JPWO2011125221A1 - 圧延材冷却制御装置、圧延材冷却制御方法、圧延材冷却制御プログラム - Google Patents

Abstract

所定の冷却区間における圧延材の温度変化を、パラメータを用い数式により記述した詳細温度モデルを記憶した詳細温度モデル記憶部（３１）と、前記詳細温度モデルに基づいて圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出する影響係数算出部（３２）と、前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質（強度や延性）を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出する簡略冷却パターン算出部（３３）と、前記簡略冷却パターンと、前記詳細温度モデルとに基づいて、前記所定の冷却区間における前記圧延材の詳細冷却パターンを算出する詳細冷却パターン算出部（３４）と、前記詳細冷却パターンに基づいて、前記圧延材の冷却を制御する冷却制御部（３５）とを有する。

Description

本発明は、圧延材の冷却温度を制御する圧延材冷却制御装置、圧延材冷却制御方法、圧延材冷却制御プログラムに関する。

従来、圧延材の温度モデルを利用して冷却パターンを決定し、冷却制御を行う圧延材冷却制御装置として、例えば、圧延材に対する冷却水量パターンを、圧延材が搬送テーブルに進入する前の一時期に決めるだけでなく、圧延材の速度変化や冷却バンクの入側温度変化を取り込んでオンラインで冷却水量を決め、これに応じてバルブの操作を行うものがある。具体的には、圧延材を、その進行方向に仮想的に分割した切り板を冷却制御単位とし、詳細温度モデル及び熱間薄板圧延ラインの設定計算情報に基づいて、冷却制御単位毎にそれぞれ初期冷却長を演算する手段と、熱間薄板圧延ラインの出側の圧延材の設定計算による温度に対する検出温度の偏差と圧延ラインの設定計算による平均速度に対する検出平均速度の偏差とに関連付けて初期冷却長を補正する手段とを備える圧延材冷却制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、その他にも、圧延材の温度モデルに基づいて圧延材の冷却を制御する装置がある（例えば、特許文献２〜４参照）。

特開２００４−３４１２２号公報 特開２００５−２９７０１５号公報 特開２００３−０３９１０９号公報 特開２０００−１６７６１５号公報

ところで、最近の高級鋼板等の圧延材では、要求される品質および材質のレベルが非常に高く、その製造の際における冷却温度の制御を高精度に実行するため、温度モデルに複数のパラメータを使用し、かつ、複雑に記述された詳細な温度モデル（以下、詳細温度モデルという。）が使用されている場合がある。

しかし、前記背景技術の冷却温度制御装置では、圧延材の詳細温度モデルを用いる場合、詳細温度モデルから直接、冷却パターンを求めている。ここで、冷却パターンとは、圧延材が冷却されてたどる温度履歴のパターンとその温度履歴を実現する注水パターンのいずれかまたは両方を指すものとする。また詳細温度モデルを用いて求めた冷却パターンを詳細冷却パターンという。

高級鋼板等の圧延材の製造における詳細温度モデルでは、多数のパラメータが使用され、詳細な温度計算を行い、冷却制御を行う必要がある。また、計算途中で発生するリミット超過状態を回避しながら目標とする詳細冷却パターンを実現しようとすると、繰返し計算を行うことが必要になり、計算負荷が非常に大きくなり、最適解を得ることが困難になり、所望の材質の圧延材が製造できない、という課題があった。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、本発明は、圧延材の詳細温度モデルから詳細冷却パターンを求める際の計算負荷を小さくして、最適に冷却制御を実行して、所望の材質を適確に達成することができる、圧延材冷却制御装置、圧延材冷却制御方法、圧延材冷却制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧延材冷却制御装置の第１の特徴は、所定の冷却区間における圧延材の温度変化を、パラメータを用い数式により記述した詳細温度モデルを記憶した詳細温度モデル記憶部と、前記詳細温度モデル記憶部に記憶された前記詳細温度モデルに基づいて、前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出する影響係数算出部と、前記影響係数算出部によって算出された前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出する簡略冷却パターン算出部と、前記簡略冷却パターン算出部によって算出された前記簡略冷却パターンと、前記詳細温度モデル記憶部に記憶された前記詳細温度モデルとに基づいて、前記所定の冷却区間における前記圧延材の詳細冷却パターンを算出する詳細冷却パターン算出部と、前記詳細冷却パターン算出部によって算出された前記詳細冷却パターンに基づいて、前記圧延材の冷却を制御する冷却制御部と、を有することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧延材冷却制御装置の第２の特徴は、上記第１の特徴に記載の圧延材冷却制御装置において、前記簡略冷却パターン算出部は、前記圧延材の冷却速度を、直線または多項式または指数関数または対数の代数の数式により近似することにより、前記所定の冷却区間における当該圧延材の温度変化を幾何学的に近似して、前記所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧延材冷却制御装置の第３の特徴は、上記第１の特徴又は第２の特徴に記載の圧延材冷却制御装置において、前記簡略冷却パターン算出部は、前記影響係数算出部によって算出された前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンに許される最低速度および最高速度で前記簡略冷却パターンを算出して、算出した前記簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内であるか否かを判断し、算出した前記簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が各パラメータの上下限範囲内にない場合は、算出した前記簡略冷却パターンにおける各パラメータの優先順位に従って、優先順位の低いパラメータから修正し、算出した前記簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内になるように簡略冷却パターンを算出する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧延材冷却制御装置の第４の特徴は、上記第１の特徴〜第３の特徴のいずれか一つに記載の圧延材冷却制御装置において、前記詳細冷却パターン算出部は、前記簡略冷却パターン算出部によって算出された前記簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を、前記詳細冷却パターン算出のための目標値とするか、あるいは前記詳細冷却パターン算出のための初期値として、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンに許される最低速度および最高速度で前記詳細冷却パターンを算出し、前記簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を前記目標値とする場合には、その算出した前記詳細冷却パターンを出力する一方、前記簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を前記初期値とする場合には、その算出した前記詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内であるか否かを判断し、算出した前記詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が各パラメータの上下限範囲内にない場合、算出した前記詳細冷却パターンにおける各パラメータの優先順位に従って、優先順位の低いパラメータから修正し、算出した前記詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内になるように前記詳細冷却パターンを算出する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧延材冷却制御装置の第５の特徴は、上記第１の特徴〜第３の特徴のいずれか一の請求項に記載の圧延材冷却制御装置において、前記冷却制御部は、前記圧延材の詳細冷却パターンとして、水冷の第一冷却区間、空冷の第二冷却区間、水冷の第三冷却区間の３段階を経る３段冷却パターンを行う場合、前記第一冷却区間の下流端のバルブを常にオンすることにより、前記第二冷却区間としての空冷時間を確保し、前記第三冷却区間の上流端でオンするバルブの位置のみを修正する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧延材冷却制御装置の第６の特徴は、上記第１の特徴〜第３の特徴のいずれか一つに記載の圧延材冷却制御装置において、前記冷却制御部は、前記圧延材の所望の材質を実現するために与えられる所望の温度より所望の冷却速度の方が優先順位が高い場合、目標温度と測定温度との偏差をフィードバックし前記目標温度に加算して内部温度目標値とし、その内部温度目標値を達成するように、前記圧延材の冷却を制御する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧延材冷却制御方法の第１の特徴は、圧延材を冷却する所定の冷却区間における当該圧延材の温度変化を、数式により記述した詳細温度モデルに基づいて、前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出するステップと、算出された前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出するステップと、算出された前記簡略冷却パターンと、前記詳細温度モデルとに基づいて、前記所定の冷却区間における前記圧延材の詳細冷却パターンを算出するステップと、算出された前記詳細冷却パターンに基づいて、前記圧延材の冷却を制御するステップと、を有することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧延材冷却制御プログラムの第１の特徴は、コンピュータに、圧延材を冷却する所定の冷却区間における当該圧延材の温度変化を、数式により記述した詳細温度モデルに基づいて、前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出するステップと、算出された前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出するステップと、算出された前記簡略冷却パターンと、前記詳細温度モデルとに基づいて、前記所定の冷却区間における前記圧延材の詳細冷却パターンを算出するステップと、算出された前記詳細冷却パターンに基づいて、前記圧延材の冷却を制御するステップと、を実行させることにある。

以上のように、本発明にかかる圧延材冷却制御装置、圧延材冷却制御方法、圧延材冷却制御プログラムによれば、所定の冷却区間における圧延材の温度変化を、パラメータを用い数式により記述した詳細温度モデルに基づいて、前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出し、その影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質（強度や延性等）を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出し、算出した簡略冷却パターンと詳細温度モデルとに基づいて、所定の冷却区間における圧延材の詳細冷却パターンを算出し、算出した詳細冷却パターンに基づいて、圧延材の冷却を制御するようにしたので、圧延材の詳細温度モデルから直接、詳細冷却パターンを求める場合と比較して、詳細温度モデルから詳細冷却パターンを求める際の計算負荷が小さくなり、最適に冷却制御を実行して、高級鋼板等の製造に必要な材質を効率良く制御することができる。

本発明にかかる圧延材冷却制御装置の実施形態が適用される熱間薄板圧延ラインにおける搬送テーブルおよび冷却バンクの一例を示す図である。 本発明にかかる圧延材冷却制御装置の実施形態が適用される熱間薄板圧延ラインにおける冷却バンクの構成の一例を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の圧延材冷却制御装置の構成例を示すブロック図である。 圧延材におけるノードを説明するための説明図である。 前段冷却パターンの一例を近似的に示す説明図である。 後段冷却パターンの一例を近似的に示す説明図である。 緩冷却パターンの一例を近似的に示す説明図である。 ３段冷却パターンの一例を近似的に示す説明図である。 ３段冷却の詳細冷却パターンの一例を示す説明図である。 ３段冷却パターンにおいて第三冷却区間の最終位置を、物理的な実際の冷却バンクの最下流以前に修正した場合の一例を近似的に示す説明図である。 影響係数算出部３２における影響係数の算出から詳細冷却パターン算出部３４における初期設定値算出完了までの詳細冷却パターン算出処理の一例を示すフローチャートである。 詳細冷却パターン算出部３４における初期設定計算後にすべての切り板（冷却制御単位）に適用されるダイナミック制御の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態において、第一冷却区間の最上流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）のバルブを、常にＯＮ（開）状態にするピボットバルブとして設定した場合を示す説明図である。 第２実施形態において、第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）のバルブを、常にＯＮ（開）状態にするピボットバルブとして設定した場合を示す説明図である。 本発明に係る第３実施形態の圧延材冷却制御装置の構成例を示すブロック図である。 第３実施形態の圧延材冷却制御装置における内部温度目標値を修正するフィードバック制御の一例を示す説明図である。

以下、本発明にかかる圧延材冷却制御装置の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、実施形態の圧延材冷却制御装置による制御対象は、説明の便宜上、次に説明する図１、図２の冷却設備を有する熱間薄板圧延ラインとするが、厚板圧延ラインや、冷間圧延ライン等の他の形態の圧延設備においても同様に適用することができる。

≪熱間薄板圧延ラインの説明（図１、図２）≫
まず、本発明にかかる圧延材冷却制御装置の実施形態が適用される熱間薄板圧延ラインについて説明する。

熱間薄板圧延ラインにおける圧延材の品質制御には、圧延材の幅方向中央部の板厚を制御する板厚制御、板幅制御、幅方向板厚分布を制御する板クラウン制御、圧延材の幅方向の伸びを制御する平坦度制御、などの製品の寸法制御と、圧延材の温度制御とがある。

また、圧延材の温度制御には、仕上圧延機出側の温度を制御する仕上出側温度制御と、巻き取り機前の温度を制御する巻取温度制御とがある。

熱間薄板圧延ラインには、一般に、加熱炉、粗圧延ライン、仕上圧延機、冷却バンクが設置された搬送テーブル（ＲＯＴ：Run out tableと呼ばれている。）、巻き取り機が順に配置されている。代表的な圧延材の温度は、加熱炉の出側で１２００〜１２５０℃、粗圧延ラインの出側で１１００〜１１５０℃、仕上圧延機の入側で１０５０〜１１００℃、仕上圧延機の出側で８５０〜９００℃、巻き取り機前における巻き取り温度は１５０〜７００℃である。

材料の強度、延性等の材質は、仕上圧延機における変形量および温度などの条件による他、仕上圧延機を出てから巻き取り機までの冷却による影響が非常に大きい。このため、仕上圧延機を出てから巻き取り機までの巻取温度制御が材質の造り込みのために非常に重要である。

ここで、品質と材質という言葉を分けて使用する。品質は、上記のように、厚、幅、板クラウン、平坦度、温度などのことを指し、材質は、強度、延性などを指すものとする。

一般鋼の巻き取り温度は、上記のように１５０〜７００℃であり、冷却パターンも、搬送テーブル（ＲＯＴ）の前段で注水して冷却する前段冷却パターン、搬送テーブル（ＲＯＴ）の後段で注水して冷却する後段冷却パターン、搬送テーブル（ＲＯＴ）上の中段で徐々に冷却する緩冷却パターンなどが多く用いられている。

一方、鋼の組織であるフェライトやマルテンサイトの２層を有するDual Phase鋼や、残留オーステナイトを有するTRIP鋼など、特殊鋼、高級鋼の製造のための冷却は、第一冷却区間（水冷）、第二冷却区間（空冷）、第三冷却区間（水冷）の３段階を経るので、３段冷却パターンと呼ばれる。このときの巻き取り温度は１５０〜３５０℃である。また、３段冷却パターンでは、第一冷却区間および第３冷却区間の２つの水冷区間に、冷却速度の目標値が与えられ、その目標値を維持することが求められる。

図１は、熱間薄板圧延ラインにおける搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上等の設備構成例を示す説明図である。

図１において、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０は、圧延材１１を、圧延機、一般には、仕上圧延機の圧延機最終スタンド１２から巻き取り機１６まで搬送しながら冷却する装置である。搬送テーブル（ＲＯＴ）１０の最上流となる、仕上圧延機の圧延機最終スタンド１２の出側には、仕上出側温度計（ＦＤＴ：Finisher Delivery Thermometer）１３が設置されている一方、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０の最下流となる、巻き取り機１６の前段には、巻き取り温度計（ＣＴ：Coiling Thermometer）１４が設置される。また、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上の任意の場所に、中間温度計（ＭＴ：Intermediate Thermometer）１５が設置される場合がある。中間温度計（ＭＴ）１５の数と、設置場所とは、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０や圧延ラインによって異なる。

図１に示すように、圧延機最終スタンド１２を出た圧延材１１は、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３により温度を測定され、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上に設置されたｎ（ｎ＝１〜Ｎ。Ｎは通常７〜２５である。）個の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎ、すなわち冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７１，１７１，・・・１７Ｎで冷却水が噴射され、圧延材１１が冷却される。その後、巻き取り温度計（ＣＴ）１４で温度が測定され、巻き取り機１６で巻き取られる。一般に、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０は、多数のロール１８を並べて回転させ、圧延材１１を搬送している。

図２は、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上における１つの冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎの設備構成例を示す説明図である。

図２に示すように、１つの冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎには、通常、上下に４〜１２個程度のヘッダ１７ｎ１が設けられており（図２（Ａ）では、上側は４個、下側１２個としている。）、各ヘッダ１７ｎ１には、圧延材の搬送方向に対し両側と、図２（Ｂ）に示すように搬送方向に対し垂直方向に複数のノズル１７ｎ２が設けられている。

また、各ヘッダ１７ｎ１には、バルブ１７ｎ３が取り付けられており、バルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦによって冷却水の流量の調整が行われる。なお、図２（Ａ）の搬送テーブル（ＲＯＴ）１０の下側に示すように、複数のヘッダ１７ｎ１を、１つのバルブ１７ｎ３で制御する場合もある。バルブ１７ｎ３につながる配管の大元には、貯水タンク（図示せず）が高所に設置されており、その貯水タンク（図示せず）とヘッダ１７ｎ１との高低差によって、圧延材１１の表面に衝突する冷却水の勢いが決まる。

なお、流量調整を連続的に行うことができるバルブ１７ｎ３が取り付けられたり、上記のような冷却水の自由落下による金属表面への衝突ではなく、冷却水の元圧力を高くして、冷却水の衝突の勢いを強めた冷却バンクもある。

ここで、冷却水をなるべく勢いよく衝突させようとする理由は、高温物体に注水されると、高温物体と水の間に蒸気膜が形成され、水の冷却効果が弱くなるため、この蒸気膜を打ち破り、金属表面に直接注水し、冷却効果を高めようとするためである。

いずれのバルブ１７ｎ３においても、バルブ１７ｎ３に対するＯＮ／ＯＦＦ指令、または流量指令が出されてから、実際にバルブ１７ｎ３から注水が開始／停止されるまで、またはバルブ１７ｎ３からの流量実績値が指令値に到達するまでには、遅れ時間がある。このため、バルブ１７ｎ３の動作はなるべくＯＮ／ＯＦＦ、すなわち開閉を繰り返さないほうが、冷却温度制御の精度を向上させる点で望ましい。

＜第１実施形態の圧延材冷却制御装置の構成＞
次に、本発明に係る第１実施形態の圧延材冷却制御装置の構成について説明する。

図３は、本発明に係る第１実施形態の圧延材冷却制御装置の構成例を示すブロック図である。なお、図３において、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０の構成は、図１に示す搬送テーブル（ＲＯＴ）１０の構成と同様なので説明を省略する。

図３において、本発明に係る第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０は、詳細温度モデル記憶部３１と、影響係数算出部３２と、簡略冷却パターン算出部３３と、詳細冷却パターン算出部３４と、冷却制御部３５と、を有する。

詳細温度モデル記憶部３１は、熱間薄板圧延ラインで圧延された圧延材を冷却する所定の冷却区間における当該圧延材の温度変化を、数式により記述した詳細温度モデルを記憶するものである。ここで、圧延材を冷却する所定の冷却区間とは、本実施形態１では、例えば、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から搬送テーブル（ＲＯＴ）１０を介し巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの冷却区間とするが、これに限定されるものではない。なお、パラメータおよび詳細温度モデルについては後述する。

影響係数算出部３２は、詳細温度モデル記憶部３１に記憶された詳細温度モデルに基づいて、圧延材１１の温度変化の制御に必要な影響係数を算出するものである。

簡略冷却パターン算出部３３は、影響係数算出部３２によって算出された影響係数に基づいて、圧延材１１の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出するものである。本実施形態１の簡略冷却パターン算出部３３では、例えば、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から搬送テーブル（ＲＯＴ）１０を介し巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの冷却区間における圧延材１１の冷却速度を、直線または多項式または指数関数または対数の代数の数式によって近似することにより、所定の冷却区間における当該圧延材１１の温度変化を幾何学的に近似して、前記所望の詳細冷却パターンを簡略化した近似した簡略冷却パターンを算出するものである。

詳細冷却パターン算出部３４は、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンと、詳細温度モデル記憶部３１に記憶された詳細温度モデルとに基づいて、所定の冷却区間である仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの冷却区間における圧延材１１の詳細冷却パターンを算出するものである。

冷却制御部３５は、圧延材トラッキング部３５１と、冷却バンク制御部３５２と、フィードバック（ＦＢ）制御部３５３とを有し、詳細冷却パターン算出部３４によって算出された詳細冷却パターンに基づいて、各バルブ１７ｎ３等にｏｎ／ｏｆｆ操作信号（開閉操作信号）を送り、所定の冷却区間である仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの冷却区間における圧延材１１の冷却を制御するものである。

ここで、圧延材トラッキング部３５１は、圧延機最終スタンド１２や巻取機１６に取り付けられたパルスジェネレータ１９ａ，１９ｂの信号により、圧延材１１の位置をトラッキングして、そのトラッキング信号を冷却バンク制御部３５２等に出力するものである。なお、圧延材のトラッキングは、パルスジェネレータ１９ａ，１９ｂのカウントのみならず、材料感知センサー等の他の方法でも良く、さらには搬送テーブル（ＲＯＴ）１０の中間に置くようにしても勿論よい。

冷却バンク制御部３５２は、圧延材トラッキング部３５１からの圧延材１１の位置を示すトラッキング信号と、詳細冷却パターン算出部３４によって算出された詳細温度モデルの詳細冷却パターンとに基づいて、各冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎのバルブ１７ｎ３等にＯＮ／ＯＦＦ（開閉）操作信号を送るものである。

フィードバック（ＦＢ）制御部３５３は、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における切り板毎に巻き取り温度の実測値と、目標値との偏差を評価して、巻き取り温度計（ＣＴ）１４に近い、フィードバック（ＦＢ）制御用の冷却バンク（Ｂａｎｋ）、例えばＮ−１，Ｎ番目の冷却装置（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎに対して、注水指示を出力するものである。なお、フィードバック（ＦＢ）制御部３５３は、任意な構成であり、省略しても勿論よい。

＜第１実施形態の概略動作＞
次に、以上のように構成された第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０の概略動作について説明する。

まず、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０では、仕上圧延機設定計算装置２０から、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３における圧延材の温度予測値や、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３における圧延材の速度パターン等の情報を入手する。

すると、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０では、冷却制御部３５の冷却バンク制御部３５２が、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上における冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎに対し制御信号を送り、冷却バンク制御部３５２で算出したバルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦ情報や、バルブ１７ｎ３から出すべき流量等の制御情報を設定する。以下、簡単のため、冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎに設置されている制御対象であるバルブ１７ｎ３は、バルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦ情報により制御される開閉弁であるものとする。なお、流量等の制御情報により制御される流量制御弁であっても、考え方は同じである。

ここで、冷却制御部３５の圧延材トラッキング部３５１は、圧延機最終スタンド１２や巻取機１６に取り付けられたパルスジェネレータ１９ａ，１９ｂからパルス信号を入力して、圧延材１１の位置をトラッキングする。

その際、本実施形態１の圧延材冷却制御装置３０では、従来からの巻取り温度の制御方法と同様に、圧延材１１を切り板（冷却制御単位）と呼ばれる固定長の部分が連なるものと想定し、切り板（冷却制御単位）に分割して、切り板毎に温度を制御するため、切り板毎に圧延材位置をトラッキングする。

そして、本実施形態１の圧延材冷却制御装置３０では、冷却制御部３５の冷却バンク制御部３５２は、圧延材トラッキング部３５１からの切り板毎の圧延材位置を示すトラッキング情報に基づいて、１つ１つの切り板（冷却制御単位）が、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３下を通過し、巻取り温度計（ＣＴ）１４下に到達するまでに、どの冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎの、どのバルブ１７ｎ３をＯＮ／ＯＦＦすれば良いかを決めている。圧延材１１を切り板に分割し、各切り板の温度を制御する考え方は、従来も、本発明でも、変わらない。

冷却バンク制御部３５２は、その初期設定計算として、仕上圧延機設定計算装置２０からの情報、例えば、仕上出側温度予測値をもとに、最初の切り板、すなわちＮｏ．＝１の切り板が仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から巻き取り温度計（ＣＴ）１４まで通過するときに、どのバルブ１７ｎ３をＯＮ（開）すべきかを、詳細冷却パターン算出部３４が算出した詳細冷却パターンに基づいて決定する。

具体的には、冷却バンク制御部３５２は、詳細冷却パターン算出部３４が算出した詳細冷却パターンに基づいて、バルブ１７ｎ３をＯＮ（開）する優先順を決め、その優先順にしたがってＯＮ／ＯＦＦを試行しながら、所望の巻き取り温度が達成されるまで、繰り返す。

そして、冷却バンク制御部３５２は、最初（Ｎｏ．＝１）の切り板についてどのバルブ１７ｎ３をＯＮ／ＯＦＦするかを決める初期設定計算の後、それ以降の切り板、すなわちＮｏ．＝２以降の切り板が仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３を通過するたびに、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３が測定した仕上出側温度に基づいて、上記初期設定計算と同様の計算をその切り板に適用し、どのバルブ１７ｎ３をＯＮ／ＯＦＦするかを決める、いわゆるダイナミック制御を行う。なお、初期設定計算およびダイナミック制御の詳細な処理については、後述する。

圧延材トラッキング部３５１は、パルスジェネレータ１９ａ，１９ｂからのパルス信号に基づいて、初期設定計算およびダイナミック制御の場合に切り板の位置をトラッキングしており、切り板がバルブをＯＮ／ＯＦＦすべき冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎの位置に来たときに、位置検出信号を冷却バンク制御部３５２に送り、冷却バンク制御部３５２は、的確に冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎのバルブ１７ｎ３をＯＮ／ＯＦＦする。

そして、巻き取り温度計（ＣＴ）１４は、切り板毎に巻き取り温度を測定すると、目標巻き取り温度と、測定巻き取り温度の偏差を評価して、フィードバック（ＦＢ）制御部３５３により、フィードバック（ＦＢ）制御用の冷却バンク（Ｂａｎｋ）、例えば、Ｎ−１，Ｎ番目の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎに対して、注水指示を出力する。

巻き取り器１６が圧延材１１の１本分の巻き取りを完了すると、詳細温度モデル記憶部３１は、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３や、巻き取り温度計（ＣＴ）１４等から切り板毎の測定温度等を収集し、必要あれば、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上における温度変化を、数式により記述した詳細温度モデルを学習したり、適応的に修正する。

＜第１実施形態の詳細動作＞
次に、以上のように構成された第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０の動作について説明する。

（詳細温度モデル記憶部３１の動作）
詳細温度モデル記憶部３１は、熱間薄板圧延ラインで圧延された圧延材１１を冷却する所定の冷却区間、例えば、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上における当該圧延材の温度変化を、数式により記述した詳細温度モデルを記憶している。

具体的には、詳細温度モデル記憶部３１は、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上における冷却区間における温度変化を、数式により記述した詳細温詳細温度モデルとして、例えば、有限差分法により、圧延材１１をその板厚方向に複数に分割し、板厚方向のそれぞれの分割区間をノードｉという点で代表させ、圧延材１１それぞれのノードｉの温度変化△Ｔ_iを、下記に示す多数のパラメータを用いて数式により記述した関数を詳細温度モデルとする。

つまり、圧延材１１におけるノード番号ｉの温度変化△Ｔ_Iの詳細温度モデルは、例えば、以下の式１のように表わすことができる。

ここで、上記式１において、Ｑ_iは熱流、ρは密度、Ｃ_pは比熱、Ｖ_iはノードｉの体積、Δｔは搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上における時間変化を示すパラメータである。

そして、熱流Ｑ_iは、圧延材１１表面にあるノードと、圧延材内部にあるノードとに分けて、以下の式２またが式３に示すように記述することができる。ノードについては、後述の図４により説明する。

まず、圧延材表面ノードの熱流の収支は、以下の式２により表すことができる。

ここで、上記式２において、
Ｑ_radは放射による熱流、Ｑ_waterは水冷熱伝達による熱流、Ｑ_airは空冷対流熱伝達による熱流、

はノードｉからノード（ｉ＋１）への熱伝導、Ｑ_Ｔransfは相変態による熱流のパラメータである。また、“−”がつくものは熱が奪われ、 “＋”は熱が発生することを示している。

次に、圧延材１１内部ノードの熱流の収支は、以下の式３により表すことができる。各パラメータの意味は、上記式２と同様である。

なお、上記（式２），（式３）における放射、熱伝達、熱伝導の記述は、熱力学の一般式を用いている。

図４は、圧延材１１の板厚方向の温度分布の一例を示す説明図である。

図４では、圧延材１１を、その板厚方向に、例えば、４分割し、それぞれをノードｉ（ｉ＝１〜４）という点で代表させ、ノードｉ間の熱伝導を計算する例を示している。図４では、ノード間の熱伝導を、ノードｉからノード（ｉ＋１）という一般的な方法により示している。

図４における圧延材１１の板厚方向の熱の流れを示す関係式は、連続系で表せば、

ここで、記号の意味は以下のとおりである。単位の例も示す。

Ｑ：単位時間あたりの熱流［Ｊ／ｓ］
ｋ：熱伝導率［Ｊ／（ｍｓＫ）］
Ａ：面積［ｍ^２］
Ｔ：圧延材の温度［degＣ］
ｘ：圧延材板厚方向の位置
下記に記号により示す多数のパラメータを用いて表わすと、例えば、下記式４のようになる。

また、差分方程式で表せば、下記に記号により示すパラメータを用いて表わすと、下記式５のようになる。

Ｑ_i→i+1：ノードｉからノードｉ＋１への単位時間あたりの熱流［Ｊ／ｓ］
ｋ：熱伝導率［Ｊ／（ｍｓＫ）］
Ａ_i→i+1：ノードｉからノードｉ＋１との間の断面積［ｍ^２］
Ｔ_i：ノードｉにおける温度［degＣ］
ｄ：ノード間の距離［ｍ］
なお、差分方程式の解き方は、一般的な方法を用いればよい。また、図４においては圧延材の板厚方向のノード数のｉを、４個としているが、これは一例である。一般に、同じ板厚であればノード数ｉを多くすれば、精度のよい計算結果が得られる。しかし、ノード数ｉがあまり多すぎても、計算負荷が高くなるだけで、精度の向上は鈍化する。そのため、ノード数ｉの選択は事前に検討する必要がある。なお、圧延材１１のノードについては、ＷＯ２００８／０１２８８１等に開示されている。

（影響係数算出部３２の動作）
影響係数算出部３２は、詳細温度モデル記憶部３１によって複数のパラメータを用いて数式により表わされた詳細温度モデルに基づいて、圧延材１１の温度変化の制御に必要な影響係数を算出する。

具体的には、変数Ｙが変数Ｘの関数Ｙ(Ｘ)である場合に、変数Ｘから変数Ｙへの影響係数の計算方法は、次の式６により表すことができる。

ここで、関数Ｙ(Ｘ)は、単純な一次関数ではなく、未知のパラメータを多数集め、上記式１のように数式により表した複雑な詳細温度モデルである。また、変数Ｘは、各パラメータである。

つまり、上記式６により表わされる影響係数は、各パラメータである変数Ｘを微小(2ΔＸ)変化させたときに、詳細温度モデルの関数であるＹがどれだけ変化するかを数値計算により計算したものである。つまり、上記式６により表わされる影響係数は、複数のパラメータを集め記述した詳細温度モデルを表す上記式１の関数Ｙ(Ｘ)を、各パラメータであるＸにより偏微分したものである。

（簡略冷却パターン算出部３３の動作）
次に、簡略冷却パターン算出部３３は、影響係数算出部３２によって算出された影響係数に基づいて、圧延材の所望の材質（強度や延性等）を得るために必要な詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出する。

具体的には、簡略冷却パターン算出部３３は、直線や指数関数等を用いて詳細冷却パターンを近似した、図５〜図８に示すような簡略冷却パターンを算出する。

図５は前段冷却の簡略冷却パターン、図６は後段冷却の簡略冷却パターン、図７は緩冷却の簡略冷却パターン、図８は３段冷却の簡略冷却パターンを示している。

図５〜図８それぞれの簡略冷却パターンにおいて、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３の位置から水冷開始位置までは必ず空冷とならざるを得ず、初期空冷区間と称している。図８に示す３段冷却の場合は、最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）におけるバルブから巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの間も、空冷とならざるを得ず、最終空冷区間と称している。

また、図５〜図８それぞれの簡略冷却パターンでは、水冷、空冷区間とも、温度降下は直線で近似しているが、実際の詳細冷却パタ−ンは、直線にはならない。その理由は後述する。

また、図５〜図８それぞれの簡略冷却パターンにおいて、Ｔ_FDは仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３の仕上出側温度であり、目標値はあるものの、常に一定の値で制御できるとは限らない。すなわち、巻取温度制御にとっては、Ｔ_FDの変動は外乱となる。

また図５〜図７において、初期空冷区間の終端温度Ｔ₀、冷却速度Ｓ₀、第一冷却区間の終端温度Ｔ₁、冷却速度Ｓ₁、第二冷却区間の終端温度Ｔ_Ｃ(巻き取り温度)、冷却速度Ｓ₂、また中間温度計（ＭＴ）がある位置での温度Ｔ_Ｍである。図８において、初期空冷区間の終端温度Ｔ₀、冷却速度Ｓ₀、第一冷却区間の終端温度Ｔ₁、冷却速度Ｓ₁、第二冷却区間の終端温度Ｔ_２、冷却速度Ｓ₂、第三冷却区間の終端温度Ｔ_３、冷却速度Ｓ_３、最終空冷区間の終端温度Ｔ_C(巻き取り温度)、冷却速度Ｓ_４、また中間温度計（ＭＴ）がある位置での温度Ｔ_Ｍである。

図５の前段冷却パタ−ン、図６の後段冷却パタ−ン、図７の緩冷却パタ−ンの場合、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における巻き取り温度（Ｔ_Ｃ）の目標値が最も重要な達成目標である。さらに、第一冷却区間の冷却速度Ｓ₁の目標値が指定されることもある。

また、図８に示す３段冷却パタ−ン場合、５つの重要なパラメータがある。図８に示す３段冷却パタ−ンにおける５つの重要なパラメータとは、第一冷却区間の終端温度Ｔ₁および冷却速度Ｓ₁、第二冷却区間の時間ｔ₂、第一冷却区間の冷却速度Ｓ₃、巻き取り温度Ｔ_Ｃである。これら５つのパラメータの優先順位は、製造する鋼板の材質によって決められる。

ここでは、最も複雑な冷却パターンである３段冷却パターンを例として取り上げ、簡略冷却パターン算出部３３は、後述する図９に示すような３段冷却パターンの詳細冷却パターンを直線近似して、図８に示すような簡略冷却パターンを算出する場合について説明する。

簡略冷却パターン算出部３３は、図８に示すような３段冷却の簡略冷却パターンを算出するため、各冷却区間における冷却速度Ｓ₀、Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃、Ｓ₄の概算値が必要になる。

図９は、詳細冷却パターン算出部３４によって算出された３段冷却の詳細冷却パターンの一例を示す説明図である。

図９において、横軸は、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３からの時間（Time from FDT［sec］）、縦軸は、ストリップ（圧延材）温度（Strip temperature［degC］）または冷却速度（Cooling rate［degC/s］）である。

図９では、図８における初期空冷区間ｔ₀、第一冷却区間ｔ_１、第二冷却区間ｔ_２、第三冷却区間ｔ_３、最終冷却（空冷）区間ｔ_４は、それぞれ０〜１秒、１〜２．５秒、１．５秒〜６．４秒、６．４秒〜８．３秒、８．３秒〜１１．７秒の区間に相当する。

また、図９において、折れ線９１０は、圧延材の表面の温度履歴、折れ線９２０は、圧延材の厚み方向の平均温度、折れ線９３０は、圧延材の厚み方向平均温度に基づいた冷却速度を示している。

詳細冷却パターン算出部３４は、冷却制御のための管理値として、一般に、折れ線９２０により示す圧延材の厚み方向の平均温度を使用する。

そのため、簡略冷却パターン算出部３３は、それぞれの区間、すなわち初期空冷区間ｔ₀、第一冷却区間ｔ_１、第二冷却区間ｔ_２、第三冷却区間ｔ_３、最終冷却（空冷）区間ｔ_４における冷却速度Ｓ₀、Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃、Ｓ₄が必要なので、影響係数算出部３２が影響係数として算出した冷却速度を入力して使用する。

ここで、図９の詳細冷却パターンにおける仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３からの時間が１〜２．５秒の第一冷却区間ｔ_１や、時間が６．４〜８．３秒の第３冷却区間ｔ_３では、折れ線９３０により示す冷却速度が複雑かつ急激に変化しており、この第一冷却区間ｔ_１および第３冷却区間ｔ_３では、折れ線９２０により示す圧延材の厚み方向の平均温度の温度降下も、一見、直線に見えるが、実際は、複雑な曲線からなる。なお、冷却速度が一定ならば、温度降下は直線となる。

このため、図５〜図８に示す簡略冷却パターンでは、直線で近似しているものの、実際の詳細冷却パターンは、折れ線９１０により示す圧延材の表面の温度履歴や、折れ線９２０により示す圧延材の厚み方向の平均温度の温度降下等を、指数関数等の曲線で近似しなければならない場合もある。

特に、折れ線９１０により示す圧延材の表面の温度履歴や、折れ線９２０により示す圧延材の厚み方向の平均温度の温度降下は、図９の詳細冷却パターンに示すように、第一冷却区間ｔ_１や、第３冷却区間ｔ_３の水冷の場合に、複雑な曲線となりやすい。

そのため、詳細冷却パターン算出部３４は、詳細温度モデル記憶部３１が記憶した詳細温度モデルより、直接、図９に示すような詳細冷却パターンを算出することは、とても計算負荷がかかり、時間がかかる。

そこで、本実施形態では、詳細冷却パターン算出部３４は、詳細温度モデル記憶部３１が記憶した詳細温度モデルより、直接、図９に示すような詳細冷却パターンを算出するのではなく、詳細温度モデル記憶部３１が記憶した詳細温度モデルに基づいて、影響係数算出部３２に影響係数を算出させ、さらにその影響係数に基づいて簡略冷却パターン算出部３３に簡略冷却パターンを算出させ、算出された簡略冷却パターンを参照して、詳細温度モデル記憶部３１が記憶した詳細温度モデルより、図９に示すような詳細冷却パターンを算出することにより、詳細冷却パターン算出の際の、計算負荷を軽くすると共に、時間を短くしたものである。

そこで、簡略冷却パターン算出部３３が算出する簡略冷却パターンでは、例えば、直線近似のみを考える。なお、直線近似以外を含めても勿論よい。

このため、簡略冷却パターン算出部３３では、例えば、以下のような計算を行う。ただし、ここでは、一例として、図５〜図８に示す冷却パターンのうち、最も複雑な図８に示す３段冷却の場合を例に取り説明する。なお、それ以外の図５〜図７に示す冷却パターンに対しても同様に簡略冷却パターンを算出することができる。

まず、図８において、Ｔ_FDは仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３の温度、Ｔ₀は初期空冷区間ｔ₀の終端温度、Ｓ₀は初期空冷区間ｔ₀の冷却速度、Ｔ₁は第一冷却区間ｔ_１の終端温度、Ｓ₁は第一冷却区間ｔ_１の冷却速度、Ｔ_２は第二冷却区間ｔ_２の終端温度、Ｓ_２は第二冷却区間ｔ_２の冷却速度、Ｔ_３は第三冷却区間ｔ_３の終端温度、Ｓ_３は第三冷却区間ｔ_３の冷却速度、Ｔ_ＣＴは最終空冷区間ｔ_４の終端温度(巻き取り温度)、Ｔ_Ｍは中間温度計（ＭＴ）がある位置での温度とする。

すると、図８に示す３段冷却の簡略冷却パターンの基本式は、以下のとおりとなる。

ここで、Ｌ_1-3は、時間ｔ₁からｔ₃の距離であり、Ｌ_0-4は時間ｔ₀からｔ₄の距離、すなわち仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの距離である。Ｖは圧延材の搬送速度で、τは時刻を表す。

このとき、簡略冷却パターン算出部３３には、３段冷却における５つの重要なパラメータＴ₁，Ｔ_Ｃ，ｔ₂，Ｓ₁，Ｓ₃は、達成すべき値として与えられる。また、値が変化するものの、測定可能または予測可能なパラメータとして、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３の温度Ｔ_FDと、圧延材の搬送速度Ｖとが与えられる。仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの距離Ｌ_0-4は、固定値である。

このような条件下で、簡略冷却パターン算出部３３は、パラメータＴ₀，Ｔ₂，ｔ₀，ｔ₁，ｔ₃，ｔ₄，Ｌ₀を計算して、簡略冷却パターンを算出する。

例えば、水冷を行う第一冷却区間ｔ₁の下流端のバルブを常にオンするものとすると、例えば、図８に示すような幾何学的な関係が得られ、パラメータＴ₀，Ｔ₂，ｔ₀，ｔ₁，ｔ₃，ｔ₄，Ｌ₀はすべて得られる。

しかしながら、簡略冷却パターン算出部３３では、影響係数算出部３２によって算出された影響係数に基づいて簡略冷却パターンを算出する際、圧延材１１の所望の強度や延性等の圧延材１１の所望の材質や、実際の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎにおけるバルブ１７ｎ３の数や配置等の制約条件を満たす必要である。

そのため、本実施形態１の簡略冷却パターン算出部３３は、図１１および図１２にて後述するが、影響係数算出部３２によって算出された影響係数に基づいて、圧延材１１の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンに許される最低速度および最高速度で簡略冷却パターンを算出して、算出した簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内であるか否かを判断し、算出した簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が各パラメータの上下限範囲内にない場合は、算出した簡略冷却パターンにおける各パラメータの優先順位に従って、優先順位の低いパラメータから修正し、算出した簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内になるように簡略冷却パターンを算出する。パラメータには、例えば、圧延材の通過位置や、その位置における温度、冷却速度および空冷時間の等がある。

ここで、簡略冷却パターン算出部３３における簡略冷却パターンの計算により、例えば、図１０における、折れ線１０１０のような簡略冷却パターンが得られたとする。

このとき、計算上の第三冷却区間ｔ₃の最終位置は、物理的な実際の冷却バンクの最下流より上流側か、最下流の位置になければ、圧延材１１の所望の強度や延性等の圧延材１１の所望の材質を満足できないので、簡略冷却パターン算出部３３は、算出した簡略冷却パターンがこれらの制約条件を満たすか否かを確認し、制約条件内に入るようにパラメータを調整する必要がある。

例えば、簡略冷却パターン算出部３３は、算出した簡略冷却パターンにおける第三冷却区間ｔ₃の最終位置が、物理的な実際の冷却バンクの最下流より下流にあり、５つの重要なパラメータＴ₁，Ｔ_Ｃ，ｔ₂，Ｓ₁，Ｓ₃のうち、第三冷却区間ｔ₃における冷却速度Ｓ₃が優先順位が最下位である場合には、図１０の折れ線１０２０に示すように、第三冷却区間ｔ₃における冷却速度Ｓ₃を目標値より急な傾きである冷却速度Ｓ₃ ^ＵＬになるまで修正して、第三冷却区間ｔ₃の時間を短くすることにより、計算上の第三冷却区間ｔ₃の最終位置を、物理的な実際の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎの最下流以前にする修正を行う。

ただし、簡略冷却パターン算出部３３は、第三冷却区間ｔ₃における冷却速度Ｓ₃にも、所望の詳細冷却パターンとして、上下限値があるので、冷却速度Ｓ₃の上限値を超える場合には、例えば、冷却速度Ｓ₃の修正を上限値までとして、次に優先順位の低いパラメータを修正する。

このように、簡略冷却パターン算出部３３は、影響係数算出部３２によって算出された影響係数に基づいて、圧延材１１の強度や延性等の所望の材質や、実際の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎにおけるバルブ１７ｎ３の数や配置等の制約条件を満たように、図５〜図８に示すように直線等により近似した簡略冷却パターンを算出する。

その際、本実施形態の簡略冷却パターン算出部３３では、計算を簡略化するため、例えば、圧延材の搬送速度として、当該圧延材で想定される最低速度と最高速度の２通りを計算し、圧延材の搬送速度が最低速度と最高速度の双方において、冷却速度や、空冷時間等の所望の詳細冷却パターンを確保できるか否かを事前に確認する。なお、当該圧延材で想定される搬送速度として最低速度と最高速度の２通りでなく、それ以上の速度を計算しても勿論よい。

（詳細冷却パターン算出部３４の動作）
そして、詳細冷却パターン算出部３４では、実際の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎにおけるバルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦを試行しながら、詳細温度モデル記憶部３１に記憶された詳細温度モデルを参照して、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを目標値または初期値として使用して、圧延材の所望の強度や延性等の所望の材質を実現するために詳細冷却パターンを計算していく。

ここで、本実施形態１の詳細冷却パターン算出部３４では、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを目標値として使用する場合と、初期値として使用する場合とがある。

詳細冷却パターン算出部３４が、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを目標値として使う場合、圧延材の搬送速度が当該圧延材で想定される最低速度と、最高速度の２通りで上下限を超えていないか確認した後、５つの重要なパラメータＴ₁，Ｔ_Ｃ，ｔ₂，Ｓ₁，Ｓ₃は実現できるものとみなして詳細冷却パターンを計算する。

つまり、詳細冷却パターン算出部３４が、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを目標値として使う場合、当該圧延材１１で想定される最低速度と、最高速度の２通りでそれぞれの上下限を逸脱するパラメータがあっても、そのまま詳細冷却パターンを算出し、詳細冷却パターンが厳密に達成されなくても仕方ないものとする。こうすることで、詳細冷却パターン算出部３４の計算負荷は非常に軽くなる。

これに対し、詳細冷却パターン算出部３４が、簡略冷却パターン算出部３３で計算した詳細冷却パターンを初期値として使う場合、詳細冷却パターンの全てパラメータ（変数）が予め設定しておいた当該圧延材で想定される最低速度と、最高速度にてそれぞれの上下限範囲内に入るか否かを確認し、もし逸脱していれば、それぞれの上下限範囲内に入るように優先順位の低いパラメータから修正計算を繰り返し行う。この場合、詳細冷却パターン算出部３４の計算負荷は、簡略冷却パターン算出部３３により計算された詳細冷却パターンを目標値として使う場合より増えるが、初期値が適性に決められていることにより、計算回数が減ることは明らかであり、また、より正確な詳細冷却パターンを実現できる。ここで、詳細冷却パターン算出部３４は、詳細冷却パターンの全てパラメータ（変数）が予め設定しておいた当該圧延材で想定される最低速度と、最高速度にてそれぞれの上下限範囲内に入るか否かではなく、それぞれの所望の値を達成できるか否かにより判断するようにしても良い。

なお、詳細冷却パターン算出部３４の詳細冷却パターン算出処理は、最初のＮｏ．１の切り板について設定する初期設定値の算出時と、その後、切り板（冷却制御単位）が仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３下にあって仕上出側温度が測定された後に切り板（冷却制御単位）毎に行うダイナミック制御時とに実行される。

図１１は、影響係数算出部３２における影響係数の算出から詳細冷却パターン算出部３４における最初の、すなわちＮｏ．１の切り板についての初期設定値算出完了までの詳細冷却パターン算出処理の一例を示すフローチャートである。

まず、本装置では、仕上圧延機設定計算装置２０等から、冷却対象である圧延材等に関する製品情報や、冷却速度、目標温度、制約条件等の必要なデータを入力する（Ｓ１１００）。

すると、影響係数算出部３２は、詳細温度モデル記憶部３１に記憶された詳細温度モデルに基づき、前記のようにして影響係数を算出して、簡略冷却パターン算出部３３へ出力する（Ｓ１１１０）。

簡略冷却パターン算出部３３は、Ｓ１１１０にて影響係数算出部３２が算出した影響係数に基づいて、圧延材１１の所望の材質を得るために想定される、圧延材１１の搬送速度の最低速度と、最高速度の２通りで簡略冷却パターンを算出する（Ｓ１１２０）。

次に、簡略冷却パターン算出部３３は、圧延材１１の搬送速度が最低速度と、最高速度の２通りで、Ｓ１１２０で算出した簡略冷却パターンの全ての変数であるパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内であるか否かを判断する（Ｓ１１３０）。

ここで、簡略冷却パターン算出部３３は、圧延材１１の搬送速度が最低速度と、最高速度の２通りで、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンの全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内にないと判断した場合（Ｓ１１３０“Ｎｏ”）、優先順位の低いパラメータからその上下限範囲内で修正し（Ｓ１１４０）、再度、ステップ１１２０の処理に戻る。

ここで、優先順位の低いパラメータとは、図８や図１０に示す３段冷却の場合には、前述したように、５つの重要なパラメータＴ₁，Ｔ_Ｃ，ｔ₂，Ｓ₁，Ｓ₃、すなわち第一冷却区間の終端温度Ｔ₁および冷却速度Ｓ₁、第二冷却区間の時間ｔ₂、第三冷却区間の冷却速度Ｓ₃、巻き取り温度Ｔ_Ｃ以外のパラメータとなる。例えば、第二冷却区間の終端温度Ｔ₂や、第三冷却区間の終端温度Ｔ_３、第２冷却区間ｔ_２における冷却速度Ｓ_２、最終冷却（空冷）区間ｔ_４における冷却速度Ｓ_４等である。

これに対し、簡略冷却パターン算出部３３は、圧延材１１の搬送速度が最低速度と、最高速度の２通りで、算出した簡略冷却パターンの全てのパラメータが、それぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内にあると判断した場合（Ｓ１１３０“Ｙｅｓ”）、算出した簡略冷却パターンを詳細冷却パターン算出部３４へ出力する。

すると、詳細冷却パターン算出部３４は、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを、初期値として使用するか、目標値として使用するかを判断する（Ｓ１１５０）。

ここで、詳細冷却パターン算出部３４は、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを、初期値として使用すると判断した場合（Ｓ１１５０“Ｙｅｓ”）、圧延材１１の搬送速度として想定される最低速度、最高速度で詳細冷却パターンを算出し（Ｓ１１６０）、続いてその算出した詳細冷却パターンにおける全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内であるか否かを判断する（Ｓ１１７０）。

そして、詳細冷却パターン算出部３４は、Ｓ１１６０により算出した詳細冷却パターンにおける全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内にないと判断した場合（Ｓ１１７０“Ｎｏ”）、Ｓ１１４０と同様に、優先順位の低いパラメータからその上下限範囲内で修正し（Ｓ１１８０）、再度Ｓ１１６０の処理に戻る。

これに対し、詳細冷却パターン算出部３４は、詳細冷却パターンにおける全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内にあると判断した場合（Ｓ１１７０“Ｙｅｓ”）、図１１における処理を終了する。

一方、Ｓ１１５０の判断処理において、詳細冷却パターン算出部３４は、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを、目標値として使用すると判断した場合（Ｓ１１５０“Ｎｏ”）、圧延材１１の搬送速度として想定される最低速度、最高速度で詳細冷却パターンを算出する（Ｓ１１９０）。ただし、その際、初期値として使用する場合とは異なり、その算出した詳細冷却パターンにおけるパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲を超えても、修正せずに想定される最低速度、最高速度で詳細冷却パターンを算出する（Ｓ１１９０）。以上で、図１１における処理を終了する。

以上の図１１に示す処理が、詳細冷却パターン算出部３４における最初の、すなわちＮｏ．１の切り板についての初期設定値の算出処理である。

そして、詳細冷却パターン算出部３４は、以上の初期設定値算出処理によって算出した詳細冷却パターンに基づくバルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦパターンを、冷却制御部３５に設定する。

冷却制御部３５は、図１１に示すようにして詳細冷却パターン算出部３４によって算出されたパラメータの初期値設定に基づいて、Ｎｏ．１の切り板（冷却制御単位）について冷却制御を行う。なお、Ｎｏ．１以降の切り板（冷却制御単位）についてのパラメータは、詳細冷却パターン算出部３４が、次の図１２に示すダイナミック制御により、切り板（冷却制御単位）毎に決定する。

次に、図１２により初期値設定計算後にすべての切り板（冷却制御単位）に適用されるダイナミック制御の一例について説明する。

図１２は、詳細冷却パターン算出部３４における初期設定計算後にすべての切り板（冷却制御単位）毎に適用されるダイナミック制御の一例を示すフローチャートである。

つまり、詳細冷却パターン算出部３４は、まず、最初の切り板についてＮｏ．＝１を設定し（Ｓ１２００）、続いて仕上出側温度測定値や、予測速度パターン等の冷却制御に必要なデータを、仕上圧延機設定計算装置２０等から入力する（Ｓ１２１０）。

次いで、詳細冷却パターン算出部３４は、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを、初期値として使用するか、目標値として使用するかを判断する（Ｓ１２２０）。

ここで、詳細冷却パターン算出部３４は、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを初期値として使用すると判断した場合には（Ｓ１２２０“Ｙｅｓ”）、当該切り板の仕上出側温度測定値、予測速度などが、１つ前の切り板（切り板Ｎｏ．＝１であれば初期設定状態）から変化していれば、１つ前の切り板のバルブ１７ｎ３のオン／ＯＦＦ状態を初期値として変化分を計算する（Ｓ１２３０）。

次に、詳細冷却パターン算出部３４は、圧延材１１の搬送速度が最低速度と、最高速度の２通りで、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンの全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内であるか否かを判断し（Ｓ１２４０）、パラメータの制約条件である上下限範囲内にないと判断した（Ｓ１２４０“Ｎｏ”）、優先順位の低いパラメータからその範囲内で修正し（Ｓ１２５０）、ステップ１３１０の処理に戻る。

これに対し、詳細冷却パターン算出部３４は、圧延材１１の搬送速度が最低速度と、最高速度の２通りで、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンの全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内にあると判断した場合（Ｓ１２４０“Ｙｅｓ”）、切り板のバルブ１７ｎ３のオン／ＯＦＦ状態を冷却制御部３５に設定する（Ｓ１２７０）。

そして、詳細冷却パターン算出部３４は、当該切り板が最後の切り板であるか否かを判断し（Ｓ１２８０）、当該切り板が最後の切り板である場合には（Ｓ１２８０“Ｙｅｓ”）、この処理を終了する一方、当該切り板が最後の切り板でないと判断した場合には（Ｓ１２８０“Ｎｏ”）、次の切り板の番号に更新して（Ｓ１２９０）、ステップ１３１０の処理に戻る。

これに対し、詳細冷却パターン算出部３４は、Ｓ１２２０の判断で、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンを初期値として使用しないと判断した場合（Ｓ１２２０“Ｎｏ”）、すなわち簡略冷却パターンを目標値として使用すると判断した場合には、当該切り板の仕上出側温度測定値、予測速度などが、１つ前の切り板（切り板Ｎｏ．＝１であれば初期設定状態）から変化していれば、１つ前の切り板のバルブ１７ｎ３のオン／ＯＦＦ状態を初期値として変化分を計算し、この場合には簡略冷却パターンの全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲を超えていても修正しない（Ｓ１２６０）。

そして、詳細冷却パターン算出部３４は、算出した詳細冷却パターンにより決定したバルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦパターンを、冷却制御部３５に設定する（Ｓ１２７０）。

すると、冷却制御部３５は、図１２に示すようにして詳細冷却パターン算出部３４によって算出されたパラメータの初期値設定に基づいて、Ｎｏ．２以降の切り板（冷却制御単位）毎に冷却制御を行う。

従って、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０によれば、圧延材１１を冷却する所定の冷却区間における当該圧延材の温度変化を数式により記述した詳細温度モデルより、直接、図９に示すような詳細冷却パターンを算出するのではなく、まず、影響係数算出部３２が詳細温度モデルに基づいて前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出し、次いで簡略冷却パターン算出部３３がその影響係数に基づいて、圧延材１１の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出し、さらに詳細冷却パターン算出部３４がその簡略冷却パターンと、詳細温度モデルとに基づいて、所定の冷却区間における圧延材の詳細冷却パターンを算出し、冷却制御部３５がその詳細冷却パターンに基づいて、圧延材１１の冷却を制御するようにしたので、詳細冷却パターン算出の際の計算負荷を軽減することができると共に、その計算時間を短縮化することができる。

特に、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０では、詳細温度モデルより影響係数を算出し、その影響係数に基づいて、圧延材１１の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出し、その簡略冷却パターンと詳細温度モデルとに基づいて、所定の冷却区間における圧延材の詳細冷却パターンを算出するので、詳細冷却パターン算出の際の計算負荷が少ないだけでなく、計算負荷の軽い簡略冷却パターン算出時に、パラメータを上下限内に収める等のリミット回避が可能になる。

そのため、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０によれば、詳細冷却パターンの実現を阻害する制約条件を容易に回避することができ、所望の詳細冷却パターンを簡単に実現して、最適に圧延材１１の冷却制御を実行することができる。

その結果、高級鋼板等における詳細温度モデルでは、多数の未知のパラメータが使用され、詳細温度モデルから直接、詳細冷却パターンを求めようとすると、計算負荷がとても大きくなり、切り板毎の詳細冷却パターンを適確に求めることができず、最適に冷却制御することが困難であったが、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０によれば、高級鋼板等であっても、切り板毎に所望の詳細冷却パターンを簡単に求めることが可能となり、高級鋼板等の所望の材質を適確に達成することができる。

また、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０では、簡略冷却パターン算出部３３は、影響係数に基づいて、圧延材１１の冷却速度を、例えば、直線または多項式または指数関数または対数の代数の数式により近似することにより、所定の冷却区間における当該圧延材１１の温度変化を幾何学的に近似して、所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出しているので、詳細冷却パターン算出の際の計算負荷を軽減することができると共に、その計算時間を短縮化することができる。なお、この処理は、本発明では、任意である。

また、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０では、簡略冷却パターン算出部３３は、影響係数に基づいて、圧延材１１の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンに許される最低速度および最高速度で簡略冷却パターンを算出して、算出した簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内であるか否かを判断し、算出した簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が各パラメータの上下限範囲内にない場合は、算出した簡略冷却パターンにおける各パラメータの優先順位に従って、優先順位の低いパラメータから修正し、算出した簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内になるように簡略冷却パターンを算出するので、より計算負荷の軽い簡略冷却パターン算出時に、パラメータを上下限内に収める等のリミット回避が効率良く可能になる。なお、この処理も、本発明では、任意である。

また、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０では、詳細冷却パターン算出部３４は、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を、詳細冷却パターン算出のための目標値とするか、あるいは詳細冷却パターン算出のための初期値として、圧延材１１の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンに許される最低速度および最高速度で詳細冷却パターンを算出し、簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を目標値とする場合には、その算出した詳細冷却パターンを出力する一方、簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を初期値とする場合には、その算出した詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内であるか否かを判断し、算出した詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が各パラメータの上下限範囲内にない場合、算出した詳細冷却パターンにおける各パラメータの優先順位に従って、優先順位の低いパラメータから修正し、算出した詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内になるように詳細冷却パターンを算出するようにしたので、より精度の高い詳細冷却パターンを簡単かつ確実に算出することができる。なお、この処理も、本発明では、任意である。

なお、本実施形態１の圧延材冷却制御装置３０では、では、３段冷却パターンにより冷却制御を行う場合を一例に説明したが、それ以外の冷却パターン、すなわち前段冷却パターン、後段冷却パターン、緩冷却パターンに対しても、同様に適用できる。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態の圧延材冷却制御装置について説明する。なお、第２実施形態の圧延材冷却制御装置の構成は、図３に示す第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０の構成と外見は同じであるので、図３に示す第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０の構成を参照して、第２実施形態の圧延材冷却制御装置の動作を説明する。

第２実施形態の圧延材冷却制御装置では、冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎにおけるバルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦ動作（操作）を最小、即ちなるべく少なくするように制御するものである。なお、第２実施形態では、３段冷却パターンにより冷却制御を行う場合を一例に説明するが、それ以外の冷却パターン、すなわち前段冷却パターン、後段冷却パターン、緩冷却パターンでも同様に適用できる。

冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎにおけるバルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦ動作（操作）をなるべく少なくする理由は、前述のように、冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎにおけるバルブ１７ｎ３の応答には、必ず遅れがあるため、バルブ１７ｎ３は、なるべくＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返さないほうが望ましい。例えば、図１３に示すように、最上流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７１におけるバルブ１７１３を、常にＯＮ（開）状態にするピボットバルブとして設定すると、同じ圧延材１１でも、仕上出側温度が変化したり、圧延材１１の搬送速度が変化するため、このような状態で冷却制御を実行すると、下流側に向かってバルブ１７ｎ３をＯＮ／ＯＦＦすることになり、第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｐにおけるバルブ１７ｐ３のＯＮ／ＯＦＦ状態が変化する。

３段冷却パターンでは、第二冷却区間である空冷区間の長さ（時間）を目標値に保つことも重要である。そのため、第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｐにおけるバルブ１７ｐ３のＯＮ／ＯＦＦ状態が変化すると、第二冷却区間における空冷区間の長さ（時間）を保つために、第三冷却区間の最上流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｒのバルブ１７ｒ３のＯＮ／ＯＦＦもあわせて変更しなければならないことになる。なお、第二冷却区間における空冷区間の長さ（時間）は、圧延材１１の搬送速度によって変わる。

従って、第二冷却区間の最上流および最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｑにおけるバルブ１７ｑ３のＯＮ／ＯＦＦが繰り返されることは、冷却制御の精度劣化、ひいては圧延材の強度や延性等の材質劣化につながる。

そこで、第２実施形態の冷却バンク制御部３５２は、図１４に示すように、最上流のバルブが最高速度でＯＮするように、すなわち第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｐにおけるバルブ１７ｐ３をピポットバルブとして常にＯＮ（開）状態にするように設定し、第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｐにおけるバルブ１７ｐ３から上流に向かってバルブ１７ｎ３をＯＮ／ＯＦＦするように制御する。

このためには、第２実施形態の冷却バンク制御部３５２では、予め圧延材の搬送速度の最低速度と最高速度とのそれぞれにおいてＯＮ（開）状態にすることが必要な第一冷却区間のバルブ数を予め計算しておき、最大数ＯＮ（開）状態にする状態が第１冷却区間の最下流から所定の上流までのバルブ並びになるように、第一冷却区間の所定の上流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎのバルブ位置を決める。

ここで、第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｐにおけるバルブ１７ｐ３をピポットバルブとして常にＯＮ（開）状態にすることにより、第二冷却区間の空冷時間を目標値に保つためには、圧延材の搬送速度の変化等による第二冷却区間の空冷時間自体の変化も考慮して、第三冷却区間の最上流のＯＮバルブ位置を変更すればよい。

すると、第二冷却区間の空冷時間は、圧延材の搬送速度、第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｐにおけるＯＮバルブ位置、第三冷却区間の最上流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｒにおけるＯＮバルブ位置の関係によって決まる。なお、圧延材の搬送速度は、加速後一定速度となり、その後減速というのが一般的なパターンであるから、第三冷却区間の最上流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｒにおけるＯＮバルブ位置が小刻みに変わることはない。

このように、第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｐにおけるバルブ１７ｐ３を、常にＯＮ（開）状態にすることにより、各バルブ１７ｎ３がＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返すことを、最低限にとどめることができる。

従って、第２実施形態の圧延材冷却制御装置によれば、前記第１実施形態の圧延材冷却制御装置と同様に、詳細温度モデルから影響係数を求め、その影響係数に基づいて簡略冷却パターンを求め、簡略冷却パターンにしたがって詳細冷却パターンを決めるようにしたので、詳細冷却パターンを算出する際の計算負荷が少なくなり、リミット回避が容易に可能な冷却制御を行うことができ、その結果、詳細冷却パターンの実現を阻害する制約条件を容易に回避することができ、所望の詳細冷却パターンを実現して、最適に冷却制御を実行することにより、所望の材質を適確に達成することができる。

特に、第２実施形態の圧延材冷却制御装置では、水冷の第一冷却区間の最下流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｐにおけるバルブ１７ｐ３をピポットバルブとして常にＯＮにして、上流に向かってバルブをＯＮ／ＯＦＦ制御するようにしたので、各冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎにおけるバルブ１７ｎ３のＯＮ／ＯＦＦ動作（操作）が最小になるように制御することができ、水冷の第１冷却区間の最上流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７１におけるバルブ１７１３をピポットバルブとして常にＯＮにして、下流に向かってバルブをＯＮ／ＯＦＦ制御する場合と比較すると、バルブ１７ｎ３の応答遅れの悪影響を低減することができる。その結果、所望の詳細冷却パターンを維持しながら、目標値を維持するフィードバック制御を行うことが可能となり、高精度な冷却パターンの制御を実現することができ、冷却制御の精度が向上し、さらに、圧延材の強度や延性等の材質も向上させることができる。

≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態の圧延材冷却制御装置４０について説明する。

第３実施形態の圧延材冷却制御装置４０では、圧延材１１の強度や延性などの所望の材質を実現するために与えられる所望の温度、冷却速度および空冷時間等のうち、所望の温度より冷却速度の優先順位が高い場合にあっては、目標温度と測定温度の偏差のフィードバック制御として温度計近くの冷却バンクから直接注水する制御方式ではなく、目標温度と測定温度の偏差により目標温度を修正するフィードバック制御を行うようにしたものである。

つまり、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０等では、フィードバック(ＦＢ)制御部３５３によるフィードバック制御により、巻き取り温度計（ＣＴ）１４に近い冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎを使用して、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における最終的な巻取り温度を制御することを目的としているが、第３実施形態の圧延材冷却制御装置４０では、材質を確保するうえで重要な冷却速度を守るために、フィードバック制御により冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎ等にて局所的に注水しないようにしたものである。

冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎを使用して局所的に注水する理由は、操作端である冷却バンク（Ｂａｎｋ）から巻き取り温度計（ＣＴ）１４までの距離が短いほうが、むだ時間が短く、制御性能を出しやすいためである。

しかしながら、図５に示す前段冷却パターンや、図７に示す緩冷却パターンにおいては、巻き取り温度計（ＣＴ）１４の位置につながる最後の冷却区間である第二空冷区間を、比較的長い時間確保しているため、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０におけるフィードバック(ＦＢ)制御部３５３によるフィードバック制御のように、巻き取り温度計（ＣＴ）１４に近い冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎを使用して、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における最終的な巻取り温度を制御しようとすると、第二空冷区間内に、水冷区間が入ってしまう場合がある。

また、図６に示す後段冷却パターンや、図８に示す３段冷却パターンにおいても、巻き取り温度計（ＣＴ）１４につながる最後の冷却区間は空冷区間（図６では、第二空冷区間、図８では、最終空冷区間）で、その時間は短いものの、フィードバック(ＦＢ)制御部３５３によるフィードバック制御により、巻き取り温度計（ＣＴ）１４に近い冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎを使用して、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における最終的な巻取り温度を制御しようとすると、最後の水冷の冷却区間（図６では、第一冷却区間、図８では、第三冷却区間）の冷却速度を変更することになり、意図せず冷却速度が変化してしまうことがある。

圧延材の強度や延性などの所望の材質を実現するために、設定される所望の温度、冷却速度および空冷時間のうちで、温度より冷却速度の優先順位が高い場合には、フィードバック(ＦＢ)制御部３５３によるフィードバック制御により、巻き取り温度計（ＣＴ）１４近くの冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎから直接注水する制御方式は使わないほうがよい。

同様の理由により、温度より冷却速度が優先される場合には、中間温度計（ＭＴ）１５の中間温度に目標値が与えられる場合でも、中間温度計（ＭＴ）１５の測定値を、中間温度計（ＭＴ）１５の直近上流の冷却バンク（Ｂａｎｋ）の注水量を、フィードバック制御により直接変更しないほうが良い。

そこで、第３実施形態の圧延材冷却制御装置は、所望の材質を確保するうえで重要な冷却速度を守るために、フィードバック(ＦＢ)制御部３５３により、冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎ等にて局所的に注水して、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における目標値を達成するのではなく、内部温度目標値を修正することにより巻き取り温度計（ＣＴ）１４における目標値を達成するようにしたものである。

図１５は、第３実施形態の圧延材冷却制御装置４０の構成例を示す図である。

図１５において、第３実施形態の圧延材冷却制御装置４０は、図３に示す第３実施形態の圧延材冷却制御装置３０の構成からフィードバック(ＦＢ)制御部３５３の機能を省略し、冷却制御部４５の冷却バンク制御部４５２等が、次の図１６に示すように巻き取り温度計（ＣＴ）１４や中間温度計（ＭＴ）１５等が測定した巻き取り温度や中間温度等に基づいて、内部温度目標値を修正するフィーバック温度制御を変更したものである。なお、冷却バンク制御部４５２に内部温度目標値を修正するフィーバック温度制御機能を追加するのではなく、独立してフィーバック温度制御部を設けるようにしても勿論よい。

図１６は、第３実施形態の圧延材冷却制御装置４０における内部温度目標値を修正するフィードバック制御の一例を示す説明図である。

図１６は、説明の便宜上、図１と同様に、１つの中間温度計（ＭＴ）１５が、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上に設置されている場合を例とする。搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上には、開始点に仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３、終了点に巻き取り温度計（ＣＴ）１４が設置されているものとする。

ここで、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３から中間温度計（ＭＴ）１５までを前半冷却単位とし、中間温度計（ＭＴ）から巻き取り温度計（ＣＴ）１４までを後半冷却単位とする。

第３実施形態の冷却バンク制御部４５２は、前半冷却単位では、中間温度計（ＭＴ）１５の中間温度目標値と、中間温度計（ＭＴ）１５における中間温度測定値との偏差を、中間温度計（ＭＴ）１５の中間温度内部目標値に加算して修正し、中間温度計（ＭＴ）１５における中間温度測定値が修正された中間温度内部目標値を達成するように、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３と中間温度計（ＭＴ）１５との間の冷却バンク（Ｂａｎｋ）を制御する。

つまり、第３実施形態の冷却バンク制御部４５２は、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３と中間温度計（ＭＴ）１５との間における水冷区間の時間を変更することにより、設定された冷却速度を変えないようにする。

これに対し、後半冷却単位では、第３実施形態の冷却バンク制御部４５２は、巻き取り温度計（ＣＴ）１４の巻き取り温度目標値と、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における巻き取り温度測定値との偏差を、巻き取り温度内部目標値に加算して修正し、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における巻き取り温度測定値が修正された巻き取り温度目標値を達成するように、中間温度計（ＭＴ）１５と巻き取り温度計（ＣＴ）１４との間の冷却バンク（Ｂａｎｋ）を制御する。

つまり、第３実施形態の冷却バンク制御部４５２は、中間温度計（ＭＴ）１５と巻き取り温度計（ＣＴ）１４との間における水冷区間の時間を変更することにより、設定された冷却速度を変えないようにする。

なお、第３実施形態の冷却バンク制御部４５２は、前半冷却単位および後半冷却単位において、中間温度計（ＭＴ）１５または巻き取り温度計（ＣＴ）１４が、それぞれ修正された中間温度内部目標値または巻き取り温度測定値を達成するように、以上のような制御を、所定時間毎に、複数回実行するようにしても良い。

第３実施形態の冷却バンク制御部４５２は、以上のような制御を、所定時間毎に、複数回実行した場合の巻き取り温度計（ＣＴ）１４における巻き取り温度測定値を、数式により表わすと、次の式１４に示すよう表わすことができる。なお、中間温度の場合も、同様に表わすことができる。

である。

なお、中間温度の場合も、同様に表わすことができる。また、中間温度計（ＭＴ）１５が複数個ある場合は、その数を最大数として、すなわち温度計の間毎に冷却単位を分割して、上記と同様に制御すればよい。

従って、第３実施形態の圧延材冷却制御装置４０によれば、第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０等と同様に、詳細温度モデルから影響係数を求め、その影響係数に基づいて簡略冷却パターンを求め、簡略冷却パターンにしたがって詳細冷却パターンを決めるようにしたので、詳細冷却パターンを算出する際の計算負荷が少なくなり、リミット回避が容易に可能な冷却制御を行うことができ、その結果、詳細冷却パターンの実現を阻害する制約条件を容易に回避することができ、所望の詳細冷却パターンを実現して、最適に冷却制御を実行することにより、所望の材質を適確に達成することができる。

特に、第３実施形態の圧延材冷却制御装置では、所望の材質を確保するうえで重要な冷却速度を守るために、フィードバック(ＦＢ)制御部３５３により、巻き取り温度計（ＣＴ）１４に近い冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７Ｎ−１，１７Ｎ等にて局所的に注水して、巻き取り温度計（ＣＴ）１４における目標値を達成するのではなく、第３実施形態の冷却バンク制御部４５２により、温度計の目標値と、その温度計における度測定値との偏差を、その温度計の温度内部目標値に加算して修正し、その温度計における温度測定値が修正された温度内部目標値を達成するように、その温度計までの冷却バンク（Ｂａｎｋ）を制御するようにしたので、空冷区間内に水冷区間が入ってしまったり、さらには、意図せず冷却速度が変化してしまうことを防止することができ、圧延材の強度や延性などの所望の材質を実現するために、設定される所望の温度、冷却速度および空冷時間のうちで、温度より冷却速度の優先順位が高い場合でも、冷却速度を優先して維持することができる。

なお、前記第１〜第３実施形態の圧延材冷却制御装置３０，４０は、熱間薄板圧延ラインに適用して説明したが、本発明はこれに限定されず、同様の冷却バンクを有する他の態様の熱間薄板圧延ラインや、厚板圧延ラインや、冷間圧延ライン等の圧延プラント、でも同様に適用することができる。

また、前記第１〜第３実施形態では、本発明に係る圧延材冷却制御装置の構成例を、図３に示すようにハードウエア的に説明したが、本発明では、これに限らず、本発明に係る圧延材冷却制御装置および圧延材冷却制御方法を、ＣＰＵと、前記実施形態と同様の動作を実行させる圧延材冷却制御プログラムを記憶した記憶部等を設けて、コンピュータ装置や、制御装置により、ソフトウエア的に実行するように構成しても勿論よい。

また、前記第１〜第３実施形態は、あくまで、本発明の一例である実施形態であり、各種パラメータや各種数値等も一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で修正等可能であり、これらに限定されるものでない。

産業上の利用の可能性

以上のように、本発明に係る圧延材冷却制御装置、圧延材冷却制御方法、圧延材冷却制御プログラムは、所定の冷却区間における圧延材の温度変化を、パラメータを用い数式により記述した詳細温度モデルに基づいて、パラメータの制御に必要な影響係数を算出し、その影響係数に基づいて、圧延材の所望の材質（強度や延性等）を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出し、算出した簡略冷却パターンと、詳細温度モデルとに基づいて所定の冷却区間における圧延材の詳細冷却パターンを算出して、算出した詳細冷却パターンに基づいて圧延材の冷却を制御するようにしたので、圧延材の詳細温度モデルから直接、詳細冷却パターンを求める場合と比較して、詳細温度モデルから詳細冷却パターンを求める際の計算負荷が小さくなり、最適に冷却制御を実行して、高級鋼板等の製造に必要な材質を効率良く制御することができる、という効果を有し、熱間薄板圧延ラインや、厚板圧延ラインや、冷間圧延ライン等における圧延材冷却制御装置、圧延材冷却制御方法、圧延材冷却制御プログラムが対象になり、これらの圧延材冷却制御装置、圧延材冷却制御方法、圧延材冷却制御プログラムに対し産業上の利用の可能性が高い。

２０…仕上圧延機設定計算装置
３０，４０…圧延材冷却制御装置
３１…詳細温度モデル記憶部
３２…影響係数算出部
３３…簡略冷却パターン算出部
３４…詳細冷却パターン算出部
３５，４５…冷却制御部
３５１…圧延材トラッキング部
３５２，４５２…冷却バンク制御部
３５３…フィードバック（ＦＢ）制御部

図１に示すように、圧延機最終スタンド１２を出た圧延材１１は、仕上出側温度計（ＦＤＴ）１３により温度を測定され、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０上に設置されたｎ（ｎ＝１〜Ｎ。Ｎは通常７〜２５である。）個の冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７ｎ、すなわち冷却バンク（Ｂａｎｋ）１７１，１７２，・・・１７Ｎで冷却水が噴射され、圧延材１１が冷却される。その後、巻き取り温度計（ＣＴ）１４で温度が測定され、巻き取り機１６で巻き取られる。一般に、搬送テーブル（ＲＯＴ）１０は、多数のロール１８を並べて回転させ、圧延材１１を搬送している。

つまり、圧延材１１におけるノード番号ｉの温度変化△Ｔ _i の詳細温度モデルは、例えば、以下の式１のように表わすことができる。

はノードｉからノード（ｉ＋１）への熱伝導、Ｑ _transf は相変態による熱流のパラメータである。また、“−”がつくものは熱が奪われ、 “＋”は熱が発生することを示している。

また、図８に示す３段冷却パタ−ン場合、５つの重要なパラメータがある。図８に示す３段冷却パタ−ンにおける５つの重要なパラメータとは、第一冷却区間の終端温度Ｔ₁および冷却速度Ｓ₁、第二冷却区間の時間ｔ₂、第三冷却区間の冷却速度Ｓ₃、巻き取り温度Ｔ_Ｃである。これら５つのパラメータの優先順位は、製造する鋼板の材質によって決められる。

図９では、図８における初期空冷区間ｔ₀、第一冷却区間ｔ_１、第二冷却区間ｔ_２、第三冷却区間ｔ_３、最終冷却（空冷）区間ｔ_４は、それぞれ０〜１秒、１〜２．５秒、２．５秒〜６．４秒、６．４秒〜８．３秒、８．３秒〜１１．７秒の区間に相当する。

これに対し、詳細冷却パターン算出部３４が、簡略冷却パターン算出部３３で計算した簡略冷却パターンを初期値として使う場合、簡略冷却パターンの全てパラメータ（変数）が予め設定しておいた当該圧延材で想定される最低速度と、最高速度にてそれぞれの上下限範囲内に入るか否かを確認し、もし逸脱していれば、それぞれの上下限範囲内に入るように優先順位の低いパラメータから修正計算を繰り返し行う。この場合、詳細冷却パターン算出部３４の計算負荷は、簡略冷却パターン算出部３３により計算された簡略冷却パターンを目標値として使う場合より増えるが、初期値が適性に決められていることにより、計算回数が減ることは明らかであり、また、より正確な詳細冷却パターンを実現できる。ここで、詳細冷却パターン算出部３４は、簡略冷却パターンの全てパラメータ（変数）が予め設定しておいた当該圧延材で想定される最低速度と、最高速度にてそれぞれの上下限範囲内に入るか否かではなく、それぞれの所望の値を達成できるか否かにより判断するようにしても良い。

ここで、簡略冷却パターン算出部３３は、圧延材１１の搬送速度が最低速度と、最高速度の２通りで、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンの全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内にないと判断した場合（Ｓ１１３０“Ｎｏ”）、優先順位の低いパラメータからその上下限範囲内で修正し（Ｓ１１４０）、再度、ステップＳ１１２０の処理に戻る。

次に、詳細冷却パターン算出部３４は、圧延材１１の搬送速度が最低速度と、最高速度の２通りで、簡略冷却パターン算出部３３によって算出された簡略冷却パターンの全てのパラメータがそれぞれのパラメータの制約条件である上下限範囲内であるか否かを判断し（Ｓ１２４０）、パラメータの制約条件である上下限範囲内にないと判断した（Ｓ１２４０“Ｎｏ”）、優先順位の低いパラメータからその範囲内で修正し（Ｓ１２５０）、ステップＳ１３１０の処理に戻る。

そして、詳細冷却パターン算出部３４は、当該切り板が最後の切り板であるか否かを判断し（Ｓ１２８０）、当該切り板が最後の切り板である場合には（Ｓ１２８０“Ｙｅｓ”）、この処理を終了する一方、当該切り板が最後の切り板でないと判断した場合には（Ｓ１２８０“Ｎｏ”）、次の切り板の番号に更新して（Ｓ１２９０）、ステップＳ１３１０の処理に戻る。

図１５において、第３実施形態の圧延材冷却制御装置４０は、図３に示す第１実施形態の圧延材冷却制御装置３０の構成からフィードバック(ＦＢ)制御部３５３の機能を省略し、冷却制御部４５の冷却バンク制御部４５２等が、次の図１６に示すように巻き取り温度計（ＣＴ）１４や中間温度計（ＭＴ）１５等が測定した巻き取り温度や中間温度等に基づいて、内部温度目標値を修正するフィーバック温度制御を変更したものである。なお、冷却バンク制御部４５２に内部温度目標値を修正するフィーバック温度制御機能を追加するのではなく、独立してフィーバック温度制御部を設けるようにしても勿論よい。

なお、第３実施形態の冷却バンク制御部４５２は、前半冷却単位および後半冷却単位において、中間温度計（ＭＴ）１５または巻き取り温度計（ＣＴ）１４が、それぞれ修正された中間温度内部目標値または巻き取り温度目標値を達成するように、以上のような制御を、所定時間毎に、複数回実行するようにしても良い。

Claims (8)

1. 所定の冷却区間における圧延材の温度変化を、パラメータを用い数式により記述した詳細温度モデルを記憶した詳細温度モデル記憶部と、
   前記詳細温度モデル記憶部に記憶された前記詳細温度モデルに基づいて、前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出する影響係数算出部と、
   前記影響係数算出部によって算出された前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出する簡略冷却パターン算出部と、
   前記簡略冷却パターン算出部によって算出された前記簡略冷却パターンと、前記詳細温度モデル記憶部に記憶された前記詳細温度モデルとに基づいて、前記所定の冷却区間における前記圧延材の詳細冷却パターンを算出する詳細冷却パターン算出部と、
   前記詳細冷却パターン算出部によって算出された前記詳細冷却パターンに基づいて、前記圧延材の冷却を制御する冷却制御部と、
   を有することを特徴とする圧延材冷却制御装置。
2. 請求項１記載の圧延材冷却制御装置において、
   前記簡略冷却パターン算出部は、
   前記圧延材の冷却速度を、直線または多項式または指数関数または対数の代数の数式により近似することにより、前記所定の冷却区間における当該圧延材の温度変化を幾何学的に近似して、前記所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出する、
   ことを特徴とする圧延材冷却制御装置。
3. 請求項１または請求項２記載の圧延材冷却制御装置において、
   前記簡略冷却パターン算出部は、
   前記影響係数算出部によって算出された前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンに許される最低速度および最高速度で前記簡略冷却パターンを算出して、算出した前記簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内であるか否かを判断し、
   算出した前記簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が各パラメータの上下限範囲内にない場合は、算出した前記簡略冷却パターンにおける各パラメータの優先順位に従って、優先順位の低いパラメータから修正し、算出した前記簡略冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内になるように簡略冷却パターンを算出する、
   ことを特徴とする圧延材冷却制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一の請求項に記載の圧延材冷却制御装置において、
   前記詳細冷却パターン算出部は、
   前記簡略冷却パターン算出部によって算出された前記簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を、前記詳細冷却パターン算出のための目標値とするか、あるいは前記詳細冷却パターン算出のための初期値として、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンに許される最低速度および最高速度で前記詳細冷却パターンを算出し、
   前記簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を前記目標値とする場合には、その算出した前記詳細冷却パターンを出力する一方、
   前記簡略冷却パターンにおけるパラメータの値を前記初期値とする場合には、その算出した前記詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内であるか否かを判断し、算出した前記詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が各パラメータの上下限範囲内にない場合、算出した前記詳細冷却パターンにおける各パラメータの優先順位に従って、優先順位の低いパラメータから修正し、算出した前記詳細冷却パターンにおける各パラメータの値が、各パラメータの上下限範囲内になるように前記詳細冷却パターンを算出する、
   ことを特徴とする圧延材冷却制御装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか一の請求項に記載の圧延材冷却制御装置において、
   前記冷却制御部は、
   前記圧延材の詳細冷却パターンとして、水冷の第一冷却区間、空冷の第二冷却区間、水冷の第三冷却区間の３段階を経る３段冷却パターンを行う場合、前記第一冷却区間の下流端のバルブを常にオンすることにより、前記第二冷却区間としての空冷時間を確保し、前記第三冷却区間の上流端でオンするバルブの位置のみを修正する、
   ことを特徴とする圧延材冷却制御装置。
6. 請求項１〜請求項３のいずれか一の請求項に記載の圧延材冷却制御装置において、
   前記冷却制御部は、
   前記圧延材の所望の材質を実現するために与えられる所望の温度より所望の冷却速度の方が優先順位が高い場合、目標温度と測定温度との偏差をフィードバックし前記目標温度に加算して内部温度目標値とし、その内部温度目標値を達成するように、前記圧延材の冷却を制御する、
   ことを特徴とする圧延材冷却制御装置。
7. 圧延材を冷却する所定の冷却区間における当該圧延材の温度変化を、数式により記述した詳細温度モデルに基づいて、前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出するステップと、
   算出された前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出するステップと、
   算出された前記簡略冷却パターンと、前記詳細温度モデルとに基づいて、前記所定の冷却区間における前記圧延材の詳細冷却パターンを算出するステップと、
   算出された前記詳細冷却パターンに基づいて、前記圧延材の冷却を制御するステップと、
   を有する圧延材の圧延材冷却制御方法。
8. コンピュータに、
   圧延材を冷却する所定の冷却区間における当該圧延材の温度変化を、数式により記述した詳細温度モデルに基づいて、前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出するステップと、
   算出された前記影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出するステップと、
   算出された前記簡略冷却パターンと、前記詳細温度モデルとに基づいて、前記所定の冷却区間における前記圧延材の詳細冷却パターンを算出するステップと、
   算出された前記詳細冷却パターンに基づいて、前記圧延材の冷却を制御するステップと、
   を実行させるための圧延材の圧延材冷却制御プログラム。