JP2000210708A - 圧延機出側の圧延材温度制御方法及び圧延材温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 与えられた冷却水流量に対して最適な圧延速
度を容易に決定できるようにし、圧延機出側における材
料温度を材料の全長にわたって良好に制御し得る圧延機
出側の圧延材温度制御方法及び圧延材温度制御装置を提
供する。 【解決手段】 圧延スタンド間に冷却装置を設け、圧延
機よりも上流側で測定された材料温度と、圧延ライン上
のセンサによって検出された材料位置と、操業計画に応
じて予め決められた材料の鋼種、圧延機入側板厚、製品
板厚目標値及び圧延機出側温度目標値を含む初期情報と
に基づいて圧延速度及び冷却水流量を決定するに当た
り、初期情報に基づいて、材料上の複数の計算点の材料
長手方向位置を計算し、初期情報及び複数の計算点の材
料長手方向位置に基づいて、各圧延スタンドに発生する
発熱及び抜熱データを計算点毎に計算し、各発熱及び抜
熱データに基づいて、圧延機出側の材料温度を計算し、
圧延機出側の材料温度の目標値に対する偏差が許容範囲
内に収まるまで同様な演算を繰り返すものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延機の圧延材温
度制御方法及び圧延材温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延では、製品の引張強さなどの材
質特性を得るため、圧延機出側位置での材料温度を、材
料の全長にわたって、指定された目標値に正確に一致さ
せる必要がある。圧延機出側位置での材料温度を調整す
るには、スタンド間冷却装置の冷却水流量を操作する方
法と、圧延速度を操作する方法とがあり、通常は、これ
ら２つの方法を併用していた。

【０００３】特開平７−７５８１６号公報、特開平８−
１５０４０９号公報及び特開平１０−９４８１４号公報
には、圧延機出側位置での材料温度を目標値に一致させ
るための温度制御手段が開示されている。これら従来の
技術は、いずれも、先ず、圧延速度変更パターンを決
め、次に、この速度変更パターンを制約条件として材料
長手方向の各位置における冷却水流量を計算し、計算値
に従って冷却水流量を制御することにより、圧延機出側
温度を目標値に一致させる構成となっている。

【０００４】図２は代表的な圧延速度変更パターンで、
圧延速度（圧延機の最終スタンドＮのロール周速度）
を、咬込み速度Ｖ_N1、定常速度Ｖ_N2及び尾端速度Ｖ_N3の
３段階に変化させるものである。従来の技術では、先
ず、速度Ｖ_N1，Ｖ_N2，Ｖ_N3を、例えば、テーブルを索引
する等により予め決めておき、それらを制約条件とし
て、各スタンド間の冷却水量の計算を行うのが一般的で
あった。

【０００５】また、前記冷却水流量及び圧延速度を操作
するに当たっては、圧延機における材料の温度変化の挙
動を正確に模擬することのできる数式モデル（以下、温
度モデルと称する）を用いて、適正な操作量を計算する
必要があり、このためには、温度モデルにおいて以下の
各因子について考慮しておく必要がある。 （ａ）各スタンドでの材料の変形に伴う加工発熱 （ｂ）材料とロールの接触面の相対すべりによる摩擦発
熱 （ｃ）材料とロールの接触面からの抜熱 （ｄ）各スタンド間での材料表面からの大気への熱放射
による抜熱 （ｅ）各スタンド間での材料表面から冷却水への抜熱 前記咬込み速度Ｖ_N1、定常速度Ｖ_N2及び尾端速度Ｖ_N3の
計算の各々において、これらの因子（ａ）〜（ｅ）を考
慮した例は少ないが、例えば、特開平１０−９４８１４
号公報に記載のものはこれらの因子を考慮したものとい
える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の材
料温度制御方法においては、圧延速度をオペレータやエ
ンジニアが経験に基づいて決める必要がある。このと
き、生産性を高めるために圧延速度を高めることが望ま
しい。しかし、圧延速度を高めた場合には、設備上の制
約により、スタンド間冷却手段の冷却水流量が不足する
場合がある。つまり、使用可能な冷却水流量に対して速
度設定値が大きすぎるため、特に、咬込み速度から定常
速度へ加速した直後などで冷却水流量が不足し、材料の
長手方向の該当する部分の圧延機出側温度が目標値に一
致しなくなる。従って、圧延機出側温度を確保しなが
ら。高い生産性を得るためには、最適な圧延速度（主に
前記定常速度Ｖ_N ² ）を決定する必要があった。この作
業は、主に、オペレータやエンジニアによる試行錯誤に
よるものであり、そのために、多大な労力が必要で、ま
た、材料やエネルギーの無駄も発生するという問題があ
った。

【０００７】さらに、例えば、圧延機入側における材料
温度や、圧延機入側における材料板厚が変わった場合に
は、再度、最適な速度設定値を決め直す必要があり、前
記の問題は圧延機の操業を続ける限り、継続的に発生す
る。

【０００８】このような問題点を解決するために、圧延
速度変更点における冷却水流量を決め、次に、この冷却
水流量を制約条件として速度変更パターンの各区間の速
度を計算する方法が考えられる。この方法によれば、与
えられた冷却水流量に対して最適な圧延速度を容易に決
定できるので、高い生産性を確保しながら、圧延機出側
の所定位置における材料温度を、材料の全長にわたって
良好な精度で目標値に一致させることが可能となる。

【０００９】ところが、上記温度モデルに作用する諸因
子のうち、因子（ａ）及び（ｂ）は材料の変形抵抗に基
づくものであり、圧延速度を変化させるに当たっては、
ひずみ速度の変化により変形抵抗が変わるので、これら
の発熱量も変化するという点を考慮する必要がある。つ
まり、冷却水量を制約条件として圧延速度を計算する場
合には、速度に関して収束計算が必要になる。

【００１０】そこで、本発明の目的は、先ず、圧延速度
変更点における冷却水量を決め、次に、この冷却水量を
制約条件として速度変更パターンの各区間の速度を計算
することにより、与えられた冷却水流量に対して最適な
圧延速度を容易に決定できるようにし、かつ、収束計算
の手法を用いることにより、高精度な温度モデルの利用
を可能とすることで、高い生産性を確保しながら、圧延
機出側の所定位置における材料温度を、材料の全長にわ
たって良好な精度で目標値に一致させることを可能にす
る圧延機の圧延材温度制御方法及び圧延材温度制御装置
を提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
タンデムに配置された複数の圧延スタンド間に、材料を
冷却するスタンド間冷却装置を設け、各圧延スタンドの
各圧延ロールをモータ駆動手段によって駆動すると共
に、スタンド間冷却装置の冷却水流量を冷却水流量調整
手段によって調整する圧延機に適用され、圧延機よりも
上流側で測定された材料温度と、圧延ライン上のセンサ
及び搬送時間情報によって検出された材料位置と、操業
計画に応じて予め決められた材料の鋼種、圧延機入側板
厚、製品板厚目標値及び圧延機出側温度目標値を含む初
期情報とに基づいて、モータ駆動手段に対する速度設定
値及び冷却水流量調整手段に対する冷却水流量設定値を
決定する圧延機出側の圧延材温度制御方法において、初
期情報に基づいて、計算の対象となる材料上の複数の計
算点の材料長手方向位置を計算する工程と、初期情報及
び複数の計算点の材料長手方向位置に基づいて、各圧延
スタンドに発生する発熱及び抜熱データを計算点毎に計
算する工程と、各発熱及び抜熱データに基づいて、圧延
機出側の材料温度を計算する工程と、圧延機出側の材料
温度と圧延機出側温度目標値とを比較し、その偏差が許
容範囲外であればこの偏差に基づいて、各圧延スタンド
の速度計算値を修正する工程と、を備え、圧延機出側の
材料温度と圧延機出側温度目標値との偏差が許容範囲内
に収まるまで上記各工程を繰り返し、材料の各計算点が
該当する各圧延スタンドに到達する以前の所定のタイミ
ングで速度計算値をモータ駆動手段に対する速度設定値
とし、材料の各計算点が該当するスタンド間冷却装置の
上流の各圧延スタンドに到達する以前の所定のタイミン
グで計算された冷却水流量を冷却水流量調整手段の冷却
水流量設定値とすることを特徴とする圧延機出側の圧延
材温度制御方法。

【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
圧延機出側の圧延材温度制御方法において、圧延機出側
の材料温度を測定し、この圧延機出側の材料温度と圧延
機出側温度目標値とを比較し、その偏差を零に近づける
冷却水流量補正量を計算し、この冷却水流量補正量によ
って冷却水流量調整手段の冷却水流量設定値を補正する
工程を備えたことを特徴とするものである。

【００１３】請求項３に係る発明は、タンデムに配置さ
れた複数の圧延スタンド間に、材料を冷却するスタンド
間冷却装置を設け、各圧延スタンドの各圧延ロールをモ
ータ駆動手段によって駆動すると共に、スタンド間冷却
装置の冷却水流量を冷却水流量調整手段によって調整す
る圧延機に適用され、圧延機よりも上流側で測定された
材料温度と、圧延ライン上のセンサ及び搬送時間情報に
よって検出された材料位置と、操業計画に応じて予め決
められた材料の鋼種、圧延機入側板厚、製品板厚目標値
及び圧延機出側温度目標値を含む初期情報とに基づい
て、モータ駆動手段に対する速度設定値及び冷却水流量
調整手段に対する冷却水流量設定値を決定する圧延機出
側の圧延材温度制御装置において、初期情報に基づい
て、計算の対象となる材料上の複数の計算点の材料長手
方向位置を計算する手段と、初期情報及び複数の計算点
の材料長手方向位置に基づいて、各圧延スタンドに発生
する発熱及び抜熱データを計算点毎に計算する手段と、
各発熱及び抜熱データに基づいて、圧延機出側の材料温
度を計算する手段と、圧延機出側の材料温度と圧延機出
側温度目標値とを比較し、その偏差が許容範囲外であれ
ばこの偏差に基づいて、各圧延スタンドの速度計算値を
修正する手段と、を備え、圧延機出側の材料温度と圧延
機出側温度目標値との偏差が許容範囲内に収まるまで各
手段の演算を繰り返し、材料の各計算点が該当する各圧
延スタンドに到達する以前の所定のタイミングで速度計
算値をモータ駆動手段に対する速度設定値とし、材料の
各計算点が該当するスタンド間冷却装置の上流の各圧延
スタンドに到達する以前の所定のタイミングで計算され
た冷却水流量を冷却水流量調整手段の冷却水流量設定値
とすることを特徴とするものである。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項３に記載の
圧延機出側の圧延材温度制御装置において、圧延機出側
の材料温度を測定する圧延機出側温度計と、この圧延機
出側温度計によって測定された圧延機出側の材料温度と
圧延機出側温度目標値とを比較し、その偏差を零に近づ
ける冷却水流量補正量を計算するフィードバック量計算
手段と、このフィードバック量計算手段で計算された冷
却水流量補正量によって冷却水流量調整手段の冷却水流
量設定値を補正する加算手段とを備えたことを特徴とす
るものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係
る圧延機の圧延材温度制御方法を実施する圧延材温度制
御装置の構成例を示すブロック図である。同図におい
て、材料１が６台の圧延スタンド２（スタンド番号ｉ＝
１〜６）でなる圧延機で圧延され、この圧延機の下流側
に設置されている巻き取り装置４で巻き取られる。これ
ら、各圧延スタンドのロールを駆動する図示省略のモー
タに駆動電力を供給すると共に、スタンド間の材料に作
用する張力が適正になるように、各スタンドの速度の微
調整をも行うモータ駆動手段５が設けられている。

【００１６】また、圧延スタンド間にはそれぞれ圧延材
に冷却水を噴射するスタンド間冷却装置３が設けられ、
これらのスタンド間冷却装置３の流量調整バルブの開度
を冷却水流量調整手段６が操作するようになっている。
さらに、圧延機の入側に材料温度を検出する圧延機入側
温度計７が設けられている。この温度計は板幅方向中央
部の材料温度を測定するように固定され、材料の表面温
度を検出する。また、圧延ライン上に設置された図示省
略の材料センサの材料検出信号及び搬送時間情報に基づ
いて、圧延ライン上における材料位置Ｌ^ACT を逐次演算
する材料位置検出手段９が設けられている。

【００１７】一方、予め決められた操業計画に基づき、
材料１の鋼種番号ＳＧＣ、圧延機入側板厚ｈ_BAR 、製品
板厚目標値ｈ_F 及び圧延機出側温度目標値Ｔ_FDを出力す
る初期情報出力手段１０が設けられ、これらの初期情報
に基づき、計算点位置計算手段１１が、材料１が圧延機
に到達する以前の所定のタイミングにて、速度計算の対
象となる材料上の複数の計算点ｐの材料長手方向におけ
る位置Ｌ^p を、板厚スケジュール計算手段１２が各スタ
ンドの出側板厚ｈ_i を、冷却水量計算手段１３が各スタ
ンド間冷却装置３において使用する冷却水の流量Ｑ_i ^p
を、速度初期値計算手段１４が収束計算のための初期値
とするための速度標準値Ｖ_i ^p (ini) をそれぞれ計算す
る構成になっている。

【００１８】また、材料位置検出手段９の検出位置Ｌ
^ACT を監視し、圧延機入側温度計７の検出温度
Ｔ_FE ^MES 、初期情報出力手段１０から出力される鋼種番
号ＳＧＣ、圧延機入側板厚ｈ_BAR 及び計算点位置計算手
段１１の検出位置Ｌ^p に基づいて、材料位置Ｌ^p の板厚
方向の平均温度を求め、計算点材料温度実測値Ｔ_FE ^ACT
として出力する入側温度実測値採取手段１５が設けら
れ、また、入側温度実測値採取手段１５から出力される
計算点材料温度実測値Ｔ_FE ^ACT 、初期情報出力手段１０
から出力される鋼種番号ＳＧＣ、圧延機入側板厚
ｈ_BAR 、計算点位置計算手段１１の検出位置Ｌ^p 及び速
度初期値計算手段１４の速度標準値Ｖ_i ^p 又は後述する
速度修正手段２８の速度修正値Ｖ_i ^p (new) に基いて、
材料１の各計算点が圧延機入側の所定の位置、例えば、
圧延機入側温度計７の直下に到達した時点の材料温度Ｔ
_FE ^P を計算する圧延機入側温度計算手段１６が設けられ
ている。

【００１９】この圧延機入側温度計算手段１６で計算さ
れた材料温度Ｔ_FE ^P と、初期情報出力手段１０から出力
される圧延機出側温度目標値Ｔ_FDとに基いて、収束計算
の初期値として用いる各スタンドの入側温度Ｔ_Ei ^p 及び
各スタンドの出側温度Ｔ_Di ^pを出力する材料温度初期値
計算手段１７と、板厚スケジュール計算手段１２の出力
ｈ_i 、初期情報出力手段１０から出力される鋼種番号Ｓ
ＧＣ、圧延機入側板厚ｈ_BAR 、製品板厚目標値ｈ_F 及び
圧延機出側温度目標値Ｔ_FD及び速度初期値計算手段１４
の速度標準値Ｖ_i ^p 又は速度修正手段２８の速度修正値
Ｖ_i ^p (new) に基いて、変形抵抗ｋ_mi ^p を計算する変形
抵抗計算手段１８とが設けられている。

【００２０】また、板厚スケジュール計算手段１２の出
力ｈ_i 及び変形抵抗計算手段１８の出力ｋ_mi ^p を用いて
加工発熱量計算手段１９が各スタンドでの材料の変形に
伴う加工発熱量ｑ_pi ^p を、摩擦発熱量計算手段２０が材
料とロールの接触面の相対滑りによる摩擦発熱量ｑ_fi ^p
をそれぞれ演算し、板厚スケジュール計算手段１２で演
算された各スタンドの出側板厚ｈ_i 、速度初期値計算手
段１４の速度標準値Ｖ_i ^p 又は速度修正手段２８の速度
修正値Ｖ_i ^p (new) 及び後述する材料温度計算手段２６
から出力される各スタンドの入側における計算点ｐの材
料温度Ｔ_Ei ^p 、各スタンドの出側における計算点ｐの材
料温度Ｔ_Di ^p に基づいて、ロール抜熱量計算手段２１が
材料とロールの接触面の熱伝達による抜熱量ｑ_Ri ^p を、
空冷抜熱量計算手段２２が各スタンド間での材料表面か
ら大気への熱放射による抜熱量ｑ_Ai ^p を、水冷抜熱量計
算手段２３が各スタンド間での材料表面から冷却水への
抜熱量ｑ_Wi ^p をそれぞれ計算するようになっている。

【００２１】このうち、加工発熱量ｑ_pi ^p 、摩擦発熱量
ｑ_fi ^p 及び抜熱量ｑ_Ri ^p が加算手段２４に加えられ、こ
こでロールバイト内の熱総和ｑ_Si ^p が求められ、さら
に、大気への熱放射による抜熱量ｑ_Ai ^p 及び冷却水への
抜熱量ｑ_Wi ^p が加算手段２５に加えられ、スタンド間に
おける熱総和ｑ_ISi ^p が求められ、それぞれ材料温度計
算手段２６に加えられる。材料温度計算手段２６はこれ
らの熱総和ｑ_Si ^p ，ｑ_{IS i} ^p 及び圧延機入側温度計算手
段１６から出力される材料温度Ｔ_FE ^P に基づいて、各ス
タンドの入側における計算点ｐの材料温度Ｔ_Ei ^p 、各ス
タンドの出側における計算点ｐの材料温度Ｔ_Di ^p 及び計
算点ｐが圧延機出側の所定点に到達した時点の材料温度
の計算値（Ｔ_FD ^CAL ）^p を演算するもので、材料温度Ｔ
_Ei ^p ，Ｔ_Di ^p をロール抜熱量計算手段２１及び空冷抜熱
量計算手段２２に加え、材料温度の計算値（Ｔ_FD ^CAL ）
^p を収束判定手段２７及び速度修正手段２８に加える構
成になっている。

【００２２】収束判定手段２７は材料温度計算手段２６
の計算値（Ｔ_FD ^CAL ）^p と、初期情報出力手段１０から
出力される圧延機出側温度目標値Ｔ_FDとを比較し、その
偏差が許容範囲を超えたとき、要修正信号ＮＧを出力す
るもので、速度修正手段２８は材料温度計算手段２６か
ら要修正信号ＮＧが出力されたときに、初期情報出力手
段１０から出力される圧延機出側温度目標値Ｔ_FD、速度
初期値計算手段１４から出力される速度標準値Ｖ_i ^p 及
び材料温度計算手段２６から出力される材料温度の計算
値（Ｔ_FD ^CAL ）^p に基づいて、温度計算値の修正値Ｖ_i
^P (new) を演算するものである。

【００２３】また、材料位置検出手段９で検出された材
料位置Ｌ^ACT 、計算点位置計算手段１１で計算された検
出位置Ｌ^p 及び速度初期値計算手段１４の速度標準値Ｖ
_i ^p又は速度修正手段２８の速度修正値Ｖ_i ^p (new) に
基づいて、各スタンドの速度設定値Ｖ_i ^SET をモータ駆
動手段５に加える速度設定手段２９と、材料位置検出手
段９で検出された材料位置Ｌ^ACT 、計算点位置計算手段
１１で計算された検出位置Ｌ^p 及び冷却水量計算手段１
３で計算された冷却水の流量Ｑ_i ^p に基づいて、冷却水
流量設定値Ｑ_i ^SET を冷却水流量調整手段６に加える冷
却水流量設定手段３０とが設けられている。

【００２４】上記のように構成された圧延機出側の圧延
材温度制御装置の動作について以下に詳しく説明する。

【００２５】先ず、材料１は上流工程で加熱され、約２
０〜５０ｍｍの板厚にされた後、圧延機に到達する。こ
の材料１は６台の圧延スタンド２がタンデムに配置され
てなる圧延機で圧延され、その下流側に設置された巻き
取り装置４で巻き取られる。圧延中、各スタンド間に設
けられたスタンド間冷却装置３によって冷却される。こ
のとき、モータ駆動手段５は、与えられた速度設定値Ｖ
_i ^SET に従って各スタンドのロールを駆動するモータの
回転速度を調整し、さらに、スタンド間で材料に作用す
る張力が適正になるように、各スタンドの速度の微調整
も行い、また、冷却水流量調整手段６は、与えられた冷
却水流量設定値Ｑ_i ^SET に従って、スタンド間冷却装置
３の流量調整バルブの開度を操作し、各スタンド間で材
料に噴射する冷却水の流量を調整する。

【００２６】圧延機入側温度計７は放射温度計でなり、
圧延機の入側における板幅方向中央部の材料表面温度を
測定し、測定値Ｔ_FE ^MES を出力する。また、材料位置検
出手段９は、圧延ライン上に設置されたセンサ及び搬送
時間の情報に基づいて、圧延ライン上における材料１の
位置Ｌ^ACT を逐次計算し、出力する。

【００２７】初期情報出力手段１０は、予め決められた
操業計画に基づき、材料１の鋼種番号ＳＧＣ、圧延機入
側板厚ｈ_BAR 、製品板厚目標値ｈ_F 及び圧延機出側温度
目標値Ｔ_FDなどを出力する。計算点位置計算手段１１
は、材料１が圧延機に到達する以前の所定のタイミング
で、初期情報出力手段１０の出力信号に基づいて速度計
算の対象となる材料上の複数の計算点ｐの材料長手方向
における位置Ｌ^p （ｐ：計算点位置）を計算し、順次出
力する。なお、計算点番号ｐは材料上で最も先端側の計
算点を「１」とし、以降、先端につけたものから順に番
号付けするものとする。本実施形態では、図２に示すよ
うに、速度変更点に対応して３つの計算点「１」，
「２」，「３」がある。

【００２８】板厚スケジュール計算手段１２は、初期情
報出力手段１０の出力情報に基づいて、各スタンドの出
側板厚ｈ_i を計算する。この計算方法には様々なものが
あり、例えば、圧延機入側板厚ｈ_BAR 、製品板厚目標値
ｈ_F 及び圧延機出側温度目標値Ｔ_FDをキーとして、予め
標準的な板幅スケジュールを記憶させておいたテーブル
を参照する方法などがある。

【００２９】冷却水量計算手段１３は、初期情報出力手
段１０の出力情報に基づいて、各スタンド間冷却装置３
において使用する冷却水の流量Ｑ_i ^p を計算して出力す
る。ここでは、圧延機入側板厚ｈ_BAR 、製品板厚目標値
ｈ_F 及び圧延機出側目標温度Ｔ_FDをキーとしてテーブル
を参照する方法を用いる。材料１の計算点「１」に対す
る第６スタンドの咬込み速度Ｖ₆ ¹ 及び材料１の計算点
「３」に対する第６スタンドの咬込み速度Ｖ₆ ³ は、材
料１の先端が圧延機の各スタンドに確実に咬込める条件
や、尾端抜け時の不安定な挙動を防止する観点から、比
較的小さい値にするのが一般的である。このため、先端
部の冷却水流量Ｑ_i ¹ 及び尾端部の冷却水流量Ｑ_i ³ は
これらを考慮して決める。定常部の冷却水流量Ｑ_i ² に
ついては最大流量に近い値とする。

【００３０】速度初期値計算手段１４は、収束計算のた
めの初期値とするため、初期情報出力手段１０の出力情
報に基づいて、速度標準値Ｖ_i ^p (ini) を出力する。こ
の実施形態では圧延機入側板厚ｈ_BAR 、製品板厚目標値
ｈ_F 及び圧延機出側目標温度Ｔ_FDをキーとしてテーブル
を参照する方法を用いる。

【００３１】入側温度実測値採取手段１５は、材料位置
検出手段９の材料検出位置Ｌ^ACT を監視し、材料１の先
端付近の所定の位置が圧延機入側温度計７の直下に到達
した時点で、材料表面温度の測定値Ｔ_FE ^MES を採取す
る。さらに、初期情報出力手段１０から出力される圧延
機入側板厚ｈ_BAR 及び鋼種番号ＳＧＣの各情報に基づい
て、板厚方向の平均温度に換算し、計算点材料温度実測
値Ｔ_FE ^ACT として出力する。表面温度から平均温度への
換算は、例えば、圧延機入側板厚ｈ_BAR を変数とする１
次式などの簡略式を用い、鋼種による補正を加える。な
お、この実施形態では、入側温度実測値採取手段１５
は、材料の先端部においてのみ実測値を採取するが、複
数の位置において実測値を採取しても良い。

【００３２】圧延機入側温度計算手段１６は、各計算点
が圧延機入側の所定の位置（この実施形態では圧延機入
側温度計７の直下の位置とする）に到達した時点での材
料温度Ｔ_FE ^p を計算する。この計算には、入側温度実測
値採取手段１５の計算点材料温度実測値Ｔ_FE ^ACT 、初期
情報出力手段１０から出力される圧延機入側板厚ｈ_{BA R}
及び鋼種番号ＳＧＣの情報、計算点位置検出手段１１か
ら出力される計算点ｐの材料長手方向における位置Ｌ^p
及び速度初期値計算手段１４から出力される速度標準値
Ｖ_i ^p 又は速度修正手段２８から出力される速度修正値
Ｖ_i ^p (new) を用い、例えば次式によって材料温度ＴFE
^p を計算する。 Ｔ_FE ^p ＝Ｔ_FE ^p-1 −ｆ_FE（ζ） ζ＝ε_A ，σ，ρ，φ，ｈ_BAR ，Ｔ_FE ^p-1 ，Ｔ_A ，ｔ_FE ^p …（１） ｔ_FE ^p ＝ｆ_DLY （Ｖ_i ^p-1 ，ｔ_FE ^p-1 ，Ｌ^p-1 ，Ｌ^p ） …（２） ただし、 ｆ_FE（ζ）：熱放射による温度低下を表す関数 ε_A ：放射率（鋼種コードＳＧＣをキーとするテ
ーブル値） σ ：ステファン・ボルツマン定数 ρ ：材料密度 φ ：材料の比熱 Ｔ_A ：大気温度 である。

【００３３】ここで、ｔ_FE ^p は、隣接する計算点（ｐ−
１）が圧延機入側温度計７の設置位置に到達してから、
対象とする計算点ｐが圧延スタンドｉに到達するまでの
経過時間の計算値である。

【００３４】なお、材料温度Ｔ_FE ^p の計算に当たって
は、粗圧延機出側温度計など、圧延機より上流側の別の
位置に設置した温度計による実測値や、加熱炉の加熱目
標温度などを用いても良い。

【００３５】材料温度初期値計算手段１７は、初期情報
出力手段１０から出力される圧延機出側目標温度Ｔ_FD及
び圧延機入側温度計算手段１６の検出温度Ｔ_FE ^p に基づ
き、収束計算の初期値として用いる各スタンドの入側温
度Ｔ_Ei ^p (Ini) 及び各スタンドの出側温度Ｔ_Di ^p (Ini)
を演算して出力する。この実施形態ではＴ_Ei ^p (Ini)及
びＴ_Di ^p (Ini) を直線的に補間した値を出力する。

【００３６】変形抵抗計算手段１８は、材料が該当スタ
ンドで変形を加えられる場合の平均変形抵抗ｋ_mi ^p を
（３）式により計算して出力する。この計算には、板厚
スケジュール計算手段１２で計算された各スタンドの出
側板厚ｈ_i 、初期情報出力手段１０から出力される鋼種
番号ＳＧＣの情報、速度初期値計算手段１４から出力さ
れる速度計算値Ｖ_i ^P 又は速度修正手段２８から出力さ
れる速度計算値Ｖ_i ^P (new) 及び材料温度初期値計算手
段１７又は材料温度計算手段２６から出力される各スタ
ンドの入側温度Ｔ_Ei ^p を用いる。 ｋ_mi ^p ＝ｆ_km（ｈ_i-1 ，ｈ_i ，Ｖ_i ^p ，Ｔ_Ei ^p ，ＳＧＣ） …（３）

【００３７】加工発熱量計算手段１９は各スタンドでの
材料の変形に伴う加工発熱量ｑ_Pi ^pを、摩擦発熱量計算
手段２０は材料とロールの接触面の相対すべりによる摩
擦発熱量ｑ_fi ^p を、ロール抜熱量計算手段２１は材料と
ロールの接触面の熱伝達による抜熱量ｑ_Ri ^p を、空冷抜
熱量計算手段２２は各スタンド間での材料表面から大気
への熱放射による抜熱量ｑ_Ai ^p を、水冷抜熱量計算手段
２３は各スタンド間での材料表面から冷却水への抜熱量
ｑ_Wi ^p を各々計算する。

【００３８】これらの計算には、板厚スケジュール計算
手段１２で計算された各スタンドの出側板厚ｈ_i 、初期
情報出力手段１０から出力される圧延機出側温度目標値
Ｔ_FD、鋼種番号ＳＧＣの情報、速度初期値計算手段１４
又は速度修正手段２８から出力される速度計算値
Ｖ_i ^P 、材料温度初期値計算手段１７又は材料温度計算
手段２６から出力される各スタンドの入側温度Ｔ_Ei ^p 、
変形抵抗計算手段１８から出力される平均変形抵抗ｋ_mi
^p 及び冷却水量計算手段１３から出力される抜熱量ｑ_Wi
^p を用いる。この実施形態では、一例として以下の計算
式を用いる。なお、加工発熱量ｑ_Pi ^p 、摩擦発熱量ｑ_fi
^p 、ロールへの熱伝達による抜熱量ｑ_Ri ^p 、大気への抜
熱量ｑ_Ai ^p 、冷却水への抜熱量ｑ_Wi ^p は、全て単位時
間、単位板幅当たりの熱量である。

【００３９】加工発熱量計算手段１９は次式により加工
発熱量ｑ_Pi ^p を計算する。 ｑ_Pi ^p ＝ｆ_P （ｋ_mi ^p ，Ｖ_i ^p ，ｈ_i-1 ，ｈ_i ） …（４）

【００４０】摩擦発熱量計算手段２０は次式により摩擦
発熱量ｑ_fi ^p を計算する。 ｑ_fi ^p ＝ｆ_f （μ，ｋ_mi ^p ，ｈ_i-1 ，ｈ_i ） …（５）

【００４１】ロール抜熱量計算手段２１は次式によりロ
ールへの抜熱量ｑ_Ri ^p を計算する。 ｑ_Ri ^p ＝ｆ_R （Ｖ_i ^p ，Ｔ_Ei ^p ，Ｔ_Ri，ｈ_i-1 ，ｈ_i ， ρ，φ，λ，ρ_R ，φ_R ，λ_R ） …（６）

【００４２】空冷抜熱量計算手段２２は次式により大気
への抜熱量ｑ_Ai ^p を計算する。 ｑ_Ai ^p ＝ｆ_A （Ｌ_ISi ，Ｔ_Di ^p ，Ｔ_A ，ε_A ，σ） …（７）

【００４３】水冷抜熱量計算手段２３は次式により冷却
水への抜熱量ｑ_Wi ^p を計算する。 ｑ_Wi ^p ＝ｆ_W （Ｌ_ISi ，Ｔ_Di ^p ，Ｔ_Ri，Ｑ_i ^p ） …（８） ただし、 ｆ_P （…）：加工発熱量を表す関数 ｆ_f （…）：摩擦発熱量を表す関数 ｆ_R （…）：ロールへの抜熱量を表す関数 ｆ_A （…）：空冷による抜熱量を表す関数 ｆ_W （…）：水冷による抜熱量を表す関数 μ ：摩擦係数 ρ ：圧延される材料の密度 φ ：圧延される材料の比熱 λ ：圧延される材料の熱伝導率 ρ_R ：ロールの密度 φ_R ：ロールの比熱 λ_R ：ロールの熱伝導率 ε_A ：大気への放射率 σ ：ステファン・ボルツマン定数 Ｌ_ISi ：ｉスタンドとｉ＋１スタンドの距離 Ｔ_A ：大気温度 Ｔ_Ri ：ロール温度代表値 である。

【００４４】加算手段２４と加算手段２５は、各々ロー
ルバイト内とスタンド間における熱収支を計算するもの
であり、このうち、加算手段２４は、加工発熱量計算手
段１９、摩擦発熱量計算手段２０及びロール抜熱量計算
手段２１の出力の総和ｑ_Si ^pを計算し、加算手段２５
は、空冷抜熱量計算手段２２及び水冷抜熱量計算手段２
３の出力の総和ｑ_ISi ^p を計算して出力する。

【００４５】材料温度計算手段２６は、圧延機入側温度
計算手段１６の出力Ｔ_FE ^p ，加算手段２４の出力ｑ_Si ^p
及び加算手段２５の出力ｑ_ISi ^p に基づいて、各スタン
ドの入側における計算点ｐの材料温度Ｔ_Ei ^p 、各スタン
ドの出側における計算点ｐの材料温度Ｔ_Di ^p 及び計算点
ｐが圧延機出側の所定の位置に到達した時点の材料温度
の計算値（Ｔ_FD ^CAL ）^p を出力する。この計算には以下
の式を用いる。 Ｔ_E1 ^p ＝ｆ_TE1 （Ｔ_FE ^p ，Ｔ_A ，Ｖ₁ ^p ，ｈ_BAR ， ｈ₁ ，Ｌ_F1，ε_A ，σ，ρ，φ） …（９） Ｔ_Di ^p ＝ｆ_TD（Ｖ_i ^p ，Ｔ_Ei ^p ，ｑ_i ^p ，ρ，φ， ｈ_i-1 ，ｈ_i ） …（１０） Ｔ_Ei+1 ^p ＝ｆ_TE（ｑ_ISi ^p ，ρ，φ，ｈ_i-1 ，ｈ_i ，ｖ_i ^p ） …（１１） （Ｔ_FD ^CAL ）^p ＝ｆ_TFD （Ｔ_D6 ^p ，Ｖ₆ ^p ，ｈ₆ ，Ｔ_A ， Ｌ_FD，ε_A ，σ，ρ，φ） …（１２） ここで、Ｌ_F1は圧延機入側温度計７から圧延機の第１ス
タンドまでの距離である。また、Ｌ_FDは圧延機の最終ス
タンドから圧延機出側の所定点（図示省略の出側温度計
の設置点）までの距離である。

【００４６】収束判定手段２７は、材料温度計算手段２
６の出力（Ｔ_FD ^CAL ）^p を、初期情報出力手段１０から
出力される圧延機出側温度目標値Ｔ_FDと比較し、許容範
囲外であれば要修正信号ＮＧを出力する。この判定には
次式を用いる。

【００４７】 ｜（Ｔ_FD ^CAL ）^p −Ｔ_FD｜≦δ_min …（１３） ただし、δ_min は微小値である。

【００４８】続いて、速度修正手段２８は、材料温度計
算手段２６から要修正信号ＮＧが加えられたとき、以下
の式を用いて、速度計算値の修正値Ｖ_i ^p (new) を計算
し、出力する。

【００４９】

【数１】 ただし、δ_v は微小値である。

【００５０】速度修正手段２８から速度計算値の修正値
Ｖ_i ^p (new) が出力されると、圧延機入側温度計算手段
１６、ロール抜熱量計算手段２１、空冷抜熱量計算手段
２２及び水冷抜熱量計算手段２３において再度計算が実
行され、各々の出力が更新される。

【００５１】なお、（１３）式において、解が収束した
と判定された場合には、収束判定手段２７は要修正信号
ＮＧを出力しないので、速度計算値Ｖ_i ^p の更新は行わ
れない。

【００５２】以上の全ての計算は、通常、材料１が圧延
機の第１スタンドに到達する以前に完了する。これ以
降、圧延速度Ｖ_i ^p は次のように変化する。まず、材料
１が圧延機の第１スタンドに近付くと、速度設定手段２
９は、所定のタイミングで第１の計算点（ｐ＝１）の速
度計算値Ｖ_i ¹ をモータ駆動手段５に対して出力し、そ
の後、材料１上の第２、第３の計算点（ｐ＝２，３）が
圧延機内の所定の位置に到達する毎に、モータ駆動手段
５に対して該当計算点の速度計算値Ｖ_i ^p を出力する。

【００５３】また、冷却水流量Ｑ_i ^p は次のように変化
する。まず、材料１が圧延機の第１スタンドに近付く
と、冷却水流量設定手段３０は所定のタイミングで第１
の計算点（ｐ＝１）の冷却水流量Ｑ_i ¹ を冷却水流量調
整手段６に対して出力し、その後、材料１上の第２、第
３の計算点（ｐ＝２，３）が圧延機内の所定の位置に到
達する毎に、冷却水流量調整手段６に対して該当計算点
の冷却水流量Ｑ_i ^p を順次出力する。

【００５４】図３は本発明に係る圧延機の圧延材温度制
御方法を実施する圧延機出側の圧延材温度制御装置の他
の構成例を示すブロック図である。図中、図１と同一の
要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここ
では、圧延機の出側に、圧延機入側温度計７と同様な構
成の圧延機出側温度計８が設けられている。さらに、こ
の圧延機出側温度計８による実測温度Ｔ_FD ^MES と、初期
情報出力手段１０から出力される圧延機出側温度目標値
Ｔ_FDとを入力し、その偏差に応じて、冷却水流量調整手
段６に加えられる冷却水流量設定値Ｑ_i ^SET を補正する
フィードバック量計算手段３１及び加算手段３２とが新
たに設けられている。すなわち、フィードバック量計算
手段３１は圧延機出側の実測温度Ｔ_FD ^MES と初期情報と
して与えられる圧延機出側温度目標値Ｔ_FDとを比較し、
その偏差を零に近づける冷却水量補正値ΔＱ_FBi を出力
する。加算手段３２は冷却水流量設定手段３０から出力
される冷却水流量設定値Ｑ_i ^SET に冷却水量補正値ΔＱ
_FBi を加え、冷却水流量調整手段６に加えられる冷却水
流量設定値Ｑ_i ^SET を補正する。

【００５５】以上、本発明を、タンデムミルを適用対象
とする圧延材温度制御装置を用いて説明したが、本発明
はこれに適用を限定されるものではなく、同一のスタン
ドで複数パス圧延する形式の圧延機においても、各々の
パスを独立したスタンドと見立てることにより、本発明
を適用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、先ず、圧延速度変更点における冷却水流
量を決め、次に、この冷却水流量を制約条件として最適
な圧延速度を容易に決定でき、なおかつ、収束計算の手
法を用いることにより、高精度な温度モデルを利用可能
とすることで、高い生産量を確保しながら、圧延機出側
の所定位置における材料温度を、材料の全長にわたって
良好な精度で目標値に一致させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧延機出側の圧延材温度制御方法
を実施する圧延材温度制御装置の構成例を示すブロック
図。

【図２】図１に示した圧延材温度制御装置の動作を説明
するために、圧延材の先端からの距離と最終スタンドの
ロール速度との関係を示した線図。

【図３】本発明に係る圧延機出側の圧延材温度制御方法
を実施する圧延材温度制御装置の他の構成例を示すブロ
ック図。

【符号の説明】

１ 材料 ２ 圧延スタンド ３ スタンド間冷却装置 ４ 巻き取り装置 ５ モータ駆動手段 ６ 冷却水流量調整手段 ７ 圧延機入側温度計 ８ 圧延機出側温度計 ９ 材料位置検出手段 １０ 初期情報出力手段 １１ 計算点位置検出手段 １２ 板厚スケジュール計算手段 １３ 冷却水量計算手段 １４ 速度初期値計算手段 １５ 入側温度実測値採取手段 １６ 圧延機入側温度計算手段 １７ 材料温度初期値計算手段 １８ 変形抵抗計算手段 １９ 加工発熱量計算手段 ２０ 摩擦発熱量計算手段 ２１ ロール抜熱量計算手段 ２２ 空冷抜熱量計算手段 ２３ 水冷抜熱量計算手段 ２４，２５，３２ 加算手段 ２６ 材料温度計算手段 ２７ 収束判定手段 ２８ 速度修正手段 ２９ 速度設定手段 ３０ 冷却水流量設定手段 ３１ フィードバック量計算手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タンデムに配置された複数の圧延スタンド
   間に、材料を冷却するスタンド間冷却装置を設け、前記
   各圧延スタンドの各圧延ロールをモータ駆動手段によっ
   て駆動すると共に、前記スタンド間冷却装置の冷却水流
   量を冷却水流量調整手段によって調整する圧延機に適用
   され、前記圧延機よりも上流側で測定された材料温度
   と、圧延ライン上のセンサ及び搬送時間情報によって検
   出された材料位置と、操業計画に応じて予め決められた
   材料の鋼種、圧延機入側板厚、製品板厚目標値及び圧延
   機出側温度目標値を含む初期情報とに基づいて、前記モ
   ータ駆動手段に対する速度設定値及び前記冷却水流量調
   整手段に対する冷却水流量設定値を決定する圧延機出側
   の圧延材温度制御方法において、 前記初期情報に基づいて、計算の対象となる材料上の複
   数の計算点の材料長手方向位置を計算する工程と、 前記初期情報及び前記複数の計算点の材料長手方向位置
   に基づいて、前記各圧延スタンドに発生する発熱及び抜
   熱データを前記計算点毎に計算する工程と、 前記各発熱及び抜熱データに基づいて、圧延機出側の材
   料温度を計算する工程と、 前記圧延機出側の材料温度と前記圧延機出側温度目標値
   とを比較し、その偏差が許容範囲外であればこの偏差に
   基づいて、前記各圧延スタンドの速度計算値を修正する
   工程と、 を備え、前記圧延機出側の材料温度と前記圧延機出側温
   度目標値との偏差が許容範囲内に収まるまで上記各工程
   を繰り返し、材料の前記各計算点が該当する前記各圧延
   スタンドに到達する以前の所定のタイミングで前記速度
   計算値を前記モータ駆動手段に対する速度設定値とし、
   材料の前記各計算点が該当する前記スタンド間冷却装置
   の上流の前記各圧延スタンドに到達する以前の所定のタ
   イミングで計算された前記冷却水流量を前記冷却水流量
   調整手段の冷却水流量設定値とすることを特徴とする圧
   延機出側の圧延材温度制御方法。
2. 【請求項２】前記圧延機出側の材料温度を測定し、この
   圧延機出側の材料温度と前記圧延機出側温度目標値とを
   比較し、その偏差を零に近づける冷却水流量補正量を計
   算し、この冷却水流量補正量によって前記冷却水流量調
   整手段の冷却水流量設定値を補正する工程を備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載の圧延機出側の圧延材温度
   制御方法。
3. 【請求項３】タンデムに配置された複数の圧延スタンド
   間に、材料を冷却するスタンド間冷却装置を設け、前記
   各圧延スタンドの各圧延ロールをモータ駆動手段によっ
   て駆動すると共に、前記スタンド間冷却装置の冷却水流
   量を冷却水流量調整手段によって調整する圧延機に適用
   され、前記圧延機よりも上流側で測定された材料温度
   と、圧延ライン上のセンサ及び搬送時間情報によって検
   出された材料位置と、操業計画に応じて予め決められた
   材料の鋼種、圧延機入側板厚、製品板厚目標値及び圧延
   機出側温度目標値を含む初期情報とに基づいて、前記モ
   ータ駆動手段に対する速度設定値及び前記冷却水流量調
   整手段に対する冷却水流量設定値を決定する圧延機出側
   の圧延材温度制御装置において、 前記初期情報に基づいて、計算の対象となる材料上の複
   数の計算点の材料長手方向位置を計算する手段と、 前記初期情報及び前記複数の計算点の材料長手方向位置
   に基づいて、前記各圧延スタンドに発生する発熱及び抜
   熱データを前記計算点毎に計算する手段と、 前記各発熱及び抜熱データに基づいて、圧延機出側の材
   料温度を計算する手段と、 前記圧延機出側の材料温度と前記圧延機出側温度目標値
   とを比較し、その偏差が許容範囲外であればこの偏差に
   基づいて、前記各圧延スタンドの速度計算値を修正する
   手段と、 を備え、前記圧延機出側の材料温度と前記圧延機出側温
   度目標値との偏差が許容範囲内に収まるまで前記各手段
   の演算を繰り返し、材料の前記各計算点が該当する前記
   各圧延スタンドに到達する以前の所定のタイミングで前
   記速度計算値を前記モータ駆動手段に対する速度設定値
   とし、材料の前記各計算点が該当する前記スタンド間冷
   却装置の上流の前記各圧延スタンドに到達する以前の所
   定のタイミングで計算された前記冷却水流量を前記冷却
   水流量調整手段の冷却水流量設定値とすることを特徴と
   する圧延機出側の圧延材温度制御装置。
4. 【請求項４】前記圧延機出側の材料温度を測定する圧延
   機出側温度計と、この圧延機出側温度計によって測定さ
   れた圧延機出側の材料温度と前記圧延機出側温度目標値
   とを比較し、その偏差を零に近づける冷却水流量補正量
   を計算するフィードバック量計算手段と、このフィード
   バック量計算手段で計算された冷却水流量補正量によっ
   て前記冷却水流量調整手段の冷却水流量設定値を補正す
   る加算手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載
   の圧延機出側の圧延材温度制御装置。