JPH06238312A - 熱延鋼板の冷却制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】所望の材質を実現するためにγ→α変態完了ま
での温度履歴および巻取温度を一定に制御する。 【構成】冷却帯を前半の温度履歴制御ゾーンと後半の巻
取温度制御ゾーンに分ける。温度履歴制御ゾーンにおい
ては、予測材料速度を用い、予め設定された水冷および
空冷時間を確保するように各水冷装置４、４…の開閉パ
ターンを制御する。前記巻取温度制御ゾーンにおいて
は、目標巻取温度となるための水冷および空冷パターン
を計算し、これに基づいて各水冷装置４、４…を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間仕上圧延後の冷却
における鋼板温度の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、鋼帯の熱間圧延工程において
は、仕上圧延後の熱延鋼板は、仕上圧延機と巻取り装置
との間に設けられている冷却装置によって所定温度まで
冷却された後、前記巻取り装置に巻き取られている。

【０００３】鋼板の熱間圧延においては、前記仕上圧延
後の冷却が機械的特性を決定する重要な因子となってい
る。すなわち、図５に示す連続冷却変態図上で、鋼板温
度がどのような温度履歴を辿るかによって金属組織が変
化し、その結果製品としての機械的特性が異なってく
る。なお、図５において、Ｆはフェライト、Ｐはパーラ
イト、Ｂはベイナイト、Ｍはマルテンサイト変態をそれ
ぞれ示したものである。

【０００４】さらに、巻取り後の冷却速度は、巻取り前
に比べて極めて遅くなるため、巻取り時の鋼板温度の違
いによっても機械的特性が変化する。

【０００５】したがって、目標の機械的特性を有する鋼
板を均一に製造するためには、材料の変態過程をシミュ
レーションする計算モデル等によって、鋼板の変態が完
了するまでの目標温度履歴（冷却履歴）と目標巻取温度
が、鋼板の全長に渡って実現できるように冷却過程を制
御する必要がある。

【０００６】この冷却制御は、従来より、仕上圧延機後
方に設置した多数の水冷装置（水冷バンク）による鋼板
表面への注水をバルブの開閉によりオン・オフすること
で行っている。たとえば、板厚、材料速度および巻取温
度等の時々刻々の実測値を計算機に入力するとともに、
その演算結果に基づいて、目標巻取温度が実現できるよ
うに水冷バンクのオン・オフを制御して行われる。

【０００７】しかし、熱延ミルにおいては、通常加速圧
延を行うので材料速度が変化するのに加えて、仕上出口
温度がスキッドマーク等によって常時変動している。従
ってこれらの外乱に対応して温度履歴および巻取温度を
精度良く制御することは非常に難しいものとなってい
る。

【０００８】上記外乱に対応して、巻取温度を高精度に
制御する方法としては、たとえば特開昭５８−２２１６
０６号公報に開示される制御方法がある。この制御方法
は、先ず仕上出側で材料温度、厚みを一定の時間または
距離間隔でサンプリング測定し、このサンプリング点が
巻取温度計に到達するまでサンプリング点をトラッキン
グする。そして、現時刻までにサンプリングした全サン
プリング点について以下の計算を行う。

【０００９】(1) 材料速度を測定して各サンプリング点
が１サンプリング周期での移動量を求め、各サンプリン
グ点の位置を現在位置に修正する。

【００１０】(2) 各サンプリング点の前回のサンプリン
グ時の位置から現在位置までの冷却バンクの実績注水パ
ターンより、水冷の熱伝達率を計算し、これとともに前
回サンプリング時の計算材料温度からの温度降下量を求
め、当該サンプリング点の現在温度を計算する。

【００１１】(3) 仕上圧延機の加速率、減速率および加
減速タイミングの設定値より将来の速度変化を予測して
このサンプリング点が巻取温度計に達するまでの各冷却
バンクの通過時間を予測する。

【００１２】(4) 各水冷バンクの実績注水パターンを入
力し、各水冷バンクの通過予測時間を用いて、予測巻取
温度を計算する。

【００１３】(5) 予測巻取温度が目標温度に一致してい
なければ、予め定められた注水バンクの優先順位に従
い、目標巻取温度になるように、該サンプリング点より
下流側にある冷却バンクの予定注水パターンを変更す
る。

【００１４】このようにして得られた全サンプリング点
についての注水パターンを必要なタイミングで出力する
ことによって巻取温度を高精度に制御するものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】鋼板の冷却において
は、仕上圧延後の水冷過程における冷却速度および巻取
り時の鋼板温度の双方の制御が重要であるが、前記特開
昭５８−２２１６０６号公報に開示される冷却制御方法
は、巻取温度のみを制御することを第一義的に意図した
ものである。もちろん、冷却帯の中間位置の目標温度を
決めることによってある程度温度履歴をも制御できる
が、この場合には加速による材料速度の変化により冷却
速度が変わってしまい、温度履歴は一定のパターンには
制御できない。

【００１６】これを解消するためには、目標中間温度位
置を材料速度に応じて与えなければならず、制御方法は
極めて複雑になる。

【００１７】また、速度変動については予測巻取温度の
変化という間接的な形でしか考慮されていないため、減
速時等の大きな速度変化があった場合には、これに追従
できないという問題がある。

【００１８】そこで、本発明に主たる課題は、仕上圧延
完了から巻取りまでの間の冷却に当り、鋼帯の温度履歴
および巻取温度を一定に保ち、材料の機械的特性の均一
化の向上を図るものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題は、仕上圧延後
の熱延鋼板を巻取装置までの間に多数配置された水冷装
置よりなる冷却帯により冷却して巻取るに当り、前記冷
却帯の前半部分において、予め熱延鋼板のγ→α変態が
完了するまでの水冷および空冷パターンおよび各冷却時
間を設定し、予測した材料速度を用いて前記冷却帯上で
の前記水冷および空冷区間の各冷却時間が確保されるの
に必要な各水冷装置の開閉パターンを決定し、前記冷却
帯の後半部分において、予測巻取温度が目標巻取温度と
なるような水冷および空冷パターンおよび各冷却時間を
算出し、この水冷および空冷区間の各冷却時間が確保さ
れるのに必要な各水冷装置の開閉パターンを決定し、こ
れら決定した水冷および空冷パターンおよび各冷却時間
に従った水冷装置の開閉パターンが実現されるように冷
却装置の応答遅れを考慮して指令出力し、熱延鋼板のγ
→α変態が完了するまでの温度履歴および巻取温度を一
定に保つようにすることで解決できる。

【００２０】

【作用】本発明においては、冷却帯上での予測材料速度
を用いて、変態完了までの温度履歴を制御する部分と、
予測巻取温度を目標巻取温度に制御する部分とに分離す
る。すなわち、水冷帯の全長を使い、速度変化による影
響と仕上出口温度変化による影響とを同時に取り除くた
めのバルブの開閉制御は非常に複雑な制御となるため、
本願では、鋼板の機械的特性を決定する主な要因はγ→
α変態が完了するまでであることに着目し、冷却帯を二
つのゾーンに区分し、前半の冷却ゾーンにおいてはγ→
α変態が完了するまでの冷却を制御し、後半の冷却ゾー
ンにおいては目標巻取温度となるように水冷および空冷
パターンが制御される。

【００２１】したがって、設定または算出された目標冷
却時間に従って、この冷却時間が確保されるように各水
冷装置の開閉パターンが制御される結果、水冷区間およ
び空冷空間の各長さは変化するものの、材料速度による
影響は前半冷却ゾーンによって除去され、仕上出口温度
変化による影響は後半の冷却ゾーン部分において除去さ
れる。

【００２２】より具体的には、γ→α変態が完了するま
での冷却制御は、目標水冷時間と目標空冷時間の確保の
下に行われる。冷却パターンは、所望の機械特性を実現
するために必要な温度履歴を実現するために、先ず予め
複数の水冷および空冷の組合せによって、目標水冷時間
と目標空冷時間とそのパターンが決定される。なお、こ
こで前記γ→α変態の完了時期は、変態率計を用いて測
定することもできるが、過去の経験と実績により容易に
おおよその推定が可能であり、水冷時間と空冷時間およ
びその組合せのパターンについて伝熱モデルによる解析
により容易に決定することができる。また、温度履歴の
初期値である仕上出口温度はスキッドマーク等の小さな
変動を除いて一定の範囲に制御されているものとする。

【００２３】一方、巻取温度を一定とするための冷却制
御は、伝熱モデルにより計算された鋼板温度が目標巻取
温度となるように、水冷バンクの開閉パターンが制御さ
れる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明をさらに具体的に説明する。本
発明では、冷却帯の全長を概念上、γ→α変態完了まで
の温度履歴制御ゾーンと巻取温度制御ゾーンとに分け
て、最終的に得られる鋼材の機械的性質を一定にするも
のであり、前半の温度履歴制御ゾーンにおいては所定の
冷却時間の確保のためのバルブの開閉パターンが制御さ
れ、後半の巻取温度制御ゾーンでは鋼板温度が目標巻取
温度になるようにバルブの開閉パターンが制御される点
において異なる。なお、材料速度によって水冷バンク長
および空冷バンク長が時々刻々と変化する結果、各ゾー
ンの境界が変化するが、その変化幅を当初より見込み、
かつ後半の巻取温度制御ゾーンの長さを巻取温度が調整
できるだけの水冷部分を残すように、温度履歴制御ゾー
ンの目標水冷時間と目標空冷時間および組合せパターン
が決定される。

【００２５】次に、図１に示される簡単な具体例に沿っ
て、実際の制御方法について説明する。ここでは、簡単
のため温度履歴制御ゾーンを第１水冷および第１空冷の
パターンとし、巻取温度制御ゾーンを第２水冷および第
２空冷のパターンに分けた場合について説明する。

【００２６】図１において、鋼帯１は仕上圧延機２を出
た後、ランアウトテーブルを抜けて巻取機３に巻き取ら
れる。ランアウトテーブルに沿って水冷バンク４、４…
が設けられており、水冷バンク４、４群の入側には仕上
温度計５および厚み計６が、その出側には巻取温度計７
がそれぞれ設けられている。

【００２７】ランアウトテーブル上に、同間隔で配置さ
れた複数の水冷バンク４、４…の番号をいま仕上圧延機
２に近い方から、ｊ＝１、２、……、Ｎとする。

【００２８】鋼板先端部が仕上出口温度計５位置に到達
する同時に鋼帯のサンプリングが開始される。サンプリ
ングは、水冷バンク４、４…の間隔ΔＬだけ進む毎に行
われる。従って、前記各サンプリング点は、起動毎に１
水冷バンクずつ進むことにある。

【００２９】前記サンプリング点に発生した順に番号を
割り付けるとし、現時点の起動タイミングで生成された
サンプリング点の番号をｉ＝ｋとすると巻取温度計７位
置でのサンプリング点番号はｉ＝ｋ−Ｎ−１となる。

【００３０】いまサンプリング点ｉの生成時刻をｔf,i
とし、目標第１水冷時間をτw ^* 、目標第１空冷時間を
τａ^* とすると、各サンプリング点ｉの目標第１水冷終
了時刻ｔw,i ^* と目標第１空冷終了時刻ｔa,i ^* は下式
となる。 ｔw,i ^* ＝ｔf,i ＋τw ^* ｔa,i ^* ＝ｔf,i ＋τw ^* ＋τａ^* 一方、仕上圧延機２のロール回転数あるいは巻取機マン
ドレルの回転数の測定に基づく予測材料速度から計算し
たサンプリング点ｉの水冷バンクｊの予測到達時刻は
［ｔ］i,j とする。

【００３１】サンプリング点ｉについて目標温度履歴・
目標巻取温度を実現する水冷バンクのオン・オフパター
ンをＺi,j(ｊ＝1,2,……、Ｎ）で表し、ｊ水冷バンクが
オンの時はＺi,j ＝１、オフの時Ｚi,j ＝０として表現
すると、制御パターンは、［ｔ］i,j ≦ｔw,i ^* の時は
第１水冷による冷却時間内にあるためＺi,j ＝１とし
て、すなわちバルブを開として水冷を行う。

【００３２】その後、ｔw,i ^* ≦［ｔ］i,j ≦ｔa,i
^* 、つまり目標第１水冷終了時刻ｔw,i ^* を超え、目
標第１空冷終了時刻ｔa,i ^* 以内であるときは第１空冷
時間内にあるため、Ｚi,j ＝０、すなわちバルブを閉と
して空冷が行われる。

【００３３】以上のような制御パターンにより目標とす
る所定時間の水冷と空冷が行われたならば、［ｔ］i,j
＞ｔa,i ^* の範囲、すなわち冷却帯の後半の巻取温度制
御ゾーンにおいては、鋼板温度を巻取温度とするべく、
以下のように制御される。

【００３４】［ｔ］i,j ＞ｔa,i ^* の範囲にある水冷バ
ンクの番号をｊ＝M,M+1,……N とする。いま仕上出口温
度を初期値として、実績または予測材料速度および板厚
を用いて計算したサンプリング点ｉの予測巻取温度を
［Ｔ］c,i と表すこととする。

【００３５】そこで先ず、ｊ＝1,2,……M-1 の水冷バン
クまでは先のＺi,j ＝１or０なるオン・オフパターンに
よって冷却されるものとして温度降下量を算出する。こ
の温度降下量ΔＴは、その板厚が薄いので、板圧方向の
厚み分布を無視すると、次式で表される。

【００３６】ΔＴ＝Ｔ₀ −Ｔ Ｔ（τ）＝ｅｘｐ〔−（２α／ρｃｈ）τ〕・Ｔ₀ ここで、ρ；密度（kg/m³)、ｃ；比熱（Kcal/kg ℃) 、
ｈ；板厚（m)、α; 熱伝達率（kcal/m²hr ℃) 、τ; 経
過時間(hr)、Ｔ₀ ；初期温度（℃）、Ｔ( τ);τ時間後
の温度（℃）である。なお、前記α（熱伝達率）として
は水冷時の熱伝達率αw と空冷時の熱伝達率αa とがあ
る。

【００３７】そして巻取温度制御ゾーンにおけるバンク
ｊ＝M,M+1,……N 間におけるバルブオン・オフ制御は以
下のようにして行われる。

【００３８】先ず計算機８内で、最初にバンクｊ＝M,M+
1,……N の全てについて、バルブオフ（空冷状態）とし
て予測巻取温度［Ｔ］c,i を計算し、次いで同じ条件の
下でｊ＝Ｍから１つずつ水冷バンクを増やしながら、そ
れぞれのケースについて伝熱計算により予測巻取温度
［Ｔ］c,i を算出する。このようにして前記予測巻取温
度［Ｔ］c,i が目標巻取温度Ｔ_C ^* の近傍に至るまで計
算を行い、水冷とするバンク数を決定し、それ以降のバ
ンクについては空冷とする。

【００３９】このようにして巻取温度制御ゾーンにおけ
るバンクｊ＝M,M+1,……N のオン・オフパターンＺi,j
が決定される。以上の冷却制御方法に従った鋼板の冷却
過程をグラフに示せば、図４のようになる。

【００４０】ところで、起動タイミングについて考える
と、このランアウトテーブル上のバンクｊ＝1,2,……、
N に存在するサンプリング点ｉはそれぞれｉ＝k-1,k-2,
……k-N である。そしてこのｋにおいて、上記すべての
サンプリング点について目標を実現できるバンクオン・
オフパターンは、Ｙk,j ＝Ｚｋ-1,j（ｊ＝1,2,……N)で
あり、これを実現するためには冷却装置の応答遅れ時間
τｄを考慮してＹk,jの指令出力を行えばよい。

【００４１】サンプリング点ｋの予測生成時刻を［ｔ］
f,k とすると時刻［ｔ］f,k −τｄにおいてＹｋ,jの指
令出力を行う。

【００４２】以上の処理を各起動タイミング毎に行うこ
とによって全長に渡り目標の冷却履歴および目標の巻取
温度を実現することができる。

【００４３】〔実施例〕以下さらに具体的に実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の実施装置の一例であ
る。仕上圧延機２の出側に仕上出口温度計５および厚み
計６が配置されるとともに、巻取機３の手前に巻取温度
計７が配置され、仕上出口温度、板厚、巻取温度の時々
刻々の測定値が計算機８に送られる。また通板速度は仕
上圧延機２のワークロール回転数あるいは巻取機マンド
レルの回転数が測定されて計算機８に送られる。

【００４４】このような設備において、板厚、材料速
度、仕上出口温度および巻取温度等の時々刻々の実測値
を計算機５に入力する。以上の構成に基づき、次のよう
な手順で各バンクからの注水量およびオン／オフ指令を
出力する。前記計算機８においては、仕上出側で材料温
度を一定の時間または距離間隔でサンプリング測定し、
このサンプリング点が巻取温度計７に達するまでサンプ
リング点をトラッキングする。水冷バンク４におけるバ
ルブ開閉制御は、先ず温度履歴制御ゾーンにおいては、
前記実測材料速度により材料予測速度が与えられ、予め
設定された目標水冷時間および目標空冷時間の所定の冷
却時間がそれぞれ確保されるように各水冷バンクのバル
ブのオン・オフパターンが決定される。また巻取温度制
御ゾーンにおいて目標巻取温度となるような各水冷バン
クの開閉パターンが計算により決定される。

【００４５】以上のような演算処理によって、冷却帯に
おけるバルブ開閉パターンが決定されたならば、各サン
プリング点ｉの経過時間をトラッキングしながら、目標
第１水冷終了時刻、目標第２空冷終了時刻、目標第２水
冷終了時刻、目標第２空冷終了時刻との比較の下、実際
に各水冷バンク４のバルブが制御される。前記バルブの
開閉指令は応答遅れを考慮して適当なタイミングで指令
出力がなされる。

【００４６】たとえば、材料速度が通板速度の場合に
は、図２に示されるような水冷・空冷パターンにより冷
却され、最高速度の場合には図３に示されるような水冷
・空冷パターンにより冷却される。このように、温度履
歴制御ゾーンにおいて、材料速度の変化に影響されるこ
となくγ→α変態完了までの温度履歴を一定に保つため
に、所定の水冷時間および空冷時間が確保される結果、
第１水冷および第１空冷区間長が刻々と変化し、巻取温
度制御ゾーンにおいては、仕上出口温度変化に影響され
ることなく所定の巻取温度とするために第２水冷と第２
空冷区間長が刻々と変化することとなる。

【００４７】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、機械的特
性を決定するα→γ変態までの温度履歴を一定とし、か
つ巻取温度を一定とし得るため、所望のかつ均一な機械
特性をもった鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法の一例を示す模式図である。

【図２】通常速度における水冷バンクの模式図である。

【図３】最高速度における水冷バンクの模式図である。

【図４】鋼板の冷却過程の説明図である。

【図５】鋼板の冷却と変態との関係図である。

【符号の説明】

１…鋼板、２…仕上圧延機、３…巻取機、４…水冷バン
ク、５…仕上出口温度計、６…厚み計、７…巻取温度
計、８…計算機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】仕上圧延後の熱延鋼板を巻取装置までの間
   に多数配置された水冷装置よりなる冷却帯により冷却し
   て巻取るに当り、 前記冷却帯の前半部分において、予め熱延鋼板のγ→α
   変態が完了するまでの水冷および空冷パターンおよび各
   冷却時間を設定し、予測した材料速度を用いて前記冷却
   帯上での前記水冷および空冷区間の各冷却時間が確保さ
   れるのに必要な各水冷装置の開閉パターンを決定し、 前記冷却帯の後半部分において、予測巻取温度が目標巻
   取温度となるような水冷および空冷パターンおよび各冷
   却時間を算出し、この水冷および空冷区間の各冷却時間
   が確保されるのに必要な各水冷装置の開閉パターンを決
   定し、 これら決定した水冷および空冷パターンおよび各冷却時
   間に従った水冷装置の開閉パターンが実現されるように
   冷却装置の応答遅れを考慮して指令出力し、 熱延鋼板のγ→α変態が完了するまでの温度履歴および
   巻取温度を一定に保つようにすることを特徴とする熱延
   鋼板の冷却制御方法。