JPH0474825A - 連続加熱炉における鋼板の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、例えば“板厚”、“板幅”、“材質”又は
“加熱炉出口の目標温度”等が異なる種々の鋼板を溶接
して連続した鋼板となし、これを加熱炉内へ連続的に通
板して加熱処理する際の“鋼板の温度制御方法”に関す
るものである。

〈従来技術とその課題〉 一般に、冷間圧延された調板には所要の特性を付与すべ
く加熱、均熱、冷却等を組合わせた様々な熱処理が加え
られているが、この熱処理は生産性の面から連続的かつ
高速で行われるのが普通である。

しかし、近年、連続熱処理炉（連続焼鈍炉）で処理され
る鋼板は、多品種、小ロットの需要が多くなったことを
反映して板厚、板幅、材質等の異なるコイルを溶接して
−続きとしたものが急増しており、このため熱処理炉の
炉温設定値を頻繁に変更することが必要となっている。

ところで、加熱炉における加熱方式としては、鋼板の酸
化防止等の面からラジアントチューブ等を用いた間接加
熱方式が広く採用されているが、この方式には、炉温設
定値を変更した際の実績炉温値の追従性が極めて低いと
言う欠点がある。

例えば、特開昭５７−３５６４０号として提案されてい
る加熱装置での操業に例示される如く、異種鋼板を溶接
接合してから行う綱板の連続加熱処理では、加熱炉に入
る鋼板の溶接点を境とした前後で鋼板温度の制御が必要
となるが、この場合、“炉温設定値の変更量”及び“変
位のタイミングを操業上の諸条件に応じて予め計算によ
り求めておき、その計算結果に基づいて炉温設定値の変
更行うことがなされる。

第１図は、上記装置による鋼板温度の制御例を示してお
り、“板幅、材質、目標温度が共に等しく板厚のみが異
なる鋼板”同士を溶接した部分での制御方法を説明した
ものであるが、第１図に示すように、炉温の設定値は板
厚変化に対応すべ（破線で示す状態とされる。

しかしながら、炉温の実績値は追従性の低さのため実線
で示されるような変化経過をたどる。従って、鋼板温度
は、目標温度に対し溶接点の前後でハンチングにて示す
領域が外れる結果となる。

そして、このように綱板温度が目標温度から外れると鋼
板の“焼き不足”又は“焼き過ぎ”を招き、製品として
の歩留りを低下させることになる。

そこで、このような“目標温度外れ”が解消されるよう
に、上記“炉温設定値の変更”に加えて“鋼板の通板速
度を変更する制御”を併用した方法が、特開昭６１−１
９００２６号として提案された。この方法においては、
加熱炉出口における鋼板温度（以降、単に“板温”と記
す）と炉温、燃料流量、板厚、板幅及び通板速度との関
係を動的に表現する板温制御モデルを設けると共に、将
来の板厚、板幅又は目標板温値の変更（以降、“セット
替”と記す）に際してはこのモデルを用いて“板温の最
適推移軌道”と“最適通板速度変更量”及び“速度変更
開始の最適タイミングを計算し、その結果に基づく　“
１回のみ不連続で行われる通板速度の変更を含む制御”
を実施することがポイントとされている。

しかしながら、特開昭６１−１９００２６号として提案
された前記方法によっても、セント暫時における板厚、
板幅或いは目標板温値の変更量が大きい場合には、板温
の最適推移軌道を実現したとしても比較的長い区間にお
いて板温がその目標値から外れてしまうと言う問題を完
全に解消することができなかった。

即ち、第２図の砂地模様部で示したように、各鋼板には
そのグレード等によって決まる板温の目標外れ許容範囲
が存在するが（以後、板温の目標外れ許容範囲を単に“
許容範囲”と記す）、上記特開昭６１−１９００２６号
に係る方法においてもセット替の前後で第２図にハツチ
ングで示す“板温外れ（許容範囲からの板温の逸脱）“
が生じ、依然として銅板の°焼き過ぎ”或いは“焼き不
足”が懸念されたのである。

このようなことから、本発明が目的としたのは、セット
替時における板温の最適推移軌道が板温外れを生じるこ
とが予想される場合であっても、これに的確に対処して
板温外れを効果的に回避し得る“連続加熱炉での板温制
御方法”を確立することであった。

く課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた
結果、次に示すような知見を得ることができた。即ち、 （ａｌ”板厚”、“板幅”或いは“加熱炉出口での目標
板温”が異なる異種の鋼板を溶接して連続した−続きの
鋼板となし、これを加熱炉内へ連続的に通板して加熱処
理するに際して、まず、熱収支理論により導き出される
ところの、プロセス制御分野においては公知（例えば前
記特開昭６１−１９００２６号公報参照）の［板温と加
熱炉内温度（以降、単に“炉温″と記す）との動的な関
係ｊを表わす第３図で示されるような板温制御モデル（
即ち、板温と炉温。

板厚、板幅及び通板速度との関係を動的に表現する板温
制御モデルで、以降“モデルＩ”と称す）を用いれば、
将来のセント替に際しての「板温の最適推移軌道（この
段階では１回の不連続的な速度変更しか考慮されていな
いため、この“最適推移軌道”とは１回の不連続的な速
度変更をした場合での最適軌道である）Ｊと［通板速度
変更量Ｊ及び「速度変更開始タイミングＪ　とを前もっ
て求めることができ、更には目標値からの板温外れ量（
加熱炉出口での板温変化量）を予測することもできる。

（ｂ）シかも、上記“目標値からの板温外れ量”とモデ
ル■から求められる幾つかのその他のデータから、該“
目標値からの板温外れ量”を的確に補償し得る「鋼板の
溶接点前後での最適通板速度」を予測することができる （Ｃ１従って、上記の板温外れを適切な通板速度調整に
よって補償する板温制御モデル（以降“モデル■”と称
す）を作成しておき、モデル■にモデル■を付加し、こ
れに従いセント替前後において通板速度を連続的に変更
・調整するように図れば、板温外れ量の極めて少ない優
れた温度制御が可能となる。

本発明は、上記知見事項等に基づいてなされたもので、 ［異種の鋼板を溶接して成る“連続した鋼板″の連続加
熱に際し、連続加熱炉出口までの綱板温度の推移軌道を
前もって予測すると共に、予測した加熱炉出口での鋼板
温度が目標値から外れる場合に炉温と通板速度を操作量
としたプリセント制御でこれを補償する板温制御方法に
おいて、予測される前記“目標値からの外れ量”からそ
れを補償する通板速度を算出し、この算出値に対応させ
て通板速度をプリセットで連続的に変更することにより
、連続加熱炉における鋼板の板温外れを極力抑制して的
確な温度制御を実施し得るようにした点」 に特徴を有している。

なお、本発明法は、例えば“鋼板の溶接点を検出する溶
接点検出器”、“鋼板の通板速度を検出する速度検出器
”、“加熱炉の温度を検出する炉温検出器”並びに“加
熱炉出口における鋼板の温度を検出する板温検出器”を
具備した「検出器群」と、上記溶接点検出器及び速度検
出器からの出力信号に応じて鋼板の溶接点を追跡する「
トラッキング手段」と、将来のセント替に際して板温の
最適推移軌道と通板速度変更量と速度変更タイミングと
を算出する公知の［板温制御モデル（モデルＩ）Ｊと、
上記板温軌道から板温の目標外れを予測し通板速度を連
続的に変更してこれを補償する「板温制御モデル（モデ
ルＩＩ）Ｊと、通板速度を上記モデルによって算出され
た値に制御する「速度制御手段」を具備する制御装置の
適用によって実施されるが、その手順は以下の通りであ
る。

即ち、本発明に係る板温制御方法では、まず、モデル■
によって板温の推移軌道と通板速度変更量及び変更タイ
ミングを決定する。なお、モデルＩによって決定された
板温の推移軌道は、前述したように、通板速度をセット
暫時に１回だけ不連続的に変更する場合を想定して最適
化されたものである。

ここで、前記第３図からも明らかなように、板温か目標
外れ許容範囲から上方に外れた時は通板速度をモデルＩ
によって設定された値よりも高くしくこのようにすると
鋼板の加熱炉滞在時間が短縮されるので板温を下げるこ
とができる）、一方、板温か下方に外れた時は設定値よ
りも低く通板速度を設定することで、板温外れ部分を小
さくすることが可能となる。

また、モデル■は、モデルＩにより予測された板温の推
移軌道から算出される“板温の目標外れ量”を基に下記
計算法で“板温の目標外れ量を補償する通板速度”を計
算し、プリセットで連続的に通板速度を制御するための
もので、これを付加すると、例えば第３図で示した制御
状態は第４図で示す如くに改善される。

゛板゛束庁最゛化計　　法 ■　ステップＩ モデル■によって、将来のセット暫時の板温推移軌道と
通板速度変更量及び速度変更タイミングを求める。

この時、前記第３図にも示したように、ｈｌ：先行材板
厚、ｈ２：後行材板厚。

ｔＩ：炉温設定値変更時刻。

ｔ２：炉温か定常状態に達する時刻。

ｔ３：速度変更タイミング。

ｔ４：加熱炉出口において板厚が変化する時刻。

ＴＦＩ：先行材定常状態における炉温設定値。

ＴＦ２　：後行材定常状態における炉温設定値び、：先
行材定常状態における通板速度。

ｖ２：後行材定常状態における通板速度。

ΔＴ、：先行材尾端における板温の目標外れ幅。

ΔＴ２：後２：先端における板温の目標外れ幅。

（なお、板温に関しては目標板温に対して上方に外れた
場合はΔＴ〉０．下方に外れれた場合はΔＴ＜０とし、
先行材、後行材の板幅は同じでＷとする） と定義する。

■　ステップ■ 溶接によって−続きとされた鋼板内の先行材。

後行材の各々について、以下に定義する影響係数ε１及
びε２を算出する。

ａ）先行材の影響係数ε、の定義 炉温Ｔ□の加熱炉へ先行材を速度び、で定常的（炉温か
一定で、板温も一定である状態）に通板している状態を
仮定し、 この定常状態において通板速度をΔびだけ変更した（実
際にはΔびはび、の３〜５χ程度が良い）とすると板温
は第５図の如く変化するが、この速度変更による板温の
変化幅をΔＴ、とした場合に表わされる ε１−　（ΔＴ、）／　　（Δび） を先行材の影響係数ε１と定義する（なお、ΔＴ８とΔ
びは異符号であるためε、〈０となる）。

ｂ）後行材の影響係数６２の定義 上記先行材における場合と同様の手順で、後行材の影響
係数８２を定義する。

■　ステップ■ 第６図で示したように、ステップＩで算出された通板速
度を以下の手順で補正する。

ｉ）時刻ｔが　ｔ≦１．の時点では、通板速度Ｖを　び
＝び、に設定する。

ｉｉ）時刻ｔが　１＝１４−Δｔ　の時点では、通板速
度びを ｔ７＝２７．−β（ΔＴ、）／ε１ に設定する。

ここで、Δｔとは次のような時間を指す。

即ち、セント替に際しては通板速度を不連続的に変更す
る点が生じるが、これに要する時間をゼロにするのは設
備上不可能であり、この所要時間をΔｔとする。

ｉｉｉ　）時刻ｔがｔｌ＜ｔ＜ｔ４−Δｔ　の時点では
、通板速度Ｖを に設定する。

ｉｖ）時刻ｔが　１＝１４の時点では、通板速度びを び＝ｖ２−β（ΔＴ２）／ε２゜ に設定する。

■）時刻ｔがｉ４＜ｔ＜ｔｚの時点では、通板速度Ｖを に設定する。

ｖｉ）時刻ｔがｔｚｔ２の時点では、通板速度びを　び
−び２に設定する。

なお、このように通板速度を直線的に変化させるのでは
なくて曲線的に変更する方法も考えられるが、炉内ハー
スロールの熱慣性のために両者の効果に大差はなく、従
って炉内の鋼板にかかる張力等の影響を考慮し、ここで
は前者（直線的に変化させる方法）の例について説明し
た。

ところで、加熱炉内の鋼板のパスは有限長であり、しか
も加熱炉内ハースロールの熱慣性も影響するので板温の
目標外れを完全にゼロとすることは物理的に不可能であ
るが、本発明の板温制御方法を適用することによって板
温外れは大幅に低減され、鋼板品質が顕著に向上するこ
とは特筆すべきことである。

次いで、実施例の説明図に基づき本発明をより具体的に
説明する。

〈実施例〉 第７図は、本発明に係る“連続加熱炉における綱板の温
度制御装置”の構成を示す模式図である。

板厚、板幅、目標板温又は材質の異なる複数のコイルが
溶接されて成るストリップ（１１は、連続加熱炉（２）
を通って駆動ロール（３）により白矢印方向へ通板され
る。

この際、鋼板仕様設定器（４）よりコイルの板厚。

板幅、放射率及び目標板温の仕様が、そしてトラッキン
グ装置（５）よりコイルの位置情報がそれぞれ従来の板
温制御装置（モデルＩ）（６）に送られる。そして、こ
の従来の板温制御装置（モデルＩ）（６１にて炉温の設
定値とその変更タイミング、通板速度の設定値とその変
更タイミングが決定され、板温の最適推移軌道が予測さ
れる。ここで決定された炉温の設定値とその変更タイミ
ングは炉温制御装置（７）に送られるが、この炉温制御
装置（７）では前記情報に基づいてラジアントチューブ
（８）に流入する燃料流量を制御する。

ここで、上記従来の板温制御装置（モデルＩ）（６）で
予測した板温の推移軌道は、通板速度を不連続的にしか
変更していないために前記第３図で示した如く長い範囲
にわたって板温外れを生じる。そこで、本発明例では付
加的な板温制御装置（モデルＩｔ）（８）を付与してお
り、これによって前記“板温の予測推移軌道”から目標
板温外れ幅を計算し、先に示した通板速度最適化計算法
によって通板速度の設定値を決定する。

なお、通板速度には設備上或いは操業上の制約から許容
範囲が存在するが、前記の算出した設定値がこの許容範
囲を超える場合には、設定値として許容上限値（或いは
上限値に安全係数α＝０．９〜０．９５を乗じた値）を
保持するようにする。

モデル■（９）によって決定された速度設定値は速度制
御装置αωに送られ、速度制御装置α＠は通板速度が上
記設定値になるように駆動ロール（３）を制御する。

さて、前記第３図に示した従来の板温制御状態に対し、
本発明に係る板温制御方法を適用すると第４図のような
制御状態が得られ、板温外れは大幅に低減される。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、本発明によれば、異種鋼板を溶接
したストリップの連続加熱処理に際し、溶接点前後の長
い範囲に亘って生じていた目標温度からの外れ幅を大幅
に減少することができ、品質の優れた鋼板を高歩留りで
製造することが可能となるなど、産業上極めて有用な効
果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、それぞれ従来の方法による鋼板温
度の制御状態を示したグラフである。 第４図は、本発明法の概念と鋼板温度の制御状態を示し
たグラフである。 第５図は、影響係数の定義を説明するためのグラフであ
る。 第６図は、本発明法による鋼板温度の制御状態を示すグ
ラフである。 第７図は、連続加熱炉での本発明に係る鋼板の温度制御
装置の構成例を示した模式図である。 図面において、 １・・・ストリップ、　　　　２・・・連続加熱炉。 ３・・・駆動ロール、　　　　４・・・鋼板仕様設定器
。 ５・・・トラッキング装置。 ６・・・従来の板温制御装置（モデルＩ）。 ７・・・炉温制御装置。 ８・・・ラジアントチューブ。 ９・・・付加的な板温制御装置（モデル■）。 １０・・・速度制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 異種の鋼板を溶接して成る“連続した鋼板”の連続加熱
   に際し、連続加熱炉出口までの鋼板温度の推移軌道を前
   もって予測すると共に、予測した加熱炉出口での鋼板温
   度が目標値から外れる場合に炉温と通板速度を操作量と
   したプリセット制御でこれを補償する板温制御方法にお
   いて、予測される前記“目標値からの外れ量”からそれ
   を補償する通板速度を算出し、この算出値に対応させて
   通板速度をプリセットで連続的に変更することを特徴と
   する、連続加熱炉における鋼板の温度制御方法。