(57)【要約】【課題】熱間圧延材全長に亘って高精度で巻取温度を制御することができる熱間圧延材の冷却制御方法を提供すること。【解決手段】熱間圧延材を長手方向に複数の制御単位に区分けし、制御単位毎に、モデル式によって決定される熱伝達係数に所定の学習値を乗じた熱伝達係数を用いて温度制御する際に、制御単位を、熱間圧延材の長手方向に沿って先端部、定常部、尾端部の３つの部位に分類し、これら３つの部位毎に、各部位に属する制御単位毎の熱伝達係数の学習係数を算出し、それらの平均値を前記部位毎の熱伝達係数の学習値として用い、制御単位毎に行われる温度制御においては、その制御単位が属する部位に応じた熱伝達係数の学習値を用い、これら部位の境界部においては、制御単位毎に段階的に変化させた学習値を用いる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延設備において圧延された熱間圧延材を冷却設備により冷却して所定の巻取温度に制御するにあたり、前記熱間圧延材を長手方向に複数の制御単位に区分けし、前記制御単位毎に、モデル式によって決定される熱伝達係数に所定の学習値を乗じた熱伝達係数を用いて温度制御する熱間圧延材の冷却制御方法であって、
前記制御単位を、熱間圧延材の長手方向に沿って先端部、定常部、尾端部の３つの部位に分類し、これら３つの部位毎に、各部位に属する前記制御単位毎の熱伝達係数の学習係数を算出し、それらの平均値を前記部位毎の熱伝達係数の学習値として用い、
前記制御単位毎に行われる温度制御においては、当該制御単位が属する部位に応じた熱伝達係数の学習値を用い、これら部位の境界部においては、前記制御単位毎に段階的に変化させた学習値を用いることを特徴とする熱間圧延材の冷却制御方法。
【請求項２】
前記境界部に属する前記制御単位の熱伝達係数の学習値を、前記境界部の両側の部位の学習値を按分するように変化させることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延材の冷却制御方法。
【請求項３】
前記境界部に属する前記制御単位の熱伝達係数の学習値を、熱間圧延材長手方向に曲線的に増加または減少させることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延材の冷却制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延設備において圧延された熱延鋼板等の熱間圧延材のランナウトテーブルにおける冷却制御方法に関する。熱間圧延材はそれぞれ巻き取り温度の目標が定められており、巻取温度が目標の公差範囲内に入るように、巻取温度制御装置によって冷却制御を実施している。
【背景技術】
【０００２】
巻取温度制御は、熱延鋼板等の熱間圧延材を長手方向に定長単位で区切った制御単位（切板と呼ばれる）毎に、仕上圧延機（仕上げミル）出側の温度実績をもとに冷却パターンを決定するフィードフォワード（ＦＦ）制御と、巻き取り温度実績をもとに冷却量を修正するフィードバック（ＦＢ）制御とから成り立っている。
【０００３】
これら制御に用いる温度計算を行う際の鋼板の熱伝達係数は、モデル式によって決定される熱伝達係数に、鋼種や板厚、目標温度等によって区分けされた圧延材グループ毎に持つ学習値を乗じた値が採用される。
【０００４】
この熱伝達係数の学習値の温度計算への反映方法として、様々な手法が用いられているが、一般的には、鋼板長手方向に一定ピッチ間隔で、切板の巻取り温度実績から求まる熱伝達係数の学習係数を算出し、それらの平均値を当該鋼板の熱伝達係数の学習値として同一圧延グループの学習値を更新する技術が行われている。各切板の学習係数は、特許文献１〜３やその他の多くの文献に記載されているように、逐次型最小二乗法によって求められる。
【０００５】
また、鋼板の長手方向では温度変動の特性が異なり、特に鋼板長手方向の先端部や尾端部は定常部と比較して巻取温度の制御精度が悪いことが知られている。
【０００６】
この点に関して、上記特許文献１では、鋼板先端部の温度変動を抑止するための技術が示されている。具体的には、先端部の熱伝達係数の学習値として、先端部の学習係数の平均値を用い、同一圧延グループの熱伝達係数の学習値を更新している。注水設定を行う温度計算においては、先端部の熱伝達係数にのみ学習値を反映しており、先端部とそれ以外の部分とを分けて扱っている。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載された技術では、鋼板の長手方向で温度変動の特性の違いに着目し、一つの鋼板を長手方向にいくつかの区分に分割し、分割する区分毎に熱伝達係数学習値を持たせる仕組みを採用している。ただし、圧延材の種類に応じた学習値は設けていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３３６１６号公報
【特許文献２】特許第２７８３１２４号公報
【特許文献３】特公平６−８８０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１および２に示された技術に基づいて、鋼板の先端部および尾端部における巻取温度の制御精度を向上させるための方式として、鋼板を長手方向に、先端部、定常部、尾端部の３つの部位に分類し、それぞれに熱伝達係数の学習値を持たせるようにし、各部位の熱伝達係数の平均値を使用してそれぞれの熱伝達係数の学習値を更新し、温度計算においては、計算対象の切板が属する部位の学習値を用いて熱伝達係数を補正するように制御する方式が考えられる。
【００１０】
しかしながら、この方式により、鋼板の長手方向の先端部、定常部、尾端部の３つの部位において熱伝達係数の学習値を異なる値として注水制御を行うと、熱伝達係数の学習値が切り替わる境界において注水パターンが急激に変化することになり、その境界部分では巻取温度を高精度で制御することが困難である。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、熱間圧延材全長に亘って高精度で巻取温度を制御することができる熱間圧延材の冷却制御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】
【００１２】
本発明者は、上記課題を解決するために検討した結果、熱伝達係数の学習計算において、熱延鋼板等の熱間圧延材の長手方向に区分けした制御単位（切板）毎に算出される学習係数は、対象の制御単位が熱延材の長手方向のどの部位（先端部、尾端部、定常部）に属するかによって傾向が異なり、これらの境界において学習値に段差が形成されて温度制御精度に問題が生じるおそれがあるが、これら部位の境界部の制御単位において学習係数を滑らかに変化させることにより、熱間圧延材全長において巻取温度を高精度で制御できることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明は、熱間圧延設備において圧延された熱間圧延材を冷却設備により冷却して所定の巻取温度に制御するにあたり、前記熱間圧延材を長手方向に複数の制御単位に区分けし、前記制御単位毎に、モデル式によって決定される熱伝達係数に所定の学習値を乗じた熱伝達係数を用いて温度制御する熱間圧延材の冷却制御方法であって、前記制御単位を、熱間圧延材の長手方向に沿って先端部、定常部、尾端部の３つの部位に分類し、これら３つの部位毎に、各部位に属する前記制御単位毎の熱伝達係数の学習係数を算出し、それらの平均値を前記部位毎の熱伝達係数の学習値として用い、前記制御単位毎に行われる温度制御においては、当該制御単位が属する部位に応じた熱伝達係数の学習値を用い、これら部位の境界部においては、前記制御単位毎に段階的に変化させた学習値を用いることを特徴とする熱間圧延材の冷却制御方法を提供する。
【００１４】
前記境界部に属する前記制御単位の熱伝達係数の学習値を、前記境界部の両側の部位の学習値を按分するように変化させるか、または熱間圧延材長手方向に曲線的に増加または減少させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱間圧延材の長手方向の先端部、定常部、尾端部の境界部において、熱伝達係数の学習値を制御単位毎に段階的に変化させるので、境界部における温度変動を抑制することが可能となり高精度で熱間圧延材の巻取温度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の熱間圧延材の冷却制御方法を実施するための圧延冷却設備の一例を示す概略図である。
【図２】前回の同一圧延グループを圧延した実績から逆算した切板毎の熱伝達係数の学習係数をコイル（熱間圧延材）長手方向位置に対して求めた結果と設定学習値を示す図である。
【図３】切板を、熱間圧延材の長手方向に沿って先端部（ＬＥ）、定常部（ＭＩＤ）、尾端部（ＴＥ）の３つの部位に分類し、これら３つの部位毎に熱伝達係数の学習値を求めた結果を示す図である。
【図４】本発明の先端部（ＬＥ）、定常部（ＭＩＤ）、尾端部（ＴＥ）の境界部に属する複数の切板の学習値を、境界部の両側の部位の学習値を按分するように変化させた場合を示す図である。
【図５】本発明の先端部（ＬＥ）、定常部（ＭＩＤ）、尾端部（ＴＥ）の境界部に属する複数の切板の学習値を曲線的に変化させた場合を示す図である。
【図６】熱間圧延材の通板速度の変化（加減速率）の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明に至った考え方について説明する。
熱間圧延材の真の熱伝達係数は、熱間圧延材の長手方向における先端部、定常部、尾端部の各部位毎に変化し、一般的に、それぞれの境界において急激に変化するものではなく、一本の鋼板の中で滑らかに変化する。この点を考慮すると、背景技術に基づき、熱間圧延材を先端部、定常部、尾端部に区分し、それぞれに熱伝達係数の学習値を持たせるようにし、各部の熱伝達係数の平均値を使用してそれぞれの学習値を更新する場合には、各部位の境界では温度予測と実績との誤差が生じると考えられる。
【００１８】
一方、真の熱伝達係数が各部位の境界で急激に変化する場合には、上記背景技術に基づき、計算上の注水設定と実際の冷却実績が完全に同期できれば、その境界において温度外れは発生しないはずである。しかし、実際には熱間圧延材の通板速度の変化等により、熱間圧延材長手方向の計算上の注水位置と実際の冷却位置とのトラッキング誤差が生じ、注水設定と冷却実績が一致しないことがあり、温度外れの要因となる。
【００１９】
このため、本発明では、これらの不都合が生じないように、熱間圧延材の長手方向における先端部、定常部、尾端部の各部位の境界部において、各制御単位（切板）毎に段階的に変化させた熱伝達係数の学習値を段階的に変化させる。
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明について具体的に説明する。
図１は、本発明の熱間圧延材の冷却制御方法を実施するための圧延冷却設備の一例を示す概略図である。この圧延冷却設備１は、仕上圧延機２１（最終スタンドのみを図示する）の下流側に設けられたランナウトテーブル２２に設けられている。仕上圧延機２１で圧延された熱間圧延材（例えば鋼帯）Ｓは、ランナウトテーブル２２上を走行して巻取機（ダウンコイラー）２３に巻取られる。
【００２１】
圧延冷却設備１は、上下に配置され冷却水を熱間圧延材Ｓに注水する冷却部２を有している。冷却部２には冷却水供給手段（図示せず）から冷却水が供給される。これらの冷却部２はそれぞれ複数の冷却バンク３に分割されている。そして、このような冷却部２の各バンク３への注水量を調節することにより熱間圧延材Ｓに対する冷却量が制御される。
【００２２】
また、圧延冷却設備１は、仕上圧延機２１を出て冷却設備１に送り込まれる熱間圧延材Ｓの温度を測定する入側温度計４と、仕上圧延後の熱間圧延材Ｓの板厚を測定する板厚計５と、冷却設備への熱間圧延材Ｓの供給速度である仕上圧延機２１の熱間圧延材Ｓの搬出速度を測定する入側速度検出器６と、巻取り時の熱間圧延材Ｓの温度を測定する出側温度計７と、冷却設備からの熱間圧延材Ｓの搬出速度である巻取機２３の熱間圧延材の巻取速度を測定する出側速度検出器８とを有している。また、圧延冷却設備１は、熱間圧延材Ｓを所望の巻取温度に冷却制御するために冷却部２への注水パターンを算出する冷却制御部９と、冷却制御部９による注水パターンの算出のために熱伝達係数の学習値を演算して冷却制御部９に出力する学習値演算部１０と、冷却制御部９から出力された注水量に基づいて冷却部２に注水指令を出力するバンク開閉入出力部１１とを有する。
【００２３】
次に、圧延冷却設備１による冷却制御動作について説明する。
冷却制御部９は、熱間圧延材Ｓを全長にわたって所望の巻取温度に冷却するために冷却部２の各バンク３への注水パターンを算出し、これによって熱間圧延材Ｓの巻取温度を制御する。このときの制御は、熱間圧延材Ｓを長手方向に定長単位である切板毎に、仕上圧延機２１出側の入側温度計４で得られる温度実績をもとに冷却パターンを決定するフィードフォワード（ＦＦ）制御と、出側温度計７で得られる巻取温度実績をもとに冷却量を修正するフィードバック（ＦＢ）制御とから成り立っている。例えば、ＦＦ制御では、入側温度計４で得られる温度実績と熱間圧延材の熱伝達係数を用いて求められる温度降下量、さらには、板厚計５により求められる熱間圧延材Ｓの板厚、および入側速度検出器６および出側速度検出器８で測定された搬送速度に基づいて注水パターンを算出する。
【００２４】
このとき、冷却制御部９のＦＦ制御およびＦＢ制御において温度計算を行う際に用いる熱間圧延材の熱伝達係数は、モデル式によって決定される熱伝達係数に、鋼種や板厚、目標温度等によって区分けされた圧延材グループ毎に持つ学習値を乗じた値が採用される。この熱伝達係数の学習値は、学習値演算部１０で演算されて冷却制御部９の注水パターン算出に反映される。学習値演算部１０では、前回の同一圧延グループを圧延した際の実績に基づいて演算され更新された学習値が用いられる。
【００２５】
このようにして各バンク３の注水量が算出され、算出されたバンク３の注水量がバンク開閉入出力部１１に出力されてバンク開閉入出力部１１から各バンク３に注水指令が出力されて冷却制御が行われる。
【００２６】
ところで、従来は、このような熱伝達係数の学習値として、切板毎の熱伝達係数の学習係数を例えば逐次型最小二乗法によって算出し、その平均値を用いていた。
【００２７】
しかし、熱間圧延材の長手方向での温度変動特性が異なり、特に熱間圧延材長手方向の先端部や尾端部は定常部と比較して巻取温度の制御精度が悪く、過冷却や冷却不足による温度不良の発生頻度が高い。前回の同一圧延グループを圧延した実績から逆算した切板毎の学習係数をコイル（熱間圧延材）長手方向位置に対して求めると、図２に示すように、設定された学習値に対して先端部（ＬＥ）および尾端部（ＴＥ）の学習係数の誤差が大きく、巻取温度実績が公差を外れてしまう。また、先端部（ＬＥ）および尾端部（ＴＥ）の学習係数が設定学習値から大きく外れているため、当該コイル巻取完了後、定常部（ＭＩＤ）の切板の学習係数のみの平均値を今回学習値として算出し、同一圧延グループの学習値を更新するが、この場合には先端部および尾端部における学習係数と設定学習値との誤差（温度誤差）は次回の設定に反映されない。
【００２８】
なお、先端部（ＬＥ）、定常部（ＭＩＤ）、尾端部（ＴＥ）は、以下のように定義される。
先端部（ＬＥ）：熱間圧延材先端から、先端部がコイラーに巻き付いた瞬間にランナウトテーブル上にある切板
尾端部（ＴＥ）：熱間圧延材尾端が仕上げミルを抜けた瞬間にコイラー巻取前でランナウトテーブル上にある切板
定常部（ＭＩＤ）：先端部（ＬＥ）、尾端部（ＴＥ）以外の切り板
【００２９】
このため、本発明では、上記特許文献１、２に基づいて、制御単位である切板を、熱間圧延材の長手方向に沿って先端部（ＬＥ）、定常部（ＭＩＤ）、尾端部（ＴＥ）の３つの部位に分類し、これら３つの部位毎に、各部位に属する切板毎の熱伝達係数の学習係数を算出し、それらの平均値を部位毎の熱伝達係数の学習値として用い、切板毎に行われる温度制御においては、当該切板が属する部位に応じた熱伝達係数の学習値を用いることとした。
【００３０】
しかし、そのままでは、図３に示すように、先端部（ＬＥ）、定常部（ＭＩＤ）、尾端部（ＴＥ）の熱伝達係数の学習値は互いに異なっているため、各部位の境界においては段差が生じ、その部分で注水パターンが急激に変化し、温度制御精度に問題が生じるおそれがある。
【００３１】
そこで、本発明では、これら部位の境界部において、制御単位である切板毎に段階的に変化させた学習値を用いる。
【００３２】
例えば、境界部に属する複数の切板の学習値を、境界部の両側の部位の学習値を按分するように変化させることが挙げられる。具体的には、図４に示すように、先端部（ＬＥ）の学習値が０．７であり、定常部（ＭＩＤ）の学習値が０．８であるとし、それらの境界部の切板数をＮ（任意の数）とすると、境界部１切板目、２切板目、・・・、Ｎ切板目の学習値は、それぞれ、０．７＋｛（０．８−０．７）／（Ｎ＋１）｝×１、０．７＋｛（０．８−０．７）／（Ｎ＋１）｝×２、・・・、０．７＋｛（０．８−０．７）／（Ｎ＋１）｝×Ｎとなる。
【００３３】
このように学習値を按分する代わりに、例えば、境界部の切板の学習値が、図５に示すように熱間圧延材長手方向に曲線的に増加または減少するように設定してもよい。これは、境界部のＮ個の切板学習値の変化が曲線に近似されるように設定することにより実現することができる。
【００３４】
境界部長さ（つまり切板の数）は任意であるが、熱間圧延材の通板速度に応じて設定することができる。すなわち、熱間圧延材の通板速度は一定ではなく、図６に示すように、先端巻き取り後、尾端仕上抜け後に加減速するから、この熱間圧延の通板速度の変化（加減速率）によって決定することができる。例えば、加速率４０ｍｐｍ／ｓのときは、境界部を４切板として先端部学習値から定常部学習値へ遷移する例、減速率２０ｍｐｍ／ｓのときは、境界部を８切板として定常部学習値から尾端部学習値へ遷移する例を挙げることができる。
【００３５】
このように、先端部（ＬＥ）、定常部（ＭＩＤ）、尾端部（ＴＥ）の境界部において、切板毎に段階的に変化させた学習値を用いることにより、その部分の注水パターンが急激に変化することが防止され、境界部における温度変動を抑制することが可能となり高精度で熱間圧延材の巻取温度を制御することができる。
【００３６】
実際に本発明を適用することにより、先端部（ＬＥ）および尾端部（ＴＥ）の巻取温度精度が悪い熱間圧延材であっても、ＣＴ不良率を０．６２％と極めて低くすることができた。
【符号の説明】
【００３７】
１  圧延冷却設備
２  冷却部
３  冷却バンク
４  入側温度計
５  板厚計
６  入側速度検出器
７  出側温度計
８  出側速度検出器
９  冷却制御部
１０  学習値演算部
１１  バンク開閉入出力部
２１  仕上圧延機
２２  ランナウトテーブル
２３  巻取機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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