(57)【要約】【課題】連続熱処理設備の冷却帯を走行する鋼板の冷却不足あるいは過冷却を抑えることができる、冷却帯における板温冷却制御方法を提供する。【解決手段】鋼板の連続熱処理設備の冷却帯２において冷却ブロワ４により鋼板１を冷却する際に、通板スケジュールと実操業の冷却帯入側目標板温、冷却帯出側目標板温、板厚、板幅、通板速度の情報と、溶接点トラッキングの情報とを連動して冷却ブロワ４の回転数をフィードフォワード制御する板温冷却制御方法において、鋼板１が冷却帯２に導入される前に板厚計１０で測定された板厚測定値を取り込み、コイル数分割毎に平均実板厚を算出し、この平均実板厚をフィードフォワード演算時に板温制御のブロワ回転数演算に使用するとともに、鋼板１の冷却抜熱量、炉体放散量、熱交換器６での熱交換など冷却帯２の熱収支計算を行い、目標出側板温に収束した際に安定すべきブロワ回転数の定常解を予め演算しブロワ回転数指令値とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の連続熱処理設備の冷却帯において冷却ブロワにより鋼板を冷却する際に、通板スケジュールと実操業の冷却帯入側目標板温、冷却帯出側目標板温、板厚、板幅、通板速度の情報と、溶接点トラッキングの情報とを連動して冷却ブロワの回転数をフィードフォワード制御する、鋼板の連続熱処理設備の冷却帯における板温冷却制御方法において、
鋼板が冷却帯に導入される前に板厚計で測定された板厚測定値を取り込み、コイル数分割毎に平均実板厚を算出し、この平均実板厚をフィードフォワード演算時に板温制御のブロワ回転数演算に使用するとともに、鋼板の冷却抜熱量、炉体放散量、熱交換器での熱交換など冷却帯の熱収支計算を行い、目標出側板温に収束した際に安定すべきブロワ回転数の定常解を予め演算しブロワ回転数指令値とすることを特徴とする鋼板の連続熱処理設備の冷却帯における板温冷却制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の連続熱処理設備の冷却帯における板温冷却制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板を加熱帯、冷却帯などを備えた連続熱処理設備を走行させて連続的に熱処理することが行われている。そのうち、冷却帯での板温の制御について、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
特許文献１は、鋼板の板厚変更時に、板厚の変更率から冷却負荷の変化率を演算し、フィードフォワード制御を行っている。また、特許文献２では、安定状態判別器で通板実績データから、安定通板制御データを選別し、それをフィードフォワード制御の補正に用いている。
【０００４】
図５は従来の鋼板の冷却制御のシステム図である。図５において、鋼板１を冷却する冷却帯２には走行する鋼板１を冷却するための冷却用ウインドボックス３が配置され、冷却用ウインドボックス３からは冷却ブロワ４により冷却用の気体が噴射され、噴射された気体は、ダクト５に排出され、ダクトの途中で熱交換器６により冷却されて冷却ブロワ４により冷却帯２へ循環させる。冷却帯２の出側には冷却帯出側板温計７が、入側には冷却帯入側板温計８がそれぞれ配置されて板温が検出される。
【０００５】
板温の冷却制御は、冷却ブロワ４の回転数を変更して行われる。ブロワ回転数の変更は、冷却帯の目標板温と実績板温の偏差によるフィードフォワード制御とプロセスコンピュータ９により、溶接点トラッキング情報（通板速度、溶接点位置）、と通板スケジュール情報（鋼種、公称板厚、板幅、通板速度、冷却帯入側温度、冷却帯出側目標温度）から、板温制御モデルにて、公称板厚、板幅、目標板温、ライン速度の変更量や変更率などをパラメータとして、ブロワ回転数演算器９でブロワ回転数の変更量を演算するフィードフォワード制御が行われる。
【特許文献１】特開平６−２１２２８１号公報
【特許文献２】特開２０００−２３９７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
鋼板の板温制御においては、冷却帯に連続して通板される鋼板の公称板厚、熱処理温度、通板速度の異なる鋼板がつながる溶接点通過時や、目標板温や通板速度を変更した際に、公称板厚、板幅、目標板温、ライン速度の変更量や変更率などをパラメータとして、ブロワ回転数の変更量を演算するフィードフォワード制御がなされる。そして、板温制御に使用する板厚値は、プロセスコンピュータが通板スケジュールとして認識している公称板厚である。このように、従来のフィードフォワードでは公称板厚、板幅、目標板温、通板速度の変更量から、ブロワの回転数の変更量を演算するモデルが一般的であり、実績板温が目標板温に収束した際の、熱的に平衡な定常状態における冷却帯全体の平衡熱収支計算によるものではない。
【０００７】
また、一般に冷却帯はブロワ回転数の変更が、鋼板温度の変更に反映されるまでの時間は、回転数変更時間と冷却ガスが鋼板に到達するまでのダクト長だけであり、応答が速い。
【０００８】
しかし、冷却用ウインドボックスの配置、すなわち冷却帯の設備長さと出側板温計までの距離を考慮して、回転数指令変更が板温変化に反映された実績板温を確認してから次の回転数指令を演算できるように、ブロワ回転数変更タイミングを設定するので、応答が速い割に、ブロワ回転数の設定変更タイミングは長めであり、目標板温に収束するのに数分の時間を要することがある（図４従来例参照）。
【０００９】
特許文献１では、鋼板の板厚変更時に、その変更率から冷却負荷の変効率を演算し、フィードフォワード制御を行っているが、板厚の範囲によって板厚変更率に対するブロワ回転数変更量が一様でないために、板厚変効率からの予測制御では後行材の先端から目標板温に精度良く合わせることが困難である。また、鋼板のコイルの先端部、尾端部はコイル中央に比べて板厚の公差内の誤差が大きい傾向にあることも、公称板厚しか認識していない板温制御モデルには、予測制御を難しくする。
【００１０】
ＪＩＳで規定されている冷延鋼板の公称板厚の許容差は、公称板厚、板幅によるが、最大概ね±５％から１５％の誤差範囲に規定されている。また、熱延鋼板の厚さ許容差は、冷延鋼板より大きく、連続焼鈍炉を通す対象となりうる板サイズで見ても、最大概ね±７％から１５％の誤差範囲に規定されている。通常、板温制御は、通板スケジュールにて認識している公称板厚を板温制御モデルに使用している。しかし、鋼板から抜熱すべき熱量は板厚に比例するため、所定の板温を実現するための実際の鋼板の抜熱量は、板温制御モデルが認識している公称板厚の鋼板の抜熱量に対して最大±５から１５％の誤差があることになる。
【００１１】
図３は熱バランスが取れた定常通板状態すなわち平衡状態での、板厚と冷却負荷すなわち冷却ブロワの回転数を表すグラフである。ここでは簡略化のため、冷却帯入側板温一定、通板速度一定、板幅一定とする。図３において、Ｔ１、Ｔ２は冷却帯出側板温一定の曲線であり、ここではＴ１＜Ｔ２とするので、Ｔ１の方がブロワの回転数が大きくなっている。Ｔ１ｈｉｇｈ，Ｔ２ｈｉｇｈは各公称板厚の鋼板が、ＪＩＳに規定された許容板厚の範囲内で最大厚さの場合に冷却帯出側板温を各々Ｔ１、Ｔ２とする冷却ブロワの回転数曲線である。そしてＴ１ｌｏｗ、Ｔ２ｌｏｗは最小厚さの場合に冷却帯出側板温を各々Ｔ１、Ｔ２とする冷却ブロワの回転数曲線である。
【００１２】
一例として、公称板厚ｔ１、実板厚ｔ１ａの先行材と、公称板厚ｔ２、実板厚ｔ２ａの後行材について溶接点前後の冷却制御を考える（ｔ１ａ＜ｔ１，ｔ２ａ＞ｔ２）。冷却帯出側板温は溶接点前後で共にＴ１で変わらないとする。グラフから、ブロワ回転数はＲ１ａからＲ２ａに変更されなければならないが、板温制御モデルが認識しているのは公称板厚のｔ１、ｔ２であるから、ブロワ回転数の変更量はＲ２とＲ１の差ΔＲとなる。従ってＲ１ａ＋ΔＲがフィードフォワード制御で演算されるブロワ回転数の指令値となってしまい、冷却不足となり、板温はＴ１より高いＴ２までしか冷やされないことになる。
【００１３】
逆に、公称板厚より厚手の先行材と、公称板厚より薄手の後行材がつながる溶接点においては、後行材先端において過冷却となる。
【００１４】
また、特許文献２では、安定状態判別器で安定通板時のデータを選別し、その安定通板制御データをフィードフォワードの補正に用いているが、安定状態を判別することが難しいとともに、設備新設初期時には安定データが集まっておらず、予測制御がうまく機能しない。また最近の多品種生産においては、鋼種変更によるヒートサイクルの変更も多く、鋼種、板厚、板幅、通板速度なども多岐にわたり、なかなか安定データが蓄積できないという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、連続熱処理設備の冷却帯を走行する鋼板の冷却不足あるいは過冷却を抑えることができる、冷却帯における板温冷却制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、鋼板の連続熱処理設備の冷却帯において冷却ブロワにより鋼板を冷却する際に、通板スケジュールと実操業の冷却帯入側目標板温、冷却帯出側目標板温、板厚、板幅、通板速度の情報と、溶接点トラッキングの情報とを連動して冷却ブロワの回転数をフィードフォワード制御する、鋼板の連続熱処理設備の冷却帯における板温冷却制御方法において、鋼板が冷却帯に導入される前に板厚計で測定された板厚測定値を取り込み、コイル数分割毎に平均実板厚を算出し、この平均実板厚をフィードフォワード演算時に板温制御のブロワ回転数演算に使用するとともに、鋼板の冷却抜熱量、炉体放散量、熱交換器での熱交換など冷却帯の熱収支計算を行い、目標出側板温に収束した際に安定すべきブロワ回転数の定常解を予め演算しブロワ回転数指令値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ブロワ回転数演算を公称板厚による演算ではなく、平均実板厚を使用するので、フィードフォワード制御の制御性が向上し、溶接点直後の板温はずれが減少する。また、設定板温を変更した場合や、通板速度を変更した場合などの板温制御過渡期においても板温の収束が速くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、まず、連続熱処理設備の焼鈍炉の入側に設置されたオンラインの板厚計の出力を常時プロセスコンピュータに取り込み、溶接点トラッキングと連動し、コイルを仮想的に数分割し、各分割の平均実板厚を演算しておく。板厚の測定は、連続熱処理設備の焼鈍炉の入側だけでなく、連続熱処理設備の前工程である冷延ラインや熱延ラインの出側に設置した板厚計の測定値をコイル情報として取り込んで制御してもよい。そして、フィードフォワード演算に入る際に、従来使用していた公称板厚でなく、板厚計の測定値から求めた平均実板厚を板温制御に使用する。
【００１９】
さらに、通板する鋼板の冷却負荷（冷却帯入側目標板温、冷却帯出側目標板温、平均実板厚、板幅、ライン速度）から、板温が目標板温に収束し、安定した定常通板時の、鋼板からの抜熱、炉体放散熱、雰囲気放散熱、熱交換器熱交換などの熱平衡計算を予め行い、目標出側板温に収束した際に安定すべきブロワ回転数の定常解を予め演算し、その定常解をブロワ回転数の指令値とする。
【００２０】
平常時は目標板温と実績板温の偏差に基づくフィードバック制御にてブロワ回転数をコントロールする。しかし、溶接点通過によるヒートサイクル変更や板厚、板幅、通板速度の変更時と、操業により目標板温や通板速度を変更したという情報が入ると、板温制御モデルがフィードフォワード演算にはいる。フィードフォワード演算に入ると、平均実板厚を含めた前述のパラメータを読み、定常解モデルにてブロワ回転数の解を演算する。そしてこの定常解をブロワの回転数指令値とする。その後は、次にフィードフォワード演算に入る事象が発生するまで、フィートバック制御で板温が制御される。
【００２１】
また、定常解モデルは図３のグラフに示すとおり、冷却帯の放散熱までを加味した、冷却帯すなわちジェットクーラの熱収支と熱交換器の熱収支を考慮し、収束計算によって熱的にバランスする解が求まるモデルとする。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明を適用した一実施例を示すシステム図である。鋼板１を冷却する冷却帯２には走行する鋼板１を冷却するための冷却用ウインドボックス３が配置され、冷却用ウインドボックス３からは冷却ブロワ４により冷却用の気体が噴射され、噴射された気体はダクト５に排出され、ダクトの途中で熱交換器６により冷却されて冷却ブロワ４により冷却帯２へ循環させる。冷却帯２の出側には冷却帯出側板温計７が、入り側には冷却帯入側板温計８がそれぞれ配置されて板温が検出される。鋼板１が冷却帯２に導入される前に板厚計１０で板厚が測定される。本発明では、ブロワ回転数演算に公称板厚ではなく、鋼板が冷却帯に導入される前に板厚計１０で測定された板厚から求めた平均実板厚を適用する。
【００２３】
板温の制御は、冷却ブロワの回転数を変更して行われる。ブロワ回転数の変更は、冷却帯の目標板温と実績板温の偏差によるフィードフォワード制御とプロセスコンピュータにより、溶接点トラッキング情報（通板速度、溶接点位置）、と通板スケジュール情報（鋼種、実板厚、板幅、通板速度、冷却帯入側温度、冷却帯出側目標温度）から、板温制御モデルにて、実板厚、板幅、目標板温、ライン速度の変更量や変更率などをパラメータとして、ブロワ回転数演算器９でブロワ回転数の変更量を演算するフィードフォワード制御が行われる。
【００２４】
図２は本発明による板温制御のフローを表す図である。溶接点通過時、通板速度変更あるいは目標板温変更時のモードが判定される（ステップＳ１）。このステップＳ１で平常時のモードと判定されると、プロセスコンピュータ９は目標板温と実績板温の偏差に基づくフィードバック演算を行う（ステップＳ２）。フィードバック演算に基づいてブロワ回転数指令によりブロワの回転数をコントロールする（ステップＳ３）。
【００２５】
ステップＳ１で溶接点通過時、通板速度変更あるいは目標板温変更時のモードと判定されると、板厚計で測定された実測値に基づいて求められた平均実板厚、通板速度、冷却帯入側温度、冷却帯出側目標温度、板幅から、定常解による板温制御モデルにて、フィードフォワード演算を行う（ステップＳ４）。フィードフォワード演算に基づいてブロワ回転数指令によりブロワの回転数をコントロールする（ステップＳ５）。
【００２６】
次に、冷却帯の熱バランスについて説明する。
ＱＣ：ジェットクーラ吹き付け強制対流による抜熱量
ＱＳ：鋼板からの放散熱量
ＱＬ：冷却帯放散熱量（雰囲気放散熱も含む）
ＷＳ：鋼板の処理量
ＩＳ１：冷却帯入側の鋼板顕熱
ＩＳ２：冷却帯出側の鋼板顕熱
Ｂ：鋼板幅
Ｌｆ：冷却帯  伝熱有効炉長
α  ：ジェットクーラ熱伝達率
ΔＴｍ：鋼板と冷却ガスの対数平均温度差
Ｎ：ブロワ回転数
とすると、
ＱＳ＝ＱＬ＋ＱＣ
ＱＳ＝ＷＳ×（ＩＳ１−ＩＳ２）
ＱＣ＝２×Ｂ×Ｌｆ×α×ΔＴｍ
となる。
Ｗｓ＝Ｗｓ（Ｂ、板温、通板速度）
α＝α（吹き付け流速、吹き付け距離、ノズルピッチ、ガスの物性値）
ＱＬ＝ＱＬ（冷却帯炉温、炉帯熱貫流率、炉帯放散面積、雰囲気ガス量）
であり、
Ｎ∝Ｖｇ∝αｎ
となる。
【００２７】
次に、熱交換器の熱バランスについて説明する。
Ｑｈｘ１：熱交換器での抜熱量
Ａｈｘ：熱交換器の伝熱面積
Ｋｈｘ：熱交換器の熱貫流率
ΔＴｍｈｘ：ガス−水の対数平均温度差
Ｖｇ：ジェットクーラ  循環ガス量
ΔＫｇ：ジェットクーラ  循環ガスの熱交換器  入側と出側の顕熱差
Ｖｗ：冷却水量
ΔＫｗ：冷却水の熱交換器  入側と出側の顕熱差
Ｑｈｘ１＝Ｑｃ＝Ａｈｘ×Ｋｈｘ×ΔＴｍｈｘ＝Ｖｇ×ΔＫｇ＝Ｖｗ×ΔＫｗ
上記に基づき、冷却帯と熱交換器の熱収支をバランスさせた状態で、冷却帯出側目標板温を達成できる
吹き付け流速、すなわちブロワ回転数を収束計算により算出する。
【００２８】
図４は溶接点通過後の時間と板温との関係を示すグラフである。焼鈍後の鋼板を、冷却帯で所定の板温に冷却するが、鋼種によって冷却帯の入側目標温度と、出側目標板温がプロセスコンピュータで設定されており、自動制御されている。図４に示すように、従来の制御では、例えば、目標板温が変わらなくても、鋼板の溶接点を通過し、鋼板の板厚、板幅が変化すると、３分間程度実績板温が、目標板温±１５℃程度の範囲で振れ、目標板温±５℃の範囲に収束するまで約１０分近く要すことがあった。これに本発明を適用すると、１回目のブロワ回転数設定から、目標板温±５℃程度の範囲に入れることができた。この後は通常のフィードバック制御により目標板温に収束していく。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を適用した一実施例を示すシステム図である。
【図２】本発明の板温制御のフローを表す図である。
【図３】板厚とブロア回転数の関係を示すグラフである。
【図４】溶接点通過後の時間と板温との関係を示すグラフである。
【図５】従来の鋼板の冷却制御のシステム図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：鋼板
２：冷却帯
３：冷却用ウインドボックス
４：冷却ブロワ
５：ダクト
６：熱交換器
７：冷却帯出側板温計
８：冷却帯入側板温計
９：プロセスコンピュータ
１０：板厚計
【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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