(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延における金属板の冷却水による冷却に際し、前記金属板の温度を予測する熱間圧延における金属板の温度予測方法であって、
冷却水により金属板表面を冷却する際の熱伝達係数αが、金属板表面温度Ｔｓ及び冷却水注水開始からの経過時間ｔの関数であって、遷移沸騰開始温度以下に前記金属板表面温度Ｔｓが低下すると該金属板表面温度Ｔｓの低下とともに前記熱伝達係数αが増大する部分の関数ｆ（Ｔｓ）と、冷却水注水開始から一定時間が経過するまでの間、前記経過時間ｔとともに前記熱伝達係数αが減少する部分の関数ｇ（ｔ）とを持つ関数として、前記金属板の温度を予測し、
前記熱伝達係数αを、α＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）またはα＝ｆ（Ｔｓ）＋ｇ（ｔ）として表し、
前記関数ｇ（ｔ）の値は、前記一定時間が経過した後、前記熱伝達係数αがα＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）で表される場合は１となり、前記熱伝達係数αがα＝ｆ（Ｔｓ）＋ｇ（ｔ）で表される場合は０となることを特徴とする金属板の温度予測方法。
【請求項２】
熱間圧延における仕上圧延機出側から巻取り機までの間に配置され、金属板を冷却水により冷却する冷却設備の冷却条件を調整し、金属板の巻取り温度が巻取り目標温度となるように制御する熱間圧延における金属板の冷却制御方法であって、
前記請求項１に記載温度予測方法を用いて前記金属板の巻取り温度を予測計算し、前記巻取り目標温度まで前記金属板を冷却するべく前記冷却条件を調整することを特徴とする熱間圧延における金属板の冷却制御方法。
【請求項３】
前記金属板に仮想的に設定した所定長さの仮想切板毎に、温度計で測定した仕上圧延機出側の金属板の温度と、予め設定された金属板の通板速度と、任意に設定した前記冷却設備の冷却水注水量とに基づいて、伝熱モデルを用いて前記冷却設備での金属板の温度降下量を予測する工程と、
予測した温度降下量に基づいて、前記仮想切板毎に、前記巻取り温度を前記巻取り目標温度にするための前記冷却設備の冷却水注水量を設定する工程と、
前記仮想切板が前記冷却設備を進行するタイミングにあわせて、前記巻取り温度を前記巻取り目標温度にするための冷却水注水量に基づいて冷却水を注水する工程と、を備え、
前記温度降下量を予測する工程で、冷却水により金属板表面を冷却する際の熱伝達係数αが、金属板表面温度Ｔｓ及び冷却水注水開始からの経過時間ｔの関数であって、遷移沸騰開始温度以下に前記金属板表面温度Ｔｓが低下すると該金属板表面温度Ｔｓの低下とともに前記熱伝達係数αが増大する部分の関数ｆ（Ｔｓ）と、冷却水注水開始から一定時間が経過するまでの間、前記経過時間ｔとともに前記熱伝達係数αが減少する部分の関数ｇ（ｔ）とを持つ関数として、前記金属板の温度を予測し、前記熱伝達係数αを、α＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）またはα＝ｆ（Ｔｓ）＋ｇ（ｔ）として表し、前記関数ｇ（ｔ）の値は、前記一定時間が経過した後、前記熱伝達係数αがα＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）で表される場合は１となり、前記熱伝達係数αがα＝ｆ（Ｔｓ）＋ｇ（ｔ）で表される場合は０となる温度予測方法を用いることを特徴とする請求項２に記載の熱間圧延における金属板の冷却制御方法。
【請求項４】
熱間圧延における仕上圧延機出側から巻取り機までの間に配置され、金属板を冷却水により冷却する冷却設備の冷却条件を調整し、金属板の巻取り温度が巻取り目標温度となるように制御する熱間圧延における金属板の冷却制御装置であって、
仕上圧延機出側を通過する金属板の温度を測定する仕上出側温度計と、
前記金属板に仮想的に設定した所定長さの仮想切板毎に、前記仕上出側温度計で測定した仕上圧延機出側の金属板の温度と、予め設定された金属板の通板速度と、任意に設定した前記冷却設備の冷却水注水量とに基づいて、伝熱モデルを用いて前記冷却設備での金属板の温度降下量を予測する温度降下予測手段と、
前記温度降下予測手段で予測した温度降下量に基づいて、前記仮想切板毎に、前記巻取り温度を前記巻取り目標温度にするための前記冷却設備の冷却水注水量を設定する注水設定手段と、
前記仮想切板が前記冷却設備を進行するタイミングにあわせて、前記注水設定手段で設定した冷却水注水量に基づいて冷却水を注水する注水制御手段と、を備え、
前記温度降下予測手段は、前記請求項１に記載の温度予測方法を用いて温度降下量を予測することを特徴とする熱間圧延における金属板の冷却制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板の冷却を精度良く行って良好な材質の金属板を得るための、熱間圧延における金属板の温度予測方法、冷却制御方法及び冷却制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延工程において、仕上圧延機で圧延された熱延鋼板を巻取り機で巻き取る際、仕上圧延機と巻取り機との間に設置された冷却設備により冷却水を注水し、鋼板の冷却を実施する。冷却設備は、例えば図７に示すように、多数の注水口２０１を有する冷却ノズル２０２を複数備え、鋼板Ｓの上下（図７では上側のみ図示）から冷却水を注水可能な構成となっている。各冷却ノズル２０２にはバルブ２０４が設けられており、制御装置２０３によって各バルブ２０４を開閉制御することで、冷却ノズル２０２からの冷却水を噴射／停止する。
巻取り機で巻取る直前の金属板の温度（これを、巻取り温度と称する）は、所望の材質を得るために大変重要であり、精度良く制御する必要がある。
【０００３】
鋼板の巻取り温度を制御するための方法としては、輻射熱、対流、テーブルローラへの熱伝達や、冷却に伴う鋼組織の変態による鋼板内部の発熱を考慮した所定の伝熱モデルを用いて熱延鋼板の温度予測計算を行い、冷却設備による注水条件を種々に変えて予測値が目標値と合致するような冷却条件を求めたのち、実際に仕上圧延機の最終スタンドより巻取り機に向うランナウトテーブル上の熱延鋼板に対し、冷却設備により冷却を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、熱延鋼板の温度予測計算を行う際に、冷却水温による熱伝達係数の変化を考慮する方法や（例えば、特許文献２参照）、伝熱モデルで演算した温度降下量と、実績の温度降下量との比例誤差もしくは偏差に基づく学習を行い、次回の伝熱モデルで演算した温度降下量を補正する方法もある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０９５０７号公報
【特許文献２】特開２００４−３３１９９２号公報
【特許文献３】特開２００６−１２２９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年ますます需要が増えている高張力鋼板（高張力鋼帯も含む）等の熱間圧延においては、仕上圧延機により９００℃程度で仕上圧延を行った鋼板を、フェライト変態の開始温度を低くして組織を微細化することで、必要な引張強さを得ることを目的に、巻取り温度が４００℃〜５５０℃程度になるまで冷却水により冷却を行なった後、巻取り機により巻取っている。
【０００６】
ただし、鋼板先端部については、冷却装置から注水する水が、仕上圧延機から巻取り機に鋼板を送り込む際の抵抗になり、この抵抗が大きいと、鋼板先端部が折れ曲がり、巻取り機で巻取りできないトラブルが発生する。このため、鋼板先端部については、図８に示すように、巻取り目標温度を定常部巻取り目標温度ＣＴ２よりも高い温度（先端部巻取り目標温度）ＣＴ１に設定し、冷却設備からの注水量を減らして巻取りを行っている。
【０００７】
このように巻取り目標温度を変更している鋼板先端部分は、引張強さが低下し、必要な製品仕様を満たさないことから、当該部分を切り捨てて出荷しており、そのために製品歩留まりの低下を招くことになる。したがって、巻取り目標温度を変更する鋼板先端部分は、その長さを極力短くし、さらに、巻取り目標温度変更以降は、巻取り温度を極力速やかに、引張強さを達成するために必要な巻取り目標温度である定常部巻取り目標温度ＣＴ２まで下げることが必要である。
【０００８】
ところが、上記各特許文献に記載の制御方法にあっては、巻取り温度を急に下げるように制御しようとすると、図８に示すように、巻取り温度実績ＣＴが、定常部巻取り目標温度ＣＴ２に到達して以降もなお下がり続け、巻取り温度下限ＣＴｂを下回ってしまうという問題があった。この場合、巻取り温度ＣＴが下がってしまった部分は伸び性能が悪化し、必要な製品仕様を満たさないため、当該部分をも切り捨てて出荷することから、更なる歩留まりの低下を招いていた。
そこで、本発明は、巻取り温度を精度良く制御するための熱間圧延における金属板の温度予測方法、冷却制御方法及び冷却制御装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために、本発明に係る熱間圧延における金属板の温度予測方法は、  熱間圧延における金属板の冷却水による冷却に際し、前記金属板の温度を予測する熱間圧延における金属板の温度予測方法であって、冷却水により金属板表面を冷却する際の熱伝達係数αが、金属板表面温度Ｔｓ及び冷却水注水開始からの経過時間ｔの関数であって、遷移沸騰開始温度以下に前記金属板表面温度Ｔｓが低下すると該金属板表面温度Ｔｓの低下とともに前記熱伝達係数αが増大する部分の関数ｆ（Ｔｓ）と、冷却水注水開始から一定時間が経過するまでの間、前記経過時間ｔとともに前記熱伝達係数αが減少する部分の関数ｇ（ｔ）とを持つ関数として、前記金属板の温度を予測し、前記熱伝達係数αを、α＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）またはα＝ｆ（Ｔｓ）＋ｇ（ｔ）として表し、前記関数ｇ（ｔ）の値は、前記一定時間が経過した後、前記熱伝達係数αがα＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）で表される場合は１となり、前記熱伝達係数αがα＝ｆ（Ｔｓ）＋ｇ（ｔ）で表される場合は０となることを特徴としている。
このように、冷却水の注水開始から一定時間の間は冷却水と金属板との間の熱伝達係数が定常時と比較して高いことを考慮して、金属板の表面温度を予測計算するので、高精度な温度予測を行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係る熱間圧延における金属板の冷却制御方法は、熱間圧延における仕上圧延機出側から巻取り機までの間に配置され、金属板を冷却水により冷却する冷却設備の冷却条件を調整し、金属板の巻取り温度が巻取り目標温度となるように制御する熱間圧延における金属板の冷却制御方法であって、前記請求項１に記載の温度予測方法を用いて前記金属板の巻取り温度を予測計算し、前記巻取り目標温度まで前記金属板を冷却するべく前記冷却条件を調整することを特徴としている。
【００１１】
このように、高精度に予測計算された熱延鋼板の温度を用いて冷却設備の冷却条件を調整することができるので、熱延鋼板の巻取り温度を適切に巻取り目標温度に一致させることができる。そのため、巻取りトラブルの防止を目的として鋼板先端部分の巻取り目標温度を中間部分及び尾端部分（定常部）と比較して高く設定する場合において、巻取り目標温度を先端部の巻取り目標温度から定常部の巻取り目標温度へ変更した直後であっても、巻取り温度実績が目標温度から低めに外れるのを防止することができる。これにより、必要な製品仕様を満たさない鋼板部分が拡大するのを防止し、歩留まりの低下を抑制することができる。
【００１２】
さらに、上記において、前記金属板に仮想的に設定した所定長さの仮想切板毎に、温度計で測定した仕上圧延機出側の金属板の温度と、予め設定された金属板の通板速度と、任意に設定した前記冷却設備の冷却水注水量とに基づいて、伝熱モデルを用いて前記冷却設備での金属板の温度降下量を予測する工程と、
予測した温度降下量に基づいて、前記仮想切板毎に、前記巻取り温度を前記巻取り目標温度にするための前記冷却設備の冷却水注水量を設定する工程と、
前記仮想切板が前記冷却設備を進行するタイミングにあわせて、前記巻取り温度を前記巻取り目標温度にするための冷却水注水量に基づいて冷却水を注水する工程と、を備え、前記温度降下量を予測する工程で、冷却水により金属板表面を冷却する際の熱伝達係数αが、金属板表面温度Ｔｓ及び冷却水注水開始からの経過時間ｔの関数であって、遷移沸騰開始温度以下に前記金属板表面温度Ｔｓが低下すると該金属板表面温度Ｔｓの低下とともに前記熱伝達係数αが増大する部分の関数ｆ（Ｔｓ）と、冷却水注水開始から一定時間が経過するまでの間、前記経過時間ｔとともに前記熱伝達係数αが減少する部分の関数ｇ（ｔ）とを持つ関数として、前記金属板の温度を予測し、前記熱伝達係数αを、α＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）またはα＝ｆ（Ｔｓ）＋ｇ（ｔ）として表し、前記関数ｇ（ｔ）の値は、前記一定時間が経過した後、前記熱伝達係数αがα＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）で表される場合は１となり、前記熱伝達係数αがα＝ｆ（Ｔｓ）＋ｇ（ｔ）で表される場合は０となる温度予測方法を用いることを特徴としている。
このように、仮想切板毎に冷却水による熱延鋼板の温度降下量の予測および冷却水注水量の設定を行い、熱延鋼板を冷却するので、熱延鋼板の巻取り温度を全長にわたって適切に巻取り目標温度に一致させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る熱間圧延における金属板の冷却制御装置は、熱間圧延における仕上圧延機出側から巻取り機までの間に配置され、金属板を冷却水により冷却する冷却設備の冷却条件を調整し、金属板の巻取り温度が巻取り目標温度となるように制御する熱間圧延における金属板の冷却制御装置であって、仕上圧延機出側を通過する金属板の温度を測定する仕上出側温度計と、前記金属板に仮想的に設定した所定長さの仮想切板毎に、前記仕上出側温度計で測定した仕上圧延機出側の金属板の温度と、予め設定された金属板の通板速度と、任意に設定した前記冷却設備の冷却水注水量とに基づいて、伝熱モデルを用いて前記冷却設備での金属板の温度降下量を予測する温度降下予測手段と、前記温度降下予測手段で予測した温度降下量に基づいて、前記仮想切板毎に、前記巻取り温度を前記巻取り目標温度にするための前記冷却設備の冷却水注水量を設定する注水設定手段と、前記仮想切板が前記冷却設備を進行するタイミングにあわせて、前記注水設定手段で設定した冷却水注水量に基づいて冷却水を注水する注水制御手段と、を備え、前記温度降下予測手段は、前記請求項１に記載の温度予測方法を用いて温度降下量を予測することを特徴としている。
このように、仮想切板毎に冷却水による熱延鋼板の温度降下量の予測および冷却水注水量の設定を行い、熱延鋼板を冷却するので、熱延鋼板の巻取り温度を全長にわたって適切に巻取り目標温度に一致させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱延鋼板の巻取り温度を精度良く予測計算することができるので、巻取り目標温度を先端部巻取り目標温度から定常部巻取り目標温度へ急に下げるように冷却設備の冷却条件を制御した際の、巻取り温度実績の定常部巻取り温度目標からの低め外れを解消することができる。したがって、熱延鋼板のうち切り捨てて出荷する部分を少なくすることができ、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】金属板表面温度と熱伝達係数との関係を示す図である。
【図２】熱延鋼板の冷却設備通過状況を説明する図である。
【図３】熱延鋼板の冷却における熱伝達係数の時間的変化を示す図である。
【図４】熱延鋼板の冷却制御方法が適用される熱間圧延ラインの一部を示す図である。
【図５】仮想的に分割された切板を示す図である。
【図６】本発明による巻取り温度制御結果を示す図である。
【図７】一般的な熱延鋼板冷却設備の構成を示す図である。
【図８】従来の巻取り温度制御結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
冷却水により金属板表面を冷却する過程で、冷却水と金属板表面の両者の境界では、沸騰現象が、膜沸騰から遷移沸騰に変化することが知られている。
本発明では、そのことを熱延鋼板の温度を計算により予測する計算式に反映する。それには、冷却水により金属板表面を冷却する際の熱伝達係数αが、下記（１）式に示すように金属板表面温度Ｔｓの関数ｆ（Ｔｓ）で与えられるとする。
α＝ｆ（Ｔｓ） ………（１）
ここで、ｆ（Ｔｓ）は、遷移沸騰開始温度Ｔ1以下に金属板表面温度Ｔｓが低下するとともに増大する部分をもつ熱伝達係数αを表す関数とする。すなわち、これは、遷移沸騰開始温度Ｔ1以下に金属板表面温度Ｔｓが低下すると、熱伝達係数αが増大することを関数で表したものである。
【００１７】
冷却水により冷却する金属板が鋼板の場合を例に取ると、ｆ（Ｔｓ）は、金属板表面温度Ｔｓが５５０℃から４００℃までの領域において、熱伝達係数αが、金属板表面温度Ｔｓの低下とともに増大する関数となる。金属板表面温度Ｔｓと、冷却水により金属板表面を冷却する際の熱伝達係数αとの関係を、金属板が鋼板の場合を例に、模式的に示したものが図１である。
ここで発明者らは、図８に示したように、巻取り目標温度を先端部巻取り目標温度ＣＴ１から定常部巻取り目標温度ＣＴ２へ変更した直後の鋼板部分において、巻取り温度実績ＣＴが定常部巻取り目標温度ＣＴ２よりも低くなる現象の解明を行うため、冷却水により熱延鋼板表面を冷却する際の注水の仕方に着目し観察を行った。
【００１８】
巻取り目標温度を先端部巻取り目標温度ＣＴ１に設定している鋼板部分では、巻取り目標温度を定常部巻取り目標温度ＣＴ２に設定している鋼板部分と比較して、冷却設備からの冷却水の注水量、すなわち冷却水の噴射ゾーン長を減らして冷却を行っている。そのため、巻取り目標温度を先端部巻取り目標温度ＣＴ１から定常部巻取り目標温度ＣＴ２へ変更した直後の鋼板部分は、それ以前の鋼板部分と比較して、冷却設備からの冷却水の注水量が増大された（冷却水の噴射ゾーン長が延長された）部分に相当する。
【００１９】
ここで、熱延鋼板の巻取り目標温度が先端部巻取り目標温度ＣＴ１から定常部巻取り目標温度ＣＴ２に切り替わった直後の鋼板部分と、巻取り目標温度が定常部取り目標温度ＣＴ２に切り替わった箇所よりも長手方向後方の鋼板部分とで、冷却を比較観察した。すると、前者の部分では、注水開始した冷却水が上部ノズルから落下して鋼板部分にちょうど衝突しているのに対して、後者の部分は、すでに注水中の冷却水を通過していることがわかった。この現象を模式的に示したのが、図２である。
【００２０】
巻取り目標温度を前記ＣＴ１に設定している鋼板部分では、巻取り目標温度を前記ＣＴ２に設定している鋼板部分と比較して、冷却設備からの冷却水の注水量を減らして冷却を行っているため、巻取り目標温度を前記ＣＴ１から前記ＣＴ２へ変更した直後の鋼板部分は、それ以前の鋼板部分と比較して、冷却設備からの冷却水の注水量が増大された部分に相当する。
ここで、熱延鋼板の巻取り目標温度が前記ＣＴ１から前記ＣＴ２に切り替わった直後の鋼板部分では、注水開始した冷却水が上部ノズルから落下して鋼板部分にちょうど衝突しているのに対して、巻取り目標温度が前記ＣＴ２に切り替わった箇所よりも長手方向後方の鋼板部分は、すでに注水中の冷却水を通過していることがわかった。
そして、これらにより、巻取り目標温度を前記ＣＴ１から前記ＣＴ２へ変更した直後の鋼板部分は、注水開始した冷却水が上部ノズルから落下して鋼板部分にちょうど衝突しており、図３に模式的に示すように、注水開始した冷却水が鋼板に衝突した直後は、定常時と比較して熱伝達係数αが増大していることを見出した。これは、鋼板の表面温度が高い場合、沸騰現象は定常的に膜沸騰となるのであるが、注水開始した冷却水が鋼板に衝突した直後は、水の重力および水圧により鋼板と水とが直接接触し、水が蒸発して過渡的に遷移沸騰状態となるためであると考えられる。この遷移沸騰状態は、沸騰膜が鋼板と水との間に安定的に形成されるまでの一定時間、維持される。また、この一定時間において、熱伝達係数αは経過時間とともに徐々に減少する。
【００２１】
このことを、熱伝達係数αの計算式で表現するためには、以下のようにすればよい。すなわち、金属板表面温度Ｔｓと、冷却水により金属板表面を冷却する際の熱伝達係数αとの関係がｆ（Ｔｓ）と表せたとすると、上述のように、冷却水を注水開始してから鋼板と水との間に沸騰膜が安定的に形成されるまでの一定時間の間、熱伝達係数αが変化することは、先述の（１）式をベースに考え、
α＝ｆ（Ｔｓ）×ｇ（ｔ）  ………（２）
と表される、という結論に、発明者らは最終的に到達したのである。
【００２２】
ここで、ｔは、注水開始してからの経過時間（秒）である。また、ｇ（ｔ）は、注水開始直後は熱伝達係数αが大きく、注水開始から時間が経過するにつれて熱伝達係数αが低くなり、いずれ一定値となることを表す関数である。
関数ｇ（ｔ）は、例えば以下の式で表すことができる。
例１：０＜ｔ＜ｂのとき、  ｇ（ｔ）＝１＋ａ−ａ／ｂ×ｔ，
ｔ≧ｂのとき、      ｇ（ｔ）＝１  ………（３）
例２：ｇ（ｔ）＝１＋ａ×e-bt  ………（４）
ここで、ａ，ｂは係数である。なお、関数ｇ（ｔ）を表す式は、物理的な現象により近い上記（４）式を用いる方が好ましい。
【００２３】
ここでは熱伝達係数αを、ｆ（Ｔｓ）に上記（３），（４）式等で表されるｇ（ｔ）を乗算した関数とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、金属板表面温度Ｔｓ及び経過時間ｔの関数であって、遷移沸騰開始温度Ｔ1以下に金属板表面温度Ｔｓが低下するとともに増大する部分と、冷却水注水開始から一定時間が経過するまでの間、経過時間ｔとともに減少する部分とを持つ関数であればよい。例えば、熱伝達係数αは、ｆ（Ｔｓ）に、注水開始から時間が経過するにつれて例えばステップ状に減少し、一定時間経過以降は０となるｇ（ｔ）を加算する関数とすることもできる。
【００２４】
また、関数ｆ（Ｔｓ）は、例えば以下の式で表すことができる。
例１：ｆ（Ｔｓ）＝Ａ＋Ｂ×ｅｘｐ（Ｃ（Ｔｓ−ｒ１（Ｔｗ0−Ｔｗ））2）  ………（５）
例２：ｆ（Ｔｓ）＝ｐ×ｅｒｆｃ（Ｔｓ）＋ｑ  ………（６）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，ｐ，ｑは係数、Ｔｗ0は基準となる冷却水の温度、Ｔｗは冷却水の温度、ｒ１は比例定数である。また、ｅｒｆｃは相補誤差関数である。
【００２５】
上記（２）から算出される熱伝達係数αを用い、例えば、次式に従って金属板の温度Ｔを予測する。
Ｔ＝Ｔ０−α（Ｔｓ−Ｔｗ）×ｔ／ｃ  ………（７）
ここで、Ｔ０は予測計算前温度、ｃは金属板の比熱である。
以上により、冷却水により金属板を冷却する際に、注水開始直後は定常時と比較して冷却水と金属板との間の熱伝達係数が高いことを考慮し、金属板表面温度の予測計算を精度よく行うことができる。
つまり、従前においては注水開始直後の熱伝達係数が定常時と比較して高いことを考慮せずに冷却制御を行っており、この場合、図３の破線で示すように、冷却水の注水開始直後からの経過時間によらず熱伝達係数αは一定であるとして鋼板の巻取り温度を予測計算することになる。そのために、巻取り目標温度を先端部巻取り目標温度ＣＴ１から定常部目標巻取り温度Ｔ２へ変更した直後の鋼板部分については、冷却設備４での温度降下量を実際よりも少なく予測してしまうために、巻取り温度を実際の温度よりも高く予測してしまい、必要以上に冷却水の注水量を増やす（冷却水の噴射ゾーンを長くする）制御を行ってしまう。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、上述した第１の実施形態における金属板の温度予測方法を、実際の熱間圧延ラインにおける被圧延金属材の冷却制御方法に適用したものである。
図４は、熱間圧延工程における冷却設備および冷却制御装置の構成図である。
この図４に示すように、仕上圧延機１で熱間圧延された被圧延材（鋼板）２は、巻取り機３に向けて搬送され、巻取り機３に巻き取られてコイルとなる。仕上げ圧延機１から巻取り機３までのパスラインには、冷却設備４が設けられている。冷却設備４は、独立に注水制御可能な複数のバンク４ａを備え、鋼板２の上下に向けて冷却水を注水することで、鋼板２を急冷可能な構成となっている。この冷却設備４の各バンク４ａは、プロセスコンピュータ１０によって、個別に冷却水の噴射と停止とが制御される。
【００２７】
また、仕上圧延機１の出側には仕上出側温度計５及び仕上出側板厚計６が設置されており、冷却設備４の出側には巻取温度計７が設置されている。仕上出側温度計５で測定した仕上圧延機１出側の鋼板２の温度、仕上出側板厚計６で測定した仕上圧延機１出側の鋼板２の板厚、及び巻取温度計７で測定した冷却設備４出側の鋼板２の温度は、それぞれプロセスコンピュータ１０に入力される。
【００２８】
プロセスコンピュータ１０内には、鋼板２の長手方向における巻取り目標温度のパターン（長手方向目標巻取り温度パターン）を設定した設定テーブルが設けられている。プロセスコンピュータ１０は、鋼板２が仕上圧延される前に、鋼板２の材種や仕上圧延後の厚み、幅等のデータをキーとして、鋼板２の先端、中間、尾端ごとに長手方向目標巻取り温度パターンを予め設定する。このとき、巻取りトラブルの防止を目的として、鋼板先端部分の巻取り目標温度は中間部分及び尾端部分と比較して高く設定される。
【００２９】
また、鋼板２の先端が冷却設備４に進入してから、鋼板２の尾端が冷却設備４を抜けるまでの間の搬送速度についても、プロセスコンピュータ１０によって、鋼板２が仕上げ圧延される前に予め設定される。なお、この搬送速度については、鋼板２が冷却設備４により冷却されている間一定であってもよいし、仕上出側温度を例えばＡｒ３変態点温度以上とするために加減速を行うなどの理由により、一定でなくてもよい。
【００３０】
プロセスコンピュータ１０は、温度降下予測部１１、注水設定部１２及び注水制御部１３を備える。鋼板２の先端が仕上出側温度計５の真下に存在すると判定した以降、鋼板２の尾端が仕上出側温度計５の真下を通過したと判定するまでの間、全長にわたって鋼板２が巻取り目標温度を達成するための冷却設備４の注水パターン（各バンク４ａの噴射または停止の設定）の計算および注水制御を行う。その際、図５に示すように、鋼板２を長手方向に所定長さ毎（数ｍ毎）に仮想的に区分した連続した切板２ａごとに、注水パターンの計算および注水制御を行う。
【００３１】
まず、温度降下予測部１１は、ある切板２ａについて、上述した鋼板２の搬送速度と、各構成設備間の機械的な距離とをもとに、主要構成設備（仕上出側温度計５、冷却設備４の入側及び出側、巻取り温度計７）への到達までに要する時間を計算する。次に、その所要時間をもとに、冷却設備４の入側へ到達するまでの放冷による鋼板２の温度降下により、その切板２ａが冷却設備４の入側へ到達したときに何℃の温度になるかを計算する。そして、その温度をもとに、冷却設備４を通過する際にどこのバンク４ａを冷却水噴射状態とすれば、前記切板２ａを巻取り目標温度まで冷却できるかを計算する。
【００３２】
上記の計算は、具体的には以下のように行う。例えば、初期条件として冷却設備４において仕上圧延機１に近い側の半数のバンク４ａから冷却水を噴射し、残りの半数のバンク４ａからは冷却水は停止するとする。そして、上記初期条件において、仕上圧延機１に近いバンク４ａから順番に１バンク分ずつ、当該バンク４ａの熱伝達係数α、当該バンク４ａを通過するのにかかる時間および当該バンク４ａに進入する際の鋼板２の温度とから、クランク・ニコルソン法その他の公知の伝熱モデルを用いて当該バンク４ａにおける鋼板２の温度降下を予測する。
【００３３】
このとき、予測した温度降下をもとにバンク４ａ出側の鋼板２の温度を求め、これを次のバンク４ａへ進入する際の鋼板２の温度として設定し、温度降下及びバンク４ａ出側の鋼板２の温度を計算する。このような一連の計算を冷却設備４のバンク４ａの数だけ繰り返すことにより、鋼板２の冷却設備４全体における温度降下を予測することができ、冷却設備４出側の鋼板２の温度、更には巻取り温度を計算することができる。
この温度降下予測部１１による鋼板２の巻取り温度の計算の際に、上述した第１の実施形態の要領で算出した熱伝達係数αを用いる。
【００３４】
注水設定部１２は、温度降下予測部１１で計算した鋼板２の巻取り温度と巻取り目標温度とを比較する。このとき、巻取り温度が巻取り目標温度よりも所定値以上高い値である場合には、温度降下予測部１１での計算の際に冷却水を噴射するとしたバンク４ａに加え、そのすぐ出側のバンク４ａを１つ噴射するバンクとして設定する。そして、その計算条件を温度降下予測部１１に出力し、当該温度降下予測部１１で再度鋼板２の巻取り温度を計算する。
【００３５】
一方、温度降下予測部１１で計算した鋼板２の巻取り温度が巻取り目標温度よりも所定値以上低い値である場合には、温度降下予測部１１での計算の際に冷却水を噴射するとしたバンク４ａのうち最も出側のバンク４ａを１つ停止した場合を次の計算条件とし、温度降下予測部１１で鋼板２の巻取り温度を再度計算する。このような一連の計算プロセスを繰り返す収束計算により、注水バンクの冷却パターンを決定する。
注水設定部１２で決定された注水バンクの冷却パターンは、注水制御部１３に伝送される。そして、注水制御部１３は、この伝送されたバンク４ａの注水パターンを用いて冷却設備４による鋼板２の冷却を制御する。
【００３６】
具体的には、注水制御部１３は、仕上圧延機１に備え付けられた速度計８を用いたトラッキングにより、リアルタイムに冷却水を噴射する各バンク４ａへの切板２ａの到達を判定する。そして、バルブ開閉から冷却水の噴射開始及び噴射停止までの遅延時間などを適宜考慮した上で、その到達タイミングに合わせて各バンク４ａからの冷却水の噴射開始及び噴射停止のためのバルブ開閉を制御する。
【００３７】
以上のように、注水開始直後は定常時と比較して冷却水と金属板との間の熱伝達係数が高いことを考慮して鋼板２の巻取り温度を予測計算し冷却制御を行うことで、図６に示すように、鋼板２の巻取り温度を良好に制御することができる。
すなわち、注水開始直後の熱伝達係数が定常時と比較して高いことを考慮せずに冷却制御を行った場合、図３の破線に示すように、冷却水の注水開始からの経過時間によらず熱伝達係数αは一定であるとして鋼板２の巻取り温度を予測計算することになる。そのため、巻取り目標温度を先端部巻取り目標温度ＣＴ１から定常部巻取り目標温度ＣＴ２へ変更した直後の鋼板部分については、冷却設備４での温度降下量を実際よりも少なく予測してしまうために、巻取り温度を実際の温度よりも高く予測してしまい、必要以上に冷却水の注水量を増やす（冷却水の噴射ゾーン長を長くする）制御を行ってしまう。
【００３８】
したがって、この場合には、図８に示すように、巻取り目標温度の切替直後の鋼板部分において、巻取り温度実績ＣＴが定常部巻取り目標温度ＣＴ２よりも低めに外れてしまう現象が生じる。このとき、場合によっては、巻取り温度実績ＣＴが、巻取り温度上限ＣＴａと巻取り温度下限ＣＴｂとによって決まる製品材質を確保可能な範囲から外れてしまう。その結果、鋼板２の切捨て範囲が本来の切捨て範囲よりも余計に必要となってしまい、歩留まりが低下する。
【００３９】
これに対して、本実施形態では、図３の実線に示すように、冷却水の注水開始直後は熱伝達係数αが高いものとして鋼板２の巻取り温度を予測計算する。そのため、巻取り目標温度を先端部巻取り目標温度ＣＴ１から定常部巻取り目標温度ＣＴ２へ変更した直後の鋼板部分について、冷却設備４での温度降下量や巻取り温度を精度良く予測することができ、冷却水注水量を適切に設定することができる。
したがって、本実施形態では、図６に示すように、巻取り目標温度の切替直後の鋼板部分において、巻取り温度実績ＣＴが定常部巻取り目標温度ＣＴ２から低めに外れる現象を防止することができる。その結果、図８に示す例のように鋼板２の切捨て範囲が拡大するのを防止することができ、歩留まりの低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…仕上圧延機、２…被圧延材（鋼板）、３…巻取り機、４…冷却設備、４ａ…バンク、５…仕上出側温度計、６…仕上出側板厚計、７…巻取温度計、８…速度計、１０…プロセスコンピュータ、１１…温度降下予測部（温度降下予測手段）、１２…注水設定部（注水設定手段）、１３…注水制御部（注水制御手段）、２０１…注水口、２０２…冷却ノズル、２０３…制御装置、２０４…バルブ
【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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【図７】
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【図８】
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