JP7205517B2 - Rolled material cooling control method and cooling control device - Google Patents
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Description
本発明は、圧延材の冷却制御方法及び冷却制御装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cooling control method and a cooling control device for a rolled material.
圧延プロセスの制御では、製造完了時の圧延材が所望の寸法及び温度になるように各設備を駆動させる。一般に、圧延プロセスの制御はプリセット制御とダイナミック制御とからなる。プリセット制御は圧延初期に行われ、圧延が開始されて十分な実績データが得られると、プリセット制御からダイナミック制御に移行される。プリセット制御では、物理モデル式を用いて圧延・冷却現象を予測し、得られた予測値に基づいて設備のアクチュエータ等の設定値を決定する。決定する設定値としては、圧延速度や冷却水の水量等を例示できる。ところが、圧延・冷却現象を物理モデル式によって完全に表現することはできない。また、計算負荷を軽減することを優先して物理モデル式を簡素化する場合もある。このような背景から、物理モデル式に学習項を設け、実績データに基づいて学習項に反映させる学習係数を更新することが行われている(特許文献1,2参照)。
In the control of the rolling process, each piece of equipment is driven so that the rolled material has the desired dimensions and temperature when production is completed. In general, the control of the rolling process consists of preset control and dynamic control. Preset control is performed at the beginning of rolling, and when sufficient performance data is obtained after rolling is started, preset control is shifted to dynamic control. In the preset control, a physical model formula is used to predict the rolling/cooling phenomenon, and based on the obtained predicted values, the set values for the equipment actuators, etc. are determined. Examples of set values to be determined include the rolling speed and the amount of cooling water. However, the rolling/cooling phenomenon cannot be completely expressed by a physical model formula. In some cases, the physics model formula is simplified in order to reduce the computational load. Against this background, a learning term is provided in the physical model formula, and a learning coefficient to be reflected in the learning term is updated based on performance data (see
本発明の発明者らは、冷却設備によって熱間圧延材を冷却してコイラーで巻き取るプロセスにおいて、圧延材の熱伝達係数を算出する物理モデル式の学習に圧延材の先端部の温度実績データを用いた場合、先端部の温度のばらつきに起因して学習値がばらつくことにより圧延材の熱伝達係数の予測精度が低下し、結果として巻取温度の制御精度が低下することを知見した。 In the process of cooling the hot-rolled material by the cooling equipment and winding it with the coiler, the inventors of the present invention used the actual temperature data of the tip of the rolled material to learn the physical model formula for calculating the heat transfer coefficient of the rolled material. is used, the accuracy of predicting the heat transfer coefficient of the rolled material decreases due to variations in the learned value due to variations in the temperature of the tip, and as a result, the accuracy of controlling the coiling temperature decreases.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、圧延材の巻取温度を精度よく制御可能な圧延材の冷却制御方法及び冷却制御装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a cooling control method and a cooling control device for a rolled material that can accurately control the coiling temperature of the rolled material.
本発明に係る圧延材の冷却制御方法は、冷却設備によって熱間圧延材を冷却してコイラーで巻き取るプロセスにおいて、物理モデル式によって求められる熱間圧延材の熱伝達係数を用いて熱間圧延材の温度を所定の巻取温度に制御するための冷却設備の設定値を算出し、算出された設定値を用いて冷却設備を制御する圧延材の冷却制御方法であって、同一材料区分の複数の熱間圧延材について、冷却設備の出側における熱間圧延材の長さ方向の温度分布の実績値を用いて隣接する実績値との温度差を算出する温度差算出ステップと、前記温度差算出ステップにおいて算出された同じ長さ方向位置の温度差のデータを母集団として、温度差の標準偏差を長さ方向位置毎に算出する標準偏差算出ステップと、前記標準偏差算出ステップにおいて算出された標準偏差の値が連続して所定の閾値以下になった長さ方向位置の前方の長さ方向位置を前記熱伝達係数の学習ポイントに決定する学習ポイント決定ステップと、前記学習ポイント決定ステップにおいて決定された学習ポイントにおける熱間圧延材の温度を用いて前記物理モデル式の学習項に反映させる学習係数を材料区分毎に算出する学習ステップと、を含むことを特徴とする。 A method for controlling the cooling of a rolled material according to the present invention uses the heat transfer coefficient of the hot-rolled material determined by a physical model formula in the process of cooling the hot-rolled material by the cooling equipment and winding it by the coiler. A cooling control method for a rolled material that calculates a set value of cooling equipment for controlling the temperature of the material to a predetermined coiling temperature, and controls the cooling equipment using the calculated set value, a temperature difference calculation step of calculating a temperature difference between a plurality of hot-rolled materials and adjacent actual values using actual values of temperature distribution in the length direction of the hot-rolled materials on the delivery side of the cooling equipment; A standard deviation calculation step of calculating the standard deviation of the temperature difference for each length direction position using the data of the temperature difference at the same length direction position calculated in the difference calculation step as a population, and the standard deviation calculation step a learning point determination step of determining, as a learning point for the heat transfer coefficient, a length direction position ahead of a length direction position at which the value of the standard deviation continuously becomes equal to or less than a predetermined threshold value, and in the learning point determination step and a learning step of calculating, for each material class, a learning coefficient to be reflected in the learning term of the physical model formula using the temperature of the hot-rolled material at the determined learning point.
本発明に係る圧延材の冷却制御方法は、冷却設備によって熱間圧延材を冷却してコイラーで巻き取るプロセスにおいて、物理モデル式によって求められる熱間圧延材の熱伝達係数を用いて熱間圧延材の温度を所定の巻取温度に制御するための冷却設備の設定値を算出し、算出された設定値を用いて冷却設備を制御する圧延材の冷却制御装置であって、同一材料区分の複数の熱間圧延材について、冷却設備の出側における熱間圧延材の長さ方向の温度分布の実績値を用いて隣接する実績値との温度差を算出し、算出された同じ長さ方向位置の温度差のデータを母集団として、温度差の標準偏差を長さ方向位置毎に算出し、算出された標準偏差の値が連続して所定の閾値以下になった長さ方向位置の前方の長さ方向位置を前記熱伝達係数の学習ポイントに決定する学習ポイント決定部と、前記学習ポイント決定部によって決定された学習ポイントにおける熱間圧延材の温度を用いて前記物理モデル式の学習項に反映させる学習係数を材料区分毎に算出する学習処理部と、を備えることを特徴とする。 A method for controlling the cooling of a rolled material according to the present invention uses the heat transfer coefficient of the hot-rolled material determined by a physical model formula in the process of cooling the hot-rolled material by the cooling equipment and winding it by the coiler. A cooling control device for rolling material that calculates the setting value of cooling equipment for controlling the temperature of the material to a predetermined coiling temperature and controls the cooling equipment using the calculated setting value, For multiple hot-rolled materials, using the actual value of the temperature distribution in the length direction of the hot-rolled material on the delivery side of the cooling equipment, calculate the temperature difference with the adjacent actual value, and calculate the same length direction The standard deviation of the temperature difference is calculated for each position in the length direction using the temperature difference data of the positions as a population, and the front of the length direction position where the calculated standard deviation value is continuously below a predetermined threshold value A learning point determining unit that determines a longitudinal position as a learning point of the heat transfer coefficient, and a learning term of the physical model formula using the temperature of the hot-rolled material at the learning point determined by the learning point determining unit and a learning processing unit that calculates a learning coefficient to be reflected in each material classification.
本発明に係る圧延材の冷却制御方法及び冷却制御装置によれば、圧延材の巻取温度を精度よく制御することができる。 According to the cooling control method and the cooling control device for a rolled material according to the present invention, the coiling temperature of the rolled material can be controlled with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置について説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A cooling control device for a rolled material, which is an embodiment of the present invention, will be described below with reference to the drawings.
〔熱間圧延ラインの構成〕
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成について説明する。但し、本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置が適用される熱間圧延ラインは、図1に示す構成に限定されることはない。
[Configuration of hot rolling line]
First, with reference to FIG. 1, the configuration of a hot rolling line to which a cooling control device for a rolled strip according to an embodiment of the present invention is applied will be described. However, the hot rolling line to which the cooling control device for rolled material according to one embodiment of the present invention is applied is not limited to the configuration shown in FIG.
図1は、本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成を示す模式図である。図1に示すように、本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置が適用される熱間圧延ライン1では、連続鋳造機2で鋳造された鋼帯3が、加熱炉4において加熱され、粗圧延機5と仕上圧延機6とによって数ミリの厚さまで圧延され、ランナウト冷却設備7において冷却された後、コイラー8によってコイル状に巻き取られる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a hot rolling line to which a cooling control device for a rolled strip according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, in a hot
〔圧延材の冷却制御装置の構成〕
次に、図2を参照して、本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置の構成について説明する。
[Configuration of cooling control device for rolled material]
Next, with reference to FIG. 2, the configuration of a cooling control device for rolled material, which is an embodiment of the present invention, will be described.
図2は、本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の汎用の情報処理装置によって構成され、ランナウト冷却設備7を制御することによりコイラー8によって巻き取られる鋼帯3の温度を所定の巻取温度に制御する。図2に示すように、本発明の一実施形態である圧延材の冷却制御装置10(以下、冷却制御装置10と略記)は、入力部11、出力部12、記憶部13、及び処理部14を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a cooling control device for rolled material, which is an embodiment of the present invention. A rolled material cooling control device, which is an embodiment of the present invention, is composed of a general-purpose information processing device such as a work station and a personal computer, and controls a
入力部11は、キーボードやマウスポインタ、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置によって構成され、操作入力に応じた入力信号を処理部14に出力する。出力部12は、LCDやELディスプレイ、CRTディスプレイ等の表示装置によって構成され、処理部14から出力される表示信号に従って各種情報を表示する。なお、出力部12は、適宜プリンタやスピーカ等の出力装置を含む構成としてもよい。 The input unit 11 is configured by input devices such as a keyboard, mouse pointer, touch panel, and various switches, and outputs input signals corresponding to operation inputs to the processing unit 14 . The output unit 12 is configured by a display device such as an LCD, an EL display, a CRT display, etc., and displays various information according to display signals output from the processing unit 14 . Note that the output unit 12 may be configured to include an output device such as a printer or a speaker as appropriate.
記憶部13は、更新記録可能なフラッシュメモリ、内蔵若しくはデータ通信端子で接続されたハードディスク、メモリカード等の情報記録媒体及びその読み書き装置等によって構成され、用途に応じた記憶装置を適宜採用して用いることができる。記憶部13には、冷却制御装置10を動作させ、冷却制御装置10が備える種々の機能を実現するためのコンピュータプログラムや、このコンピュータプログラムの実行中に使用されるデータ等が予め格納され又は処理の都度一時的に格納される。また、記憶部13には、実績データベース(実績DB)131及び学習係数データベース(学習係数DB)132が格納されている。
The storage unit 13 is composed of a flash memory that can be updated and recorded, a hard disk that is built in or connected via a data communication terminal, an information recording medium such as a memory card, and a read/write device for the same. can be used. In the storage unit 13, a computer program for operating the
実績DB131は、過去の操業で得られた鋼帯3の操業データを登録・蓄積したデータベースである。操業データには、ランナウト冷却設備7に供給された鋼帯3の鋼種、厚さ、幅、ランナウト冷却設備7の入側及び出側における長さ方向の温度分布、目標巻取温度、ランナウト冷却設備7の設定値等の実績値が含まれている。学習係数DB132は、鋼帯3の材料区分毎の学習係数を格納している。材料区分には、鋼帯3の鋼種、厚さ、幅、及び目標巻取温度等が含まれる。
The
処理部14は、CPU等の演算処理装置によって構成され、入力部11から入力される入力信号、記憶部13に格納されているコンピュータプログラムやデータ等を用いて、冷却制御装置10を構成する各部への指示やデータの転送等を行って冷却制御装置10の動作を制御する。また、処理部14は、コンピュータプログラムを実行することにより、学習ポイント決定部141、学習処理部142、及び冷却設定部143として機能する。
The processing unit 14 is configured by an arithmetic processing device such as a CPU, and uses input signals input from the input unit 11, computer programs and data stored in the storage unit 13, etc., to control each unit that configures the
学習ポイント決定部141は、後述する学習ポイント決定処理を実行することにより、鋼帯3の熱伝達係数を算出する物理モデル式の学習に用いる温度を採用する鋼帯3の長さ方向の位置(学習ポイント)を決定し、決定した学習ポイントに関する情報を学習処理部142に出力する。 The learning point determination unit 141 executes a learning point determination process, which will be described later, so that the position in the length direction of the steel strip 3 ( learning points), and outputs information about the determined learning points to the learning processing unit 142 .
学習処理部142は、学習ポイント決定部141により決定された学習ポイントにおける鋼帯3の温度を用いて、鋼帯3の熱伝達係数を算出する物理モデル式の学習項に反映させる学習係数を鋼帯3の材料区分毎に算出する。そして、学習処理部142は、算出された学習係数DB132に格納する。
The learning processing unit 142 uses the temperature of the
冷却設定部143は、処理対象の鋼帯3の材料区分に対応する学習係数を学習係数DB132から読み出し、読み出された学習係数を用いて物理モデル式により処理対象の鋼帯3の熱伝達係数を算出する。そして、冷却設定部143は、算出された熱伝達係数を用いて鋼帯3の温度を目標巻取温度に制御するためのランナウト冷却設備7の設定値を算出し、算出された設定値を用いてランナウト冷却設備7を制御する。
The cooling setting unit 143 reads the learning coefficient corresponding to the material classification of the
このような構成を有する冷却制御装置10では、学習ポイント決定部141が、以下に示す学習ポイント決定処理を実行することにより、鋼帯3の熱伝達係数の予測精度及び鋼帯3の巻取温度の制御精度を向上させる。以下、図3~図5を参照して、学習ポイント決定処理を実行する際の学習ポイント決定部141の動作について説明する。
In the
〔学習ポイント決定処理〕
図3は、本発明の一実施形態である学習ポイント決定処理の流れを示すフローチャートである。図3に示すフローチャートは、熱間圧延ライン1における鋼帯3の圧延処理が完了し、実績DB131に鋼帯3の操業データが格納されたタイミングで開始となり、学習ポイント決定処理はステップS1の処理に進む。
[Learning point determination processing]
FIG. 3 is a flow chart showing the flow of learning point determination processing, which is an embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 3 starts at the timing when the rolling process of the
ステップS1の処理では、学習ポイント決定部141が、新たに格納された鋼帯3の操業データからランナウト冷却設備7の出側における鋼帯3の長さ方向(例えば1m毎)の温度分布の実績値を実績DB131から読み出す。そして、学習ポイント決定部141は、読み出された実績値を用いて図4(a)に示すように隣接する実績値との温度差Δθna(n=1,2…,k-1)(k=鋼帯3の長さ方向位置(実績値の数)、a=鋼帯3(材料a)の識別子)を算出する。これにより、ステップS1の処理は完了し、学習ポイント決定処理はステップS2の処理に進む。
In the process of step S1, the learning point determination unit 141 determines the actual temperature distribution of the
ステップS2の処理では、学習ポイント決定部141が、ステップS1の処理における鋼帯3と同一材料区分の他の鋼帯3について、ランナウト冷却設備7の出側における長さ方向の温度分布の実績値を実績DB131から読み出す。そして、学習ポイント決定部141は、図4(b)に示すように各鋼帯3(材料b~e)について、ステップS1の処理と同様にして温度差Δθnb,Δθnc,Δθnd,Δθneを算出する。なお、これらの温度差のデータを予め実績DB131に格納しておき、このステップS2の処理を省略してもよい。また、温度差を算出する鋼帯3の数は、その材料区分での直近数本とすることが望ましい。これにより、ステップS2の処理は完了し、学習ポイント決定処理はステップS3の処理に進む。
In the process of step S2, the learning point determination unit 141 determines the actual value of the temperature distribution in the length direction on the outlet side of the
ステップS3の処理では、学習ポイント決定部141が、図4(c)に示すように、ステップS1及びステップS2の処理によって算出された同じ長さ方向位置nの温度差のデータ(Δθna,Δθnb,Δθnc,Δθnd,Δθne)を母集団としてそれぞれの標準偏差σnを算出する。これにより、ステップS3の処理は完了し、学習ポイント決定処理はステップS4の処理に進む。 In the process of step S3, the learning point determination unit 141, as shown in FIG. Δθnc, Δθnd, Δθne) are used as a population to calculate the standard deviation σn of each. As a result, the process of step S3 is completed, and the learning point determination process proceeds to the process of step S4.
ステップS4の処理では、学習ポイント決定部141が、図5に示すように、ステップS3の処理によって算出された標準偏差σnの値が連続して所定の閾値以下になった長さ方向位置の前方の長さ方向位置(図中丸で囲った位置)をその材料区分における鋼帯3の熱伝達係数の学習ポイントに決定する。このような処理によれば、もともと先端部の温度がばらついていない材料では、そのまま先端部が熱伝達係数の学習ポイントとして採用され、先端部の温度がばらついている材料では、ばらつきが小さくなった位置が熱伝達係数の学習ポイントとして採用される。この結果、熱伝達係数の学習値のばらつきが小さくなり、鋼帯3の熱伝達係数の予測精度及び鋼帯3の巻取温度の制御精度が向上する。これにより、ステップS4の処理は完了し、一連の学習ポイント決定処理は終了する。
In the process of step S4, the learning point determination unit 141 determines, as shown in FIG. is determined as the learning point of the heat transfer coefficient of the
なお、本発明の発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、先端部の温度がばらつく原因は、先端部の形状が悪いために鋼帯に水乗りが発生し、水乗りによって鋼帯が局所的に冷却されるためであることを知見した。また、この先端部の温度のばらつきは、鋼帯の先端部がコイラーに巻き付き、鋼帯に張力がかかることによって低下することを知見した。従って、鋼帯の先端部がコイラーに巻き付いたタイミングや鋼帯に張力がかかったタイミングにおけるランナウト冷却設備とコイラーとの間の点を熱伝達係数の学習ポイントとして採用するようにしてもよい。 As a result of extensive studies, the inventors of the present invention found that the cause of the variation in the temperature of the tip is that water rides on the steel strip due to the poor shape of the tip, and the water rides on the steel strip locally. It was found that the reason for this is that the In addition, the inventors have found that this variation in temperature at the tip portion is reduced when the tip portion of the steel strip winds around the coiler and tension is applied to the steel strip. Therefore, the point between the runout cooling equipment and the coiler at the timing when the tip of the steel strip is wound around the coiler or when the steel strip is tensioned may be used as the learning point for the heat transfer coefficient.
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Although the embodiments to which the invention made by the present inventors is applied have been described above, the present invention is not limited by the descriptions and drawings forming a part of the disclosure of the present invention according to the present embodiments. That is, other embodiments, examples, operation techniques, etc. made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.
1 熱間圧延ライン
2 連続鋳造機
3 鋼帯
4 加熱炉
5 粗圧延機
6 仕上圧延機
7 ランナウト冷却設備
8 コイラー
10 圧延材の冷却制御装置
11 入力部
12 出力部
13 記憶部
14 処理部
131 実績データベース(実績DB)
132 学習係数データベース(学習係数DB)
141 学習ポイント決定部
142 学習処理部
143 冷却設定部
1
132 learning coefficient database (learning coefficient DB)
141 learning point determination unit 142 learning processing unit 143 cooling setting unit
Claims (2)
同一材料区分の複数の熱間圧延材について、冷却設備の出側における熱間圧延材の長さ方向の温度分布の実績値を用いて隣接する実績値との温度差を算出する温度差算出ステップと、
前記温度差算出ステップにおいて算出された同じ長さ方向位置の温度差のデータを母集団として、温度差の標準偏差を長さ方向位置毎に算出する標準偏差算出ステップと、
前記標準偏差算出ステップにおいて算出された標準偏差の値が連続して所定の閾値以下になった長さ方向位置の前方の長さ方向位置を前記熱伝達係数の学習ポイントに決定する学習ポイント決定ステップと、
前記学習ポイント決定ステップにおいて決定された学習ポイントにおける熱間圧延材の温度を用いて前記物理モデル式の学習項に反映させる学習係数を材料区分毎に算出する学習ステップと、
を含むことを特徴とする圧延材の冷却制御方法。 In the process of cooling the hot-rolled material with the cooling equipment and winding it with the coiler, the temperature of the hot-rolled material is controlled to a predetermined coiling temperature using the heat transfer coefficient of the hot-rolled material determined by the physical model formula. A cooling control method for a rolled material that calculates a set value of a cooling facility for and controls the cooling facility using the calculated set value,
A temperature difference calculation step of calculating the temperature difference between a plurality of hot-rolled materials of the same material class and adjacent actual values using the actual values of the temperature distribution in the length direction of the hot-rolled materials on the delivery side of the cooling equipment. When,
A standard deviation calculating step of calculating the standard deviation of the temperature difference for each position in the length direction, with the data of the temperature difference at the same length direction position calculated in the temperature difference calculating step as a population;
A learning point determination step of determining, as a learning point for the heat transfer coefficient, a lengthwise position ahead of a lengthwise position where the standard deviation value calculated in the standard deviation calculating step is continuously equal to or lower than a predetermined threshold value. When,
a learning step of calculating, for each material classification, a learning coefficient to be reflected in the learning term of the physical model formula using the temperature of the hot-rolled material at the learning point determined in the learning point determination step;
A cooling control method for a rolled material, comprising:
同一材料区分の複数の熱間圧延材について、冷却設備の出側における熱間圧延材の長さ方向の温度分布の実績値を用いて隣接する実績値との温度差を算出し、算出された同じ長さ方向位置の温度差のデータを母集団として、温度差の標準偏差を長さ方向位置毎に算出し、算出された標準偏差の値が連続して所定の閾値以下になった長さ方向位置の前方の長さ方向位置を前記熱伝達係数の学習ポイントに決定する学習ポイント決定部と、
前記学習ポイント決定部によって決定された学習ポイントにおける熱間圧延材の温度を用いて前記物理モデル式の学習項に反映させる学習係数を材料区分毎に算出する学習処理部と、
を備えることを特徴とする圧延材の冷却制御装置。 In the process of cooling the hot-rolled material with the cooling equipment and winding it with the coiler, the temperature of the hot-rolled material is controlled to a predetermined coiling temperature using the heat transfer coefficient of the hot-rolled material determined by the physical model formula. A cooling control device for a rolled material that calculates a set value of a cooling facility for and controls the cooling facility using the calculated set value,
For multiple hot-rolled materials of the same material class, the temperature difference between the adjacent actual values was calculated using the actual value of the temperature distribution in the length direction of the hot-rolled material on the delivery side of the cooling equipment. The standard deviation of the temperature difference is calculated for each position in the length direction using temperature difference data at the same length direction position as a population, and the length at which the calculated standard deviation value is continuously below a predetermined threshold a learning point determining unit that determines a longitudinal position ahead of the directional position as a learning point for the heat transfer coefficient;
a learning processing unit that calculates, for each material classification, a learning coefficient to be reflected in the learning term of the physical model formula using the temperature of the hot-rolled material at the learning point determined by the learning point determination unit;
A cooling control device for a rolled material, comprising:
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