(57)【要約】【課題】被圧延材の巻取り温度を目標巻取り温度に、その冷却速度を所望の値に制御可能とする。【解決手段】本発明の巻取り温度制御装置１００は、被圧延材１５１が冷却されるときの冷却速度の目標値を満足するように、冷却装置１５３の多数の冷却ヘッダ１６０の開放順序の優先関係を算出して出力する冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４と、該冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４が出力した各冷却ヘッダ１６０の優先順位を格納する冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５と、目標巻取り温度と被圧延材１５１の速度に関する情報と冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５の情報とから、被圧延材１５１の巻取り温度を推定するための板温推定モデル１１７を用いて巻取り温度を推定し、該推定結果を用いて目標巻取り温度を実現するための冷却ヘッダ１６０の開閉の組み合わせであるヘッダパターンを算出して出力する制御指令算出手段１１１とを含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延機で圧延された被圧延材を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで巻取られる前の前記被圧延材の巻取り温度を所定の目標巻取り温度に制御する巻取り温度制御装置であって、
前記被圧延材が冷却されているときの冷却速度の目標値の目標冷却速度を満足するように、前記冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダの開放順序の優先関係を算出して出力する冷却ヘッダ優先順位算定手段と、
該冷却ヘッダ優先順位算定手段が出力した前記各冷却ヘッダの優先順位を格納する冷却ヘッダ優先順位記憶部と、
前記目標巻取り温度と前記被圧延材の速度に関する情報と前記冷却ヘッダ優先順位記憶部の情報とから、前記被圧延材の巻取り温度を推定するための板温推定モデルを用いて前記巻取り温度を推定し、該推定結果を用いて前記目標巻取り温度を実現するための前記冷却ヘッダの開閉の組み合わせであるヘッダパターンを算出して出力する制御指令算出手段とを
含んで構成されることを特徴とする巻取り温度制御装置。
【請求項２】
熱間圧延機で圧延された被圧延材を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで巻取られる前の前記被圧延材の巻取り温度を所定の目標巻取り温度に制御する巻取り温度制御装置であって、
前記被圧延材が冷却されているときの冷却速度の目標値の目標冷却速度を満足するように、前記冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダの開放順序の優先関係を算出して出力する冷却ヘッダ優先順位算定手段と、
該冷却ヘッダ優先順位算定手段が出力した前記各冷却ヘッダの優先順位を格納する冷却ヘッダ優先順位記憶部と、
前記優先順位記憶部の情報を用いて、前記冷却ヘッダの開閉の組み合わせである各ヘッダパターンに対応する制御コードを生成し、前記目標巻取り温度と前記被圧延材の速度に関する情報とから、前記被圧延材の巻取り温度を推定するための板温推定モデルを用いて前記巻取り温度を推定し、該推定結果を用いて前記目標巻取り温度を実現するための前記制御コードを算出して出力する制御指令算出手段と、
前記優先順位記憶部の情報を用いて前記制御指令算出手段が出力した前記制御コードをヘッダパターンに変換して前記冷却装置に出力するヘッダパターン変換手段とを
含んで構成されることを特徴とする巻取り温度制御装置。
【請求項３】
前記制御コードは、全ての前記冷却ヘッダが開した状態を最大値とする一方、全ての前記冷却ヘッダが閉した状態を最小値とし、前記制御コードの大きさが増加するに伴い、前記巻取り温度の推定値が単調に減少するように対応付けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の巻取り温度制御装置。
【請求項４】
前記制御コードは、全ての前記冷却ヘッダが開した状態を最小値とする一方、全ての前記冷却ヘッダが閉した状態を最大値とし、前記制御コードの大きさが増加するに伴い、前記巻取り温度の推定値が単調に増加するように対応付けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の巻取り温度制御装置。
【請求項５】
前記冷却ヘッダ優先順位算定手段は、
前記冷却装置進入時の前記被圧延材の温度と前記ダウンコイラで巻取られる前の前記被圧延材の目標巻取り温度とから前記冷却装置における前記被圧延材の温度降下量を算出し、該温度降下量と前記被圧延材の冷却速度の目標値の目標冷却速度から冷却に必要な時間を算出し、該冷却に必要な時間と前記被圧延材の速度に関する情報とから水冷に必要な距離を算出し、この距離から多数の前記冷却ヘッダを、開放する可能性がある冷却ヘッダ群と開放しない冷却ヘッダ群とに分離して特定し、該開放する可能性がある冷却ヘッダ群に対して前記被圧延材の冷却速度が一定に近い値となるように優先順位を付与する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載の巻取り温度制御装置。
【請求項６】
前記被圧延材の圧延される速度または前記ダウンコイラに巻き取られる速度が変化するとき、
前記冷却ヘッダ優先順位算定手段は、前記冷却ヘッダに優先順位を付与する演算を前記被圧延材の速度に対応して行い、前記被圧延材の速度に対応付けた前記冷却ヘッダの優先順位を前記冷却ヘッダ優先順位記憶部に出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの何れか一項に記載の巻取り温度制御装置。
【請求項７】
前記制御指令算出手段は、前記制御コードを前記被圧延材の長手方向の各部位に対応付けて算出して出力し、
前記ヘッダパターン変換手段は、
前記各冷却ヘッダの直下の前記被圧延材の長手方向の部位を認識した上で、該部位と対応した前記制御コードを抽出するとともに、前記冷却ヘッダ優先順位記憶部から現在の被圧延材速度に対応する冷却ヘッダ優先順位を抽出し、該抽出した冷却ヘッダ優先順位に従って前記制御コードをヘッダパターンに変換して前記冷却装置に出力する
ことを特徴とする請求項２から請求項６のうちの何れか一項に記載の巻取り温度制御装置。
【請求項８】
前記制御指令算出手段は、
制御指令を算出した後、該算出した制御指令の下で前記目標巻取り温度と前記目標冷却速度とが満足されているかどうかを判定し、何れかが満足されていない場合には前記被圧延材の速度を変更して再度制御指令の算出を行い、これを前記目標巻取り温度と前記目標冷却速度が共に満足されるまで繰り返す
ことを特徴とする請求項２から請求項７のうちの何れか一項に記載の巻取り温度制御装置。
【請求項９】
前記制御指令算出手段は、
制御指令を算出した後、該算出した制御指令の下で前記目標巻取り温度と前記目標冷却速度とが満足されているかどうかを判定し、前記巻取り温度が前記目標巻取り温度より低いときは前記被圧延材の速度を上げ、前記巻取り温度が前記目標巻取り温度より高いときは前記被圧延材の速度を下げ、冷却速度が遅いときは前記被圧延材の速度を下げる処理を行った上で、再度制御指令の算出を行い、これを前記目標巻取り温度と前記目標冷却速度が共に満足されるまで繰り返す
ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちの何れか一項に記載の巻取り温度制御装置。
【請求項１０】
熱間圧延機で圧延された被圧延材を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで巻取られる前の前記被圧延材の巻取り温度を所定の目標巻取り温度に制御する巻取り温度制御方法であって、
前記被圧延材の冷却速度の目標値を満足するように前記冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダの開放順序に優先順位を付与し、
前記冷却ヘッダ開閉の組み合わせである各ヘッダパターンに対応する制御コードを、前記優先順位を用いて生成し、
前記制御コードと前記被圧延材の速度に関する情報とから、板温推定モデルを用いて前記被圧延材の巻取り温度を推定し、
該推定結果を用いて前記目標巻取り温度を実現するための前記制御コードを決定して出力し、
該制御コードをヘッダパターンに変換して前記冷却装置に出力する
ことを特徴とする巻取り温度制御方法。
【請求項１１】
前記冷却装置進入時の前記被圧延材の温度と前記ダウンコイラで巻取られる前の被圧延材の目標巻取り温度とから前記冷却装置における前記被圧延材の温度降下量を算出し、該温度降下量と前記被圧延材の冷却速度の目標値から冷却に必要な時間を算出し、該冷却に必要な時間と前記被圧延材の速度に関する情報とから水冷に必要な距離を算出し、この距離から前記多数の前記冷却ヘッダを、開放する可能性がある冷却ヘッダ群と開放しない冷却ヘッダ群とに分離して特定し、該開放する可能性がある冷却ヘッダ群に対して前記被圧延材の冷却速度が一定に近い値となるように優先順位を付与し、
前記冷却ヘッダ開閉の組み合わせである各ヘッダパターンに対応する制御コードを、該優先順位を用いて生成し、
前記制御コードと前記被圧延材の速度に関する情報とから、前記板温推定モデルを用いて前記被圧延材の巻取り温度を推定し、
該推定結果を用いて前記目標巻取り温度を実現するための前記制御コードを決定して出力し、
該制御コードをヘッダパターンに変換して前記冷却装置に出力する
ことを特徴とする請求項１０に記載の巻取り温度制御方法。
【請求項１２】
前記冷却装置の多数の冷却ヘッダに対して、前記被圧延材の冷却速度の目標値を満足するような開放順序の優先順位を前記被圧延材の圧延される速度または前記ダウンコイラに巻き取られる速度に対応付けて付与し、
前記冷却ヘッダ開閉の組み合わせである各ヘッダパターンに対応する制御コードを、前記被圧延材の長手方向の各部位に対応付けて生成し、
前記制御コードと前記被圧延材の速度に関する情報とから、前記板温推定モデルを用いて前記被圧延材の巻取り温度を推定し、
該推定結果を用いて前記目標巻取り温度を実現するための前記制御コードを決定して出力し、
前記各冷却ヘッダの直下の前記被圧延材の長手方向の部位を認識した上で、該部位と対応した前記制御コードを抽出し、前記冷却ヘッダに付与された現在の被圧延材速度に対応する優先順位に従って前記制御コードをヘッダパターンに変換して前記冷却装置に出力する
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の巻取り温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延ラインの巻取り温度制御に係り、詳細には、巻取り温度を目標温度に一致させるのに加え、鋼板等の被圧延材の冷却速度を目標冷却速度に一致させる巻取り温度制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、巻取り温度制御を行う方法としては、特許文献１、２が開示されている。
例えば、特許文献１には、冷却装置の冷却水等を噴出するヘッダ開閉の優先順位を鋼種、板厚等に対応してテーブル化しておき、この情報を用いて目標巻取り温度を実現する冷却ヘッダの開閉パターンを設定する制御方法が記載されている。また、冷却ヘッダ開閉パターンをコード化し、すなわち、各冷却ヘッダ開閉パターンを対応する制御コードで表し、冷却ヘッダの開閉パターンの設定を簡易化する手法が示されている。
【０００３】
また巻取り温度だけでなく、鋼板の冷却温度パターンを制御する従来技術として、例えば、特許文献２には、仕上げ圧延機と巻取り機間の中間温度と、巻取り機近傍の巻取り温度をそれぞれ目標値に対して高精度に制御する手法が示されている。
【特許文献１】特開２００７−１１８０２７号公報(段落００２５〜００２８、００３０、図４、図５等)
【特許文献２】特開平９−２１６０１１号公報(段落００１０〜００１３、図１等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷却終了後の鋼板の冶金特性（金属結晶のフェライト粒径等）と機械特性（引っ張り強度、硬度等）は、鋼板の冷却速度(単位時間当たりの温度低下)に大きく依存することが知られている。しかし、鋼板の冷却速度を所定の目標値に制御する観点からすると従来の手法には、以下の問題がある。
【０００５】
特許文献１では、冷却ヘッダに対する優先順位の設定により、鋼板の冷却速度を間接的に制御できる。しかし、冷却ヘッダ優先順位と鋼板冷却速度が直接対応しないので、すなわち鋼板冷却速度と冷却ヘッダ優先順位との関連付けがなされていないため、冷却ヘッダ優先順位の設定を変更することで冷却速度を速めたり遅めにしたりする相対的な制御は行えるが、所望の冷却速度に対応してどのような冷却ヘッダ優先順位を設定すれば良いか、明らかでない。
また、冷却ヘッダ優先順位を固定的に定義しているため、鋼板速度が変わると鋼板の冷却速度が変化することに対応できず、冷却速度の絶対的な制御ができないという不都合がある。
【０００６】
特許文献２に記載された制御方法では、巻取り温度に加えて仕上げ圧延機と巻取り機間の鋼板の中間位置の温度を制御でき、中間温度を介して鋼板の冷却パターンを概ね制御できる。しかし、同様に、鋼板の冷却パターンが同じでも鋼板速度が変化すると鋼板の冷却速度は変化する。例えば、鋼板速度が速い場合、鋼板の冷却速度は遅くなる一方、鋼板速度が遅い場合、鋼板の冷却速度は速くなる。
熱間圧延の通板では、通常低速で圧延機から払い出した後、徐々に速度を増して最高速度に到達した後、鋼板尾端の圧延機抜け直前に、鋼板尾端の圧延機抜け時に、鋼板尾端がバタツクことを抑えるため、一気に鋼板速度を減少させる。
特許文献２に記載された鋼板の中間温度や冷却温度パターンを制御する方法では，このような鋼板の速度変化に対して、鋼板の冷却速度を一様に保てない問題がある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑み、鋼板等の被圧延材の巻取り温度を目標巻取り温度に制御し、かつ被圧延材の冷却速度を所望の値に制御可能な巻取り温度制御装置およびその制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる巻取り温度制御装置は、熱間圧延機で圧延された被圧延材を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで巻取られる前の被圧延材の巻取り温度を所定の目標巻取り温度に制御する巻取り温度制御装置であって、被圧延材が冷却されているときの冷却速度の目標値の目標冷却速度を満足するように、冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダの開放順序の優先関係を算出して出力する冷却ヘッダ優先順位算定手段と、該冷却ヘッダ優先順位算定手段が出力した各冷却ヘッダの優先順位を格納する冷却ヘッダ優先順位記憶部と、目標巻取り温度と被圧延材の速度に関する情報と冷却ヘッダ優先順位記憶部の情報とから、被圧延材の巻取り温度を推定するための板温推定モデルを用いて巻取り温度を推定し、該推定結果を用いて目標巻取り温度を実現するための冷却ヘッダの開閉の組み合わせであるヘッダパターンを算出して出力する制御指令算出手段とを含んで構成されている。
【０００９】
第２の本発明に関わる巻取り温度制御装置は、熱間圧延機で圧延された被圧延材を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで巻取られる前の被圧延材の巻取り温度を所定の目標巻取り温度に制御する巻取り温度制御装置であって、被圧延材が冷却されているときの冷却速度の目標値の目標冷却速度を満足するように、冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダの開放順序の優先関係を算出して出力する冷却ヘッダ優先順位算定手段と、該冷却ヘッダ優先順位算定手段が出力した各冷却ヘッダの優先順位を格納する冷却ヘッダ優先順位記憶部と、優先順位記憶部の情報を用いて、冷却ヘッダの開閉の組み合わせである各ヘッダパターンに対応する制御コードを生成し、目標巻取り温度と被圧延材の速度に関する情報とから、被圧延材の巻取り温度を推定するための板温推定モデルを用いて巻取り温度を推定し、該推定結果を用いて目標巻取り温度を実現するための制御コードを算出して出力する制御指令算出手段と、優先順位記憶部の情報を用いて制御指令算出手段が出力した制御コードをヘッダパターンに変換して冷却装置に出力するヘッダパターン変換手段とを含んで構成されている。
【００１０】
第３の本発明に関わる巻取り温度制御装置は、熱間圧延機で圧延された被圧延材を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで巻取られる前の被圧延材の巻取り温度を所定の目標巻取り温度に制御する巻取り温度制御方法であって、被圧延材の冷却速度の目標値を満足するように冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダの開放順序に優先順位を付与し、冷却ヘッダ開閉の組み合わせである各ヘッダパターンに対応する制御コードを、優先順位を用いて生成し、制御コードと被圧延材の速度に関する情報とから、板温推定モデルを用いて被圧延材の巻取り温度を推定し、該推定結果を用いて目標巻取り温度を実現するための制御コードを決定して出力し、該制御コードをヘッダパターンに変換して前記冷却装置に出力している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被圧延材の巻取り温度を目標巻取り温度に制御し、かつ被圧延材の冷却速度を所望の値に制御可能な巻取り温度制御装置およびその制御方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第１実施形態の巻取り温度制御装置１００と制御対象１５０とを含む制御システムＳの構成を示す概念図である。
【００１３】
＜＜第１実施形態＞＞
＜制御システムＳの概要＞
第１実施形態の制御システムＳは、圧延機１５２で圧延後の被圧延材の鋼板１５１の冷却速度およびダウンコイラ１５４で巻取る際の鋼板１５１の温度を制御し、均一な冶金特性および所望の機械特性が得られるようにするものである。
制御システムＳにおける巻取り温度制御装置１００は、圧延後の鋼板１５１の既設定の鋼板目標冷却速度を取り込み、この値と鋼板(１５１)速度から水冷必要距離を算出した上で、該水冷必要距離に含まれる冷却ヘッダ１６０(１６０ａ、１６０ｂ)を優先的に開放するとともに目標冷却速度を満足するように各冷却ヘッダ１６０に優先順位を付与し、該情報を冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５に出力する冷却ヘッダ優先順算定手段１１４を備えている。
【００１４】
そして、巻取り温度制御装置１００の制御指令算出手段１１１は、冷却ヘッダ優先順算定手段１１４が出力した冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５の内容(情報)を参照しつつ、ダウンコイラ１５４で巻取る際の鋼板１５１の目標巻取り温度を実現する冷却ヘッダ１６０の開閉パターンであるヘッダパターンを鋼板１５１の長手方向の各部位に対して算出する。
上記セットアップ計算の結果、目標巻取り温度／目標冷却速度の何れかが満足されないときは、鋼板(１５１)速度を増減して再度セットアップ計算が行われる。
このように、熱間圧延後の被圧延材の鋼板１５１の巻取り工程において、鋼板１５１の長手方向において冷却速度および巻取り温度を目標値に制御できるため、均一な冶金特性（金属結晶のフェライト粒径等）および機械特性（引っ張り強度、硬度等）が得られる。
従って、鋼板１５１(圧延製品)の組成品質を向上させることができるとともに、平坦に近い鋼板形状を得ることができる。
【００１５】
以下、第１実施形態の制御システムＳについて詳細に説明する。
＜制御システムＳ＞
図１に示す制御システムＳは、圧延機１５２で圧延後の鋼板１５１を巻取り冷却装置１５３の上・下部冷却装置１５８、１５９で冷却してダウンコイラ１５４で巻取る制御対象１５０と、該制御対象１５０から種々の信号を受信するとともに制御信号を制御対象１５０に出力する巻取り温度制御装置１００とを備え構成されている。
【００１６】
＜制御対象１５０＞
制御システムＳにおける制御対象１５０は、熱間圧延の鋼板１５１の巻取り温度制御ラインであり、圧延機１５２のミル１５７で圧延された後の約９００℃の温度の鋼板１５１を巻取り冷却装置１５３で６００℃程度に冷却し、ダウンコイラ１５４で巻取る。
巻取り冷却装置１５３には、鋼板１５１の上側から水ｗを当てて水冷する上部冷却装置１５８と、鋼板１５１の下側から水ｗを当てて水冷する下部冷却装置１５９が備えられている。
【００１７】
各上・下部冷却装置１５８、１５９は、それぞれ水ｗを放出する冷却ヘッダ１６０(上冷却ヘッダ１６０ａ、下冷却ヘッダ１６０ｂ)が一定本数組み合わされた水冷バンク１６１を複数個、備えている。本第１実施形態では、各冷却ヘッダ１６０の操作指令が開と閉の場合を例に説明する。
圧延機１５２のミル１５７の直後に設けられるミル出側温度計１５５は、圧延機１５２で圧延された直後の鋼板１５１の温度を計測する一方、ダウンコイラ１５４の直前に設けられる巻取り温度計１５６は、ダウンコイラ１５４で巻取る直前の鋼板１５１の温度を計測する。
【００１８】
ここで、巻取り温度制御の目的は、巻取り温度計１５６で計測されたダウンコイラ１５４直前の鋼板１５１の温度を目標温度(目標巻取り温度)に一致させることである。この目標温度(目標巻取り温度)は、鋼板１５１の長手方向の各部位で一定の値を設定しても良いし、ダウンコイラ１５４への鋼板１５１の巻付き性や巻取り性に配慮して、鋼板１５１の先端、後端の目標温度を高めに設定する等、部位に応じて異なった値を設定することも可能である。
例えば、鋼板１５１の先端は、ダウンコイラ１５４での鋼板１５１の巻き付きの芯となるのできれいに巻いてあることが必要である。そこで、鋼板１５１が柔らかい方が巻きが良くなるので、例えば、定常状態で６００℃のところ、６４０℃と高目に設定し柔らかくする。同様に、鋼板１５１の後端は、温度が高い方が巻きがよいので、定常状態で６００℃のところ、６４０℃と高目に設定する等々である。
【００１９】
＜巻取り温度制御装置１００＞
図１に示す巻取り温度制御装置１００は、圧延後の鋼板１５１が巻取り冷却装置１５３で冷却されるのに先立って各冷却ヘッダ１６０の開閉パターンに対応した制御コードおよび各冷却ヘッダ１６０の開閉の優先順位を算出して出力するセットアップ制御手段１１０を備えている。なお、制御コードについては、後に図９を用いて詳述する。
また、巻取り温度制御装置１００は、鋼板１５１が巻取り冷却装置１５３で冷却されているときに、巻取り温度計１５６の検出温度等の実績をリアルタイムに取り込んで、制御コードを変更するダイナミック制御手段１２０と、制御コードを各冷却ヘッダ１６０の開閉パターンに変換するヘッダパターン変換手段１３０とを備えている。
なお、各冷却ヘッダ１６０の開閉状態を示す開閉パターンの集合を、以下、ヘッダパターンと称する。
【００２０】
ここで、巻取り温度制御装置１００(図１参照)におけるセットアップ制御手段１１０、ダイナミック制御手段１２０、およびヘッダパターン変換手段１３０は、例えば、Ｃ言語等で記述され、プロセス・コンピュータに格納されており、ＣＰＵ(Central  Processing  Unit)で実行されることにより、具現化される。
なお、セットアップ制御手段１１０、ダイナミック制御手段１２０、およびヘッダパターン変換手段１３０の実現方法は、これに限定されないのは勿論である。
そして、制御対象１５０は、このプロセス・コンピュータによって、ＰＬＣ(programmable  logic  controller)を介して、制御されている。
【００２１】
＜セットアップ制御手段１１０＞
セットアップ制御手段１１０は、冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４と、制御指令算出手段１１１とを備えている。
冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４は、目標冷却速度テーブル１１２と速度パターンテーブル１１３との内容を取り込み、鋼板１５１の冷却中に冷却ヘッダ１６０を開する優先順位を算定する。
制御指令算出手段１１１は、冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４が出力した冷却ヘッダ１６０の優先順位を格納する冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５、目標巻取り温度テーブル１１６、目標冷却速度テーブル１１２、速度パターンテーブル１１３等から情報を取り込み、板温推定モデル１１７を用いた演算により前記ヘッダパターンを制御コードとして算出する。
【００２２】
＜ダイナミック制御手段１２０＞
ダイナミック制御手段１２０は、巻取り温度計１５６で検出した検出温度を用いて、これと目標温度(目標巻取り温度)との偏差を小さくする方向に制御コードを変更する巻取り温度偏差補正手段１２１と、ミル出側温度計１５５で検出した検出温度を用いて、これとセットアップ制御演算時に想定したミル出側温度との偏差を補償する方向に制御コードを変更するミル出側温度偏差補正手段１２２と、ミル１５７やダウンコイラ１５４の回転速度から鋼板１５１の速度を算出し、算出結果とセットアップ制御演算時に想定した鋼板(１５１)速度との偏差の巻き取り温度に及ぼす影響を小さくする方向に制御コードを変更する速度偏差補正手段１２３とを備えている。
【００２３】
＜目標冷却速度テーブル１１２＞
図２は、目標冷却速度テーブル１１２(図１参照)の構成を示す図である。
図２に示す目標冷却速度テーブル１１２は、各鋼種に対応する最適な冷却速度である目標冷却速度がそれぞれ格納されている。
目標冷却速度テーブル１１２を参照し、鋼種に従って、ステンレス材であるＳＵＳ３０４の場合には３０℃／ｓ(秒)、低炭素鋼であるＳＳ４００の場合には５１℃／ｓ(秒)で、巻取り冷却装置１５３(図１参照)を通板させることを目標に制御すれば良いことが分かる。
【００２４】
＜速度パターンテーブル１１３＞
図３は、速度パターンテーブル１１３(図１参照)の構成を示す図である。
図３は、圧延機１５２が複数配設されるタンデムミルの場合の速度パターンを例に示している。
速度パターンテーブル１１３には、鋼板１５１の種類（鋼種）、板厚、板幅に対して、ミル１５７(図１参照)から圧延後の鋼板１５１の先端が払い出されるときの速度（初期速度）、その後、鋼板１５１の先端がダウンコイラ１５４に巻き取られるまでの加速度（第１加速度）、その後、最大速度に達するまでの加速度（第２加速度）、最大速度、最大速度から圧延後の鋼板１５１の後端がミル１５７から払い出されるときの終期速度まで減速するときの減速度(マイナスの加速度)、および終期速度が、層別毎に蓄積されている。
【００２５】
図１に示す制御指令算出手段１１１は、該当コイル(鋼板１５１)の鋼種、板厚、板幅を判定して、速度パターンテーブル１１３から対応する速度パターンを抽出する。
例えば、鋼種がＳＵＳ３０４、板厚２．０〜３．０ｍｍ、板幅が１２００ｍｍのときには、初期速度６５０ｍｐｍ(メートル／分)、第１加速度２ｍｐｍ／ｓ(秒)、第２加速度１２ｍｐｍ／ｓ、最大速度(定常速度)１０５０ｍｐｍ、減速度６ｍｐｍ／ｓ、終期速度９００ｍｐｍが設定されることを示している。
【００２６】
＜目標巻取り温度テーブル１１６＞
図４は、目標巻取り温度テーブル１１６(図１参照)の構成を示す図である。
鋼板１５１の種類(鋼種)に対応して目標巻取り温度が層別された例を示している。
目標巻取り温度テーブル１１６には、鋼板１５１の種類（鋼種）に対応して、ダウンコイラ１５４で巻取る際の最適な目標温度である目標巻取り温度が格納されている。
図１に示すセットアップ制御手段１１０は、該当コイル(鋼板１５１)の鋼種を判定して，目標巻取り温度テーブル１１６から対応する目標巻取り温度を抽出する。
【００２７】
＜冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４の処理＞
次に、冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４(図１参照)が実行する処理について、図５に従って説明する。
なお、図５は、冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４が実行する処理を示すフローチャートである。
本実施形態では、鋼板１５１が最大速度時に目標冷却速度を満足するようにヘッダパターンを決定する例を示す。
【００２８】
まず、図５のＳ５１において、目標冷却速度テーブル１１２(図２、図１参照)から圧延する鋼板１５１の鋼種に基づいて目標冷却速度を取り込むとともに、速度パターンテーブル１１３(図３、図１参照)から圧延する鋼板１５１の鋼種、板厚、板幅に基づいて鋼板１５１の速度パターンを取り込む。
続いて、図５のＳ５２において、圧延後の鋼板１５１の冷却時間ｔｎ(ｓ(秒))を算定する。
冷却時間ｔｎ(ｓ)は、セットアップ計算時に想定したミル出側温度Ｔｍ(℃)(ミル出側温度計１５５(図１参照)で検出される温度)、巻き取り温度(巻取り温度計１５６(図１参照)で検出される温度)の目標値Ｔｃ(℃)、および冷却速度Ｔｖ(℃／ｓ(秒))から、例えば(１)式を用いて算出する。
ｔn＝(Ｔm−Ｔc)/Ｔv  ……  (１)
鋼種がＳＵＳ３０４、板厚２．５ｍｍ、板幅１２００ｍｍ、ミル出側温度想定値８８０℃のとき、目標巻取り温度テーブル１１６(図４)から目標巻き取り温度が７５０℃であるから、(１)式より、
(冷却時間)ｔｎ＝（８８０−７５０）／３０＝４．３ｓと算出される。
【００２９】
続いて、図５のＳ５３において、最大速度Ｖmax(mpm(メートル／分))を用いて水冷必要距離Ｌｗ(ｍ)を算出し、水冷バンク１６１および冷却ヘッダ１６０を特定する。
水冷必要距離Ｌｗは、例えば(２)式で算出する。
Ｌｗ＝（Ｖmax×ｔｎ）／６０  ……  (２)
なお、最大速度Ｖｍａｘは、分単位であるから、冷却時間ｔｎの秒単位を分に換算している。
上記の例でＬｗは，（１０５０×４．３）／６０＝７５．２５  なので、７５．２５ｍと算出される。
【００３０】
従って、巻取り冷却装置１５３(図１参照)の入口の水冷バンク１６１(圧延機１５２に近い水冷バンク１６１)から７５．２５ｍまでの水冷バンク１６１およびこれに対応した冷却ヘッダ１６０が、特定された水冷バンク１６１および冷却ヘッダ１６０となる。
最後に、図５のＳ５４において、後記する図６、図７に示す手法で冷却ヘッダ１６０の優先順位を算定し、冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５(図１参照)に出力する。
【００３１】
＜冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４による冷却ヘッダ１６０への優先順位付与処理＞
次に、冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４(図１参照)によって行われる冷却ヘッダ１６０に優先順位を付与する処理(図５のＳ５４)について、図６、図７を用いて説明する。
なお、図６は、冷却ヘッダ１６０に優先順位を付与する処理(図７参照)の説明図であり、図７は、冷却ヘッダ１６０(１〜ｎ)(図６参照)に優先順位を付与する処理のフローチャートである。
【００３２】
冷却ヘッダ優先順位の算定方法の考え方を、図６を用いて説明する。
図６に示すように、水冷必要距離Ｌｗの間で鋼板１５１を目標冷却速度まで冷却するため、水冷必要距離Ｌｗに含まれるｎ個の冷却ヘッダ１６０群が開となる可能性を有している。
ここで、便宜上、水冷バンク１６１を無視し、冷却ヘッダ１６０そのものにミル１５７の出側から順に１〜ｎの番号を付与する。そして、これらの中の必要数の冷却ヘッダ１６０に対して、鋼板１５１の品質が等価となるように、できるだけ等間隔に開となるように優先順位を付与することとする。
【００３３】
以下、図６に示す冷却ヘッダ１６０(１〜ｎ)に優先順位を付与する処理について、図７に従って説明する。
まず、図７のＳ７１において、冷却ヘッダ１に優先順位１を付与し、また冷却ヘッダｎに優先順位２を付与し、さらに冷却ヘッダ（１／２）×ｎに優先順位３を付与する。なお、この処理は、ｍ＝１の処理である。
そして、このｍ＝１の処理後、ｍに２を設定する。すなわち、ｍ＝２とする。
【００３４】
続いて、図７のＳ７２において、２ｍを分母にして優先順位列を生成する。
ｍ＝２なので分母は４であり、既に優先順位が付与されている１、（２／４）×ｎ、（４／４）×ｎを除いた（１／４）×ｎ、（３／４）×ｎに対して、優先順位の４、５を付与する。
【００３５】
続いて、図７のＳ７３において、優先順位列生成処理の終了を判定する。
すなわち、２ｍがｎより大きくないとき、すべての冷却ヘッダについて優先順位の付与が完了していないので、ｎ＜２ｍか否か判定する。
２ｍがｎより大きくない場合(図７のＳ７３でＹes)、図７のＳ７４に移行し、ｍに１を加算し、図７のＳ７２、Ｓ７３の処理を繰り返す。
この結果、次の(３)式の二項分布に従った優先順位列が得られる。
（１，ｎ，（１／２）ｎ，（１／４）ｎ，（３／４）ｎ，（１／８）ｎ，（７／８）ｎ，（３／８）ｎ，（５／８）ｎ，・・・）  ……  (３)
【００３６】
続いて、図７のＳ７３で２ｍがｎより大きい場合(図７のＳ７３でＮo)、優先順位列生成処理を終了し、図７のＳ７５に移行する。
図７のＳ７５において、優先順位列の各値を少数点で切り上げ、切り下げ等して整数化し、この整数化した結果、重複した値を除く処理を行う。
図６に示す冷却ヘッダｎ以降のダウンコイラ１５４までの水冷必要距離Ｌｗに含まれない冷却ヘッダ１６０についても同様の処理を施し、（ｎ＋１）以降の優先順位を、できるだけ等間隔に開となるように付与する。
【００３７】
本実施形態では、冷却ヘッダｎの出側で目標巻き取り温度となるときの冷却速度を目標冷却速度に対応付けたが、図６に示すように、その後、ダウンコイラ１５４までの空冷区間で鋼板１５１の温度が降下するので、巻取り温度の目標値を満足させる制御指令の下では、冷却ヘッダｎの出側では目標巻き取り温度よりやや高い鋼板温度となる。
従って、冷却速度は厳密には目標値(目標冷却速度)よりやや遅い値になるが、本実施形態ではセットアップ計算を簡単化するため、冷却ヘッダｎ(図６参照)の出側で目標巻き取り温度となるときの冷却速度を目標冷却速度として扱うことにする。
【００３８】
或いは、冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４(図１参照)の処理に上記空冷部分の温度降下を補正する処理を追加し、冷却速度を高精度化することも可能である。
また、本実施形態では、図６に示すように、水冷必要距離Ｌｗを圧延機１５２に近い冷却ヘッダ(１６０)群で定義したが、ダウンコイラ１５４に近い冷却ヘッダ(１６０)群を対象としても良い。同様に、圧延機１５２またはダウンコイラ１５４から一定数の冷却ヘッダを除外した後、水冷必要距離Ｌｗを定義することも可能である。
さらに、このような水冷必要距離Ｌｗに含まれる冷却ヘッダ(１６０)群の定義の仕方を、ＳＵＳ３０４やＳＳ４００などの鋼種等で層別(クラスタリング)して切り替えることも可能である。
【００３９】
＜冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５＞
以下では、冷却ヘッダ１６０の総数が１００の場合を例に説明する。
図８は、冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４(図１参照)が出力する情報が格納される冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５の構成を示す図である。
図８は１００個の冷却ヘッダ１６０の開放順位に、１〜１００の優先順位を、前記図６、図７の方法で付与したものであり、優先的に開放する冷却ヘッダ１６０の順序が格納されている。
冷却ヘッダ１６０には、改めてミル１５７(図１参照)に近い順に番号が付けられており、例えば（１、１）は、ミル１５７(図１参照)に一番近い第１水冷バンク１６１の第１冷却ヘッダ１６０を表している。図の例では、（１、１）から（１、３）、（１、５）、（１、７）、（２、１）、・・・・・、（１２、６）、（１２、８）の順で、優先的に開放することを示している。
【００４０】
＜制御コード＞
本実施形態(本発明)では、ヘッダパターンは、対応する制御コードで表現する。
図９に、セットアップ制御手段１１０が出力する制御コードと、ヘッダ(開閉)パターンの対応を示す。なお、図９は、冷却ヘッダ開閉パターンと、これに対応する制御コードの対応テーブルの構成図である。
図９において、制御コード０が全開、１００が全閉である。
以下、優先順位１の冷却ヘッダ１６０のみが開しているヘッダパターンを９９、優先順位１と２の二つの冷却ヘッダが開しているヘッダパターンを９８のように制御コード化している。
【００４１】
セットアップ制御手段１１０(図１参照)は、このような冷却ヘッダ開閉パターンに対応した制御コードを、ヘッダパターン変換手段１３０(図１参照)に出力する。
すなわち、全ての冷却ヘッダ１６０が開した状態の制御コードを０、全ての冷却ヘッダ１６０が閉した状態の制御コードを１００とする。
そして、冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５の内容に対応づけて、（１、１）のみ開の状態を制御コード９９、（１、１）および（１、３）が開の状態を制御コード９８、（１、１）（１、３）、および（１、５）が開の状態を制御コード９７とし、この要領で、以下、全冷却ヘッダ１６０が開している状態の制御コードである０まで、冷却ヘッダ１６０の開放パターンに制御コードを付与する。
【００４２】
＜制御指令算出手段１１１の処理＞
次に、制御指令算出手段１１１(図１参照)の処理について、図１０に従って説明する。
図１０は、制御指令算出手段１１１が実行する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
図１０のＳ１０１において、速度パターンテーブル１１３(図３参照)から取り込んだ冷却鋼板に対応した層別の値をもとに、鋼板１５１のミル１５７払い出し時における第１加速開始位置ＳＬ１ｓ、第２加速開始位置ＳＬ２ｓ、定常速度開始位置ＳＬｃｓ、定常速度から終期速度に移行するための減速開始位置ＳＬｄｓを下記のように算出し、鋼板１５１のミル１５７(図１参照)での払い出し開始からダウンコイラ１５４での巻取り完了までの速度パターンを計算する。
【００４３】
ここで、第１加速開始位置ＳＬ1s、第２加速開始位置ＳＬ2s、定常速度開始位置ＳＬcs、減速開始位置ＳＬds、減速完了位置ＳＬdeは、以下に示す(４)式〜(８)式でそれぞれ算出できる。
(第１加速開始位置)ＳＬ1s＝Ｌsc  ……  (４)
ただし、  Ｌsc：定数
Ｌscは、次のような条件を勘案して適宜定められる。
例えば、初期の通板速度が速いとつっかかり等で鋼板１５１の先端がミル１５７に正常に噛み込まれず、噛み込み不良が発生するかもしれず、初期の通板速度が遅いと生産性が上がらない、或いは、鋼板１５１が厚板の場合は初期の通板速度が速くないので早めに加速してもよい、鋼板１５１が薄板の場合は初期の通板速度が速いので遅めに加速してもよい等々である。
【００４４】
(第２加速開始位置)ＳＬ2s＝Ｌmd  ……  (５)
ただし、Ｌmd：ミル１５７からダウンコイラ１５４までの距離
（Ｖ１a）２＝Ｌmd×２×Ａcc1＋Ｖmax×Ｖmax
(定常速度開始位置)ＳＬcs
＝｛Ｌmd＋（Ｖmax−Ｖ1a）／Ａcc2×（Ｖmax＋Ｖ1a）／２｝  ……  (６)
ただし、Ｖ1a：第１加速終了速度
Ａcc1：第１加速度
Ａcc2：第２加速度
Ｖmax：最大速度
【００４５】
(減速開始位置)ＳＬds
＝｛Ｓtriplen−（Ｖmax−Ｖf）／Ｄcc×（Ｖmax＋Ｖｆ）／２−ｄccmargin｝  ……(７)
ただし、Ｓtriplen：鋼板長さ
Ｖf：終期速度
Ｄcc：減速度、
ｄccmargin：鋼板１５１がミル１５７(図１参照)の尻抜けのどれくらい前で減
速を完了するかのマージン
(減速完了位置)ＳＬde＝｛Ｓtriplen−ｄccmargin｝  ……  (８)
【００４６】
算出した速度パターンに従って、図１０のＳ１０２以降で、目標巻取り温度を実現するヘッダパターンを、板温推定モデル１１７を用いた演算で算出する。
本実施形態では鋼板１５１を長手方向に区分したセクションを定義し、各セクションについて下記の線形逆補間法に従って、ヘッダパターンを算出する例を示す。
【００４７】
図１０のＳ１０２において、鋼板１５１の各セクションについて、解の制御コードを挟むような二つの制御コードｎL、ｎHを定義する。
ここでは、１００の冷却ヘッダ(１６０)数に対しての全開と全閉の間に解が存在することから、ｎL＝０、ｎH＝１００とする。ここで、制御コードの増加に伴って、開している冷却ヘッダ(１６０)数が単純に減少するので、ｎ１＜ｎ２のとき、これらのヘッダパターンに対応した目標温度Ｔｃ１、Ｔｃ２について、Ｔc1＜Ｔc2が成立する。
続いて、図１０のＳ１０３において、ｎLとｎHの平均をｎ0とする。
【００４８】
そして、図１０のＳ１０４において、各セクションに付与されている制御コードについて、これと対応した中間または巻取り温度を、板温推定モデル１１７を用いた演算でセクション毎に推定する。すなわち、セクション毎に付与されている制御コードを用いてセクションの中間／巻取り温度を推定する。
制御コードはセクション毎にふられており、中間／巻取り温度に与える速度の影響も異なるので、この演算はセクション毎に行われる。
なお、図１０のＳ１０４の板温推定モデル１１７を用いた巻取り温度推定演算は、図１１を用いて後記する。
図１０のＳ１０５において、各セクション毎に目標温度Ｔtargetに対する推定温度Ｔc0の符号を判定し、Ｔc0＞Ｔtarget  の場合は、ｎLとｎ0の間に解があるので、ｎ0を新たにｎHとおく。
逆に、Ｔc0＜Ｔtarget  の場合は、ｎ0とｎHの間に解があるので、ｎ0を新たにｎLとおく。
【００４９】
図１０のＳ１０６において、アルゴリズムの終了条件を満足したか否か判定する。
なお、アルゴリズムの終了は、「図１０のＳ１０３〜Ｓ１０５の一定回数以上の繰り返しを完了」、または「推定温度Ｔcと目標温度Ｔtargetの偏差が一定値以下」、または「ｎ0がｎH、ｎLの何れかと一致」の何れかの成立を条件に判定する。
図１０のＳ１０６の終了条件を満足していない場合(図１０のＳ１０６でＮo)、図１０のＳ１０３〜Ｓ１０５の実行を繰り返す。一方、図１０のＳ１０６の終了条件を満足する場合、終了する。
【００５０】
なお、制御コードの付与の方法としては、本実施形態とは逆に、全ての冷却ヘッダ１６０が閉した状態の制御コードを０、全ての冷却ヘッダ１６０が開した状態の制御コードを１００とし、これに対応して付与することもできる。
以上のように、制御コードを導入したことで、簡単な演算で制御指令値を算出できる。
【００５１】
＜巻取り温度推定演算(図１０のＳ１０４)＞
次に、図１０のＳ１０４の板温推定モデル１１７を用いた巻取り温度推定演算について説明する。
図１１に図１０のＳ１０４に対応する巻取り温度推定演算の詳細な処理を示す。なお、図１１は、板温推定モデル117を用いた巻取り温度推定演算の詳細処理のフローチャートである。
鋼板１５１の温度推定演算方法として、ミル１５７での払い出し開始から鋼板(１５１)尾端が巻取温度計１５６(図１参照)を通過するまでの間の鋼板１５１を長手方向に分割し、一定刻みΔで時刻を進めて鋼板１５１の冷却挙動を差分計算する例を説明する。
【００５２】
図１１のＳ１１１において、計算時刻を更新し、さらに図１０のＳ１０１で生成した速度パターンから、該当時刻の板速Ｖｔを計算する。
続いて、図１１のＳ１１２において、算出した板速Ｖｔを用いて、現時刻におけるミル１５７(図１参照)での払い出し長さＬｎを計算する。
なお、払い出し長さＬｎとは、圧延を終えてミル１５７から払い出された鋼板１５１の長さで、下記の(９)式で計算できる。ただしＬn-1は，前計算時刻(Δ時間前)の払い出し長さである。
Ｌn＝Ｌn-1＋Δ・Ｖt  ……  (９)
【００５３】
図１１のＳ１１３において、演算が完了したか否かを判定する。
ここで、ミル１５７(図１参照)払い出し長さＬnが、鋼板１５１の全長にミル１５７から巻取温度計１５６の距離を加えた値より大きくなった時、鋼板(１５１)１本に対応した巻取温度予測計算が全て終了しているので、演算完了となる。
演算が完了していない場合(図１１のＳ１１３でＮo)には、図１１のＳ１１４において、鋼板１５１の温度トラッキングを行う。
すなわち、前時刻の鋼板１５１の位置に対して、Δだけ時間が経過した後に鋼板１５１がどれだけ進むかがＬｎとＬｎ−１の関係から分かるので、鋼板１５１の温度分布を対応した距離だけ移動する処理を行う。
【００５４】
図１１のＳ１１５において、Δの間にミル１５７(図１参照)から排出された鋼板１５１にミル(１５７)出側温度を設定する。
図１１のＳ１１６において、各冷却ヘッダ１６０のそれぞれについて、対応するセクションを特定し、セクションに付与された制御コードの値と冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５(図１参照)から取り込んだ冷却ヘッダ優先順位から、当該冷却ヘッダ１６０の開閉を決定する。そして、この情報から、鋼板１５１の各部位の境界条件が水冷か空冷かを判定する。なお、各冷却ヘッダ１６０の水ｗが当っている鋼板１５１の部位が水冷であり、各冷却ヘッダ１６０の水ｗが当っていない鋼板１５１の部位が空冷である。
【００５５】
すなわち、各冷却ヘッダ１６０に対応する鋼板(１５１)セクションは、基本的には各冷却ヘッダ１６０の直下または直上に位置する鋼板部位であるが、実際には巻取り温度制御装置１００(図１参照)が各冷却ヘッダ１６０に開閉指令を送ってから、鋼板(１５１)表面の状態が変わるまでに２秒程度の遅れ時間が存在する。
このため、実際にはこの遅れ時間を見込んで対応する鋼板(１５１)セクションを決定する。
【００５６】
鋼板１５１の各セクションの境界条件が水冷の場合は、図１１のＳ１１７において、例えば(１０)式に従って熱伝達係数ｈwを計算する。
ｈw=9.72*105*ω0.355*{(2.5-1.15*logＴw)*Ｄ/(pl*pc)}0.646/(Ｔsu-Ｔw)  ……  (１０)
ただし、ω：水量密度
Ｔw：水温
Ｄ：冷却ヘッダ１６０のノズル直径
pl：ライン方向(図１の制御対象１５０の左右方向)の冷却ヘッダ１６０のノズルピッチ
pc：ラインと直交方向の冷却ヘッダ１６０のノズルピッチ
Ｔsu：鋼板１５１の表面温度
(１０)式は、いわゆるラミナー冷却の場合の熱伝達係数である。
水冷方法としては、この他にスプレー冷却等、種々あり、いくつかの熱伝達係数の計算式が知られている。また、冷却方式が同じでも、数式としては最新の実験的知見を反映する等で異なったものになる場合もある。
【００５７】
一方、空冷の場合は、図１１のＳ１１８において、例えば(１１)式に従って、ふく射で奪われる熱量から熱伝達係数ｈrを計算する。
ｈr=σ・ε[{(273+Ｔsu)/100}4−{(273+Ｔa)/100}4]/(Ｔsu-Ｔa)  ……  (１１)
ただし、σ：ステファン−ボルツマン定数（＝4.88）
ε：放射率
Ｔa：空気温度（℃） 
Ｔsu：鋼板１５１の表面温度
(１０)式と(１１)式に代表される熱伝達係数式を、鋼板１５１の表と裏について冷却状態に従って計算し、鋼板(１５１)表面での熱移動量をそれぞれ定量化する。
【００５８】
そして、図１１のＳ１１９において、鋼板１５１の各部位の温度を、Δ経過する前の温度をもとに，Δ間の熱量の移動を加減算することで計算し、ミル１５７と巻取温度計１５６の間の鋼板１５１の温度分布を算出する。
この結果、巻取温度計１５６の取り付け位置の鋼板１５１の温度が得られるとともに，巻取温度計１５６の取り付け位置より上流の鋼板１５１の温度は、次回以降の計算に用いられる。
【００５９】
鋼板１５１の厚み方向の熱移動を無視する場合であれば、鋼板１５１の長手方向の各部位について、(１２)式で計算できる。
Ｔn=Ｔn-1−(ｈt＋ｈb)*Δ/(ρ*Ｃ*Ｂ)  ……  (１２)
ただし、Ｔn：現在の板温
Ｔn-1：Δ前の板温
ｈt：鋼板表面の熱伝達係数 
ｈb：鋼板裏面の熱伝達係数
ρ：鋼板の密度 
Ｃ：鋼板の比熱
Ｂ：鋼板の厚み 
なお、鋼板１５１の幅が狭いと狭い部分が冷却ヘッダ１６０で冷却される一方、鋼板１５１の幅が広いと広い部分が冷却ヘッダ１６０で冷却されるので、鋼板１５１の幅方向で無次元化して考えている。
【００６０】
また、鋼板１５１の厚み方向の熱伝導を考慮する必要がある場合には、良く知られる熱方程式を解くことで計算できる。熱方程式は、(１３)式で表され、これを鋼板１５１を厚み方向に分割して計算機で差分計算する方法は、種々の文献で公開されている。
∂Ｔ/∂t＝{λ/(ρ*Ｃ)}(∂2Ｔ/∂x2)  ……  (１３)
ただし、λ：熱伝導率
Ｔ：材料温度
ｔ：時間
x：厚み方向座標
【００６１】
そして、図１１のＳ１１１０において、ミル１５７(図１参照)から巻取温度計１５６までのライン内の鋼板(１５１)長手方向で必要な計算が完了したか否か判定する。
ライン内の鋼板(１５１)長手方向で必要な計算が完了していない場合(図１１のＳ１１１０でＮo)、図１１のＳ１１６〜Ｓ１１９を繰り返す。
一方、ライン内の鋼板(１５１)長手方向で必要な計算が完了した場合(図１１のＳ１１１０でＹes)、図１１のＳ１１１〜Ｓ１１１０を、図１１のＳ１１３で演算の終了を判定されるまで繰り返す。
【００６２】
なお、上述の板温推定モデル１１７を用いた巻取り温度推定演算は、一例を示したものであり、新しい知見等により適宜変更を加えることも可能であり、これに限定されないのは勿論である。
【００６３】
＜制御指令算出手段１１１の処理例＞
図１２(ａ)、(ｂ)は、鋼板１５１(図１参照)の各部位に付与されている制御コードが、図１０に示す制御指令算出手段１１１の最適化処理により変化するときの一例を示した図である。
図１２(ａ)に示すように、処理１回目では、各部位で同一の初期値（ｎL＝０，ｎH＝１００）に対する処理なので、鋼板１５１の全域で５０が付与される。
図１２(ｂ)に示す処理２回目では、制御コード５０に対して鋼板１５１の各部位の巻取り温度Ｔc0の予測結果が、Ｔtargetより大きいか小さいかで、付与される制御コードが異なる。
【００６４】
本実施形態では、鋼板(１５１)速度が低速である鋼板１５１の先端、後端に近い部分は、冷却ヘッダ１６０を閉する方向の制御コードに更新され、鋼板(１５１)速度が高速である鋼板１５１の中央部は、冷却ヘッダ１６０を開する方向の制御コードに更新される例を示している。
具体的には、図１２(ｂ)に示す処理２回目のように、鋼板１５１の先端部、後端部は、１回目の処理の図１０のＳ１０５において、ｎL＝５０，ｎH＝１００に更新された結果，制御コードはその平均である７５に更新されている。
【００６５】
一方、中央部は１回目の処理の図１０のＳ１０５でｎL＝０、ｎH＝５０に更新された結果、制御コードは２５に更新されている。
このようにして、図１０のＳ１０３〜Ｓ１０６を繰り返すことで、制御コードが順次更新される。
図１３に、セットアップ制御手段１１０(図１参照)が最終的に出力する制御コードの例を示す。なお、図１３は、鋼板部位と制御コードの対応テーブルを示す構成図である。
図１３に示す例では、鋼板１５１は、先端からの距離に対応して１ｍ単位でメッシュに分けられており、メッシュに対応して、制御コードが割り振られる。
図１に示すように、冷却装置は鋼板１５１の表と裏に対応して上部冷却装置１５８と下部冷却装置１５９とがあるので、制御コードとしては、上冷却ヘッダ１６０ａと下冷却ヘッダ１６０ｂに対応して、別個に出力する。
【００６６】
図１３においては、鋼板１５１の長手方向について、先端から１ｍの上冷却ヘッダ１６０ａの制御コードは９５、下冷却ヘッダ１６０ｂの制御コードも９５、５００ｍから５０１ｍの間では、上冷却ヘッダ１６０ａの制御コードは１４、下冷却ヘッダ１６０ｂの制御コードも１４であることを示している。
なお、図１３では、鋼板１５１の同一部位に対応した上冷却ヘッダ１６０ａと下冷却ヘッダ１６０ｂの制御コードを同一としたが、異なった制御コードを設定することも可能である。
図１に示すセットアップ制御手段１１０が出力した制御コードは、ダイナミック制御手段１２０により、実際に鋼板１５１を、上・下部冷却装置１５８、１５９で冷却中にリアルタイムで補正される。
【００６７】
ダイナミック制御手段１２０は、巻取り温度計１５６からの検出温度を用いて、これと目標温度との偏差を補正する巻取り温度偏差補正手段１２１と、ミル出側温度計１５５からの検出温度を用いて、これとセットアップ制御演算時に想定したミル出側温度との偏差を補正するミル出側温度偏差補正手段１２２と、ミル１５７やダウンコイラ１５４の回転速度から鋼板１５１の速度を算出した結果とセットアップ制御演算時に想定した鋼板速度との偏差を補正する速度偏差補正手段１２３とを備えている。これらの補正量の総和ΔＴｃに、影響係数(∂ｎ／∂Ｔc)を乗算して制御コードの変化量Δｎ(＝(∂ｎ／∂Ｔc)・ΔＴｃ)に換算し、ダイナミック制御手段１２０の補正量として出力する。
補正量の計算は、比例積分(ＰＩ)制御等の適用等により実現できる。
図１に示すように、ダイナミック制御手段１２０から出力される補正量Δｎに従って、セットアップ制御手段１１０が出力した制御コードが修正される。
【００６８】
＜ヘッダパターン変換手段１３０＞
次に、ヘッダパターン変換手段１３０(図１参照)について説明する。
図１４は、ヘッダパターン変換手段１３０が実行するアルゴリズムを示しており、ヘッダパターン変換手段１３０による制御コードから各冷却ヘッダ１６０の開閉を決定する処理のフローチャートである。
【００６９】
図１４のＳ１４１において、冷却ヘッダ(１６０)直下を通過している鋼板１５１の先端からの距離Ｌｈを算出する。通常、巻取り温度制御装置１００(図１参照)は、種々の目的で使用するためこのような距離情報を、短い周期で計算し、巻取り温度制御装置１００の記憶部(図示せず)に記憶している。
図１４のＳ１４２において、距離Ｌｈが０より小さいか否か判定する。
【００７０】
距離Ｌｈが０より小さい場合(図１４のＳ１４２でＹes)には、鋼板１５１が該当冷却ヘッダ１６０まで到達していないので、処理を抜けてＳ１４５に移行する。
一方、Ｌｈが０以上の場合には、鋼板１５１が該当冷却ヘッダ１６０まで到達しているので、図１４のＳ１４３において、距離Ｌｈに対応した制御コードを抽出する。すなわち、距離Ｌｈと図１３の鋼板(１５１)部位を照合し、距離Ｌｈに対応する部位の上冷却ヘッダ１６０ａと下冷却ヘッダ１６０ｂとを特定し、この上冷却ヘッダ１６０ａの制御コードと下冷却ヘッダ１６０ｂの制御コードを抽出する。
【００７１】
図１４のＳ１４４において、制御コードから冷却ヘッダ(１６０)開閉パターンを抽出する。すなわち、セットアップ制御手段１１０から受け取った冷却ヘッダ１６０の優先順位に関する情報と、図９に示す制御コードとヘッダパターンの対応とを用いて、優先順位がいくつの冷却ヘッダ１６０までを開するか決定する。
すなわち、冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５に格納されている情報を用いて、具体的に開放する冷却ヘッダ１６０を特定し、最終的に該当冷却ヘッダ１６０の開閉の順番を決定する。
【００７２】
図１４のＳ１４５において、全ての冷却ヘッダ１６０についての演算が終了したか否かを判定する。
終了していない場合(図１４のＳ１４５でＮo)には、図１４のＳ１４１に移行し、終了するまで、図１４のＳ１４１〜Ｓ１４５の処理を繰り返す。
なお、本実施例では冷却ヘッダ１６０の数が上下とも１００の場合を例に説明したが冷却ヘッダ数としては設備に応じて、種々の数が適宜選択可能である。
【００７３】
＜＜第２実施形態＞＞
第１実施形態では、冷却ヘッダ１６０の優先順位を、鋼板１５１の最高速度に対応付けて決定する場合を例示した。しかしこの方法の場合、鋼板(１５１)速度が最高速度でないとき、実現される冷却速度が鋼板(１５１)速度に応じて目標値より速くなる現象が起こる。
第２実施形態は、速度パターンに従って実現される種々の鋼板(１５１)速度に対して、精度良く目標冷却速度を実現する目的で、冷却ヘッダ１６０の優先順位を鋼板１５１の速度で切り替える場合である。
【００７４】
図１５は、第２実施形態の冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４が実行する処理のフローチャートである。
図１５のＳ１５１において、目標冷却速度テーブル１１２と速度パターンテーブル１１３とからそれぞれ、目標冷却速度と鋼板１５１の速度パターンを取り込む。
続いて、図１５のＳ１５２において、前記の(１)式に従って冷却時間ｔｎを算定する。ＳＵＳ３０４、板厚２．５ｍｍ、板幅１２００ｍｍ、ミル出側温度想定値８８０℃のとき、目標巻取り温度テーブル１１６(図４)から目標巻き取り温度が７５０℃であるから、冷却時間ｔｎは、（８８０−７５０）／３０＝４．３  なので、４．３ｓ(秒)となる。
【００７５】
続いて、図１５のＳ１５３において、図３に示す速度パターンテーブル１１３参照して、初期速度Ｖstartを用いて水冷必要距離Ｌwsを算出し、水冷を行う水冷バンク１６１および冷却ヘッダ１６０を特定する。
水冷必要距離Ｌwsは、例えば(１４)式で算出する。
Ｌws＝（Ｖstart×ｔn）/６０  ……  (１４)
上記の例で水冷必要距離Ｌwsは、（６５０×４．３）／６０＝４６．５８  なので，４６．５８ｍとなる。
【００７６】
従って、巻き取り冷却装置１５３(図１参照)の入口の水冷バンク１６１(圧延機１５２に一番近い水冷バンク１６１)から４６．５８ｍまでの水冷バンク１６１およびこれに対応した冷却ヘッダ１６０が特定された水冷バンク１６１および冷却ヘッダ１６０となる。
図１５のＳ１５４において、初期速度Ｖstartに対応した冷却ヘッダ優先順位を、前記の図６、図７に示す処理にしたがって第１実施形態と同様に算定する。
【００７７】
図１５のＳ１５５において、最大速度Ｖmaxを用いて水冷必要距離Ｌwmを算出し、水冷を行う水冷バンク１６１および冷却ヘッダ１６０を特定する。水冷必要距離Ｌwmは、例えば(１５)式で算出する。
Ｌwm＝(Ｖmax×ｔn)/６０  ……  (１５)
Ｌwmは、第１実施形態と同様に、図３に示す速度パターンテーブル１１３参照して、１０５０×４．３）／６０＝７５．２５  なので、７５．２５ｍとなる。
従って、巻き取り冷却装置１５３の入口の水冷バンク１６１（圧延機１５２に近い水冷バンク１６１）から７５．２５ｍまでの水冷バンク１６１およびこれに対応した冷却ヘッダ１６０が特定された水冷バンク１６１および冷却ヘッダ１６０となる。
【００７８】
図１５のＳ１５６において、前記の図６、図７に示す処理に従った同様の手順で、最大速度Ｖmaxに対応した冷却ヘッダ優先順位を算定する。
図１５のＳ１５７において、終期速度Ｖendを用いて水冷必要距離Ｌweを算出し，水冷を行う水冷バンク１６１および冷却ヘッダを特定する。水冷必要距離Ｌweは、例えば(１６)式で算出する。
Ｌwe＝(Ｖend×ｔn)/６０  ……  (１６)
同様にして、水冷必要距離Ｌweは、図３に示す速度パターンテーブル１１３参照して、（９００×４．３）／６０＝６４．５  なので、６４．５ｍとなる。
従って、巻き取り冷却装置１５３の入口の水冷バンク１６１(圧延機１５２に近い水冷バンク１６１)から６４．５ｍまでの水冷バンク１６１およびこれに対応した冷却ヘッダ１６０が特定された水冷バンク１６１および冷却ヘッダ１６０となる。
【００７９】
図１５のＳ１５８において、図６、図７に示す処理に従った同様の手順で，終期速度に対応した冷却ヘッダ優先順位を算定する。
図１５のＳ１５９において、初期速度Ｖstart、最高速度Ｖmax、終期速度Ｖendに対応した計算結果を、冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５(図１参照)に出力する。
冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５の内容は、図１に示すセットアップ制御手段１１０からヘッダパターン変換手段１３０に制御コードのセットアップ結果とともに送られる。
【００８０】
図１６は、第２実施形態の冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４により出力された冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５の構成を示す図である。
本第２実施形態においては、鋼板(１５１)速度に応じて水冷必要距離Ｌws、Ｌwm、Ｌweが４７．５８ｍ〜７６．２５ｍの範囲で異なるので、これを実現するための冷却ヘッダ優先順位も異なり、図１６に示すように、初期速度Ｖstart、最大速度Ｖmax、終期速度Ｖendに対応した優先順位が各冷却ヘッダ１６０に付与される。
【００８１】
＜第２実施形態の制御指令算出手段１１１の巻取り温度予測計算＞
図１７は、第２実施形態の制御指令算出手段１１１の巻取り温度予測計算の処理の詳細を示すフローチャートである。
処理の流れは、図１１と同じであるが、Ｓ１７６が付加されており、図１７のＳ１７６の処理で、現在の鋼板(１５１)速度から、図１６に示す冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５に登録されている３種類の優先順位のどれを抽出するか選択し、抽出する。
図１７のＳ１７７においては、各冷却ヘッダ１６０のそれぞれについて、鋼板１５１の対応するセクションを特定し、セクションに付与された制御コードの値と抽出された冷却ヘッダ優先順位から、当該冷却ヘッダ１６０の開閉を決定する。
【００８２】
＜第２実施形態のヘッダパターン変換手段１３０の処理＞
図１８は、第２実施形態のヘッダパターン変換手段１３０(図１参照)が実行する制御コードから各ヘッダの開閉を決定する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
ヘッダパターン変換手段１３０の処理の流れは、前記の図１４と概ね同じであるが、Ｓ１８４が付加されており、図１８のＳ１８４の処理で、現在の鋼板(１５１)速度からセットアップ制御手段１１０(図１参照)から受け取った３種類の冷却ヘッダ優先順位のどれを使用するか選択し、決定する。
図１８のＳ１８５においては、制御コードと選択した冷却ヘッダ優先順位を用いて、冷却ヘッダ開閉パターンを抽出する。
【００８３】
すなわち、選択した冷却ヘッダ１６０の優先順位に関する情報と、図９で示した制御コードと冷却ヘッダ開閉パターンの対応を用いて、優先順位がいくつの冷却ヘッダ１６０までを開するか決定する。
上記第２実施形態によれば、鋼板１５１の速度に応じて、冷却ヘッダ１６０の優先順位を切り替えるので、鋼板１５１の速度が変わった場合においても、目標冷却速度を精度良く実現できる。
【００８４】
＜＜第３実施形態＞＞
第３実施形態は、図１に示す制御指令算出手段１１１が実行するアルゴリズムに、巻取り冷却装置１５３の冷却能力上、目標冷却速度を満足できなかったり、目標冷却速度を満足する水冷必要距離を確保してセットアップ計算をすると、巻取り温度が目標温度を達成できないときの処理を追加した場合である。
図１９は、このような処理を付加した第３実施形態の制御指令算出手段１１１の処理を示すフローチャートである。
【００８５】
図１９のＳ１９１〜１９６は、第１実施形態の図１０で示した制御指令算出手段１１１の処理と同じであるが、これに加えセットアップ計算終了後、図１９のＳ１９７において、目標巻取り温度と目標冷却速度が達成されたか否かを判定する。
どちらも達成されている場合(図１９のＳ１９７でＹes)、処理を終了する一方、達成されていない場合(図１９のＳ１９７でＮo)は、図１９のＳ１９８において、鋼板１５１の最大速度を変更する。
【００８６】
巻取り温度が目標巻取り温度より低いときは、鋼板１５１が冷却される時間を短縮するため、鋼板１５１の最大速度を設備制約が許容する範囲で大きくする。逆に、巻取り温度が目標巻取り温度より高いときは、鋼板１５１が冷却される時間を長くするため、鋼板１５１の最大速度を小さくし、巻取り温度を低下させる処理を行う。
また、目標冷却速度が達成できないときは、同様に鋼板１５１の最大速度を小さくして冷却される時間を長くして、冷却速度を増加させる処理を行う。
それぞれの場合の最大速度の変更量は、予めテーブル等で定義しておいても良いし、目標巻取り温度や目標冷却速度が満足できない度合いに従った値を、その都度算出してもよい。
【００８７】
算出する場合、例えば目標巻取り温度が達成できない場合に下記の(１７)式に従って速度変更量ΔＶmaxを算出し、鋼板１５１の最大速度を変更すれば良い。
ΔＶmax＝(∂Ｖ/∂Ｔc)・δＴc  ……  (１７)
ただし、δＴc：目標巻取り温度未達成量
(∂Ｖ/∂Ｔc)：速度変化の巻取り温度に及ぼす影響に対応した定数(影響係数)
【００８８】
以下、変更された鋼板１５１の最大速度の下で、図１９のＳ１９１〜Ｓ１９８の処理を繰り返す。
【００８９】
上記第３実施形態によれば、冷却能力の制約で目標巻取り温度と目標冷却速度の二つの制御目標をともに満足できなかったときに、鋼板１５１の速度を増減することにより設備的に可能な範囲で、制御目標を両立できる。
【００９０】
＜＜まとめ＞＞
本発明は、鋼板１５１の目標冷却速度と鋼板１５１の速度パターンから、鋼板(１５１)速度に対応する冷却ヘッダ(１６０)開閉の優先順位を算出する冷却ヘッダ優先順位算定手段１１４と、算出された冷却ヘッダ優先順位を蓄積する冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５と、目標巻取り温度、速度パターン、および冷却ヘッダ優先順位を入力情報とし、板温推定モデル１１７を用いて所望の巻取り温度を実現する冷却装置の指令値を制御コードの形で算出する制御指令算出手段１１１と、鋼板速度に対応した冷却ヘッダ優先順位を用いて制御コードを巻取り冷却装置１５３の冷却ヘッダ開閉パターンに変換するヘッダパターン変換手段１３０とを含んで構成される巻取り温度制御装置１００を提供する。
【００９１】
冷却ヘッダ優先順算定手段１１４は、目標冷却速度を取り込み，この値と鋼板(１５１)速度から水冷必要距離を算出した上で、ここに含まれる冷却ヘッダ１６０を優先的に開放するとともに目標冷却速度を満足するように各冷却ヘッダ１６０に優先順位を付与する。
制御指令算出手段１１１は、冷却ヘッダ優先順算定手段１１４が出力した冷却ヘッダ優先順位記憶部１１５の内容を参照しつつ、目標巻取り温度を実現するヘッダパターンを鋼板１５１の長手方向の各部位に対して算出する。
上記セットアップ計算の結果、目標巻取り温度／目標冷却速度の何れかが満足されないときは、鋼板(１５１)速度を増減して再度セットアップ計算を行う。
【００９２】
＜＜作用効果＞＞
上記構成によれば、熱間圧延後における鋼板１５１の巻取り制御において、鋼板１５１の長手方向のどの部位においても、均一な冷却速度および巻取り温度が得られる。
【００９３】
なお、前記実施形態においては、被圧延材として鋼板を例示して説明したが、鋼板以外の被圧延材に対しても、本発明を適用できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
熱間圧延ラインの冷却制御に、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の巻取り温度制御装置と制御対象とを含む制御システムの構成を示す概念図である。
【図２】第１実施形態の目標冷却速度テーブルの構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の速度パターンテーブルの構成を示す図である。
【図４】第１実施形態の目標巻取り温度テーブルの構成を示す図である。
【図５】第１実施形態の冷却ヘッダ優先順位算定手段が実行する処理を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態の冷却ヘッダに優先順位を付与する処理の説明図である。
【図７】第１実施形態の冷却ヘッダに優先順位を付与する処理のフローチャートである。
【図８】第１実施形態の冷却ヘッダ優先順位記憶部の構成を示す図である。
【図９】第１実施形態の冷却ヘッダ開閉パターンと、これに対応する制御コードの対応テーブルの構成図である。
【図１０】第１実施形態の制御指令算出手段が実行する処理を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態の巻取り温度推定演算の詳細処理のフローチャートである。
【図１２】(ａ)および(ｂ)は、第１実施形態の鋼板の各部位に付与されている制御コードが、制御指令算出手段の最適化処理により変化するときの一例を示した図である。
【図１３】第１実施形態の鋼板部位と制御コードの対応テーブルを示す構成図である。
【図１４】第１実施形態のヘッダパターン変換手段による制御コードから各ヘッダの開閉を決定する処理のフローチャートである。
【図１５】第２実施形態の冷却ヘッダ優先順位算定手段が実行する処理のフローチャートである。
【図１６】第２実施形態の冷却ヘッダ優先順位算定手段により出力された冷却ヘッダ優先順位記憶部の構成を示す図である。
【図１７】第２実施形態の制御指令算出手段の巻取り温度予測計算の処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１８】第２実施形態のヘッダパターン変換手段が実行する制御コードから各ヘッダの開閉を決定する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１９】第３実施形態の制御指令算出手段の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９６】
１００  巻取り温度制御装置
１１１  制御指令算出手段
１１４  冷却ヘッダ優先順位算定手段
１１５  冷却ヘッダ優先順位記憶部
１１７  板温推定モデル
１３０  ヘッダパターン変換手段
１５１  鋼板(被圧延材)
１５３  巻取冷却装置(冷却装置)
１５４  ダウンコイラ
１５８  上部冷却装置(冷却装置)
１５９  下部冷却装置(冷却装置)
１６０  冷却ヘッダ
１６０ａ  上冷却ヘッダ(冷却ヘッダ)
１６０ｂ  下冷却ヘッダ(冷却ヘッダ)
【図１】
2010137278.tif 000003
【図２】
2010137278.tif 000004
【図３】
2010137278.tif 000005
【図４】
2010137278.tif 000006
【図５】
2010137278.tif 000007
【図６】
2010137278.tif 000008
【図７】
2010137278.tif 000009
【図８】
2010137278.tif 000010
【図９】
2010137278.tif 000011
【図１０】
2010137278.tif 000012
【図１１】
2010137278.tif 000013
【図１２】
2010137278.tif 000014
【図１３】
2010137278.tif 000015
【図１４】
2010137278.tif 000016
【図１５】
2010137278.tif 000017
【図１６】
2010137278.tif 000018
【図１７】
2010137278.tif 000019
【図１８】
2010137278.tif 000020
【図１９】
2010137278.tif 000021