(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を製造する方法であって、
冷却水を鋼板表面に供給することにより鋼板を目標温度に近づける工程を備え、該工程で供給される冷却水の圧力および／又は流量の制御が、ポンプの回転数を変更することにより行われ、
前記ポンプの回転数は、所定の設備における前記鋼板の目標温度と前記鋼板の予測温度との差が所定の範囲内に含まれるように決定され、前記鋼板の先端が前記所定の設備に到達する前に前記ポンプの回転数が変更され、前記鋼板が前記所定の設備を通過するまで該ポンプの回転数を変更しないことを特徴とする鋼板の製造方法。
【請求項２】
鋼板を製造する方法であって、
冷却水を鋼板表面に供給することにより鋼板を目標温度に近づける工程を備え、該工程で供給される冷却水の圧力および／又は流量の制御が、ポンプの回転数を変更することにより行われ、
前記ポンプの回転数は、所定の設備における前記鋼板の目標温度と前記鋼板の予測温度との差が所定の範囲内に含まれるように決定され、該決定に基づいて、前記所定の設備を前記鋼板が通過している最中に少なくとも１回、前記ポンプの回転数が変更されることを特徴とする鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記ポンプの回転数の変更は、前記鋼板の先端部、および冷却水を使用しなかったときに最も高い冷却能力が必要とされる前記鋼板の位置に基づいて行われることを特徴とする請求項２に記載の鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記ポンプ回転数は、冷却装置に備えられるヘッダー１本当たりの熱伝達係数と、前記ヘッダーの使用本数に基づく数式モデルを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記鋼板の目標温度は、複数のスタンドを有する仕上げ圧延機のスタンド間、仕上げ圧延機の出側、および前記仕上げ圧延機の出側に配置された冷却装置の出側のうち少なくとも１か所における温度とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記冷却水の圧力および／又は流量の制御は、前記仕上げ圧延機のスタンド間に配置された冷却装置、および前記仕上げ圧延機の出側に配置された冷却装置の少なくとも一方に対して行われることを特徴とする請求項５に記載の鋼板の製造方法。
【請求項７】
前記ポンプの回転数が決められた後、前記冷却水を噴射するヘッダーの本数を決定する工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法。
【請求項８】
冷却水を使用しなかったときの予測温度から必要な冷却能力を導出し、予め作成した前記冷却能力に応じたポンプ回転数とヘッダー使用本数とを出力するテーブルを参照して、前記ポンプ回転数と前記ヘッダー使用本数とを制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法。
【請求項９】
必要な冷却能力の変化が正であるとともに、その変化が大きいときには、必要とされる冷却能力の最大値に基づいてポンプ回転数を決定し、ヘッダーの使用本数で冷却能力を制御し、
必要な冷却能力の変化が負であるとともに、その変化が大きいときには、ポンプの回転数を変更することなく、ヘッダーの使用本数のみで冷却能力を制御する鋼板の製造方法。
【請求項１０】
圧延機と、
冷却水を加圧するポンプと、
前記ポンプを回転させるモータと、
前記ポンプから供給される前記冷却水を流すヘッダー、及び該ヘッダーに配置され、鋼板に対して前記冷却水を噴射するノズルを有する冷却装置と、
前記モータを制御するとともに鋼板の予測温度を演算する冷却制御装置と、を備え、
前記冷却制御装置は、前記鋼板の目標温度と前記鋼板の予測温度との差が所定の範囲内に含まれるように前記ポンプの回転数を決定し、前記鋼板の先端が前記圧延機に到達する前に前記ポンプの回転数が変更され、前記鋼板が前記圧延機を通過するまで前記ポンプの回転数を変更しない制御をする鋼板の製造装置。
【請求項１１】
圧延機と、
冷却水を加圧するポンプと、
前記ポンプを回転させるモータと、
前記ポンプから供給される前記冷却水を流すヘッダー、及び該ヘッダーに配置され、鋼板に対して前記冷却水を噴射するノズルを有する冷却装置と、
前記モータを制御するとともに鋼板の予測温度を演算する冷却制御装置と、を備え、
前記冷却制御装置は、前記鋼板の目標温度と前記鋼板の予測温度との差が所定の範囲内に含まれるように前記ポンプの回転数を決定し、該決定に基づいて、前記圧延機を前記鋼板が通過している最中に少なくとも１回、前記ポンプの回転数を変更する制御をする鋼板の製造装置。
【請求項１２】
鋼板の製造装置に配置される冷却装置に冷却水を供給するポンプを制御するプログラムであって、
前記冷却装置に具備されるヘッダーの使用数を決定するステップと、
前記ポンプの回転数を決めるため前記鋼板上の制御点を選択するステップと、
前記制御点の条件を設定するステップと、
前記鋼板の温度を予測するステップと、
前記予測された温度と目標温度との差を演算し、その結果に基づいて前記ポンプの回転数を決定するステップと、を備える冷却水を供給するポンプを制御するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の製造方法に関し、詳しくは消費電力を抑制することができる冷却装置を駆動するポンプを用いた鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用や構造材用等として用いられる鋼板は、強度、加工性、靭性といった機械的特性や、寸法、表面性状等の外観が所望したものとなるように製造される。そのための１つの手段として、鋼板の製造工程の１つである熱間圧延において鋼板の温度を制御することが挙げられる。特に、鋼板の機械的性質は、圧延時の温度制御により大きく変化する。
【０００３】
鋼板が熱間圧延工程の所定の位置において目標温度となるように、当該所定の位置より前で冷却水が鋼板に供給される。この所定の位置およびそのための冷却水の供給位置には例えば次のようなものを挙げることができる。
・仕上圧延機出側の鋼板温度を目標温度とするため、仕上げ圧延機のスタンド間で冷却水を供給する。
・鋼板巻き取り温度を目標温度とするため、ランアウトテーブルに設けられた冷却装置で冷却水を供給する。
・仕上圧延機出側直後に設置された冷却装置の出側の鋼板温度を目標温度とするため、当該冷却装置において冷却水を供給する。
【０００４】
ここで、冷却水の供給は、ポンプにより加圧された冷却水がノズル等から噴射されることによりおこなわれる。従って、上記した鋼板を目標温度とするための制御は、ノズルに冷却水の供給を行う複数配列されたヘッダーの一部をＯＮ／ＯＦＦすることにより、使用するヘッダーの本数を調整することにより行われることが多い。
【０００５】
特許文献１には、仕上げ圧延機出側温度を長手方向にわたって目標値に制御して熱延鋼帯を製造することが可能な熱延鋼帯の製造方法が開示されている。ここには、鋼帯の仕上げ温度を目標値に制御するために、仕上げスタンド間でのデスケーリング装置と冷却装置の使用数、及び噴射圧力が設定される旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９６９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように温度制御は、ヘッダーのＯＮ／ＯＦＦにより行われ、ポンプを駆動するためのモータの回転数は可能な範囲での最大値に固定されていることが通常であった。これは、ポンプは瞬時に回転数を変更できないため、急激な設定変更に対応することができないことによる。しかしながら、このように常にモータの回転数を高い状態に維持しておくことで無駄な電力を消費していた。特許文献１には、被圧延材が圧延機に噛みこむときの上反り、下反りを防止する観点と、最高速度到達後の温度上昇を防止する観点で、噴射圧力を設定する旨の記載があるが、消費電力を考慮したものではなかった。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、ポンプ駆動に要する消費電力を抑制することができる冷却装置を駆動するポンプを用いた鋼板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、本発明について説明する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、鋼板を製造する方法であって、冷却水を鋼板表面に供給することにより鋼板を目標温度に近づける工程を備え、該工程で供給される冷却水の圧力および／または流量の制御が、ポンプの回転数を変更することにより行われ、ポンプの回転数は、所定の設備における鋼板の目標温度と鋼板の予測温度との差が所定の範囲内に含まれるように決定され、鋼板の先端が所定の設備に到達する前にポンプの回転数が変更され、鋼板が所定の設備を通過するまで該ポンプの回転数を変更しないことを特徴とする鋼板の製造方法である。
【００１１】
ここで、「鋼板表面」とは、「おもて面」を意味するものではなく、「おもて面」、「うら面」等を全て含む、鋼板と雰囲気との界面である「表面」全部を意味する概念である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、鋼板を製造する方法であって、冷却水を鋼板表面に供給することにより鋼板を目標温度に近づける工程を備え、該工程で供給される冷却水の圧力および／又は流量の制御が、ポンプの回転数を変更することにより行われ、ポンプの回転数は、所定の設備における鋼板の目標温度と鋼板の予測温度との差が所定の範囲内に含まれるように決定され、該決定に基づいて、所定の設備を鋼板が通過している最中に少なくとも１回、ポンプの回転数が変更されることを特徴とする鋼板の製造方法である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の鋼板の製造方法において、ポンプの回転数の変更は、鋼板の先端部、および冷却水を使用しなかったときに最も高い冷却能力が必要とされる鋼板の位置に基づいて行われることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法において、ポンプ回転数は、冷却装置に備えられるヘッダー１本当たりの熱伝達係数と、ヘッダーの使用本数に基づく数式モデルを用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法において、鋼板の目標温度は、複数のスタンドを有する仕上げ圧延機のスタンド間、仕上げ圧延機の出側、および仕上げ圧延機の出側に配置された冷却装置の出側のうち少なくとも１か所における温度とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の鋼板の製造方法において、冷却水の圧力および／又は流量の制御は、仕上げ圧延機のスタンド間に配置された冷却装置、および仕上げ圧延機の出側に配置された冷却装置の少なくとも一方に対して行われることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法において、ポンプの回転数が決められた後、冷却水を噴射するヘッダーの本数を決定する工程を含む。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法において、冷却水を使用しなかったときの予測温度から必要な冷却能力を導出し、予め作成した冷却能力に応じたポンプ回転数とヘッダー使用本数とを出力するテーブルを参照して、ポンプ回転数とヘッダー使用本数とを制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、必要な冷却能力の変化が正であるとともに、その変化が大きいときには、必要とされる冷却能力の最大値に基づいてポンプ回転数を決定し、ヘッダーの使用本数で冷却能力を制御し、必要な冷却能力の変化が負であるとともに、その変化が大きいときには、ポンプの回転数を変更することなく、ヘッダーの使用本数のみで冷却能力を制御する鋼板の製造方法である。
請求項１０に記載の発明は、圧延機と、冷却水を加圧するポンプと、ポンプを回転させるモータと、ポンプから供給される冷却水を流すヘッダー、及び該ヘッダーに配置され、鋼板に対して冷却水を噴射するノズルを有する冷却装置と、モータを制御するとともに鋼板の予測温度を演算する冷却制御装置と、を備え、冷却制御装置は、鋼板の目標温度と鋼板の予測温度との差が所定の範囲内に含まれるようにポンプの回転数を決定し、鋼板の先端が圧延機に到達する前にポンプの回転数が変更され、鋼板が圧延機を通過するまでポンプの回転数を変更しない制御をする鋼板の製造装置である。
請求項１１に記載の発明は、圧延機と、冷却水を加圧するポンプと、ポンプを回転させるモータと、ポンプから供給される冷却水を流すヘッダー、及び該ヘッダーに配置され、鋼板に対して冷却水を噴射するノズルを有する冷却装置と、モータを制御するとともに鋼板の予測温度を演算する冷却制御装置と、を備え、冷却制御装置は、鋼板の目標温度と鋼板の予測温度との差が所定の範囲内に含まれるようにポンプの回転数を決定し、該決定に基づいて、圧延機を鋼板が通過している最中に少なくとも１回、ポンプの回転数を変更する制御をする鋼板の製造装置である。
請求項１２に記載の発明は、鋼板の製造装置に配置される冷却装置に冷却水を供給するポンプを制御するプログラムであって、冷却装置に具備されるヘッダーの使用数を決定するステップと、ポンプの回転数を決めるため鋼板上の制御点を選択するステップと、制御点の条件を設定するステップと、鋼板の温度を予測するステップと、予測された温度と目標温度との差を演算し、その結果に基づいてポンプの回転数を決定するステップと、を備える冷却水を供給するポンプを制御するプログラムである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の鋼板の製造方法によれば、ポンプの回転数を必要最小限として冷却装置を駆動することができる。従って、必要な冷却能力を維持しつつも、ポンプの駆動に要する消費電力を抑えることができる。また、これによれば、ポンプの回転数により冷却能力を調整することが可能であるから、冷却能力の微調整ができ、鋼板の温度変動も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】１つの実施形態にかかる熱延鋼板の製造方法に供される製造装置の一部を模式的に示した図である。
【図２】スタンド間冷却装置のうち上面給水手段について説明する図である。
【図３】ポンプ回転数を制御するフローである。
【図４】実施例１の制御を模式的に示した図である。
【図５】実施例２の制御を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の上記した作用および利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
図１は、１つの実施形態にかかる熱延鋼板の製造方法に供される熱延鋼板の製造装置１０（以下、「製造装置１０」と記載することがある。）を説明するための概念図である。図１では、鋼板１は紙面左（上流側、入側）から右（下流側、出側）の方向へと搬送されており、紙面上下が鉛直方向である。ここではパスラインを破線Ｐで示している。上流側（入側）・下流側（出側）方向を通板方向と記載することがあり、これに直交する方向で、通板される鋼板の板幅の方向（図１の紙面奥／手前方向）を板幅方向と記載することがある。また、図において見易さのため繰り返しとなる符号の記載は省略することがある。
なお、ここでは１つの実施形態として「熱延鋼板」の製造方法について説明するが、必ずしも「熱延鋼板」のみを対象とするものではなく、ポンプを用いて冷却水を噴射して冷却するものであれば適用可能である。これには例えば「厚鋼板」の製造等を挙げることができる。
【００２４】
図１に示すように、製造装置１０は、熱間仕上げ圧延機列１１、スタンド間冷却装置１２、１２、…、ポンプ１５、モータ１６、ピンチロール１７、巻き取り装置１８、直後冷却装置１９、およびホットラン冷却装置２０を備えている。
さらに、製造装置１０には、モータ１６を制御する手段として冷却制御装置２５を有している。
なお、ここでは図示および説明は省略するが、熱間仕上げ圧延機列１１より入側には、加熱炉や粗圧延機列等が配置され、熱間仕上げ圧延機列１１に入るための鋼板の条件を整えている。
【００２５】
熱延鋼板は概ね次のように製造される。すなわち、加熱炉から抽出され、粗圧延機で所定の厚さまで圧延された粗バーが、連続的に熱間仕上げ圧延機列１１で所定の厚さまで圧延される。このとき、スタンド間冷却装置１２、１２、…により鋼板１の温度制御がされつつ圧延が行われる。熱間仕上げ圧延機列１１を出た鋼板１は、直後冷却装置１９で急速に冷却される。そして、ピンチロール１７を通過し、ホットラン冷却装置２０により所定の巻き取り温度にまで冷却され、巻き取り装置１８によりコイル状に巻き取られる。
【００２６】
以下、製造装置１０について詳しく説明する。
熱間仕上げ圧延機列１１は、７機の圧延機１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇが通板方向に沿って並列されている。それぞれの圧延機１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇは、いわゆる各スタンドを構成する圧延機で、最終製品において必要とされる鋼板１の厚さ、機械的性質、表面品質等の条件を満たすことができるように圧下率等の圧延条件が設定されている。ここで、各スタンドの圧下率は製造される鋼板が有するべき性能を満たすように設定されるが、高圧下圧延（後段スタンドの圧下率を高めた仕上げ圧延）を行って、オーステナイト粒に大きな変形を与え、転移密度を上昇させることにより、冷却後のフェライト粒の微細化を図る観点から、最終スタンドであるスタンド１１ｇにおいて、通常の圧延よりも高圧下である１５％〜５０％の圧下率としてもよい。
【００２７】
各スタンドの圧延機は、実際に鋼板を挟んで圧下する一対のワークロール１１ａｗ、１１ａｗ、…、１１ｆｗ、１１ｆｗ、１１ｇｗ、１１ｇｗと、該ワークロールに外周同士を接するように配置された一対のバックアップロール１１ａｂ、１１ａｂ、…、１１ｆｂ、１１ｆｂ、１１ｇｂ、１１ｇｂとを有している。また、圧延機はワークロールおよびバックアップロールを内側に含み、圧延機の外殻を形成し、ワークロールおよびバックアップロールを支持するハウジング１１ａｈ、…、１１ｆｈ、１１ｇｈを備えている。このハウジングは対向して立設された立設部を有しており、立設部は通板される鋼板１を板幅方向に挟むように立設されている。
【００２８】
スタンド間冷却装置１２、１２、…は、スタンド間に配置される冷却装置で、スタンド間冷却装置１２は、上面給水手段１３と、下面給水手段１４と、を備えている。図２は１つのスタンド間冷却装置１２の上面給水手段１３の一部、およびここから冷却水が噴射された様子を模式的に示した斜視図である。
【００２９】
上面給水手段１３は、鋼板１の上面側に冷却水を供給する手段であり、ヘッダー１３ａ、１３ａ、…、各ヘッダー１３ａ、１３ａ、…に複数列をなして設けられた導管１３ｂ、１３ｂ、…、および該導管１３ｂ、１３ｂ、…の先端に取り付けられたノズル１３ｃ、１３ｃ、…（図２では導管１３ｂ、１３ｂ、…により見えない。）を備えている。また、各ヘッダー１３ａ、１３ａ、…には、ＯＮ／ＯＦＦ弁１３ｄ、１３ｄ、…が配置されている。
ヘッダー１３ａ、１３ａ、…は鋼板１の板幅方向に延在する配管であり、このようなヘッダー１３ａ、１３ａ、…が通板方向に並列されている。
導管１３ｂ、１３ｂ、…は各ヘッダー１３ａ、１３ａ、…から分岐する複数の細い配管であり、その開口端部が鋼板１の上面側に向けられている。導管１３ｂ、１３ｂ、…は、ヘッダー１３ａ、１３ａ、…の管長方向に沿って、すなわち鋼板１の板幅方向に複数、櫛歯状に設けられている。
【００３０】
各導管１３ｂ、１３ｂ、…の先端にはノズル１３ｃ、１３ｃ、…が取り付けられている。本実施形態のノズル１３ｃ、１３ｃ、…は、図２からわかるように、扇状の冷却水噴流（例えば、５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚さ）を形成可能なフラットタイプのスプレーノズルで、鋼板１の板幅方向に対して所定の角度捩じるように配置している。また、通板方向に隣り合うノズル列では、板幅方向の位置をずらすように配置し、さらにその隣のノズル列と板幅方向位置が同じとなるように、いわゆる千鳥状配列としている。
【００３１】
ＯＮ／ＯＦＦ弁１３ｄ、１３ｄ、…は、各ヘッダー１３ａ、１３ａ、…に配置されるＯＮ／ＯＦＦ弁であり、ヘッダーごとに冷却水の噴射の実行および停止を制御することができるように構成されている。
本実施形態ではヘッダーごとにＯＮ／ＯＦＦ弁を設ける態様を説明したが、これに限定されることはなく、複数のヘッダーに対して１つのＯＮ／ＯＦＦ弁が設けられていてもよい。
【００３２】
下面給水手段１４は、鋼板１を挟んで上面給水手段１３と対向する位置に配置され、鋼板１の下面に冷却水を供給する手段である。下面給水手段１４は冷却水の噴射方向が異なるものの、上記した上面給水手段１３と概ね同じ構成を備えているので、ここでは説明を省略する。
【００３３】
本実施形態では、熱間仕上げ圧延機列１１は７つの圧延機（１１ａ〜１１ｇ）からなり、スタンド間冷却装置１２、１２、…は、第一スタンドと第二スタンドとの間、第二スタンドと第三スタンドとの間、第三スタンドと第四スタンドとの間、第五スタンドと第六スタンドとの間、及び第六スタンドと第七スタンドとの間のそれぞれに配置されている。
いずれのスタンド間にスタンド間冷却装置を配置するかについては特に限定されることはなく、他の機器との関係や、必要に応じて配置する数および位置を設定することができる。
【００３４】
ポンプ１５は、上記スタンド間冷却装置１２、１２、…に加圧した冷却水の供給をおこなう装置である。本実施形態では１つのポンプ１５で複数のスタンド間冷却装置１２、１２、…に冷却水を供給することができる。
【００３５】
モータ１６は、ポンプ１５を回転させて駆動する装置であり、ポンプ１５の回転数の変更はモータ１６の回転の変更により行われる。また、モータ１６は冷却制御装置２５に接続されてその指令を受けることができるように構成されている。
【００３６】
ピンチロール１７は、水切りを兼ねており、直後冷却装置１９の出側に設けられている。これにより、直後冷却装置１９内で噴射された冷却水が下流側へと流出することを防止できる。さらには、直後冷却装置１９における鋼板１の波打ちを抑制して、特に、鋼板１の先端が巻き取り装置１８に噛み込まれる前の時点における鋼板１の通板性を向上させることができる。ここでピンチロール１７のロールのうち上側のロールは上下に移動可能とされている。
【００３７】
巻き取り装置１８は、圧延された鋼板１をコイル状に巻き取る装置である。巻き取り装置１８は公知のものを適用することができる。
【００３８】
直後冷却装置１９は、仕上げ圧延機列１１とピンチロール１７との間に配置され、仕上げ圧延直後の鋼板１を冷却する装置である。直後冷却装置１９も上記スタンド間冷却装置１２、１２、…と同様に、鋼板１の上面側に冷却水を噴射する上面給水手段、および鋼板１の下面側に冷却水を噴射する下面給水手段を有している。
【００３９】
直後冷却装置１９に備えられる上面給水手段、および下面給水手段は、仕上げ圧延機列１１による圧延の直後に鋼板１を冷却することができればその形態は特に限定されるものではない。これには例えば上記スタンド間冷却装置１２、１２、…で説明した、ヘッダー、導管、およびノズルと同様のものを挙げることができる。また、本実施形態の直後冷却装置１９は、複数のポンプとモータにより冷却水を供給することができるような構成とされている。
【００４０】
さらには、直後冷却装置１９は次のような構成を備えていることが好ましい。すなわち、鋼板組織の微細化の観点から、圧延直後の急冷が効果的である。そのため、直後冷却装置１９の上流側端部は、図１に模式的に表わしたように、仕上げ圧延機１１の最終スタンド１１ｇ内に配置され、該最終スタンド１１ｇ内から鋼板１を冷却できることがよい。また、冷却水の量の観点からは、高水量密度で冷却することが好ましく、例えば、１０〜２５ｍ３／（ｍ２・分）を挙げることができる。なお、この水量密度は鋼板１の片面に対するもので、これより大きい水量密度でもよい。冷却能力としては、３ｍｍ厚の鋼板において、６００℃／秒以上であることが好ましい。
【００４１】
図１に戻り引き続き製造装置１０について説明する。ホットラン冷却装置２０は、ピンチロール１７の後に配置される水冷の冷却装置であり、鋼板１を巻き取り温度にまで冷却するためのものである。ホットラン冷却装置２０も、スタンド間冷却装置１２と同様に上面給水手段、下面給水手段を備えており、鋼板１を上下面の両面から冷却可能に構成されている。
【００４２】
ホットラン冷却装置２０の上面給水手段は、鋼板１の上面側に冷却水を供給する手段であり、ここには通常に適用される冷却手段を用いることができる。これには例えばパイプラミナー冷却装置を挙げることができ、当該装置はラミナーフローノズルを備えている。
【００４３】
ホットラン冷却装置２０の下面給水手段は、鋼板１の下面側に冷却水を供給する手段であり、ここには通常に適用される冷却手段を用いることができる。これには例えば円錐状の噴流を形成する「フルコーンスプレーノズル」を具備するスプレー冷却装置を挙げることができる。
【００４４】
冷却制御装置２５は、仕上げ圧延機出側温度予測装置２６、およびモータ制御装置２７を備えて構成される。
仕上げ圧延機出側温度予測装置２６は、仕上げ圧延機１１の出側における鋼板１の予測温度を計算して得る。ここでおこなわれる演算内容は例えば次の通りである。
【００４５】
各スタンドの圧延における加工発熱による温度上昇量ΔＴ１は次の式（１）で表される。
【００４６】
【数１】
0005617321.tif 000002
【００４７】
ここで、ｃは鋼板１の比熱（Ｊ／ｋｇ・℃）、ρは鋼板１の密度（ｋｇ／ｍ３）、ηは加工熱効率、およびＧは圧延トルク（Ｎ・ｍ）である。また、ｒはワークロール径（ｍ）、ｗは鋼板１の板幅（ｍ）、ｈ２は対象とするスタンド後の板厚（ｍ）である。
【００４８】
ワークロール（１１ｇｗ等）との接触による温度下降量ΔＴ２は式（２）により算出できる。
【００４９】
【数２】
0005617321.tif 000003
【００５０】
ここで、ｃは鋼板１の比熱（Ｊ／ｋｇ・℃）、ρは鋼板の密度（ｋｇ／ｍ３）、およびλは鋼板１の熱伝導率（Ｗ／ｍ・℃）である。また、ｈ２は対象とするスタンド後の板厚（ｍ）、ｔＲは鋼板１がワークロールと接触している時間（ｓ）、ＴＳ２はワークロールへの接触中の鋼板１の表面温度（℃）、およびＴＲはワークロールの温度（℃）である。
【００５１】
そして、スタンド間の鋼板１の搬送における空冷、水冷による冷却温度下降量は式（３）、式（４）により求めることができる。式（３）は空冷による温度降下ΔＴ３Ａ、式（４）が水冷による温度降下ΔＴ３Ｌである。
【００５２】
【数３】
0005617321.tif 000004
【００５３】
【数４】
0005617321.tif 000005
【００５４】
ここで、σはステファン・ボルツマン定数（Ｗ／ｍ２・Ｋ４）、εは鋼板１の輻射率（−）、ｃは鋼板１の比熱（Ｊ／ｋｇ・℃）、ρは鋼板１の密度（ｋｇ／ｍ３）である。また、αＡは空冷部の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・℃）、αＲは水冷による熱伝達率（Ｗ／ｍ２・℃）、ｈ２は対象とするスタンド直後の鋼板１の板厚（ｍ）である。ＴＳ３Ｌは水冷部分における鋼板１の表面温度（℃）、ＴＳ３Ａは空冷部分における鋼板１の表面温度（℃）、ＴＡは気温（℃）、ＴＬは冷却水温度（℃）である。ｔ３Ｌは水冷部分を通過する時間（秒）ｔ３Ａは空冷部分を通過する時間（秒）である。水冷部分における鋼板１の表面温度は該水冷部分における平均温度を意味する。
【００５５】
ここで、水冷による熱伝達率αＲは、次のように得ることができる。
ポンプの回転数をＮ、使用するヘッダー（ＯＮ／ＯＦＦ弁がＯＮとなっているヘッダー）の本数をｎとする。これらＮ、ｎを変化させたときのヘッダー１本あたりの流量Ｑ（ｎ，Ｎ）、圧力Ｐ（ｎ，Ｎ）の特性は実験を行うことで、式（５）、式（６）のように数式モデル化できる。
【００５６】
【数５】
0005617321.tif 000006
【００５７】
【数６】
0005617321.tif 000007
【００５８】
ここで、Ｎ０は基準のポンプ回転数であり、Ｐ０、Ｑ０はポンプ回転数がＮ０のときのヘッダー１本あたりの圧力、流量である。ｆ、ｇは実験にて得られた関数式である。また、α（ｎ）、β（ｎ）、ａ、およびｂは実験により得られる値である。
【００５９】
式（５）、式（６）に基づいて、ポンプの回転数をＮ、ヘッダーの使用本数をｎとしたときに、ヘッダー１本あたりの冷却能力（熱伝達係数）αＲ（ｎ，Ｎ）は式（７）のように、ポンプ回転数がＮ０のときの基準の熱伝達係数Ｈ０を用いて実験にて求めることができる。ここで、ｈは実験にて得られた関数式である。また、ｃ、ｄも実験により得られる値である。
【００６０】
【数７】
0005617321.tif 000008
【００６１】
以上の各式を用いて各スタンド出口における鋼板１の温度を予測し、最終的に熱間圧延機列１１の出側における鋼板１の予測温度を得る。
【００６２】
モータ制御装置２７では、仕上げ圧延機出側温度予測装置２６からの指令に基づいて、鋼板１の圧延時にモータ１６の回転数を制御してポンプの回転数を所定のものにする。
【００６３】
以上のような構成を有する製造装置１０により、適切な冷却能力を得つつ、ポンプ駆動に要する消費電力を抑制することができる。
【００６４】
次に、製造装置１０を用いて熱延鋼板を製造する方法の例を説明する。ここではわかりやすさのため製造装置１０による製造方法を説明するが、必ずしも製造装置１０による必要はなく、以下に説明する方法で製造することが可能であれば他の装置によるものであってもよい。
【００６５】
加熱炉から抽出され、粗圧延機で所定の厚さまで圧延された鋼板１（粗バー）が、熱間仕上げ圧延機列１１に供給される。熱間仕上げ圧延機列１１に供給された鋼板１は先端から順に熱間仕上げ圧延機列１１の各スタンドを通過することにより圧延される。このとき、スタンド間冷却装置１２、１２、…が配置されたスタンド間では、上記のように制御された冷却水が噴射され、鋼板１が目標とされる温度に近づけられる。
【００６６】
ここで、スタンド間冷却装置１２、１２、…は、熱間仕上げ圧延機１１出側の温度が目標温度となるように冷却水を鋼板１に供給する。具体的には、モータ制御装置２７により、次のように冷却水の供給制御がなされる。図３にフロー図を示した。
【００６７】
冷却水の供給制御の決定Ｓ１は、ポンプ回転数パターン決定過程Ｓ１０とヘッダー本数決定過程Ｓ２０とを含んでいる。
ポンプ回転数パターン決定過程Ｓ１０は、後述する各制御点におけるポンプ１５の回転数を最小限に抑えつつ、必要な冷却能力が得られるような冷却水を供給するためのポンプの回転数のパターンを決定する工程である。そのために、ポンプ回転数パターン決定工程Ｓ１０は、過程Ｓ１１〜Ｓ１７を具備している。
【００６８】
過程Ｓ１１は、使用するヘッダーを選択する過程である。過程Ｓ１１では、同一の鋼板の圧延中に最大限の状態で使用するヘッダー本数（または設置されている各ヘッダーのうち、最大限の状態で使用するヘッダーの場所）を鋼板１の材質、製造寸法などからなる予め決められたテーブルより決める。
【００６９】
過程Ｓ１２は、ポンプ回転数を決める制御点ｉを選択する過程である。ここで制御点ｉは、鋼板の先端から尾端までの間で任意に選択される鋼板位置である。制御点ｉを１点とする場合には、ポンプ回転数を長手方向で変化させないことを意味する。また、制御点ｉを複数とする場合には当該制御点ｉを境にポンプ回転数が変更されることもある。
この制御点ｉの決め方は様々な考えがあるが、特に限定されるものではない。例えば、長手方向で２回、ポンプ回転数を変更させる場合は、先端、ヘッダーを使わなかった時の熱間仕上げ圧延機列出側温度が目標温度に比べて一番高い点、および尾端部の合計３箇所を制御点とすることを挙げることができる。また、その他、鋼板を長手方向に等分割（例えば１０等分）した点を制御点としてもよい。
【００７０】
過程Ｓ１３は制御点ｉの条件を設定する過程である。これは制御点ｉの位置における仕上圧延機出側温度を計算するための各種条件であり、具体的には上記した式（１）〜式（７）を演算するための例えば熱間仕上圧延機列入側の温度、各スタンドの出側の鋼板移動速度、および板厚などを挙げることができる。
【００７１】
過程Ｓ１４はポンプ回転数の初期値を最小とする過程である。初期値を最小とし、以下の過程において必要に応じて回転数を増加するというものである。なお、この最小値は冷却装置を安定して供給できるポンプ回転数の最小値を考慮しているのはいうまでもない。また、操業上、ヘッダー１本あたりに必要とされる最小の冷却能力も考慮された値である。
【００７２】
過程Ｓ１５は仕上げ圧延機出側予測温度を計算する過程である。当該計算は上記した仕上げ圧延機出側温度予測装置２６により行われ、その演算結果がモータ制御装置２７に送信される。
【００７３】
過程Ｓ１６は、Ｓ１５で得た仕上げ圧延機出側予測温度と目標温度との差が、絶対値で所定の範囲（δ）にあるかについて判断する過程である。ここで、「δ」は、予めテーブルで決められる制御上の調整パラメータである。
【００７４】
過程Ｓ１６では差の絶対値がδ以上であると判断された場合は、いまだ十分な冷却能力を得られていないと考えられる。従って、過程Ｓ１７によりポンプ回転数を増加し、その情報を仕上げ圧延機出側温度予測装置２６に送信して、改めて過程Ｓ１５の計算、及び過程Ｓ１６の判断をおこなう。
【００７５】
過程Ｓ１６で差の絶対値がδ未満であると判断された場合は、次のヘッダー本数決定過程Ｓ２０に移行する。ヘッダー本数決定過程Ｓ２０は、制御点ｉでのヘッダー使用本数を決定する過程であり、過程Ｓ２１〜Ｓ２７を備えている。
【００７６】
なお、本実施形態ではスタンド間冷却装置１２、１２、…が１基のモータ１６およびポンプ１５から駆動されることを想定しているが、例えば直後急冷装置１９のように複数のモータおよびポンプで駆動する態様であってもよい。この場合は、Ｓ１７でポンプ回転数を増加するときは、複数のポンプ回転数を一律で増加させるのか、または、特定の１基のポンプ回転数を先に増加し終えてから、残りのポンプ回転数を増加するなどの変更で対処できる。
【００７７】
また、例えば、長手方向で２回ポンプ回転数を変更させる場合は、先端部の制御点、およびヘッダーを使用していない時に最も高い冷却能力が必要とされる制御点、尾端部の制御点の合計３箇所で必要となるポンプ回転数を算出すればよい。ここで尾端部を制御点の１つにするのは、尾端において鋼板がワークロールから抜けるときに、反りによる絞り込みが気になるときには、尾端部では鋼板速度を減速させるので、温度が低下し、ヘッダーをＯＦＦにする必要があるからである。しかし、ヘッダーのＯＦＦによると応答が遅いので、ポンプ回転数を落とすことで、ヘッダーＯＦＦ応答のズレによる影響を最小化することができる。
３箇所の制御点で決めたポンプ回転数の補間方法、すなわち制御点間のポンプ回転数の設定方法はとして例えば次のようなものを挙げることができる。圧延速度パターンと同じ時間タイミングで変更する方法、先端部で決めたポンプ回転数のまま使用ヘッダー本数を追加していき、使用ヘッダー本数を最大限にしてからポンプ回転数を最高点で決めたポンプ回転数に所定レートで変更させる方法など様々な方法があり、いずれの方法でも適用可能である。
【００７８】
ヘッダー本数決定過程Ｓ２０は、ポンプ回転数パターン決定過程Ｓ１０のパターンに基づき、再度、全制御点に基づいて必要なヘッダー本数を厳密に計算する過程である。そのためにヘッダー本数決定過程Ｓ２０は、過程Ｓ２１〜Ｓ２８を具備している。
【００７９】
過程Ｓ２１は、先端部で初期状態とする過程である。先端を基準に以下の過程を進める意味である。なおこれをｉ＝０とする。
【００８０】
過程Ｓ２２は制御点ｉの条件を設定する過程である。これは制御点ｉの位置における仕上圧延機出側温度を計算するための各種条件であり、具体的には上記した式（１）〜式（７）を演算するための例えば熱間仕上圧延機列入側の温度、各スタンドの出側の鋼板移動速度、および板厚などを挙げることができる。
【００８１】
過程Ｓ２３は、過程Ｓ１１で選択したヘッダーの、全てのヘッダーが未使用であるという初期条件を与える過程である。初期条件を最小とし、以下の過程において必要に応じてヘッダーの使用本数を増加するというものである。
【００８２】
過程Ｓ２４は仕上げ圧延機出側予測温度を計算する過程である。当該計算は上記した仕上げ圧延機出側温度予測装置２６により行われ、その演算結果がモータ制御装置２７に送信される。
【００８３】
過程Ｓ２５は、過程Ｓ２４で得た仕上げ圧延機出側予測温度と目標温度との差が、絶対値で所定の範囲（δ）にあるかについて判断する過程である。ここで、「δ」は、予めテーブルで決められる制御上の調整パラメータである。
【００８４】
過程Ｓ２５で差の絶対値がδ以上であると判断された場合は、いまだ十分な冷却能力を得られていないと考えられる。従って、過程Ｓ２６により使用するヘッダー本数を１本増加し、その情報を仕上げ圧延機出側温度予測装置２６に送信して、改めて過程Ｓ２４の計算、及び過程Ｓ２５の判断をおこなう。
【００８５】
過程Ｓ２５で差の絶対値がδ未満であると判断された場合は、過程Ｓ２７に移行する。過程Ｓ２７は、尾端の位置まで上記各処理が終了したかを判断する過程である。まだ尾端まで終了していないとの判断であれば、制御点を変えて（ｉ＋１→ｉ）再度過程Ｓ２２から処理をおこなう。一方、尾端までの処理が終了しているとの判断であれば、終了して上記の決定に基づいて、モータ１６を制御しポンプ１５を駆動してスタンド間冷却装置１２、１２、…を稼働させる。
【００８６】
ポンプは上記した内容に基づいてその回転数が制御される。すなわち、ポンプは、鋼板が通過する前においては、低い水準のある一定の待機状態の回転数に保持されている。そして鋼板の先端部が到達する前に目標とするポンプ回転数にまで回転数を上げる。さらに鋼板の尾端が通過した後は上記待機状態に戻ることとなる。
【００８７】
本実施形態では、仕上げ圧延機出側温度を基準に制御することを述べたが、これに限定されることはなく、仕上げ圧延機入側温度、直後冷却装置の後の温度、又はホットラン冷却装置の後の温度を基準に制御してもよい。
【００８８】
また、本実施形態では、フローに基づき順次計算をして制御する例を挙げたがこれに限定されることはなく、特に典型的な圧延の場合には予め作成したテーブルによりこれをあてはめて圧延をおこなってもよい。
また、必要とされる冷却能力の変化が大きいときには次のように制御してもよい。例えば必要な冷却能力の変化が正であるとともに、その変化が大きいときには、必要とされる冷却能力の最大値に基づいてポンプ回転数を決定し、ヘッダーの使用本数で冷却能力を制御する。一方、必要な冷却能力の変化が負であるとともに、その変化が大きいときには、ポンプの回転数を変更することなく、ヘッダーの使用本数のみで冷却能力を制御することもできる。
【００８９】
仕上げ圧延機列１１を出た鋼板１は、直後冷却装置１９で急速に冷却される。そして、ピンチロール１７を通過し、ホットラン冷却装置２０により所定の巻き取り温度にまで冷却され、巻き取り装置１８によりコイル状に巻き取られる。
【００９０】
以上のような熱延鋼板の製造方法によれば、ポンプの回転数を必要最小限として冷却装置を駆動することができる。従って、必要な冷却能力を維持しつつも、ポンプの駆動に要する消費電力を抑えることができる。また、これによれば、ポンプの回転数により冷却能力を調整することが可能であるから、冷却能力の微調整ができ、鋼板１の温度変動も低減できる。
【００９１】
上記した本実施形態では、冷却水の供給制御の決定Ｓ１をスタンド間冷却装置１２に対して適用したが、これに限定されるものではなく、直後冷却装置１９、ホットラン冷却装置２０、又はそれら複数の冷却装置に対して適用してもよい。かかる場合にも上記したと同様の効果を得ることが可能である。特にその性質上、圧延する鋼板により必要とされる水量の変動が大きい冷却装置に対しては特に効果が顕著である。
【実施例】
【００９２】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００９３】
実施例１は、制御点を１つとし、上記フローに基づいてポンプの回転数およびヘッダーの使用本数を決定し、圧延を行った図である。図４に結果を示した。図４（ａ）では、横軸は鋼板の位置、縦軸は、実線で「必要とされる冷却能力」、破線で「ヘッダー使用本数」を表わした。図４（ｂ）では横軸に鋼板の位置、縦軸にポンプの回転数を表わした。また、本実施例ではＣ含有量が０．４質量％のいわゆる中炭素鋼を、最終的に４ｍｍ厚さ、１２００ｍｍ幅に圧延するものである。
図４（ａ）からわかるように、必要とされる冷却能力が最大のときにはヘッダー使用本数が最大となる。また、必要とされる冷却能力の曲線に追随してヘッダー使用本数が制御されている。また図４（ｂ）からわかるように本実施例では制御点が１つなので、上記したフローによりポンプ回転数が決定されるとともに、その回転数は一定である。
【００９４】
実施例２では、制御点を複数とし、上記フローに基づいてポンプの回転数およびヘッダーの使用本数を決定し、圧延を行った図である。図５に結果を示した。図５（ａ）では、横軸は鋼板の位置、縦軸は、実線で「必要とされる冷却能力」、破線で「ヘッダー使用本数」、及び太い実線で「冷却能力」を表わした。図５（ｂ）では横軸に鋼板の位置、縦軸にポンプの回転数を表わした。本実施例でも上記実施例１と同様にＣ含有量が０．４質量％のいわゆる中炭素鋼を、最終的に４ｍｍ厚さ、１２００ｍｍ幅に圧延するものである。
図５（ａ）からわかるように、必要とされる冷却能力が最大のときにはヘッダー使用本数、及び冷却能力が最大となる。また、必要とされる冷却能力の曲線につ追随してヘッダー使用本数が制御されている。また図５（ｂ）に表れるように、上記フローによりポンプ回転数が決定されており、該回転数が順次変更されている。そしてポンプ回転数の変化に相まって、実際の「冷却能力」が「必要とされる冷却能力」に近づくように制御されている。
【００９５】
以上、現時点において実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う鋼板の製造方法も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００９６】
１  鋼板
１０  熱延鋼板の製造装置
１１  熱間仕上げ圧延機列
１１ｇ  最終スタンド
１２  スタンド間冷却装置
１３  上面給水手段
１４  下面給水手段
１５  ポンプ
１６  モータ
１７  ピンチロール
１８  巻き取り装置
１９  直後急冷装置
２０  ホットラン冷却装置
２５  冷却制御装置
２６  仕上げ圧延機出側温度予測装置
２７  モータ制御装置
【図１】
0005617321.tif 000009
【図３】
0005617321.tif 000010
【図４】
0005617321.tif 000011
【図５】
0005617321.tif 000012
【図２】
0005617321.tif 000013