KR20110071131A

KR20110071131A - 제어 장치

Info

Publication number: KR20110071131A
Application number: KR1020117011260A
Authority: KR
Inventors: 나오키 시모다
Original assignee: 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2011-06-28
Also published as: KR101285990B1; US8935945B2; JP5391205B2; CN102215992B; JPWO2010058457A1; US20110247381A1; CN102215992A; WO2010058457A1

Abstract

열간 압연 장치(20)에서 가열 압연되는 강판(14)의 단면에서의 외주부터 중앙까지, 공간 나눔 폭마다 윤형상으로 복수의 요소로 분할하고, 또한 경계 조건에 따라 시간 나눔 폭을 변화시켜서, 분할된 요소마다의 예측 온도를 차분법에 의해 산출하는 예측 온도 산출부(101a)와, 예측 온도 산출부(101a)에 의해 산출된 예측 온도에 의거하여, 열간 압연 장치(20)가 강판(14)을 가열 압연하기 위한 제어량을 결정하는 제어부(101b)를 구비한다.

Description

제어 장치{CONTROLLER}

본 발명은, 열간 압연 장치에서 압연되는 강판의 온도 예측치를, 비교적 낮은 계산 부하로서, 또한 정밀도 좋게 산출할 수 있는 제어 장치에 관한 것이다.

일반적인 열간 압연 장치에서는, 슬래브 가열로에서 소정의 온도까지 가열된 고온의 강판을, 반송 라인 상에서 반송하고, 압연 처리 등의 일련의 처리를 행한 후, 코일러에 의해 권취한다. 여기서, 압연 하중 및 압연 토오크 등의 압연 처리를 행하기 위한 제어량은, 강판의 온도에 따라 조정할 필요가 있다. 그 때문에, 이 압연 처리의 제어량을 정밀도 좋게 산출하려면, 강판의 온도를 정밀도 좋게 산출하는 것이 필요하다.

일반적인 열간 압연 장치에서는, 강판이 반송되는 공정 중에서, 열 방사, 디스케일링부 및 라미너 스프레이 냉각부 등의 수냉각, 압연 처리 중의 가공 발열, 마찰 발열, 롤 전열(傳熱), 및 강판 내부의 상(相) 변화에 의한 변태(變態) 열 등 다종에 걸치는 전열 현상이 있고, 강판의 표면 온도는 시시각각 변화한다. 또한, 강판의 내부에서는 표면 온도와의 차에 의해 생기는 열전도에 의해 강판 내부의 온도도 변화한다. 이와 같이 강판의 다종의 경계 조건의 변화에 의해, 표면 온도의 변화는 크지만, 강판의 내부는 열전도만의 열 이동으로 온도 변화는 완만하기 때문에, 표면 온도와 내부 온도 사이에는 온도차가 생기고, 온도 분포를 갖고 있다. 특히 강판의 두께가 클수록 이 온도 분포는 커진다.

일반적으로, 강판 표면 온도의 계산에서는, 상기한 다종에 걸치는 경계 조건의 변화에 의해, 강판에 대한 유입출(流入出) 열량을 계산하고, 강판 표면 온도의 변화를 예측 계산한다. 또한, 강판 내부의 온도 계산에서는, 표면과의 온도차로 생기는 열전도의 계산에 의해, 내부 온도의 변화를 예측 계산할 필요가 있다.

그 때문에, 종래의 강판 온도 계산에서는, 경계 조건마다 표면을 통한 유입출 열량을 계산하고, 강판 내부는 균일 온도로 간략화하여, 강판 전체의 열용량을 사용하여 온도 계산을 행하고 있다.

그러나, 조(粗) 압연 등 판 두께가 두꺼운 중의 강판 온도에서는 표면 온도와 내부 온도와의 차가 크고, 디스케일링의 수냉(水冷)이나 롤 전열 등에 의해 표면 온도가 일시적으로 저하되어도, 그 후 강판 내부로부터의 열전도에 의해 표면 온도가 상승하거나 하는 등에 의해, 상기한 바와 같이 간략화한 온도 계산으로는 강판 온도의 시시각각의 변화를 정확하게 계산할 수가 없었다.

또한, 가열로 내의 강판 가열 제어나, 후판 압연 공정 등에서는, 강판 단면(斷面)을 판 두께 방향이나 판 폭 방향으로 메시 분할하여, 각 요소 사이의 열전도도 고려한 차분법에 의한 온도 계산이 행하여지고 있다. 그러나, 이와 같은 강판 단면을 메시 분할하고, 경과 시간도 피치 시간으로 나누어서, 열전도 방정식을 차분법으로 온도를 계산하는 온도 계산 방법에서는, 계산 회수가 많고, 계산기 부하가 증대하는 문제점이 있고, 이 온도 계산 방법을 리얼타임성이 요구되는 열간 압연 장치의 실제 조업에서의 온라인 제어 계산에 적용하는 것은 곤란하였다.

그래서, 특허 문헌 1(일본 특개2001-269702)에서는, 차분법에 의한 온도 계산에 있어서, 압연 등에 의한 강판의 두께 변화에 따라, 압연의 진행과 함께 판 두께 방향의 분할 수를 적게 함으로써 온도 계산 부하를 작게 하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 특허 문헌 1(일본 특개2001-269702)에서는, 압연에 따라 판 두께 방향의 분할 수를 적게 하지만, 판 폭 방향의 분할 수를 적게 할 수는 없다. 또한, 분할 수를 줄이기 위해, 요소 분할을 판 두께 방향의 분할만으로 하여, 판 폭 방향으로는 분할하지 않고 차분 계산을 행하면, 가열로 추출 직후 등의 판 두께가 두꺼운 강판에서는 측면으로부터의 방사 냉각 등에 의해 측면 온도 등을 정확하게 표현할 수가 없게 된다.

또한, 계산기 부하를 작게 하기 위해, 시간 나눔을 길게 잡아 전체의 계산 회수를 적게 하려고 하여도, 수냉 영역 등 온도 변화가 큰 경계 조건에서는 충분히 정확한 온도 계산을 할 수가 없는 등의 문제점이 있고, 실제 조업에서의 온라인 제어 계산에의 차분 계산의 적용은 어려운 점이 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 열간 압연 장치에서 압연되는 강판의 예측 온도를, 비교적 낮은 계산 부하로, 정밀도 좋게 산출할 수 있는 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 열간 압연 장치에서 압연되는 강판의 온도 예측치를, 비교적 낮은 계산 부하로, 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

도 1은 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치에 의해 제어되는 열간 압연 장치의 구성을 도시한 구성도.
도 2는 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치의 구성을 도시한 구성도.
도 3은 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치가 구비하는 CPU의 예측 온도 산출부에 의한 강판의 단면에서의 요소 분할 처리를 도시하는 도면.
도 4는 강판에서의 단면 각 요소의 유입출 열량을 설명한 도면.
도 5는 제 2의 실시 형태에 관한 제어 장치에 의해 제어되는 열간 압연 장치에서의 강판의 온도에 변화를 주는 경계 조건을 모식적으로 설명한 도면.
도 6은 제 2의 실시 형태에 관한 제어 장치에 의해 제어되는 열간 압연 장치에서의 강판의 온도 변화를 설명한 도면.
도 7은 제 3의 실시 형태에 관한 제어 장치가 구비하는 CPU의 예측 온도 산출부에 의한 예측 온도의 산출 처리를 설명한 도면.

이하 본 발명에 관한 제어 장치의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다.

<제 1의 실시 형태>

≪구성≫

도 1은, 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치에 의해 제어되는 열간 압연 장치의 구성을 도시한 구성도다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치에 의해 제어되는 열간 압연 장치(20)는, 강판(14)을 가열하는 슬래브 가열로(1)와, 강판(14)의 상하방으로부터 고압수를 분사하여 강판(14)의 표면에서 스케일을 제거하는 고압 디스케일링부(2)와, 강판(14)의 판 폭 방향의 압연을 하는 에저(3)와, 강판(14)의 조 압연을 행하는 조 압연부(4)와, 조 압연부(4)에 의해 조 압연되는 강판(14)의 온도를 측정하는 조(粗) 출측(出側) 온도계(5)와, 크롭 셰어(7)에 의해 절단되기 전의 강판(14)의 온도를 측정하는 사상(仕上) 입측(入側) 온도계(6)와, 강판(14)의 선미단부(先尾端部)를 절단하는 크롭 셰어(7)와, 강판(14)의 표면에서 스케일을 제거하는 사상 입측 디스케일링부(8)와, 강판(14)을 소정의 판 두께로 사상 압연하는 사상 압연부(9)와, 사상 압연부(9)에 의해 사상 압연된 강판(14)의 온도를 측정하는 사상 출측 온도계(10)와, 강판(14)을 냉각하는 런 아웃 라미너 스프레이(runout laminar spray) 냉각부(11)와, 런 아웃 라미너 스프레이 냉각부(11)에 의해 냉각된 강판(14)의 온도를 측정하는 권취 온도계(12)와, 강판(14)이 권취하는 코일러(13)를 구비한다.

도 2는, 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치의 구성을 도시한 구성도다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)는, ROM(102)과, RAM(103)과, 입력부(104)와, 출력부(105)와, 하드 디스크(106)를 구비하고, 각각은 버스(200)를 통하여 접속되어 있다.

ROM(102)은, 불휘발성 반도체 등으로 구성되고, CPU(101)가 실행하는 오퍼레이션 시스템 등을 기억하고 있다.

RAM(103)은, 휘발성 반도체 등으로 구성되고, CPU(101)가 각종 처리를 실행하는데 필요한 데이터 등을 기억한다.

입력부(104)는, 열간 압연 장치(20)로부터, 조 출측 온도계(5), 사상 입측 온도계(6), 사상 출측 온도계(10), 및 권취 온도계(12) 등의 각종 온도계에 의해 측정된 측정 온도, 및, 제어 장치(20)에 구비된 센서 등에 의해 검출된 프로세스 값을 수신한다.

출력부(105)는, CPU(101)에 의해 생성된 각종 제어 신호를 열간 압연 장치(20)에 송신한다.

하드 디스크(106)는, CPU(101)가 실행하는 제어 프로그램, 및 예측 온도를 산출하기 위한 예측 온도 산출 프로그램 등을 기억하고 있다.

CPU(101)는, 제어 장치(100)의 중추적인 제어를 행한다. 또한, CPU(101)는, 그 기능상, 예측 온도 산출부(101a)와, 제어부(101b)를 구비하고 있다.

예측 온도 산출부(101a)는, 예측 온도를 산출함에 있어서 개념적으로, 강판(14)의 단면에서의 외주부터 중앙까지, 소정의 공간 나눔 폭마다 윤(輪)형상으로 복수의 요소로 분할한다. 그리고, 예측 온도 산출부(101a)는, 분할된 요소마다의 예측 온도를 차분법에 의해 산출한다.

제어부(101b)는, 예측 온도 산출부(101a)에 의해 산출된 예측 온도에 의거하여, 열간 압연 장치(20)가 강판(14)을 가열, 압연, 및 냉각하기 위한 제어량을 결정하고, 이 결정한 제어량에 의거하여 열간 압연 장치(20)를 제어한다.

≪예측 온도의 산출≫

다음에, 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)가 구비하는 CPU(101)의 예측 온도 산출부(101a)에 의한 예측 온도의 산출 순서에 관해 이하에 상세히 설명한다.

도 3은, 예측 온도 산출부(101a)에 의한 강판(14)의 단면에서의 요소 분할 처리를 도시하고 있다.

도 3에서는, 분할 수(N)는, 강판(14)의 상면부부터 중앙부까지의 판 두께 방향의 요소 수(數)를 나타낸다. 분할 수(N)는 강판(14)의 판 두께의 반분에 상당하는 분할 수가 되기 때문에, 강판(14)의 상면부부터 하면부까지의 총 분할 수는 2N-1이 된다.

즉, 예측 온도 산출부(101a)는, 공간 나눔 대표 폭을 △x로 하면, 우선 강판(14)의 상하 표면 및 측면부터, 공간 나눔 대표 폭의 반분의 폭(1/2·△x)으로, 윤형상으로 요소를 분할한다. 그리고, 예측 온도 산출부(101a)는, 그 내측에 판 두께 방향, 판 폭 방향에 공간 나눔 대표 폭(△x)마다 윤형상 요소를 마찬가지로 분할한다. 이 공간 나눔 대표 폭(△x)은, 너무 작으면 CPU(101)의 부하가 커지고, 너무 크면 정확하게 예측 온도를 산출할 수가 없게 된다. 그 때문에, 미리 제공자 등이 실측에 의거한 적정한 값을 미리 산출하고, 제공자나 이용자 등이 미리 적정한 값을 설정하여 둘 필요가 있다.

또한, 예측 온도 산출부(101a)는, 마찬가지로 요소 분할하고, 중심부 요소까지 분할한다. 또한, 상면과 하면을 제각기 계산할 수 있도록 중앙부 요소를 제외하고 각 윤형상 요소는 상반분과 하반분으로 나눈다. 이와 같이 하여, 예측 온도 산출부(101a)는, 강판(14)을 총수 2N-1의 요소로 분할한다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 각 요소의 볼륨과 경계면 면적을 산출한다. 강판(14)의 반송 방향으로는 단위 길이를 취하고, 판 두께(H) 및 판 폭(B)의 강판(14)에 있어서의 각 요소의 볼륨과, 각 요소 사이 또는 주위와의 경계면 면적을 산출한다.

구체적으로는, 제 1 요소의 볼륨을 V₁, 제 2 요소의 볼륨을 V₂, 제 3 요소의 볼륨을 V₃, 제 N 요소의 볼륨을 V_N, 제 (2N―3) 요소의 볼륨을 V_2N _-3, 제 (2N-2) 요소의 볼륨을 V_2N _-2, 제 (2N-1) 요소의 볼륨을 V_2N _-1,로 하면, 예측 온도 산출부(101a)는, 하기한 수식 1 내지 수식 7을 이용하여, V₁, V₂, V₃, V_N, V2_N _-3, V_2N _-2, V_2N _- ₁를 각각 산출한다. 또한, V₁, V₂, V₃, V_N, V_2N _-3, V_2N _-2, V_2N _-1은, 강판(14)의 반송 방향에서의 단위 길이 1㎜당의 볼륨을 나타내기 때문에, 여기서는, 단위 길이 1㎜분의 단위를 생략하고, (㎟)로 나타내고 있다.

또한, 제 1 요소와 주위 사이의 경계면 면적을 A_1- _out, 제 1 요소와 제 2 요소 사이의 경계면 면적을 A_1-2, 제 2 요소와 제 3 요소 사이의 경계면 면적을 A_2-3, 제 (N-1) 요소와 제 N 요소 사이의 경계면 면적을 A_(N-1)-N, 제 (2N-3) 요소와 제 (2N-2) 요소 사이의 경계면 면적을 A_{(2N-3)-(2N-2)}, 제 (2N-2) 요소와 제 (2N-1) 요소 사이의 경계면 면적을 A_{(2N-2)-(2N-1)}, 제 (2N-1) 요소와 주위 사이의 경계면 면적을 A_(2N-1)- _out로 하면, 예측 온도 산출부(101a)는, 하기한 수식 8 내지 수식 14를 이용하여, A_1- _out, A_1-2, A_2-3, A_(N-1)-N, A_{(2N-3)-(2N-2)}, A_{(2N-2)-(2N-1)}, A_(2N-1)- _out를 각각 산출한다. 또한, A_1- _out, A_1-2, A_2-3, A_(N-1)-N, A_{(2N-3)-(2N-2)}, A_{(2N-2)-(2N-1)}, A_(2N-1)- _out는, 강판(14)의 반송 방향에서의 단위 길이 1㎜당의 경계면 면적을 나타내기 때문에, 여기서는, 단위 길이 1㎜분의 단위를 생략하고, (㎜)로 나타내고 있다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 각 요소에서, 시간 나눔(△t) 사이에서 유입출 열량을 계산한다.

도 4는, 강판(14)에서의 단면 각 요소의 유입출 열량을 설명한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 열간 압연 장치(20)에서는, 강판(14)은, 슬래브 가열로(1)와, 고압 디스케일링부(2)와, 에저(3)와, 조 압연부(4)와, 크롭 셰어(7)와, 사상 입측 디스케일링부(8)와, 사상 압연부(9)와, 런 아웃 라미너 스프레이 냉각부(11) 중을 반송된다.

그 때문에, 강판(14)은, 열간 압연 장치(20)에서 일련의 처리가 이루어지는 과정에서, 방사, 냉각, 가공마찰 발열, 롤 전열 등 다양한 유입출열이 있다. 이러한 경계 조건과의 유입출열은, 강판(14) 내에서는 가장 외측을 둘러싸는 제 1 요소(상측)와 제 (2N-1) 요소(하측)에의 유입출열로서, 각각 하기한 수식 15 및 수식 16 식과 같이 표현할 수 있다. 또한, 수식 15 및 수식 16 식에서 사용되는 방사 유출열, 냉각 유출열, 대류 유출열, 마찰 유입열, 롤 발열(拔熱), 가공 발열(發熱), 열전도량은, 각각 일반적인 전열 이론, 압연 이론에서 사용되고 있는 이론식을 이용하여 산출된다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 하기한 수식 17을 이용하여, 제 i 요소(i는 2 이상 (2N-2) 이하)에로의 시간 나눔(△t) 사이에서의 유입열량(W/㎜)을 산출한다. 또한, 내부 각 요소의 유입출열은, 인접하는 요소와의 온도차에 의한 열전도와, 압연역에서의 가공 발열이다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 하기한 수식 18을 이용하여, 제 i 요소의 시간 나눔(△t) 사이에서의 온도 변화량을 계산한다.

그리고, 예측 온도 산출부(101a)는, 수식 19를 이용하여, 시간 나눔(△t) 경과 후의 온도를 예측 온도로서 산출한다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 시간 스텝마다, 각 분할 요소의 유입출 열량, 온도 변화량, 온도를 제 1 요소부터 제 (2N-1) 요소까지 산출하고, 강판(14)의 반송의 전체 소요 시간에 도달할 때까지 이 시간 스텝의 처리를 반복하여, 강판(14)의 온도 분포를 산출한다.

이상과 같이, 예측 온도 산출부(101a)는, 열간 압연 장치(20)가 열간 압연하는 강재(14)를 측면도 포함하여, 외측부터 내측으로 윤형상으로 요소 분할함으로써, 판 두께가 두꺼운 강재에서도, 측면의 온도 및 경계 조건도 고려하여, 차분법에 의한 예측 온도를 산출할 수 있다. 이와 같이, 강재(14)를 윤형상으로 요소 분할하여 감으로써, 판 두께, 판 폭 방향 각각에 분할하여, 2차원 메시로 분할하는 것보다도, 분할 수를 적게 할 수 있고, 실제 조업의 온라인 제어 계산의 계산기 부하를 경감할 수 있다.

이에 의해, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)에 의하면, 열간 압연 장치(20)에서 압연되는 강판의 예측 온도를, 비교적 낮은 계산 부하로, 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

<제 2의 실시 형태>

다음에, 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)에 관해 설명한다.

제 2의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)는, 도 2에 도시한 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)와 마찬가지로, CPU(101)와, ROM(102)과, RAM(103)과, 입력부(104)와, 출력부(105)와, 하드 디스크(106)를 구비하고 있다.

제 2의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)가 구비하는 CPU(101)의 예측 온도 산출부(101a)는, 또한, 강판(14)의 경계 조건에 의거하여 차분법의 시간 나눔 폭을 산출하고, 이 산출된 시간 나눔 폭을 변화시켜서 분할된 요소마다의 예측 온도를 산출한다.

제 2의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)가 구비하는 CPU(101)의 예측 온도 산출부(101a)에 의한 예측 온도의 산출 순서에 관해 이하에 상세히 설명한다.

도 5는, 열간 압연 장치(20)에서 강판(14)의 온도에 변화를 주는 경계 조건을 모식적으로 설명한 도면이다. 여기서 경계 조건이란, 강판(14)에 대해 열의 유출입을 변화시키는 환경의 영역을 말하고, 도 5에 도시한 모식도에서는, 경계 조건으로서, 공냉 반송역인 AC1, AC2, 및 AC3과, 수냉 반송역인 WC와, 압연역인 RL을 나타내고 있다.

예를 들면, 도 1에 도시한 열간 압연 장치(20)에서는, 고압 디스케일링부(2)와, 사상 입측 디스케일링부(8)와, 사상 압연부(9) 내에 설치되어 있는 스프레이류와, 런 아웃 라미너 스프레이 냉각부(11)가, 수냉 반송(WC)에 상당한다. 또한, 조 압연부(4) 및 사상 압연부(9)가, 압연역(RL)에 상당하고, 그 밖의 반송역은 공냉 반송역(AC1, AC2, 및 AC3)에 상당한다.

여기서, 각각의 경계 조건에서의 단위 시간당의 온도 변화량(dT/dt)은, 수식 18로부터 도출되는 하기한 수식 20으로 표시된다.

또한, 강판(14)의 반송 방향으로 단위 길이를 취한 때, H를 강판(14)의 판 두께, B를 강판(14)의 판 폭이라고 하면, 강판(14) 단면 전체의 볼륨(V)은,

로 표시된다.

그래서, 예측 온도 산출부(101a)는, 각 경계 조건, 즉 공냉 반송역(AC1 내지 AC3), 수냉 반송역(WC), 및 압연역(RL)에서, 강판(14) 전체의 단위 시간당의 평균적 온도 변화량(dT/dt)을 산출한다.

우선, 예측 온도 산출부(101a)는, 공냉 반송역(AC1 내지 AC3)에서, 강판(14) 전체의 단위 시간당의 평균적 온도 변화량(dT/dt)을, 다음 수식 22를 이용하여 산출한다.

또한, 예측 온도 산출부(101a)는, 수냉 반송역(WC)에서의 단위 시간당의 평균적 온도 변화량(dT/dt)을, 다음 수식 23을 이용하여 산출한다.

또한, 예측 온도 산출부(101a)는, 압연역(RL)에서의 단위 시간당의 평균적 온도 변화량(dT/dt)을, 다음 수식 24를 이용하여 산출한다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 공냉 반송역(AC1 내지 AC3), 수냉 반송역(WC), 및 압연역(RL) 각각의 경계 조건에서의 온도 차분 계산에서 적용하는 시간 나눔(△t)을, 하기한 수식 25를 이용하여 산출한다.

여기서, △T_inc는 온도 계산에서의, 하나의 시간 스텝당의 온도 변화 기준량으로, 온도 계산 정밀도에 필요한 온도 변화량을 나타낸다.

통상, △T_inc는, 1℃ 이내의 수치를 이용한다. 예를 들면 △T_inc=1(℃)로 한 경우, 수식 25에서 구하여지는 시간 나눔(△t)은, 평균적으로 온도가 1(℃) 변화하는데 요(要)하는 시간을 나타내는 것이 된다. 통상, 수냉 반송역(WC)은 공냉 반송역(AC1 내지 AC3)과 비교하고 수냉 전열에 의한 열 이동량(Q_water)이 크기 때문에, 시간 나눔(△t)은 공냉 반송역(AC1 내지 AC3)보다도 짧아진다. 한편, 공냉 반송역(AC1 내지 AC3)에서의 온도 변화는 완만하기 때문에, 같은 △T_inc=1(℃)라도 시간 나눔을 길게 취할 수 있고, 온도 계산 정밀도를 확보하면서도, 계산 회수를 줄여서 계산기 부하를 경감할 수 있다.

도 6은, 열간 압연 장치(20)에서의 강판(14)의 온도 변화를 설명한 도면이다.

도 6에 도시하고 있는 바와 같이, 예측 온도 산출부(101a)는, 시간 나눔을, 공냉 반송역(AC1 내지 AC3)에서는 △t₁, 수냉 반송역(WC)에서는 △t₂, 압연역(RL)에서는 △t₃로 변화시키면서, 온도 차분 계산을 행하고 있다. 또한, 각 경계 조건에서의 최종 스텝에서는 △t_last≤△t가 되는 잔여 시간 나눔(△t_last)으로 계산한다.

또한, 양해법(陽解法)에 의한 차분 계산에서는 계산 결과가 발산(發散)하지 않도록, 시간 나눔은 공간 나눔 폭에 의해 하기한 식의 제약을 충족시킬 필요가 있다.

여기서, ρ는 밀도, Cp는 비열, λ는 열전도도를 나타낸다. 이 제약 조건은 크랭크·니콜슨법 등의 음해법(陰解法)을 이용할 때는 불필요하게 된다.

이상과 같이, 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)에 의하면, 공냉 반송역(AC1 내지 AC3), 수냉 반송역(WC), 및 압연역(RL) 등의 경계 조건의 변화에 의해, 시간 나눔을 변경하여 온도 차분 계산함에 의해, 하나의 시간 스텝마다의 온도 변화량의 정밀도를 확보하면서, 전체의 계산 회수를 장황하게 많아지는 것을 막아 적절한 회수로 할 수 있다. 이에 의해, 열간 압연 장치(20)를 가동함에 있어서, 강판 온도 분포를 더 정확하게 계산할 수 있고, 열간 압연 장치(20)에서의 실제 조업의 온라인 계산의 계산 부하를 경감할 수 있다.

<제 3의 실시 형태>

다음에, 본 발명의 제 3의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)에 관해 설명한다.

제 3의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)는, 도 2에 도시한 제 1의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)와 마찬가지로, CPU(101)와, ROM(102)과, RAM(103)과, 입력부(104)와, 출력부(105)와, 하드 디스크(106)를 구비하고 있다.

제 3의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)가 구비하는 CPU(101)의 예측 온도 산출부(101a)는, 또한, 열간 압연 장치(20)에 설치된 조 출측 온도계(5), 사상 입측 온도계(6), 사상 출측 온도계(10), 및 권취 온도계(12)에 의해 측정된 측정 온도에 의거하여, 분할된 요소마다의 예측 온도를 보정하여, 새로운 예측 온도로 한다.

제 3의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)가 구비하는 CPU(101)의 예측 온도 산출부(101a)에 의한 예측 온도의 산출 처리에 관해 이하에 상세히 설명한다.

도 7은, 제 3의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)가 구비하는 CPU(101)의 예측 온도 산출부(101a)에 의한 예측 온도의 산출 처리를 설명한 도면이다.

우선, 예측 온도 산출부(101a)는, 열간 압연 장치(20)로부터, 조 출측 온도계(5), 사상 입측 온도계(6), 사상 출측 온도계(10), 및 권취 온도계(12)에 의해 측정된 강판의 측정 온도(T^ACT)가 공급되면, 측정 온도(T^ACT)의 상하한(上下限) 체크를 행한다. 구체적으로는, 예측 온도 산출부(101a)의 상하한 제한부(101c)는, 도 7에 도시하는 바와 같은 함수를 내부에 기억하고 있고, 공급된 측정 온도(T^ACT)가 하한(LL1) 내지 상한(UL1)인 경우, 상하한 제한부(101c)는, 측정 온도(T^ACT)에 따른 값을 측정 온도로서 출력한다. 또한, 공급된 측정 온도(T^ACT)가 하한(LL1) 이하인 경우, 상하한 제한부(101c)는, 측정 온도로서 LL1을 출력하고, 공급된 측정 온도(T^ACT)가 상한(UL1) 이상인 경우, 측정 온도로서 UL1을 출력한다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 산출한 제 1 요소(상측)의 예측 온도(T₁ ^Cal)와, 상하한 제한부(101c)로부터 출력된 측정 온도와 편차를 취한다. 구체적으로는, 감산부(101d)가, 산출한 제 1 요소(상측)의 예측 온도(T₁ ^Cal)와, 상하한 제한부(101c)로부터 출력된 측정 온도와의 차분(dT₁)을 산출한다.

그리고, 예측 온도 산출부(101a)는, 감산부(101d)에서 출력된 차분(dT₁)의 상하한 체크를 행한다. 구체적으로는, 예측 온도 산출부(101a)의 상하한 제한부(101e)는, 도 7에 도시하는 바와 같은 함수를 내부에 기억하고 있고, 공급된 차분(dT₁)이 하한(LL2) 내지 상한(UL2)인 경우, 상하한 제한부(101e)는, 차분(dT₁)에 따른 값을 차분(dT)으로서 출력한다. 또한, 공급된 차분(dT₁)이 하한(LL2) 이하인 경우, 상하한 제한부(101e)는, 차분(dT)으로서 LL2를 출력하고, 공급된 차분(dT₁)이 상한(UL2) 이상인 경우, 차분(dT)으로서 UL2를 출력한다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 상하한 제한부(101e)에 의한 상하한 체크를 클리어한 차분(dT)에 대해 조정 게인(α)을 곱하고, 원래의 제 1 요소(상면)의 예측 온도(T₁ ^Cal)에 가산한다. 또한, 조정 게인은 "0.0"부터 "1.0" 사이의 값을 취하고, 조정 게인의 값이 "0.0"이면 측정 온도는 보정되는 일 없고, 조정 게인의 값이 "1.0"이면, 측정 온도로 치환되게 된다. 구체적으로는, 승산부(101f)가, 차분(dT)에 대해 조정 게인(α)을 곱하고, 가산부(101g)가, αDt에 예측 온도(T₁ ^Cal)를 가산하여, 예측 온도(T₁ ^cor)를 산출한다.

즉, 예측 온도 산출부(101a)는, 하기한 수식 27을 이용하여, 제 1 요소(상면)의 보정 후의 예측 온도(T₁ ^cor)를 산출한다.

다음에, 예측 온도 산출부(101a)는, 강판(14) 내부의 각 요소의 예측 온도에 관해, 상기와 같은 보정량을 일률적으로 가한다. 구체적으로는, 가산부(101g)가, αDt에 예측 온도(T_i ^Cal)를 가산하여, 예측 온도(T_i ^cor)를 산출한다.

즉, 예측 온도 산출부(101a)는, 이하의 수식 28을 이용하여, 제 i 요소의 보정 후의 예측 온도(T_i ^cor)를 산출한다.

이와 같이 하여, 보정된 각 분할 요소의 온도를 시작 온도로 하여, 계속된 반송역에서의 차분 온도 계산을 진행하여 간다.

이상과 같이, 본 발명의 제 3의 실시 형태에 관한 제어 장치(100)에 의하면, 열간 압연 장치(20)에 설치된 온도계에 의해 측정된 측정 온도에 의거하여, 각분할 요소의 온도를 보정하여, 차분 온도 계산을 계속함에 의해, 보다 정밀도가 높은 강판(14)의 예측 온도를 산출할 수 있다.

[산업상 이용가능성]

본 발명은, 열간 압연 장치를 제어하는 제어 장치에 적용할 수 있다.

Claims

열간 압연 장치에서 가열, 압연, 및 냉각되는 강판의 단면에서의 외주부터 중앙까지, 공간 나눔 폭마다 윤(輪)형상으로 복수의 요소로 분할하고, 상기 분할된 요소마다의 예측 온도를 차분법에 의해 산출하는 예측 온도 산출부와,
상기 예측 온도 산출부에 의해 산출된 예측 온도에 의거하여, 상기 열간 압연 장치가 상기 강판을 가열, 압연, 및 냉각하기 위한 제어량을 결정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 예측 온도 산출부는,
상기 강판의 경계 조건에 따른 시간 나눔 폭을 산출하고, 이 산출된 시간 나눔 폭에 의거하여, 상기 분할된 요소마다의 예측 온도를 차분법에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 예측 온도 산출부는,
상기 열간 압연 장치에 설치된 온도계에 의해 측정된 측정 온도에 의거하여, 상기분할된 요소마다의 예측 온도를 보정하고, 이 보정된 예측 온도를 그 이후의 새로운 예측 온도로서 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.