JP2009233724A - 熱間圧延における熱延金属帯の冷却制御方法および熱延金属帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延ラインにおける熱延金属帯の冷却制御方法と、それを用いた熱延金属帯の製造方法を提供する。
【解決手段】熱間圧延ラインの仕上圧延機とコイラーの間の冷却関連設備を搬送される熱延金属帯の表面温度分布を、近赤外線カメラで画像データとして測定する熱画像測定ステップと、該画像データを測定した熱延金属帯の領域が、前記近赤外線カメラより下流側の位置に到達した時の、該領域における表面温度の最高温度と最低温度を、前記画像データを元に予測する温度予測ステップと、該温度予測ステップで予測した最高温度と最低温度とが、ともに許容温度範囲となるように前記冷却関連設備における冷却水の流量を変更する冷却水流量変更ステップと、該変更した冷却水流量を冷却関連設備に設定する冷却水流量設定ステップと、を備えて、前記冷却関連設備における冷却水の流量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属材料を熱間圧延して熱延金属帯（以下、被圧延材）を製造するに際し、熱延金属帯として巻き取る前に、近赤外線カメラを用いて、その熱延金属帯の表面温度分布を測定して、その測定の結果をもとに、熱延金属帯の冷却制御を行う熱延金属帯の冷却制御方法と、それを用いた熱延金属帯の製造方法に関する。

熱間圧延とは、一般的に、連続鋳造または造塊、分塊によって製造されたスラブ状の金属材料を、加熱炉にて数百〜千数百℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、一対または複数対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させることで、薄く延ばし、コイル状に巻き取るプロセスをいう。

図９は、従来から一般的に用いられている熱間圧延ライン１００の一例を示す。加熱炉１０により数百〜千数百℃に加熱された厚み１４０〜３００ｍｍの金属材料（以下、被圧延材。仕上圧延後は熱延金属帯ともいう。）８は、粗圧延機１２、仕上圧延機１８により厚み０．８〜２５ｍｍまで圧延されて金属帯状に薄く延ばされる。そして、冷却関連設備２６にて所望の温度まで水冷された後、コイラー２４にて巻き取られる。

粗圧延機１２は、往復圧延あるいは一方向圧延あるいは両者により、一般的に、合計で６回あるいは７回（６パスあるいは７パスのように呼称することもある）の粗圧延を行なって、粗圧延後の被圧延材８を、それにつづく仕上圧延機１８に向け供給する。

仕上圧延機１８は、数百〜千数百℃の高温の被圧延材８を複数の圧延機で同時に圧延するタンデム圧延機の形式をとるが、仕上タンデム圧延機ではなく、略して単に「仕上圧延機」と称されることが多い。１９はワークロールである。

このほか、熱間圧延ライン１００には、仕上圧延機１８の各スタンド間を除いて、その他の圧延機（スタンド）間には、図示しない多数（百以上）のテーブルロールが設置されており、被圧延材８を搬送する。

５０は制御装置、７０はプロセスコンピュータ、９０はビジネスコンピュータである。

さて、近年では、熱間圧延ラインで製造される、例えば、高張力鋼などのように要求される品質が高度化し、そのために製造時の温度管理基準、例えば巻き取り直前の温度管理が厳しくなってきている。

一方、熱間圧延の冷却関連設備２６では、仕上圧延後の被圧延材８の先端部分がコイラー２４に巻き付くまでの先端部分非拘束のうちは、図１０に示すように、ところどころ局部的に冷却水の水溜まりができ、その影響で強く冷却される部分とそうでない部分ができて、鋼帯の幅方向温度分布が不均一になりやすい。特に品質要求が高い鋼帯では、鋼帯表面温度分布のばらつきが大きいと、製造時の温度管理条件を満足できる部分が少なくなり、製造歩留の低下や生産性が低下するといった問題につながる。よって、鋼帯の表面温度分布のばらつきをなくし、さらに、鋼帯表面の全面について温度管理範囲に収まるように温度制御を行うことが重要である。

図１０中、２６１は、被圧延材８に冷却水を供給するためのヘッダ、２６２は、ヘッダいくつか（図１０中では３つであるがこれに限らない）を構成単位として冷却水の供給と停止を制御する単位であるバンクを示す。

従来から、熱間圧延ラインにおける被圧延材の冷却制御では、直径数十ｍｍの視野をもつスポット的に表面温度を測定する放射温度計（スポット温度計）にて、仕上圧延機１８の出側とコイラー２４の入側とで、鋼帯上の幅中央の部分の温度を測定し、その測定の結果を、冷却関連設備２６における冷却水の注水による鋼帯の温度制御に、フィードフォワードしたりフィードバックしたりする技術が知られている。

例えば、特許文献１では、放射温度計（スポット温度計）を利用して、被圧延材（鋼帯）の冷却制御を行っており、特許文献２では、さらに放射温度計（スポット温度計）による鋼帯の温度測定結果をもとに、水冷熱伝達係数の学習を行なっている。

そして、近年になってようやく、特許文献３に示されるごとく、被圧延材の幅方向温度分布を測定したり、それを被圧延材の冷却制御に利用しようとする動きが出てきた。

特許文献３では、厚板圧延ラインの場合を対象に、熱間矯正装置（ホットレベラ）の下流側（出側）にて、赤外線カメラや走査（スキャン）型の放射温度計により、鋼板の温度分布を測定することを記載しており、その目的は、残留応力分布を求め、後の製造工程である熱処理の条件を調整することで、鋼板を切断時の残留応力解放による変形を、極力抑制することにある。

ここで、近赤外線カメラは、例えば正方形状の画素を縦横に２次元的に配列し、画素一つあたりの縦横の寸法が数十μｍと小さいため、各画素で測定した温度データを線形補間して物体の温度分布を疑似連続的に測定できる。
特開平０７−１５０２３０号公報 特開平０９−２６７１１３号公報 特開２００３−３１１３２６号公報

特許文献１や特許文献２の技術は、先述の通り、直径数十ｍｍの視野をもつ放射温度計（スポット温度計）にて、仕上圧延機１８の出側とコイラー２４の入側とで、鋼帯上の幅中央の部分の温度を測定し、その測定の結果を利用して、冷却関連設備２６における冷却水の注水による鋼帯の温度制御を行うものである。このため、鋼帯の幅中央の部分を同鋼帯の全長にわたり温度測定した結果が、品質上合格する温度分布になっていたとしても、鋼帯の幅方向にも品質上合格する温度分布になっているとは限らず、完全な品質保証ができない、という問題があった。

特許文献３の技術は、厚板圧延ラインを対象としており、しかも、温度分布の測定結果は残留応力分布を算出するためのデータに過ぎず、被圧延材表面の全面の温度をすべて温度管理基準内に収めるように温度制御を行う技術ではない。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、熱間圧延ラインにおける熱延金属帯の製造に際し、冷却前や冷却中の被圧延材表面の２次元温度分布を測定し、その測定結果から冷却後の温度を予測して、その予測温度に基づいて、冷却関連設備における冷却水の注水パターンを変更して被圧延材の温度制御を行う熱延金属帯の冷却制御方法と、それを用いた熱延金属帯の製造方法を提供しようとするものである。

すなわち、本発明は以下の通りである。

（１）熱間圧延ラインの仕上圧延機とコイラーの間の冷却関連設備を搬送される熱延金属帯の表面温度分布を、近赤外線カメラで画像データとして測定する熱画像測定ステップと、該画像データを測定した熱延金属帯の領域が、前記近赤外線カメラより下流側の位置に到達した時の、該領域における表面温度の最高温度と最低温度を、前記画像データを元に予測する温度予測ステップと、該温度予測ステップで予測した最高温度と最低温度とが、ともに許容温度範囲となるように前記冷却関連設備における冷却水の流量を変更する冷却水流量変更ステップと、該変更した冷却水流量を冷却関連設備に設定する冷却水流量設定ステップと、を備えて、前記冷却関連設備における冷却水の流量を制御することを特徴とする熱延金属帯の冷却制御方法。

（２）前記温度予測ステップは、前記画像データにおける最高温度を用いて、前記近赤外線カメラより下流側の位置での最高温度を予測し、前記画像データにおける最低温度を用いて、前記近赤外線カメラより下流側の位置での最低温度を予測することを特徴とする（１）に記載の熱延金属帯の冷却制御方法。

（３）前記冷却水流量変更ステップにおいて、冷却水の流量を変更しても前記予測した表面温度の最高温度と最低温度とを、ともに許容温度範囲内にできない場合は、前記画像データにおける平均温度と最高温度との差の絶対値ΔＴ_maxと、前記画像データにおける平均温度と最低温度との差の絶対値ΔＴ_minとを比較し、ΔＴ_maxがΔＴ_min以下のときは前記予測した最高温度が、ΔＴ_maxがΔＴ_minより大きいときは前記予測した最低温度が、予め決められている許容温度範囲に収まるように冷却水の流量を変更することを特徴とする（１）または（２）に記載の熱延金属帯の冷却制御方法。

（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載の熱延金属帯の冷却制御方法を用いた熱延金属帯の製造方法。

本発明によれば、熱間圧延ラインにおける熱延金属帯の製造に際し、冷却前や冷却中の被圧延材の表面（２次元）温度分布を測定し、その測定結果から冷却後の温度を予測して、その予測した温度に基づいて、冷却関連設備における冷却水の注水パターンを変更して被圧延材の温度制御を行う、近赤外線カメラを用いた熱延金属帯の冷却制御方法と、それを用いた熱延金属帯の製造方法を提供できる。

以下、本発明の熱延金属帯の冷却制御方法の一つの実施の形態を、図６を用いて説明する。

近赤外線カメラを、仕上圧延機の１８の出側からコイラー２４の入側までの間に設置する。図６では、仕上圧延機１８の出側の近赤外線カメラ２１Ａと、冷却関連設備２６を前半ゾーン５と後半ゾーン４とに分けた場合の前半ゾーン５の出側に近赤外線カメラ２７Ａとを併設する例を示しているが、どちらか一方でもよいし、場所もこの２ヶ所に限らず、適宜設置すればよい。

近赤外線カメラとしては、例えば、画素一つあたりの大きさが、縦３０μｍ×横３０μｍで、画素の縦横の配列数が、縦３２０×横２５６のものを用いればよい。そして、図７に示したように、被圧延材８を真上から撮影した場合、近赤外線カメラ側ではなく、測定対象である被圧延材８側に換算して、一画素あたり縦１０ｍｍ×横１０ｍｍの空間分解能になるように設定すれば、トータルで、縦（長手方向）３２００ｍｍ×横（幅方向）２５６０ｍｍの視野サイズとなる。従来から一般的に製造される被圧延材の幅は、最大２３００ｍｍであるので、全ての被圧延材８について、熱延金属帯の全幅を１回の撮影で捉えることができる。

空間分解能（一画素あたりの縦横の寸法）は、ともに、測定対象である被圧延材８側に換算して、２００ｍｍ以下とするのが好ましい。これよりも大きいと、撮影した画像はモザイク状のため、局部的に温度の低い部分の外縁と平面形状がわかりにくくなるからである。

一方、同寸法の下限は特に規定する必要はないが、小さくなるとカメラ台数を増やす必要があるので、コストとの兼ね合いで決定すればよい。通常は、一例として挙げた上記の例の１０ｍｍ程度で大丈夫である。

また、被圧延材８の搬送速度は、熱間圧延ライン１００の例では、１２０ｍｐｍ（ｍ／分）から１２００ｍｐｍに及ぶが、縦（長手方向）３２００ｍｍの視野があるため、例えば、被圧延材８の搬送速度が１２００ｍｐｍであれば、３２００ｍｍを搬送するのに、３２００／１０００÷１２００／６０＝０．１６ｓｅｃかかるため、０．１６ｓｅｃに１回の撮影を繰り返すことで、長手方向に抜けのない連続した画像データが得られることになる。この条件で、被圧延材８の先端が視野に入った瞬間以前から撮影を開始し、被圧延材８の全長が搬送され、尾端が視野から外れる瞬間以降に撮影を終了する。搬送速度がもっと遅ければ、搬送速度に反比例するかたちで、撮影の間隔を長くすればよい。

しかし、被圧延材８の搬送速度が速いと、画像がぶれて流れてしまい、局部的に温度の低い部分は大きく写り、ぼやけて、空間分解能が低下してしまうことがある。そこで、本実施の形態では、表１に示した、最短１０μｓｅｃ（１０万分の１秒）の高速シャッターを搭載した近赤外線カメラを用いることで、被圧延材８の搬送速度が速くても、画像がぶれて流れてしまわないような撮影を可能としている。

また、近赤外線カメラは、およそ０．７μｍ〜２．５μｍ（表１に示した仕様では、０．９μｍ〜１．７μｍ）の近赤外線の放射エネルギーを捉えて、そのエネルギー強度を輝度にして、そのエネルギー強度（輝度）の分布を画像表示する。これを、温度計測や温度制御に用いるためには、予め、何らかの方法により近赤外線カメラの輝度（すなわち、エネルギー強度）を温度に変換するロジックを組み込む必要がある。

そこで、予め、熱間圧延ラインの外、すなわち、オフラインで、同じ熱源の同じ箇所について、該近赤外線カメラにて測定した輝度（検出値）とスポット温度計にて測定した温度との関係が、前記熱源の温度を変化させたときにどうなるか、を輝度−温度変換曲線として求めたものを、変換用テーブルデータとして制御装置５０やプロセスコンピュータ７０などに記憶しておく。そして、前記熱間圧延ラインに前記近赤外線カメラを設置して被圧延材を撮影したときの輝度を、該輝度−温度変換曲線に従って、温度に変換する。また、黒体炉などの基準熱源を用いて、輝度―温度変換曲線を求めてもよい。図８がその結果である。また、画像の表示としては、温度を色や濃淡で表す擬似カラー表示をすればよい。

そして、仕上圧延機１８の出側に設置した近赤外線カメラ２１Ａや前半ゾーン出側に設置した近赤外線カメラ２７Ａによる被圧延材（熱延金属帯）８の温度測定結果をもとに、その測定した被圧延材の２次元領域が、搬送されたのち、前半ゾーン５の出側やコイラー２４の入側に達したときの最高温度と最低温度を予測する。そして、この予測した最高温度および最低温度が、予め決められている許容温度範囲内に収まるように、冷却関連設備２６における冷却水の流量を制御する。

ここで、被圧延材（熱延金属帯）８の２次元領域とは、近赤外線カメラで撮影された１画像毎でもよいし、近赤外線カメラで撮像した画像の複数枚を結合した領域、あるいは、１画像を複数に分割した領域などでもよく、これらは管理上の間隔や演算処理速度などの都合上、適宜決定すればよい。

以上の説明を模式的に示したのが図１である。以下では、仕上圧延機１８の出側に近赤外線カメラ２１Ａのみを用いる例で説明する。まず、図１（ａ）に示すように、仕上圧延機１８の出側に設置した近赤外線カメラ２１Ａで撮影した画像により、被圧延材（熱延金属帯）８の温度測定を行う。

次に、図１（ｂ）に示すように、近赤外線カメラ２１Ａで撮影した画像領域内における最高温度ＴＦ_maxと最低温度ＴＦ_minとを抽出する。そして、この最高温度ＴＦ_maxと最低温度ＴＦ_minが、現在設定されている注水バンクのスプレーパターン（あるいは、予め設定されている初期のスプレーパターン）に従った場合に、近赤外線カメラ２１Ａの下を通過して、コイラーで巻き取られるまでの間における温度推移（温度変化）を、プロセスコンピュータ７０において計算して、予測する。このようにするのは、近赤外線カメラ２１Ａで撮影した画像、すなわち図１（ａ）における最高温度と最低温度の位置（画像座標）が、それ以降も最高温度と最低温度の位置（画像座標）になると考えているからである。また、予測位置は多数点でなくとも、例えば、温度管理において重要な代表的な位置としての、前半ゾーン５の出側や、コイラー２４の入側などの数点でもよい。一方、図１（ａ）における最高温度、最低温度の箇所が、前半ゾーン５の出側や、コイラー２４の入側でも最高温度、最低温度になるとは限らない条件である場合には、画像内の全ての画素について温度を予測して、予測した位置ごとに最高温度と最低温度を抽出してもよい。

図１（ｂ）は、横軸に冷却関連設備のライン位置を、縦軸にラインの各位置における温度をとり、仕上出側位置の近赤外線カメラ２１Ａで測定して求めた、最高温度ＴＦ_maxと最低温度ＴＦ_minがコイラー入側に達するまでの温度推移（実線が最低温度ＴＦ_minの推移、破線が最高温度ＴＦ_maxの推移）を示した一例である。なお、図においてグレーで示した領域は、要求される材質特性などの仕様を満足させるための温度範囲、つまり、許容温度範囲である。また、図中のＴＭ_0maxは前半ゾーン出側の許容温度上限、ＴＭ_0minは前半ゾーン出側の許容温度下限、ＴＣ_0maxはコイラー入側の許容温度上限、ＴＭ_0minはコイラー入側の許容温度下限である。この例では、現在設定されている冷却パターンでは、前半ゾーン出側位置からコイラー入側の間においては破線で示す最高温度ＴＦ_maxの温度推移（代表位置でいえば、前半ゾーン出側の最高温度ＴＭ_max、コイラー入側の最高温度ＴＣ_maxなどの予測温度）が、前半ゾーン出側の許容温度範囲を外れる（許容温度上限を上回っている）ということを示している。

この例では、コイラー入側に比べて、前半ゾーン出側の方が上限温度からのずれ量が大きいので、前半ゾーンでより冷却するように変更すればよい。よって、後半ゾーンより、前半ゾーンの注水バンク数を多く増やすように、スプレーパターンを補正すればよい。具体的には、変更したスプレーパターンにしたがって、温度推移の予測を行い、前半ゾーン出側の最高温度ＴＭ_max及びコイラー入側の最高温度ＴＣ_maxが許容温度上限ＴＭ_0max、ＴＣ_0maxに下がるか否かを判定し、図１（ｃ）に示すような温度推移が許容温度範囲に入るようになるまで繰り返す。

逆に、コイラー入側での最高温度が許容温度上限を大きく超えている場合には、前半ゾーンに比べて、後半ゾーンの注水バンク数をより増やすように補正すればよい。なお、スプレーパターンの補正にあたって、前半ゾーン、後半ゾーンのどちらか一方でなくとも、両ゾーンについて、適宜増減して補正するようにしてもよい。

図１（ｂ）の例とは逆に、実線で示す最低温度の推移（代表位置で言えば、前半ゾーン出側の最低温度ＴＭ_min、コイラー入側の最低温度ＴＣ_minなど予測温度）の方が、許容温度下限未満となって許容温度範囲から外れている場合には、前半ゾーン５の出側およびコイラー２４の入側における最低温度が、予め決められている許容温度下限まで上がっていくように、冷却関連設備２６における冷却水の流量を減らす方向に補正することになる。

なお、前半ゾーン５の出側およびコイラー２４の入側での被圧延材（熱延金属帯）８の許容温度上限や許容温度下限は、各被圧延材（熱延金属帯）８ごとに需要家から要求される材質を確保するための属性データとして予め決められている。この許容温度上限や許容温度下限は、ビジネスコンピュータ９０やプロセスコンピュータ７０内に設定テーブルを設け、被圧延材８の材質や仕上圧延後の厚み、幅等のデータをキーとして、被圧延材８ごと、あるいはさらに、被圧延材８の先端、中間、尾端ごとに設定されるようにするのが好ましい。

以下に、本実施形態の処理フローの一例として、仕上圧延機出側１８に設置した近赤外線カメラで測定し、コイラー入側の温度であるコイラー巻取温度について予測し、冷却制御の処理を行う例を図４を用いて説明する。

まず、仕上圧延機１８の出側に設置した近赤外線カメラ２１Ａで、熱延金属帯表面の温度分布画像を撮影する（ステップＳ１０１）。そして、温度分布画像における最高温度ＴＦ_maxおよび最低温度ＴＦ_minを算出する（ステップＳ１０２）。次に、予め決められた冷却関連設備の初期設定された冷却パターンを入力し（ステップＳ１０３）、近赤外線カメラで撮影した金属帯表面上の２次元領域が、冷却関連設備２６を通過して、熱延金属帯の諸元（幅、厚み、熱処理条件など）に基づいて初期設定された注水バンクのスプレーパターンにより冷却された場合に、ステップＳ１０２で算出した最高温度および最低温度が、コイラー入り側に達したとき（図４では巻取時と表記）に、何℃まで冷却されるかを温度予測する（ステップＳ１０４）。具体的には、例えば、公知の材料温度計算モデルである、以下の式（１）〜（５）の計算により求めればよい。なお、下記式では、熱延金属帯の表面温度Ｔ_sとしているが、最高温度を予測する際には最高温度、最低温度について予測する際には最低温度と置き換えて考えればよい。また、時間ｔは、冷却関連設備２６を近赤外線カメラで測定した領域が通過するのに要する時間であり、圧延速度、各構成設備間の機械的な距離をもとに求めればよい。

熱延金属帯（被圧延材）８の温度は、下記式（１）に示す板厚方向一次元熱伝導方程式を解けばよい。

ただし、式（１）における境界条件は、下記式（２）とする。

ここで、Ｔは熱延金属帯（被圧延材）８の温度、Ｔ_wは冷却水の水温、ｃは比熱、ρは密度、λは熱伝導率、Ｑ_transは変態発熱、ｈは熱伝達率、ｄは板厚、ｘは板厚方向座標、ｔは時間である。

また、熱伝達率ｈは、下記式（３）にて求める。

ここで、ｈ_eは輻射による熱伝達率、ｈ_aは対流による熱伝達率、ｈ_wtおよびｈ_wbは上面水冷および下面水冷による熱伝達率である。熱伝達率ｈ_wtおよびｈ_wbについては、下記式（４）のように、冷却水の水流密度Ｗ、水温Ｔ_w、熱延金属帯（被圧延材）８の表面温度Ｔ_s、熱延金属帯（被圧延材）８の搬送速度Ｖの関数として設定すればよい。

また、変態発熱Ｑ_transは、下記式（５）にて算出すればよい。

ここで、ξは変態潜熱、Ｘは変態率である。

そして、算出したコイラー入側の予測最高温度ＴＣ_max、予測最低温度ＴＣ_minが、許容範囲内（すなわちＴＣ_0min以上ＴＣ_0max以下）に入っているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。予測最高温度ＴＣ_max、予測最低温度ＴＣ_minともに、許容温度範囲内に入っていない場合には、注水するバンクの位置や水量を調整して冷却パターンを変更して（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０４に戻り、許容温度範囲内に入るまで繰り返す。なお、冷却パターンを変更しても、予測最高温度と予測最低温度がともに許容温度範囲内に入らない場合もありうるので、処理の繰り返し回数に上限Ｎ（例えば、５０や１００など）を予め設定しておき、許容温度範囲内にならない場合は、その回数に達するまで繰り返す。なお、変更回数は記憶しておき、その回数に達したか否かを、ステップＳ１０７で判断する。

一方、予測最高温度と予測最低温度がともに許容温度範囲内に収まった場合には、その注水バンクのスプレーパターンを設定する（ステップＳ１０６）。そして、設定値は制御装置５０に伝送され、制御装置５０により、冷却関連設備２６から被圧延材８に向け注水する冷却水の流量が制御される。

冷却水の制御は、具体的には、上記算出の対象となる領域（近赤外線カメラで測定した領域）の冷却関連設備における移動位置を、図示しないメジャーリングロールと速度計の両者を用いてトラッキングして、バルブ開閉から冷却水の注水開始及び注水停止までの遅延時間などを適宜考慮した上で、その到達タイミングに合わせて各バンクの各ヘッダの冷却水の注水開始及び注水停止のためのバルブ開閉を制御する。

なお、温度の予測計算は、上記式に限らず、計算時間短縮のために、以下に述べる公知の簡略式を用いてもよい。例えば、下記式（６）の関係が成り立つとして、板厚方向の温度分布もほぼ無視して、板厚方向平均温度で計算する。

さらに、被圧延材（熱延金属帯）８の初期温度をＴ₀とし、変態発熱がない（Ｑ_trans＝０）とすれば、先述の式（１），（２）より板厚方向平均温度Ｔ_mは、下記式（７）で表される。

さらに、下記式（８）で冷却能Ｋを定義し、かつ、簡単化のため水温Ｔ_wを省略すると、板厚方向平均温度Ｔ_mは、下記式（９）で表される。

式（９）で、Ｔ_mをコイラ入り側の巻き取り直前の温度Ｔ_c、Ｔ₀を近赤外線カメラ２１Ａでの温度測定結果をＴ_fに置き換え、冷却関連設備２６の仕上圧延機１８側からｉ番目のバンクを通過するのに要する時間をｔ_i、ｉ番目のバンクのＫ値をＫ_iとすれば、Ｔ_cは、

で算出できる。

また、近赤外線カメラ２１Ａでの温度測定結果Ｔ_fを初期値として、その後の各時点における温度Ｔ_pを下記式（１１）により計算する。

この際、各バンクの実績の水流密度と被圧延材（熱延金属帯）８の実績の搬送速度から求められた、冷却関連設備２６の仕上圧延機１８側から搬送方向Ａに向かって数えてｉ番目のバンクのＫ値（Ｋ_Ai）と通過に要する時間ｔ_Aiが用いられる。ここで、ｉ_pはその後の各時点にて存在するバンクが何番目かを表す番号である。

なお、ステップＳ１０７で、変更回数が上限Ｎを超えた場合、つまり、予測最高温度と予測最低温度をともに、許容温度範囲内に収めることができないと判断された場合には、ステップＳ２０１に移って、予測最高温度と予測最低温度の一方が許容温度範囲内に入るように、冷却パターンを変更する処理を行う（ステップＳ１０９）。例えば、冷却パターンを変更しても、予測結果が図２に示すようにコイラー入側で許容温度範囲内に、最高温度と最低温度をともに入れることができない（つまり、少なくとも一方が許容範囲に入らない）場合について、以下に、図５の処理フローを用いて、手順を説明する。

まず、ステップＳ１０１で測定した温度分布画像から、その温度分布画像内の平均温度ＴＦ_aveを算出する（ステップＳ２０１）。

そして、ステップＳ１０２で算出した実績最高温度ＴＦ_maxと平均温度ＴＦ_aveとの差の絶対値ΔＴ_maxと、実績最低温度ＴＦ_minと平均温度ＴＦ_aveとの差の絶対値ΔＴ_minを比較する。そして、実績最高温度ＴＦ_maxと平均温度ＴＦ_aveとの差の絶対値ΔＴ_maxが、実績最低温度ＴＦ_minと平均温度ＴＦ_aveとの差の絶対値ΔＴ_minより大きいときは（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、最後に変更した冷却パターンに従ってステップＳ１０４で算出した予測最低温度ＴＣ_minが、許容温度下限以上であるかを判定する（Ｓ２０３）。そして、許容温度下限以上であれば（ステップＳ２０３・Ｙｅｓ）、その冷却パターンを設定する（ステップＳ２０６）。逆に、許容温度下限未満である場合には（ステップＳ２０３・Ｎｏ）、予測最低温度ＴＣ_minが許容温度下限以上になるように、冷却パターンを変更する（ステップＳ２０４）。この場合、鋼板温度が上がるように冷却水量を減らした冷却パターンに変更すればよい。

そして、変更した冷却パターンに従った場合に、実績最高温度ＴＦ_max、実績最低温度ＴＦ_minが、巻取時に何度になるかを予測する（ステップＳ２０５）。ここでの予測計算は、ステップＳ１０４と同じである。そして、上述のステップＳ２０３以降の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２０２で、実績最高温度ＴＦ_maxと平均温度ＴＦ_aveとの差の絶対値が、実績最低温度ＴＦ_minと平均温度ＴＦ_aveとの差の絶対値以下のときは（ステップＳ２０２のＮｏ）、最後に変更した冷却パターンに従ってステップＳ１０４で算出した予測最高温度ＴＣ_maxが、許容温度上限以下であるかを判定する（Ｓ２０７）。そして、許容温度上限以下であれば（ステップＳ２０７・Ｙｅｓ）、その冷却パターンを設定する（ステップＳ２０６）。逆に、許容温度上限以下である場合には（ステップＳ２０７・Ｎｏ）、予測最高温度ＴＣ_maxが許容温度上限以下になるように、冷却パターンを変更する（ステップＳ２０８）。この場合、鋼板温度が下がるように冷却水量を増やした冷却パターンに変更すればよい。

そして、変更した冷却パターンに従った場合に、実績最高温度ＴＦ_max、実績最低温度ＴＦ_minが、巻取時に何度になるかを予測する（ステップＳ２０９）。ここでの予測計算は、ステップＳ１０４と同じである。そして、上述のステップＳ２０７以降の処理を繰り返す。

以上のステップＳ２０１以降の処理を行う理由を、図３を用いて説明する。最高温度ＴＦ_maxと平均温度ＴＦ_aveとの差の絶対値ΔＴ_maxが、最低温度ＴＦ_minと平均温度ＴＦ_aveとの差の絶対値ΔＴ_minより大きいということは、図３（ａ）に示すごとく、平均値Ｔ_aveから最高温度ＴＦ_maxまでの温度範囲に含まれるデータ数（温度分布画像における画素数、言い換えれば、金属帯表面における面積）が、平均値Ｔ_aveから最低温度ＴＦ_minまでの温度範囲に含まれるデータ数に比べて、少ないということである。よって、最低温度を許容温度下限以上にすれば（最低温度を許容温度下限に一致させるのが最も好ましい）、許容温度範囲内に収まるデータ（金属帯表面における面積）が多くなり、不良箇所（許容温度範囲外となる箇所）を少なくでき、製品の歩留り低減を抑制できることとなる。

逆の図３（ｂ）に示す場合には、同様の考え方により、最高温度を許容温度上限以下にすれば（最高温度を許容温度上限に一致させるのが最も好ましい）、許容温度範囲内に収まるデータ（金属帯表面における面積）が多くなり、不良箇所を少なくでき、製品の歩留り低減を抑制できることとなる。

なお、上記では説明しなかったが、ステップＳ２０３で、予測最低温度ＴＣ_minが許容温度下限以上であっても、予測最低温度ＴＣ_minと許容温度下限との温度差の絶対値が所定値より大きい場合には、その温度差の絶対値が所定値以内になるように、冷却パターンを変更する処理を行うようにすることが好ましい。同様に、ステップＳ２０７で、予測最高温度ＴＣ_maxが許容温度上限以下であっても、予測最高温度ＴＣ_maxと許容温度上限との温度差の絶対値が所定値より大きい場合には、その温度差の絶対値が所定値以内になるように、冷却パターンを変更する処理を行うようにすることが好ましい。

本発明の概要を説明するための図 本発明の概要を説明するための図 本発明の概要を説明するための図 本発明の手順を示すフローチャート 本発明の手順を示すフローチャート 本発明の適用後の熱間圧延ラインの構成例を示す概略図 本発明に用いる赤外線カメラの設置例を示す概略図 本発明に用いる赤外線カメラの輝度−温度変換曲線の一例を示す図 本発明の適用対象となる熱間圧延ラインの一例について説明するための図 従来技術の問題点について説明するための図

符号の説明

４ 後半ゾーン
５ 前半ゾーン
８ 被圧延材
１０ 加熱炉
１２ 粗圧延機
１８ 仕上圧延機
２１Ａ 近赤外線カメラ
２４ コイラー
２６ 冷却関連設備
２６１ ヘッダ
２６２ バンク
２７Ａ 近赤外線カメラ
５０ 制御装置
７０ プロセスコンピュータ
９０ ビジネスコンピュータ
１００ 熱間圧延ライン
Ａ 搬送方向
ｗ 冷却水

Claims (4)

1. 熱間圧延ラインの仕上圧延機とコイラーの間の冷却関連設備を
   搬送される熱延金属帯の表面温度分布を、
   近赤外線カメラで画像データとして測定する熱画像測定ステップと、
   該画像データを測定した熱延金属帯の領域が、前記近赤外線カメラより下流側の位置に到達した時の、該領域における表面温度の最高温度と最低温度を、前記画像データを元に予測する温度予測ステップと、
   該温度予測ステップで予測した最高温度と最低温度とが、ともに許容温度範囲となるように
   前記冷却関連設備における冷却水の流量を変更する冷却水流量変更ステップと、
   該変更した冷却水流量を冷却関連設備に設定する冷却水流量設定ステップと、
   を備えて、前記冷却関連設備における冷却水の流量を制御する
   ことを特徴とする熱延金属帯の冷却制御方法。
2. 前記温度予測ステップは、前記画像データにおける最高温度を用いて、前記近赤外線カメラより下流側の位置での最高温度を予測し、前記画像データにおける最低温度を用いて、前記近赤外線カメラより下流側の位置での最低温度を予測することを特徴とする請求項１に記載の熱延金属帯の冷却制御方法。
3. 前記冷却水流量変更ステップにおいて、冷却水の流量を変更しても
   前記予測した表面温度の最高温度と最低温度とを、ともに許容温度範囲内にできない場合は、
   前記画像データにおける平均温度と最高温度との差の絶対値ΔＴ_maxと、前記画像データにおける平均温度と最低温度との差の絶対値ΔＴ_minとを比較し、
   ΔＴ_maxがΔＴ_min以下のときは前記
   予測した最高温度が、
   ΔＴ_maxがΔＴ_minより大きいときは前記予測した最低温度が、
   予め決められている許容温度範囲に収まるように冷却水の流量を変更する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱延金属帯の冷却制御方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱延金属帯の冷却制御方法を用いた熱延金属帯の製造方法。