(57)【要約】【課題】圧延材に対する空冷の伝熱計算と水冷の伝熱計算とを行い且つ両方の冷却効果を明確に考慮した上で、巻き取り温度の制御を行い、高品質・高機械特性を備える圧延材を生産可能とする。【解決手段】仕上げ圧延後の圧延材５を水冷又は空冷により冷却することで、該圧延材５の巻き取り温度を制御する圧延材の巻き取り温度制御方法において、空冷される圧延材５に対しては空冷の伝熱計算を行い、前記水冷される圧延材５に対しては水冷の伝熱計算を行って、圧延材５の巻き取り温度の予測値を計算し、この予測値を基に、巻き取り温度を制御する。【選択図】図１
2007301603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕上げ圧延後の圧延材を水冷又は空冷により冷却することで、該圧延材の巻き取り温度を制御する圧延材の巻き取り温度制御方法において、
前記空冷される圧延材に対しては空冷の伝熱計算を行い、前記水冷される圧延材に対しては水冷の伝熱計算を行って、前記圧延材の巻き取り温度の予測値を計算し、
前記予測値を基に、巻き取り温度を制御することを特徴とする圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項２】
前記圧延材の冷却は、冷却能が操作可能で空冷状態とすることができる冷却バンクを複数備えてなる冷却手段を用いて行うものであって、
前記空冷状態の冷却バンクでは圧延材に対する空冷の伝熱計算を行い、水冷状態の冷却バンクでは冷却速度が一定の条件下で圧延材に対する水冷の伝熱計算を行って、前記圧延材の巻き取り温度の予測値を計算し、
前記予測値を基に、各冷却バンクを空冷状態又は水冷状態のいずれかに設定し、前記巻き取り温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項３】
前記圧延材に対し一定長又は一定時間ごとにサンプリングを行うことで得られるコイル片を複数設定し、
(i)  各コイル片に対し、仕上圧延後の板温度と板厚と板速度とを用いて空冷の伝熱計算を行うことで、前記冷却手段の最上流にある冷却バンク入側までの温度降下を算出し、
(ii)  前記最上流に位置する冷却バンクのみが水冷状態であるとして、前記コイル片の巻き取り温度の予測値を計算した後、
(iii)  冷却手段の上流側から下流側へ水冷状態の冷却バンクを増加させて巻き取り温度の予測値を計算し、
(iv)  前記予測値が目標値に一致又は近づいた際の水冷状態の冷却バンク数を冷却手段に適用することを特徴とする請求項２に記載の圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項４】
前記圧延材に対し一定長又は一定時間ごとにサンプリングを行うことで得られるコイル片を複数設定し、
(i)  各コイル片に対し、仕上圧延後の板温度と板厚と板速度とを用いて空冷の伝熱計算を行うことで、前記冷却手段の最下流にある冷却バンク入側までの温度降下を算出し、
(ii)  前記最下流に位置する冷却バンクのみが水冷状態であるとして、前記コイル片の巻き取り温度の予測値を計算した後、
(iii)  冷却手段の下流側から上流側へ水冷状態の冷却バンクを増加させて巻き取り温度の予測値を計算し、
(iv)  前記予測値が目標値に一致又は近づいた際の水冷状態の冷却バンク数を冷却手段に適用することを特徴とする請求項２に記載の圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項５】
前記冷却手段の中間位置に設置された１又は複数の中間温度計を用いて板温度の実績値を測定し、
前記実績値を基に、前記中間温度計より下流側に配備された冷却バンクを空冷状態又は水冷状態のいずれかに設定し、前記巻き取り温度を制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項６】
前記水冷状態に設定された冷却バンクにおいては、冷却速度が一定となるように当該冷却バンクの出側板温度を設定し、該設定された出側板温度を満足するよう開バルブ本数を決定して、決定された開バルブ本数を当該冷却バンクに適用することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項７】
前記水冷状態に設定された冷却バンクにおいて、圧延材の移送速度を実測し、該実測速度を用いて当該冷却バンクでの板温度の降下量を計算し、該板温度の降下量を基に出側板温度を算出し、算出された出側板温度を基に開バルブ本数を決定することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項８】
前記仕上げ圧延後の板温度は、仕上げ圧延機の出側に設けられた板温度計で計測され、
前記仕上げ圧延後の板厚は、仕上げ圧延機の出側に設けられた板厚計で計測され、
前記仕上げ圧延後の板速度は、仕上げ圧延機に設けられた速度検出器で計測されることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項９】
前記仕上げ圧延後の板温度、板厚、板速度は、それぞれ圧延前に設定した予測値を用いることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の圧延材の巻き取り温度制御方法。
【請求項１０】
圧延材を圧延する圧延機と、
前記圧延機で圧延された圧延材を巻き取る巻き取り装置と、
前記圧延機と巻き取り装置との間に配置され、且つ冷却能が操作可能で空冷状態とすることができる冷却バンクを複数備えてなる冷却手段と、
前記空冷状態の冷却バンクでは圧延材に対する空冷の伝熱計算を行い、水冷状態の冷却バンクでは冷却速度が一定の条件下で圧延材に対する水冷の伝熱計算を行って、前記圧延材の巻き取り温度の予測値を計算し、前記予測値を基に、各冷却バンクを空冷状態又は水冷状態のいずれかに設定し、前記巻き取り温度を制御する制御部と、
を有することを特徴とする圧延装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延材の巻き取り温度制御方法及びその方法を適用可能な圧延装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄鋼板等の圧延材は、加熱されたスラブや元板を連続圧延装置に導入して、複数の圧延機で連続的に圧延することで製造されており、最終圧延機の下流側には圧延材を巻き取るための巻き取り装置が設けられている。また、最終圧延機と巻き取り装置との間には、圧延材の温度を制御しつつ冷却を行う冷却手段が備えられている。
冷却手段は、圧延材に吹き付ける冷却材の供給量を可変とするバルブを複数備えた冷却バンクを有し、この冷却バンクが圧延材の移送方向に連設されて構成されている。冷却手段では、最終的な圧延材の板温度（巻き取り温度）を目標温度に一致させるべく、開状態にあるバルブの本数である開バルブ本数を変更して、圧延材の温度調整や冷却制御が行われる。
【０００３】
このような冷却手段の制御方法、すなわち、圧延材の巻き取り温度制御方法は従来より数々開発されている。
例えば、特許文献１に記載された技術は、圧延材上のサンプリング点の位置と板温度とを、圧延材の移送速度（板速度）と冷却バンクの注水パターンとの実績値とから算出し、算出された圧延材の位置と板温度とから、圧延材が巻き取り装置に達する時の板温度（巻き取り温度）を予測し、この予測値と目標値とが一致するように、冷却バンクの注水パターンを変更するものである。
【０００４】
特許文献２に開示された技術は、圧延材が冷却バンクを通過する時間から、当該圧延材に対する冷却速度が一定となるように、当該冷却バンクの出側目標温度を決定し、該出側目標温度を満足する開バルブ本数を決定するものとなっている。なお、「冷却速度が一定」というのは、圧延材が冷却手段内において一定時間経過した時の温度降下量が一定ということを意味する。
現状、ユーザからは、非常に高品質の圧延材の供給を要望されており、要求される材料特性や機械特性を実現するためには、圧延材の巻き取り温度と目標値とが一致することはもとより、各冷却バンクでの冷却速度を一定とする必要がある。
【０００５】
この要求を満たすものとして、特許文献３には、圧延材に対する冷却速度が板速度に影響されることなく均一となる条件下で水冷状態の冷却バンクの注水量の制御を行うことで、巻き取り装置での圧延材の温度が目標温度となるようにする技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭５８−２２１６０６号公報
【特許文献２】特開平６−１７９００８号公報
【特許文献３】特開平５−２７７５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３の技術は、水冷状態の冷却バンクの数などを制御するものであって、空冷状態の冷却バンク内の圧延材又は冷却手段に導入前の圧延材における温度降下を明確には考慮するものとはなっていない。すなわち、空冷状態の冷却バンクでは、圧延材の温度降下は水冷状態の冷却バンクに比してかなり小さいものとし、明確な制御対象とはしていなかった。ゆえに、ユーザから要求される高品質、高機械特性を備えた圧延材を生産するにあたっては、水冷状態の冷却バンクの制御のみを考えた特許文献３の技術では、十分な圧延材の冷却制御を行うことは困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、圧延材に対する空冷の伝熱計算と水冷の伝熱計算とを行い且つ両方の冷却効果を明確に考慮した上で、巻き取り温度の制御を行い、高品質・高機械特性を備える圧延材を生産可能とする圧延材の巻き取り温度制御方法及び圧延装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかる圧延材の巻き取り温度制御方法は、仕上げ圧延後の圧延材を水冷又は空冷により冷却することで、該圧延材の巻き取り温度を制御するものであって、前記空冷される圧延材に対しては空冷の伝熱計算を行い、前記水冷される圧延材に対しては水冷の伝熱計算を行って、前記圧延材の巻き取り温度の予測値を計算し、前記予測値を基に、巻き取り温度を制御することを特徴とする。
これにより、圧延材に対する空冷の伝熱計算と水冷の伝熱計算とを行い且つ両方の冷却効果を明確に考慮した上で、巻き取り温度の制御を実施でき、高品質・高機械特性を備える圧延材を生産することができるようになる。
【０００９】
また、前記圧延材の冷却は、冷却能が操作可能で空冷状態とすることができる冷却バンクを複数備えてなる冷却手段を用いて行うものであって、前記空冷状態の冷却バンクでは圧延材に対する空冷の伝熱計算を行い、水冷状態の冷却バンクでは冷却速度が一定の条件下で圧延材に対する水冷の伝熱計算を行って、前記圧延材の巻き取り温度の予測値を計算し、前記予測値を基に、各冷却バンクを空冷状態又は水冷状態のいずれかに設定し、前記巻き取り温度を制御するようにすることは好ましい。
各冷却バンクを空冷状態又は水冷状態のいずれかに設定するための具体的な手法としては、前記圧延材に対し一定長又は一定時間ごとにサンプリングを行うことで得られるコイル片を複数設定し、
(i)  各コイル片に対し、仕上圧延後の板温度と板厚と板速度とを用いて空冷の伝熱計算を行うことで、前記冷却手段の最上流にある冷却バンク入側までの温度降下を算出し、
(ii)  前記最上流に位置する冷却バンクのみが水冷状態であるとして、前記コイル片の巻き取り温度の予測値を計算した後、
(iii)  冷却手段の上流側から下流側へ水冷状態の冷却バンクを増加させて巻き取り温度の予測値を計算し、
(iv)  前記予測値が目標値に一致又は近づいた際の水冷状態の冷却バンク数を冷却手段に適用する、とよい。
【００１０】
また、前記圧延材に対し一定長又は一定時間ごとにサンプリングを行うことで得られるコイル片を複数設定し、
(i)  各コイル片に対し、仕上圧延後の板温度と板厚と板速度とを用いて空冷の伝熱計算を行うことで、前記冷却手段の最下流にある冷却バンク入側までの温度降下を算出し、
(ii)  前記最下流に位置する冷却バンクのみが水冷状態であるとして、前記コイル片の巻き取り温度の予測値を計算した後、
(iii)  冷却手段の下流側から上流側へ水冷状態の冷却バンクを増加させて巻き取り温度の予測値を計算し、
(iv)  前記予測値が目標値に一致又は近づいた際の水冷状態の冷却バンク数を冷却手段に適用する、ようにしてもよい。
【００１１】
より好ましくは、前記冷却手段の中間位置に設置された１又は複数の中間温度計を用いて板温度の実績値を測定し、前記実績値を基に、前記中間温度計より下流側に配備された冷却バンクを空冷状態又は水冷状態のいずれかに設定し、前記巻き取り温度を制御するとよい。
このように中間温度計での実績値を用いることで、巻き取り温度の制御を高精度で実施でき、高品質・高機械特性を備える圧延材を生産することができるようになる。
なお好ましくは、前記水冷状態に設定された冷却バンクにおいては、冷却速度が一定となるように当該冷却バンクの出側板温度を設定し、該設定された出側板温度を満足するよう開バルブ本数を決定して、決定された開バルブ本数を当該冷却バンクに適用するとよい。
【００１２】
また、前記水冷状態に設定された冷却バンクにおいて、圧延材の移送速度を実測し、該実測速度を用いて当該冷却バンクでの板温度の降下量を計算し、該板温度の降下量を基に出側板温度を算出し、算出された出側板温度を基に開バルブ本数を決定するとよい。
好ましくは、前記仕上げ圧延後の板温度は、仕上げ圧延機の出側に設けられた板温度計で計測され、前記仕上げ圧延後の板厚は、仕上げ圧延機の出側に設けられた板厚計で計測され、前記仕上げ圧延後の板速度は、仕上げ圧延機に設けられた速度検出器で計測されるものとするとよい。
【００１３】
前記仕上げ圧延後の板温度、板厚、板速度は、それぞれ圧延前に設定した予測値を用いるとよい。
以上述べた圧延材の巻き取り温度制御方法を採用可能な圧延装置は、圧延材を圧延する圧延機と、前記圧延機で圧延された圧延材を巻き取る巻き取り装置と、前記圧延機と巻き取り装置との間に配置され、且つ冷却能が操作可能で空冷状態とすることができる冷却バンクを複数備えてなる冷却手段と、前記空冷状態の冷却バンクでは圧延材に対する空冷の伝熱計算を行い、水冷状態の冷却バンクでは冷却速度が一定の条件下で圧延材に対する水冷の伝熱計算を行って、前記圧延材の巻き取り温度の予測値を計算し、前記予測値を基に、各冷却バンクを空冷状態又は水冷状態のいずれかに設定し、前記巻き取り温度を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる圧延材の巻き取り温度制御方法及び装置によれば、圧延材に対する空冷の伝熱計算と水冷の伝熱計算とを行い且つ両方の冷却効果を明確に考慮した上で、巻き取り温度の制御を行うことができるため、高品質・高機械特性を備える圧延材を生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる圧延材の巻き取り温度制御方法及び圧延装置を、薄鋼板の熱間連続圧延装置を例示して説明する。
薄鋼板等の圧延材は、加熱された元板やスラブを複数の圧延機が備えられた連続圧延装置に導入し、連続的に圧延することで製造される。連続圧延装置の上流側に備えられた圧延機は粗圧延機であり、下流側に備えられた圧延機は板厚などを整える仕上げ圧延機である。
最終段に備えられた仕上げ圧延機を出た圧延材は、圧延材移送方向の下流側に配置された冷却手段内を通りながら冷却され、巻き取り装置で巻き取られる。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、連続圧延装置１の最終圧延機２から冷却手段３、巻き取り装置４に至るまでの装置構成を示した概念図である。なお、本実施形態の説明においては、最終圧延機２を単に圧延機と呼ぶ。圧延材５の移送方向において、移送されていく側（巻き取り装置４側）を下流側、その反対側（圧延機２側）を上流側と呼ぶ。
圧延機２は、一対のワークロール６，６を有すると共に、このワークロール６，６をバックアップする一対のバックアップロール７，７を供えている。ワークロール６の回転軸には、その回転数を計測し圧延材５の移送速度である板速度を測定する出側板速度検出器８が設けられている。
圧延機２の出側には、圧延材５の温度である板温度を計測する出側板温度計９が配置されている。この出側板温度計９は、圧延材５からの熱放射量を基に板温度を計測する放射温度計である。出側板温度計９の下流側には、γ線厚み計からなる出側板厚計１０が設置されている。
【００１７】
出側板厚計１０の下流側には、冷却手段３が備えられている。この冷却手段３は、複数の冷却バンク１２が圧延材５の上下（表裏）面に対面するように備えられ、この冷却バンク１２が圧延材移送方向に複数個（１〜Ｎ）連なるように配置される構成となっている。
冷却バンク１２には、圧延材５に向けて冷却水（冷却材）を吹き付けて圧延材５の温度を下げる複数の冷却ノズルが備えられ、各冷却ノズルには冷却材の流量をオン・オフ制御可能なバルブが設けられている。このバルブを開状態にすると冷却材が冷却ノズルから噴出するため、開状態のバルブ数（開バルブ本数）を変更することで、冷却ノズルから圧延材５に吹き付けられる冷却材の全量が変わり、板温度の温度降下量が可変する。
【００１８】
冷却手段３の最下流側に位置する冷却バンク１２［Ｎ］の下流側であって、巻き取り装置４の直前には、放射温度計からなる温度計が設置されており、冷却バンク１２［Ｎ］を通過した圧延材５の板温度を計測するようになっている。以降、この温度計を巻き取り温度計１２と呼ぶ。なお、冷却手段３の先端からＮ個目にある「第Ｎ番目の冷却バンク」を冷却バンク１２［Ｎ］と表記する。
巻き取り装置４の回転軸には、巻き取り速度検出器１４が設置されている。
前述した出側板温度計９や出側板速度検出器８や出側板厚計１０の計測データ、すなわち圧延機２出側の板温度、板速度、板厚の各実績値は、冷却手段３を制御する制御部１５に入力される。この制御部１５には、巻き取り温度計１３や巻き取り速度検出器１４からの実績値も入力される。
【００１９】
制御部１５は、後述する圧延材の巻き取り温度制御方法に基づいて、巻き取り温度計１３での板温度（巻き取り温度）を目標温度に近づけるべく、各冷却バンク１２における開バルブ本数の適切値を算出する。
制御部１５で算出された開バルブ本数の値は、シーケンサなどから構成されるバルブ開閉信号出力部１６に送られる。バルブ開閉信号出力部１６は、開バルブ本数の値に応じ各冷却バンク１２のバルブの開閉を行い、冷却手段３全体の冷却状態を変更する。
本実施例の場合、制御部１５はプロセスコンピュータで構成されており、バルブ開閉信号出力部１６は、シーケンサやＰＬＣなどで構成される。
【００２０】
制御部１５の中で実行される圧延材の巻き取り温度制御方法の第１実施形態について、図２〜図１０に基づいて説明する。
図２は、本実施形態で目標とする圧延材５の板温度の履歴曲線を示している。この図の横軸は、圧延材５上に設定されたコイル片（圧延材に対し一定長又は一定時間ごとにサンプリングを行うことで得られるサンプリング板）に着目し、このコイル片が、圧延機２の出側を基点にしてどの位置にあるか（どこまで移送されたか）を示している。縦軸はコイル片の板温度を示している。
【００２１】
圧延機２で圧延が終わったコイル片は、冷却手段３に入るまで又は冷却手段３において最上流に位置する水冷状態の冷却バンク１２に達するまでは、空冷状態で冷却される（図中のＡ）。
水冷状態の冷却バンク１２に達したコイル片は、冷却速度一定の条件の下、当該冷却バンク１２を通過し冷却手段３の最下流に位置する冷却バンク１２［Ｎ］まで達する（図中のＢ）。その後、巻き取り装置４に巻き取られるまで空冷状態で冷却が進む（図中Ｃ）。
ここで「冷却速度が一定」というのは、圧延材５が冷却手段３内において一定時間経過した時の温度降下量が一定ということを意味し、図２で板温度履歴を示すグラフが直線となることである。
【００２２】
コイル片に対する水冷が開始される際の板温度は、コイル片注水開始温度として設定されており、水冷終了時の板温度はコイル片注水終了温度、巻き取り温度はコイル片目標巻き取り温度としてそれぞれ設定されている。
図２に示すように、水冷状態の冷却バンク１２での冷却を冷却速度一定で行うことにより、最終的な圧延材５の材質特性が好ましいものとなる。しかしながら、冷却手段３のどの位置までを空冷状態とし、それ以降を水冷状態とするか、また、水冷状態の冷却バンク１２での開バルブ本数をいくらにするかなどの設定条件は、その都度、要求される圧延材５の材質特性により異なる。かかる設定条件を図３〜図６のフローチャートに基づいて算出するようにしている。
【００２３】
まず、圧延機２で圧延される圧延材５を一定長あるいは一定時間ごとにサンプリングを行い、仮想的に長さ５ｍ程度のコイル片を設定する。このコイル片にそれぞれに対して、以下の３つ工程を施すことにより、当該コイル片に対する冷却制御を行うようにする。
図３に示す如く、冷却制御の工程は、
(i)  圧延機２出側における実績板温度、実績板厚、実績板速度を入力する工程（データ入力工程、Ｓ３１）
(ii)  入力されたデータを基に、巻き取り装置４での板温度が目標温度と一致するように、各冷却バンク１２を水冷状態とするか空冷状態とするかを決定する（冷却方式決定工程，Ｓ３２）
(iii)  水冷状態の冷却バンク１２において、与えられた冷却速度（一定値）を満たすように入側板温度から出側板温度を算出した上で、この出側板温度を実現可能とする開バルブ本数を算出する工程（開バルブ本数決定工程，Ｓ３３）
(iii)  算出された開バルブ本数を冷却バンク１２に適用して圧延材５の板温度を制御する工程（制御工程，Ｓ３４）
の４つを備えており、Ｓ３１〜Ｓ３４を順次行うことにより、必要とされる圧延材５の冷却制御（温度制御）を行う。
【００２４】
なお、Ｓ３１の工程において、入力データは実績値に限定されるものではなく、所定の予測モデル等を用いて得られた予測板温度、予測板厚、予測板速度であっても構わない。予測板温度とは、圧延前に設定した圧延機２出側の目標温度であって、予測板厚とは圧延前に設定した圧延機２出側の目標板厚、予測板速度とは圧延前に設定した圧延機２出側の目標板速度のことである。例えば、図６に示すような圧延材５の速度パターンに基づき、板速度が変動すると設定した場合、予測板速度は当該図から得られる値を用いてもよい。
次に、Ｓ３２〜Ｓ３４の各工程の詳細を説明する。
【００２５】
図４には、冷却方式決定工程Ｓ３２の詳細が示されている。まず、冷却手段３の冷却バンク１２[１］〜［Ｎ−１]を空冷状態とし、冷却バンク１２[Ｎ]を水冷状態とする（Ｓ３１）。なお、説明において、空冷状態の冷却バンク１２を空冷バンク、水冷状態の冷却バンクを水冷バンクと呼ぶこともある。
次に、入力された圧延機２出側での実績板温度Ｔ0と、式（１），式（２）に示す伝熱の式を用いて、圧延機２出側〜冷却手段３入口ならびに冷却バンク１２[１］〜［Ｎ−１]での冷却状況（空冷状態）を予測すると共に、冷却バンク１２［Ｎ］の入側板温度Ｔ1を予測する（Ｓ３２）。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
詳しくは、式（１）に、圧延機２出側から冷却バンク１２［１］までのコイル片の通過時間Δｔ，空気（冷却材）の温度Ｔx，空気の熱伝達率α，圧延材５の温度Ｔ（＝Ｔo）等を代入することで、温度降下量ｄＴを求め、この温度降下量ｄＴと圧延機２出側での実績板温度Ｔ0とから、冷却バンク１２［１］の入側板温度を算出する。
同様に、冷却バンク１２［１］〜［Ｎ−１］は、開バルブ本数が０本である空冷バンクなので、式（１）に、空気の温度Ｔx，空気の熱伝達率α等を適用することで、各冷却バンク１２［１］〜［Ｎ−１］における板温度の降下量ｄＴを求める。空冷バンクとなっている冷却バンク１２［１］〜［Ｎ−１］の個数はｎ＝Ｎ−１である。したがって、式（２）を用いることで、冷却バンク１２［Ｎ−１］の出側板温度Ｔ1、すなわち水冷状態である冷却バンク１２［Ｎ］の入側板温度Ｔinを求める。
【００２８】
次に、求められた冷却バンク１２［Ｎ］の入側板温度Ｔinと、式（３）に示すような冷却速度を一定とした場合の温度降下式から、水冷状態の冷却バンク１２である冷却バンク１２［Ｎ］の出側板温度Ｔoutを予測する（Ｓ４３）。
【００２９】
【数２】
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【００３０】
さらに、冷却バンク１２［Ｎ］は、冷却手段３の最終冷却バンク１２であるため、このバンクを通過した圧延材５は空冷状況下で下流側に移送され、巻き取り装置４に巻き取られる。そこで、巻き取り温度計１３での計測される巻き取り板温度を予測するために、式（１）に、冷却バンク１２［Ｎ］の出側板温度Ｔout，冷却バンク１２［Ｎ］から巻き取り装置４までの通過時間Δｔ、空気（冷却材）の温度Ｔxや熱伝達率αを入力し、温度降下量ｄＴを求める。
出側板温度Ｔoutから求まった温度降下量ｄＴを引くことで、巻き取り板温度を算出する。（Ｓ４４）
その後、巻き取り板温度が目標値に等しいかどうかを判定し、もし、等しければ、冷却バンク１２における空冷バンクと水冷バンクとの設定状態が適切であることがわかり、この結果を基に、冷却バンク１２［Ｎ］の入側板温度をＴin、出側板温度をＴoutに決定する。（Ｓ４５，Ｓ４６）
もし、上記判定の結果、巻き取り板温度と目標値とに差異が生じている場合は、１つ上流側の空冷バンクを水冷状態とし（冷却バンク１２［１］〜［Ｎ−２］を空冷、冷却バンク１２［Ｎ−１］〜［Ｎ］を水冷とし）、再度Ｓ４２ステップに戻り計算を行う。（Ｓ４７）
かかる収束計算を、巻き取り板温度と目標値とが略一致するまで行う。
【００３１】
図５には、開バルブ本数決定工程Ｓ３３の詳細が示されている。
この図に示す如く、水冷状態とされた冷却バンク１２での開バルブ本数（開状態にあるバルブの本数）は、以下の手順で決定する。
まず、各水冷状態の冷却バンク１２において、入側板温度Ｔinを出側板温度Ｔoutにするための、熱伝達率αの具体的な値を、空冷の伝熱計算に用いた式（１）を使用して算出する。ただし、式（１）で熱伝達率αを算出する際には、ｄＴは「入側板温度Ｔinー出側板温度Ｔout」、冷却材の温度Ｔxは冷却水の温度とする。圧延材５の温度Ｔは入側板温度Ｔinとする。（Ｓ５１）
水冷状態の冷却バンク１２における熱伝達率αと当該冷却バンク１２の開バルブ本数Ｂとは、冷却手段３の構成や冷却材スプレーの配置状態などにより所定の関係（例えば、Ｂ＝ｆ（α））となっていることが、現場の実績として明らかになっている。ゆえに、この関係と水冷状態での式（１）とから熱伝達率αを実現する開バルブ本数Ｂを容易に求めることができ、この開バルブ本数Ｂをバルブ開閉信号出力部１６に送り、冷却手段３のバルブを制御するようにする。（Ｓ５２）
【００３２】
このようにして求められた開バルブ本数Ｂを用いて、再度熱伝達率αを求め、この熱伝達率αを用いて、当該冷却バンク１２の出側板温度Ｔoutを再び求めるようにする。求められた出側板温度Ｔoutは、１つ下流側に位置する冷却バンク１２の入側板温度Ｔinとして採用するようにする。（Ｓ５３）
図７は、以上述べた方法で決定された開バルブ本数を用いて冷却手段３を制御した場合における、板温度の遷移を示した図である。破線は目標とする冷却速度であり、実線は実際の温度遷移を示すグラフである。２点鎖線は冷却制御を行わない従来の方法の結果である。この図からわかるように、実線で示される温度遷移は破線とほぼ一致している。ゆえに、本巻き取り温度制御方法を用いることで、冷却速度一定としつつ、且つ巻き取り板温度が目標値に一致するように、圧延機２で圧延された圧延材５を冷却することができる。そうすることで、圧延材５の材料品質をユーザの要求にあった高品質なものにできる。
【００３３】
［第２実施形態］
以下、本発明にかかる圧延材の巻き取り温度制御方法の第２実施形態について説明する。
第１実施形態においては、板速度すなわちコイル片の移送速度は、図６に示すような加減速パターンにより変動するとしている。そのため、この変動パターンに応じて移送ラインでの予測板速度を求め、その予測値からバンク通過時間や冷却バンク１２の出側板温度を算出し、最終的に開バルブ本数を決定していた。
しかしながら、実際には、様々な外乱により、板速度の予測値と実績値は異なることが多い。その場合、各コイル片ごとに板速度を実測し（一定時間ごとに板速度をサンプリング計測し）、この実績速度から得られる冷却バンク通過時間を式（１），式（３）に適用し、冷却バンク１２の出側板温度を算出するとよい。こうすることで、より正確な出側板温度を求めることができ、正確な開バルブ本数を知ることが可能となる。ひいては、高品質な圧延材５を生産することができる。
【００３４】
例えば、圧延材５のコイル片の長さを冷却バンク１２と略同じ長さとし、実績板速度の測定を各コイル片で行うと仮定する。
図８に示す如く、あるコイル片に関し、当初設定しておいた板温度履歴の目標値を２点鎖線で示す。このコイル片が最初の水冷状態の冷却バンク１２を通過したときに、コイル片の実績板速度を圧延機２の出側板速度検出器８を用いて測定し、その実績値と式（１）〜式（３）とに基づき、最初の冷却バンク１２の出側板温度を計算する。このとき、板速度以外の他の変数の値は変更しないこととする。
【００３５】
実績板速度を求めた結果、図８の場合は、実績板速度が予測板速度よりも大きかったため、水冷を行う時間が短かくなり、冷却バンク１２［１］の出側板温度が、当初の設定値より高くなっている。この場合は、実績板速度を基に算出された冷却バンク１２［１］の出側板温度を用いて、当該冷却バンク１２［１］より下流側に位置する冷却バンク１２を空冷状態にするか水冷状態にするか、水冷状態であれば開バルブ本数をいくつにするかを第１実施形態の手順に従って再度計算する。
図９，図１０は、実績速度を基にして水冷状態の冷却バンク１２の出側板温度を算出した場合の結果であり、図９は圧延材５の速度履歴、図１０は圧延材５の板温度履歴である。
【００３６】
図９からわかるように、コイル片が圧延機２から巻き取り装置４に移送される間のほとんどの位置において、板速度の予測値と実績値とは微小ながら異なっている。この差異を冷却制御に反映させる意義は大きい。
図１０において、実線は前記実績板速度に基づき開バルブ本数の修正を行った場合のコイル片の板温度履歴であり、２点鎖線はバルブ修正を行わなかった場合の板温度履歴である。バルブ修正を行わないと、冷却速度、巻取り温度ともに目標としたものから外れてしまうが、バルブ修正を行うと冷却速度、巻取り温度ともに目標どおりに制御できていることが明らかである。
なお、以上で述べなかった構成、巻き取り温度制御方法、奏する作用効果に関しては、本実施形態と第１実施形態とでは大きな差異はないため、その説明を省略する。
【００３７】
［第３実施形態］
以下、本発明にかかる圧延材の巻き取り温度制御方法の第３実施形態について説明する。
本実施形態が、第１実施形態と異なる点は、冷却手段３の上流側の冷却バンク１２を水冷状態とし、下流側の冷却バンク１２を空冷状態としている点である。
他の点においては第１実施形態と略同様である。連続圧延装置１の構成も第１実施形態と略同様であって、図１に示すとおりである。例えば、冷却方式決定工程Ｓ３２などの考え方は略同一である。
図１１には、本実施形態での冷却方式決定工程のフローチャートが示されている。
まず、冷却手段３の最上流側に位置する冷却バンク１２［１］のみを水冷状態とし、冷却バンク１２［２］〜［Ｎ］を空冷状態とする。（Ｓ１１０１）
【００３８】
入力された圧延機２出側での実績板温度Ｔ0と、式（１），式（２）に示す伝熱の式とを用いて、圧延機２出側〜冷却手段３の入口での冷却状況（空冷状態）を予測すると共に、冷却バンク１２［１］の入側板温度Ｔ1を予測する。（Ｓ１１０２）
前記入側板温度Ｔ1と、冷却速度を一定とした場合の温度降下式（式（３））から、水冷状態の冷却バンク１２［１］の出側板温度Ｔoutを求める。（Ｓ１１０３）
求められた冷却バンク１２［１］の出側板温度Ｔoutを基に、空冷状態での式（１）及び式（２）とを用いて、空冷状態である冷却バンク１２［２］〜［Ｎ］の冷却状況を予測すると共に、巻き取り温度を算出する。（Ｓ１１０４）
次に、算出された巻き取り板温度が目標値に等しいかどうかを判定し、もし、等しければ、計算結果に従い、冷却バンク１２［１］を水冷とし、冷却バンク１２［２］〜［Ｎ］を空冷状態とすればよく、水冷状態の冷却バンク１２の入側板温度Ｔin、出側板温度をＴoutに決定する。（Ｓ１１０５，Ｓ１１０６）
【００３９】
もし、判定の結果、巻き取り板温度と目標値とに差異が生じている場合は、１つ下流側の冷却バンク１２［２］を水冷状態とし（水冷状態の冷却バンク１２を１つ増やし）、再度Ｓ１１０２ステップに戻り、計算を行う（Ｓ５６）。
上述の繰り返し計算（収束計算）を行うことで、冷却手段３の冷却バンク１２［１］〜［ａ］が水冷状態であって、冷却バンク１２［ａ＋１］〜［Ｎ］が空冷状態とすればよいことがわかり（ただし、１＜ａ＜Ｎ）、これにより、巻き取り板温度が目標値に一致するように冷却手段３を制御することができる。
以上述べた冷却方式決定工程Ｓ３２の結果を基に、開バルブ本数決定工程Ｓ３３や制御工程Ｓ３４を行う。
【００４０】
［第４実施形態］
次に、本発明にかかる圧延材の巻き取り温度制御方法の第４実施形態について説明する。
図１２に示すように、本実施形態が第１実施形態と異なる点は、冷却手段３が、複数の冷却バンク１２を備える第１冷却手段３Ａと、その下流側に設けられ且つ複数の冷却バンク１２を備える第２冷却帯手段３Ｂと備え、第１冷却手段３Ａと第２冷却手段３Ｂとの間に中間温度計２０が配置されている点である。
【００４１】
この冷却手段３に対しても、第１実施形態〜第３実施形態に記載した方法で、第１冷却手段３Ａ及び第２冷却帯手段３Ｂ（冷却手段３）の冷却バンク１２を空冷状態又は水冷状態のいずれかに設定することができる。しかしながら、冷却制御の精度を上げるために、第１冷却手段３Ａに関しては、圧延機２出側での板温度を入側温度、中間温度計２０位置での目標板温度を出側温度として、第１冷却手段３Ａを構成する冷却バンク１２を空冷状態とするか水冷状態とするかを決定するようにしている。同様に、第２冷却手段３Ｂに関しては、中間温度計２０位置での目標板温度を入側温度、巻き取り温度の目標値を出側温度として、第２冷却手段３Ｂを構成する冷却バンク１２を空冷状態とするか水冷状態とするかを決定する。その後は、水冷とされた冷却バンク１２の出側板温度を実現可能とする開バルブ本数を、開バルブ本数決定工程Ｓ３３により決定すればよい。
【００４２】
図１３には、本実施形態にかかる圧延材５の巻き取り温度制御方法を行った場合の板温度履歴が示されている。破線は目標板温度履歴（冷却速度一定）であり、実線が実際に制御された圧延材５の板温度履歴である。２点鎖線は、冷却制御を行わなかった場合のコイル片の板温度履歴図である。この図からわかるように、バルブ修正を行わないと、冷却速度が目標としたものとは異なり、最適な材料品質を有する圧延材５を生産することができない状況となる。一方、バルブ修正を行うと、冷却速度、巻取り温度ともに目標どおりに制御でき、適切な圧延材５の冷却ができるようになる。
【００４３】
なお、以上の冷却制御の行う際に、中間温度計２０で求められた実績板温度を入力値として、第２冷却手段３Ｂに対しフィードフォワード制御を行うと非常に好ましい結果を得られる。すなわち、中間温度計２０を用いて板温度の実績値を測定し、この実績値を基に、第２冷却手段３Ｂに対し第１実施形態などで採用した「冷却方式決定工程Ｓ３２」、「開バルブ本数決定工程Ｓ３３」を再度適用し、中間温度計２０より下流側に配備された冷却バンク１２を空冷状態又は水冷状態のいずれかに再設定して、圧延材５の巻き取り温度を高精度に制御するとよい。
【００４４】
具体的には、圧延材５の圧延が行われている際に、中間温度計２０で中間板温度の実績値を測定する。この実績値と目標値との間に差が生じている場合、中間温度計より下流側に位置する第２冷却手段３Ｂでかかる温度差を解消するように、当該第２冷却手段３Ｂの水冷・空冷状態を変更する。つまり、中間板温度の実績値を第２冷却手段３Ｂの入側温度として採用すると共に、圧延機２出側における板厚の実績値や予測値、圧延機２出側における板速度の実績値や予測値を用いて、冷却方式決定工程Ｓ３２を再度行うことで、第２冷却手段３Ｂの冷却バンク１２を空冷状態又は水冷状態のいずれかに再設定する。その後、水冷状態とされた冷却バンク１２の出側板温度を実現可能とする開バルブ本数を、開バルブ本数決定工程Ｓ３３を再び行って算出する。
【００４５】
図１４には、本実施形態のフィードフォワード冷却制御を行った場合における圧延材５の板温度履歴が示されている。コイル片が中間温度計２０の位置に来るまでは当初設定した板温度履歴に基づくように圧延材５の冷却が行われているが、中間温度計２０による実績板温度に基づいて、第２冷却手段３Ｂの板温度履歴を２点鎖線のように再設定している様子が明らかとなっている。
図１５には、図１４で２点鎖線のように再設定した板温度履歴を実現できるように、第２冷却手段３Ｂでの開バルブ本数を決定し直し、巻き取り温度制御方法を行った結果が示されている。破線が再設定後の板温度履歴（目標冷却速度）であり、実線が実際に制御された圧延材５の板温度履歴である。両者はほぼ一致しており、これにより、巻き取り板温度を目標値に確実に一致させることができ、結果として、材料品質・機械特性が非常によい圧延材５を生産できるようになった。なお、２点鎖線は、冷却制御を行わなかった場合の板温度履歴図である。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、本発明にかかる技術は、薄鋼板等の冷却にのみ適用されるものではなく、例えば、厚鋼板を冷却する際にも適用することが可能である。
また、本発明にかかる圧延材の巻き取り温度制御方法は、制御部１５においてリアルタイムで実施してもよく、予めオフラインで各種条件を基に計算を行った上でデータベース化し、このデータベースに基づいて、冷却手段３を制御するようにしてもよい。
また、冷却手段３には、中間温度計２０は複数個備えられていて、各中間温度計２０，２０…の実績値を基に当該中間温度計２０，２０…より下流側に配備された冷却バンク１２を空冷状態又は水冷状態のいずれかに再設定し、巻き取り温度を制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】装置構成を示した図である（第１実施形態）。
【図２】板温度の予測履歴を示した図である。
【図３】圧延材の巻き取り温度制御方法を示したフローチャートである。
【図４】冷却方式決定工程のフローチャートである。
【図５】開バルブ本数決定工程のフローチャートである。
【図６】板速度の予測履歴を示した図である。
【図７】冷却制御を行った際の板温度履歴を示した図である（第１実施形態）。
【図８】実績板速度を用いて板温度履歴を再設定したことを示す図である（第２実施形態）。
【図９】板速度の実績履歴を示した図である（第２実施形態）。
【図１０】図８の板温度履歴を目標とし冷却制御した際の板温度履歴を示した図である（第２実施形態）。
【図１１】冷却方式決定工程のフローチャートを示した図である（第３実施形態）。
【図１２】装置構成を示した図である（第４実施形態）。
【図１３】冷却制御を行った際の板温度履歴を示した図である（第４実施形態）。
【図１４】中間温度計での実績板温度を用いて板温度履歴を再設定することを示す図である（第４実施形態）。
【図１５】図１４の板温度履歴を目標とし冷却制御した際の板温度履歴を示した図である（第４実施形態）。
【符号の説明】
【００４８】
１      連続圧延装置
２      圧延機（最終圧延機）
３      冷却手段
４      巻き取り装置
５      圧延材
８      出側板速度検出器
９      出側板温度計
１０    出側板厚計
１２    冷却バンク
１３    巻き取り温度計
１５    制御部
２０    中間温度計
【図１】
2007301603.tif 000005
【図２】
2007301603.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007301603.tif 000009
【図６】
2007301603.tif 000010
【図７】
2007301603.tif 000011
【図８】
2007301603.tif 000012
【図９】
2007301603.tif 000013
【図１０】
2007301603.tif 000014
【図１１】
2007301603.tif 000015
【図１２】
2007301603.tif 000016
【図１３】
2007301603.tif 000017
【図１４】
2007301603.tif 000018
【図１５】
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