JPS6240924A - ホツトストリツプミルに於ける仕上出側温度制御方法 - Google Patents

ホツトストリツプミルに於ける仕上出側温度制御方法

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JPS6240924A
JPS6240924A JP60179976A JP17997685A JPS6240924A JP S6240924 A JPS6240924 A JP S6240924A JP 60179976 A JP60179976 A JP 60179976A JP 17997685 A JP17997685 A JP 17997685A JP S6240924 A JPS6240924 A JP S6240924A
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JP
Japan
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finishing
temperature
inter
cooling spray
stand
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JP60179976A
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Mitsuhiro Nishio
西尾 充弘
Masao Miwa
三輪 昌生
Ryokichi Fujiwara
藤原 良吉
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ホットストリップミルの仕上圧延機における
出側温度の制御方法に関するものである。
〔従来の技術〕
一般的な熱延鋼帯(ホットストリップ)の仕上出側温度
制御設備の概略を第2図に示す。この図で1は仕上水平
タンデム圧延機、2は仕上入側温度計である。3は仕上
出側温度針、4はスケール除去用のデスケーリング装置
、5は仕上出側温度を制御する為のスタンド間冷却スプ
レー、6は仕上スタンド間中間温度針である。仕上出側
温度制御の基本となるモデルは[鉄鋼便覧I[r il
l圧延基礎鋼板(P、368 ) Jに述べられている
が、第3図に示した仕上圧延機連続プロセスでの熱移動
に基づいてその概略を述べる。この図の■、■は以下述
べるそれに対応する。先ず空中への熱放射■は(1)式
の様に表現できる。
dQ1/dt−εσ(T + 273 )     ・
・・・・・(1)ここで、 QI:熱放射により逃げる熱量(Kca l)t:時間 ε:放射率 σ:ステファンボルッマン定数 −4,88X 108(Kcal/ m2hrK’)T
:鋼材表面温度〔°C〕 また、熱伝達は(2)式で表現でき、デスケーリング装
置(または、スタンド間冷却スプレー)による熱伝達■
、ロールへの熱伝達■、ロール冷却水ヘノ熱伝達■、テ
ーブルロール及びルーパロールへの熱伝達■がこの式で
表わされる。
d Q 2 /d t =cx (T−T o)   
  ・旧−12)ここで、 Q2:熱伝達により逃げる熱量(Kca I)α:熱伝
達係数(Kcal/ m”hr’c )T o : 鋼
材の接触している物体の温度T:鋼材の表面温度〔°C
〕 さらに、塑性加工による発熱は(3)式で与えられる。
ΔQ3=KITlΔH+C・・・・・・(3)ここで、 ΔQ3:塑性加工による発熱量(Kcal)Km:変形
抵抗[Kcal/m〕 ΔH:圧下量(m、 ) C:摩擦による発熱量(Kca I)’以上の基本モデ
ルを組み合わせると(4)〜(7)式で示される仕上温
度降下モデルとなる。
α−δIK+            ・・・・・・(
5)αR(il−α*(1)+K(i)    i =
 1〜5 ・・・(7)ここで、 δI :デスケーリング装置より定まる熱伝達係数(K
ca I/ m2hr’c ) K1:学習係数 Cp:比熱CKcal/ kg ’C〕t:仕上入側温
度計2から仕上初段スタンドまでの連間時間(hr) Ho:粗出側板厚 K(i):スタンド間冷却スプレー熱伝達係数CKca
 I/ m2hr”C〕 α*+11 F補正熱伝達係数(Kca 1/ m2h
r’c )αR(11:スタンド間等価熱伝達係数(K
ca I/ m2hr’c ] vi:第iスタンド出側速度(m / hr)旧:第i
スタンド出側板厚(m) li:第1スタンドと第(++1)スタンド間距離 FTo:仕上入側温度計測定温度(’C)FT、  :
第iスタンド出側温度(”C)ρ:比重(kg/イ〕 (4)式、(5)式は仕上初段スタンド温度降下モデル
である。この部分では第3図中の■、■、■、■。
■が考えられるが、このうち支配的なのは空中への熱放
射とデスケーリングによる熱伝達である他の伝達による
影響は(5)式に示す学習項に1に含める事にする。
(6)式及び(7)式は仕上初段スタンドから仕上最終
スタンド出側までの温度降下モデルであり、第3図中の
■〜■のすべてが考えられるが、これらをすべてまとめ
てスタンド間等価熱伝達係数αR(1)として取り扱う
従来の制御方法としてはスタンド間冷却スプレー制御方
法がある。これは特開昭56−114521に述べられ
ている様に、仕上入側温度F T oを連続的に測定し
く4)〜(7)式に基づいて必要注水量を計算し、仕上
入側より銅帯を連続的にトラッキングし各スタンド間冷
却スプレー直下にトラッキングした鋼帯部分が到達した
時に注水するフィードフォワード制御と、仕上出側温度
針により目標仕上出側温度に対するフィードバック制御
を実施することが述べられている。ここでは、板厚変更
を伴う場合が述べられているが板厚変更がない場合でも
同様である。また、特開昭56−59527でもモデル
式は異なるがフィードフォワード制御の詳細が述べられ
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のiliη御方法の問題点を以下に述べる。
スタンド間冷却スプレー制御は仕上圧延機の速度を制御
手段としていないので、仕上圧延機のマスフロー制御、
ルーバ制御とは独立して仕」二出側温度制御が可能であ
る。しかし、従来のフィードフォワード制御では、前述
の(4)〜(7)式中のデスケーリング装置により定ま
る熱伝達係数の学習係数、放射率、スタンド°間等価熱
伝達係数のオンライン同定を実施していない。これらの
係数は、当然、鋼種、鋼帯の成分系によって異なり、さ
らには圧延状況(圧延時の気温、圧延ロール摩耗、ロー
ル冷却水温度、ロール潤滑油の温度、除塵スプレーの使
用状態、スタンド間冷却スプレーの水温等)により時々
刻々変化する。従ってこれらの時々刻々変化する係数を
常時正確に把握しく4)〜(7)式に反映しない限り、
精度よく仕上出側温度を一定に保つ事は不可能である。
また、スタンド間冷却スプレーによる従来のフィードバ
ック制御では、スタンド間冷却スプレー(操作端)と仕
上出側温度計(検出端)との距&11差を考慮していな
い。例えば、成るスタンド間冷却スプレーを実測仕上出
側温度と目標仕上出側温度の偏差量に基づいて操作した
時、該スタンド間冷却スプレー直下のトラッキング点が
仕上出側温度計に到達するまでに該スタンド間冷却スプ
レーに対して新たなフィードバック制御を実行する事に
なる。即ち、操作した結果が検出されないのに続けて操
作する事になり制御理論でいうハンティング現象の原因
になる。
そこで本発明は仕上圧延機スタンド間冷却スプレー制御
の前述の2つの欠点を改善し、仕上出側温度を目標仕上
出側温度に一定に保つ事を目的としたものである。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕前述の問題点
を解決する為に本発明では、バー厚及び目標板厚より仕
上圧延機設定計算部で計算した各圧延機の速度、各圧延
機の出側板厚、仕上入側温度、目標仕上出側温度よりス
タンド間冷却スプレー操作量を決定するホットストリッ
プミルのスタンド間冷却スプレーのフィードフォワード
制御に於いて、該仕上入側温度、各圧延機の速度、各圧
延機の出側板厚、目標仕上出側温度に加えて、カルマン
フィルターによりオンライン同定したデスケーリング装
置により定まる熱伝達係数の学習係数、放射率、スタン
ド間等価熱伝達係数を更に考慮してスタンド間冷却スプ
レー操作量を制御するようにした。
さらに上述の発明を実施すると共に、スタンド間冷却ス
プレーを操作する際に上記スタンド間冷却スプレー操作
量に対して、直近に操作したスタンド間冷却スプレー直
下のトラッキング点が仕上出側温度針に到達した後、新
たに実測仕上出側温度と目標仕上出側温度の偏差を補正
したスタンド間冷却スプレー操作量を該スタンド間冷却
スプレーにフィードバックするようにした。本発明の詳
細を以下に述べる。
仕上出側温度を制御する為には、仕上出側温度予測モデ
ル即ち、(4)〜(7)式が実プロセスを正確に表現し
ていなければならない。ところが前述の様にこれらのモ
デルの放射率、熱伝達係数には支配的熱移動項以外の誤
差を含んでおり、これらを厳密に同定する必要がある。
従来の手法ではこれらの項をオンラインで正確に個々に
同定する手段はなく、オフライン計算で求め、フィード
フォワード制御に適用するのが限界であった。ところが
、現代制御理論の一手法であるカルマンフィルターを使
用すれば数点の温度計測から複数個の熱伝達係数を求め
る事ができ、上記同定にきわめて有効である。また、こ
の手法は速度変動等の外乱の有無に関係なく連続的にオ
ンライン同定ができるばかりでなく、温度計測に少々の
水蒸気が存在してもアルゴリズムに取り込んであるので
同定可能である。以下にカルマンフィルターによる同定
手法を詳述する。(41〜+?)式より(FT3−FT
o)実測温度、(F ’T 6F T 3 )実測温度
は下式の様に表示できる。
・・・・・・(8) f8) 、 +91式を行列表示するとYk= Ml 
k、 X k・−= (to)ここで、 kはサンプリング時刻 となる。Yk は観測ベクトル(実際の観測温度、Mk
は2×7の観測行列、Xkは状態ベクトル(同定すべき
値)で00式は次に示すカルマン基本式に一致する。
但し、Φに一17x7.Wk−O9vk −水蒸気によ
る温度観測ノイズ 69式で示されるカルマン基本式に温度予測モデルが表
現できるので、XXは下記で与えられるカルマンフィル
ターアルゴリズムで各サンプル周期毎に求められる。
カルマンフィルターアルゴリズムを以下に簡単に記す。
たX□の同定値 Ak=CkMlkR。
=$kMIT(町s、 MTk+lRk]−’に Ck −$k −AkMk $に $に一φk I C1c−10に−1+Qk−1E  
(Wk)  −〇、  E CVk)  −〇。
m ”k V’% ) = O,E CWkW”、 〕
=’k 6+。。
E (VkV”、)=IRkδ□。
(Eは共分散を求める演算子、δkjはクロネッカー演
算子) また、サンプリング開始時にはXoloに対する先験情
報を平均値’QOI−1、分散soの正規分布として与
えられるものとして計算する。即ち、Qolo −Qo
l −+ +Ao (Yo’−MIOQO+ −1)・
・・・・・0埠 からYoloを求め(1埠式でに=1から出発すればよ
い。
次に、本発明のもう一つの特徴であるサンプリングフィ
ードバックについて詳述する。通常のフィードバンク演
算式を0埠式に示す。
ΔN−修正すべきスタンド間冷却スプレーの本数 ΔFTa:実測FT6−目標FT6 ΣΔFT6ちΔFT6の積算値 ΔT貴スタンド間冷却スプレー1本当りの温度降下量〔
°C〕 Kpち比例ゲイン に、  も積分ゲイン KTi総合ゲイン (1φ式に基づく通常フィードバンク制御では操作端の
各スタンド間冷却スプレーと検出端の仕上出側温度計と
の移送時間が大きい為(1◆式中の第2項の積分項が過
制御になりハンチングする。これを回避するためにはに
、〜0とし第1項だけに頼る制御にすれば良いが、制御
能力が低下する。そこで本発明は(1→式はそのまま使
用できるサンプリングフィードバックを開発したもので
ある。
即ち、041式に基づいて計算した結果成るスタンド間
冷却スプレーを操作したとすると、本発明であるサンプ
リングフィードバックとは操作したスタンド間冷却スプ
レーの直下の銅帯が仕」二人側温度計直下に到達するま
では0→式に基づく新たな演算は実行せず、仕上出側温
度計直下到達後a1秒後に0→式による新たな演算を実
行し、その結果に基づいてスタンド間スプレーを操作す
る制御方法である。
ここでalは銅帯のトラッキング誤差、スタンド間冷却
スプレーの弁の応答遅れを考慮した定数で00式の様に
決定する。
a+=t++t  2 ここで、tl:鋼帯のトラッキング誤差上2:スタンド
間冷却スプレーの弁の 応答遅れ 以上に述べた本発明のシステム構成を第1図fa)によ
って示す。
鋼帯Sが仕上入側温度計2をONする以前に仕上圧延機
設定計算部7が、バー厚、目標板厚を使用して仕上圧延
機1の設定計算を実行する。設定計算結果である粗出側
板厚、仕上各スタンド出側板厚、仕上各スタンド回転数
、仕上各スタンド先進率をフィードフォワード制御部(
スタンド間冷却スプレーti作量決定部)8及びオンラ
イン同定部10へ入力する。鋼帯Sが仕上入側温度計2
をONした後仕上入側温度を測温し、スタンド間冷却ス
プレー操作量決定部8及びオンライン同定部10へ入力
する。スタンド間冷却スプレー操作量決定部8では仕上
圧延機設定計算部7から入力した前述のデータ、仕上入
側温度計2で測温した仕上入側温度及びオンライン同定
部から入力したに+。
ε、αR(il(+=1〜5)を使用し、(4)〜(7
)式より各スタンド間冷却スプレーの注水量を決定し、
鋼帯Sをトラッキングする事によりフィードフォワード
制御を実行する。フィードフォワード制御部8から出力
された各スタンド間冷却スプレー注水量とサンプリング
フィードバック制御部11から入力したスタンド間冷却
スプレー補正量よりスタンド間冷却スプレーの操作を実
行するのがスタンド間冷却スプレー操作部9である。オ
ンライン同定部10では、仕上圧延機設定計算部7から
入力した前述のデータ、仕」二人側温度計2で渕温した
仕上入側温度、仕上中間温度計6で測温した仕上中間温
度、スタンド間冷却スプレー操作部9が実行した各スタ
ンド間冷却スプレー使用実績及び仕上出側温度計3より
測温した仕上出側温度を使ッテQ[D〜(1−1式J:
すK + 、  ε、  αR(1) (i = 1〜
5)をオンライン同定し、スタンド間冷却スプレー操作
量決定部8へ出力する。さらに、仕上出側温度計3で測
温した仕上出側温度をサンプリングフィードバンク制御
部11へ入力し、0→式を基本したサンプリングフィー
ドバック制御を実行しスタンド間冷却スプレー補正量Δ
Nをスタンド間冷却スプレー操作部9へ出力する。
〔実施例〕
本発明を用いた実施例を第1図(blに示す。第1図山
)は板厚2.3fi、板幅1030韮、通板最高速度9
50 mpm 、目標仕上出側温度880°Cの祠料に
於ける従来法(フィードフォワード制御のみ)と本発明
法(フィードフォワード制御子オンライン同定+サンプ
リングフィードバック)の比較である。また、2鰭≦板
厚≦4t1,900≦板幅≦1300、TS≦41kg
/鰭2の材料に対する目標仕上出側温度±20°Cのオ
ンゲージ率を第1表に示す。以上より明らかに本発明が
優位である。
第   1   表 〔発明の効果〕 本発明によると従来の方法よりも仕上出側温度精度が一
段と向上し、材質の均一化、歩留りの向上に貢献してお
り効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の仕上出側温度制御のシステム構
成図、第1図(blは従来法と本発明による手法の比較
図、第2図は一般的な熱延鋼帯の仕上出側温度制御設備
概略図、第3図は仕上出側温度制御の基本となるモデル
図である。 手続補正書(自発) 1.事件の表示 昭和60年特許願第179976号 2、発明の名称 ホットストリップミルに於ける 仕上出側温度制御方法 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 住所 東京都千代田区大手町二丁目6番3号名称 (6
65)新日本製鐵株式会社 代表者  武 1)   豊 6、補正によシ増加する発明の数   な し8、補正
の内容 (1)明細書第12頁2行のMIKの式の右端の「Δt
」をrtJに補正する。 (2)同第13頁1行の「(実際の観測温度、」を「(
実際の観測温度)、」に補正する。 (3)同第13頁15行ノr Xk−4J ヲr )h
−1Jに補正する。 (4)同第14頁13行のr Xo、oJをrXo、o
」に補正する。 (5)同第15頁10行の「通常」を「通常の」に補正
する。 (6)同第16頁10行の記載を次の様に補正する。 ra、=t1+t2    ・・・・・・05」(7)
同第17頁10行および第18頁5行の「αR」を「α
8」に補正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)バー厚及び目標板厚より仕上圧延機設定計算部で
    計算した各圧延機の速度、各圧延機の出側板厚、仕上入
    側温度、目標仕上出側温度よりスタンド間冷却スプレー
    操作量を決定し、仕上入側より鋼板をトラッキングし各
    スタンド間冷却スプレー直下にトラッキング点が到達し
    た時点で注水する仕上ホットストリップミルのスタンド
    間冷却スプレーのフィードフォワード制御に於いて、ス
    タンド間冷却スプレー操作量を上記仕上入側温度、各圧
    延機の速度、各圧延機の出側板厚、目標仕上出側温度及
    びカルマンフィルターによりオンライン同定したデスケ
    ーリング装置により定まる熱伝達係数の学習係数、放射
    率、スタンド間等価熱伝達係数により決定することを特
    徴とする仕上出側温度制御方法。
  2. (2)スタンド間冷却スプレー操作量は、直近に操作し
    たスタンド間冷却スプレーの直下のトラッキング点が仕
    上出側温度計に到達した後測定した実測仕上出側温度と
    目標仕上出側温度との偏差により補正されることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のホットストリップミ
    ルに於ける仕上出側温度制御方法。
JP60179976A 1985-08-15 1985-08-15 ホツトストリツプミルに於ける仕上出側温度制御方法 Granted JPS6240924A (ja)

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JPH0586293B2 JPH0586293B2 (ja) 1993-12-10

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020052723A (ko) * 2000-12-26 2002-07-04 이구택 상변태를 고려한 학습을 통한 열연판의 권취온도 제어방법
KR100992372B1 (ko) 2008-10-10 2010-11-04 주식회사 포스코 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치 및 방법
JP2012040593A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Jfe Steel Corp 熱間圧延における仕上温度制御装置

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