JPS5815202B2 - 熱延鋼板の巻取温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は熱延鋼板の巻取温度制御方法に関する。

ところで、熱間ストリップ圧延機における圧延後の温度
制御、特にコイラー巻付時のストリップ温度を所定の値
に制御する巻取温度制御は、周知のように巻取温度がス
トリップの機械的強度や加工性に太き（影響を与えるた
め不可欠であるが、高速で走行する高温鋼板の冷却が問
題であるため種々の影響因子が相互に関連し合いその制
御は容易でない。

しかして、圧延ラインへの計算機制御の導入と共に巻取
温度も計算機で制御されるようになったが、制御モデル
の精度と共に制御方式も満足なものは見当らない。

ここで、従来の制御方法を第１図について説明する。

図はホットランテーブル周辺を示すもので、図中ＩＵ、
２Ｕ、−、ＮＵはストリップ冷却装置のうちの上部冷却
装置の各バンクを、１Ｌ、 ２Ｌ。

・・・、ＮＬは下部冷却装置の各バンクをそれぞれ表わ
している。

また、１１は仕上圧延機の最終スタンド、１２は圧延後
のストリップ１０のコイラー、１３は最終スタンド１１
を駆動するためのモータである。

さらに、巻取温度制御に必要な信号検出装置のうち、１
０１はストリップ１０の厚さを測定するための板厚測定
器、１０２はストリップ１０の仕上温度を測定するため
の仕上温度計、１０３はストリップ１０の巻取部におけ
る温度を測定するための巻取温度計、１０４は最終スタ
ンド１１の速度を測定するためにモータ１３に接続され
たロール回転速度計を示す。

しかして、最も古い制御方法は圧延作業員による手動制
御である。

この方法は巻取温度計１０３の巻取温度を指示計で見て
目標値との差で冷却バンクをオン−オフするものである
が、冷却バンクと温度計との間の移送距離による制御遅
れを避は難く、初期設定バンク数の決定も経験の蓄積に
依存せざるを得ない欠点がある。

かかる状態なベースとして仕上温度計１０２の値による
設定バンクの変更や圧延速度の変化による冷却バンクの
動的な制御へと進むのであるが、ここまでくると人間の
処理能力では非常に困難となる。

このため、作業員が行なっていた機能を制御装置に置き
換え、更にこれを計算機で置き換えるようになってきた
。

この場合、その機能としては圧延後ストリップの属性（
温度、寸法、熱容量）及び移動速度から知ることのでき
る初期所要冷却バンク数の設定、仕上温度変化に対する
冷却水量の変化量、圧延機の加減速に応じたストリップ
の移行速度変化に対する冷却水量の変化量を何らかの方
法で知ることによって、冷却バンクをオン−オフするも
のである。

ここに、熱間圧延における生産量の増大を目標とした圧
延速度の高速化とこれに伴う加速率及び減速率の増大は
、上述のような方法による温度制御の精度を悪くしてい
る。

また、従来の制御方法は熱伝達理論をベースとしながら
実際の適用に問題があること、及び実操業面の制約を十
分に考慮していないことが指摘される。

よって、この発明の目的はかかる欠点を是正し、十分な
る精度をもって巻取温度制御を行なう方法を提供するこ
とにある。

以下にこの発明を説明する。

ところで、長さと幅に対して厚さの極めて小さい金属ス
トリップのような物体における熱の伝達は、周知のよう
に次式のような１次元熱伝導方程式で表わされる。

ここに、Ｔ＝Ｔ（ｘ、ｔ）はストリップの点ｘ１す、ｋ
は熱伝導率、Ｃρは熱容量である。

ただし、Ｘ座標はストリップの厚み方向とし、下表面で
０１上表面で板厚りとする。

ストリップ冷却時の温度を知るには（１）式を解けばよ
いが、それには初期条件と境界条件が要る。

この例のような場合、初期条件は Ｔ （ｘ、 ０ ） ＝ＴＦ−……………………………
…（２）すなわち、Ｘの如何にかかわらず一定で、これ
が仕上圧延機出口の温度、つまり仕上温度ＴＦである。

境界条件は冷却の状態によって異なる。

先ず、冷却水に接しないところでは輻射による冷却が最
も重要で、他の原因による温度降下は無視し得る。

この場合、ストリップの表面においては下面において、 であり、上面では である。

また、冷却水に接する部分ではニュートン冷却による温
度降下が支配的であって、下面では であり、上面では である。

ここに、σはステファン・ボルツマン定数、εは輻射率
、ＴＡは周囲温度、λＬは下表面における熱伝達係数、
λＵは上表面における熱伝達係数、Ｔｗは冷却水温度で
ある。

さて、上記（２）−（６）式の条件のもとに（１）式を
解けば、ス） ＩＪツブ内の任意の点（表面を含む）に
おける任意時間の温度を知ることができるが、簡単な形
ではこれを解くことはできない。

そこで、一般には厚み方向の温度勾配はないという条件
を付け、近似的に（１１式を解く方法が行なわれている
。

ここに、温度Ｔｏ、板厚りのストリップが時間ｔの間、
冷却を受けた場合の温度Ｔは、輻射冷却の場合には であり、ニュートン冷却の場合には である。

ただし、λは上面のみ冷却の場合にはλＵを、下面のみ
冷却の場合にはλＬを、両面冷却の場合にはλＵ＋λＬ
を代入する。

上述の（力及び（８）式を使用する場合、板厚が比較的
小さいときは実際とよく一致するが、これは板厚が小さ
い場合には板厚方向の最高温度と最低温度（表面）との
差が比較的小さく、上述の仮定を近似的に満足している
ためである。

ところが、板厚が大きくなるとストリップ内の温度差が
大きくなり、（７）及び（８）式と実際の温度とに誤差
が生じる。

この発明ではかかる誤差を小さくするために、実際の温
度測定データから（力式における輻射率εと、（８）式
における熱伝達係数λを定める方法をとると同時に、デ
ータの取れないような範囲のストリップに対しては（１
）式を数値解法で解いた解と、（７）式又は（８）式と
の比較から上述パラメータを決定する。

しかして、この発明による温度制御は次のように行なわ
れる。

ホットランテーブルを予め等間隔の小区間に分割する。

第１図の１，２，３．…。Ｎで示すように、この小区間
は冷却スプレィの単位バンクの長さに等しくとるのが望
ましい。

先ず、（７）式により仕上温度計１０２から巻取温度計
１０３までの輻射降下を求めることができる。

一般にストリップのある点が仕上温度計１０２直下にあ
るときの温度ＴＦとストリップ走行速度Ｖ（（最終スタ
ンドロール周速度及びその先進率から求められる）およ
び板厚測定器１０１により板厚りとを測定し、そのとき
の加減速率から当該点が巻取温度計１０３に達する時間
ｔを求めれば、（７）式より輻射のみによる温度降下量
ＴＲは、となり、この温度降下量ＴＲを上述した分割小
区間の各々に割り当てる。

ここで、各小区間における輻射温度降下は同一ではない
ので、係数γｉを導入して次のような形にする。

ここに、ΔＴＲｉ は第１セクシヨンにおける輻射温度
降下、Ｎは仕上温度計１０２〜巻取温度計１０３間のセ
クション数であり、係数γｉは仕上温度計１０２からの
距離、すなわちセクション数ｉに依存し、たとえば次の
ように表わされる。

γ１−ａｉ＋ｂ …………………………………（１１
）ただし、ａ、 ｂは定数である。

さて、この発明による巻取温度制御の中心となる考えは
以下の如くである。

先に、ホットランテーブルをＮ個の小区間（セクション
）に分割したが、ストリップが１セクション移行する毎
に制御機能を動作させる。

第２図において、５１は計算制御装置を示し、初期デー
タ入力装置５２からのデータ５２Ａあるいはセンサ１０
１〜１０４からのデータ１０１Ａを基に、００）式の輻
射温度降下を考慮しつつ（８）式によって各冷却バンク
に対するストリップの温度降下を求め、以下に述べるよ
うに、これが所定の巻取温度に等しいか許容範囲に入る
かするまで冷却バンクを増して行く。

ところで、各熱延コイルはその用途から要求されるとこ
ろの冷却パターンを有する。

換言すれば、同一の巻取温度であっても冷却装置の前方
で水冷される場合と後方で水冷される場合、冷却装置が
異なるときには冷却後のストリップの結晶構造や粒子の
大きさに差が出るため、出来あがったコイルの機械的性
質や外観が多少異なる。

したがって、特に要求される場合には特定の冷却パター
ンを使用する必要がある。

一般的には冷却バンクの前方（圧延機寄り）の端から順
に使用して行くのが普通であり、ここではこのパターン
の場合について述べる。

先ず、上述のように（９）及び００）式から△ＴＲｉ
を計算する。

次に、第１バンクから順にそのバンクで冷却後の各バン
ク出側温度を次式に従って計算する。

ここで、ｔｉ は第１セクシヨンを通過する時間であっ
て、そのときのストリップ速度をもとに算出できる。

この（１２）式は何らかの理由でｉバンク無注水の場合
でもλ−０とすれば Ｔｉ＝Ｔｉ−ｔ−ΔＴＲｉ ………………………（
１３）となり、これは輻射のみによる温度降下を表わす
ので無注水の場合はλ＝０と決めておけばａ３）式がそ
のまま使用できる。

かくして、最終使用バンクをｋとすれば、このときの巻
取温度Ｔｃｃ は、Ｔｃｃ＝Ｔｋ−（Ｎ−ｋ）△ＴＲ
ｋｌ………………（１４）つまり、ｋバンク以降の各セ
クションの輻射温度降下は、その輻射区間中央の△ＴＲ
で平均化する。

０４式の温度Ｔｃｃが目標温度Ｔｃに対してｌ Ｔｃｃ
−Ｔｅ ｌ≦δ ……………………………（１５１を
満足するようにする。

ここに、δは巻取温度許容偏差であり、この偏差δは最
終的な許容偏差より小さくすることが望ましい。

冷却バンクには通常主バンクと微調整バンクとがあり、
主バンクのみの使用ではｋを如何にとっても（１５１式
を満足しない場合には、最後を微調整バンクによって補
正する。

たとえば主バンクｋまで使用時の巻取温度をＴｃｋ、（
ｋ＋１）バンクまで使用時の巻取温度をＴｃｋ＋ｔとし
て Ｔｃｋ−Ｔｃ〉δ …………………………………（１６
）かつ Ｔｃｋ＋１−Ｔｃく一δ ……………………………（１
７）ならば主バンクをｋまで使用し、（Ｔｃｋ−Ｔｃ）
の温度差を微調整バンクで冷却すればよい。

微調整バンクをどれだけ使用するかは、勿論上述と同様
に計算することができる。

かくして計算された所要バンクをバルブ制御装置２１で
オン−オフ制御する。

以上に述べた方法によって、ストリップ各セクションの
温度が±δの範囲で目標温度に等しくすることが可能で
ある。

この方法によれば目標温度がストリップ長手方向に変化
する場合でも所定の温度に制御することができる。

勿論、実際のパルプ開閉は、ストリップの移行速度とバ
ルブの遅れ時間を考慮してタイミングを決定しなければ
ならない。

、すなわち、計算の対象となるストリップＡセクション
（仕上温度計の真下）に対してその下流側にある冷却装
置のＢバンクが新たに注入オン指令（または注水オフ指
令）を受けたとき、ストリップのＡセクションがＢバン
クの真下（または真上）に移行したときに丁度注水を受
は始める（または今まで受けていた注水がオフされる）
ようにそのタイミングを決定しなければならない。

このタイミングの決定は特開昭４９− １１８６５５号公報にも示されて既に公知ではあるが、
例えば、次のようにして行っている。

ストリップの現在速度をＶｏ （ｍ／ｓ ） 、加速度
をα〔ｍ／ｓ２〕、仕上温度計からＢバンクまでの距離
をＬ（ｍ〕、ストリップのＡセクションが仕上温度計の
真下からＢバンクの真下まで移行するに要する時間をＴ
（ｓ）とすれば、現在時刻からｔ（ｓ）後のストリップ
速度はＶｏ＋αｔ〔ｍ ／ ｓ ）であるから次式が成
り立つ。

これをＴについて解けば となる。

ここでＢバンクのバルブ動作遅れ時間、すなわち、オン
指令が与えられてからＢバンンクの冷却水がストリップ
上に達するまでの時間（または、オフ指令が与えられて
からＢバンクの冷却水がストリップ上になくなるまでの
時間）をＴＤ（ｓ）とすれば上言可９式の時間Ｔよりも
ＴＤだけ短いＴ−ＴＤ（ｓ〕後にオン指令（またはオフ
指令）を出せばよい。

かくして、各バンクのオン、オフ制御を行うことによっ
て、ストリップの小区間（セクション）がホットランテ
ーブルを移行する間に、算出された所要バンクすべての
注水を過不足なく受けることができ、巻取温度を目標に
制御することができる。

なお、上述の説明では温度降下量のうち輻射による冷却
効果の計算で近似的な方法を用いるが、これをより厳密
に計算することも可能である。

すなわち、ストリップが１セクション進む毎のそれに要
する時間から、この間の輻射温度降下を（７）式を用い
て毎回計算して前述（１０）式の△Ｔｋｉに代えて使用
し、さらに（１４）式中の（Ｎ−ｋ）△ＴＲｋ’の代り
ににバンク出口から巻取温度計に至る間の輻射降下を（
９）式と同様に計算して使用する。

【図面の簡単な説明】

第１図はホットランテーブルの概要を示す図、第２図は
この発明方法を適用したホットランテーブルの概要を示
す図である。 １０……ストリツプ、１１……仕上圧延機最終スタンド
、１２……コイラー、１３……モータ、１０１……板厚
測定器、１０２……仕上温度計、１０３……巻取温度計
、２１……バルブ制御装置、５１……計算制御装置、５
２……初期データ入力装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧延された鋼板がホットランテーブル上で予め定め
   た一定距離を移行するごとに、圧延機出側に設けた板厚
   測定器および仕上温度計によりそれぞれ出側板厚および
   仕上温度を測定し、かつ圧延機の最終スタンドに設けた
   ロール回転速度計により鋼板移行速度を測定し、その時
   の圧延機の加減速率に基づいて所定の巻取温度を得るた
   めに必要な冷却装置所要バンク数を算出し、この算出さ
   れたバンクのパルプをその動作遅れ時間を考慮し適当な
   タイミングで開閉して所要バンクすべてが過不足なく注
   水し、巻取温度を目標値に制御するようにしたことを特
   徴とする熱延鋼板の巻取温度制御方法。