JPS632682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は金属の熱間圧延ラインにおける巻取温
度制御方法およびその装置に関するものである。 ホツトストリツプミルでは仕上圧延機で所望の
厚さに圧延されたホツトストリツプをホツトラン
テーブル上で任意の巻取温度に冷却する操業が行
なわれている。この巻取温度を制御する方法には
従来からいくつかの方法が提案されている。第１
図にその一実施例を示す。第１図においてホツト
ランテーブル１に冷却装置２が設置され、その各
各の注水装置にはポンプ３から吐出される冷却水
を開閉するバルブ４が設置される。つまり、冷却
装置２は、ストリツプ６の進行方向に沿つて上下
に注水装置とバルブ４との組が複数配列され、こ
の上下組はポンプ３に接続された構成となつてい
る。また仕上圧延機５の最終スタンドにはストリ
ツプ６の速度を測定する速度計７が設置され、最
終スタンド出側にはストリツプの板厚を測定する
厚み計８と温度を測定する仕上温度計９が設置さ
れ、さらにコイラー１０の入側には巻取温度を測
定する巻取温度計１１が設置される。そして、こ
れら８，９，１１は所要バルブ数を計算する所要
バルブ算装置１２に結ばれる。またこの所要バル
ブ計算装置１２は各バルブ４の開閉を制御するバ
ルブ制御装置１３に結ばれ、さらにこれはバルブ
４に結ばれる。 仕上圧延機５を抜けたホツトストリツプ６に対
する必要注水量は次の様にして計算する。まず第
２図に示す様な速度パターンを用いてホツトラン
テーブル１を等分割した各制御区間の通過予想時
間を求める。いま第ｉ制御区間の平均通過速度を
V_iとすると通過予想時間t_iは第１式で表わされ
る。 t_i＝ｌ／V_i ……(1) ただしｌは制御区間長である。次に各制御区間
出口温度を求める。いま第ｉ区間の入口温度を
θ_i-1とすると出口温度θ_iは第２式で表わされる。 θ_i＝θ_w−θ_Ri＋（θ_i-1−θ_w）exp （−α_i／cρh・t_i） ……(2) ただし、θ_wは冷却水温度、θ_Riは区間輻射温度
降下量、ｃはストリツプ６の比熱、ρはストリツ
プ６の比重、ｈはストリツプ６の板厚、α_iはｉ区
間の水冷熱伝達係数である。 また第(2)式の第ｉ区間輻射温度降下量θ_Ri第ｉ
区間入口絶対温度をΘ_i-1、輻射率をεとすると第
３式で表される。 ただし、σはステフアンボルツマン定数であ
る。 いま制御区間の総数がｎであるとすれば、θ_oは
巻取温度計１１の下におけるストリツプ６の温度
となる。 したがつて第ｎ区間出口温度θ_oが目標巻取温度
θ_cRに等しくなる様な注水区間を求めれば、これ
が所要バルブ数となる。また目標巻取温度θ_cRと
実積巻取温度θ_cとの偏差Δθより補正バルブ数を
求める。 これにはたとえば比例一積分型の制御装置を考
えれば補正温度量θ_xは第５式で表わされる。 θ_x＝kb（k₁Δθ＋∫^t/oΔθ_dt） ……(4) ただし、kbはフイードバツクゲイン、k₁は注
水装置の動作遅れに依存する定数、ｔは巻取温度
計がオンした時点からの時間を表わす。第４式の
補正温度量を基に第１式から第３式までを用いて
補正バルブ数を求めることができる。 従つて補正バルブ数とストリツプ６の制御区間
長進行毎の所要バルブ数との和を所要バルブとし
て算出し、これをバルブの開閉を制御するバルブ
制御装置１３に与えバルブ４を制御する。 しかしながら、注水冷却長さはステツプ状にし
か変化しないため、冷却制御単位の区間が粗い場
合に従来の方法を使用すると巻取温度が第３図に
示す様に非常に変動する。巻取温度制御の性能を
向上させるにはホツトランテーブル上の注水装置
２をなるべく小さく分割させる事が要求とされ
る。しかし、これはバルブ数を増加しなければ実
現できず、冷却装置の設備費の高騰をもたらすと
共に設備保守にも多大の労力を必要とする。 また冷却制御単位の区間を大区間部分と小区間
部分とに分け、大区間部分で粗い設定を行ない、
小区間部分で細かい設定を行なう方法も考えられ
ている。しかしこれでも大区間部分と小区間部分
とのとり合いのタイミングをうまく調整すること
が困難なため大きな巻取温度変動が生じ易い。こ
のように巻取温度制御の面からは注水装置の小区
間化が要求され、設備費や設備保守の面からは大
区間化が要求される。 本発明は以上のような事情にかんがみてなされ
たもので、その目的は、冷却装置等の諸設備費の
高騰を招くことなく、且つ設備保守が容易とし得
る熱間圧延ラインの巻取温度制御方法及びその装
置を提供することにある。 ここで、本発明の実施例の説明に先立ち、本発
明の理論的な考案について説明する。 すなわち、本発明はストリツプの温度降下を左
右する冷却水への熱伝達係数が水量密度に依存す
ることを利用したものである。すなわち、前述の
第２式において、第ｉ区間の水冷熱伝達係数α_i
は、ストリツプ６の温度と単位面積当りの水量密
度の関数として第５式のように表わされることが
近年明らかとなつてきた。 α_i＝W〓^/i・（θ_i-1） ……(5) ただしW_iは第ｉ制御区間における単位面積当
りの冷却水量（水量密度）、ηは定数、θ_i-1は第
ｉ制御区間入口温度、は関数を表わす。 そして、本発明は第５式の関数をもとに仕上温
度計に最隣接する注水装置（代表注水装置）での
温度降下量を一定にする最適水量密度を、ストリ
ツプの板厚と通板速度から計算し設定し、設定水
量密度から必要冷却水量を計算し制御することに
より、巻取温度を精度良く制御することができる
ようにしたものである。 以上の原理に基づく本発明の一実施例を第４図
に基いて説明する。第４図において、ホツトラン
テーブル上の上下に配置された複数のバルブ４、
注水装置からなる冷却装置２とポンプ３の間に流
量制限器１４が結ばれる。また仕上圧延機５の最
終スタンドには速度計７が設置され、これは厚み
計８、仕上温度計９、および巻取温度計１１と共
に所要バルブ計算装置１２に結ばれる。また水量
密度設定装置１５は所要バルブ計算装置１２と流
量制御装置１６に結ばれ、さらに所要バルブ計算
装置１２は流量制御装置１６とバルブ制御装置１
３に結ばれる。そして、バルブ制御装置１３はバ
ルブ４に結ばれ、流量制御装置１６は流量制限器
１４に結ばれる。 以下、前述構成から成る本発明の巻取温度制御
の方法を第４図を参照しながら述べる。まずスト
リツプ６が仕上圧延機５を抜けるより前にストリ
ツプ６の板厚と通板速度とを他の設定装置、例え
ば他の計算機などより受け取る。 この板厚をh_p、通板速度をV_p、注水装置の単
位冷却長をｌとし、代表注水装置を仕上温度計に
いちばん近い注水装置とすると、代表注水装置の
入口温度_pと出口温度θ₁との差、すなわち温度
降下量Δθは第２式を変形して第６式となる。 Δθ＝_p−θ₁ Δθ＝_p−｛θ_w＋（_p−θ_w）exp （−α′l／cρh_pV_p）−θ_R1｝ ∴Δθ＝_p−θ_w）｛１−exp （−α′l／cρh_pV_p）｝＋θ_R1 ……(6) 第６式において_pは通常圧延における平均的
仕上温度である。他の計算機などから仕上温度予
測値を受取る場合はその値を使用する。 また第６式のα′は第５式を変形して第７式で表
わされる。 α′＝W〓・αθ_nax ……(7) ただしＷは代表注入装置の水量密度、ηは定
数、αθ_naxは水量密度が単位水量密度（例えば1.0
［ｌ／min・m²］）で温度が_pの場合の水冷熱伝
達係数（_p）である。 通常の操業においては材料毎に板厚、材料速度
及び仕上温度が異なる。但し仕上温度は材質の要
求から800℃〜950℃程度に制限される。この発明
で問題としているのは異なつた板厚、材料速度の
圧延に対して注水装置の開閉による温度降下量が
過大になる事により生じる巻取温度変動をいかに
小さく抑えるかという点である。その為には温度
降下量Δθを一定にすることが要求される。 輻射による温度降下量θ_R1は水冷による温度降
下量（Δθからθ_R1を引いた値）に比較して小さい
ことは周知の事実であるので、これを無視する。
また平均的仕上温度₀が800℃と950℃での温度
降下量を水温30℃、α′l／（cρh_pV_p）＝0.03の条件
で計算すると下記の様になり、この温度範囲であ
れば温度降下量Δθの変化が小さいため仕上温度
変化を無視することができる。 _p Δθ 800℃ 27.8℃ 950℃ 32.2℃ 従つて第６式の温度降下量Δθの変化に一番大
きな影響を与える項は右辺のexp内の値であるこ
とが明らかである。（板厚は1.2mm〜25mmの範囲に
広がる。） 以上の点から代表注水装置での温度降下量Δθ
を板厚や材料速度が異なる圧延においても一定と
するのに第６式右辺の（α′l）／（cρh_pV_p）を一
定にすれば良い。α′に第７式右辺を代入すると W〓・αθ_nax・ｌ／cρh_pV_p ……(7-1) となり、ｃ，ρ，ｌは定数、αθ_naxも800℃以上の
高温域では定数と見なせるため第（７−１）式を
一定とするには W〓／h_pV_p ……(8) を一定にすれば良い。ここでこの一定値をφとす
ると設定水量密度W_pは第９式で表わされる。 一定値φは代表注水装置での目標温度降下量
Δθ_refから決定することができる。すなわち第６
式，第７式，第９式より Δθ_ref＝（_p−θ_w） ｛１−exp（αθ_naxｌ／cρ・φ）｝＋θ_R1…(9-
1) となり、第（９−１）式のφ以外は全て既知であ
るから第（９−１）式を用いてφを決定すること
ができる。または予めφを計算し記憶しておきそ
の値を使用することもできる。第９式は設定水量
密度を０から無限大まで変化させうる様に表わさ
れているが、実際は上部冷却装置２から落ちる冷
却水がラミナーフローとなる範囲及び下部冷却装
置から出る冷却水がストリツプに当る範囲の水量
密度を使用すべきである。これより設定水量密度
と板厚と速度の積（体積速度と略記）との関係は
第５図に示される様になる。設定水量密度が算出
されれば、これを所要バルブ制御装置１２と流量
制御装置１６に与える。次にストリツプ６が仕上
圧延機を抜けるとスリツプ６の速度、温度、板厚
をそれぞれ速度計７、仕上温度計９、厚み計８に
より測定し、所要バルブ計算装置１２により所要
バルブ数を計算する。 この方法は従来の実施例で示した方法と同様で
あるが、水冷熱伝達係数の算出には設定水量密度
を用いる。所要バルブ計算装置１２により算出さ
れたバルブ数をバルブ制御装置１３と流量制御装
置１６に与える。バルブ制御装置１３は指令に従
つてバルブの開閉を制御する。また流量制御装置
１６は所要バルブ数より第10式を用いて必要水量
を計算し流量制限器１４を制御する。 ただしW_oは必要水量、W_pは第９式で計算した
設定水量密度、l_wは注水装置の有効冷却幅、l_viは
注水している冷却装置個々の長さ、ｐは所要バル
ブ数、

【式】はホツトランテーブル上の注水 している区間の総延長である。 次に以上説明した本発明の方法に基づく巻取温
度制御装置の作用を第４図に示す一実施例を用い
て説明する。水量密度設定装置１５はストリツプ
の板厚h_p、通板速度V_p、および定数φから第９
式を用いて設定水量密度W_pを計算し、それをバ
ルブ計算装置１２、流量制御装置１６に出力す
る。バルブ計算装置１２は設定水量密度W_p、圧
延速度Ｖ、板厚ｈ、仕上温度_p、巻取温度θ_pを
入力し第１式〜第５式を用いて注水装置のバルブ
ON／OFFパターンを決定し流量制御装置１６及
びバルブ制御装置１３に出力する。バルブ制御装
置１３はストリツプ６の進行に対応したバルブ
ON／OFF指令を注水装置の各バルブ４に出力す
る。流量制御装置１６は設定水量密度W_pとバル
ブON／OFFパターンを入力し第10式を用いて必
要水量W_oを計算し流量制限器１４に出力する。 以上の作用によりストリツプは極薄材ではバル
ブON／OFF変化による巻取温度変動を小さくす
ることができ、厚物材では冷却能力（仕上温度と
巻取温度の差）を大きくすることが可能な最適の
水量密度で冷却される。 本発明の効果を第６図に示す。これは第３図と
同様の制御を行なつているが設定水量を第３図の
場合の1/3としたものである。個々の注水装置の
冷却効果が減少しているため追加注水による巻取
温度変動も非常に小さくなつている事がわかる。 また、本発明は水量密度をストリツプの体積速
度に応じて変化させる事を特徴としているが、開
いているバルブの数を変化させないとき、水圧と
水量密度との間に第７図の関係がある事は周知の
事実である。これを利用した場合、本発明は第８
図に示す貯水タンク１７により逆流防止弁１８を
介してストリツプ６の体積速度に応じた水量密度
を得る水圧となる様に高さの違うタンクを選択す
る様にして巻取温度を制御する事が可能である。
またポンプを用いて冷却水を送る設備において
は、第９図に示す様にポンプ３と冷却装置２の間
に水圧計１９を設置し、この出力を水圧制御装置
に送りポンプで作られる水圧を設定値に維持する
様にして巻取温度を制御する事が可能である。 以上説明のように、本発明はストリツプの速
度、板厚に応じた水量密度で巻取温度を制御する
ため、注水している注水装置の増減に伴う巻取温
度変動を小さくすることができ、高精度の巻取温
度制御を実現することが可能である。また注水装
置の長さを長くすることが可能なため、設備費を
安くでき、保守の労力も軽減される。 なお、本発明は第２式で示される様な論理式を
ベースとする巻取温度制御方法には全て適用可能
であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御装置の構成図、第２図はス
トリツプの速度パターンの一例を示す図、第３図
は従来の制御方法による巻取温度特性図、第４図
は本発明の一実施例を示す構成図、第５図はスト
リツプの体積速度と設定水量密度の関係を示す特
性図、第６図は本発明の制御方法による巻取温度
特性図、第７図は水圧と水量密度との関係図、第
８図及び第９図は本発明のそれぞれ異る他の実施
例の構成図である。 １……ホツトランテーブル、２……冷却装置、
３……ポンプ、４……バルブ、５……圧延機、６
……ストリツプ、７……速度計、８……厚み計、
９……仕上温度計、１０……コイラー、１１……
巻取温度計、１２……バルブ計算装置、１３……
バルブ制御装置、１４……流量制限器、１５……
水量密度設定装置、１６……流量制御装置、１７
……貯水タンク、１８……逆流防止弁、１９……
水圧計、２０……水圧制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱間圧延ラインのホツトランテーブルに沿つ
   て設けられた複数のバルブ、注水装置からなる冷
   却装置を用いてストリツプを所望の巻取温度に制
   御する巻取温度制御方法において、予じめストリ
   ツプが複数個のバルブから成る冷却装置に入る前
   にストリツプの板厚予測値h₀と通板速度V₀を用
   いて前記熱間圧延ラインの仕上圧延機の最終スタ
   ンド出側に設置した仕上温度計に一番近い注水装
   置（代表注水装置）の開／閉による温度降下量が
   一定となるように、前記ホツトランテーブルを等
   分割した各制御区間における単位面積当りの冷却
   水量を示す水量密度W_pをW_p＝（φh_pV_p）¹〓（ηは定
   数）、φはＡ式を満足する定数に設定し、 Δθref＝（_p−θ_w） ｛１−exp（αθ_naxｌ／cρ・φ）｝＋θ_R1……(A) （ただし、Δθ_refは代表注水装置での目標温度
   降下量（一定値）、_pは代表注水装置の入口温
   度、θ_wは水温、αθ_naxは単位水量密度で温度が_p
   での水冷熱伝達係数、ｌは代表注水装置の長さ、
   ｃは比熱、ρは比重、θ_R1は輻射温度降下量）ス
   トリツプが前記仕上圧延機を通過した時点からス
   トリツプの温度、板厚、速度を測定し、これらと
   巻取目標温度を用いて先に設定した水量密度での
   所要バルブ数を計算すると共に、所要バルブ数と
   水量密度から必要水量W_oを、 【式】とし、 （ただし、l_wは注水装置の有効冷却幅、l_viは注
   水している冷却装置個々の長さ、ｐは所要バルブ
   数、【式】はホツトランテーブル上の注水し ている区間の総延長）ストリツプの進行に合わせ
   てバルブの開閉を制御することを特徴とする熱間
   圧延ラインの巻取温度制御方法。 ２ 熱間圧延ラインのホツトランテーブルに沿つ
   て設けられた複数のバルブ、注水装置からなる冷
   却装置を用いてストリツプを所望の巻取温度に制
   御する装置において、ストリツプが冷却装置に入
   る前にストリツプの板厚予測値h_pと通板速度V_p
   を用いて１バルブ当りの温度降下量がストリツプ
   先端部分の体積速度に対して一定となるように、
   前記ホツトランテーブルを等分割した各制御区間
   における単位面積当りの冷却水量を示す水量密度
   W_pをW_p＝（φh_pV_p）¹〓（φは比例定数、ηは定数）
   に設定する水量密度設定装置と、ストリツプの板
   厚、速度、仕上温度を測定し、これらと巻取目標
   温度を用いて所要バルブを計算するバルブ計算装
   置と、このバルブ計算装置及び前記水量密度設定
   装置の出力が印加され冷却水量を計算し流量制限
   器を制御する流量制御装置と、前記バルブ計算装
   置の出力に応じて前記冷却装置のバルブを制御す
   るバルブ制御装置を具備し、前記ストリツプの進
   行に合わせて前記冷却装置のバルブと冷却水量を
   制御することを特徴とする熱間圧延ラインの巻取
   温度制御装置。