(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗圧延された粗バーを圧延する熱間圧延機と、前記熱間圧延機の入側に設置された加熱装置と、前記加熱装置入側に設置された温度検出器とを用いて、前記粗バーの熱間圧延機出側の仕上げ温度を、前記熱間圧延機出側の仕上げ目標温度に一致するように制御する熱延鋼帯の温度制御方法において、
前記熱間圧延機出側の仕上げ目標温度から、前記加熱装置出側の前記粗バー長手方向の温度目標値を、前記粗バーの長手方向の目標温度分布として算出し、
該温度目標値、および前記加熱装置入側に設置された温度検出器で検出された検出温度から、前記粗バーの昇温目標値を、前記粗バーの長手方向の場所に対してそれぞれ算出し、
該昇温目標値に基いて、粗バー移動距離検出装置により前記粗バーの長手方向の場所と前記温度検出器の位置とをトラッキングし、前記昇温目標値の示す前記粗バーの長手方向の場所と前記加熱装置で加熱する前記粗バーの長手方向の場所とを一致させて、前記加熱装置をフィードフォワード制御し、前記加熱装置出側の前記粗バー長手方向の温度を前記温度目標値に一致させ、前記熱間圧延機出側の仕上げ温度が前記熱間圧延機出側の仕上げ目標温度と一致するように制御することを特徴とする熱延鋼帯の温度制御方法。
【請求項２】
さらに、前記熱間圧延機出側に設置された第２の温度検出器と、
前記熱間圧延機内に設置された冷却装置と、
モデル修正部とを備え、
前記モデル修正部において、前記加熱装置入側で検出された粗バーの温度、前記加熱装置の加熱量、前記冷却装置の冷却量、および前記熱間圧延機出側で検出された温度の各実績を記録し、
該記録された各実績に基いて、前記熱間圧延機内の温度推定モデルの誤差を修正し、
該修正された温度推定モデルに基いて、前記加熱装置出側の前記粗バー長手方向の温度目標値を補正することを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間圧延機における熱延鋼帯の温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間仕上げ圧延においては、圧延温度によって鋼帯の冶金的性質、機械的性質が大きく異なることは良く知られている。特に炭素鋼からなるスラブを熱間圧延する場合、材質確保の観点から、仕上げ圧延機における圧延温度をフェライト変態開始温度（Ａｒ３温度）よりも高くする必要がある。圧延中にＡｒ３変態温度以下となると、粗大粒やひずみの蓄積により鋼帯の強度、延性、靱性などの特性が劣化する可能性があるからである。
【０００３】
近年の熱間仕上げ圧延では、生産性向上を図るため、長尺化の傾向がある。このため、鋼帯長手方向の圧延温度低下を防ぐため、様々な手段が講じられている。
【０００４】
代表的な方法として、加速圧延が知られている。仕上げ圧延機で圧延される粗バーの圧延速度を一定ではなく、粗バーの先端が仕上げ圧延機に入ってから、圧延速度を高める方法である。これにより、粗バー後端部が仕上げ圧延機を通過する時間が短くなり、ある程度温度低下を防ぐことができる、とされている。
【０００５】
これに対して、特開昭５５−３０３３８号公報には、誘導加熱炉を、粗圧延機出側と仕上げ圧延機入側との間に設け、鋼帯の後端部を加熱して長手方向の温度低下を防止する方法が開示されている。ここでは、加熱時定数が少ない誘導加熱炉を用い、仕上げ温度出側と、その目標温度との偏差に応じて温度を制御する方法が取られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
加速圧延では、長尺スラブの圧延後端部において、圧延速度が上限に達し、完全な解決に至らないという事情がある。
【０００７】
これに対し、特開昭５５−３０３３８号公報に開示された方法では、加速圧延による事情を、ある程度解決することができるが、仕上げ出側の温度をフィードバックして、仕上げ入り側の誘導加熱炉を制御するため、圧延材料の先端部が仕上げ圧延機を出るまで温度制御できない。
【０００８】
また、制御の遅れが大きく、応答の良い制御系を作れないことから、長手方向全体に渡って仕上げ温度目標値に一致させることが極めて困難である、という事情がある。
【０００９】
この発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、その目的は、鋼板全体の仕上げ温度を、仕上げ温度目標値に、より精度よく一致させることが可能な熱延鋼帯の温度制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る熱延鋼帯の温度制御方法の、第１の態様では、粗圧延された粗バーを圧延する熱間圧延機と、前記熱間圧延機の入側に設置された加熱装置と、前記加熱装置入側に設置された温度検出器とを用いて、前記粗バーの熱間圧延機出側の仕上げ温度を、前記熱間圧延機出側の仕上げ目標温度に一致するように制御する熱延鋼帯の温度制御方法において、前記熱間圧延機出側の仕上げ目標温度から、前記加熱装置出側の前記粗バー長手方向の温度目標値を、前記粗バーの長手方向の目標温度分布として算出し、該温度目標値、および前記加熱装置入側に設置された温度検出器で検出された検出温度から、前記粗バーの昇温目標値を、前記粗バーの長手方向の場所に対してそれぞれ算出し、該昇温目標値に基いて、粗バー移動距離検出装置により前記粗バーの長手方向の場所と前記温度検出器の位置とをトラッキングし、前記昇温目標値の示す前記粗バーの長手方向の場所と前記加熱装置で加熱する前記粗バーの長手方向の場所とを一致させて、前記加熱装置をフィードフォワード制御し、前記加熱装置出側の前記粗バー長手方向の温度を前記温度目標値に一致させ、前記熱間圧延機出側の仕上げ温度が前記熱間圧延機出側の仕上げ目標温度と一致するように制御することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係る熱延鋼帯の温度制御方法の、第２の態様では、上記第１の態様に対し、さらに、前記熱間圧延機出側に設置された第２の温度検出器と、前記熱間圧延機内に設置された冷却装置と、モデル修正部とを備え、前記モデル修正部において、前記加熱装置入側で検出された粗バーの温度、前記加熱装置の加熱量、前記冷却装置の冷却量、および前記熱間圧延機出側で検出された温度の各実績を記録し、該記録された各実績に基いて、前記熱間圧延機内の温度推定モデルの誤差を修正し、該修正された温度推定モデルに基いて、前記加熱装置出側の前記粗バー長手方向の温度目標値を補正することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
鋼板全体の仕上げ温度を、仕上げ温度目標値に、より精度よく一致させるためには、まず、誘導加熱装置を仕上げ圧延機群入側に設置し、仕上げ圧延機群と誘導加熱装置をできるだけ近づけ、無駄時間を小さくする必要がある。
【００１４】
このために、この発明では、加熱装置出側の温度目標値、即ち仕上げ圧延機群入側の温度目標値を設定し、加熱装置入側に温度検出器を設置し、この温度検出器で検出した粗バー表面温度から、この粗バーを、上記仕上げ圧延機群入側の温度目標値まで加熱するのに必要な電力量を算出し、算出された電力量を加熱装置に与える。
【００１５】
この時、仕上げ圧延機群入側の温度目標値は、予め設定されている仕上げ圧延機群出側の粗バー長手方向の温度目標値、粗バーを仕上げ圧延する際の仕上げ圧延機群の速度スケジュール、仕上げ圧延機群の各スタンド間における板厚スケジュール、各仕上げ圧延機の荷重設定、仕上げ圧延機群直前のデスケによる冷却、仕上げ圧延機群内でのスプレー冷却の設定などから、温度変化モデルを基にして算出することが可能である。
【００１６】
以下、この発明の第１の実施形態に係る熱延鋼帯の温度制御方法を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、この発明の第１の実施形態に係る鋼板圧延装置の基本構成を示す図である。
【００１８】
図１には、スラブを粗圧延機によって粗圧延し、粗圧延された粗バー１が誘導加熱装置２で加熱され、仕上げ圧延機３で、引き続き仕上げ圧延されている様子が概略的に示されている。
【００１９】
図１に示すように、第１の実施形態に係る装置では、誘導加熱装置２の入側に、温度検出器４を設置し、誘導加熱装置２の出側、即ち仕上げ圧延機３の入側での粗バー１の目標温度を、粗バー長手方向全体に対して計算する。具体的な計算方法の一例を、以下に説明する。
【００２０】
熱間圧延機の鋼板の入側〜出側にかけての温度変化は、熱伝導方程式を解くことで推定できることが知られている。ここで、熱間圧延における、温度分布解析は、主として厚み方向のみを考えることにする。このとき、長手方向は、その長さが粗バー１で数十メートルとなるため、仕上げ圧延機３の出側では、数千メートルを超えるものもあり、適当な長さを定め、その区間の温度は一定とみなす。また、幅方向に関しては、基本的に均等な処理や現象の影響を受けるのみとし、均一とみなす。したがって、長手方向に分割した板部分の熱伝導方程式は、次式で与えられる。
【００２１】
【数１】
0003552646.tif 000002
【００２２】
ここで、Ｔｓ：圧延材料の温度、Ｃｐ：圧延材料の比熱、ρ：圧延材料の密度、λ：圧延材料の熱伝導率、ｑ：内部発熱、ｔ：時間、である。
【００２３】
熱間圧延における温度変化要因としては、抜熱項として、１）空冷（放射伝熱、対流伝熱）、２）水冷（スプレー冷却による熱伝達）、３）圧延機のワークロール（ＷＲ）との接触熱伝達、また、入熱項として、４）圧延に伴う加工発熱、５）ＷＲと圧延材との摩擦発熱、が一般に知られており、これらのうち、１）、２）は、（１）式の境界条件として与えられる。また、４）、５）については、（１）式における内部発熱ｑとして与えることができる。
【００２４】
なお、３）に関しては、ＷＲの熱伝導方程式と連立させて解く必要があるが、この点に関しては、ラプラス変換による解析解が知られており、圧延材料とＷＲとの初期温度分布、経過時間、厚み方向の位置の関数として、熱の移動量が計算できる。
【００２５】
従って、圧延材がいかなる温度変化を示すかは、圧延材の長手方向の計算対象部が圧延機３の入り側から出側にかけて、各時刻でどのような境界条件と内部発熱を持つかを決定し、（１）式を差分法などで解くことで得ることができる。
【００２６】
一方、１）から５）の温度変化要因を決定するのに必要とされる項目は以下のようになる。
【００２７】
１）空冷：空冷時間、放射率。
【００２８】
２）水冷：水冷時間、熱伝達率。
【００２９】
３）ＷＲとの接触抜熱：ＷＲとの接触時間。
【００３０】
４）加工発熱：圧下量、圧延荷重、接触弧長。
【００３１】
５）摩擦発熱：摩擦係数、圧延荷重、ＷＲ速度、先進率、後進率、ＷＲとの接触時間。
【００３２】
これらを定めるためには、計算対象部の速度スケジュール、各スタンドでの圧下スケジュールを予め与える必要があるが、通常の熱間圧延においては、これらはセットアップ計算として、圧下スケジュール、速度スケジュール、仕上げ圧延機出側の仕上げ温度目標値が計算されるため、これらのセットアップ計算値を用いれば各条件が計算できる。
【００３３】
以上のように与えられる鋼板の温度変化モデルは、仕上げ圧延機入側の温度から、仕上げ圧延機出側の温度を求めるものである。
【００３４】
この発明では、仕上げ温度目標値から、仕上げ圧延機入側に設置した誘導加熱装置出側の温度目標値を定める必要がある。この計算方法はさまざま考えられるが、例えば初期条件として、適当な仕上げ圧延機入側温度を与え、仕上げ出側温度が目標値に一致するように収束計算する方法がある。
【００３５】
このように、粗バー長手方向を複数に分割し、これら分割された部分に対してそれぞれ、仕上げ温度目標値から、仕上げ圧延機入側の目標温度を計算することで、仕上げ入側の粗バー長手方向の目標温度分布を得る。
【００３６】
次に、誘導加熱装置２と、誘導加熱装置２の入側に設置された温度検出器４とを用いた温度制御系の一例を説明する。
【００３７】
図１に示すように、制御系としては、誘導加熱装置２の入側で検出された温度と、誘導加熱装置２の出側に設定された温度目標値との差、即ち昇温量を定めて、誘導加熱装置２での加熱に要する電力設定値を、電力制御量演算部５で演算すれば良い。このとき、誘導加熱装置２の出側に設定された温度目標値が、上述のように長手方向に分布として計算されている場合には、目標値の示す長手方向の場所と加熱装置で加熱する場所の一致性が重要となることから、長手方向のどの部分が温度検出器４の位置にいるかをトラッキングする必要がある。このため、粗バー先端が温度検出器４で検出された後、例えば搬送ロールに取り付けられたパルスジェネレータ（ＰＧ）６などを用い、移送距離をカウントすることで、逐次対応する温度目標値に変更すれば良い。
【００３８】
［第２の実施形態］
鋼板の温度制御性能をさらに上げ、仕上げ圧延機群の出側の温度精度を向上させるためには、仕上げ圧延機群出側の鋼板の温度を管理する必要がある。鋼板圧延装置内の温度制御手段として、誘導加熱装置の他、鋼板を冷却するスタンド間冷却スプレーがある。鋼板の温度を管理するには、これら誘導加熱装置およびスタンド間冷却スプレーをそれぞれ、鋼板の温度制御に有効に活用することが重要である。
【００３９】
この第２の実施形態は、鋼板圧延装置内の温度制御手段を有効に活用し、鋼板の温度制御性能をさらに上げ、仕上げ圧延機群の出側の温度精度を向上させることを目的としている。
【００４０】
即ち本第２の実施形態では、誘導加熱装置２へのフィードバックに加え、仕上げ圧延機３の、もう一つの温度制御手段であるスタンド間冷却スプレー８に対してもフィードバックをかけるようにしている。このような構成であると、仕上げ圧延機３内における温度変化が予測モデルと異なる場合に、その差をできるだけ速く温度制御に反映させることができ、仕上げ圧延機群の出側の温度精度を向上させることができる。
【００４１】
以下、この発明の第２の実施形態に係る熱延鋼帯の温度制御方法を、図面を参照しながら説明する。
【００４２】
図２は、この発明の第２の実施形態に係る鋼板圧延装置の基本構成を示す図である。図２では、簡単のため、図１と同一の部分には同一の参照符号を付している。
【００４３】
一般に熱間圧延では、仕上げ出側に配置された温度検出器７と、スタンド間冷却スプレー８とを用いたフィードバック制御系が構成されている。この場合ほとんどが、仕上げ目標値と温度検出器７により検出された温度との偏差に基くＰＩ制御が採用されている。
【００４４】
一方、誘導加熱装置２が、仕上げ圧延機３の入側に設置された状況では、温度制御手段が増加するため、誘導加熱とスプレー制御を協調させる機構、即ち仕上げ温度制御管理機構９を配置する。
【００４５】
仕上げ温度制御管理機構９では、主として加熱・冷却操作の監視を行う。加熱装置２は加熱のみの操作であり、冷却スプレー８は冷却のみの操作であることから、仕上げ圧延機出側の検出温度が目標どおりであっても、加熱装置２で加熱し過ぎたものを、冷却スプレー８で過冷却し、エネルギーを浪費している可能性がある。この整合性を、常時監視することで、エネルギー消費量の節約が可能となる。
【００４６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、第２の実施形態の一実現方法である。
【００４７】
図３は、この発明の第３の実施形態に係る鋼板圧延装置の基本構成を示す図である。図３では、簡単のため、図２と同一の部分には同一の参照符号を付している。
【００４８】
加熱装置２と冷却スプレー８とによる温度制御が、過加熱・過冷却に陥る原因の一つとして、第１の実施形態における加熱装置出側粗バー長手方向温度目標値算出と、電力制御量演算に用いられる温度推定モデルとの誤差が挙げられる。このため、第１の実施形態で説明した、粗バーを長手方向に分割して計算される温度推定計算を、例えばモデル修正部１０において、検出温度実績、加熱操作実績、冷却操作実績をそれぞれ記録、例えばトラッキング保存し、さらにトラッキング保存された各実績に基いて、モデル計算誤差を補正すれば良い。この補正を実施する方法の一例としては、簡易的には、モデル算出と実績との誤差に調整ゲインを乗じ、加熱装置出側粗バー長手方向温度目標値を補正する、という手段がある。また、温度モデルのパラメータ（水冷による熱伝達係数など）を推定して、実績にあわせる方法であっても構わない。
【００４９】
以上のように構成すれば、仕上げ温度制御として、誘導加熱によるフィードフォワード的な加熱の誤差分を吸収できるばかりでなく、誘導加熱によるエネルギー消費量の節約も可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上、この発明によれば、鋼板全体の仕上げ温度を、仕上げ温度目標値に、より精度よく一致させることが可能な熱延鋼帯の温度制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１の実施形態に係る鋼板圧延装置の基本構成を示す図。
【図２】図２はこの発明の第２の実施形態に係る鋼板圧延装置の基本構成を示す図。
【図３】図３はこの発明の第３の実施形態に係る鋼板圧延装置の基本構成を示す図。
【符号の説明】
１…粗バー、
２…誘導加熱装置、
３…仕上げ圧延機、
４…温度検出器（誘導加熱装置入側）、
５…電力制御量演算器、
６…パルスジェネレータ、
７…温度検出器（仕上げ圧延機出側）、
８…スタンド間冷却スプレー、
９…仕上げ温度管理機構、
１０…モデル修正部。
【図１】
0003552646.tif 000003
【図２】
0003552646.tif 000004
【図３】
0003552646.tif 000005