WO2014006681A1 - 温度制御装置 - Google Patents

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WO2014006681A1
WO2014006681A1 PCT/JP2012/066915 JP2012066915W WO2014006681A1 WO 2014006681 A1 WO2014006681 A1 WO 2014006681A1 JP 2012066915 W JP2012066915 W JP 2012066915W WO 2014006681 A1 WO2014006681 A1 WO 2014006681A1
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WO
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temperature
model
value
unit
correction term
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PCT/JP2012/066915
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English (en)
French (fr)
Inventor
宏幸 今成
Original Assignee
東芝三菱電機産業システム株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B21B37/76—Cooling control on the run-out table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0218—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • This invention relates to a temperature control device used in a hot rolling line.
  • cooling water is poured into a rolled material (metal material) to bring the rolled material to a desired temperature.
  • a rolled material metal material
  • Such temperature control is indispensable for obtaining a desired material (for example, strength and ductility) as a rolled material.
  • the cooling path may be controlled to bring the rolled material to a desired temperature.
  • a hot sheet rolling line is equipped with facilities such as a heating furnace, a roughing mill, a finishing mill, a run-out table (ROT), and a winder.
  • facilities such as a heating furnace, a roughing mill, a finishing mill, a run-out table (ROT), and a winder.
  • ROT run-out table
  • a target value of the temperature (FDT: Finisher Delivery Temperature) on the exit side of the finishing mill is given.
  • FDT Finisher Delivery Temperature
  • FDTC finish side temperature control
  • FDTC is performed, for example, by appropriately controlling the rolling speed.
  • ISC Inter Stand Coolant
  • ISC Inter Stand Coolant
  • CTC Winding temperature control
  • CT Coiling Temperature
  • ROT Winding temperature control
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing a main part of the hot sheet rolling line.
  • 1 is a rolled material made of a metal material
  • 2 is a rolling mill stand provided in the finishing mill.
  • the rolled material 1 is rolled by a rolling mill stand 2 and then placed on a roll 3 of ROT.
  • the ROT includes a large number of rolls 3.
  • the ROT conveys the rolled material 1 by rotating the roll 3.
  • the rolling material 1 conveyed with the roll 3 is finally wound up by the winder 4, and becomes a product in this line.
  • ROT is equipped with water injection devices 5 and 6.
  • the water injection device 5 is provided above the roll 3.
  • the water injection device 5 injects water into the rolled material 1 from above.
  • the water injection device 6 is provided below the roll 3.
  • the water injection device 6 injects water into the rolled material 1 from below.
  • the rolled material 1 becomes a body to be cooled on the ROT.
  • the finishing delivery thermometer 7 is a finishing delivery side thermometer (FDT measuring device), 8 is a winding thermometer (CT measuring device).
  • the finishing delivery thermometer 7 is provided on the delivery side (ROT entry side) of the rolling mill stand 2.
  • the finishing delivery thermometer 7 measures the temperature of the rolled material 1 immediately after leaving the rolling mill stand 2.
  • the winding thermometer 8 is provided on the entry side (the exit side of the ROT) of the winder 4.
  • the winding thermometer 8 measures the temperature of the rolled material 1 immediately before being wound by the winder 4.
  • One or a plurality of other thermometers may be provided on the ROT (ie, between the finishing delivery thermometer 7 and the winding thermometer 8).
  • the CTC is performed using the temperature (measured value) of the rolled material 1 measured by the finishing delivery thermometer 7 and the temperature (measured value) of the rolled material 1 measured by the winding thermometer 8. Further, learning of a model (temperature model) for calculating a predicted value of the temperature of the rolled material 1 is performed using the measured value by the finishing delivery thermometer 7 and the measured value by the winding thermometer 8.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the movement of heat generated in the hot sheet rolling line.
  • the hot sheet rolling line can be divided into three types of equipment: a conveyance table, a rolling mill, and a water cooling device from the viewpoint of a temperature model.
  • the transport table is equipment for transporting the rolled material 1.
  • a conveyance table conveys the rolling material 1 by rotating a roll.
  • the conveyance table is installed, for example, on the exit side of the heating furnace, between the roughing mill and the finishing mill, or between the rolling stands 2 of the finishing mill.
  • the ROT roll 3 also constitutes a transport table.
  • Reference numeral 9 in FIG. 8 indicates a roll (including the roll 3) constituting the transport table.
  • the rolling mill is equipment for rolling the rolled material 1.
  • a rolling mill consists of the rolling stand of a rough rolling mill and the rolling stand 2 of a finishing rolling mill, for example.
  • the rolling mill is provided with a rolling roll 10 for rolling the rolled material 1.
  • the water cooling device is equipment for pouring water into the rolled material 1 and cooling the rolled material 1.
  • the water cooling device includes, for example, an inter-stand cooling device and water injection devices 5 and 6.
  • Heat transfer includes “heat transfer” and “heat conduction”.
  • the heat transfer represents the movement of heat generated between the material (rolled material 1) and the external environment (for example, air, water).
  • heat conduction represents the movement of heat generated inside the material (rolled material 1). That is, in the rolled material 1, when the surface (upper surface, lower surface) is in contact with air or water, heat is removed by heat transfer, and the temperature of the surface decreases. When the temperature of the surface portion of the rolled material 1 falls, heat conduction occurs inside the rolled material 1, and heat moves from the high-temperature internal portion to the surface portion where the temperature is low. Thermal conduction is a phenomenon that occurs inside the rolled material 1 and occurs in any equipment on the hot sheet rolling line. For this reason, in the following, the detailed description regarding heat conduction is omitted.
  • the air cooling effect includes a temperature drop due to radiation and a temperature drop due to convection.
  • the heat transfer in the rolling mill includes heat removal from the rolling material 1 to the rolling roll 10 and heat generation due to friction between the rolling material 1 and the rolling roll 10. Regarding the rolling mill, although it is not heat transfer, it is necessary to consider the heat generated when the rolled material 1 is processed.
  • the air cooling effect and the water cooling effect on the material (rolled material 1) are considered.
  • the water cooling effect includes a temperature drop due to radiation and a temperature drop due to convection.
  • the water-cooled convection is convection in which the heat of the rolled material 1 is taken away by the cooling water supplied to the rolled material 1.
  • the air cooling effect includes a temperature drop due to radiation and a temperature drop due to convection. In the portion where the rolled material 1 is covered with water, water-cooled convection and radiation occur, but air-cooled convection does not occur. In the portion where the rolled material 1 is not covered with water, air-cooled convection and radiation occur, but water-cooled convection does not occur.
  • the water-cooling apparatus in which the water injection is not performed it can consider similarly to a conveyance table.
  • the structure (structure of steel material) is austenite. As the rolled material 1 is cooled and the temperature of the rolled material 1 decreases, the structure is transformed into ferrite. When the structure is transformed into ferrite, latent heat is released, and the temperature of the rolled material 1 increases. This heat is called transformation heat generation. Regarding the water cooling device, it is necessary to consider this transformation heat generation.
  • the mathematical formula includes various parameters. Examples of parameters necessary for calculating the predicted value of the temperature of the rolled material 1 include the heat transfer coefficient, specific heat, and density of the rolled material 1. In addition, the heat transfer coefficient during water cooling or air cooling, and other thermophysical values are also included in the above parameters.
  • the numerical values of the above parameters are published in the literature. However, the numerical values published in the literature are values measured in the laboratory with the material stationary. In the hot sheet rolling line, the rolled material 1 (material) moves at a high speed. Due to the difference in environment, even if a numerical value disclosed in the literature is input to the parameter (temperature model) of the above mathematical formula, the temperature of the rolled material 1 cannot be accurately predicted. In the hot sheet rolling line, it is important to learn a temperature model and find a correction value that matches the temperature (actual value) obtained by measurement.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose conventional techniques related to a temperature model.
  • values used in actual control are input to the temperature model.
  • the calculated value of the coiling temperature calculated by the temperature model is compared with the measured value of the coiling temperature to learn the temperature model.
  • the amount of temperature drop due to air cooling is calculated using a temperature model.
  • the temperature drop due to water cooling is calculated by subtracting the temperature drop due to air cooling from the overall temperature drop.
  • the apparatus described in Patent Document 2 does not learn the temperature model.
  • the temperature drop due to air cooling is calculated using a temperature model.
  • the temperature drop due to water cooling is calculated by subtracting the temperature drop due to air cooling from the overall temperature drop.
  • the effect of air cooling and the effect of water cooling are not separated when learning the temperature model.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a temperature model learning method.
  • the learning method described in Patent Document 1 is basically the same as the learning method shown in FIG.
  • 11 is an actual plant
  • 12 is a control device.
  • the actual plant 11 includes equipment such as a transfer table, a rolling mill, and a water cooling device.
  • the actual plant 11 is controlled by the control device 12.
  • the control device 12 gives a control output to the actual plant 11 to cause the actual plant 11 to perform various operations.
  • the control device 12 receives a plant output from the actual plant 11.
  • the control device 12 performs control calculation based on the plant output received from the actual plant 11.
  • the control device 12 gives a control output to the actual plant 11 based on the result of the control calculation, and corrects the operation of the actual plant 11 so that the winding temperature of the rolled material 1 becomes a desired value.
  • the winding temperature of the rolled material 1 is measured by the winding thermometer 8.
  • the control output from the control device 12 and the plant output from the actual plant 11 are stored in a predetermined storage device (not shown).
  • the control output and the plant output stored in the storage device are input to the temperature model 13.
  • the value calculated by the temperature model 13 after the control is completed in this way is referred to as the actual recalculated value of the coiling temperature.
  • thermometer when a thermometer is installed on the ROT, the measured value of the temperature of the rolled material 1 at that position may be compared with the actual recalculated value of the temperature of the rolled material 1 at that position.
  • CTC water is injected from the water injection devices 5 and 6 to control the temperature of the rolled material 1.
  • the heat transfer in the water cooling device needs to consider the air cooling effect and the water cooling effect on the rolled material 1.
  • a finisher-side thermometer 7 is provided on the inlet side of the ROT, and a winding thermometer 8 is provided on the outlet side of the ROT.
  • the amount of temperature drop cannot be considered as being divided into a drop due to air cooling and a drop due to water cooling.
  • the water cooling effect on the material is larger than the air cooling effect.
  • the length of the ROT may be about 100 m, and the air cooling effect on the rolled material 1 cannot be ignored.
  • the length of the portion where the water cooling of the ROT is performed is only about several meters to 10 meters. Air cooling is performed in the remaining portion of the ROT. If the temperature drop due to air cooling is not taken into account, there is a problem that the learning accuracy cannot be improved even if the temperature model is learned, and as a result, the accuracy of the entire CTC is lowered.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a temperature control apparatus capable of accurately learning a temperature model in a hot rolling line.
  • the temperature control device includes a rolling mill for rolling a metal material, a conveyance table for conveying the metal material rolled by the rolling mill to the downstream side, and the temperature of the metal material on the entry side of the conveyance table.
  • the metal material A temperature control device used in a hot rolling line equipped with a water injection device for injecting water into a temperature model, a temperature model for calculating a temperature of the metal material, and the temperature of the metal material using the temperature model
  • the actual value actually used in the temperature control for the metal material is input to the temperature model, and the second temperature And a model correction unit for correcting the temperature model, wherein the temperature model is a water-cooled convection model and a first correction for the water-cooled convection model.
  • a calculation model, a radiation model, a second correction term for the radiation model, and an air-cooled convection model, and the computing unit changes the values of the first correction term and the second correction term, respectively.
  • the model correction unit calculates the calculated value, and the model correction unit calculates the first based on the actual recalculated value calculated by the calculation unit and the measured value by the second thermometer when the temperature control for the metal material is actually performed.
  • the correction term and the second correction term are corrected.
  • the temperature control device can accurately learn the temperature model in the hot rolling line.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a temperature control apparatus in Embodiment 1 of the present invention.
  • this temperature control apparatus is applied to a hot sheet rolling line.
  • this temperature control device is applied to another hot rolling line, for example, when it is applied to a hot plate rolling line, it can be easily realized based on the following description, so the description thereof is omitted. To do.
  • the hot sheet rolling line is equipped with equipment such as a heating furnace, a roughing mill, a finishing mill, a run-out table (ROT), and a winder.
  • equipment such as a heating furnace, a roughing mill, a finishing mill, a run-out table (ROT), and a winder.
  • finishing delivery temperature control (FDTC) and winding temperature control (CTC) are performed.
  • 1 is a rolled material made of a metal material
  • 2 is a rolling mill stand provided in the finishing mill.
  • the rolled material 1 is rolled by a rolling mill stand 2 and then placed on an ROT roll 3 (not shown in FIG. 1).
  • the ROT includes a large number of rolls 3.
  • the ROT conveys the rolled material 1 by rotating the roll 3.
  • the rolling material 1 conveyed with the roll 3 is finally wound up by the winder 4, and becomes a product in this line.
  • ROT is equipped with water injection devices 5 and 6.
  • the water injection device 5 is provided above the roll 3.
  • the water injection device 5 injects water into the rolled material 1 from above.
  • the water injection device 6 is provided below the roll 3.
  • the water injection device 6 injects water into the rolled material 1 from below.
  • the rolled material 1 becomes a body to be cooled on the ROT.
  • the finishing delivery thermometer 7 is a finishing delivery side thermometer (FDT measuring device), 8 is a winding thermometer (CT measuring device).
  • the finishing delivery thermometer 7 is provided on the delivery side (ROT entry side) of the rolling mill stand 2.
  • the finishing delivery thermometer 7 measures the temperature of the rolled material 1 immediately after leaving the rolling mill stand 2.
  • the winding thermometer 8 is provided on the entry side (the exit side of the ROT) of the winder 4.
  • the winding thermometer 8 measures the temperature (winding temperature: CT) of the rolled material 1 immediately before being wound by the winder 4.
  • One or a plurality of other thermometers may be provided on the ROT (ie, between the finishing delivery thermometer 7 and the winding thermometer 8).
  • the finishing delivery thermometer 7 constitutes the first thermometer.
  • the winding thermometer 8 constitutes a second thermometer that performs temperature measurement on the downstream side of the first thermometer.
  • the hot sheet rolling line can be divided into three types of equipment: a transport table, a rolling mill, and a water cooling device from the viewpoint of a temperature model.
  • the rolling mill is equipment for rolling the rolled material 1.
  • a rolling mill consists of the rolling stand of a rough rolling mill and the rolling stand 2 of a finishing rolling mill, for example.
  • the rolling mill is provided with a rolling roll 10 for rolling the rolled material 1.
  • the transport table is equipment for transporting the rolled material 1.
  • a conveyance table conveys the rolling material 1 by rotating a roll.
  • the conveyance table is installed, for example, on the exit side of the heating furnace, between the roughing mill and the finishing mill, or between the rolling stands 2 of the finishing mill.
  • the ROT roll 3 also constitutes a transport table. The ROT conveys the rolled material 1 rolled by the rolling mill stand 2 to the downstream side.
  • the water cooling device is equipment for injecting water into the rolled material 1 and cooling the rolled material 1.
  • the water cooling device includes, for example, an inter-stand cooling device and water injection devices 5 and 6.
  • the water injection devices 5 and 6 are devices for cooling the rolled material 1 being conveyed by the ROT.
  • Heat transfer includes “heat transfer” and “heat conduction”.
  • the idea for heat transfer is as described above. Regarding heat transfer in the transfer table, only the air cooling effect on the rolled material 1 has to be considered.
  • the air cooling effect includes a temperature drop due to radiation and a temperature drop due to convection.
  • the heat transfer in the rolling mill includes heat removal from the rolling material 1 to the rolling roll 10 and heat generation due to friction between the rolling material 1 and the rolling roll 10. Regarding the rolling mill, although it is not heat transfer, it is necessary to consider the heat generated when the rolled material 1 is processed.
  • the water cooling effect includes a temperature drop due to radiation and a temperature drop due to convection.
  • the air cooling effect includes a temperature drop due to radiation and a temperature drop due to convection.
  • the portion where the rolled material 1 is covered with water water-cooled convection and radiation occur, but air-cooled convection does not occur.
  • the portion where the rolled material 1 is not covered with water air-cooled convection and radiation occur, but water-cooled convection does not occur.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the function of the winding temperature control device shown in FIG. 1.
  • the coiling temperature control device 14 regards the rolled material 1 as an aggregate in which a plurality of segments are continuous in performing CTC. That is, the winding temperature control device 14 divides the rolled material 1 from the tip to the tail into a plurality of segments. For example, the winding temperature control device 14 divides the rolled material 1 so that each segment has a fixed length of about 1 m to 10 m.
  • each segment is indicated with a number if necessary.
  • the segment number at an arbitrary position is denoted as j.
  • Segment No. The number of the segment arranged at the tip of one of j is denoted as j-1.
  • Segment No. The number of the segment arranged at the leading end of one of j-1 is denoted as j-2.
  • each segment on the tip side is numbered.
  • segment No. The number of the segment arranged on the one tail end side of j is denoted as j + 1.
  • Segment No. The number of the segment arranged on the one tail end side of j + 1 is expressed as j + 2.
  • each segment on the tail end side is numbered.
  • the winding temperature control device 14 controls the water injection devices 5 and 6 in consideration of heat input and output for each segment.
  • the winding temperature control device 14 divides the water injection devices 5 and 6 into a plurality of water cooling banks when performing CTC. That is, in the ROT, a plurality of water cooling banks are arranged side by side along the roll 3.
  • each water-cooled bank is numbered and indicated as necessary.
  • the number of the water-cooled bank at an arbitrary position is represented as i.
  • Water-cooled bank No. The number of the water-cooled bank arranged one upstream of i (the entry side of ROT) is denoted by i-1.
  • Water-cooled bank No. The number of the water cooling bank arranged one upstream of i-1 is denoted as i-2.
  • numbers are assigned to the respective water cooling banks arranged on the upstream side.
  • the number of the water-cooled bank arranged one downstream of i (outside of the ROT) is denoted as i + 1.
  • Water-cooled bank No. The number of the water cooling bank arranged one downstream of i + 1 is denoted as i + 2.
  • numbers are assigned to the respective water cooling banks arranged on the downstream side.
  • the winding temperature control device 14 includes a temperature model 15, a material temperature prediction unit 16, a water injection amount determination unit 17, a tracking unit 18, a valve control unit 19, a calculation unit 20, a model correction unit 21, and a model learning unit 22.
  • the temperature model 15 is a model for calculating the temperature of the rolled material 1 (predicted value of temperature).
  • the temperature model 15 is stored in, for example, a storage unit (not shown) in the winding temperature control device 14.
  • heat transfer generated between the rolled material 1 and the external environment (for example, air, water), heat conduction generated inside the rolled material 1, and transformation heat generation effect are described as mathematical expressions. Details of the temperature model 15 will be described later.
  • the material temperature prediction unit 16 has a function of predicting the temperature of the rolled material 1 using the temperature model 15.
  • the material temperature prediction unit 16 predicts the temperature of each segment by applying the temperature model 15 to each segment. For example, the material temperature prediction unit 16 determines the segment number. By applying the temperature model 15 to j, segment no. Calculate the predicted temperature of j.
  • the water injection amount determination unit 17 has a function of determining the amount of water to be injected from the water injection devices 5 and 6.
  • the water injection amount determination unit 17 calculates the water injection amount from each water cooling bank while exchanging information with the material temperature prediction unit 16. Then, the water injection amount determination unit 17 determines the water injection amount from each water cooling bank based on the temperature of the rolled material 1 predicted by the material temperature prediction unit 16.
  • the water injection amount determination unit 17 first sets the initial value of the water injection amount in the material temperature prediction unit 16.
  • the material temperature prediction unit 16 calculates a predicted value of the temperature of the rolled material 1 using the temperature model 15 based on the initial value set by the water injection amount determination unit 17.
  • the water injection amount determination unit 17 sets the material temperature prediction unit 16. Correct the water injection volume.
  • the material temperature prediction unit 16 recalculates the predicted value of the temperature of the rolled material 1 using the temperature model 15 based on the correction value set by the water injection amount determination unit 17.
  • the water injection amount determination unit 17 and the material temperature prediction unit 16 repeat the setting (correction) of the water injection amount and the calculation of the predicted value. Then, the water injection amount determination unit 17 determines the final water injection amount so that the predicted CT value of each segment falls within a desired range.
  • the tracking unit 18 has a function of tracking the position of the rolled material 1.
  • the tracking unit 18 calculates the position of each segment from time to time based on various information obtained from each facility of the hot sheet rolling line.
  • the valve control unit 19 has a function of controlling the valves of the water injection devices 5 and 6.
  • the valve control unit 19 controls the valve based on the water injection amount determined by the water injection amount determination unit 17 and the tracking information from the tracking unit 18, and causes the water injection devices 5 and 6 to perform appropriate water injection.
  • the tracking information is the position information of the rolled material 1 calculated by the tracking unit 18.
  • the temperature of j is measured by the finishing delivery side thermometer 7. With the finishing delivery side thermometer 7, the segment no.
  • the water injection amount determining unit 17 determines the segment No. Determine the amount of water injected from each water cooling bank for j.
  • Segment No. Tracking information regarding j is input from the tracking unit 18 to the valve control unit 19.
  • the valve control unit 19 accurately controls the valves of each water cooling bank so that the amount of water determined by the water injection amount determination unit 17 is performed at an appropriate timing.
  • the calculation unit 20 has a function of calculating the actual recalculation value of the CT of the rolled material 1.
  • the calculation unit 20 is actually used in the temperature control for the rolled material 1. Acquire various performance values.
  • the calculating part 20 calculates the actual recalculation value of CT of the rolling material 1 by inputting the acquired actual value into the temperature model 15. Details of the calculation unit 20 will be described later.
  • the model correction unit 21 has a function of correcting the temperature model 15.
  • the model correction unit 21 performs the above correction based on the actual CT recalculation value of the rolled material 1 calculated by the calculation unit 20. Details of the model correction unit 21 will be described later.
  • the object to be cooled is the rolled material 1 and has a volume. Therefore, the rolled material 1 is divided into minute portions (minute volumes) in the plate thickness direction, and the temperature change of the kth minute portion is considered.
  • the temperature change ⁇ T k of the kth minute portion is expressed by the following equation.
  • ⁇ density of the cooled object [kg / mm 3 ]
  • C p Specific heat of the object to be cooled [J / kg / deg]
  • V k kth minute volume [mm 3 ]
  • ⁇ t Time change [s]
  • ⁇ Q Sum of heat flow [W]
  • FIG. 3 is a diagram for explaining temperature calculation in the thickness direction of the rolled material.
  • the rolled material 1 is divided into minute portions (minute volumes) in the thickness direction, and the temperature of the minute portions is represented by dots.
  • this point is expressed as node. That is, heat conduction is considered between points, and heat transfer with the outside is considered at points on the surface (upper surface / lower surface) of the rolled material 1.
  • Examples of the heat flow include water-cooled convection, radiation, air-cooled convection, and heat conduction. All of them are considered as the heat flow.
  • Q itself is a positive value. When heat is taken away from the object to be cooled, it is written with a negative sign.
  • the sum ⁇ Q k of the heat flow is expressed by the following equation. When a minute part exists in the surface of the rolling material 1, it is necessary to consider both heat transfer and heat conduction.
  • Q w Heat flow [W] from the surface of the object to be cooled to the cooling water
  • Q a Heat flow [W] from the surface of the object to be cooled to the surrounding air
  • Q rad heat flow [W] due to radiation from the surface of the object to be cooled
  • Q k + 1 ⁇ k Heat flow [W] received from the (k + 1) th minute portion inside the object to be cooled
  • Q k ⁇ k + 1 Heat flow [W] flowing out to the (k + 1) th minute portion inside the object to be cooled
  • k Heat flow [W] due to transformation heat generation of the object to be cooled Q k + 1 ⁇ k and Q k ⁇ k + 1 only flow from the higher temperature to the lower temperature.
  • the heat flow Q w (water-cooled convection model) from the surface of the body to be cooled to the cooling water is expressed by the following equation.
  • h w Heat transfer coefficient between the object to be cooled and the cooling water [W / mm 2 / ° C.]
  • a w Surface area of the object to be cooled [mm 2 ]
  • T surf surface temperature of the object to be cooled [° C.]
  • T w Cooling water temperature [° C.]
  • the heat flow Q a (air-cooled convection model) from the surface of the object to be cooled to the surrounding air is expressed by the following equation.
  • h a Heat transfer coefficient between the object to be cooled and the ambient air [W / mm 2 / ° C.]
  • a a surface area of the cooled object [mm 2 ]
  • T surf surface temperature of the object to be cooled [° C.]
  • T a ambient air temperature [° C.]
  • a heat flow Q rad (radiation model) due to radiation from the surface of the object to be cooled is expressed by the following equation from the Stefan-Boltzmann equation.
  • ⁇ Emissivity
  • a rad Surface area of the object to be cooled [mm 2 ]
  • T surf surface temperature of the object to be cooled [° C.]
  • T amb Ambient temperature [° C]
  • Z w Correction term for water-cooled convection term (water-cooled convection model)
  • Z a Correction term for air-cooled convection term (air-cooled convection model)
  • Z r Correction term for radiation term (radiation model) That is, the model correction unit 21 is a correction term.
  • Z w , Z a , and Z r is corrected appropriately.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining each function of the calculation unit and the model correction unit illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the temperature control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the measured temperature value and the actual recalculated value of each segment.
  • the rolled material 1 is conveyed by ROT after leaving the rolling mill stand 2. While the rolled material 1 is being conveyed by the ROT, CTC is performed on the rolled material 1. When the CTC for the rolled material 1 is completed, the control output and various measured values when the CTC is being performed are input to the arithmetic unit 20. In order to calculate the actual recalculation value by the calculation unit 20, the following information I1 to I5 is required.
  • I1 Measured value of the temperature of the rolled material 1 on the entry side of the ROT
  • I2 Measured value of the speed of the rolled material 1
  • I3 Actual value of the amount of water injected from the water injection devices 5 and 6 and actual value of the timing of water injection
  • I4 Water injection device Actual value of temperature of water poured from 5 and 6
  • I5 Information of rolled material 1 (for example, metal type, size, compounded chemical composition, etc.)
  • the above-mentioned information I1 is information necessary for giving an initial condition in calculating the actual recalculation value.
  • the information I2 is information necessary for calculating ⁇ t in Expression 1.
  • the information I3 is information that is necessary when calculating how much each segment of the rolled material 1 is water-cooled at which position from the equation (4).
  • the information I4 is information necessary for performing the calculations of Expressions 4 and 6. It should be noted that information on the temperature of the ambient air is also required when performing the calculations of Formula 5 and Formula 6. The temperature of the surrounding air may be measured, and the calculation of Expression 5 and Expression 6 may be performed using the actual value.
  • the ambient air temperature may be a fixed value or may be regarded as the same temperature as the water temperature.
  • Information I5 is information required when calculating specific heat and density in Equation 1.
  • Information I5 can be used to indirectly describe effects that are difficult to model (for example, the influence of surface roughness) in the temperature model 15.
  • steel containing Nb (niobium) has a rough surface, and the cooling effect by cooling water is increased.
  • Nb niobium
  • a numerical value table of correction values classified according to steel types and chemical components is prepared in advance. In the temperature model 15, a numerical table to be used is appropriately selected based on the input information I5.
  • TFDT ACT is the segment number of the rolled material 1.
  • j is the temperature (actual value) measured by the finishing delivery thermometer 7 when it comes out of the final rolling mill stand 2 of the finishing mill.
  • T CT ACT is the segment number of the same rolled material 1.
  • j is a temperature (actual value) measured by the winding thermometer 8 before being wound by the winder 4.
  • the calculation unit 20 When the rolled material 1 is taken up by the winder 4 and the rolling process (temperature control) on the rolled material 1 is completed, the calculation unit 20 has data necessary for calculating the actual recalculated values (the above information I1 to I5). Are obtained) (S101 in FIG. 3). The calculating part 20 calculates the actual recalculation value of the position corresponding to each water cooling bank about each segment of the rolling material 1. In S101, the calculation unit 20 acquires data necessary for performing such a calculation.
  • Calculation unit 20 obtains the data at S101, the code for reducing the error e n, the correction term Z w, Z a, is calculated for each of Z r (S102). The specific processing content of S102 will be described later.
  • Calculation unit 20 the correction term Z w in S102, Z a, determined the respective sign of Z r, initiating the calculation of the actual re-calculated value of the rolling material 1.
  • the computing unit 20 sets the correction terms Z w , Z a , and Z r to initial values (for example, 1.0), respectively (S103).
  • T FDT ACT and T CT ACT are connected by a complicated curve (or broken line).
  • FIG. 6 shows the result of the calculation of S106 for all segments.
  • Model corrector 21 error e n calculated by the calculation unit 20 determines whether it is within a predetermined allowable range (S110).
  • the allowable range is set in advance. For example, as shown in FIG. 4, when there is a large gap between the actual recalculated T CT R-1 of the actual value T CT ACT and first CT of CT, the error e n do not fall within the allowable range (No in S110).
  • the model corrector 21 repeat count n of solving determines whether within the maximum number (S 111). The maximum number of times is preset. If the number of solution iterations n is less than the maximum number in S111, the arithmetic unit 20 corrects the CT actual recalculated value T CT Rn so as to approach the CT actual value T CT ACT (see FIG. 4). The values of the terms Z w , Z a , and Z r are changed. That is, the arithmetic unit 20, so that the error e n becomes smaller, the correction term Z w, Z a, to change the values of Z r (S112).
  • the change in S112 is performed based on the calculation result in S102.
  • calculation unit 20 the correction term Z w, Z a, respectively small change each value of Z r ( ⁇ Z w, ⁇ Z a , ⁇ Z r) by, grasp a code error e n becomes smaller.
  • the above ⁇ Z w , ⁇ Z a and ⁇ Z r are set in advance.
  • the computing unit 20 first sets each correction term to an initial value (Z w0 , Z a0 , Z r0 ), and calculates the actual recalculated value T CT of the CT of the rolled material 1.
  • the arithmetic unit 20 the value only by slightly changing the correction term Z w, and calculates the actual recalculated T CT of CT, determines the sign for the correction term Z w.
  • the correction term is set to Z w0 + ⁇ Z w , Z a0 , Z r0 , and the CT actual recalculated value T CT is calculated.
  • the error e n Determine the code for which.
  • Calculation unit 20, for the correction term Z a and correction term Z r performs the same calculation as described above. That is, the arithmetic unit 20, the correction term Z a value only slightly changed by ( ⁇ ⁇ Z a) is to calculate the error e n, determines the sign for the correction term Z a. The arithmetic unit 20, the correction term Z r values only small change by ( ⁇ ⁇ Z r) is to calculate the error e n, determines the sign for the correction term Z r.
  • [Delta] Z w is set to a value of approximately 5% of the Z w0.
  • ⁇ Z a is set to a value of about 5% of Z a0 .
  • [Delta] Z r is set to a value of approximately 5% of the Z r0.
  • Calculating unit 20, at S112, based on the code determined in S102, in a direction to reduce the error e n, the correction term Z w, Z a, Z r values respectively [Delta] Z w of, [Delta] Z a, [Delta] Z r only change. Then, the calculation unit 20 adds 1 to the number of repetitions n of the solution (n n + 1), and returns to the process of S105 (S113).
  • the actual recalculated value T CT R-1 shown in FIG. 4 is obtained in the first solution .
  • the actual recalculated value T CT R-2 is obtained in the second solution. That is, in the second solving, the error e n becomes smaller than the first error e n. Similarly, in the third solving, the error e n becomes smaller than the second error e n.
  • the error e n becomes within the allowable range (S110 of Yes), the model corrector 21 correction term used in computing the error e n that within the allowable range
  • Each value of Z w , Z a , and Z r is stored in the storage unit (S114).
  • model corrector 21 error e n (No in S111) calculation if the error e n be performed maximum number of times do not fall within the allowable range, the minimum of the error e n are obtained by calculating the far
  • Each value of the correction terms Z w , Z a , Z r used at the time of being stored is stored in the storage unit (S115 to S114).
  • the model correction unit 21 may perform limit processing when storing each value of the correction terms Z w , Z a , and Z r in S115.
  • Each value of the correction terms Z w , Z a , and Z r obtained by the process of S110 or the process of S115 includes an error depending on the result data.
  • By performing the limit processing it is possible to prevent the values of Z w , Z a , and Z r from becoming excessive. If the water-cooled convection model, the air-cooled convection model, and the radiation model are accurate, the correction terms Z w , Z a , and Z r each have a value near 1.0.
  • a learning table is stored in the storage unit for each section of the rolled material 1.
  • the learning table is prepared for each steel type and size of the rolled material 1.
  • a learning table is prepared for each correction term.
  • the model correction unit 21 stores each value of the correction terms Z w , Z a , and Z r in the learning table of the same classification as the classification of the rolled material 1 this time.
  • the model correction unit 21 appropriately weights the already stored values and the values obtained this time when storing the values of the correction terms Z w , Z a , and Z r in the learning table.
  • the CTC for the new rolled material 1 is performed using the temperature model 15 corrected by the model correction unit 21 thereafter. That is, when predicting the temperature of the rolled material 1, the material temperature prediction unit 16 takes out various values from the learning table of the same category as the category of the rolled material 1 to be controlled and reflects it in the temperature model 15.
  • errors existing in the water-cooled convection model, the air-cooled convection model, and the radiation model can be accurately corrected using the actual data.
  • the temperature model 15 can be learned with high accuracy, and more accurate CTC can be performed.
  • FIG. 5 is performed by the arithmetic unit 20 and the model correction unit 21, T E1j Rn , T Dij Rn and T CT Rn are calculated for each segment, and the correction terms Z w , New values of Z a and Z r are stored in the learning table.
  • the model learning unit 22 calculates a learning value for correcting the predicted value by the material temperature prediction unit 16 based on the difference. Specifically, the model learning unit 22 starts the following process when all the processes described in the first embodiment are completed.
  • the model learning unit 22 stores the learning value e F (j) obtained by Expression 11 in the learning table as the temperature error of each segment.
  • the length of the rolled material 1 is normalized, and an appropriate learning value is stored in the corresponding position. For example, consider a case where the total number of segments of the rolled material 1 is 200 and the standardized length L is 100. Segment No. 10 and no.
  • the material temperature prediction unit 16 then takes out various values from the learning table of the same category as the category of the rolled material 1 to be controlled when predicting the temperature of the rolled material 1, Reflected in the temperature model 15.
  • the material temperature prediction unit 16 calculates the temperature from FDT to CT using the temperature model 15.
  • the material temperature prediction unit 16 adds a value stored as a temperature error in the learning table to the predicted value obtained using the temperature model 15 to derive a final predicted value. For example, consider a case where the total number of segments of the rolled material 1 is 50 and the standardized length L is 100.
  • the material temperature prediction unit 16 is, for example, a segment number.
  • errors other than errors existing in the water-cooled convection model, the air-cooled convection model, and the radiation model can be corrected appropriately.
  • the temperature model 15 can be learned with high accuracy, and more accurate CTC can be performed.
  • each value of Z w , Z a , and Z r is finalized by calculating a plurality of actual recalculated values by slightly changing each value of the correction terms Z w , Z a , and Z r. Decided.
  • the process shown in FIG. 5 is performed with any of the correction terms Z w , Z a , and Z r fixed.
  • the temperature of the rolled material 1 is about 400 ° C. to 900 ° C. In this temperature range, the effect of air-cooled convection is the smallest.
  • the arithmetic unit 20 a code for reducing the error e n, is calculated for each correction term Z w and Z r.
  • Embodiment 4 FIG. In the present embodiment, unlike the case of the first to third embodiments, a case where the function of the calculation unit 20 and the function of the model correction unit 21 are not used will be described.
  • the model learning unit 22 stores the learning value e F (j) obtained by Expression 11 in the learning table as the temperature error of each segment. At this time, the length of the rolled material 1 is normalized, and an appropriate learning value is stored in the corresponding position. When the learning value is stored in the learning table, appropriate weighting may be performed using Equation 10.
  • the material temperature prediction unit 16 then takes out various values from the learning table of the same category as the category of the rolled material 1 to be controlled when predicting the temperature of the rolled material 1, Reflected in the temperature model 15.
  • the material temperature prediction unit 16 calculates the temperature from FDT to CT using the temperature model 15.
  • the material temperature prediction unit 16 adds a value stored as a temperature error in the learning table to the predicted value obtained using the temperature model 15 to derive a final predicted value. For example, consider a case where the total number of segments of the rolled material 1 is 50 and the standardized length L is 100.
  • the material temperature prediction unit 16 is, for example, a segment number.
  • the predicted temperature value can be corrected using the actual data.
  • the predicted temperature value can be brought close to the actual temperature by a simple method, and it is possible to perform CTC with higher accuracy with less load.
  • the present invention can be applied to an apparatus that performs CTC in a hot rolling line.

Landscapes

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Abstract

　巻取温度制御装置（１４）は、温度モデル（１５）、材料温度予測部（１６）、演算部（２０）、モデル補正部（２１）を備える。温度モデル（１５）は、水冷対流モデルと、水冷対流モデルに対する第１補正項と、放射モデルと、放射モデルに対する第２補正項と、空冷対流モデルとを有する。演算部（２０）は、第１補正項の値及び第２補正項の値をそれぞれ変えて、複数の実績再計算値を計算する。モデル補正部（２１）は、演算部（２０）によって計算された実績再計算値と圧延材（１）に対する温度制御が実際に行われていた時の巻取温度計（８）による測定値とに基づいて、第１補正項及び第２補正項を補正する。

Description

温度制御装置
　この発明は、熱間圧延ラインにおいて使用される温度制御装置に関するものである。
　熱間薄板圧延や熱間厚板圧延では、圧延材（金属材料）に冷却水を注水して、圧延材を所望の温度にする。このような温度制御は、圧延材として、所望の材質（例えば、強度や延性）を得るために必要不可欠な制御である。また、圧延材を所望の温度にするために、冷却経路を制御する場合もある。
　例えば、熱間薄板圧延ラインには、加熱炉、粗圧延機、仕上圧延機、ランアウトテーブル（ＲＯＴ：Ｒｕｎ　Ｏｕｔ　Ｔａｂｌｅ）、巻取機といった設備が備えられる。
　熱間薄板圧延ラインにおける圧延材（金属材料）の温度制御では、仕上圧延機の出側の温度（ＦＤＴ：Ｆｉｎｉｓｈｅｒ　Ｄｅｌｉｖｅｒｙ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の目標値が与えられる。そして、圧延材のＦＤＴをその目標値にするための制御、即ち、仕上出側温度制御（ＦＤＴＣ：ＦＤＴ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）が行われる。ＦＤＴＣは、例えば、圧延速度を適切に制御することによって行われる。また、ＦＤＴＣを行うための装置として、仕上圧延機の圧延機スタンド間に、スタンド間冷却装置（ＩＳＣ：Ｉｎｔｅｒ　Ｓｔａｎｄ　Ｃｏｏｌａｎｔ）が備えられる。
　仕上圧延機を出た圧延材に対しては、注水を行うことによって巻取機の入側の温度（ＣＴ：Ｃｏｉｌｉｎｇ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を制御する巻取温度制御（ＣＴＣ：ＣＴ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）が行われる。ＣＴＣを行うための装置として、仕上圧延機と巻取機との間に設けられたＲＯＴに、注水装置が備えられる。
　図７は、熱間薄板圧延ラインの要部を示す構成図である。
　図７において、１は金属材料からなる圧延材、２は仕上圧延機に備えられた圧延機スタンドである。圧延材１は、圧延機スタンド２で圧延された後、ＲＯＴのロール３に載せられる。ＲＯＴには、多数のロール３が備えられる。ＲＯＴは、ロール３を回転させることにより、圧延材１を搬送する。そして、ロール３によって搬送された圧延材１は、最終的に巻取機４に巻き取られ、本ラインにおける製品となる。
　ＲＯＴに、注水装置５及び６が備えられる。注水装置５は、ロール３の上方に設けられる。注水装置５は、圧延材１に対して上方から注水する。注水装置６は、ロール３の下方に設けられる。注水装置６は、圧延材１に対して下方から注水する。圧延材１は、ＲＯＴ上では、被冷却体となる。
　７は仕上出側温度計（ＦＤＴ測定器）、８は巻取温度計（ＣＴ測定器）である。仕上出側温度計７は、圧延機スタンド２の出側（ＲＯＴの入側）に設けられる。仕上出側温度計７は、圧延機スタンド２を出た直後の圧延材１の温度を測定する。巻取温度計８は、巻取機４の入側（ＲＯＴの出側）に設けられる。巻取温度計８は、巻取機４によって巻き取られる直前の圧延材１の温度を測定する。ＲＯＴ上（即ち、仕上出側温度計７と巻取温度計８との間）に、他の温度計を、１つ或いは複数備えても良い。
　ＣＴＣは、仕上出側温度計７によって測定された圧延材１の温度（測定値）と巻取温度計８によって測定された圧延材１の温度（測定値）とを用いて行われる。
　また、仕上出側温度計７による測定値と巻取温度計８による測定値とを用いて、圧延材１の温度の予測値を算出するためのモデル（温度モデル）の学習が行われる。
　図８は、熱間薄板圧延ラインで生じる熱の移動を説明するための図である。
　熱間薄板圧延ラインは、温度モデルの観点から、搬送テーブル、圧延機、水冷装置の３種類の設備に分けることができる。
　搬送テーブルは、圧延材１を搬送するための設備である。搬送テーブルは、ロールを回転させることによって圧延材１を搬送する。搬送テーブルは、例えば、加熱炉の出側や、粗圧延機と仕上圧延機との間、仕上圧延機の圧延スタンド２間に設置される。ＲＯＴのロール３も、搬送テーブルを構成する。図８の符号９は、搬送テーブルを構成するロール（ロール３も含む）を示している。
　圧延機は、圧延材１を圧延するための設備である。圧延機は、例えば、粗圧延機の圧延スタンドや、仕上圧延機の圧延スタンド２からなる。圧延機には、圧延材１を圧延するための圧延ロール１０が備えられる。
　水冷装置は、圧延材１に注水して、圧延材１を冷却するための設備である。水冷装置は、例えば、スタンド間冷却装置や注水装置５及び６からなる。
　熱の移動には、「熱伝達」及び「熱伝導」がある。熱伝達は、材料（圧延材１）と外部環境（例えば、空気、水）との間で発生する熱の移動を表す。一方、熱伝導は、材料（圧延材１）の内部で発生する熱の移動を表す。即ち、圧延材１では、表面（上面、下面）が空気や水に触れることにより、熱伝達によって熱が奪われ、表面の温度が降下する。圧延材１の表面部分の温度が降下すると、圧延材１の内部で熱伝導が発生し、温度の高い内部部分から、温度が低くなった表面部分に熱が移動する。
　熱伝導は、圧延材１の内部で生じる現象であり、熱間薄板圧延ラインの何れの設備においても発生する。このため、以下においては、熱伝導に関する詳細な説明は省略する。
　搬送テーブルにおける熱伝達に関しては、材料（圧延材１）に対する空冷効果のみを考えれば良い。空冷効果には、放射による温度降下と、対流による温度降下とがある。
　圧延機における熱伝達には、圧延材１から圧延ロール１０への抜熱と、圧延材１と圧延ロール１０との摩擦による発熱とがある。圧延機に関しては、熱伝達ではないが、圧延材１が加工される時に発生する熱についても考慮する必要がある。
　水冷装置における熱伝達に関しては、材料（圧延材１）に対する空冷効果と水冷効果とを考える。水冷効果には、放射による温度降下と、対流による温度降下とがある。水冷対流とは、圧延材１に供給された冷却水に、圧延材１の熱が奪われる対流のことである。空冷効果には、上述したように、放射による温度降下と、対流による温度降下とがある。圧延材１が水で覆われている部分では、水冷対流と放射とが生じるが、空冷対流は生じない。圧延材１が水で覆われていない部分では、空冷対流と放射とが生じるが、水冷対流は生じない。
　なお、注水が行われていない水冷装置については、搬送テーブルと同じように考えることができる。
　熱間薄板圧延ラインでは、圧延材１の温度が８００度以上であれば、その組織（鋼材の組織）はオーステナイトである。圧延材１が冷却され、圧延材１の温度が下がるにつれて、組織がフェライトに変態する。組織がフェライトに変態する際に潜熱が放出され、圧延材１の温度が上がる。この熱のことを変態発熱という。水冷装置に関しては、この変態発熱についても考慮する必要がある。
　圧延材１の温度の予測値を算出するために、温度モデルを数式で表すことが一般的に行われる。数式には、種々のパラメータが含まれる。このパラメータ、即ち、圧延材１の温度の予測値を算出する際に必要となるパラメータには、例えば、圧延材１の熱伝達率、比熱、密度がある。また、水冷時や空冷時の熱伝達係数、その他の熱物性値も、上記パラメータに含まれる。
　上記パラメータの数値は、文献に公開されている。しかし、文献に公開されている数値は、実験室において材料を静止させた状態で測定した値である。熱間薄板圧延ラインでは、圧延材１（材料）が高速で移動する。このような環境の違いから、文献に公開されている数値を、上記数式のパラメータ（温度モデル）に入力しても、圧延材１の温度を正確に予測することはできない。熱間薄板圧延ラインでは、温度モデルの学習を行い、測定によって得られた温度（実績値）に合うような補正値を見つけることが重要となる。
　特許文献１乃至３に、温度モデルに関する従来技術が開示されている。
　特許文献１に記載された装置では、温度モデルに、実際の制御で使用された値を入力している。そして、温度モデルによって計算された巻取温度の計算値を、巻取温度の測定値と比較し、温度モデルの学習を行っている。
　特許文献２に記載された装置では、空冷による温度降下量を、温度モデルを使用して計算している。また、水冷による温度降下量は、全体の温度降下量から空冷による温度降下量を減算することによって算出している。特許文献２に記載された装置では、温度モデルの学習を行っていない。
　特許文献３に記載された装置では、空冷による温度降下量を、温度モデルを使用して計算している。また、水冷による温度降下量は、全体の温度降下量から空冷による温度降下量を減算することによって算出している。特許文献３に記載された装置では、温度モデルの学習を行う際に、空冷による効果と水冷による効果とを分離していない。
日本特開２００３－３９１０９号公報 日本特開平９－８５３２８号公報 日本特開２００７－３０１６０３号公報
　図９は、温度モデルの学習方法を説明するための図である。特許文献１に記載された学習方法は、図９に示す学習方法と基本的に同じである。
　図９において、１１は実プラント、１２は制御装置である。実プラント１１には、搬送テーブル、圧延機、水冷装置といった設備が含まれる。実プラント１１は、制御装置１２によって制御される。
　制御装置１２は、実プラント１１に制御出力を与えて、実プラント１１に各種動作を行わせる。また、制御装置１２は、実プラント１１からプラント出力を受け取る。制御装置１２は、実プラント１１から受け取ったプラント出力に基づいて、制御演算を行う。制御装置１２は、制御演算の結果に基づいて実プラント１１に制御出力を与え、圧延材１の巻取温度が所望の値になるように、実プラント１１の動作を補正する。圧延材１が圧延されている際に、巻取温度計８によって圧延材１の巻取温度が測定される。
　制御装置１２からの制御出力及び実プラント１１からのプラント出力は、所定の記憶装置（図示せず）に記憶される。実プラント１１に対する制御が完了すると、上記記憶装置に記憶された制御出力とプラント出力とが、温度モデル１３に入力される。このようにして制御完了後に温度モデル１３によって計算された値を、巻取温度の実績再計算値と呼ぶ。巻取温度の測定値と実績再計算値とを比較することにより、温度モデルが持つ全体的な不確かさを判定することができる。
　上記実績再計算値の考え方は、最下流の巻取温度だけでなく、ライン上の他の位置の温度にも適用することができる。例えば、ＲＯＴ上に温度計が設置されている場合は、その位置における圧延材１の温度の測定値を、その位置における圧延材１の温度の実績再計算値と比較すれば良い。
　ＣＴＣでは、注水装置５及び６から注水を行って、圧延材１の温度を制御する。上述したように、水冷装置における熱伝達は、圧延材１に対する空冷効果と水冷効果とを考える必要がある。ＣＴＣを行うために、ＲＯＴの入側に仕上出側温度計７が、ＲＯＴの出側に巻取温度計８が備えられる。しかし、各温度計７及び８の測定値からは、温度の降下量を、空冷による降下分と水冷による降下分とに分けて考えることはできない。
　一般に、材料に対する水冷効果は、空冷効果よりも大きい。しかし、熱間薄板圧延ラインでは、ＲＯＴの長さが１００ｍ程度になることがあり、圧延材１に対する空冷効果を無視することはできない。例えば、注水装置５及び６からの注水量が少ない場合、ＲＯＴの水冷が行われる部分の長さは、数ｍから１０ｍ程度しかない。ＲＯＴの残りの部分では、空冷が行われる。空冷による温度降下量を考慮しなければ、温度モデルの学習を行っても学習精度を高めることができず、結果的に、ＣＴＣ全体の精度が低下するといった問題があった。
　なお、上記説明は、熱間薄板圧延ラインについて行ったが、巻取機を備えていない熱間厚板圧延ラインについても、同様に考えることができる。即ち、熱間厚板圧延ラインにおいても、上記と同様の問題が発生し得る。
　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、熱間圧延ラインにおいて、温度モデルの学習を精度良く行うことができる温度制御装置を提供することである。
　この発明に係る温度制御装置は、金属材料を圧延するための圧延機と、圧延機によって圧延された金属材料を下流側に搬送する搬送テーブルと、搬送テーブルの入側で、金属材料の温度を測定する第１温度計と、第１温度計の測定位置よりも下流側で、金属材料の温度を測定する第２温度計と、搬送テーブルによって搬送されている金属材料を冷却するため、金属材料に注水する注水装置と、を備えた熱間圧延ラインにおいて使用される温度制御装置であって、金属材料の温度を計算するための温度モデルと、温度モデルを使用して、金属材料の温度を予測する材料温度予測部と、熱間圧延ラインにおいて金属材料に対する温度制御が完了した後、その金属材料に対する温度制御で実際に使用された実績値を温度モデルに入力し、第２温度計の測定位置における、金属材料の温度の実績再計算値を計算する演算部と、温度モデルを補正するモデル補正部と、を備え、温度モデルは、水冷対流モデルと、水冷対流モデルに対する第１補正項と、放射モデルと、放射モデルに対する第２補正項と、空冷対流モデルとを有し、演算部は、第１補正項の値及び第２補正項の値をそれぞれ変えて、複数の実績再計算値を計算し、モデル補正部は、演算部によって計算された実績再計算値と金属材料に対する温度制御が実際に行われていた時の第２温度計による測定値とに基づいて、第１補正項及び第２補正項を補正するものである。
　この発明に係る温度制御装置であれば、熱間圧延ラインにおいて、温度モデルの学習を精度良く行うことができる。
この発明の実施の形態１における温度制御装置を示す構成図である。 図１に示す巻取温度制御装置の機能を説明するための図である。 圧延材の板厚方向の温度計算を説明するための図である。 図１に示す演算部及びモデル補正部の各機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における温度制御装置の動作を示すフローチャートである。 各セグメントの温度の測定値と実績再計算値との一例を示す図である。 熱間薄板圧延ラインの要部を示す構成図である。 熱間薄板圧延ラインで生じる熱の移動を説明するための図である。 温度モデルの学習方法を説明するための図である。
　添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図では、同一又は相当する部分に、同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化或いは省略する。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１における温度制御装置を示す構成図である。
　以下においては、本温度制御装置を熱間薄板圧延ラインに適用した場合について、具体的に説明する。本温度制御装置を他の熱間圧延ラインに適用した場合、例えば、熱間厚板圧延ラインに適用した場合については、以下の記載に基づいて容易に実現することができるため、その説明を省略する。
　熱間薄板圧延ラインには、加熱炉、粗圧延機、仕上圧延機、ランアウトテーブル（ＲＯＴ）、巻取機といった設備が備えられる。熱間薄板圧延ラインでは、上述したように、仕上出側温度制御（ＦＤＴＣ）と巻取温度制御（ＣＴＣ）とが行われる。
　図１において、１は金属材料からなる圧延材、２は仕上圧延機に備えられた圧延機スタンドである。圧延材１は、圧延機スタンド２で圧延された後、ＲＯＴのロール３（図１では図示せず）に載せられる。ＲＯＴには、多数のロール３が備えられる。ＲＯＴは、ロール３を回転させることにより、圧延材１を搬送する。そして、ロール３によって搬送された圧延材１は、最終的に巻取機４に巻き取られ、本ラインにおける製品となる。
　ＲＯＴに、注水装置５及び６が備えられる。注水装置５は、ロール３の上方に設けられる。注水装置５は、圧延材１に対して上方から注水する。注水装置６は、ロール３の下方に設けられる。注水装置６は、圧延材１に対して下方から注水する。圧延材１は、ＲＯＴ上では、被冷却体となる。
　７は仕上出側温度計（ＦＤＴ測定器）、８は巻取温度計（ＣＴ測定器）である。仕上出側温度計７は、圧延機スタンド２の出側（ＲＯＴの入側）に設けられる。仕上出側温度計７は、圧延機スタンド２を出た直後の圧延材１の温度を測定する。巻取温度計８は、巻取機４の入側（ＲＯＴの出側）に設けられる。巻取温度計８は、巻取機４によって巻き取られる直前の圧延材１の温度（巻取温度：ＣＴ）を測定する。ＲＯＴ上（即ち、仕上出側温度計７と巻取温度計８との間）に、他の温度計を、１つ或いは複数備えても良い。
　ＲＯＴを基準にすれば、仕上出側温度計７をＲＯＴ入側温度計と、巻取温度計８をＲＯＴ出側温度計と呼ぶことも可能である。本実施の形態では、仕上出側温度計７が第１温度計を構成する。巻取温度計８が、第１温度計の下流側で温度測定を行う第２温度計を構成する。
　熱間薄板圧延ラインは、温度モデルの観点から、搬送テーブル、圧延機、水冷装置の３種類の設備に分けることができる。
　圧延機は、圧延材１を圧延するための設備である。圧延機は、例えば、粗圧延機の圧延スタンドや、仕上圧延機の圧延スタンド２からなる。圧延機には、圧延材１を圧延するための圧延ロール１０が備えられる。
　搬送テーブルは、圧延材１を搬送するための設備である。搬送テーブルは、ロールを回転させることによって圧延材１を搬送する。搬送テーブルは、例えば、加熱炉の出側や、粗圧延機と仕上圧延機との間、仕上圧延機の圧延スタンド２間に設置される。ＲＯＴのロール３も、搬送テーブルを構成する。ＲＯＴは、圧延機スタンド２で圧延された圧延材１を下流側に搬送する。
　水冷装置は、圧延材１に注水して、圧延材１を冷却するための設備である。水冷装置は、例えば、スタンド間冷却装置や注水装置５及び６からなる。注水装置５及び６は、ＲＯＴによって搬送されている圧延材１を冷却するための装置である。
　熱の移動には、「熱伝達」及び「熱伝導」がある。熱の移動に対する考え方は、上述した通りである。
　搬送テーブルにおける熱伝達に関しては、圧延材１に対する空冷効果のみを考えれば良い。空冷効果には、放射による温度降下と、対流による温度降下とがある。
　圧延機における熱伝達には、圧延材１から圧延ロール１０への抜熱と、圧延材１と圧延ロール１０との摩擦による発熱とがある。圧延機に関しては、熱伝達ではないが、圧延材１が加工される時に発生する熱についても考慮する必要がある。
　水冷装置における熱伝達に関しては、圧延材１に対する空冷効果と水冷効果とを考える。水冷効果には、放射による温度降下と、対流による温度降下とがある。空冷効果には、上述したように、放射による温度降下と、対流による温度降下とがある。圧延材１が水で覆われている部分では、水冷対流と放射とが生じるが、空冷対流は生じない。圧延材１が水で覆われていない部分では、空冷対流と放射とが生じるが、水冷対流は生じない。また、水冷装置に関しては、変態発熱についても考慮する必要がある。
　ＣＴＣは、巻取温度制御装置１４によって行われる。図２は、図１に示す巻取温度制御装置の機能を説明するための図である。図２に示すように、巻取温度制御装置１４は、ＣＴＣを行う上で、圧延材１を、複数のセグメントが連続した集合体とみなす。即ち、巻取温度制御装置１４は、圧延材１の先端から尾端を、複数のセグメントに分割する。巻取温度制御装置１４は、例えば、各セグメントが１ｍから１０ｍ程度の固定長になるように、圧延材１を分割する。
　以下においては、必要に応じ、各セグメントに番号を付して表記する。例えば、任意の位置のセグメントの番号をｊと表記する。セグメントＮｏ．ｊの１つ先端側に配置されたセグメントの番号をｊ－１と表記する。セグメントＮｏ．ｊ－１の１つ先端側に配置されたセグメントの番号をｊ－２と表記する。以下、同様に、先端側の各セグメントについて番号を付す。また、セグメントＮｏ．ｊの１つ尾端側に配置されたセグメントの番号をｊ＋１と表記する。セグメントＮｏ．ｊ＋１の１つ尾端側に配置されたセグメントの番号をｊ＋２と表記する。以下、同様に、尾端側の各セグメントについて番号を付す。
　巻取温度制御装置１４は、セグメント毎に熱の出入りを考えて、注水装置５及び６に対する制御を行う。巻取温度制御装置１４は、ＣＴＣを行う上で、注水装置５及び６を、複数の水冷バンクに分割する。即ち、ＲＯＴには、ロール３に沿って、複数の水冷バンクが並んで配置される。
　以下においては、必要に応じ、各水冷バンクに番号を付して表記する。例えば、任意の位置の水冷バンクの番号をｉと表記する。水冷バンクＮｏ．ｉの１つ上流側（ＲＯＴの入側）に配置された水冷バンクの番号をｉ－１と表記する。水冷バンクＮｏ．ｉ－１の１つ上流側に配置された水冷バンクの番号をｉ－２と表記する。以下、同様に、上流側に配置された各水冷バンクについて番号を付す。また、水冷バンクＮｏ．ｉの１つ下流側（ＲＯＴの出側）に配置された水冷バンクの番号をｉ＋１と表記する。水冷バンクＮｏ．ｉ＋１の１つ下流側に配置された水冷バンクの番号をｉ＋２と表記する。以下、同様に、下流側に配置された各水冷バンクについて番号を付す。
　巻取温度制御装置１４は、温度モデル１５、材料温度予測部１６、注水量決定部１７、トラッキング部１８、バルブ制御部１９、演算部２０、モデル補正部２１、モデル学習部２２を備える。
　温度モデル１５は、圧延材１の温度（温度の予測値）を計算するためのモデルである。温度モデル１５は、例えば、巻取温度制御装置１４内の記憶部（図示せず）に記憶される。温度モデル１５には、圧延材１と外部環境（例えば、空気、水）との間で生じる熱伝達、圧延材１の内部で生じる熱伝導、変態発熱効果が、数式として記述される。温度モデル１５の詳細については、後述する。
　材料温度予測部１６は、温度モデル１５を使用して、圧延材１の温度を予測する機能を有する。材料温度予測部１６は、各セグメントに温度モデル１５を適用することにより、各セグメントの温度を予測する。例えば、材料温度予測部１６は、セグメントＮｏ．ｊに温度モデル１５を適用することにより、セグメントＮｏ．ｊの温度の予測値を計算する。
　注水量決定部１７は、注水装置５及び６から注水する水の量を決定する機能を有する。注水量決定部１７は、材料温度予測部１６との間で情報のやり取りを行いながら、各水冷バンクからの注水量を計算する。そして、注水量決定部１７は、材料温度予測部１６によって予測された圧延材１の温度に基づいて、各水冷バンクからの注水量を決定する。
　例えば、注水量決定部１７は、先ず、注水量の初期値を材料温度予測部１６に設定する。材料温度予測部１６は、注水量決定部１７によって設定された初期値に基づいて、温度モデル１５を使用して、圧延材１の温度の予測値を計算する。材料温度予測部１６によって計算されたＣＴの予測値が、所望の範囲（例えば、ＣＴの目標値Ｔｔａｒ±α）から外れた場合、注水量決定部１７は、材料温度予測部１６に設定した注水量を修正する。材料温度予測部１６は、注水量決定部１７によって設定された修正値に基づいて、温度モデル１５を使用して、圧延材１の温度の予測値を再度計算する。注水量決定部１７及び材料温度予測部１６は、注水量の設定（修正）と予測値の計算とを繰り返す。そして、注水量決定部１７は、各セグメントのＣＴの予測値が所望の範囲に入るように、最終的な注水量を決定する。
　トラッキング部１８は、圧延材１の位置をトラッキングする機能を有する。トラッキング部１８は、熱間薄板圧延ラインの各設備から得られる種々の情報に基づいて、各セグメントの位置を時々刻々と計算する。
　バルブ制御部１９は、注水装置５及び６のバルブを制御する機能を有する。バルブ制御部１９は、注水量決定部１７によって決定された注水量と、トラッキング部１８からのトラッキング情報とに基づいてバルブを制御し、注水装置５及び６から適切な注水を行わせる。なお、トラッキング情報とは、トラッキング部１８によって計算された圧延材１の位置情報のことである。
　例えば、圧延機スタンド２を出たセグメントＮｏ．ｊは、仕上出側温度計７によって温度が測定される。仕上出側温度計７によってセグメントＮｏ．ｊの温度が測定されることにより、注水量決定部１７は、セグメントＮｏ．ｊに対する各水冷バンクからの注水量を決定する。セグメントＮｏ．ｊに関するトラッキング情報が、トラッキング部１８からバルブ制御部１９に入力される。バルブ制御部１９は、注水量決定部１７によって決定された量の注水が適切なタイミングで行われるように、各水冷バンクのバルブを的確に制御する。
　演算部２０は、圧延材１のＣＴの実績再計算値を計算する機能を有する。熱間薄板圧延ラインにおいて圧延材１に対する温度制御が完了すると（例えば、圧延材１が巻取機４に巻き取られると）、演算部２０は、圧延材１に対する温度制御で実際に使用された各種実績値を取得する。そして、演算部２０は、取得した実績値を温度モデル１５に入力することにより、圧延材１のＣＴの実績再計算値を計算する。演算部２０の詳細については、後述する。
　モデル補正部２１は、温度モデル１５を補正する機能を有する。モデル補正部２１は、演算部２０によって計算された圧延材１のＣＴの実績再計算値に基づいて、上記補正を行う。モデル補正部２１の詳細については、後述する。
　次に、図３乃至図６も参照し、巻取温度制御装置１４が備える機能について、詳細に説明する
　先ず、温度モデル１５に記述される数式の例について説明する。
　被冷却体は圧延材１であり、体積を持つ。そこで、圧延材１を板厚方向に微小部分（微小体積）に分割し、ｋ番目の微小部分の温度変化を考える。ｋ番目の微小部分の温度変化ΔＴｋは、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、
　ρ　：被冷却体の密度［ｋｇ／ｍｍ３］
　Ｃｐ ：被冷却体の比熱［Ｊ／ｋｇ／ｄｅｇ］
　Ｖｋ ：ｋ番目の微小体積［ｍｍ３］
　Δｔ：時間変化［ｓ］
　ΣＱ：熱流の和［Ｗ］
　式１による計算は、有限差分法による計算とも言われる。この計算方法では、微小部分の熱の入出力を計算し、全体の温度変化を計算する。図３は、圧延材の板厚方向の温度計算を説明するための図である。図３では、圧延材１を板厚方向に微小部分（微小体積）に分割し、その微小部分の温度を点で代表させている。図３では、この点をｎｏｄｅと表記している。即ち、点と点との間で熱伝導を考え、圧延材１の表面（上面・下面）にある点では、外界との熱伝達を考える。
　熱流には、例えば、水冷対流、放射、空冷対流、熱伝導によるものがある。熱流としては、それら全てのものを考慮する。式において、Ｑ自体は、正の値とする。被冷却体から熱が奪われる場合、負号を付して表記する。
　微小部分が圧延材１の表面に存在する場合、熱流の和ΣＱｋは、次式で表される。微小部分が圧延材１の表面に存在する場合、熱伝達と熱伝導との双方を考慮する必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、
　Ｑｗ　　：被冷却体の表面から冷却水への熱流［Ｗ］
　Ｑａ　　：被冷却体の表面から周囲の空気への熱流［Ｗ］
　Ｑｒａｄ　：被冷却体の表面からの放射による熱流［Ｗ］
　Ｑｋ＋１→ｋ：被冷却体の内部において、ｋ＋１番目の微小部分から受ける熱流［Ｗ］
　Ｑｋ→ｋ＋１：被冷却体の内部において、ｋ＋１番目の微小部分に出る熱流［Ｗ］
　Ｑｔｒａｎｓ，ｋ：被冷却体の変態発熱による熱流［Ｗ］
　Ｑｋ＋１→ｋ及びＱｋ→ｋ＋１は、温度が高い方から低い方への流れのみ生じる。
　微小部分が圧延材１の内部に存在する場合、熱流の和ΣＱｋは、次式で表される。微小部分が圧延材１の内部に存在する場合、熱伝達を考慮する必要はない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　被冷却体の表面から冷却水への熱流Ｑｗ（水冷対流モデル）は、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、
　ｈｗ　　：被冷却体と冷却水との間の熱伝達係数［Ｗ／ｍｍ２／℃］
　Ａｗ　　：被冷却体の表面積［ｍｍ２］
　Ｔｓｕｒｆ：被冷却体の表面温度［℃］
　Ｔｗ　　：冷却水の温度［℃］
　被冷却体の表面から周囲の空気への熱流Ｑａ（空冷対流モデル）は、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、
　ｈａ　　：被冷却体と周囲空気との間の熱伝達係数［Ｗ／ｍｍ２／℃］
　Ａａ　　：被冷却体の表面積［ｍｍ２］
　Ｔｓｕｒｆ：被冷却体の表面温度［℃］
　Ｔａ　　：周囲の空気の温度［℃］
　被冷却体の表面からの放射による熱流Ｑｒａｄ（放射モデル）は、Ｓｔｅｆａｎ－Ｂｏｌｔｚｍａｎｎの式から、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、
　ε　　：放射率
　σ　　：Ｓｔｅｆａｎ－Ｂｏｌｔｚｍａｎｎの定数（＝５．６６８３３９＊１０－１４）［Ｗ／ｍｍ２／Ｋ４］
　Ａｒａｄ　：被冷却体の表面積［ｍｍ２］
　Ｔｓｕｒｆ：被冷却体の表面温度［℃］
　Ｔａｍｂ　：周囲の温度［℃］
　本発明では、圧延材１に対する空冷の効果と水冷の効果とを分離同定する。このため、温度モデル１５に記述される数式として、例えば、上記式１乃至式６を採用する上で、式２のみ、以下のように修正する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、
　Ｚｗ：水冷対流項（水冷対流モデル）に対する補正項
　Ｚａ：空冷対流項（空冷対流モデル）に対する補正項
　Ｚｒ：放射項（放射モデル）に対する補正項
　即ち、モデル補正部２１は、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒのそれぞれを適切に補正する。
　次に、演算部２０の機能とモデル補正部２１の機能とについて具体的に説明する。
　図４は、図１に示す演算部及びモデル補正部の各機能を説明するための図である。図５は、この発明の実施の形態１における温度制御装置の動作を示すフローチャートである。図６は、各セグメントの温度の測定値と実績再計算値との一例を示す図である。
　圧延材１は、圧延機スタンド２を出た後、ＲＯＴによって搬送される。圧延材１がＲＯＴによって搬送されている間、圧延材１に対するＣＴＣが行われる。圧延材１に対するＣＴＣが完了すると、ＣＴＣが行われていた時の制御出力及び各種測定値が、演算部２０に入力される。
　演算部２０によって実績再計算値を計算するためには、以下の情報Ｉ１乃至Ｉ５が必要になる。
　Ｉ１：ＲＯＴの入側における圧延材１の温度の測定値
　Ｉ２：圧延材１の速度の測定値
　Ｉ３：注水装置５及び６からの注水量の実績値と注水のタイミングの実績値
　Ｉ４：注水装置５及び６から注水した水の温度の実績値
　Ｉ５：圧延材１の情報（例えば、金属の種類、サイズ、配合された化学成分等）
　上記情報Ｉ１は、実績再計算値を計算する上で、初期条件を与えるために必要になる情報である。情報Ｉ２は、式１のΔｔを算出するために必要になる情報である。情報Ｉ３は、圧延材１の各セグメントがどの位置でどれだけ水冷されたかを、式４から求める際に必要になる情報である。情報Ｉ４は、式４及び式６の計算を行う上で必要になる情報である。なお、式５及び式６の計算を行う上で、周囲空気の温度の情報も必要になる。周囲空気の温度を測定し、その実績値を用いて、式５及び式６の計算を行っても良い。周囲空気の温度に関しては、固定値としたり、水温と同じ温度とみなしたりしても良い。情報Ｉ５は、式１において比熱や密度を計算する際に必要になる情報である。
　情報Ｉ５（例えば、鋼種や化学成分の情報）は、モデル化が困難な効果（例えば、表面粗さの影響）を、温度モデル１５に間接的に記述するために用いることもできる。例えば、Ｎｂ（ニオブ）が配合された鋼は、表面がざらつき易く、冷却水による冷却効果が高まる。しかし、Ｎｂの配合量を定量的なモデルとして表すことは困難である。かかる場合、例えば、鋼種や化学成分によって分類した補正値の数値テーブルを、予め用意しておく。温度モデル１５では、入力された情報Ｉ５に基づいて、使用する数値テーブルを適切に選択する。
　図４において、ＴＦＤＴ ＡＣＴは、圧延材１のセグメントＮｏ．ｊが、仕上圧延機の最終の圧延機スタンド２から出た際に、仕上出側温度計７によって測定された温度（実績値）である。ＴＣＴ ＡＣＴは、同じ圧延材１のセグメントＮｏ．ｊが、巻取機４によって巻き取られる前に、巻取温度計８によって測定された温度（実績値）である。
　圧延材１が巻取機４に巻き取られ、圧延材１に対する圧延加工（温度制御）が完了すると、演算部２０は、実績再計算値を計算するために必要なデータ（上記情報Ｉ１乃至Ｉ５を含む）を入手する（図３のＳ１０１）。演算部２０は、圧延材１の各セグメントについて、各水冷バンクに対応する位置の実績再計算値を計算する。演算部２０は、Ｓ１０１において、このような計算を行うために必要なデータを取得する。
　演算部２０は、Ｓ１０１でデータを取得すると、誤差ｅｎを減少させるための符号を、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒのそれぞれについて計算する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２の具体的な処理内容については、後述する。
　演算部２０は、Ｓ１０２において補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各符号を決定すると、圧延材１の実績再計算値の計算を開始する。
　演算部２０は、先ず、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒを、それぞれ初期値（例えば、１．０）に設定する（Ｓ１０３）。また、演算部２０は、求解の繰り返し回数ｎを１（ｎ＝１）に設定する（Ｓ１０４）。
　初期設定が完了すると、演算部２０は、セグメントＮｏ．を１（ｊ＝１）に設定する（Ｓ１０５）。また、演算部２０は、セグメントＮｏ．１のＦＤＴ実績値を、開始温度に設定する。そして、演算部２０は、温度モデル１５を使用して、セグメントＮｏ．１に関する下記値の計算を行う（Ｓ１０６）。
ＴＥ１ｊ Ｒ－ｎ：水冷バンクＮｏ．１の入側における温度の実績再計算値
ＴＤｉｊ Ｒ－ｎ：水冷バンクＮｏ．１から最終水冷バンクの各出側における温度の実績再計算値
ＴＣＴ Ｒ－ｎ ：ＣＴの実績再計算値
　添え字のＲ－ｎは、実績再計算値（Ｒｅ－ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ　Ｖａｌｕｅ）のＲと、求解の繰り返し回数とを示している。
　図４では、ＴＦＤＴ ＡＣＴとＴＣＴ ＡＣＴ（ＴＣＴ Ｒ－ｎ）とを結ぶ線が、直線で示されている。これは、説明のために記載を簡略化したものであり、実際は、複雑な曲線（或いは、折れ線）によってＴＦＤＴ ＡＣＴとＴＣＴ ＡＣＴ（ＴＣＴ Ｒ－ｎ）とが結ばれる。
　演算部２０は、上記計算が終了すると、Ｓ１０６において計算の対象となった（現在の）セグメントが、最終のセグメント（ｊ＝Ｎ）であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。現在のセグメントが最終のセグメントでなければ（Ｓ１０７のＮｏ）、演算部２０は、セグメントＮｏ．に１を加算し（ｊ＝ｊ＋１）、１つ下流側のセグメントについてＳ１０６の計算を行う（Ｓ１０８からＳ１０６）。
　図６は、全てのセグメントについてＳ１０６の計算を行った結果を示している。図６に示す太い破線は、各セグメント（ｊ＝１～Ｎ）のＣＴ実績値ＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） ＡＣＴを結ぶ直線である。図６に示す太い実線は、各セグメント（ｊ＝１～Ｎ）のＣＴの実績再計算値ＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） Ｒ－ｎを通る曲線（或いは、折れ線）である。
　演算部２０は、全てのセグメントについてＳ１０６の計算が完了すると（Ｓ１０７のＹｅｓ）、ＣＴの実績値ＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） ＡＣＴとＣＴの実績再計算値ＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） Ｒ－ｎとを比較し、誤差ｅｎを求める（Ｓ１０９）。誤差ｅｎの計算は、ＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） ＡＣＴとＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） Ｒ－ｎとの差に基づいて、例えば、次式で行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 又は
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
　モデル補正部２１は、演算部２０によって計算された誤差ｅｎが、所定の許容範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。上記許容範囲は、予め設定される。例えば、図４に示すように、ＣＴの実績値ＴＣＴ ＡＣＴと１回目のＣＴの実績再計算値ＴＣＴ Ｒ－１との間に大きな開きがある場合、誤差ｅｎは許容範囲に入らない（Ｓ１１０のＮｏ）。
　誤差ｅｎが許容範囲に入っていない場合、モデル補正部２１は、求解の繰り返し回数ｎが最大回数以内か否かを判定する（Ｓ１１１）。上記最大回数は、予め設定される。Ｓ１１１において求解の繰り返し回数ｎが最大回数以内であれば、演算部２０は、ＣＴの実績再計算値ＴＣＴ Ｒ－ｎがＣＴの実績値ＴＣＴ ＡＣＴに近づくように（図４参照）、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を変更する。即ち、演算部２０は、誤差ｅｎが小さくなるように、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を変更する（Ｓ１１２）。
　Ｓ１１２における変更は、Ｓ１０２の計算結果に基づいて行われる。Ｓ１０２において、演算部２０は、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値をそれぞれ微小変化（ΔＺｗ、ΔＺａ、ΔＺｒ）させて、誤差ｅｎが小さくなる符号を把握する。上記ΔＺｗ、ΔＺａ、ΔＺｒは、予め設定される。
　例えば、演算部２０は、先ず、各補正項をそれぞれ初期値（Ｚｗ０、Ｚａ０、Ｚｒ０）に設定し、圧延材１のＣＴの実績再計算値ＴＣＴを計算する。次に、演算部２０は、補正項Ｚｗの値のみ微小変化させて、ＣＴの実績再計算値ＴＣＴを計算し、補正項Ｚｗについて符号を決定する。具体的には、先ず、補正項をＺｗ０＋ΔＺｗ、Ｚａ０、Ｚｒ０に設定し、ＣＴの実績再計算値ＴＣＴを計算する。ＺｗをＺｗ０に設定した時の実績再計算値ＴＣＴと、ＺｗをＺｗ０＋ΔＺｗに設定した時の実績再計算値ＴＣＴとから、誤差ｅｎを計算する。次に、補正項をＺｗ０－ΔＺｗ、Ｚａ０、Ｚｒ０に設定し、ＣＴの実績再計算値ＴＣＴを計算する。ＺｗをＺｗ０に設定した時の実績再計算値ＴＣＴと、ＺｗをＺｗ０－ΔＺｗに設定した時の実績再計算値ＴＣＴとから、誤差ｅｎを計算する。そして、ＺｗをＺｗ０＋ΔＺｗに変更することによって得られた誤差ｅｎと、ＺｗをＺｗ０－ΔＺｗに変更することによって得られた誤差ｅｎとを比較して、誤差ｅｎが小さくなる符号を決定する。
　演算部２０は、補正項Ｚａ及び補正項Ｚｒについても、上記と同様の計算を行う。即ち、演算部２０は、補正項Ｚａの値のみ微小変化（±ΔＺａ）させて誤差ｅｎを計算し、補正項Ｚａについて符号を決定する。また、演算部２０は、補正項Ｚｒの値のみ微小変化（±ΔＺｒ）させて誤差ｅｎを計算し、補正項Ｚｒについて符号を決定する。
　例えば、ΔＺｗは、Ｚｗ０の５％程度の値に設定される。同様に、ΔＺａは、Ｚａ０の５％程度の値に設定される。ΔＺｒは、Ｚｒ０の５％程度の値に設定される。
　演算部２０は、Ｓ１１２において、Ｓ１０２で決定した符号に基づいて、誤差ｅｎを小さくする方向に、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値をそれぞれΔＺｗ、ΔＺａ、ΔＺｒだけ変更する。そして、演算部２０は、求解の繰り返し回数ｎに１を加算し（ｎ＝ｎ＋１）、Ｓ１０５の処理に戻る（Ｓ１１３）。
　例えば、１回目の求解において、図４に示す実績再計算値ＴＣＴ Ｒ－１が得られたとする。かかる場合、Ｓ１１２において各補正項の値が修正されることにより、２回目の求解では、実績再計算値ＴＣＴ Ｒ－２が得られる。即ち、２回目の求解では、誤差ｅｎが１回目の誤差ｅｎよりも小さくなる。同様に、３回目の求解では、誤差ｅｎが２回目の誤差ｅｎよりも小さくなる。１回目の求解或いはそれ以降の求解において、誤差ｅｎが許容範囲内になると（Ｓ１１０のＹｅｓ）、モデル補正部２１は、許容範囲に入った誤差ｅｎを計算する際に使用された補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を記憶部に記憶する（Ｓ１１４）。
　また、モデル補正部２１は、誤差ｅｎの計算が最大回数行われても誤差ｅｎが許容範囲内に入らない場合は（Ｓ１１１のＮｏ）、それまでの計算で最小の誤差ｅｎが得られた時に使用された補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を、記憶部に記憶する（Ｓ１１５からＳ１１４）。
　モデル補正部２１は、Ｓ１１５において補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を記憶する際に、リミット処理を行っても良い。Ｓ１１０の処理或いはＳ１１５の処理によって得られた補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値には、実績データに依存する誤差が含まれる。リミット処理を行うことにより、Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値が過大になることを防ぐことができる。水冷対流モデル、空冷対流モデル、放射モデルが正確であれば、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒは、それぞれ１．０近辺の値になる。
　記憶部には、圧延材１の区分毎に、学習テーブルが記憶される。例えば、学習テーブルは、圧延材１の鋼種毎、サイズ毎に用意される。また、学習テーブルは、補正項毎に用意される。モデル補正部２１は、Ｓ１１５において、今回の圧延材１の区分と同じ区分の学習テーブルに、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を格納する。
　また、モデル補正部２１は、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を学習テーブルに格納する際に、既に格納されている値と今回得られた値との重み付けを適切に行う。例えば、モデル補正部２１は、重み付け係数Ｋを用いることにより、次式によって、学習テーブルを更新する。
　（格納する学習値）＝Ｋ＊（新規学習値）＋（１－Ｋ）＊（既に格納されていた学習値）　…（１０）
　上記構成を有する温度制御装置では、その後、モデル補正部２１によって補正された温度モデル１５を使用して、新たな圧延材１に対するＣＴＣを行う。即ち、材料温度予測部１６は、圧延材１の温度を予測する際に、制御対象となる圧延材１の区分と同じ区分の学習テーブルから各種値を取り出し、温度モデル１５に反映させる。
　この発明の実施の形態１によれば、水冷対流モデル、空冷対流モデル、放射モデルに存在する誤差を、実績データを用いて正確に補正することができる。温度モデル１５の学習を精度良く行うことができ、より高精度なＣＴＣを行うことが可能となる。
実施の形態２．
　演算部２０及びモデル補正部２１によって図５に示す処理フローが行われることにより、各セグメントについてＴＥ１ｊ Ｒ－ｎ、ＴＤｉｊ Ｒ－ｎ、ＴＣＴ Ｒ－ｎが計算され、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの新たな値が学習テーブルに格納される。しかし、図６に示す太い実線（実績再計算値ＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） Ｒ－ｎ）が太い破線（実績値ＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） ＡＣＴ）に対して傾いていると、誤差ｅｎをある値よりも小さくすることができない。
　モデル学習部２２は、ＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） Ｒ－ｎとＴＣＴ（ｊ＝１～Ｎ） ＡＣＴとの差を０に近づけるための処理を行う。モデル学習部２２は、上記差に基づいて、材料温度予測部１６による予測値を補正するための学習値を計算する。具体的に、モデル学習部２２は、実施の形態１において説明した全ての処理が終了すると、以下の処理を開始する。
　モデル学習部２２は、学習テーブルに格納された補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの値を用いて、全てのセグメント（Ｎｏ．ｊ＝１～Ｎ）について、ＣＴ位置での実績再計算値ＴＣＴ，ｊ Ｒ－Ｆを計算する。具体的には、図５のＳ１０６と同様に、先ず、セグメントＮｏ．１のＦＤＴ実績値を、開始温度に設定する。モデル学習部２２は、水冷バンクＮｏ．１から下流側に向かってＣＴ位置まで温度計算を行い、ＴＣＴ，ｊ Ｒ－Ｆを得る。そして、モデル学習部２２は、次式によって、学習値（即ち、実績値ＴＣＴ，ｊ ＡＣＴとの差）を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　モデル学習部２２は、式１１によって得られた学習値ｅＦ（ｊ）を、各セグメントの温度誤差として学習テーブルに格納する。この時、圧延材１の長さを規格化し、対応する位置に適切な学習値を格納する。例えば、圧延材１のセグメント総数が２００であり、規格化された長さＬが１００である場合を考える。セグメントＮｏ．１０及びＮｏ．１１における学習値は、学習テーブルの５番目（１００＊１０／２００＝５）の位置に格納される。セグメントＮｏ．１２及びＮｏ．１３における学習値は、学習テーブルの６番目（１００＊１２／２００＝６）の位置に格納される。
　なお、学習値を学習テーブルに格納する場合は、式１０を用いて適切な重み付けを行っても良い。
　上記構成を有する温度制御装置では、その後、材料温度予測部１６は、圧延材１の温度を予測する際に、制御対象となる圧延材１の区分と同じ区分の学習テーブルから各種値を取り出し、温度モデル１５に反映させる。材料温度予測部１６は、温度モデル１５を使用して、ＦＤＴからＣＴまでの温度計算を行う。そして、材料温度予測部１６は、温度モデル１５を使用して得られた予測値に、学習テーブルに温度誤差として格納された値を加えて、最終的な予測値を導き出す。例えば、圧延材１のセグメント総数が５０であり、規格化された長さＬが１００である場合を考える。材料温度予測部１６は、例えば、セグメントＮｏ．２０の温度を予測する場合、温度モデル１５を使用して得られた予測値に、学習テーブルの４０番目（１００＊２０／５０＝４０）の位置に格納されている温度誤差を加算する。
　この発明の実施の形態２によれば、水冷対流モデル、空冷対流モデル、放射モデルに存在する誤差以外の誤差についても、適切に補正することができる。温度モデル１５の学習を精度良く行うことができ、より高精度なＣＴＣを行うことが可能となる。
実施の形態３．
　実施の形態１では、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値をそれぞれ微小変化させて複数の実績再計算値を計算することにより、Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を最終的に決定した。しかし、図５に示すような処理を行う場合は、変数の数が多いと、最適な解を得ることができなかったり、計算が収束しなかったりする場合がある。そこで、本実施の形態では、変数の数を減らすことを考える。即ち、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの何れかの値を固定して、図５に示す処理を行う。
　変数の数を減らす場合は、計算結果に対して最も影響の少ないものを固定値として扱うことが望ましい。ＣＴＣが行われる時、圧延材１の温度は、４００℃～９００℃程度である。この温度域では、空冷対流の効果が一番小さい。例えば、空冷対流による熱流Ｑａは、放射による熱流Ｑｒａｄと比較して、１／１０～１／４程度である。このため、本実施の形態では、補正項Ｚａを固定値（例えば、Ｚａ＝１）として扱い、補正項Ｚｗ及びＺｒを変数として扱う。
　その他の構成及び動作は、実施の形態１又は２で開示した構成及び動作と同様である。
　例えば、図５のＳ１０２において、演算部２０は、誤差ｅｎを減少させるための符号を、補正項Ｚｗ及びＺｒのそれぞれについて計算する。また、演算部２０は、Ｓ１１２において、誤差ｅｎが小さくなるように、補正項Ｚｗ及びＺｒの値を変更する。
　上記構成を有する温度制御装置であれば、図５に示す処理を行う上で、最適な解を得ることができなかったり、計算が収束しなかったりすることを防止できる。また、演算部２０の演算負荷を低減させることができ、より高精度なＣＴＣを行うことが可能となる。
　なお、Ｚａ以外の補正項を固定値とすることも可能である。しかし、上述した通り、ＣＴＣを行う上では、補正項Ｚａを固定値として扱うことが最も望ましい。
実施の形態４．
　本実施の形態では、上記実施の形態１乃至３の場合とは異なり、演算部２０の機能及びモデル補正部２１の機能を利用しない場合について説明する。
　モデル学習部２２は、全てのセグメント（Ｎｏ．ｊ＝１～Ｎ）のＣＴ位置での実績再計算値ＴＣＴ，ｊ Ｒ－Ｆを計算する。具体的に、モデル学習部２２は、先ず、セグメントＮｏ．１のＦＤＴ実績値を、開始温度に設定する。モデル学習部２２は、水冷バンクＮｏ．１から下流側に向かってＣＴ位置まで温度計算を行い、ＴＣＴ，ｊ Ｒ－Ｆを得る。そして、モデル学習部２２は、式１１を使用して、学習値（即ち、実績値ＴＣＴ，ｊ ＡＣＴとの差）を計算する。
　この計算は、実施の形態２において、補正項Ｚｗ、Ｚａ、Ｚｒの各値を１．０に設定した場合と同様である。
　モデル学習部２２は、式１１によって得られた学習値ｅＦ（ｊ）を、各セグメントの温度誤差として学習テーブルに格納する。この時、圧延材１の長さを規格化し、対応する位置に適切な学習値を格納する。学習値を学習テーブルに格納する場合は、式１０を用いて適切な重み付けを行っても良い。
　上記構成を有する温度制御装置では、その後、材料温度予測部１６は、圧延材１の温度を予測する際に、制御対象となる圧延材１の区分と同じ区分の学習テーブルから各種値を取り出し、温度モデル１５に反映させる。材料温度予測部１６は、温度モデル１５を使用して、ＦＤＴからＣＴまでの温度計算を行う。そして、材料温度予測部１６は、温度モデル１５を使用して得られた予測値に、学習テーブルに温度誤差として格納された値を加えて、最終的な予測値を導き出す。例えば、圧延材１のセグメント総数が５０であり、規格化された長さＬが１００である場合を考える。材料温度予測部１６は、例えば、セグメントＮｏ．２０の温度を予測する場合、温度モデル１５を使用して得られた予測値に、学習テーブルの４０番目（１００＊２０／５０＝４０）の位置に格納されている温度誤差を加算する。
　上記構成を有する温度制御装置であれば、実績データを用いて温度の予測値を補正することができる。簡単な方法で温度の予測値を実際の温度に近づけることができ、少ない負荷で、より高精度なＣＴＣを行うことが可能となる。
　この発明は、熱間圧延ラインにおいてＣＴＣを行う装置に適用することができる。
　１　圧延材
　２　圧延機スタンド
　３、９　ロール
　４　巻取機
　５、６　注水装置
　７　仕上出側温度計
　８　巻取温度計
　１０　圧延ロール
　１１　実プラント
　１２　制御装置
　１３　温度モデル
　１４　巻取温度制御装置
　１５　温度モデル
　１６　材料温度予測部
　１７　注水量決定部
　１８　トラッキング部
　１９　バルブ制御部
　２０　演算部
　２１　モデル補正部
　２２　モデル学習部

Claims (6)

  1. 　金属材料を圧延するための圧延機と、
    　前記圧延機によって圧延された金属材料を下流側に搬送する搬送テーブルと、
    　前記搬送テーブルの入側で、前記金属材料の温度を測定する第１温度計と、
    　前記第１温度計の測定位置よりも下流側で、前記金属材料の温度を測定する第２温度計と、
    　前記搬送テーブルによって搬送されている金属材料を冷却するため、金属材料に注水する注水装置と、
    を備えた熱間圧延ラインにおいて使用される温度制御装置であって、
    　金属材料の温度を計算するための温度モデルと、
    　前記温度モデルを使用して、金属材料の温度を予測する材料温度予測部と、
    　前記熱間圧延ラインにおいて金属材料に対する温度制御が完了した後、その金属材料に対する温度制御で実際に使用された実績値を前記温度モデルに入力し、前記第２温度計の測定位置における、金属材料の温度の実績再計算値を計算する演算部と、
    　前記温度モデルを補正するモデル補正部と、
    を備え、
    　前記温度モデルは、水冷対流モデルと、前記水冷対流モデルに対する第１補正項と、放射モデルと、前記放射モデルに対する第２補正項と、空冷対流モデルとを有し、
    　前記演算部は、前記第１補正項の値及び前記第２補正項の値をそれぞれ変えて、複数の実績再計算値を計算し、
    　前記モデル補正部は、前記演算部によって計算された実績再計算値と金属材料に対する温度制御が実際に行われていた時の前記第２温度計による測定値とに基づいて、前記第１補正項及び前記第２補正項を補正する
    温度制御装置。
  2. 　前記温度モデルは、前記空冷対流モデルに対する第３補正項を更に有し、
    　前記演算部は、前記第１補正項の値と前記第２補正項の値と前記第３補正項の値とをそれぞれ変えて、複数の実績再計算値を計算し、
    　前記モデル補正部は、前記演算部によって計算された実績再計算値と金属材料に対する温度制御が実際に行われていた時の前記第２温度計による測定値とに基づいて、前記第１補正項と前記第２補正項と前記第３補正項とを補正する
    請求項１に記載の温度制御装置。
  3. 　前記モデル補正部は、前記演算部によって計算された実績再計算値と金属材料に対する温度制御が実際に行われていた時の前記第２温度計による測定値との差に基づく誤差が、所定の許容範囲内である場合に、その誤差を計算する際に使用された前記各補正項の値に基づいて、前記温度モデルを補正する請求項１又は請求項２に記載の温度制御装置。
  4. 　前記モデル補正部は、実績再計算値と測定値との差に基づく誤差の計算が所定の最大回数行われても誤差が許容範囲内に入らない場合は、誤差が最小になった時に使用された前記各補正項の値に基づいて、前記温度モデルを補正する請求項３に記載の温度制御装置。
  5. 　前記モデル補正部によって補正された前記温度モデルを使用して計算された実績再計算値と金属材料に対する温度制御が実際に行われていた時の前記第２温度計による測定値との差に基づいて、前記材料温度予測部による予測値を補正するための学習値を計算するモデル学習部と、
    を更に備えた請求項１から請求項４の何れかに記載の温度制御装置。
  6. 　前記材料温度予測部によって予測された金属材料の温度に基づいて、前記注水装置からの注水量を決定する注水量決定部と、
    　前記金属材料の位置をトラッキングするトラッキング部と、
    　前記注水量決定部によって決定された注水量、及び、前記トラッキング部からのトラッキング情報に基づいて、前記注水装置のバルブを制御するバルブ制御部と、
    を更に備えた請求項１から請求項５に記載の温度制御装置。
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