(57)【要約】【課題】熱伝達率の変動が大きい温度範囲においても安定した鋼板温度の制御が行える熱延鋼板の冷却方法を提供する。【解決手段】仕上げ圧延後の鋼板１０を巻取装置７に至るまでの冷却ライン４にて冷却することにより巻取装置７前の鋼板温度を所定の巻取目標温度に制御する熱延鋼板の冷却方法であって、冷却ライン４の最上流側に設けられた主冷却手段５における水冷と巻取装置７に至るまでの間の空冷とによって、巻取装置７前の鋼板温度が巻取目標温度となるように主冷却手段５による冷却量を制御し、鋼板温度が巻取目標温度とならないとき又はならないと予測されたときに、冷却ライン４の最下流側に設けられた最終冷却手段６において水冷を実施する。【選択図】　　　図１
2004009076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕上げ圧延後の鋼板を巻取装置に至るまでの冷却ラインにて冷却することにより巻取装置前の鋼板温度を所定の巻取目標温度に制御する熱延鋼板の冷却方法であって、前記冷却ラインの最上流側に設けられた主冷却手段における水冷と巻取装置に至るまでの間の空冷とによって、巻取装置前の鋼板温度が巻取目標温度となるように上記主冷却手段による冷却量を制御し、前記鋼板温度が上記巻取目標温度とならないとき又はならないと予測されたときに、前記冷却ラインの最下流側に設けられた最終冷却手段において水冷を実施することを特徴とする熱延鋼板の冷却方法。
【請求項２】
最終冷却手段の入側から巻取装置の間で空冷を行った場合における温度変動量の予測値を上記巻取目標温度に加算した中間目標温度と、上記最終冷却手段の入側の実測温度とを比較し、前記実測温度の方が大きい場合のみに最終冷却手段における水冷を実施することを特徴とする請求項１記載の熱延鋼板の冷却方法。
【請求項３】
最終冷却手段の入側から巻取装置の間で空冷を行った場合における温度変動量の予測値を上記巻取目標温度に加算した中間目標温度と、上記最終冷却手段の入側の実測温度とを比較し、両者の温度偏差が所定よりも大きい場合にのみ最終冷却手段における水冷を実施することを特徴とする請求項１記載の熱延鋼板の冷却方法。
【請求項４】
仕上げ圧延後の鋼板を巻取装置に至るまでの冷却ラインにて冷却することにより巻取装置前の鋼板温度を所定の巻取目標温度に制御する熱延鋼板の冷却装置であって、
冷却ラインの最上流側に配設された主冷却手段と、最下流側に配設された最終冷却手段と、主冷却手段における水冷と巻取装置に至るまでの空冷とによって巻取装置前の鋼板温度が前記巻取目標温度になるように上記主冷却手段の冷却量を制御する第１制御手段と、前記鋼板温度が巻取目標温度にならないとき又はならないと予測されたときのみに前記最終冷却手段による水冷を実施するように制御する第２制御手段と、を備えていることを特徴とする熱延鋼板の冷却装置。
【請求項５】
冷却ラインの中途位置であって前記最終冷却手段の入側に中間温度計を備えており、前記第２制御手段は、中間温度計位置から巻取装置の間で空冷を行った場合における温度変動量の予測値を上記巻取目標温度に加算した中間目標温度と、上記最終冷却手段の入側の実測温度とを比較して、この実測温度の方が大きい場合のみに最終冷却手段による冷却を実施する機能を有している請求項４記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項６】
冷却ラインの中途位置であって前記最終冷却手段の入側に中間温度計を備えており、前記第２制御手段は、中間温度計位置から巻取装置の間で空冷を行った場合における温度変動量の予測値を上記巻取目標温度に加算した中間目標温度と、上記最終冷却手段の入側の実測温度とを比較して、両者の温度偏差が所定よりも大きい場合にのみ最終冷却手段による冷却を実施する機能を有している請求項４記載の熱延鋼板の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間仕上げ圧延機の出側に配置された冷却ラインにより、巻取装置前の鋼板温度を所定の巻取目標温度に冷却するための冷却方法及び装置に関し、特に熱延鋼板を比較的低温で巻き取る場合に適したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延された鋼板は、巻取装置により巻き取られるまでの間の冷却ラインにおいて冷却され、巻取装置前の鋼板温度が所定の巻取目標温度となるように制御されるようになっている。
上記の冷却ラインとしては、例えば、特開平６−１９０４１９号公報に開示されているように、最上流側に設けられた主冷却手段（メインバンク）と、最下流側に設けられた最終冷却手段（バーニアバンク）とを備えたものが従来より知られており、主冷却手段は主として冷却能力を重視したものであってある程度大まかな温度制御がなされ、最終冷却手段はより精密な温度制御能力を重視し、鋼板温度が所定の巻取目標温度に一致するように微調整するものとなっている。
【０００３】
すなわち、上記冷却ラインは、双方の冷却手段によって２段階の水冷を行うことにより所定の巻取目標温度に達成するものであり、このため、上記主冷却手段では、最終冷却手段において必ず冷却が行われることを前提としてその冷却水量が制御されるようになっていた。
また、最終冷却手段では、通常、巻取装置直前の実測温度に基づいて注水量を制御するフィードバック制御や、当該冷却手段よりも上流側の実測温度に基づいて注水量を制御するフィードフォワード制御がなされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５には、鋼板の温度と熱伝達率（鋼板から冷却水への熱伝達率）との関係が示されている。この図から明らかなように、鋼板温度が約５００℃以上ではラインの右下がり傾斜が小さく、約３００℃〜５００℃の範囲ではその傾斜が大となっている。つまり、５００℃以下の比較的低温な範囲では、鋼板の温度変化に対する熱伝達率の変動が非常に大きくなっている。
このため、４００℃程度の温度で鋼板を巻き取る低温巻取材の場合には、特に低温となる冷却ラインの下流側での温度制御が困難となる。すなわち、上記従来技術にあてはめれば、冷却ラインの最下流側にある最終冷却手段での細かな温度制御が困難となり、かかる冷却手段で注水量を大きく変化すると、実際の鋼板温度と巻取目標温度との偏差が却って大きくなってしまい、所望の品質を安定して得難くなる。
【０００５】
図６には、その一例として、鋼板の低温範囲、すなわち、熱伝達率変動の大きい範囲で最終冷却手段にてバルブ制御を行った場合と行わなかった場合の温度偏差を対比して示しており、この例では、バルブ制御を行った場合の方が却って局所的に温度偏差が大きくなっていることが解る。
他方、低温巻取材の場合には、冷却水が蒸発せずに板上に残りやすくなるために温度計の計測不良を招き、これが最終冷却手段に対するフィードバック制御やフィードフォワード制御など、鋼板の温度制御を更に困難なものにする要因となっていた。
【０００６】
また、最終冷却手段に対するフィードバック制御は、巻取装置直前の温度偏差を検出してからその上流側の部分に対して冷却を行うものであるため、実際に温度の高い部分を狙って精度のよい制御を実施することは困難であり、特に、低温範囲での冷却の場合に冷却ポイントがずれるようなことがあると、熱伝達率の変動が大であることから低温部を極端に冷やしてしまう可能性が高くなり、好ましくない。
本発明は、上記の問題点をかかる実情に鑑みてなされたものであり、熱伝達率の変動が大きい温度範囲においても安定した鋼板温度の制御が行える熱延鋼板の冷却方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明方法は、仕上げ圧延後の鋼板を巻取装置に至るまでの冷却ラインにて冷却することにより前記巻取装置前の鋼板温度を所定の巻取目標温度に制御する熱延鋼板の冷却方法であって、前記冷却ラインの最上流側に設けられた主冷却手段における水冷と巻取装置に至るまでの間の空冷とによって、巻取装置前の鋼板温度が巻取目標温度となるように上記主冷却手段の冷却量を制御し、前記鋼板温度が上記巻取目標温度とならないとき又はならないと予測されたときにのみ、前記冷却ラインの最下流側に設けられた最終冷却手段において水冷を実施することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明装置は、仕上げ圧延後の鋼板を巻取装置に至るまでの冷却ラインにて冷却することにより巻取装置前の鋼板温度を所定の巻取目標温度に制御する熱延鋼板の冷却装置であって、冷却ラインの最上流側に配設された主冷却手段と、最下流側に配設された最終冷却手段と、主冷却手段における水冷と巻取装置に至るまでの空冷とによって巻取装置前の鋼板温度が前記巻取目標温度になるように上記主冷却手段の冷却量を制御する第１制御手段と、前記鋼板温度が巻取目標温度にならないとき又はならないと予測されたときのみに、前記最終冷却手段による水冷を実施するように制御する第２制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、「巻取装置前の鋼板温度が巻取目標温度となるように」とは、前記鋼板温度が巻取目標温度と一致するように、又は、両者の温度偏差が所定の範囲内に収まるように、を意味する。
上記の本発明の場合、最終冷却手段による水冷は、主冷却手段による水冷とそれ以降の空冷とによって所定の巻取目標温度が達成されなかった場合のみに実施され、不要な場合には実施されない。したがって、低温巻取材のように熱伝達率変動が大きい温度範囲で巻き取りを行う場合には、最終冷却手段による水冷を必要最小限とすることにより、鋼板温度と巻取目標温度との温度偏差を却って大きくしてしまうことも少なくなり、また、板上に冷却水が残ってしまうことも少なくなるため、結果として安定した温度制御、安定した品質が得られるようになる。
【００１０】
上記のような最終冷却手段による水冷の実施（第２制御手段による制御）は、該最終冷却手段の入側（中間温度計位置）から巻取装置の間で空冷を行った場合における温度変動量の予測値を上記巻取目標温度に加算した中間目標温度と、上記最終冷却手段の入側の実測温度とを比較し、この比較に基づいて行うことができる。
より具体的には、前記中間目標温度よりも実測温度の方が大きい場合のみに最終冷却手段の冷却を実施したり、又は、実測温度と中間目標温度との温度偏差が所定よりも大きい場合にのみに最終冷却手段による水冷を実施することが可能である。
【００１１】
この場合、最終冷却手段はフィードフォワード制御されることとなるため、フィードバック制御でみられるような制御遅れ（むだ時間）等の発生を抑制できるし、高温部分のトラッキングによって冷却ポイントがずれることも少なく、高精度な冷却が行えるようになる。このため、熱伝達率変動の大きい低温部分を極度に冷却してしまうようなことも防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の一例である冷却方法を実施する冷却装置１の概略図であり、仕上げ圧延機２の出側のアウトラインテーブルには、冷却ライン４が形成され、かかる冷却ライン４は、その最上流側に配設された主冷却手段（メインバンク）５と、最下流側に配設された最終冷却手段（バーニアバンク）６とを有し、各冷却手段５，６は、長手方向に１又は複数の冷却単位（♯１〜♯Ｎ、♯Ｂ）を備え、各冷却単位には、幅方向に複数の注水ノズルを有するノズルパイプが数本備わり、当該ノズルパイプに設けられたバルブの開閉制御又は流量制御によって、その注水量が調整されるようになっている。
【００１３】
また、主冷却手段５は冷却能を重視して構成されるのに対して、最終冷却手段６は温度制御能を重視したものとなっており、このため、最終冷却手段６の冷却単位では、より綿密な冷却制御が行えるように主冷却手段５の冷却単位に比べてノズル密度や単位バルブ数等が大となっている。
上記冷却ライン４の下流側（出側）には巻取装置７が設けられており、仕上げ圧延機２により圧延された鋼板１０は、冷却ライン４において冷却されたのちに巻取装置７に巻き取られるようになっている。
【００１４】
なお、本実施形態における上記冷却ライン４では、比較的低温（約４００℃）の温度で鋼板を巻取る低温巻取材を対象とした温度制御がなされるものとなっている。
上記冷却ライン４の入側及び出側（巻取装置７の直前）には、それぞれ入側及び出側温度計１１，１２が設けられている。また、最終冷却手段６の入側には中間温度計１３が設けられ、各温度計１１〜１３によって所定のポイントの鋼板温度が計測される。
【００１５】
上記主冷却手段５は、第１制御手段１５によりその冷却量（注水量）が制御され、最終冷却手段６は、第２制御手段１６によりその冷却量（注水量）が制御されるようになっている。
第１制御手段１５は、鋼板が冷却ラインに至るまでの状態から予め設定された目標温度、目標搬送速度や加速率等に応じて主冷却手段５における注水量を制御し、適宜、入側温度計１１位置での実測温度Ｔａ、実測速度等や出側温度計１２位置での実測温度Ｔｂ、実測速度等に基づき上記目標値に修正をかけたフィードフォワード制御乃至フィードバック制御が行われるようになっている。
【００１６】
そして、かかる主冷却手段５は、当該主冷却手段５以外では水冷が行われないことを前提として、すなわち、最終冷却手段６では水冷が行われないことを前提として制御されるものとなっている。
このため、主冷却手段５は、巻取装置７直前の出側温度計１２による鋼板温度Ｔｂが、主冷却手段５における水冷と巻取装置７に至るまでの間の空冷とによって巻取目標温度Ｔｄに達するように第１制御手段１５により制御される。
一方、最終冷却手段６は、上記主冷却手段５における水冷とその後の空冷によって巻取目標温度Ｔｄが達成されないとき（達成されないと予測されたとき）のみに冷却を実施するようになっている。
【００１７】
すなわち、最終冷却手段６における冷却は、あくまで、微調整として必要最小限に実施されるものとなっており、このため、巻取目標温度Ｔｄが図５に示したような熱伝達率の変動が高い低温範囲に設定されている場合には、冷却ライン４中で特に低温となる最終冷却手段６の範囲での冷却頻度及び冷却量が少なくなり、鋼板温度の過度の変動を抑制することができるようになっている。その結果、
安定した温度制御が行え、安定した品質を得ることができるようになっている。
このような最終冷却手段６の制御を行うため、第２制御手段１６は、図１に示すように、バルブ開閉制御装置２０、トラッキング装置２１、バルブ本数計算装置２２、中間目標温度計算装置２３、温度比較装置２４を有して構成されている。
【００１８】
中間温度計算装置２３は、図２にも示すように、所定の巻取目標温度Ｔｄと、中間温度計１３から出側温度計１２までの予測空冷温度ｅとを加算することによって中間目標温度Ｔｅを演算するものであり、その中間目標温度Ｔｅは、温度比較装置２４に出力される。
温度比較装置２４は、入力された中間目標温度Ｔｅと中間温度計１３による鋼板１０の実測温度Ｔｃとを比較するものであり、その比較によって得られた両者の温度偏差Δｔ１がバルブ本数計算装置２２に出力される。
【００１９】
バルブ本数計算装置２２では、上記温度偏差Δｔ１に基づいてバルブＯＮの本数を決定する。本実施形態では、上記温度偏差Δｔ１がプラスの場合（実測温度Ｔｃが中間目標温度Ｔｅよりも大きい場合）にその偏差量Δｔ１に基づいてバルブＯＮ数を決定し、マイナスの場合（実測温度Ｔｃが中間目標温度Ｔｅよりも低い場合）には、バルブＯＮの本数を０とする。
バルブ本数計算装置２２の出力はバルブ開閉装置２０に入力される。
一方、トラッキング装置２１は、中間温度計１３による鋼板１０の測定ポイントを実測板速度に基づき追跡してバルブ開閉装置２０に出力し、この出力に基づいて前記測定ポイントに該当する適正な位置のバルブがバルブ開閉装置２０により制御される。
【００２０】
上記のように第２制御手段１６は、中間温度計１３からの実測温度に基づいたフィードフォワード制御により最終冷却手段６を制御するものとなっており、かかる制御によって高温部分（冷却ポイント）を追跡して直接的に冷却でき、精度の高い温度制御が行えるようになっている。
また、中間温度計１３は最終冷却手段６の直近に設けられており、これによってトラッキングの誤差も小さくなる。このため、熱伝達率の変動が大きい低温範囲では冷却ポイントのずれが生じがたくなり、低温部分を冷却してしまうことによる温度偏差の拡大が防止される。
【００２１】
なお、バルブ本数計算装置２２では、上記温度比較装置２４にて得られた中間目標温度Ｔｅと中間実測温度Ｔｃとの温度偏差Δｔ１に、ある程度の許容幅を持たせ、この範囲よりも大きい場合のみにバルブをオンするものとしてもよい。
本実施形態では、図１に示すように、主冷却手段５における上流側範囲Ａにて所定の巻取目標温度Ｔｄが得られるように水冷を行い、それ以降の下流側範囲ＢではバルブをＯＦＦにして空冷を行うものとしている。これによって、最終冷却手段６に至るまでの空冷エリアが拡大され、中間温度計１３に至ったときに鋼板上に冷却水が残るようなことを防止している。このため、中間温度計１３に基づいた最終冷却手段６のフィードフォワード制御の精度が高められるようになっている。
【００２２】
上記実施形態の冷却装置（方法）を用いて実際に鋼板の温度制御を行ったところ、図３に示すようになった。
ここで、図３（ａ）は、中間温度計１３位置における実測温度Ｔｃと中間目標温度Ｔｅとの温度偏差Δｔ１の変化を示し、図３（ｂ）は、上記温度偏差Δｔ１に基づいた本発明の冷却方法によるバルブＯＮ数の変化を示している。また図３（ｃ）は、本発明の冷却方法によるバルブ制御により得られた出側温度計１２位置における実測温度Ｔｂと巻取目標温度Ｔｄとの温度偏差Δｔ２の変化を示している。
【００２３】
これと対比して、図４（ａ）は、図３（ａ）の温度偏差Δｔ１に対して従来技術の冷却方法（最終冷却手段による冷却を定常的に行う場合）を用いた場合のバルブＯＮ数の変化を示し、図４（ｂ）は、この場合の出側温度計１２位置における実測温度Ｔｂと巻取目標温度Ｔｄとの温度偏差Δｔ２の変化を示している。
図４に示す従来の冷却方法では定常的にバルブがＯＮされ、最終冷却手段により冷却がほぼ絶えることなく実施されている。その結果、中間の温度偏差Δｔ１に比べて巻取温度偏差Δｔ２のバラツキが却って大きくなってしまっており、熱伝達率の変動が大きな低温範囲では、定常的な水冷は却って温度偏差を助長してしまうことが解る。
【００２４】
これに対して、本発明の冷却方法では、図３（ａ）における温度偏差Δｔ１が０℃を越える範囲（約＋５℃以上）Ｃのみで必要最小限にバルブがＯＮされ、これによって図３（ｃ）に示す如く、同範囲Ｃに対応する温度偏差Δｔ２が適切に低下し、温度偏差を拡大してしまうこともなかった。
また、上記の結果、従来の冷却方法では、バルブＯＮの合計本数が８６であるのに対して本発明の冷却方法では１８となり、巻取温度偏差の標準偏差は、従来方法で４０．５℃、本発明方法で１９．５℃となり、大幅に改善された。
【００２５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく適宜設計変更可能である。たとえば、上記実施形態では、最終冷却手段の制御がフィードフォワード制御となっているが、実際の巻取温度（出側温度計の実測温度）と巻取目標温度とを比較することにより、その偏差に基づいて最終冷却手段をフィードバック制御することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、鋼板の低温範囲においても安定した温度制御が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却方法を実施するための冷却手段の概略全体図である。
【図２】第２制御手段における制御（計算）フロー図である。
【図３】（ａ）は、中間温度計による実測値と目標温度との温度偏差を示すグラフ、（ｂ）は上記温度偏差に基づき最終冷却手段で制御されるバルブ本数を示すグラフ、（ｃ）は本発明にかかる冷却方法の実施により得られた出側温度計による実測温度と巻取目標温度との温度偏差を示すグラフ、である。
【図４】（ａ）は、従来の冷却方法を実施した場合のバルブ本数を示すグラフ、（ｂ）は、従来の冷却方法を実施した場合の出側温度計による実測温度と巻取目標温度との温度偏差を示すグラフ、である。
【図５】鋼板の温度と、冷却水への熱伝達率の関係を示すグラフである。
【図６】従来技術における最終冷却手段での制御時、制御なし時の温度偏差と制御時のバルブ本数を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　冷却装置
４　　　冷却ライン
５　　　主冷却手段
６　　　最終冷却手段
７　　　巻取装置
１０　　　鋼板
１１　　　入側温度計
１２　　　出側温度計
１３　　　中間温度計
【図１】
2004009076.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004009076.tif 000006
【図５】
2004009076.tif 000007
【図６】
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