JP3518504B2 - 鋼板の冷却条件設定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、厚鋼板等の熱間圧
延後の鋼板を冷却能力の異なる複数の冷却ゾーンにより
冷却する際の冷却条件の設定方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】熱間圧延した厚鋼板をオンラインで制御
冷却するには、圧延終了後に、例えば、図５に示す冷却
設備により鋼板を適切な温度まで冷却する必要があり、
製品の高品質化に伴って高精度の温度制御が必要となっ
ている。図５に示す冷却設備Ｒは、圧延機１０１の後方
に設置され、冷却設備Ｒの入側には冷却前の鋼板Ｓの温
度を測定する入側温度計１０３が配置されると共に、冷
却設備Ｒの出側には冷却後の鋼板Ｓの温度を測定する出
側温度計１０４が配置されている。 【０００３】ここで、冷却設備Ｒは、圧延機１０１で圧
延された鋼板Ｓを挟んで上部冷却設備１０５と下部冷却
設備１０６とから構成され、上下両冷却設備１０５，１
０６は、それぞれ複数の冷却ゾーン１０７，１０８を有
している。そして、圧延機１０１で圧延された鋼板Ｓ
は、冷却設備Ｒの各冷却ゾーン１０７，１０８により冷
却される。図５中、符号１０９は鋼板Ｓを搬送するため
の搬送テーブルである。 【０００４】この冷却設備Ｒによる鋼板Ｓの冷却におい
ては、冷却を行う複数の冷却ゾーン１０７，１０８を一
体とみなして、全体としての平均の水量密度及び熱伝達
率を計算し、計算された平均水量密度及び平均熱伝達率
を用いて鋼板Ｓの予測冷却停止温度が目標冷却停止温度
となるような冷却条件（冷却時間、通板速度、通板速度
の加速パターン）を設定計算していた。図６にこの一連
の冷却条件の設定方法のフローを示す。 【０００５】図６を参照すると、冷却条件の設定計算に
おいては、先ず、ステップ２０１にて全部の冷却ゾーン
１０７，１０８における平均の水量密度を計算すると共
に、ステップ２０２にて全部の冷却ゾーン１０７，１０
８における平均の平均熱伝達率を計算する。そして、ス
テップ２０３にて圧延後の鋼板Ｓの初期温度分布を計算
する。その後、ステップ２０４にて、ステップ２０３で
計算された初期温度分布に基づいて空冷後の鋼板Ｓの温
度を計算する。次いで、ステップ２０１で計算された水
量密度とステップ２０２で計算された平均熱伝達率とス
テップ２０４で計算された空冷後の鋼板Ｓの温度とに基
づいて、水冷後の鋼板Ｓの予測冷却停止温度が目標冷却
停止温度となるような、鋼板Ｓの先端の水冷時間をステ
ップ２０５で、通板速度をステップ２０６で、通板速度
の加速パターンをステップ２０７で計算する。これによ
り、冷却条件の設定計算が終了する。 【０００６】しかしながら、この冷却条件の設定計算に
おいては、冷却を行う複数の冷却ゾーン１０７，１０８
を一体とみなして、全体としての平均の水量密度及び熱
伝達率を計算し、計算された平均水量密度及び平均熱伝
達率を用いているため、冷却条件を正確に設定計算する
ことが困難であり、予測された冷却停止温度と実際の冷
却停止温度との間に差異が生じ、実際の冷却停止温度を
精度よく予測することができない。この理由は、冷却が
加速通板によって行われているため、それぞれの冷却ゾ
ーン１０７，１０８での通板速度及び冷却時間が異なる
ところ、全体として１つの冷却ゾーンとしてみなしてい
ることによりこれら通板速度及び冷却時間の変化に対応
することができないからである。 【０００７】ここで、冷却装置Ｒが冷却能力の異なる２
つの冷却ゾーンを持ち、第一冷却ゾーンとして強冷却ゾ
ーン、第二冷却ゾーンとして緩冷却ゾーンを使用する場
合の実績冷却停止温度の目標冷却停止温度に対する精度
を図７及び図８に示す。図７を参照すると、通板初速度
が遅いほど実績冷却停止温度が目標冷却停止温度よりも
低めに外れ、また、図８を参照すると、第一冷却ゾーン
での冷却時間が長いほど実績冷却停止温度が目標冷却停
止温度よりも低めに外れる傾向にあることが理解され
る。 【０００８】このため、実績冷却停止温度と目標冷却停
止温度とが極力一致するのを確保するため、従来より冷
却の対象となる鋼板Ｓの圧延寸法及び冷却条件と類似し
た過去の実績から目標冷却停止温度を補正する操作を行
っている。この目標冷却停止温度の補正値は、例えば板
厚、冷却開始温度、冷却停止温度毎のメッシュにより与
えられる。 【０００９】しかし、過去に実績のない圧延寸法及び冷
却条件の鋼板については、予測された冷却停止温度と実
際の冷却停止温度との間に差異が生じ、実際の冷却停止
温度を精度よく予測することが困難である。このような
問題点に対処するため、従来、例えば、特開平９- ２６
７１１３号公報に開示された熱延鋼板の冷却制御方法が
提案されている。 【００１０】この熱延鋼板の冷却制御方法は、鋼板の温
度予測計算に用いる水冷熱伝達係数、テーブルローラと
の接触による熱伝達係数、及び空冷熱伝達係数の各モデ
ル式を、仕上温度計〜巻取温度計間又は仕上温度計〜中
間温度計間及び中間温度計〜巻取温度計間で別々に決定
した学習項により補正して温度予測計算を行うようにし
ている。 【００１１】この冷却制御方法によれば、鋼板の温度予
測計算に用いる水冷熱伝達係数等を熱間仕上温度計〜中
間温度計間及び中間温度計〜巻取温度計間で個別に設定
できるため、高精度の冷却制御を行うことができる。 【００１２】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の熱延鋼板の冷却制御方法にあっては、巻取温度計近
傍での予測冷却停止温度と実際の冷却停止温度との差異
が少なくなり、実際の冷却停止温度の予測精度は向上し
たが、巻取温度計近傍での計算によって予測された予測
冷却停止温度が目標冷却停止温度の範囲外となる場合が
あり、この場合に冷却条件が修正されずに、実際の冷却
停止温度が目標冷却停止温度とかけ離れてしまうことが
あった。 【００１３】従って、本発明は上述の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、最終冷却ゾーンの出側
の実際の冷却停止温度の予測精度を向上させると共に、
最終冷却ゾーンの出側の予測冷却停止温度を常に目標冷
却停止温度の範囲内とするように冷却条件を設定するこ
とで実際の冷却停止温度の目標冷却停止温度に対する精
度を向上させることができる熱延鋼板の冷却条件設定方
法を提供することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明のうち請求項１に係る鋼板の冷却条件設定方
法は、鋼板を冷却能力の異なる複数の冷却ゾーンにより
冷却する際の、冷却条件の設定方法であって、各冷却ゾ
ーン毎に求めた熱伝達率及び水量密度を用いて前記冷却
条件の設定計算を行うと共に、前記冷却条件の設定計算
を行う際に、当該冷却ゾーンの前冷却ゾーンの出側目標
冷却停止温度に基づいて当該冷却ゾーンの冷却条件の設
定計算を行い、計算された当該冷却ゾーンの出側の予測
冷却停止温度が目標冷却停止温度の範囲外となる場合
に、前記前冷却ゾーンの出側目標冷却停止温度を変更
し、前記前冷却ゾーンの冷却条件及び当該冷却ゾーンの
冷却条件について再度設定計算を行うことを特徴として
いる。ここで、「冷却条件」とは、熱伝達率、水量密
度、冷却時間、通板速度、及び通板の加速パターンをい
う。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明に係る鋼板の冷却条件
設定方法が適用される冷却設備装置の一例を示す説明図
である。図２は冷却条件設定装置における冷却条件の設
定計算方法のフローチャートである。図１に示すよう
に、冷却設備Ｒは、圧延機１の後方に設置され、冷却設
備Ｒの入側には冷却前の鋼板Ｓの温度を測定する入側温
度計３が配置されると共に、冷却設備Ｒの出側には冷却
後の鋼板Ｓの温度を測定する出側温度計４が配置されて
いる。 【００１６】ここで、冷却設備Ｒは、圧延機１で圧延さ
れた鋼板Ｓを挟んで上部冷却設備５と下部冷却設備６と
から構成され、上下両冷却設備５，６は、それぞれ複数
の冷却ゾーン、図１の冷却設備にあっては第一冷却ゾー
ンと第二冷却ゾーンとを有している。そして、圧延機１
で圧延された鋼板Ｓは、冷却設備Ｒの第一及び第二冷却
ゾーンにより冷却される。なお、図１中、符号８は鋼板
Ｓを搬送するための搬送テーブルである。 【００１７】ここで、第一冷却ゾーン及び第二冷却ゾー
ンにおける鋼板Ｓの冷却は、それぞれ冷却条件設定装置
７により設定された冷却条件（熱伝達率、水量密度、通
板速度、加速パターン、冷却時間）によりなされるよう
になっている。冷却条件設定装置７における冷却条件の
設定計算方法について図２を参照して説明すると、先
ず、ステップ１０１にて第一冷却ゾーンの水量密度の計
算を行うと共に、ステップ１０２にて第一冷却ゾーンの
熱伝達率を計算する。そして、ステップ１０３にて圧延
後の鋼板Ｓの初期温度分布を計算する。その後、ステッ
プ１０４にて、ステップ１０３で計算された初期温度分
布に基づいて空冷後の鋼板Ｓの温度を計算する。次い
で、ステップ１０５で第一冷却ゾーン出側の目標冷却停
止温度を設定する。そして、ステップ１０１で計算され
た水量密度とステップ１０２で計算された熱伝達率とス
テップ１０４で計算された空冷後の鋼板Ｓの温度とに基
づいて、水冷後の鋼板Ｓの第一冷却ゾーン出側での予測
冷却停止温度が目標冷却停止温度となるような、鋼板Ｓ
の冷却時間をステップ１０６で計算する。そして、この
鋼板Ｓの冷却時間に基づき、通板速度をステップ１０７
で、通板の加速パターンをステップ１０８で計算する。 【００１８】そして、ステップ１０９では、第二冷却ゾ
ーンの水量密度の計算を行うと共に、ステップ１１０に
て第二冷却ゾーンの熱伝達率を計算する。そして、ステ
ップ１０５で設定した第一冷却ゾーンの出側目標冷却停
止温度、ステップ１０９で計算された第二冷却ゾーンの
水量密度、及びステップ１１０で計算された第二冷却ゾ
ーンの熱伝達率に基づいて、ステップ１１１で第二冷却
ゾーンでの冷却時間を計算する。図１に示した厚鋼板の
冷却設備の例では、第一冷却ゾーン及び第二冷却ゾーン
が連続しており、かつ、鋼板Ｓが長いため、大部分の時
間で鋼板Ｓが両ゾーンに入った状態になる。このため、
第二冷却ゾーンの通板速度及び加速パターンは第一冷却
ゾーンの通板速度及び加速パターンに依存して決定され
る。ここで、例えば、冷却ゾーン間隔と鋼板長の関係か
ら、第二冷却ゾーンの通板速度及び加速パターンを第一
冷却ゾーンの通板速度及び加速パターンに対して独立し
て制御できる場合には、ステップ１１１の後に、これら
第二冷却ゾーンの通板速度及び加速パターンを計算する
ステップを設置してもよい。そして、ステップ１１２に
て、これらの第一冷却ゾーンの出側目標冷却停止温度、
第二冷却ゾーンの熱伝達率、第二冷却ゾーンの水量密
度、第二冷却ゾーンでの通板速度、第二冷却ゾーンでの
加速パターン、第二冷却ゾーン冷却時間に基いて水冷後
の鋼板Ｓの第二冷却ゾーン出側での予測冷却停止温度を
計算し、ステップ１１３にて、計算された第二冷却ゾー
ン出側での予測冷却停止温度が目標冷却停止温度の範囲
内か否かを判定する。計算された第二冷却ゾーン出側で
の予測冷却停止温度が目標冷却停止温度の範囲内に入る
場合には、第二冷却ゾーンの冷却条件を設定計算を終了
する。 【００１９】一方、計算された第二冷却ゾーン出側での
予測冷却停止温度が目標冷却停止温度の範囲外の場合に
は、ステップ１１４にて第一冷却ゾーンの出側目標冷却
停止温度を変更し、ステップ１０６に戻ってステップ１
０６からステップ１１２までの作業を、第二冷却ゾーン
出側での予測冷却停止温度が目標冷却停止温度の範囲内
に入るまで繰り返し行い、第一冷却ゾーンの冷却条件及
び第二冷却ゾーンの冷却条件について再度設定計算を行
う。これにより、計算された第二冷却ゾーン出側での予
測冷却停止温度が目標冷却停止温度の範囲内に入ること
になる。 【００２０】以上の冷却条件設定装置７における冷却条
件の設定計算方法にあっては、第一及び第二冷却ゾーン
毎に求めた熱伝達率及び水量密度を用いて冷却条件の設
定計算を行っているので、第二冷却ゾーンの出側の実際
の冷却停止温度の予測精度を向上させることができる。
また、第一及び第二冷却ゾーンの冷却条件の設定計算を
行う際に、第二冷却ゾーンの前の第一冷却ゾーンの出側
目標冷却停止温度に基づいて第二冷却ゾーンの冷却条件
の設定計算を行い、計算された第二冷却ゾーンの出側の
予測冷却停止温度が目標冷却停止温度の範囲外となる場
合に、第一冷却ゾーンの出側目標冷却停止温度を変更
し、第一冷却ゾーンの冷却条件及び第二冷却ゾーンの冷
却条件について再度設定計算を行うので、第二冷却ゾー
ンの出側の予測冷却停止温度を常に目標冷却停止温度の
範囲内とするように冷却条件が設定され、実際の冷却停
止温度の目標冷却停止温度に対する精度を向上させるこ
とができる。 【００２１】以上、本発明の実施形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更を行う
ことができる。例えば、冷却設備Ｒは、第一冷却ゾーン
及び第二冷却ゾーンのみを有する場合に限られず、３つ
以上の冷却ゾーンを有する場合であってもよい。この場
合、各冷却ゾーンの前の冷却ゾーンの出側目標冷却停止
温度に基づいて当該冷却ゾーンの冷却条件の設定計算を
行い、計算された当該冷却ゾーンの出側の予測冷却停止
温度が目標冷却停止温度の範囲外となる場合に、前の冷
却ゾーンの出側目標冷却停止温度を変更し、前の冷却ゾ
ーンの冷却条件及び当該冷却ゾーンの冷却条件について
再度設定計算を行うようにすればよい。 【００２２】また、図示はしないが、ステップ１０８の
後にて、第一冷却ゾーンの熱伝達率、水量密度、通板速
度、加速パターン、冷却時間に基いて水冷後の鋼板Ｓの
第一冷却ゾーン出側での予測冷却停止温度を計算し、計
算された予測冷却停止温度が第一冷却ゾーンの出側目標
冷却停止温度に到達しているか否かを判定するステップ
を設置してもよい。通常は、計算された予測冷却停止温
度は第一冷却ゾーンの出側目標冷却停止温度に到達して
いるが、注水量の上限下限等の設備的制約で出側目標冷
却停止温度に到達しない場合があるからである。この場
合、計算された予測冷却停止温度が第一冷却ゾーンの出
側目標冷却停止温度に到達している場合には、第二冷却
ゾーンの冷却条件を設定計算するステップ１０９に移行
し、到達していない場合には、ステップ１０５に戻って
ステップ１０５からステップ１０８を、計算された予測
冷却停止温度が第一冷却ゾーンの出側目標冷却停止温度
に到達するまで繰り返すようにする。 【００２３】なお、以上の説明においては、厚鋼板の冷
却についての説明を行ったが、本願の冷却条件設定方法
をホットストリップミルでの熱延鋼板の仕上圧延後の冷
却等、他の熱片の冷却に適用しても構わない。 【００２４】 【実施例】図１に示す冷却設備Ｒを用いて熱間圧延後の
厚鋼板を冷却した。冷却設備Ｒの第一冷却ゾーンとして
強冷却ゾーンを使用し、第二冷却ゾーンとして緩冷却ゾ
ーンを使用した。冷却条件の設定計算方法は、図２に示
すフローチャートに従った。 【００２５】この結果、図３に示す実績冷却停止温度及
び目標冷却停止温度間の差異と通板初速度との関係、及
び図４に示す実績冷却停止温度及び目標冷却停止温度間
の差異と第一冷却ゾーンの冷却時間との関係が得られ
た。図３及び図４におけるプロット点は、板厚が１２ｍ
ｍ〜５０ｍｍ、目標冷却開始温度が７００℃〜９００
℃、及び最終冷却ゾーン出側の目標冷却停止温度が５０
０℃〜６８０℃の条件のものを含んでいる。 【００２６】図３を参照すると、実績冷却停止温度及び
目標冷却停止温度間の差異は、いかなる通板初速度にお
いても、最大３０℃の範囲内に収まっている。また、図
４を参照すると、実績冷却停止温度及び目標冷却停止温
度間の差異は、いかなる第一冷却ゾーンの冷却時間にお
いても、最大３０℃の範囲内に収まっている。従って、
図７及び図８に示す場合と比較して実績冷却停止温度の
目標冷却停止温度に対する精度が向上していることが理
解される。 【００２７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る鋼板の冷却条件設定方法によれば、各冷却ゾ
ーン毎に求めた熱伝達率及び水量密度を用いて冷却条件
の設定計算を行うので、最終冷却ゾーンの出側の実際の
冷却停止温度の予測精度を向上させることができる。ま
た、この冷却条件の設定計算を行う際に、当該冷却ゾー
ンの前冷却ゾーンの出側目標冷却停止温度に基づいて当
該冷却ゾーンの冷却条件の設定計算を行い、計算された
当該冷却ゾーンの出側の予測冷却停止温度が目標冷却停
止温度の範囲外となる場合に、前記前冷却ゾーンの出側
目標冷却停止温度を変更し、前記前冷却ゾーンの冷却条
件及び当該冷却ゾーンの冷却条件について再度設定計算
を行うので、最終冷却ゾーンの出側の予測冷却停止温度
を常に目標冷却停止温度の範囲内とするように冷却条件
が設定され、実際の冷却停止温度の目標冷却停止温度に
対する精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る鋼板の冷却条件設定方法が適用さ
れる冷却設備装置の一例を示す説明図である。 【図２】冷却条件設定装置における冷却条件の設定計算
方法のフローチャートである。 【図３】実績冷却停止温度及び目標冷却停止温度間の差
異と通板初速度との関係を示すグラフである。 【図４】実績冷却停止温度及び目標冷却停止温度間の差
異と第一冷却ゾーンの冷却時間との関係を示すグラフで
ある。 【図５】一般的な冷却設備装置の一例を示す説明図であ
る。 【図６】従来の冷却条件の設定計算方法のフローチャー
トである。 【図７】従来の実績冷却停止温度及び目標冷却停止温度
間の差異と通板初速度との関係を示すグラフである。 【図８】従来の実績冷却停止温度及び目標冷却停止温度
間の差異と第一冷却ゾーンの冷却時間との関係を示すグ
ラフである。 【符号の説明】 １，１０１ 圧延機 ３，１０３ 入側温度計 ４，１０４ 出側温度計 ５，１０５ 上部冷却設備 ６，１０６ 下部冷却設備 １０７ 上部冷却ゾーン １０８ 下部冷却ゾーン ７ 冷却条件設定装置 ８，１０９ 搬送テーブル Ｒ 冷却設備

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 37/00 - 37/78 B21B 45/02

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】鋼板を冷却能力の異なる複数の冷却ゾーン
   により冷却する際の、冷却条件の設定方法であって、 各冷却ゾーン毎に求めた熱伝達率及び水量密度を用いて
   前記冷却条件の設定計算を行うと共に、 前記冷却条件の設定計算を行う際に、当該冷却ゾーンの
   前冷却ゾーンの出側目標冷却停止温度に基づいて当該冷
   却ゾーンの冷却条件の設定計算を行い、計算された当該
   冷却ゾーンの出側の予測冷却停止温度が目標冷却停止温
   度の範囲外となる場合に、前記前冷却ゾーンの出側目標
   冷却停止温度を変更し、前記前冷却ゾーンの冷却条件及
   び当該冷却ゾーンの冷却条件について再度設定計算を行
   うことを特徴とする鋼板の冷却条件設定方法。