布して冷
却を行うものであった。

そして、被圧延材の温度むらは主に加熱炉中のスキッド
マークによるものや被圧延材の両端部と中央部との加熱
条件の差によるものがあり、絶対温度は被圧延材の一本
毎の温度変化の差によるばらつきがある。

これらの温度むらや温度差を小さくするために、従来か
ら制御圧延において水冷帯の出側もしくは入側に温度計
を設置し、これらの温度計の測定値を用いてフィードバ
ック又はフィードフォワードの制御を行っていた。

ところが従来のフィードフォワード制御においては、冷
却水流量調整装置の応答遅れが前記被圧延材の温度むら
の変化の速さに比較して大きく、この補正がなされてい
なかったため十分な温度制御が不可能であった。

これは冷却水流量調節用の弁の応答の速いものを使用す
れば良いのであるが、実際上応答の速い弁は摩耗が激し
いなどの機械的故障が多く信頼性の上で問題があり、ま
た高価であるなどのため採用され得なかったのである。

また更に、被圧延材の先端が温度計を通過すると温度計
の検出値は零からステップ状に立上がり、逆に被圧延材
の後端が温度計を抜けると、検出値はステップ状に零に
なるため、制御系の応答特性によっては不安定となり、
そうでなくてもこの様な先後端における高精度の温度制
御は実現し得なかった。

従って本発明の目的は、制御圧延における水冷制御方法
を改良し、従来不可能であった仕上げ圧延前の温度均一
化及び温度制御の高精度化を実現することにある。

本発明の他の目的は、制御圧延の水冷制御におけるフィ
ードフォワード制御において、冷却水流量調整装置の応
答遅れを補正し得る方法及び装置を提供することにある
。

本発明のもう一つの目的は、制御圧延の水冷制御におい
て、被圧延材の先端及び後端が温度計を通過する時の検
出値のステップ状の変化に起因する制御系の不安定を除
去し得る方法及び装置を提供することにある。

要約すれば、本発明は（１）被圧延材が水冷帯に入るよ
りも早い時点において、冷却水流量調節装置の応答遅れ
時間より早く、該被圧延材の温度を測定して一時記憶し
、適当なタイミングで、前記記憶された温度値と予め定
められた被圧延材の対応する位置の目標温度値との差を
、測定された被圧延材の長さ方向の２点以上について求
め、これらの温度差値と予め定められた冷却水流量調節
装置の応答遅れ特性パラメータとを用いて冷却水流量を
予測制御するものであり、また、（２）温度計算におい
ては先行する被圧延材の温度測定の後、該先行被圧延材
の後端に関する最後の検出温度を保持し、後続する被圧
延材の先端に関する最初の検出温度が得られた後、該後
続被圧延材の温度を測定し、上記温度検出及び保持を繰
り返して、その測定及び保持された温度値を用いて水冷
制御を行なうものである。

以上述べた所のものは、各々別に用いても夫々効果があ
る、即ち、（１）の構成によれば、フィードフォワード
制御における、冷却水流量調整装置の応答遅れを補正し
得るし、（２）の構成によれば、被圧延材の先端及び後
端が温度計を通過することによる検出値のステップ状の
変化に起因する難点を解決し得る。

しかしながら、これら２つを組み合わせて用いることも
可能であり、その場合はより一層の効果が期待できるも
のである。

以下この組み合わせによる実施例について図面を参照し
て更に説明する。

第１図は、本発明の実施例を示す水冷制御システムのブ
ロック図である。

図において、１は被圧延材の流れるラインを示し、被圧
延材は矢印の如く左から右へ流れる。

２は被圧延材を冷却する水冷帯であり、５は図示しない
水圧ポンプより導かれた冷却用水であり流量計３及び流
量調節弁４を介して水冷帯２へ供給される。

流量調節弁４は種種の型式のものが使用可能であるが通
常０．５乃至２秒程度の応答遅れ特性を有している。

１１は水冷帯の入側に設けられたフィードフォワード制
御用の温度計であって、被圧延材が水冷帯に入るよりも
早い時点において、前記流量調節弁を含む冷却水流量調
節装置の応答遅れ時間より早く、該被圧延材の温度を測
定できる位置に設置される。

１３は測定された温度の値３１を一時的に記憶しておく
バッファ記憶装置であって、例えば被圧延材の送り速度
によるクロック３２で１−動されるシフトレジスタであ
る。

この場合、測定された温度値は所定のクロックでサンプ
ルされ、このシフトレジスタヘロードされ、適当なタイ
ミングでシフトアウトされるか、もしくはシフトレジス
タ中の値が読み出されて温度偏差計算装置１５へ供給さ
れる。

１４は、圧延条件から定められた被圧延材の目標温度パ
ターンを記憶するための目標温度パターン設定装置であ
って、図示しない被圧延材検出信号によってトリガされ
クロック３２を用いて、前記適当なタイミングでシフト
レジスタから読み出された測定温度に対応する被圧延材
の位置に当る目標温度値を温度偏差計算装置１５へ出力
する。

温度偏差計算装置１５は、記憶装置１３からの出力と目
標温度設定装置１５からの出力信号を用いて両信号間の
偏差を計算する。

即ち装置１５は水冷帯２と入側温度計１１との間にある
被圧延材の長手方向各部の温度の目標温度からの偏差を
計算する。

また、入側温度計１１が水冷帯から遠くこの間を被圧延
材が送られる間に温度降下がある場合は、これを補正す
ることもできる。

１６は流量計算装置で装置１５からの出力により前記温
度偏差を修正するために必要な冷却水流量（又は修正流
量）を計算する。

この温度偏差から流量への変換は理論的に計算すること
も可能であるが、あらかじめ実測した曲線によって行う
ことが実際的であって、事実、この曲線は非線形であっ
たため、関数発生器を用いている。

また、この曲線は、被圧延材の送り速度、大きさ、材質
等により変化するため、これらパラメータの変化に応じ
て変換曲線を修正することが必要である。

１８は流量制御装置で、流量計３からの信号に応じて目
標値になるように流量調節弁４の弁開度を制御する。

弁開度と流量との関係は非線形になるので、この補正を
やはり流量制御装置１８で実施する。

また弁開度には上下限があるので、弁開度制御出力がこ
の上下限値を越えないようにすることも必要である。

そして流量計３と弁４は共に、冷却水流量調節装置を構
成する。

なお流量を制御するための機能は他の方法、例えば、流
量の測定値を用いなくても流量調節弁の弁開度のみを用
いても実現可能である。

１７は前記冷却水流量調節装置の応答遅れを補正するた
めの応答遅れ補正装置である。

該装置１７は流量計算装置１６から出力信号を受は取っ
て所定の演算を行い、流量制御装置１８へ制御信号を出
力する。

即ち、装置１７は、現在よりｉサンプリング後に水冷帯
に到達するべき被圧延材の部分の修正流量ｆｉと、該ｆ
ｉを中心としてｊ回及びに回前および後の修正流量ｆｉ
ｊ＋ｆｌ＋Ｊ＋ｆｌ ｋ＋ｆｉ＋ｋを信号３２を用いて
取り出し、次の式に従って制御出力Ｃを計算する。

ここで△ｔはサンプリングタイム、Ａ及びＢはパラメー
タである。

この式は略説すれば、将来の流量を予測するとともに、
その流量変化の傾き及び曲率を予測しているのであって
、パラメータＡ。

Ｂ、ｉ、ｊ、になどは冷却水流量調節装置の応答遅れ特
性によって決定される値である。

装置１６１７は合わせて演算装置２０を成す。

上述の式の導出について更に説明する。

まず冷却水流量調整装置の応答遅れをラプラス変数Ｓを
用いて表わすと となる。

Ｃ（Ｓ）は入力信号、０（Ｓ）は出力信号を表わし、右
辺は２次遅れの表現である。

ＡおよびＢは２次遅れの特性を決めるパラメータであり
、冷却水流量調整装置の動特性を実測することにより決
定される。

冷却水流量調整装置に（１）式で表わされる遅れがある
ので、これを改善するためには修正流量Ｆ （Ｓ）に対
してＦ （Ｓ）（１＋Ａｓ＋Ｂｓ２）なる演算を行った
結果を冷却水流量調整装置に入力すれば良い。

すなわち（１）においてとなり冷却水流量の出力は目標
通りＦ （Ｓ）となる。

そこで（２）の式を時間の関数で表わすと次のようにな
る。

但し、Ｃ（ｔ）はＣ（Ｓ）の、ｆ（ｔ）はＦ（Ｓ）のそ
れぞれ時間関数。

（３）式を更にサンプリング制御としてサンプル毎の修
正流量を用いると次式を得る。

従って前述の制御出力Ｃの計算式が与えられた。

ところで本制御においてはあるサンプリング時点におい
て計算するのであるから ｆｉ、ｆｉ＋ｊ ｔｆｉ −ｊ ｔｆｉ＋ｋｔｆｉ−に
はｉの位置ある被圧延材の部分の修正流量を中心として
ｊサンプル前後とにサンプル前後の位置にある圧延材の
部分の修正流量となる。

この修正流量を計算する為にはそれぞれのサンプル位置
に対応した被圧延材の長さ方向の２点以上の温度の値を
用いる必要がある。

同様の考えで（１）式の中にむだ時間を入れる場合は上
記ｉの位置をむだ時間丈ずらせば良いからこれらｉ、ｊ
、に等も冷却水流量調節装置の応答遅れ特性によって決
定されるパラメータである。

１２は水冷帯出側に設けられた温度計であってその位置
は、冷却された被圧延材の表面温度が十分復熱するのに
十分な距離をおいた所である。

１９はモニタ演算装置で、出側温度計１２からの出力を
受は取り、クロック３２によってサンプリングすると共
に所定時間に渡って該サンプリング値を平均して、その
平均値と、目標温度設定装置１４で与えられる対応する
位置での目標温度との誤差を求め、その誤差分だけ、偏
差計算装置１５で計算された値を修正する。

この修正動作終了後モニタ演算装置１９は、今の修正を
行なった結果が出側温度計に検出されるまで動作を停止
し、修正結果が検出されると次の平均動作を再開する。

この様な動作サイクルを繰り返すことによって、出側温
度計で検出される温度を確実に目標温度に制御可能とな
る。

次に第２図を参照すると、連続して圧延される３本の被
圧延材■乃至■の入側温度計１１による検出温度が示さ
れている。

従来は、第２図１の様に各被圧延材の先端部及び後端部
で検出温度にステップ状の変化があり、これが制御の不
安定や誤差の原因となっていた。

そこで本発明においては、第２図■に示す様に、被圧延
材の後端部の検出温度を次の被圧延材の先端部の温度検
出まで保持しておくことによって前記ステップ状の変化
をなくしたのである。

この様な処理は、例えば第１図の１３に示す記憶装置に
おいて行うことができる。

以上述べたような構成とすることにより、本発明による
水冷制御は非常に高精度かつ安定した制御を実現し得た
。

そして、更に今まで不可能であった仕上圧延前の温度均
一化や、単一の被圧延材における温度分布を均一ではな
い所望のパターンにすることも可能となった。

第３図乃至第５図は本発明による効果を示すグラフであ
る。

これらはいずれも出側温度計による測定記録であって、
第３図Ｉは本発明による水冷制御を用いない場合、■は
本発明による応答遅れ補正を用いた場合である。

そして第４図は更にモニタ演算装置による制御を行なっ
た場合で、第３図Ｈの場合より更に温度の絶対値精度が
良くなっている。

このグラフの場合の目標温度は全長に渡り８６０℃であ
り、先端部では目標温度からはずれていたのが速やかに
かつ安定して目標温度に収束している。

第５図は更にステップ状の変化をなくした場合で、第４
図では見られた先端後端部での温度変化も完全になくな
っていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水冷制御システムを示すブロック
図、第２図は本発明による温度計算方法を示すグラフ、
第３図乃至第５図は本発明による効果を示す実測グラフ
。 １：圧延ライン、２：水冷帯、３：流量計、４：流量調
節弁、５：冷却水、１１，１２：温度計、１３ニ一時記
憶装置、１４：目標温度設定装置、１５：偏差計算装置
、１６：流量計算装置、１７：応答遅れ修正装置、１８
：流量制御装置、１９：モニタ演算装置、２０：演算装
置、３１：温度測定値、３２：クロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼材圧延における単一のバルブの開度を調節するフ
   ィードフォワード形の水冷制御において、被圧延材が水
   冷帯に入るよりも早い時点において、冷却水流量調節装
   置の応答遅れ時間よりも早く、該被圧延材の温度を測定
   し、 測定された温度値を一時記憶し、 該記憶された温度値と予め定められた被圧延材の対応す
   る位置の目標温度値との差を、測定された被圧延材の長
   さ方向の２点以上について求め、これらの温度差値と予
   め定められた冷却水流量調節装置の応答遅れ特性パラメ
   ータとを用いて冷却水流量を予測制御する過程から成る
   制御方法。 ２ 鋼材圧延における単一のバルブの開度を調節するフ
   ィードフォワード形の水冷制御において、被圧延材が水
   冷帯に入るよりも早い時点において、冷却水流量調節装
   置の応答遅れ時間よりも早く、該被圧延材の温度を測定
   し、 測定された温度値を一時記憶し、 該記憶された温度値と予め定められた被圧延材の対応す
   る位置の目標温度値との差を、測定された被圧延材の長
   さ方向の２点以上について求め、これらの温度差値と予
   め定められた冷却水流量調節装置の応答遅れ特性パラメ
   ータとを用いて冷却水流量を予測制御する過程から成り
   、 先行する被圧延材の温度測定の後、該先行被圧延材の後
   端に関する最後の検出温度を保持し、後続する被圧延材
   の先端に関する最初の検出温度が得られた後、該後続被
   圧延材の温度を測定し、上記温度測定及び保持を繰り返
   して、その測定及び保持された温度値を用いて水冷制御
   を行なうことを特徴とする水冷制御方法。 ３ 単一のバルブを有する被圧延材冷却用水冷帯と該水
   冷帯の前記バルブの開度を調節するフィードフォワード
   形の冷却水流量調節装置を有する鋼材圧延ラインにおい
   て、 被圧延材が水冷帯に入るよりも早い時点において、前記
   冷却水流量調節装置の応答遅れ時間より早く、該被圧延
   材の温度を測定できる位置に設け、られた温度計と、 該温度計による温度測定値を一時記憶するために該温度
   形に接続された一時記憶装置と、被圧延材全長に渡る予
   め定められた目標温度値を設定された記憶装置と、 前記一時記憶された温度測定値と、対応する位置の前記
   目標温度値との差を求めるために前記一時記憶装置及び
   記憶装置に夫々接続された温度差計算装置と、 前記温度差計算装置により求められた複数の差の値と、
   予め定められた冷却水流量調節装置の応答遅れ特性のパ
   ラメータとを用いて冷却水流量を予測制御するために前
   記温度差計算装置と冷却水流量調節装置とに接続された
   演算装置と、から成る制御装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、演算装
   置が、 予め、温度差とその一温度差を修正するのに必要な冷却
   水流量との関係を定めたパラメータを有し、これを用い
   て前記温度差計算装置から求められた差の値から、その
   時必要な冷却水流量を求める、流量計算装置と、 該流量計算装置により求められた複数の冷却水流量値と
   、予め定められた冷却水流量調節装置の応答遅れ特性の
   パラメータとを用いて冷却水流量を予測制御する応答遅
   れ補正装置と、から成ることを特徴とする鋼材圧延にお
   ける水冷制御装置。