KR101614640B1 - 온도 제어 장치 - Google Patents

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히로유키 이마나리
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

권취 온도 제어 장치(14)는, 온도 모델(15), 재료 온도 예측부(16), 연산부(20), 모델 보정부(21)를 구비한다. 온도 모델(15)은, 수냉 대류 모델과, 수냉 대류 모델에 대한 제1 보정항과, 방사 모델과, 방사 모델에 대한 제2 보정항과, 공냉 대류 모델을 갖는다. 연산부(20)는, 제1 보정항의 값 및 제2 보정항의 값을 각각 바꾸어서, 복수의 실적 재계산치를 계산한다. 모델 보정부(21)는, 연산부(20)에 의해 계산된 실적 재계산치와 압연재(1)에 대한 온도 제어가 실제로 행하여지고 있던 때의 권취 온도계(8)에 의한 측정치에 의거하여, 제1 보정항 및 제2 보정항을 보정한다.

Description

온도 제어 장치{TEMPERATURE CONTROL DEVICE}
본 발명은, 열간 압연 라인에서 사용되는 온도 제어 장치에 관한 것이다.
열간 박판 압연이나 열간 후판 압연에서는, 압연재(금속재료)에 냉각수를 주수(注水)하여, 압연재를 소망하는 온도로 한다. 이와 같은 온도 제어는, 압연재로서, 소망하는 재질(예를 들면, 강도나 연성)을 얻기 위해 필요 불가결한 제어이다. 또한, 압연재를 소망하는 온도로 하기 위해, 냉각 경로를 제어하는 경우도 있다.
예를 들면, 열간 박판 압연 라인에는, 가열로, 조압연기, 사상압연기, 런아웃 테이블(ROT: Run Out Table), 권취기라는 설비가 구비된다.
열간 박판 압연 라인에서 압연재(금속재료)의 온도 제어에서는, 사상압연기의 출측의 온도(FDT: Finisher Delivery Temperature)의 목표치가 주어진다. 그리고, 압연재의 FDT를 그 목표치로 하기 위한 제어, 즉, 사상 출측 온도 제어(FDTC : FDT Control)가 행하여진다. FDTC는, 예를 들면, 압연 속도를 적절하게 제어함에 의해 행하여진다. 또한, FDTC를 행하기 위한 장치로서, 사상압연기의 압연기 스탠드 사이에, 스탠드 사이 냉각 장치(ISC : Inter Stand Coolant)가 구비된다.
사상압연기를 나온 압연재에 대해서는, 주수(注水)를 행함에 의해 권취기의 입측의 온도(CT: Coiling Temperature)를 제어하는 권취 온도 제어(CTC : CT Control)가 행하여진다. CTC를 행하기 위한 장치로서, 사상압연기와 권취기와의 사이에 마련된 ROT에, 주수 장치가 구비된다.
도 7은, 열간 박판 압연 라인의 주요부를 도시하는 구성도이다.
도 7에서, 1은 금속재료로 이루어지는 압연재, 2는 사상압연기에 구비된 압연기 스탠드이다. 압연재(1)는, 압연기 스탠드(2)에서 압연된 후, ROT의 롤(3)에 실린다. ROT에는, 다수의 롤(3)이 구비된다. ROT는, 롤(3)을 회전시킴에 의해, 압연재(1)를 반송한다. 그리고, 롤(3)에 의해 반송된 압연재(1)는, 최종적으로 권취기(4)에 권취되어, 본 라인에서의 제품이 된다.
ROT에, 주수 장치(5 및 6)가 구비된다. 주수 장치(5)는, 롤(3)의 상방에 마련된다. 주수 장치(5)는, 압연재(1)에 대해 상방에서 주수한다. 주수 장치(6)는, 롤(3)의 하방에 마련된다. 주수 장치(6)는, 압연재(1)에 대해 하방에서 주수한다. 압연재(1)는, ROT상에서는, 피냉각체가 된다.
7은 사상 출측 온도계(FDT 측정기), 8은 권취 온도계(CT 측정기)이다. 사상 출측 온도계(7)는, 압연기 스탠드(2)의 출측(ROT의 입측)에 마련된다. 사상 출측 온도계(7)는, 압연기 스탠드(2)를 나온 직후의 압연재(1)의 온도를 측정한다. 권취 온도계(8)는, 권취기(4)의 입측(ROT의 출측)에 마련된다. 권취 온도계(8)는, 권취기(4)에 의해 권취되기 직전의 압연재(1)의 온도를 측정한다. ROT상(즉, 사상 출측 온도계(7)와 권취 온도계(8)와의 사이)에, 다른 온도계를, 하나 또는 복수 마련하여도 좋다.
CTC는, 사상 출측 온도계(7)에 의해 측정된 압연재(1)의 온도(측정치)와 권취 온도계(8)에 의해 측정된 압연재(1)의 온도(측정치)를 이용하여 행하여진다.
또한, 사상 출측 온도계(7)에 의한 측정치와 권취 온도계(8)에 의한 측정치를 이용하여, 압연재(1)의 온도의 예측치를 산출하기 위한 모델(온도 모델)의 학습(學習)이 행하여진다.
도 8은, 열간 박판 압연 라인에서 생기는 열의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
열간 박판 압연 라인은, 온도 모델의 관점에서, 반송 테이블, 압연기, 수냉 장치의 3종류의 설비로 나눌 수 있다.
반송 테이블은, 압연재(1)를 반송하기 위한 설비이다. 반송 테이블은, 롤을 회전시킴에 의해 압연재(1)를 반송한다. 반송 테이블은, 예를 들면, 가열로의 출측이나, 조압연기와 사상압연기의 사이, 사상압연기의 압연 스탠드(2) 사이에 마련된다. ROT의 롤(3)도, 반송 테이블을 구성한다. 도 8의 부호 9는, 반송 테이블을 구성하는 롤(롤(3)도 포함한다)을 나타내고 있다.
압연기는, 압연재(1)를 압연하기 위한 설비이다. 압연기는, 예를 들면, 조압연기의 압연 스탠드나, 사상압연기의 압연 스탠드(2)로 이루어진다. 압연기에는, 압연재(1)를 압연하기 위한 압연 롤(10)이 구비된다.
수냉 장치는, 압연재(1)에 주수하여, 압연재(1)를 냉각하기 위한 설비이다. 수냉 장치는, 예를 들면, 스탠드 사이 냉각 장치나 주수 장치(5 및 6)가 된다.
열의 이동에는, 「열전달」 및 「열전도」가 있다. 열전달은, 재료(압연재(1))와 외부 환경(예를 들면, 공기, 물)과의 사이에서 발생한 열의 이동을 나타낸다. 한편, 열전도는, 재료(압연재(1))의 내부에서 발생하는 열의 이동을 나타낸다. 즉, 압연재(1)에서는, 표면(윗면, 하면)이 공기나 물에 접촉함에 의해, 열전달에 의해 열이 빼앗겨서, 표면의 온도가 강하한다. 압연재(1)의 표면 부분의 온도가 강하하면, 압연재(1)의 내부에서 열전도가 발생하고, 온도가 높은 내부 부분부터, 온도가 낮아진 표면 부분으로 열이 이동한다.
열전도는, 압연재(1)의 내부에서 생기는 현상이고, 열간 박판 압연 라인의 어느 설비에서도 발생한다. 이 때문에, 이하에서는, 열전도에 관한 상세한 설명은 생략한다.
반송 테이블에서의 열전달에 관해서는, 재료(압연재(1))에 대한 공냉 효과만을 생각하면 좋다. 공냉 효과에는, 방사(放射)에 의한 온도 강하와, 대류에 의한 온도 강하가 있다.
압연기에서의 열전달에는, 압연재(1)로부터 압연 롤(10)로의 열빼내기(拔熱)와, 압연재(1)와 압연 롤(10)과의 마찰에 의한 발열(發熱)이 있다. 압연기에 관해서는, 열전달은 아니다만, 압연재(1)가 가공될 때에 발생하는 열에 관해서도 고려할 필요가 있다.
수냉 장치에서의 열전달에 관해서는, 재료(압연재(1))에 대한 공냉(空冷) 효과와 수냉 효과를 생각한다. 수냉 효과에는, 방사에 의한 온도 강하와, 대류에 의한 온도 강하가 있다. 수냉 대류란, 압연재(1)에 공급된 냉각수에, 압연재(1)의 열이 빼앗기는 대류인 것이다. 공냉 효과에는, 상술한 바와 같이, 방사에 의한 온도 강하와, 대류에 의한 온도 강하가 있다. 압연재(1)가 물로 덮여 있는 부분에서는, 수냉 대류와 방사가 생기지만, 공냉 대류는 생기지 않는다. 압연재(1)가 물로 덮여지지 않은 부분에서는, 공냉 대류와 방사가 생기지만, 수냉 대류는 생기지 않는다.
또한, 주수가 행하여지지 않은 수냉 장치에 관해서는, 반송 테이블과 같이 생각할 수 있다.
열간 박판 압연 라인에서는, 압연재(1)의 온도가 800도 이상이면, 그 조직(강재의 조직)은 오스테나이트이다. 압연재(1)가 냉각되어, 압연재(1)의 온도가 내려감에 따라, 조직이 페라이트로 변태(變態)한다. 조직이 페라이트로 변태할 때에 잠열(潛熱)이 방출되고, 압연재(1)의 온도가 올라간다. 이 열에 관한 것을 변태발열이라고 한다. 수냉 장치에 관해서는, 이 변태발열에 관해서도 고려할 필요가 있다.
압연재(1)의 온도의 예측치를 산출하기 위해, 온도 모델을 수식으로 표시하는 것이 일반적으로 행하여진다. 수식에는, 여러가지의 파라미터가 포함된다. 이 파라미터, 즉, 압연재(1)의 온도의 예측치를 산출할 때에 필요하게 되는 파라미터에는, 예를 들면, 압연재(1)의 열전달률, 비열, 밀도가 있다. 또한, 수냉시나 공냉시의 열전달 계수, 그 밖의 열물성치도, 상기 파라미터에 포함된다.
상기 파라미터의 수치는, 문헌에 공개되어 있다. 그러나, 문헌에 공개되어 있는 수치는, 실험실에서 재료를 정지시킨 상태에서 측정한 값이다. 열간 박판 압연 라인에서는, 압연재(1)(재료)가 고속으로 이동한다. 이와 같은 환경의 차이로부터, 문헌에 공개되어 있는 수치를, 상기 수식의 파라미터(온도 모델)에 입력하여도, 압연재(1)의 온도를 정확하게 예측할 수가 없다. 열간 박판 압연 라인에서는, 온도 모델의 학습을 행하여, 측정에 의해 얻어진 온도(실적치)에 맞는 보정치를 찾는 것이 중요해진다.
특허 문헌 1 내지 3에, 온도 모델에 관한 종래 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1에 기재된 장치에서는, 온도 모델에, 실제의 제어에서 사용되는 값을 입력하고 있다. 그리고, 온도 모델에 의해 계산된 권취 온도의 계산치를, 권취 온도의 측정치와 비교하여, 온도 모델의 학습을 행하고 있다.
특허 문헌 2에 기재된 장치에서는, 공냉에 의한 온도 강하량을, 온도 모델을 사용하여 계산하고 있다. 또한, 수냉에 의한 온도 강하량은, 전체의 온도 강하량으로부터 공냉에 의한 온도 강하량을 감산함에 의해 산출하고 있다. 특허 문헌 2에 기재된 장치에서는, 온도 모델의 학습을 행하지 않는다.
특허 문헌 3에 기재된 장치에서는, 공냉에 의한 온도 강하량을, 온도 모델을 사용하여 계산하고 있다. 또한, 수냉에 의한 온도 강하량은, 전체의 온도 강하량으로부터 공냉에 의한 온도 강하량을 감산함에 의해 산출하고 있다. 특허 문헌 3에 기재된 장치에서는, 온도 모델의 학습을 행할 때에, 공냉에 의한 효과와 수냉에 의한 효과를 분리하지 않는다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2003-39109호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개평9-85328호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개2007-301603호 공보
도 9는, 온도 모델의 학습 방법을 설명하기 위한 도면이다. 특허 문헌 1에 기재된 학습 방법은, 도 9에 도시하는 학습 방법과 기본적으로 같다.
도 9에서, 11은 실(實)플랜트, 12는 제어 장치이다. 실플랜트(11)에는, 반송 테이블, 압연기, 수냉 장치라는 설비가 포함된다. 실플랜트(11)는, 제어 장치(12)에 의해 제어된다.
제어 장치(12)는, 실플랜트(11)에 제어 출력을 주어, 실플랜트(11)에 각종 동작을 행하게 한다. 또한, 제어 장치(12)는, 실플랜트(11)로부터 플랜트 출력을 수취한다. 제어 장치(12)는, 실플랜트(11)로부터 수취한 플랜트 출력에 의거하여, 제어 연산을 행한다. 제어 장치(12)는, 제어 연산의 결과에 의거하여 실플랜트(11)에 제어 출력을 주고, 압연재(1)의 권취 온도가 소망하는 값이 되도록, 실플랜트(11)의 동작을 보정한다. 압연재(1)가 압연되고 있는 때에, 권취 온도계(8)에 의해 압연재(1)의 권취 온도가 측정된다.
제어 장치(12)로부터의 제어 출력 및 실플랜트(11)로부터의 플랜트 출력은, 소정의 기억 장치(도시 생략)에 기억된다. 실플랜트(11)에 대한 제어가 완료되면, 상기 기억 장치에 기억된 제어 출력과 플랜트 출력이, 온도 모델(13)에 입력된다. 이와 같이 하여 제어 완료 후에 온도 모델(13)에 의해 계산된 값을, 권취 온도의 실적 재계산치(再計算値)라고 부른다. 권취 온도의 측정치와 실적 재계산치를 비교함에 의해, 온도 모델이 갖는 전체적인 불확실함을 판정할 수 있다.
상기 실적 재계산치의 사고방식은, 최하류의 권취 온도뿐만 아니라, 라인상의 다른 위치의 온도에도 적용할 수 있다. 예를 들면, ROT상에 온도계가 마련되어 있는 경우는, 그 위치에서의 압연재(1)의 온도의 측정치를, 그 위치에서의 압연재(1)의 온도의 실적 재계산치와 비교하면 좋다.
CTC에서는, 주수 장치(5 및 6)로부터 주수를 행하여, 압연재(1)의 온도를 제어한다. 상술한 바와 같이, 수냉 장치에서의 열전달은, 압연재(1)에 대한 공냉 효과와 수냉 효과를 생각할 필요가 있다. CTC를 행하기 위해, ROT의 입측에 사상 출측 온도계(7)가, ROT의 출측에 권취 온도계(8)가 구비된다. 그러나, 각 온도계(7 및 8)의 측정치로부터는, 온도의 강하량을, 공냉에 의한 강하분과 수냉에 의한 강하분으로 나누어서 생각할 수는 없다.
일반적으로, 재료에 대한 수냉 효과는, 공냉 효과보다도 크다. 그러나, 열간 박판 압연 라인에서는, ROT의 길이가 100m 정도가 되는 일이 있어서, 압연재(1)에 대한 공냉 효과를 무시할 수거 없다. 예를 들면, 주수 장치(5 및 6)로부터의 주수량이 적은 경우, ROT의 수냉이 행하여지는 부분의 길이는, 수m로부터 10m 정도밖에 없다. ROT의 나머지 부분에서는, 공냉이 행하여진다. 공냉에 의한 온도 강하량을 고려하지 않는다면, 온도 모델의 학습을 행하여도 학습 정밀도를 높일 수가 없고, 결과적으로, CTC 전체의 정밀도가 저하된다는 문제가 있다.
또한, 상기 설명은, 열간 박판 압연 라인에 관해 행하였지만, 권취기를 구비하지 않는 열간 후판 압연 라인에 관해서도, 마찬가지로 생각할 수 있다. 즉, 열간 후판 압연 라인에서도, 상기한 바와 같은 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 열간 압연 라인에서, 온도 모델의 학습을 정밀도 좋게 행할 수 있는 온도 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 온도 제어 장치는, 금속재료를 압연하기 위한 압연기와, 압연기에 의해 압연된 금속재료를 하류측으로 반송하는 반송 테이블과, 반송 테이블의 입측에서, 금속재료의 온도를 측정하는 제1 온도계와, 제1 온도계의 측정 위치보다도 하류측에서, 금속재료의 온도를 측정하는 제2 온도계와, 반송 테이블에 의해 반송되고 있는 금속재료를 냉각하기 위해, 금속재료에 주수하는 주수 장치를 구비한 열간 압연 라인에서 사용되는 온도 제어 장치로서, 금속재료의 온도를 계산하기 위한 온도 모델과, 온도 모델을 사용하여, 금속재료의 온도를 예측하는 재료 온도 예측부와, 열간 압연 라인에서 금속재료에 대한 온도 제어가 완료된 후, 그 금속 재료에 대한 온도 제어에서 실제로 사용된 실적치를 온도 모델에 입력하고, 제2 온도계의 측정 위치에서의, 금속재료의 온도의 실적 재계산치를 계산하는 연산부와, 온도 모델을 보정하는 모델 보정부를 구비하고, 온도 모델은, 수냉 대류 모델과, 수냉 대류 모델에 대한 제1 보정항과, 방사 모델과, 방사 모델에 대한 제2 보정항과, 공냉 대류 모델을 가지며, 연산부는, 제1 보정항의 값 및 제2 보정항의 값을 각각 바꾸어서, 복수의 실적 재계산치를 계산하고, 모델 보정부는, 연산부에 의해 계산된 실적 재계산치와 금속재료에 대한 온도 제어가 실제로 행하여지고 있던 때의 제2 온도계에 의한 측정치에 의거하여, 제1 보정항 및 제2 보정항을 보정하는 것이다.
본 발명에 관한 온도 제어 장치라면, 열간 압연 라인에서, 온도 모델의 학습을 정밀도 좋게 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 온도 제어 장치를 도시하는 구성도.
도 2는 도 1에 도시하는 권취 온도 제어 장치의 기능을 설명하기 위한 도면.
도 3은 압연재의 판두께 방향의 온도 계산을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1에 도시하는 연산부 및 모델 보정부의 각 기능을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에서의 온도 제어 장치의 동작을 도시하는 플로 차트.
도 6은 각 세그먼트의 온도의 측정치와 실적 재계산치와의 한 예를 도시하는 도면.
도 7은 간 박판 압연 라인의 주요부를 도시하는 구성도.
도 8은 간 박판 압연 라인에서 생기는 열의 이동을 설명하기 위한 도면.
도 9는 온도 모델의 학습 방법을 설명하기 위한 도면.
첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에서는, 동일 또는 상당하는 부분에, 동일한 부호를 붙이고 있다. 중복되는 설명은, 적절히 간략화 또는 생략한다.
실시의 형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 온도 제어 장치를 도시하는 구성도이다.
이하에서는, 본 온도 제어 장치를 열간 박판 압연 라인에 적용한 경우에 관해, 구체적으로 설명한다. 본 온도 제어 장치를 다른 열간 압연 라인에 적용한 경우, 예를 들면, 열간 후판 압연 라인에 적용한 경우에 관해서는, 이하의 기재에 의거하여 용이하게 실현할 수 있기 때문에, 그 설명을 생략한다.
열간 박판 압연 라인에는, 가열로, 조압연기, 사상압연기, 런아웃 테이블(ROT), 권취기라는 설비가 구비된다. 열간 박판 압연 라인에서는, 상술한 바와 같이, 사상 출측 온도 제어(FDTC)와 권취 온도 제어(CTC)가 행하여진다.
도 1에서, 1은 금속재료로 이루어지는 압연재, 2는 사상압연기에 구비된 압연기 스탠드이다. 압연재(1)는, 압연기 스탠드(2)에서 압연된 후, ROT의 롤(3)(도 1에서는 도시 생략)에 실린다. ROT에는, 다수의 롤(3)이 구비된다. ROT는, 롤(3)을 회전시킴에 의해, 압연재(1)를 반송한다. 그리고, 롤(3)에 의해 반송된 압연재(1)는, 최종적으로 권취기(4)에 권취되어, 본 라인에서의 제품이 된다.
ROT에, 주수 장치(5 및 6)가 구비된다. 주수 장치(5)는, 롤(3)의 상방에 마련된다. 주수 장치(5)는, 압연재(1)에 대해 상방에서 주수한다. 주수 장치(6)는, 롤(3)의 하방에 마련된다. 주수 장치(6)는, 압연재(1)에 대해 하방에서 주수한다. 압연재(1)는, ROT상에서는, 피냉각체가 된다.
7은 사상 출측 온도계(FDT 측정기), 8은 권취 온도계(CT 측정기)이다. 사상 출측 온도계(7)는, 압연기 스탠드(2)의 출측(ROT의 입측)에 마련된다. 사상 출측 온도계(7)는, 압연기 스탠드(2)를 나온 직후의 압연재(1)의 온도를 측정한다. 권취 온도계(8)는, 권취기(4)의 입측(ROT의 출측)에 마련된다. 권취 온도계(8)는, 권취기(4)에 의해 권취되기 직전의 압연재(1)의 온도(권취 온도 : CT)를 측정한다. ROT상(즉, 사상 출측 온도계(7)와 권취 온도계(8)와의 사이)에, 다른 온도계를, 하나 또는 복수 마련하여도 좋다.
ROT를 기준으로 하면, 사상 출측 온도계(7)를 ROT 입측 온도계로, 권취 온도계(8)를 ROT출측 온도계로 부르는 것도 가능하다. 본 실시의 형태에서는, 사상 출측 온도계(7)가 제1 온도계를 구성한다. 권취 온도계(8)가, 제1 온도계의 하류측에서 온도 측정을 행하는 제2 온도계를 구성한다.
열간 박판 압연 라인은, 온도 모델의 관점에서, 반송 테이블, 압연기, 수냉 장치의 3종류의 설비로 나눌 수 있다.
압연기는, 압연재(1)를 압연하기 위한 설비이다. 압연기는, 예를 들면, 조압연기의 압연 스탠드나, 사상압연기의 압연 스탠드(2)로 이루어진다. 압연기에는, 압연재(1)를 압연하기 위한 압연 롤(10)이 구비된다.
반송 테이블은, 압연재(1)를 반송하기 위한 설비이다. 반송 테이블은, 롤을 회전시킴에 의해 압연재(1)를 반송한다. 반송 테이블은, 예를 들면, 가열로의 출측이나, 조압연기와 사상압연기와의 사이, 사상압연기의 압연 스탠드(2) 사이에 마련된다. ROT의 롤(3)도, 반송 테이블을 구성한다. ROT는, 압연기 스탠드(2)에서 압연된 압연재(1)를 하류측으로 반송한다.
수냉 장치는, 압연재(1)에 주수하여, 압연재(1)를 냉각하기 위한 설비이다. 수냉 장치는, 예를 들면, 스탠드 사이 냉각 장치나 주수 장치(5 및 6)로 이루어진다. 주수 장치(5 및 6)는, ROT에 의해 반송되고 있는 압연재(1)를 냉각하기 위한 장치이다.
열의 이동에는, 「열전달」 및 「열전도」가 있다. 열의 이동에 대한 사고방식은, 상술한 바와 같다.
반송 테이블에서의 열전달에 관해서는, 압연재(1)에 대한 공냉 효과만을 생각하면 좋다. 공냉 효과에는, 방사에 의한 온도 강하와, 대류에 의한 온도 강하가 있다.
압연기에서의 열전달에는, 압연재(1)로부터 압연 롤(10)로의 열빼내기와, 압연재(1)와 압연 롤(10)과의 마찰에 의한 발열이 있다. 압연기에 관해서는, 열전달은 아니지만, 압연재(1)가 가공될 때에 발생하는 열에 관해서도 고려할 필요가 있다.
수냉 장치에서의 열전달에 관해서는, 압연재(1)에 대한 공냉 효과와 수냉 효과를 생각한다. 수냉 효과에는, 방사에 의한 온도 강하와, 대류에 의한 온도 강하가 있다. 공냉 효과에는, 상술한 바와 같이, 방사에 의한 온도 강하와, 대류에 의한 온도 강하가 있다. 압연재(1)가 물로 덮여 있는 부분에서는, 수냉 대류와 방사가 생기지만, 공냉 대류는 생기지 않는다. 압연재(1)가 물로 덮여지지 않은 부분에서는, 공냉 대류와 방사가 생기지만, 수냉 대류는 생기지 않는다. 또한, 수냉 장치에 관해서는, 변태발열에 관해서도 고려할 필요가 있다.
CTC는, 권취 온도 제어 장치(14)에 의해 행하여진다. 도 2는, 도 1에 도시하는 권취 온도 제어 장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 권취 온도 제어 장치(14)는, CTC를 행함에 있어서, 압연재(1)를, 복수의 세그먼트가 연속한 집합체로 간주한다. 즉, 권취 온도 제어 장치(14)는, 압연재(1)의 선단부터 미단을, 복수의 세그먼트로 분할한다. 권취 온도 제어 장치(14)는, 예를 들면, 각 세그먼트가 1m로부터 10m 정도의 고정 길이가 되도록, 압연재(1)를 분할한다.
이하에서는, 필요에 응하여, 각 세그먼트에 번호를 붙여서 표기한다. 예를 들면, 임의의 위치의 세그먼트의 번호를 j로 표기한다. 세그먼트(No. j)의 하나 선단측에 배치된 세그먼트의 번호를 j-1로 표기한다. 세그먼트(No. j-1)의 하나 선단측에 배치된 세그먼트의 번호를 j-2로 표기한다. 이하, 마찬가지로, 선단측의 각 세그먼트에 관해 번호를 붙인다. 또한, 세그먼트(No. j)의 하나 미단측에 배치된 세그먼트의 번호를 j+1로 표기한다. 세그먼트(No. j+1)의 하나 미단측에 배치된 세그먼트의 번호를 j+2로 표기한다. 이하, 마찬가지로, 미단측의 각 세그먼트에 관해 번호를 붙인다.
권취 온도 제어 장치(14)는, 세그먼트마다 열의 출입을 고려하여, 주수 장치(5 및 6)에 대한 제어를 행한다. 권취 온도 제어 장치(14)는, CTC를 행함에 있어서, 주수 장치(5 및 6)를, 복수의 수냉 뱅크로 분할한다. 즉, ROT에는, 롤(3)에 따라, 복수의 수냉 뱅크가 나열하여 배치된다.
이하에서는, 필요에 응하여, 각 수냉 뱅크에 번호를 붙여서 표기한다. 예를 들면, 임의의 위치의 수냉 뱅크의 번호를 i로 표기한다. 수냉 뱅크(No. i)의 하나 상류측(ROT의 입측)에 배치된 수냉 뱅크의 번호를 i-1로 표기한다. 수냉 뱅크(No. i-1)의 하나 상류측에 배치된 수냉 뱅크의 번호를 i-2로 표기한다. 이하, 마찬가지로, 상류측에 배치된 각 수냉 뱅크에 관해 번호를 붙인다. 또한, 수냉 뱅크(No. i)의 하나 하류측(ROT의 출측)에 배치된 수냉 뱅크의 번호를 i+1로 표기한다. 수냉 뱅크(No. i+1)의 하나 하류측에 배치된 수냉 뱅크의 번호를 i+2로 표기한다. 이하, 마찬가지로, 하류측에 배치된 각 수냉 뱅크에 관해 번호를 붙인다.
권취 온도 제어 장치(14)는, 온도 모델(15), 재료 온도 예측부(16), 주수량 결정부(17), 트래킹부(18), 밸브 제어부(19), 연산부(20), 모델 보정부(21), 모델 학습부(22)를 구비한다.
온도 모델(15)은, 압연재(1)의 온도(온도의 예측치)를 계산하기 위한 모델이다. 온도 모델(15)은, 예를 들면, 권취 온도 제어 장치(14) 내의 기억부(도시 생략)에 기억된다. 온도 모델(15)에는, 압연재(1)와 외부 환경(예를 들면, 공기, 물)과의 사이에서 생기는 열전달, 압연재(1)의 내부에서 생기는 열전도, 변태발열 효과가, 수식으로서 기술된다. 온도 모델(15)의 상세에 관해서는, 후술한다.
재료 온도 예측부(16)는, 온도 모델(15)을 사용하여, 압연재(1)의 온도를 예측하는 기능을 갖는다. 재료 온도 예측부(16)는, 각 세그먼트에 온도 모델(15)을 적용함에 의해, 각 세그먼트의 온도를 예측한다. 예를 들면, 재료 온도 예측부(16)는, 세그먼트(No. j)에 온도 모델(15)을 적용함에 의해, 세그먼트(No. j)의 온도의 예측치를 계산한다.
주수량 결정부(17)는, 주수 장치(5 및 6)로부터 주수하는 물의 양을 결정하는 기능을 갖는다. 주수량 결정부(17)는, 재료 온도 예측부(16)와의 사이에서 정보의 교환을 행하면서, 각 수냉 뱅크로부터의 주수량을 계산한다. 그리고, 주수량 결정부(17)는, 재료 온도 예측부(16)에 의해 예측된 압연재(1)의 온도에 의거하여, 각 수냉 뱅크로부터의 주수량을 결정한다.
예를 들면, 주수량 결정부(17)는, 우선, 주수량의 초기치를 재료 온도 예측부(16)에 설정한다. 재료 온도 예측부(16)는, 주수량 결정부(17)에 의해 설정된 초기치에 의거하여, 온도 모델(15)을 사용하여, 압연재(1)의 온도의 예측치를 계산한다. 재료 온도 예측부(16)에 의해 계산된 CT의 예측치가, 소망하는 범위(예를 들면, CT의 목표치(Ttar±α))로부터 벗어난 경우, 주수량 결정부(17)는, 재료 온도 예측부(16)에서 설정한 주수량을 수정한다. 재료 온도 예측부(16)는, 주수량 결정부(17)에 의해 설정된 수정치에 의거하여, 온도 모델(15)을 사용하여, 압연재(1)의 온도의 예측치를 재차 계산한다. 주수량 결정부(17) 및 재료 온도 예측부(16)는, 주수량의 설정(수정)과 예측치의 계산을 반복한다. 그리고, 주수량 결정부(17)는, 각 세그먼트의 CT의 예측치가 소망하는 범위에 들어가도록, 최종적인 주수량을 결정한다.
트래킹부(18)는, 압연재(1)의 위치를 트래킹하는 기능을 갖는다. 트래킹부(18)는, 열간 박판 압연 라인의 각 설비로부터 얻어지는 여러가지의 정보에 의거하여, 각 세그먼트의 위치를 시시각각 계산한다.
밸브 제어부(19)는, 주수 장치(5 및 6)의 밸브를 제어하는 기능을 갖는다. 밸브 제어부(19)는, 주수량 결정부(17)에 의해 결정된 주수량과, 트래킹부(18)로부터의 트래킹 정보에 의거하여 밸브를 제어하고, 주수 장치(5 및 6)로부터 적절한 주수를 행하게 한다. 또한, 트래킹 정보란, 트래킹부(18)에 의해 계산된 압연재(1)의 위치 정보인 것이다.
예를 들면, 압연기 스탠드(2)를 나온 세그먼트(No. j)는, 사상 출측 온도계(7)에 의해 온도가 측정된다. 사상 출측 온도계(7)에 의해 세그먼트(No. j)의 온도가 측정됨에 의해, 주수량 결정부(17)는, 세그먼트(No. j)에 대한 각 수냉 뱅크로부터의 주수량을 결정한다. 세그먼트(No. j)에 관한 트래킹 정보가, 트래킹부(18)로부터 밸브 제어부(19)에 입력된다. 밸브 제어부(19)는, 주수량 결정부(17)에 의해 결정된 양의 주수가 적절한 타이밍에서 행하여지도록, 각 수냉 뱅크의 밸브를 정확하게 제어한다.
연산부(20)는, 압연재(1)의 CT의 실적 재계산치를 계산하는 기능을 갖는다. 열간 박판 압연 라인에서 압연재(1)에 대한 온도 제어가 완료되면(예를 들면, 압연재(1)가 권취기(4)에 권취되면), 연산부(20)는, 압연재(1)에 대한 온도 제어에서 실제로 사용된 각종 실적치를 취득한다. 그리고, 연산부(20)는, 취득한 실적치를 온도 모델(15)에 입력함에 의해, 압연재(1)의 CT의 실적 재계산치를 계산한다. 연산부(20)의 상세에 관해서는, 후술한다.
모델 보정부(21)는, 온도 모델(15)을 보정하는 기능을 갖는다. 모델 보정부(21)는, 연산부(20)에 의해 계산된 압연재(1)의 CT의 실적 재계산치에 의거하여, 상기 보정을 행한다. 모델 보정부(21)의 상세에 관해서는, 후술한다.
다음에, 도 3 내지 도 6도 참조하여, 권취 온도 제어 장치(14)가 구비하는 기능에 관해, 상세히 설명한다
우선, 온도 모델(15)에 기술된 수식의 예에 관해 설명한다.
피냉각체는 압연재(1)이고, 체적을 갖는다. 그래서, 압연재(1)를 판두께 방향으로 미소 부분(미소 체적)으로 분할하고, k번째의 미소 부분의 온도 변화를 생각한다. k번째의 미소 부분의 온도 변화(ΔTk)는, 다음 식으로 표시된다.
[수식 1]
Figure 112014081463045-pct00001
여기서,
ρ : 피냉각체의 밀도[㎏/㎣]
Cp : 피냉각체의 비열[J/㎏/deg]
Vk : k번째의 미소 체적[㎣]
Δt : 시간 변화[s]
ΣQ : 열류의 합[W]
식1에 의한 계산은, 유한차분법에 의한 계산이라고도 말한다. 이 계산 방법에서는, 미소 부분의 열의 입출력을 계산하고, 전체의 온도 변화를 계산한다. 도 3은, 압연재의 판두께 방향의 온도 계산을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는, 압연재(1)를 판두께 방향으로 미소 부분(미소 체적)으로 분할하고, 그 미소 부분의 온도를 점으로 대표시켜서 있다. 도 3에서는, 이 점을 node라고 표기하고 있다. 즉, 점과 점의 사이에서 열전도를 생각하고, 압연재(1)의 표면(윗면·하면)에 있는 점에서는, 외계와의 열전달을 생각한다.
열류(熱流)에는, 예를 들면, 수냉 대류, 방사, 공냉 대류, 열전도에 의한 것이 있다. 열류로서는, 그들 모든 것을 고려한다. 식에서, Q 자체는, 정(正)의 값으로 한다. 피냉각체로부터 열이 빼앗기는 경우, 부호(負號)를 붙여서 표기한다.
미소 부분이 압연재(1)의 표면에 존재하는 경우, 열류의 합(ΣQk)는, 다음 식으로 표시된다. 미소 부분이 압연재(1)의 표면에 존재하는 경우, 열전달과 열전도와의 쌍방을 고려할 필요가 있다.
[수식 2]
Figure 112014081463045-pct00002
여기서,
Qw : 피냉각체의 표면부터 냉각수로의 열류[W]
Qa : 피냉각체의 표면부터 주위의 공기로의 열류[W]
Qrad : 피냉각체의 표면부터의 방사에 의한 열류[W]
Qk +1→k : 피냉각체의 내부에서, k+1번째의 미소 부분부터 받는 열류[W]
Qk →k+1 : 피냉각체의 내부에서, k+1번째의 미소 부분에 나오는 열류[W]
Qtrans , k : 피냉각체의 변태발열에 의한 열류[W]
Qk +1→k 및 Qk →k+ 1는, 온도가 높은 쪽부터 낮은 쪽으로의 흐름만 생긴다.
미소 부분이 압연재(1)의 내부에 존재하는 경우, 열류의 합(ΣQk)은, 다음 식으로 표시된다. 미소 부분이 압연재(1)의 내부에 존재하는 경우, 열전달을 고려할 필요는 없다.
[수식 3]
Figure 112014081463045-pct00003
피냉각체의 표면부터 냉각수로의 열류(Qw)(수냉 대류 모델)는, 다음 식으로 표시된다.
[수식 4]
Figure 112014081463045-pct00004
여기서,
hw : 피냉각체와 냉각수와의 사이의 열전달 계수[W/㎟/℃]
Aw : 피냉각체의 표면적[㎟]
Tsurf : 피냉각체의 표면 온도[℃]
Tw : 냉각수의 온도[℃]
피냉각체의 표면부터 주위의 공기로의 열류(Qa)(공냉 대류 모델)는, 다음 식으로 표시된다.
[수식 5]
Figure 112014081463045-pct00005
여기서,
ha : 피냉각체와 주위 공기와의 사이의 열전달 계수[W/㎟/℃]
Aa : 피냉각체의 표면적[㎟]
Tsurf : 피냉각체의 표면 온도[℃]
Ta : 주위의 공기의 온도[℃]
피냉각체의 표면에서의 방사부터에 의한 열류(Qrad)(방사 모델)는, Stefan-BolTmann의 식으로부터, 다음 식으로 표시된다.
[수식 6]
Figure 112014081463045-pct00006
여기서,
ε : 방사율
σ : Stefan-BolTmann의 정수(=5.668339*10-14)[W/㎟/K4]
Arad : 피냉각체의 표면적[㎟]
Tsurf : 피냉각체의 표면 온도[℃]
Tamb : 주위의 온도[℃]
본 발명에서는, 압연재(1)에 대한 공냉의 효과와 수냉의 효과를 분리 동정(同定)한다. 이 때문에, 온도 모델(15)에 기술되는 수식으로서, 예를 들면, 상기 식1 내지 식6을 채용라면서, 식2만, 이하와 같이 수정한다.
[수식 7]
Figure 112014081463045-pct00007
여기서,
Zw : 수냉 대류항(對流項)(수냉 대류 모델)에 대한 보정항
Za : 공냉 대류항(공냉 대류 모델)에 대한 보정항
Zr : 방사항(방사 모델)에 대한 보정항
즉, 모델 보정부(21)는, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각각을 적절하게 보정한다.
다음에, 연산부(20)의 기능과 모델 보정부(21)의 기능에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4는, 도 1에 도시하는 연산부 및 모델 보정부의 각 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 온도 제어 장치의 동작을 도시하는 플로 차트이다. 도 6은, 각 세그먼트의 온도의 측정치와 실적 재계산치의 한 예를 도시하는 도면이다.
압연재(1)는, 압연기 스탠드(2)를 나온 후, ROT에 의해 반송된다. 압연재(1)가 ROT에 의해 반송되고 있는 동안, 압연재(1)에 대한 CTC가 행하여진다. 압연재(1)에 대한 CTC가 완료되면, CTC가 행하여지고 있던 때의 제어 출력 및 각종 측정치가, 연산부(20)에 입력된다.
연산부(20)에 의해 실적 재계산치를 계산하기 위해서는, 이하의 정보(I1 내지 I5)가 필요해진다.
I1 : ROT의 입측에서의 압연재(1)의 온도의 측정치
I2 : 압연재(1)의 속도의 측정치
I3 : 주수 장치(5 및 6)로부터의 주수량의 실적치와 주수의 타이밍의 실적치
I4 : 주수 장치(5 및 6)로부터 주수한 물의 온도의 실적치
I5 : 압연재(1)의 정보(예를 들면, 금속의 종류, 사이즈, 배합된 화학 성분 등)
상기 정보(I1)는, 실적 재계산치를 계산함에 있어서, 초기 조건을 주기 위해 필요해지는 정보이다. 정보(I2)는, 식1의 Δt를 산출하기 위해 필요해지는 정보이다. 정보(I3)는, 압연재(1)의 각 세그먼트가 어느 위치에서 얼마만큼 수냉되었는지를, 식4로부터 구할 때에 필요해지는 정보이다. 정보(I4)는, 식4 및 식6의 계산을 행하는데 있어서 필요해지는 정보이다. 또한, 식5 및 식6의 계산을 하는 데 있어서, 주위 공기의 온도의 정보도 필요해진다. 주위 공기의 온도를 측정하고, 그 실적치를 이용하여, 식5 및 식6의 계산을 행하여도 좋다. 주위 공기의 온도에 관해서는, 고정치로 하거나, 수온과 같은 온도로 간주하거나 하여도 좋다. 정보(I5)는, 식1에서 비열이나 밀도를 계산할 때에 필요해지는 정보이다.
정보(I5)(예를 들면, 강종이나 화학 성분의 정보)는, 모델화가 곤란한 효과(예를 들면, 표면 거칠기의 영향)를, 온도 모델(15)에 간접적으로 기술하기 위해 이용할 수도 있다. 예를 들면, Nb(니오브)가 배합된 강은, 표면이 껄끄러워지기 쉽고, 냉각수에 의한 냉각 효과가 높아진다. 그러나, Nb의 배합량을 정량적인 모델로서 나타내는 것은 곤란하다. 이러한 경우, 예를 들면, 강종이나 화학 성분에 의해 분류한 보정치의 수치 테이블을, 미리 준비하여 둔다. 온도 모델(15)에서는, 입력된 정보(I5)에 의거하여, 사용하는 수치 테이블을 적절하게 선택한다.
도 4에서, TFDT ACT는, 압연재(1)의 세그먼트(No. j)가, 사상압연기의 최종의 압연기 스탠드(2)로부터 나온 때에, 사상 출측 온도계(7)에 의해 측정된 온도(실적치)이다. TCT ACT는, 같은 압연재(1)의 세그먼트(No. j)가, 권취기(4)에 의해 권취되기 전에, 권취 온도계(8)에 의해 측정된 온도(실적치)이다.
압연재(1)가 권취기(4)에 권취되어, 압연재(1)에 대한 압연 가공(온도 제어)이 완료되면, 연산부(20)는, 실적 재계산치를 계산하기 위해 필요한 데이터(상기 정보(I1 내지 I5)를 포함한다)를 입수한다(도 3의 S101). 연산부(20)는, 압연재(1)의 각 세그먼트에 관해, 각 수냉 뱅크에 대응하는 위치의 실적 재계산치를 계산한다. 연산부(20)는, S101에서, 이와 같은 계산을 행하기 위해 필요한 데이터를 취득한다.
연산부(20)는, S101에서 데이터를 취득하면, 오차(en)를 감소시키기 위한 부호를, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각각에 관해 계산한다(S102). S102의 구체적인 처리 내용에 관해서는, 후술한다.
연산부(20)는, S102에서 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 부호를 결정하면, 압연재(1)의 실적 재계산치의 계산을 시작한다.
연산부(20)는, 우선, 보정항(Zw, Za, Zr)을, 각각 초기치(예를 들면, 1. 0)로 설정한다(S103). 또한, 연산부(20)는, 구해(求解)의 반복 회수(n)를 1(n=1)로 설정한다(S104).
초기 설정이 완료되면, 연산부(20)는, 세그먼트 No.를 1(j=1)로 설정한다(S105). 또한, 연산부(20)는, 세그먼트(No. 1)의 FDT 실적치를, 시작 온도로 설정한다. 그리고, 연산부(20)는, 온도 모델(15)을 사용하여, 세그먼트(No. 1)에 관한 하기 값의 계산을 행한다(S106).
TE1j R -n : 수냉 뱅크(No. 1)의 입측에서의 온도의 실적 재계산치
TDij R -n : 수냉 뱅크(No. 1)로부터 최종 수냉 뱅크의 각 출측에서의 온도의 실적 재계산치
TCT R -n : CT의 실적 재계산치
첨자의 R-n는, 실적 재계산치(Re-predicted Value)의 R과, 구해의 반복 회수를 나타내고 있다.
도 4에서는, TFDT ACT와 TCT ACT(TCT R -n)를 잇는 선이, 직선으로 나타나 있다. 이것은, 설명을 위해 기재를 간략화한 것이고, 실제는, 복잡한 곡선(또는, 절선(折線))에 의해 TFDT ACT와 TCT ACT(TCT R -n)가 연결된다.
연산부(20)는, 상기 계산이 종료되면, S106에서 계산의 대상이 된(현재의) 세그먼트가, 최종의 세그먼트(j=N)인지의 여부를 판정한다(S107). 현재의 세그먼트가 최종의 세그먼트가 아니면(S107의 No), 연산부(20)는, 세그먼트 No.에 1을 가산하고(j=j+1), 하나 하류측의 세그먼트에 관해 S106의 계산을 행한다(S108부터 S106).
도 6은, 모든 세그먼트에 관해 S106의 계산을 행한 결과를 도시하고 있다. 도 6에 도시하는 굵은 파선은, 각 세그먼트(j=1∼N)의 CT 실적치(TCT (j=1∼N) ACT)를 잇는 직선이다. 도 6에 도시하는 굵은 실선은, 각 세그먼트(j=1∼N)의 CT의 실적 재계산치(TCT (j=1∼N) R-n)를 통과한 곡선(또는, 절선)이다.
연산부(20)는, 모든 세그먼트에 관해 S106의 계산이 완료되면(S107의 Yes), CT의 실적치(TCT (j=1∼N) ACT)와 CT의 실적 재계산치(TCT (j=1∼N) R-n)를 비교하여, 오차(en)를 구한다(S109). 오차(en)의 계산은, TCT (j=1∼N) ACT와 TCT (j=1∼N) R-n와의 차에 의거하여, 예를 들면, 다음 식으로 행한다.
[수식 8]
Figure 112014081463045-pct00008
또는,
모델 보정부(21)는, 연산부(20)에 의해 계산된 오차(en)가, 소정의 허용 범위 내인지의 여부를 판정한다(S110). 상기 허용 범위는, 미리 설정된다. 예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같이, CT의 실적치(TCT ACT)와 1회째의 CT의 실적 재계산치(TCT R -1)와의 사이에 큰 벌어짐이 있는 경우, 오차(en)는 허용 범위에 들어가지 않는다(S110의 No).
오차(en)가 허용 범위에 들어가지 않은 경우, 모델 보정부(21)는, 구해의 반복 회수(n)가 최대 회수 이내인지의 여부를 판정한다(S111). 상기 최대 회수는, 미리 설정된다. S111에서 구해의 반복 회수(n)가 최대 회수 이내면, 연산부(20)는, CT의 실적 재계산치(TCT R -n)가 CT의 실적치(TCT ACT)에 근접하도록(도 4 참조), 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 변경한다. 즉, 연산부(20)는, 오차(en)가 작아지도록, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 변경한다(S112).
S112에서의 변경은, S102의 계산 결과에 의거하여 행하여진다. S102에서, 연산부(20)는, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 각각 미소 변화(ΔZw, ΔZa, ΔZr)시켜서, 오차(en)가 작아지는 부호를 파악한다. 상기 ΔZw, ΔZa, ΔZr는, 미리 설정된다.
예를 들면, 연산부(20)는, 우선, 각 보정항을 각각 초기치(Zw0, Za0, Zr0)로 설정하고, 압연재(1)의 CT의 실적 재계산치(TCT)를 계산한다. 다음에, 연산부(20)는, 보정항(Zw)의 값만 미소 변화시켜서, CT의 실적 재계산치(TCT)를 계산하고, 보정항(Zw)에 관해 부호를 결정한다. 구체적으로는, 우선, 보정항을 Zw0+ΔZw, Za0, Zr0로 설정하고, CT의 실적 재계산치(TCT)를 계산한다. Zw를 Zw0로 설정한 때의 실적 재계산치(TCT)와, Zw를 Zw0+ΔZw로 설정한 때의 실적 재계산치(TCT)로부터, 오차(en)를 계산한다. 다음에, 보정항을 Zw0-ΔZw, Za0, Zr0로 설정하고, CT의 실적 재계산치(TCT)를 계산한다. Zw를 Zw0로 설정한 때의 실적 재계산치(TCT)와, Zw를 Zw0-ΔZw로 설정한 때의 실적 재계산치(TCT)로부터, 오차(en)를 계산한다. 그리고, Zw를 Zw0+ΔZw로 변경함에 의해 얻어진 오차(en) 와, Zw를 Zw0-ΔZw로 변경함에 의해 얻어진 오차(en)를 비교하여, 오차(en)가 작아지는 부호를 결정한다.
연산부(20)는, 보정항(Za) 및 보정항(Zr)에 대해서도, 상기한 바와 같은 계산을 행한다. 즉, 연산부(20)는, 보정항(Za)의 값만 미소 변화(±ΔZa)시켜서 오차(en)를 계산하고, 보정항(Za)에 관해 부호를 결정한다. 또한, 연산부(20)는, 보정항(Zr)의 값만 미소 변화(±ΔZr)시켜서 오차(en)를 계산하고, 보정항(Zr)에 관해 부호를 결정한다.
예를 들면, ΔZw은, Zw0의 5% 정도의 값으로 설정된다. 마찬가지로, ΔZa은, Za0의 5% 정도의 값으로 설정된다. ΔZr은, Zr0의 5% 정도의 값으로 설정된다.
연산부(20)는, S112에서, S102로 결정한 부호에 의거하여, 오차(en)를 작게 하는 방향으로, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 각각 ΔZw, ΔZa, ΔZr만큼 변경한다. 그리고, 연산부(20)는, 구해의 반복 회수(n)에 1을 가산하고(n=n+1), S105의 처리로 되돌아온다(S113).
예를 들면, 1회째의 구해에서, 도 4에 도시하는 실적 재계산치(TCT R -1)가 얻어졌다고 한다. 이러한 경우, S112에서 각 보정항의 값이 수정됨에 의해, 2회째의 구해에서는, 실적 재계산치(TCT R -2)가 얻어진다. 즉, 2회째의 구해에서는, 오차(en)가 1회째의 오차(en)보다도 작아진다. 마찬가지로, 3회째의 구해에서는, 오차(en)가 2회째의 오차(en)보다도 작아진다. 1회째의 구해 또는 그 이후의 구해에서, 오차(en)가 허용 범위 내가 되면(S110의 Yes), 모델 보정부(21)는, 허용 범위에 들어간 오차(en)를 계산할 때에 사용된 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 기억부에 기억한다(S114).
또한, 모델 보정부(21)는, 오차(en)의 계산이 최대 회수 행하여져도 오차(en)가 허용 범위 내에 들어가지 않는 경우는(S111의 No), 그때까지의 계산에서 최소의 오차(en)가 얻어진 때에 사용된 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을, 기억부에 기억한다(S115로부터 S114).
모델 보정부(21)는, S115에서 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 기억할 때에, 리밋 처리를 행하여도 좋다. S110의 처리 또는 S115의 처리에 의해 얻어진 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값에는, 실적 데이터에 의존하는 오차가 포함된다. 리밋 처리를 행함에 의해, Zw, Za, Zr의 각 값이 과대하게 되는 것을 막을 수 있다. 수냉 대류 모델, 공냉 대류 모델, 방사 모델이 정확하면, 보정항(Zw, Za, Zr)은, 각각 1. 0 근처의 값이 된다.
기억부에는, 압연재(1)의 구분마다, 학습 테이블이 기억된다. 예를 들면, 학습 테이블은, 압연재(1)의 강종마다, 사이즈마다 준비된다. 또한, 학습 테이블은, 보정항마다 준비된다. 모델 보정부(21)는, S115에서, 금회의 압연재(1)의 구분과 같은 구분의 학습 테이블에, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 격납한다.
또한, 모델 보정부(21)는, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 학습 테이블에 격납한 때에, 이미 격납되어 있는 값과 금회 얻어진 값과의 무게 부여를 적절하게 행한다. 예를 들면, 모델 보정부(21)는, 무게 부여 계수(K)를 이용함에 의해, 다음 식에 의해, 학습 테이블을 갱신한다.
(격납한 학습치)=K*(신규 학습치)+(1-K)*(이미 격납되어 있던 학습치) … (10)
상기 구성을 갖는 온도 제어 장치에서는, 그 후, 모델 보정부(21)에 의해 보정된 온도 모델(15)을 사용하여, 새로운 압연재(1)에 대한 CTC를 행한다. 즉, 재료 온도 예측부(16)는, 압연재(1)의 온도를 예측할 때에, 제어 대상이 되는 압연재(1)의 구분과 같은 구분의 학습 테이블로부터 각종 값을 취출하고, 온도 모델(15)에 반영시킨다.
본 발명의 실시의 형태 1에 의하면, 수냉 대류 모델, 공냉 대류 모델, 방사 모델에 존재하는 오차를, 실적 데이터를 이용하여 정확하게 보정할 수 있다. 온도 모델(15)의 학습을 정밀도 좋게 행할 수 있고, 보다 고정밀한 CTC를 행하는 것이 가능해진다.
실시의 형태 2.
연산부(20) 및 모델 보정부(21)에 의해 도 5에 도시하는 처리 플로가 행하여짐에 의해, 각 세그먼트에 관해 TE1j R -n, TDij R -n, TCT R -n가 계산되고, 보정항(Zw, Za, Zr)의 새로운 값이 학습 테이블에 격납된다. 그러나, 도 6에 도시하는 굵은 실선(실적 재계산치(TCT (j=1∼N) R-n))가 굵은 파선(실적치(TCT (j=1∼N) ACT))에 대해 기울어지고 있으면, 오차(en)를 어느 값보다도 작게 할 수가 없다.
모델 학습부(22)는, TCT (j=1∼N) R-n와 TCT (j=1∼N) ACT와의 차를 0에 접근하기 위한 처리를 행한다. 모델 학습부(22)는, 상기 차에 의거하여, 재료 온도 예측부(16)에 의한 예측치를 보정하기 위한 학습치를 계산한다. 구체적으로, 모델 학습부(22)는, 실시의 형태 1에서 설명한 모든 처리가 종료되면, 이하의 처리를 시작한다.
모델 학습부(22)는, 학습 테이블에 격납된 보정항(Zw, Za, Zr)의 값을 이용하여, 모든 세그먼트(No. j=1 내지 N)에 관해, CT 위치에서의 실적 재계산치(TCT , j R -F)를 계산한다. 구체적으로는, 도 5의 S106과 마찬가지로, 우선, 세그먼트(No. 1)의 FDT 실적치를, 시작 온도로 설정한다. 모델 학습부(22)는, 수냉 뱅크(No. 1)로부터 하류측을 향하여 CT 위치까지 온도 계산을 행하여, TCT , j R -F를 얻는다. 그리고, 모델 학습부(22)는, 다음 식에 의해, 학습치(즉, 실적치(TCT, j ACT)와의 차)를 계산한다.
[수식 9]
Figure 112014081463045-pct00009
모델 학습부(22)는, 식 11에 의해 얻어진 학습치(eF(j))를, 각 세그먼트의 온도 오차로서 학습 테이블에 격납한다. 이 때, 압연재(1)의 길이를 규격화하고, 대응하는 위치에 적절한 학습치를 격납한다. 예를 들면, 압연재(1)의 세그먼트 총수가 200이고, 규격화된 길이(L)가 100인 경우를 생각한다. 세그먼트(No. 10 및 No. 11)에서의 학습치는, 학습 테이블의 5번째(100*10/200=5)의 위치에 격납된다. 세그먼트(No. 12 및 No. 13)에서의 학습치는, 학습 테이블의 6번째(100*12/200=6)의 위치에 격납된다.
또한, 학습치를 학습 테이블에 격납하는 경우는, 식 10을 이용하여 적절한 무게 부여를 행하여도 좋다.
상기 구성을 갖는 온도 제어 장치에서는, 그 후, 재료 온도 예측부(16)는, 압연재(1)의 온도를 예측할 때에, 제어 대상이 되는 압연재(1)의 구분과 같은 구분의 학습 테이블로부터 각종 값을 취출하고, 온도 모델(15)에 반영시킨다. 재료 온도 예측부(16)는, 온도 모델(15)을 사용하여, FDT로부터 CT까지의 온도 계산을 행한다. 그리고, 재료 온도 예측부(16)는, 온도 모델(15)을 사용하여 얻어진 예측치에, 학습 테이블에 온도 오차로서 격납된 값을 가하여, 최종적인 예측치를 도출한다. 예를 들면, 압연재(1)의 세그먼트 총수가 50이고, 규격화된 길이(L)가 100인 경우를 생각한다. 재료 온도 예측부(16)는, 예를 들면, 세그먼트(No. 20)의 온도를 예측하는 경우, 온도 모델(15)을 사용하여 얻어진 예측치에, 학습 테이블의 40번째(100*20/50=40)의 위치에 격납되어 있는 온도 오차를 가산한다.
본 발명의 실시의 형태 2에 의하면, 수냉 대류 모델, 공냉 대류 모델, 방사 모델에 존재한 오차 이외의 오차에 대해서도, 적절하게 보정할 수 있다. 온도 모델(15)의 학습을 정밀도 좋게 행할 수 있고, 보다 고정밀한 CTC를 행하는 것이 가능해진다.
실시의 형태 3.
실시의 형태 1에서는, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 각각 미소 변화시켜서 복수의 실적 재계산치를 계산함에 의해, Zw, Za, Zr의 각 값을 최종적으로 결정하였다. 그러나, 도 5에 도시하는 바와 같은 처리를 행하는 경우는, 변수의 수가 많으면, 최적의 해를 얻을 수가 없거나, 계산이 수속하지 않거나 하는 경우가 있다. 그래서, 본 실시의 형태에서는, 변수의 수를 줄이는 것을 생각한다. 즉, 보정항(Zw, Za, Zr)의 어느 하나의 값을 고정하여, 도 5에 도시하는 처리를 행한다.
변수의 수를 줄이는 경우는, 계산 결과에 대해 가장 영향이 적은 것을 고정치로서 취급하는 것이 바람직하다. CTC가 행하여질 때, 압연재(1)의 온도는, 400℃ 내지 900℃ 정도이다. 이 온도 영역에서는, 공냉 대류의 효과가 가장 작다. 예를 들면, 공냉 대류에 의한 열류(Qa)는, 방사에 의한 열류(Qrad)와 비교하여, 1/10 내지 1/4 정도이다. 이 때문에, 본 실시의 형태에서는, 보정항(Za)을 고정치(예를 들면, Za=1)로서 취급하고, 보정항(Zw 및 Zr)을 변수로서 취급한다.
그 밖의 구성 및 동작은, 실시의 형태 1 또는 2에서 개시한 구성 및 동작과 마찬가지이다.
예를 들면, 도 5의 S102에서, 연산부(20)는, 오차(en)를 감소시키기 위한 부호를, 보정항(Zw 및 Zr)의 각각에 관해 계산한다. 또한, 연산부(20)는, S112에서, 오차(en)가 작아지도록, 보정항(Zw 및 Zr)의 값을 변경한다.
상기 구성을 갖는 온도 제어 장치라면, 도 5에 도시하는 처리를 행하고 나서, 최적의 해를 얻을 수가 없거나, 계산이 수속하지 않거나 하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연산부(20)의 연산 부하를 저감시킬 수 있고, 보다 고정밀한 CTC를 행하는 것이 가능해진다.
또한, Za 이외의 보정항을 고정치로 하는 것도 가능하다. 그러나, 상술한 바와 같이, CTC를 행할 때에는, 보정항(Za)을 고정치로서 취급하는 것이 가장 바람직하다.
실시의 형태 4.
본 실시의 형태에서는, 상기 실시의 형태 1 내지 3의 경우와는 달리, 연산부(20)의 기능 및 모델 보정부(21)의 기능을 이용하지 않는 경우에 관해 설명한다.
모델 학습부(22)는, 모든 세그먼트(No. j=1 내지 N)의 CT 위치에서의 실적 재계산치(TCT , j R -F)를 계산한다. 구체적으로, 모델 학습부(22)는, 우선, 세그먼트(No. 1)의 FDT 실적치를, 시작 온도로 설정한다. 모델 학습부(22)는, 수냉 뱅크(No. 1)로부터 하류측을 향하여 CT 위치까지 온도 계산을 행하여, TCT , j R -F를 얻는다. 그리고, 모델 학습부(22)는, 식 11을 사용하여, 학습치(즉, 실적치(TCT, j ACT)와의 차)를 계산한다.
이 계산은, 실시의 형태 2에서, 보정항(Zw, Za, Zr)의 각 값을 1. 0으로 설정한 경우와 마찬가지이다.
모델 학습부(22)는, 식 11에 의해 얻어진 학습치(eF(j))를, 각 세그먼트의 온도 오차로서 학습 테이블에 격납한다. 이 때, 압연재(1)의 길이를 규격화하고, 대응하는 위치에 적절한 학습치를 격납한다. 학습치를 학습 테이블에 격납하는 경우는, 식 10을 이용하여 적절한 무게 부여를 행하여도 좋다.
상기 구성을 갖는 온도 제어 장치에서는, 그 후, 재료 온도 예측부(16)는, 압연재(1)의 온도를 예측할 때에, 제어 대상이 되는 압연재(1)의 구분과 같은 구분의 학습 테이블로부터 각종 값을 취출하고, 온도 모델(15)에 반영시킨다. 재료 온도 예측부(16)는, 온도 모델(15)을 사용하여, FDT로부터 CT까지의 온도 계산을 행한다. 그리고, 재료 온도 예측부(16)는, 온도 모델(15)을 사용하여 얻어진 예측치에, 학습 테이블에 온도 오차로서 격납된 값을 가하여, 최종적인 예측치를 도출한다. 예를 들면, 압연재(1)의 세그먼트 총수가 50이고, 규격화된 길이(L)가 100인 경우를 생각한다. 재료 온도 예측부(16)는, 예를 들면, 세그먼트(No. 20)의 온도를 예측하는 경우, 온도 모델(15)을 사용하여 얻어진 예측치에, 학습 테이블의 40번째(100*20/50=40)의 위치에 격납되어 있는 온도 오차를 가산한다.
상기 구성을 갖는 온도 제어 장치라면, 실적 데이터를 이용하여 온도의 예측치를 보정할 수 있다. 간단한 방법으로 온도의 예측치를 실제의 온도에 접근할 수 있고, 적은 부하로, 보다 고정밀한 CTC를 행하는 것이 가능해진다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 열간 압연 라인에서 CTC를 행하는 장치에 적용할 수 있다.
1 : 압연재
2 : 압연기 스탠드
3, 9 : 롤
4 : 권취기
5, 6 : 주수 장치
7 : 사상 출측 온도계
8 : 권취 온도계
10 : 압연 롤
11 : 실플랜트
12 : 제어 장치
13 : 온도 모델
14 : 권취 온도 제어 장치
15 : 온도 모델
16 : 재료 온도 예측부
17 : 주수량 결정부
18 : 트래킹부
19 : 밸브 제어부
20 : 연산부
21 : 모델 보정부
22 : 모델 학습부

Claims (6)

  1. 금속재료를 압연하기 위한 압연기와,
    상기 압연기에 의해 압연된 금속재료를 하류측으로 반송하는 반송 테이블과,
    상기 반송 테이블의 입측에서, 상기 금속재료의 온도를 측정하는 제1 온도계와,
    상기 제1 온도계의 측정 위치보다도 하류측에서, 상기 금속재료의 온도를 측정하는 제2 온도계와,
    상기 반송 테이블에 의해 반송되고 있는 금속재료를 냉각하기 위해, 금속재료에 주수하는 주수 장치를
    구비한 열간 압연 라인에서 사용되는 온도 제어 장치로서,
    금속재료의 온도를 계산하기 위한 온도 모델과,
    상기 온도 모델을 사용하여, 금속재료의 온도를 예측하는 재료 온도 예측부와,
    상기 열간 압연 라인에서 금속재료에 대한 온도 제어가 완료된 후, 그 금속 재료에 대한 온도 제어에서 실제로 사용된 실적치를 상기 온도 모델에 입력하고, 상기 제2 온도계의 측정 위치에서의, 금속재료의 온도의 실적 재계산치를 계산하는 연산부와,
    상기 온도 모델을 보정하는 모델 보정부를
    구비하고,
    상기 온도 모델은, 수냉 대류 모델과, 상기 수냉 대류 모델에 대한 제1 보정항과, 방사 모델과, 상기 방사 모델에 대한 제2 보정항과, 공냉 대류 모델을 가지며,
    상기 연산부는, 상기 제1 보정항의 값 및 상기 제2 보정항의 값을 각각 바꾸어서, 복수의 실적 재계산치를 계산하고,
    상기 모델 보정부는, 상기 연산부에 의해 계산된 실적 재계산치와 금속재료에 대한 온도 제어가 실제로 행하여지고 있던 때의 상기 제2 온도계에 의한 측정치에 의거하여, 상기 제1 보정항 및 상기 제2 보정항을 보정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 모델은, 상기 공냉 대류 모델에 대한 제3 보정항을 또한 가지며,
    상기 연산부는, 상기 제1 보정항의 값과 상기 제2 보정항의 값과 상기 제3 보정항의 값을 각각 바꾸어서, 복수의 실적 재계산치를 계산하고,
    상기 모델 보정부는, 상기 연산부에 의해 계산된 실적 재계산치와 금속재료에 대한 온도 제어가 실제로 행하여지고 있던 때의 상기 제2 온도계에 의한 측정치에 의거하여, 상기 제1 보정항과 상기 제2 보정항과 상기 제3 보정항을 보정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모델 보정부는, 상기 연산부에 의해 계산된 실적 재계산치와 금속재료에 대한 온도 제어가 실제로 행하여지고 있던 때의 상기 제2 온도계에 의한 측정치와의 차에 의거한 오차가, 소정의 허용 범위 내인 경우에, 그 오차를 계산할 때에 사용된 상기 각 보정항의 값에 의거하여, 상기 온도 모델을 보정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모델 보정부는, 실적 재계산치와 측정치와의 차에 의거한 오차의 계산이 소정의 최대 회수 행하여져도 오차가 허용 범위 내에 들어가지 않는 경우는, 오차가 최소가 된 때에 사용된 상기 각 보정항의 값에 의거하여, 상기 온도 모델을 보정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모델 보정부에 의해 보정된 상기 온도 모델을 사용하여 계산된 실적 재계산치와 금속재료에 대한 온도 제어가 실제로 행하여지고 있던 때의 상기 제2 온도계에 의한 측정치와의 차에 의거하여, 상기 재료 온도 예측부에 의한 예측치를 보정하기 위한 학습치를 계산하는 모델 학습부를
    또한 구비한 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 재료 온도 예측부에 의해 예측된 금속재료의 온도에 의거하여, 상기 주수 장치로부터의 주수량을 결정하는 주수량 결정부와,
    상기 금속재료의 위치를 트래킹하는 트래킹부와,
    상기 주수량 결정부에 의해 결정된 주수량, 및 , 상기 트래킹부로부터의 트래킹 정보에 의거하여, 상기 주수 장치의 밸브를 제어하는 밸브 제어부를
    또한 구비한 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
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