(57)【要約】【課題】さまざまな要因による酸洗槽内の酸濃度変動を低減し、酸洗後の金属板の表面品質を安定に保ち、ひいては酸洗速度アップにより生産効率を向上させる。【解決手段】酸液を反応させる酸洗槽（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）に金属板（２）を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備において、前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御するにあたり、前記酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデル（３０）によって、前記酸洗槽内の酸濃度推定値を求め（Ｓ１）、該酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を推定し（Ｓ２）、該推定した外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求め（Ｓ３）、該投入量にしたがって酸の投入量を操作する（Ｓ４）。【選択図】図１
2007321174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸液を反応させる酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備において、前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御するにあたり、
前記酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、前記酸洗槽内の酸濃度推定値を求め、
該酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を推定し、
該推定した外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求め、
該投入量にしたがって酸の投入量を操作することを特徴とする酸洗プロセスの酸濃度制御方法。
【請求項２】
酸液を反応させる酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備における前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御する酸洗プロセスの酸濃度制御装置において、
前記酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、前記酸洗槽内の酸濃度推定値を求める手段と、
該手段で求められた酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を推定する手段と、
該推定された外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求める手段と、
該手段で求められた投入量にしたがって酸の投入量を操作する手段と、
を具備することを特徴とする酸洗プロセスの酸濃度制御装置。
【請求項３】
酸液を反応させる酸洗槽を直列に複数配置し、該複数の酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備において、前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御するにあたり、
前記各酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、前記各酸洗槽内の酸濃度推定値を求め、
該酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を酸洗槽ごとに推定し、
該酸洗槽ごとに推定された外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求め、
該投入量にしたがって各酸洗槽への酸の投入量を操作することを特徴とする酸洗プロセスの酸濃度制御方法。
【請求項４】
酸液を反応させる酸洗槽を直列に複数配置し、該複数の酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備における前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御する酸洗プロセスの酸濃度制御装置において、
前記各酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、前記各酸洗槽内の酸濃度推定値を求める手段と、
該手段で求められた該酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を酸洗槽ごとに推定する手段と、
該酸洗槽ごとに推定された外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求める手段と、
該手段で求められた投入量にしたがって各酸洗槽への酸の投入量を操作する手段と、
を具備することを特徴とする酸洗プロセスの酸濃度制御装置。
【請求項５】
酸洗設備による酸洗プロセスを有する鋼板の製造方法であって、
該酸洗設備において請求項１又は３に記載の酸濃度制御方法を用いることを特徴とする鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸洗プロセスの酸濃度制御方法・装置、及びこれらを用いた鋼板製造方法に係り、特に、鋼板の酸洗プロセスに用いるのに好適な、酸液を反応させる酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備において、前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御することが可能な、酸洗プロセスの酸濃度制御方法・装置、及びこれらを用いた鋼板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸洗プロセスは、鋼板などの金属板表面の酸化物スケールを塩酸、硫酸などの酸液と反応させることにより除去するプロセスである。以下、鋼板を例にとって説明すると、一般的には、酸液を満たした槽に鋼板を浸漬しながら通過させるディップ酸洗、槽内で酸液を噴流状態で吹き付けながら通過させる噴流酸洗等が知られている。いずれの場合でも、酸洗槽を直列に複数個配置し、上流側（プロセスの入側）から順次通過させるようにするのが一般的である。
【０００３】
ディップ酸洗では、酸液は最下流側の槽に投入され、上流の槽には下流側の槽からオーバーフローさせることにより酸液を供給している。
【０００４】
又、噴流酸洗では、酸液は最下流側の槽、および中間の槽に投入され、下流側の槽から上流側の槽にポンプを介して酸液を供給している。
【０００５】
いずれの場合にも、最上流側の槽で使用された酸液は回収され、処理されて再使用される。
【０００６】
酸洗の効率は、酸洗槽内の酸濃度の影響を強く受けるため、酸洗後の鋼板の表面品質を安定に保つためには酸洗槽内の酸濃度を一定に制御することが必要になる。そのため、酸洗槽内の酸液の濃度を測定し、それに基づいて酸洗槽への酸の投入量を操作することが行われている。
【０００７】
酸洗槽内で鋼板の酸化物スケールとの化学反応によって消費される酸の消費量は、鋼板の種類、酸化物スケールの密度と性状、鋼板の幅、酸洗槽を通過する鋼板の速度、酸洗槽内の酸濃度と温度などによって大きな影響を受ける。操業条件が変更されるとこれらが変化し、酸の消費速度が変化するため、それに見合った量の酸を酸槽内に投入しないと酸濃度が変化してしまう。
【０００８】
ところが、酸槽内の酸液量は、単位時間当たりの酸の投入量（酸の流量又は酸投入量とも称する）に比べて非常に大きいため、酸の投入量の操作を行ってから酸濃度が変化するまでには数時間を要するため、酸濃度変動を検出してから操作を行うのでは遅れが大きく、操業条件変化に伴う酸濃度変動には対応できないという問題がある。
【０００９】
酸の投入量が不足すると酸濃度が低下し、十分な酸洗が行えないためにスケールが鋼板表面に残存して欠陥が生じる。又、酸の投入量が過剰であると、過度に酸洗が進行して鋼板表面に変色が生じ、やはり欠陥となる。又、酸が無駄に使用され、原単位が悪化してしまう。
【００１０】
このような問題に対して、いくつかの方法が開示されているが、その多くは酸洗の効率に及ぼす要因を特定し、それらが酸消費量に与える影響を予測してフィードフォワード的に酸の投入量を操作するものである。
【００１１】
例えば、特許文献１では、運転状態変化が酸槽内の酸濃度変化に与える影響をモデル式で予測し、それを相殺するように酸液の流量を操作する方法が開示されている。
【００１２】
又、特許文献２では、鋼板のスケール厚、板幅、搬送速度を用いて酸投入量と２槽以上への酸投入分配率を求めて酸の投入量を操作する方法が開示されている。
【００１３】
又、特許文献３では、鋼板の板厚、材質および熱延条件を関数として噴流酸洗における酸吐出量および酸液温度を操作する方法が開示されている。
【００１４】
又、特許文献４では、鋼板の板厚、板幅、スケール量に関する状態量と、酸洗槽に供給される酸濃度、供給量、液温、板速度などから酸槽内の脱スケーリング率を求め、それに基づいて運転状態を決定する方法が開示されている。
【００１５】
【特許文献１】特開昭６０-１３５５８７号公報
【特許文献２】特開２００３-１３２６８号公報
【特許文献３】特開平１-２５４３１３号公報
【特許文献４】特開平１０-３０６３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、これらの文献で開示されている方法は、いずれも酸洗槽内における酸洗効率、あるいは酸の消費量に及ぼす要因を特定し、それらの影響に応じて酸の投入量を操作するものであるから、その影響が高精度に求められていないと酸の投入量の操作が不足したり、過剰になったりするという問題がある。
【００１７】
又、各上記文献において考慮されていない要因によって生じる酸濃度変動に対しては効果がない。例えば、スケールの性状のような測定が困難な状態量に対しては、その影響をあらかじめ見積もって酸の投入量を操作することは困難である。
【００１８】
更に、鋼板は上流側の槽から下流側の槽へと順次搬送されるから、上流側の槽における酸洗処理の進行状況は下流側の酸洗に影響を与える。例えば、上流側で十分酸洗が行われると、下流側で除去すべき酸化物スケールの量が少なくなるから、下流側の槽における酸消費量は少なくなる。
【００１９】
又、酸液は最下流の槽から順次上流側の槽へ供給されるから、下流側の槽の酸濃度が上流側の槽の酸濃度に影響する。
【００２０】
従来の方法では、このような槽間の影響を考慮していないため、各槽に適正な酸投入を行うことはできなかった。
【００２１】
このような従来技術の問題点は、酸洗効率あるいは酸消費量の変動に与える要因を限定し、その影響を予測して酸の投入量を操作するという考え方そのものに存在する。即ち、酸洗効率あるいは酸消費量の変動に与える要因は、引用した文献で挙げられているものの他にも存在し、それらの影響を正確に見積もることは極めて困難である。又、鋼板による酸液の下流側の槽への持ち出しや、前述の槽間の影響などについては、従来技術では対処できない。
【００２２】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、さまざまな要因による酸洗槽内の酸濃度変動を低減し、酸洗後の鋼板の表面品質を安定に保ち、ひいては酸洗速度アップにより生産効率を向上させる技術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】
【００２３】
本発明は、酸液を反応させる酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備において、前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御するにあたり、前記酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、前記酸洗槽内の酸濃度推定値を求め、該酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を推定し、該推定した外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求め、該投入量にしたがって酸の投入量を操作することで、前記課題を解決したものである。
【００２４】
又、本発明は、酸液を反応させる酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備における前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御する酸洗プロセスの酸濃度制御装置において、前記酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、前記酸洗槽内の酸濃度推定値を求める手段と、該手段で求められた酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を推定する手段と、該推定された外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求める手段と、該手段で求められた投入量にしたがって酸の投入量を操作する手段と、を具備することで、前記課題を解決したものである。
【００２５】
又、本発明は、酸液を反応させる酸洗槽を直列に複数配置し、該複数の酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備において、前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御するにあたり、前記各酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、前記各酸洗槽内の酸濃度推定値を求め、該酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を酸洗槽ごとに推定し、該酸洗槽ごとに推定された外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求め、該投入量にしたがって各酸洗槽への酸の投入量を操作することで、前記課題を解決したものである。
【００２６】
又、本発明は、酸液を反応させる酸洗槽を直列に複数配置し、該複数の酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって前記金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備における前記酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御する酸洗プロセスの酸濃度制御装置において、前記各酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケールと酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、前記各酸洗槽内の酸濃度推定値を求める手段と、該手段で求められた該酸濃度推定値と当該酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、当該酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を酸洗槽ごとに推定する手段と、該酸洗槽ごとに推定された外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求める手段と、該手段で求められた投入量にしたがって各酸洗槽への酸の投入量を操作する手段と、を具備することで、前記課題を解決したものである。
【００２７】
又、本発明は、酸洗設備による酸洗プロセスを有する鋼板の製造方法であって、該酸洗設備において前記酸濃度制御方法を用いることを特徴とする鋼板の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明者は、従来技術である要因の限定とその影響の予測という方法を採らず、さまざまな要因による酸濃度変動への影響を一括して外乱として扱い、それを推定して相殺するように酸の投入量を操作するという新規な方法を着想した。
【００２９】
又、この外乱を推定する方法として、酸洗槽における酸の流入、流出、消費のバランスを表すダイナミックなモデルを用いて酸洗槽内の酸濃度を推定し、該推定値と酸濃度測定値の差から推定するという新規な方法を着想した。
【００３０】
これらの着想に基づく本発明によれば、酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす要因を一括して外乱とみなし、その外乱を酸洗槽内の酸濃度バランスを表すダイナミックモデルによって得られる酸洗槽内の酸濃度推定値と酸濃度測定値との差から推定し、その影響を相殺するように酸洗槽への酸の投入量を求め、この投入量にしたがって酸の投入量を操作するようにしている。そのため、いかなる要因で酸濃度が変動する場合でも、その要因により酸濃度が大きく変動する前に迅速な酸投入量変更操作が可能になり、酸濃度変動を低減することができる。
【００３１】
又、必要な測定項目は酸洗槽内の酸濃度だけであり、酸濃度変動をもたらす要因を個別に測定する必要がないので、スケールの厚み、酸液の温度などを測定する装置は不要であり装置のコストやそれらの保守の負荷を抑えることができるという効果も有する。
【００３２】
特に、各酸洗槽に流入する酸の流入量と、前記酸洗槽から流出する酸の流出量と、酸化物スケール及び酸液の化学反応によって消費される酸の消費量とのバランスを表すダイナミックモデルによって、各酸洗槽内の酸濃度推定値を求め、この求めた酸濃度推定値と酸洗槽内の酸液の酸濃度測定値との差から、酸洗槽内の酸濃度変動をもたらす外乱を酸洗槽ごとに推定し、酸洗槽ごとに推定された外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求め、この求めた投入量にしたがって各酸洗槽への酸の投入量を操作するようにした場合は、酸液を反応させる酸洗槽を直列に複数配置し、これら複数の酸洗槽に金属板を連続的に通過させることによって金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備においても簡便かつ十分な制御精度が得られ、実プロセスの制御系における調整も容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の実施形態について、図１に示されるフローチャートに基づいて説明する。
【００３４】
本発明では、酸液を反応させる槽に鋼板などの金属板を連続的に通過させることによって金属板の表面の酸化物スケールを除去する酸洗設備において、酸洗槽内の酸濃度を所望の値に制御するにあたり、まず、前記酸洗槽に流入する酸の流入量、酸洗槽から流出する酸の流出量および酸化物スケールとの化学反応によって消費される酸の消費量のバランスを表すダイナミックモデルによって酸洗槽内の酸濃度推定値を求めている（ステップＳ１）。
【００３５】
このダイナミックモデルの役割は、酸洗槽内の酸濃度に影響を与える外乱がないと仮定したときに酸濃度がとるべき値を推定値として出力するものであり、言わば規範モデルである。
【００３６】
実際の酸洗プロセスでは、酸化物スケールの密度と性状、金属板の幅、酸洗槽を通過する金属板の速度、酸液の温度、下流側の槽からの酸液の流入と上流側の槽への流出、上流側の槽における酸洗効率、金属板による酸液の持ち出しなど、さまざまな原因によって酸濃度が変化する。
【００３７】
しかし、本発明では、それらを一括して外乱としてとらえ、酸洗槽内の酸濃度の実績と規範モデルによる推定値との乖離は外乱によって生じたものと考える。
【００３８】
次々と酸洗槽内の酸濃度測定値と規範モデルによる推定値との差異から外乱を推定し（ステップＳ２）、この推定した外乱の影響を相殺するために必要な当該酸洗槽への酸の投入量を求め（ステップＳ３）、この投入量にしたがって酸の投入量を操作し（ステップＳ４）、酸濃度を制御する。
【００３９】
このような方法又は装置で外乱を相殺することによって外乱の影響による酸濃度変動が顕在化する前にその影響を打ち消すことができる。この効果により、酸濃度に影響を及ぼすいかなる外乱に対しても、その影響を強力に抑制することができる。
【００４０】
ここで、酸洗槽内の酸濃度測定値と規範モデルによる推定値との差異から外乱を推定するには、ダイナミックモデルの逆モデルに酸濃度測定値と推定値の差異を入力することによる方法が望ましい。
【００４１】
この酸洗槽内の酸濃度バランスを表すダイナミックモデルは、時間領域では微分方程式あるいは差分方程式、周波数領域では連続時間系あるいは離散時間系の伝達関数として表すことができる。
【００４２】
ダイナミックモデルの逆モデルを求めるには伝達関数を用いるのが好適であり、伝達関数の逆数を取るだけで容易に求めることができる。
【００４３】
ただし、この伝達関数は一次遅れ系であるため、逆数を取っただけでは純粋な微分項が現れて実現不能となる。これを防ぐには、逆モデルに低域通過フィルタを直列に接続し、それらの積がプロパー（分子の次数が分母の次数以下であること）な伝達関数にするのが望ましい。
【実施例】
【００４４】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施例について説明する。
【００４５】
本実施例を適用した酸洗プロセスは、図２に示される如く、金属板である鋼板２を酸洗する酸洗槽４Ａ、４Ｂ、４Ｃと、これらの酸洗槽に酸液を供給する循環タンク６Ａ、６Ｂ、６Ｃと、循環タンクに投入する酸液を蓄える給酸タンク８と、余剰となった酸液を貯蔵する廃酸貯蔵タンク１０と、酸の投入量を決定する酸濃度制御装置１２と、上記槽やタンク間で酸液を送り出すポンプ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１６と、送り出す量を調整するバルブ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、２０Ｂ、２０Ｃとを有している。酸洗槽は上流側から第１槽４Ａ、第２槽４Ｂ、第３槽４Ｃとする。
【００４６】
これら酸洗槽には、循環タンク６Ａ、６Ｂ、６Ｃから酸液を送るポンプ付きのソース２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと、酸洗に使用された酸液を循環タンクに戻すドレイン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと、槽内の酸濃度を計る酸濃度計２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃとが設置され、図示しないが酸洗槽内には、鋼板表面に酸液を吹き付ける噴流管が備えられている。
【００４７】
ポンプには、循環タンクから酸液を送り出すポンプ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと、循環タンクで余剰となった酸液を隣接の循環タンクや廃液貯蔵タンクに送り出すポンプ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃと、供給タンクから循環タンクに新たな酸液を供給する新たな酸液の供給ポンプ（酸液供給ポンプとも称する）１６がある。
【００４８】
バルブには、隣接の循環タンク６Ａ、６Ｂへの余剰な酸液を調整するバルブ１８Ｂ、１８Ｃと、廃酸貯蔵タンク１０への余剰な酸液を調整するバルブ１８Ａと、供給タンク８からの酸液を調整するバルブ（酸液供給調整バルブとも称する）２０Ｂ、２０Ｃとがある。
【００４９】
酸濃度制御装置１２は、濃度計２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃから濃度データを入力する結線と、バルブへ出力する結線を有している。
【００５０】
各酸洗槽４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、酸液を供給する循環タンク６Ａ、６Ｂ、６Ｃとポンプ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを介して接続されている。
【００５１】
本実施例を適用した酸洗プロセスは、鋼板２を３つの酸洗槽４Ａ、４Ｂ、４Ｃに順次通板し、噴流酸洗を行うものである。
【００５２】
循環タンク６Ａ、６Ｂ、６Ｃ内の酸液は、ポンプ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃによって酸洗槽内の噴流管から鋼板表面に吹き付けられ、鋼板表面のスケールを溶解除去する。各酸洗槽内の酸液は、それぞれに接続された循環タンク６Ａ、６Ｂ、６Ｃに戻され、再使用される。
【００５３】
酸洗槽内の酸濃度制御は、給酸タンク８内の酸液をポンプ１６、バルブ２０Ｂ、２０Ｃを介して第２槽と第３槽の循環タンク６Ｂ、６Ｃに投入することによって行われる。
【００５４】
又、循環タンク内の液面レベルを制御するため、第３槽の循環タンク６Ｃで余剰となった酸液は、ポンプ１５Ｃ、バルブ１８Ｃを介して第２槽の循環タンク６Ｂへ、第２槽の循環タンク６Ｂで余剰となった酸液は、ポンプ１５Ｂ、バルブ１８Ｂを介して第１槽の循環タンク６Ａへ、第１槽の循環タンク６Ａで余剰となった酸液は、ポンプ１５Ａ、バルブ１８Ａを介して廃酸貯蔵タンク１０へ送られる。
【００５５】
これにより、各循環タンク内の液面レベルは一定に保たれる。廃酸貯蔵タンク１０の酸液は化学処理を行って再使用される。
【００５６】
各酸洗槽内の酸濃度は、酸濃度計２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃによって一定の周期で測定され、その測定値と酸濃度設定値に基づいて酸濃度制御装置１２の制御アルゴリズムにしたがって酸の投入量が決定され、バルブ２０Ａ、２０Ｃの開度操作によって第２槽４Ｂと第３槽４Ｃの循環タンク６Ｂ、６Ｃへの酸の投入量が調整される。これにより、各酸洗槽の酸濃度制御が自動的に行われる。本実施例では、各酸洗槽の酸濃度制御アルゴリズムに本発明を適用したものである。
【００５７】
次に、酸洗槽における酸濃度バランスを表すダイナミックモデルについて説明する。
【００５８】
酸洗槽内の酸濃度は、酸洗槽に投入される酸液に含まれる酸の量（投入量）、下流側の酸洗槽から流入する酸液に含まれる酸の量（流入量）、上流側の酸洗槽に流出する酸液に含まれる酸の量（流出量）、及び酸化物スケールとの化学反応によって消費される酸の消費量のバランスによって変動する。この関係は、各酸洗槽について、各々、以下の３つの微分方程式（１）〜（３）で表すことができる。
【００５９】
2007321174.tif 000003
【００６０】
2007321174.tif 000004
【００６１】
2007321174.tif 000005
【００６２】
ここで、モデル中に用いた変数は、次の通りである。
【００６３】
ｕ２：第２槽への酸投入実績量（ｍ３／ｈ）
ｕ３：第３槽への酸投入実績量（ｍ３／ｈ）
Ｃ１：第１槽の酸濃度予測値（％）
Ｃ２：第２槽の酸濃度予測値（％）
Ｃ３：第３槽の酸濃度予測値（％）
ｄ１：第１槽への外乱推定値（ｍ３／ｈ）
ｄ２：第２槽への外乱推定値（ｍ３／ｈ）
ｄ３：第３槽への外乱推定値（ｍ３／ｈ）
【００６４】
又、モデル中に用いたパラメータは、次の通りである。
【００６５】
Ｖ１：第１槽の酸液量（ｍ３）
Ｖ２：第２槽の酸液量（ｍ３）
Ｖ３：第３槽の酸液量（ｍ３）
ｋ１Ｓ１：第１槽における反応定数とスケール量の積（ｍ３／ｈ）
ｋ２Ｓ２：第２槽における反応定数とスケール量の積（ｍ３／ｈ）
ｋ３Ｓ３：第３槽における反応定数とスケール量の積（ｍ３／ｈ）
【００６６】
モデル式（１）（２）（３）の左辺は、各槽の酸濃度の微分量であり、右辺は酸液の流出入や化学反応による酸の量の変動を表す。
【００６７】
例えば、（３）式の右辺第１項は、第３槽４Ｃに投入される酸液によって単位時間に酸槽内に持ち込まれる量を表しており、これを酸液の量で除すことによって酸投入による酸濃度変動成分となる。
【００６８】
又、酸槽内の酸液の量は一定に保たれているので、投入された酸液量と等しい量の酸液が第２槽４Ｂに流出するから、第３槽４Ｃの酸濃度と酸投入量の積だけ酸が失われる。（３）式の第２項はこれを表している。
【００６９】
又、同じく第３項は、酸と鋼板のスケールとの化学反応によって失われる酸の消費量を表している。単位時間に失われる酸の消費量は、化学反応の速さに比例し、それは酸濃度とスケール量の積で表すことができる。
【００７０】
ここで、ｄ１、 ｄ２、 ｄ３は、鋼板の種類、酸化物スケールの密度と性状、鋼板の幅、酸洗槽を通過する鋼板の速度、酸洗槽内の酸濃度と温度などによる酸濃度変動を表す外乱項であり、これらの外乱が何に起因するのかを区別することなく、一括して扱うことが本発明の特徴である。
【００７１】
次に、外乱推定について説明する。
【００７２】
上記の式（１）〜（３）の右辺には、酸濃度と酸投入量が積の形で含まれており、非線形微分方程式になっているが、本発明では、外乱を推定するのにダイナミックモデルの逆モデルを用いるので、線形化されたモデルを用いた方が簡便である。
【００７３】
そこで、（１）〜（３）式を定常状態の周りで線形化し、ラプラス変換を施して伝達関数として表す。図３に、酸濃度バランスを表すダイナミックモデル３０として、第１槽のダイナミックモデル３２、第２槽のダイナミックモデル３４、及び、第３槽のダイナミックモデル３６、並びに、外乱推定フィルタ４０として、第２槽のダイナミックモデル逆モデルにローパスフィルタを付加したもの４２及び第３槽のダイナミックモデル逆モデルにローパスフィルタを付加したもの４４を示す。
【００７４】
外乱推定ｄ２ｅ又はｄ３ｅは、ダイナミックモデル３０による酸濃度推定値Ｃ２又はＣ３と、酸濃度測定値Ｃ2_actual又はＣ3_actualとの差に逆モデルとローパスフィルタの積４２又は４４をそれぞれ乗じることで求められる。この原理を以下に説明する。
【００７５】
操作量（この場合は酸投入量）をｘ、制御量（この場合は酸濃度）をｙ、操作量から制御量への伝達関数をＰとする。操作量には、外乱ｄが加わるものとする。この関係は（４）式のようになる。
【００７６】
ｙ＝Ｐ（ｘ＋ｄ）              ・・・（４）
【００７７】
モデルが正確であるとすると、モデルの出力ｙｅは、次式のようになる。
【００７８】
ｙｅ＝Ｐｘ                    ・・・（５）       
【００７９】
この（５）式から（４）式を辺々引いて逆モデル１／Ｐを乗じることにより、次式が得られる。
【００８０】
ｄ＝（ｙ−ｙｅ）／Ｐ          ・・・（６）
【００８１】
しかし、多くの場合、伝達関数はプロパー（分子の次数が分母の次数以下であること）であるため、その逆モデルは分子の次数が分母の次数よりも大きくなり、実現不能となる。
【００８２】
そこで、（７）式のようにローパスフィルタＦを用いてＦ／Ｐがプロパーになるようにする。
【００８３】
ｄｅ＝Ｆ（ｙ−ｙｅ）／Ｐ＝Ｆｄ・・・（７）
【００８４】
ここで、（７）式の左辺のｄｅは、外乱ｄの推定値であり、外乱ｄにローパスフィルタＦを作用させて観測したものと等価である。
【００８５】
本発明の場合、各槽のダイナミックモデルＰは、一次の微分方程式（１）〜（３）式を線形化したモデルであるから、それを伝達関数で表せば図３に示されるように一次遅れ系となる。即ち、第３槽のモデルの場合、次式となる。
【００８６】
2007321174.tif 000006
【００８７】
ここで、ｆ３、ｇ３、ｈ３は、（３）式から得られるパラメータである。
【００８８】
そこで、一次のローパスフィルタをＦとして用い、それを逆モデル１／Ｐに乗じることにより、Ｆ／Ｐがプロパーになるようにする。時定数をＱ３とすれば、次式となる。
【００８９】
2007321174.tif 000007
【００９０】
この（９）式と（８）式とから、外乱推定フィルタＦ／Ｐは、次式となる。
【００９１】
2007321174.tif 000008
【００９２】
したがって、ｘ＝ｕ３、ｙｅ＝Ｃ３とすれば、（５）式と（８）式とから、次の（１１）式が得られる。
【００９３】
2007321174.tif 000009
【００９４】
同様に、（７）式と（９）式とから、次の（１２）式が得られる。
【００９５】
2007321174.tif 000010
【００９６】
よって、（１１）式と（１２）式より外乱推定値ｄ３ｅが求められる。
【００９７】
ここで、Ｃ3_actualは第３槽４Ｃの酸濃度実績値である。
【００９８】
次に、外乱推定値ｄ３ｅに基づいて酸投入量推奨値ｕ３を次の（１３）式で求める。
【００９９】
ｕ３＝−ｄ３ｅ                    ・・・（１３）
【０１００】
このとき、（７）式から
ｕ３＝−Ｆｄ３                   ・・・（１４）
であるから、（４）式から
Ｃ3_actual＝Ｐ（ｕ３＋ｄ３）＝Ｐ（１−Ｆ）ｄ３・・・（１５）
となり、外乱ｄ３から制御量Ｃ３への影響が１−Ｆ倍されたことになる。１−Ｆは、低周波数域ではほぼ０になり、外乱ｄの影響は制御量ｙに表れないことになる。
【０１０１】
次に、本実施例についてシミュレーションを行い、手動制御による方法と比較を行った。
【０１０２】
図４に、手動制御による酸投入量実績と、そのときの酸濃度実績値を示す。酸濃度変動に対応して第３槽４Ｃ、第２槽４Ｂへの酸の投入量が操作されているが、酸濃度実績には±２％程度の変動が見られる。なお、酸濃度の目標値は、図４中において太い破線で示されている。
【０１０３】
図５に、本発明による外乱推定値を示し、図６に、本発明による酸投入量推奨値と、それを適用した場合の酸濃度をモデルで予測した値を図４の手動制御の場合と重ねて示す。
【０１０４】
なお、手動制御の場合の実績値は図６中において太い破線で示されている。又、（９）式の時定数Ｑ３を１［ｈｏｕｒ］とし、手動制御による酸投入量と比較するため、（１３）式で求めた酸投入量推奨値ｕを１［ｍ３／ｈｏｕｒ］の単位で離散化した。
【０１０５】
本発明を適用した場合には、酸の投入量操作が外乱推定値に基づいてきめ細かくなされており、その結果として酸濃度変動が±１％程度に低減されていることがこれら図５及び図６より分かる。
【０１０６】
なお、本実施例では、第２槽４Ｂの酸投入量は第２槽４Ｂへの外乱推定値に基づいて決定されているが、第３槽４Ｃへの酸投入量が操作された場合、それによる第２槽４Ｂの酸濃度への影響が考えられる。しかし、その影響は、第３槽４Ｃへの酸濃度変動を介するものであるため、第２槽４Ｂへの酸投入による変化に比べてほとんど無視できる。
【０１０７】
そのため、本実施例では、外乱を槽ごとに推定し、酸の投入量を槽ごとに求めるという方法を採った。この方法は、簡便かつ十分な制御精度が得られ、実プロセスの制御系における調整も容易であるので、非常に実用的である。
【０１０８】
又、本実施例を適用する金属板は、鋼板に限られたものではなく、銅、アルミなどの金属でも構わない。
【０１０９】
又、上述のような酸濃度制御方法や装置を鋼板の製造方法や装置に用いることにより、さまざまな要因による酸洗槽内の酸濃度変動を低減し、酸洗後の鋼板の表面品質を安定に保ち、ひいては酸洗速度アップにより生産効率を向上させる鋼板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明に係る手順を示すフローチャート
【図２】実施例を適用した酸洗プロセスの構成を模式的に示す説明図
【図３】本発明に基づく酸濃度バランスを表すダイナミックモデル及び外乱推定フィルタを示すブロック線図
【図４】手動制御による酸投入量及び酸濃度の実績値を示す線図
【図５】本実施例に基づく外乱推定値を示す線図
【図６】本実施例に基づく酸投入量及び、それに基づいて操作を行ったときの酸濃度の予測値と、手動制御よる酸投入量及び酸濃度の実績値との比較を示す線図
【符号の説明】
【０１１１】
２…鋼板
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ…酸洗槽
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ…循環タンク
８…給酸タンク
１０…廃酸貯蔵タンク
１２…酸濃度制御装置
１６…酸液供給ポンプ
２０Ｂ、２０Ｃ…酸液供給調整バルブ
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ…酸濃度計
【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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【図６】
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