JPS62199723A - 鋼板の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱間圧延後の高温鋼板を均一に冷却する方法
に関する。

〔従来の技術〕

この種の鋼板を適切な冷却速度でしかも均一に冷却する
ことは、板の品質を保証するためにきわめて重要である
。

鋼板を冷却する場合、鋼板長手方向の冷却開始のタイミ
ングから大別すれば板全面同時冷却方式と走行冷却方式
とがある。前者は、高温鋼板全体を冷却装置内に収納し
た後、冷却水を同時に噴射し、一定時間を経て同時に冷
却水の吹付けを停止する方法で、冷却ムラを無くすため
にオシレートすることもある。この方法は、鋼板全体に
対して冷却水の吹付は開始時刻、停止時刻を一致させる
ことにより、冷却タイミングおよび冷却時間を一致させ
ることができる利点がある。反面、第１に被冷却物とし
ての鋼板の大きさが冷却ゾーンの大きさ以内に制約され
る、第２に冷却中に、冷却水の吹付は開始、停止の過渡
的な状態が含まれるので、冷却終了温度の制御性が悪い
、第３に冷却水の吹付は停止後も鋼板上に冷却水が残り
、冷却終了温度ムラの原因となる、第４に冷却開始時に
鋼板内に温度バラツキがあれば制御できない等の欠点が
ある。

そこで、通常は後者の走行冷却方式を採用している。こ
の方式は、予め冷却水を吹き出している固定の冷却装置
に対して、鋼板を搬送用ローラを用いて、冷却装置内を
通板走行させながら冷却する方法である。この方法は、
鋼板を冷却装置内を走行させることによシ、鋼板長とし
て冷却ゾーン長よシ長いものも冷却可能でアシ、鋼板が
通板される前に冷却水を噴出させ、後端が抜けた以降に
おいて冷却水を停止させることによシ、冷却水噴出の開
始、停止時の冷却水量が過渡的に変化する状態を、鋼板
冷却中の時間から外すことができる等の利点がある反面
、鋼板走行方向における冷却開始時刻は、先端から後端
に向って遅れてくるので、この開始時刻のズレを考慮し
て鋼板長手方向の温度制御が必要となる難点がある。

したがって、かかる難点を解消するだめに、従来からい
くつかの提案がなされている。

その１は、特開昭５８−２２１２３５号公報（先行技術
１）に示されたもので、冷却ゾーンを走行方向にブロッ
ク化し、鋼板の走行方向の温度を連続的に検出し、均一
に冷却すべく温度分布に応じて、鋼板の位置に対応した
冷却水量を決めておき、鋼板の走行に合せて、各ブロッ
クごとの冷却水量を変えるものである。

第２の方法は、特開昭５８−２１０１２７号公報（先行
技術２）に教示されたもので、冷却ゾーンでは同じ冷却
水量で画一的な冷却を行うが、予冷装置を設け、ここで
冷却後の温度を均一化するような冷却開始時の温度分布
をつくるべく、予冷装置での冷却水流量を制御する方法
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、先行技術１は、冷却中に連続して冷却水量を変
えるために制御の応答性が悪く、過渡的な状態が冷却中
継続することになり、冷却終了温度の制御性も悪くなる
。しかも、実用に耐えるものとするためには、ブロック
を細分化する必要があシ、設備費用も嵩む。

これに対して、先行技術２は、予冷装置を設置するため
に場所が必要となシ設備費用も増加する。

また、冷却開始時の温度も低下するという問題がある。

さらに、予冷を行なうに際して、冷却水量を制御して冷
却開始温度を所要のパターンにするだめに、先行技術１
と同じ制御が予冷装置において必要となり、同様にして
冷却終了温度の制御性が悪くなる。

そこで、本発明の主たる目的は、制御系が簡素であシな
がら確実に均一冷却が可能な冷却方法を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために採った本発明の手段は、熱
間圧延後の高温鋼板の上下面に冷却水を吹付けて冷却す
る冷却装置を用い、その冷却装置内を鋼板を走行通板さ
せながら加速冷却する方法において； 前記冷却装置の入側に温度計を設置して尚該鋼板の長手
方向の温度を実測し、この温度・母ターンに基いて、冷
却装置への進入時の鋼板速度および鋼板が進入してから
前記冷却装置の冷却ゾーン長相当分だけ進むごとの鋼板
速度変更量を求め、前記鋼板が冷却装置進入前および進
入後から冷却ゾーン長進むごとに鋼板速度を変更する、
ことにある。

〔作用〕

本発明では、冷却装置においては、基本的には鋼板１枚
ごとに、冷却中の冷却水量を一定にすることによシ冷却
中に、冷却水の噴出開始、停止及び水量の変更に伴う過
渡的な状態がつづくことを避け、制御の安定性と制御系
の簡素化を図っている。これに対して、このままでは鋼
板の走行方向の温度分布が不均一になることを鑑み、こ
れを鋼板速度を制御することによって補償することとし
ている。

すなわち、鋼板先端部が進入してから、鋼板が、冷却ゾ
ーン長進む間の速度を一定とし、冷却ゾーン長だけ進む
ごとに、鋼板速度をステップ的に変化させることによシ
、基準となる鋼板先端部は、冷却中においては一定の鋼
板速度で搬送されることになる。また、鋼板先端部から
冷却ゾーン長相当分づつだけ離れだ部分についても同様
に、ステップ的に増（減）速された後の一定速度で冷却
装置を通過する。

例えば先端と先端から冷却ゾーン長だけ離れた点の間に
おいては、冷却時間は、先端部の冷却時間と冷却ゾーン
長だけ離れた部分の冷却時間との間となシ、その、冷却
時間は距離に応じて連続的に減（増）する。従って、冷
却開始時の鋼板走行方向の温度を冷却ゾーン長ごとに実
測して、冷却ゾーン長毎に鋼板の冷却終了温度が均一と
なるような速度変更量を求め、鋼板が冷却装置内を冷却
ゾーン長だけ進むごとに速度を変更することにより、鋼
板全体の冷却終了温度を均一に制御できる。

〔発明の具体例〕

以下本発明をさらに詳説する。

まず、本発明法の実施設備について説明し、後に制御法
の詳細を述べる。

址 第１図において、圧検機１を出た鋼板Ｍは搬送テーブル
２群に乗って、上下面を冷却するために配置された冷却
ゾーン長Ｌｃの冷却装置３間を走行通板され、通過後、
図示しない矯正機へ導かれる。

冷却装置３では通板される鋼板Ｍに冷却水を吹付けその
加速冷却を行う。冷却装置３の入側および出側にはＨＭ
Ｄ等からなる位置検出器４Ａ、４Ｂおよび温度計５Ａ、
５Ｂが配設され、それらの検出信号は冷却制御装置６に
に取込まれるようになっている。冷却制御装置６では、
前記各検出信号と、冷却材の情報設定装置７から冷却開
始前において与えられた情報とに基いて、冷却水流量制
御装置８を介して冷却装置３に当該鋼板１枚毎に冷却中
に一定の冷却水量とするような信号を与える。さらに、
冷却制御装置６は、搬送テーブル２の軸に取付けたノ４
ルスジェネレータ等の走行速度検出器９から現走行速度
を取込んで、鋼板の走行速度を制御すべく走行速度制御
装置１０へ制御信号を与える走行速度制御装置１０では
、これを受けて、現走行速度を走行速度検出器９から受
けながら、それを変更すべく各搬送テーブル２群に出力
する。

ここで、各装置間の関係をさらに詳説すると、冷却材の
情報設定装置７によシ設定される情報によシ、冷却制御
装置６は、第３図に示す、所要の冷却速度を満足させる
冷却水流量のもとて所要の冷却終了温度を満足させる鋼
板速度と冷却開始温度との関係を、冷却開始前に得てお
く。また、冷却制御装置６は、搬送ロー２２群に取付け
られた複数個の走行速度検出器９と鋼板位置検出器４Ａ
。

４Ｂとによシ、当該鋼板Ｍのトラッキングを行う。

さらに、冷却制御装置６は、当該鋼板Ｍの冷却開始前の
温度を、上記トラッキングに基いた鋼板長手方向の位置
ごと温度計５Ａから取込む。冷却装置３の冷却水流量は
、上記冷却制御装置６から冷却水流量制御装置８に対し
て、当該鋼板Ｍの冷却開始前に指示される。冷却水流量
制御装置８では、上記指示値に基いて、当該鋼板Ｍの冷
却開始前にその流量が一定となるよう制御し、トラッキ
ングを行っている冷却制御装置６により、当該鋼板Ｍの
後端が冷却装置３を抜は出たことが確認されるまで、冷
却水流量を一定にする制御を継続する。

走行速度制御装置１０は、冷却制御装置６による速度指
示を受けて、走行速度検出器９からの実績速度に基いて
、搬送ローラ２群を駆動することによシ、走行速度をフ
ィードバック制御する。

次いで、本発明の制御法の具体例を順を追って説明する
。

（１）鋼板速度基準値の事前計算 まず、第３図のような、鋼板速度（至）と冷却開始温度
（θ８）との関係を、冷却開始温度測定以前に、第２図
のフローチャートに従って、第１図の冷却制御装置６で
計算し、求めておく。

Ａ、目標冷却開始温度、終了温度を満足させる鋼板速度
を求める。

（ａ）　　鋼板厚（ｈ）、材質、冷却水流量（０のそれ
ぞれの区分の組合せに対応させ、冷却開始温度（θ３）
と鋼板速度（ロ）の組合せて得られる、それぞれの冷却
終了温度（θ２）との関係を予め表にしておく。

（ｂ）　　冷却材の情報設定装置７よシ設定された情報
にもとづき、上記の関係表によシ、計算の初期値となる
適当な冷却水流量（Ｑ、、）、鋼板速度ＣＶ、１）を得
る（ステップＳ１）。

（ｃ）計算冷却開始温度として、該冷却材の冷却情報に
ある目標冷却開始温度を設定する（Ｓ２）。

（ｄ）　　熱伝導方程式を差分法で解いて得られる伝熱
計算式により冷却終了温度（θ８）を計算する（Ｂ３）
。

（ｅ）　　冷却時間（を秒）、冷却開始及び冷却終了の
温度差（θ８−〜）によシ冷却速度 θ　−θ （＝□）を求めこの値が目標の冷却速度の範囲内である
ことをチェックする（Ｂ４）。

（ｆ）　　もしも、冷却速度が目標値よシも小さいとき
は、流量を増加させ、逆に大きいときは、流量を減少さ
せる（Ｂ５）ことによシ適当な冷却水流量（Ｑ）を決定
する。

０）冷却速度を満足させる冷却水流量での冷却終了温度
をθＥＡＩとする（Ｂ６）。

（ｈ）　　θＥＡＩが目標の冷却終了温度との比較を行
ない（Ｓ７）、太きいとき鋼板速度を遅くしくＢ８）、
小さいときは、鋼板速度を速くする。（Ｂ９） （ｉ）　　鋼板速度を変更した後、再び冷却終了温度計
算を行ない（ＳＩＯ）冷却終了温度ＴＥＡ２を得る（８
１１）。

（ｊ）　　これら２点の冷却終了温度は、その間に目標
冷却終了温度θつ。が、入るようなΔｖ１を決定し、計
算しているが、もしも入らない場合は、さらにΔｖ１だ
け、鋼板速度を増加（または減少）させることによシ、
第４図のＡ１．Ａ２で示す点を得る。この点を直線で結
び、冷却開始温度θ８での目標冷却終了温度θ。。を満
足する鋼板速度ｖＡを得る。

Ｂ、冷却開始温度が目標値よシ低い温度θ８−Δθ８で
開始されるときの目標冷却終了温度を満足させる鋼板速
度を求める。

第４図のＡ、　、　Ａ２点を計算する際に用いたと同じ
冷却水流量で鋼板速度を適当量変化させる方法を用いて
、その間に目標冷却終了温度θＦ、。

が入るような第４図のＢｌ、Ｂ２で示されるような点を
得る、このＢｌ　、Ｂ２の２点間を結ぶ直線と、目標冷
却終了温度θ２ｏの交点より、θ８−Δθ８のときの冷
却開始温度で、目標の冷却終了温度を満足する鋼板走度
ｖＢを求める。

Ｃ１同様にして冷却開始温度θ８＋Δθ、で目標冷却終
了温度θ。。を満足する鋼板速度Ｖ、を求める。

）、上記で求めた、目標冷却終了温度θ。。を満足させ
る冷却開始温度と鋼板速度をプロットし、これを直線で
結んで、第３図に示すような関係線図を得る。

Ｅ、第２図のステップ３及びステップ１０で示す冷却終
了温度の計算は、鋼板厚み方向を考慮した１次元の伝熱
方程式の差分法による解で行っているが、鋼板幅方向を
も考慮した２次元の伝熱方程式の解を用いて計算しても
よい。いづれの場合でも、冷却開始前に計算を完了させ
るべく、計算時間と計算タイミングを考慮する必要があ
る。

Ｆ、当制御例においては、上記事前計算を、鋼板が圧延
機で圧延されている間に行ない、圧延完了時には、計算
が終了するように計算タイミングを調整している。

また、鋼板１本毎に第３図に示すような関係線図を求め
ているのは、冷却後の操業実績にもとづいて、上記、冷
却終了温度計算で用いるパラメータの１つである熱伝達
率を補正しておシ、この補正結果を１本毎の制御に反映
させるためである。

従りて、第３図に示す関係線図を１本毎に計算しないで
、既に計算して得られた表より直接得る方法でもよい。

（２）初期走行速度の仮決定 圧延機で圧延された鋼板は、冷却のため搬送ローラによ
って、搬送されて行き、やがて冷却装置の前面にある入
側の位置検出器４Ａ、および温度計５Ａの下に到る。こ
の時点では、該鋼板の温度は実測されてないので、実測
温度にもとづいた走行速度は、決められていない。そこ
で、第３図に示すような関係線図を用いて、冷却開始温
度θ８が指示値であったときに目標冷却終了温度となる
走行速度（ｖｏ）を決定する。（この速度は、既に計算
されておりＶ。＝ｖＡである。）この速度（ｖｏ）を、
冷却制御装置６より、走行速度制御装置１０に指示し、
搬送ローラ２群の制御によシ、鋼板をまず速度Ｖ。で走
行させる。

（３）冷却開始時の鋼板長手方向温度実測による鋼板速
度パターンの決定及び速度制御 ■　鋼板Ｍは、既に決めた速度Ｖ。で走行し、温度計５
Ａによシ、パルス発振器９のカウント値より求められる
鋼板の走行量にもとづき、鋼板の先端および鋼板がΔｔ
ｄ進むごとに鋼板の先端から温度をサンプリングする。

このときのサンプリング位置を鋼板先端からの距離ｔ、
とじ、温度をθ、とする。

■　冷却装置進入時の鋼板速度の決定 鋼板先端よりｔ　及びｔｔ２だけ離れた点の間の実測温
度の平均をθ、とし、第３図を用いて０７Ｍに対する鋼
板速度ｖ１を求め、該鋼板が冷却装置進入前にｖｌとな
るよう速度を制御する。

’ｔ１は、鋼板端部の温度降下部分であシ、板厚、板長
さによって決まるものであるが、本実施例では一律５０
０ｍｍとしている。まだ、ｔｔ２バー律８００　ｒｒｒ
ｍとして、サンプリングピッチΔｔａ　＝１００　ｔｒ
ｍとしているので、θ、は、先端５００ｍｍを除いた先
端からの３点の温度の平均を用いである。

なお、上記を考慮してｔいの値を変更することや、θ、
の信頼性を上げるためにサンプルピッチΔｔｄ、あるい
はｔｔ２を変更することやサンプリングした温度の最小
値を捨てて平均してもよい。

■　鋼板先端が冷却ゾーン長進んだときの鋼板速度 鋼板先端よシ、該冷却装置冷却ゾーン長（Ｌ。）相当の
温度を測定したとき、第５図のＹｌで示すような回帰直
線を求め、先端よシＬｃだけ離れた点で温度θｆ、Ｃ１
を決める。

第３図を用いて温度θ、。１に対応する鋼板速度Ｖ２を
決定し、鋼板の先端が冷却装置の出側に達した第６図の
Ｔ２で示すようなタイミングで、鋼板速度をＶ、からＶ
２に変更する。

回帰直線は最小自乗法によシ求める。第５図のＹｌで示
される直線上の点を（Ｃ１１）とすると、θ、ｔは、 ｔｌは、Ｌｃとなっている。

ここで、ｔ＝Ｌｃとすればθ５，１が求まる。また、先
端のｔｔｌの部分を除いて計算してもよい。

■　さらに鋼板先端が冷却ゾーン長進んだときの鋼板速
度の決定 さらに鋼板が、搬送され、先端から冷却ゾーン長の２倍
（２×Ｌｃ）までの温度が取込まれたとき第５図のＹ２
で示すような、直線に温度分布を回帰して、先端から２
×Ｌｏ離れた点の温度θ２ＬＣを決定する。

第４図よシθ２ＬＣに対応する鋼板速度ｖ３を求め、鋼
板の先端が冷却装置入口から２×Ｌｃ進んだ第６図のＴ
３で示すタイミングで鋼板速度をｖ２からＶ５に変更す
る。

■　温度実測が、Ｌｃに対応する長さ分に達せずに鋼板
後端を検出したとき、サンプリングした温度に対して第
５図のＹ３に示すような直線に回帰し、鋼板尾端を例え
ば、第５図のＰＬｃ３で示すちょうど、回帰直線がＬｃ
の長さとなるような点の温度札、３を決め、第３図によ
シｖ４を求め、第６図Ｔ４で示すタイミングで鋼板速度
をｖ３からｖ４に変更する。

この方法により、鋼板の長さが、冷却ゾーン長にかかわ
りなく鋼板速度が決定、制御できる。

また、鋼板の後端が、冷却装置を抜けたあとは、このパ
ターンによる速度制御を終る。

〔実施例〕

次いで、実施例を示し、本発明の効果を明らかにする。

（実施例１） １５．７ｙａｍ厚Ｘ４３８４ｍｍ幅×３６ｍ長の鋼板に
ついて、冷却ゾーン長１３．５ｍの冷却装置によシ冷却
したところ、第７図の結果を得た。

冷却水流ｌは、第１表に示す通りである。

第１表 第７図のＴｓで示す曲線は、冷却装置の入口側に設置さ
れた温度計５Ａを用いてパルス発生器９の走行距離の増
分１００咽ピツチごとに鋼板長手方向の位置と合せて取
り込んだ値をプロットした冷却開始温度測定値である。

また第７図のＴｏで示す曲線は、冷却装置３の出口側に
設置された温度計５Ｂを用いて、上記の冷却開始温度と
同様に１００瓢ピツチごとに行った測定値をプロットし
た冷却終了温度である。

温度計５Ａと冷却装置３人口端との距離は１１．０ｍで
あり、温度計５Ｂと冷却装置３出口端との距離は２０ｍ
である。

第７図のｖｌ、ｖ２．ｖ３．ｖ４はいづれも、走行速度
制御装置１０の設定速度である。

（実施例２） 第８図は、１８．０調厚Ｘ４４３９ｍ幅Ｘ２３．２７Ｆ
！長の鋼板についての冷却制御結果を示したものである
。冷却ゾーン長、冷却水流量、温度計の位置は実施例１
と同一である。

（考察） 上記各実施例において考えるに、第７図のＴ８で示され
る冷却開始温度は、鋼板の先端から後端へと温度降下し
ており、圧延完了時は、鋼板長手方向でほぼ一様であっ
たと考えられるものである。

第８図のＴ３で示される冷却開始温度は、上に凸となっ
ており圧延完了時すでに、鋼板長手方向で温度は一様で
なかったと考えられるものである。

第７図のＴい第８図のＴＩ、で示す通り制御後の冷却終
了温度は、いづれも鋼板長手方向での温度バラツキの範
囲は１５℃以内に収っており冷却開始時の鋼板長手方向
の温度バラツキの範囲３０℃〜４０℃が、大きく改善さ
れており、第８図のＴ８とＴＦ、の比較でもわかるよう
に、冷却開始時に凸であった温度パターンが冷却後フラ
ットになっており、本発明に従う制御の効果が確認でき
る。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明は、長手方向の実測温度パターンに
基いて、冷却ゾーン長ごと鋼板速度を変更制御するもの
であるから、設備費が少くて足りるとともに、確実に均
一冷却を行うことができるなどの利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施するだめの設備の概要図、第２
図は鋼板速度基準値の事前計算を行うだめのフローチャ
ート、第３図および第４図はそれぞれ鋼板速度と冷却開
始および終了温度との相関図、第５図は鋼板先端が冷却
ゾーン長進んだときの鋼板速度制御法の説明図、第７図
および第８図は各実施例における制御結果図である。 １・・・圧延機、２・・・搬送テーブル、３・・・冷却
装置、４Ａ、４Ｂ・・・位置検出器、５Ａ、５Ｂ・・・
温度計、６・・・冷却制御装置、７・・・冷却材の情報
設定装置、８・・・冷却水流量制御装置、９・・・走行
速度検出器、１０・・・走行速度制御装置。 第１図 第２図 冷却刹ぐ逼茨θＥ（’Ｃ） ？ 儂 転ゾに叡θｓ（’Ｃ） 第７図 ＃１版勇コ粘館りＡｈ４Ｌ疑ｌ−人口かりっ距離第８図 ＠坂九堝乃メト云Ｅ郭ｄ虻入口）Ｎう４Ｊ巨磨１手続主
甫正書（方式） 昭和６１年５月２２日 昭和６１年　特許願　第３９４９３号 ２、発明の名称 鋼板の冷却方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所 名称　　住友金属工業株式会社 ４、代理人 ６、補正の対象 明細書、図面の簡単な説明の欄 ７、補正の内容 １“ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱間圧延後の高温鋼板の上下面に冷却水を吹付け
   て冷却する冷却装置を用い、その冷却装置内を鋼板を走
   行通板させながら加速冷却する方法において； 前記冷却装置の入側に温度計を設置して当該鋼板の長手
   方向の温度を実測し、この温度パターンに基いて、冷却
   装置への進入時の鋼板速度および鋼板が進入してから前
   記冷却装置の冷却ゾーン長相当分だけ進むごとの鋼板速
   度変更量を求め、前記鋼板が冷却装置進入前および進入
   後から冷却ゾーン長進むごとに鋼板速度を変更する ことを特徴とする鋼板の冷却方法。