JP7199201B2 - Rolled material cooling control method and cooling control device - Google Patents
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Description
本発明は、熱間圧延ラインにおいて、圧延機の終端から巻取り機までの間における鋼板の冷却制御を行うための圧延材の冷却制御方法および冷却制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE
鋼板の熱間圧延では圧延の後に鋼板を冷却する過程(以下、冷却過程という)で鋼板の材質が変化することが知られており、一定材質または所望材質の鋼板を製造するためには、その冷却過程を制御する必要がある。 In the hot rolling of steel sheets, it is known that the steel sheet material changes during the process of cooling the steel sheet after rolling (hereinafter referred to as the cooling process). It is necessary to control the cooling process.
従来、この冷却過程の制御目標は、冷却開始温度(仕上げ出口温度)と冷却終了温度(巻取り温度)だけであったが、近年では、高品質の鋼板を製造することを目的に、冷却中の鋼板温度履歴T(t)、またはその離散近似である{(t0,T0),(t1,T1),…,(tN,TN)}をも制御目標に加えられるようになった。なお、以降の説明において、tは時刻、Tは温度を表している。 Conventionally, the control targets for this cooling process were only the cooling start temperature (finishing outlet temperature) and the cooling end temperature (winding temperature). , or its discrete approximation {(t0, T0), (t1, T1), . In the following description, t represents time and T represents temperature.
例えば、高強度と高加工性を合わせ持つDP鋼(Dual Phase鋼)の冷却過程では、第1急冷-徐冷-第2急冷の3段冷却が必要である。そのため、DP鋼の冷却過程の制御目標は、前記の仕上げ出口温度と巻取り温度とともに、第1急冷の終了温度および終了時間、徐冷の終了温度および終了時間も含まなければならない。 For example, in the cooling process of DP steel (Dual Phase steel), which has both high strength and high workability, three-stage cooling of first quenching-slow cooling-second quenching is required. Therefore, the control target of the cooling process of the DP steel must include the finish temperature and the coiling temperature as well as the finish temperature and finish time of the first quenching, and the finish temperature and finish time of slow cooling.
一般に熱間圧延では、圧延途中に鋼板の速度が加速と減速を繰り返す、いわゆる加速圧延が行われるため、同じ時間tに鋼板が通過する冷却装置内の距離が鋼板の速度に依存して変る。したがって、鋼板の速度が高速の時と低速の時で同じ温度履歴{(t0,T0),(t1,T1),…,(tN,TN)}を実現するためには、鋼板の速度毎に目標の温度履歴を実現する冷却装置内の冷却ノズルの開閉設定(以下、冷却設定)を求め、鋼板の速度変化に合わせて冷却設定を時々刻々変える必要がある。 Generally, in hot rolling, the speed of a steel plate repeats acceleration and deceleration during rolling, so-called accelerated rolling. Therefore, in order to realize the same temperature history {(t0, T0), (t1, T1), . It is necessary to obtain the opening/closing setting (hereinafter referred to as cooling setting) of the cooling nozzle in the cooling device that achieves the target temperature history, and to change the cooling setting from time to time according to the speed change of the steel plate.
鋼板の速度変化に合わせて冷却設定を時々刻々変える冷却制御技術として、特許文献1に開示された技術が知られている。特許文献1の技術は、中間温度計を挟んで上流冷却設備と下流冷却設備のヘッダーパターンをそれぞれ算出するに加え、開動作を抑制する中間温度計近傍のヘッダーを特定する水冷禁止ヘッダー算出手段を備え、中間空冷時間が目標範囲に収まるようなプリセット制御を行い、目標中間空冷時間が守られないときは、水冷禁止ヘッダーと鋼板速度を変更する、というものである。特許文献1によれば、この制御を行うことで鋼板長手方向に目標中間空冷時間を遵守することができる、としている。
As a cooling control technique for changing the cooling setting from moment to moment according to the speed change of the steel sheet, the technique disclosed in
また、特許文献2には、温度履歴を制御目標とする別の技術が開示されている。特許文献2の技術は、所定の冷却区間における圧延材の温度変化を、パラメータを用い数式により記述した詳細温度モデルに基づいて、前記圧延材の温度変化の制御に必要な影響係数を算出し、その影響係数に基づいて、前記圧延材の所望の材質を得るために必要な所望の詳細冷却パターンを簡略化した簡略冷却パターンを算出し、算出した簡略冷却パターンと詳細温度モデルに基づいて、所定の冷却区間における圧延材の詳細冷却パターンを算出し、算出された詳細冷却パターンに基づいて、圧延材の冷却を制御する、というものである。
特許文献2によれば、以上の制御行うことで、詳細温度モデルから詳細冷却パターンを求める際の計算負荷が小さくなり、最適に冷却制御を実行して、高級鋼板等の製造に必要な材質を効率良く制御することができる、としている。
Further,
According to
以上で上げた従来技術には、次のような共通点があると考えられる。 The conventional techniques mentioned above are considered to have the following points in common.
従来技術では、先ず、鋼板の長手方向に沿って鋼板を複数の部位に分割して、分割した部位毎に冷却ヘッダーの開閉パターン、即ち、冷却パターンを求める。即ち、特許文献1の技術は、長手方向に沿って分割した鋼板の部位を「セクション」と称し、冷却に先立った演算で、各セクションに対して水冷禁止ヘッダーに関する指令と、冷却ヘッダーの開閉に関する指令を算出する、としている。また、特許文献2では、分割した鋼板の部位を「切り板」と称し、切り板毎に、実際の冷却バンクにおけるバルブのON/OFFを試行しながら、詳細温度モデルを参照して、簡略冷却パターンを目標値または初期値として使用して詳細冷却パターンを計算する、という。
In the prior art, first, the steel sheet is divided into a plurality of parts along the longitudinal direction of the steel sheet, and the opening/closing pattern of the cooling header, that is, the cooling pattern is obtained for each divided part. That is, in the technique of
従来技術では、次に、各冷却ヘッダーの担当区間に位置する部位(セクション、または、切り板)を時々刻々探して、当該部位の冷却パターンから該冷却ヘッダーの開閉情報を読取り、冷却ヘッダーの開閉制御を行う。特許文献1の技術は、冷却ヘッダーに到達しているセクションの冷却用制御コードを抽出して、この制御コードと冷却ヘッダー優先順位テーブルに格納されている情報を用いて、該当冷却ヘッダーの開閉を決定する処理を、全ての冷却ヘッダーについて行う、としている。また、特許文献2では、冷却バンク制御部が、圧延材トラッキング部からの圧延材の位置を示すトラッキング信号と、詳細冷却パターン算出部によって算出された詳細温度モデルの冷却パターンとに基づいて、各冷却バンクのバルブ等にON/OFF(開閉)操作信号を送る、としている。
In the prior art, next, the part (section or cut plate) located in the section in charge of each cooling header is searched from time to time, the opening/closing information of the cooling header is read from the cooling pattern of the part, and the opening/closing of the cooling header is performed. control. The technique of
このように、温度履歴を制御目標とする従来技術は何れも、各セクションに対する冷却パターンを求める第1段階と、圧延中に冷却ヘッダー毎に該当セクションを探してその冷却パターンから該冷却ヘッダーの開閉情報を読取り冷却ヘッダーの開閉制御を行う第2段階からなる2段階制御である。 As described above, all of the conventional techniques that use the temperature history as a control target involve the first step of determining the cooling pattern for each section, and the opening and closing of the cooling header based on the cooling pattern obtained by searching for the corresponding section for each cooling header during rolling. It is a two-stage control consisting of a second stage that reads information and controls the opening and closing of the cooling header.
しかしながら、特許文献1、2に開示された従来技術に共通する2段階制御技術には、次のような技術的な課題があると考えられる。
However, it is considered that the two-step control technology common to the conventional technologies disclosed in
まず、前記DP鋼向けの3段冷却のように複数の温度・時刻目標(以下{t、T}目標ということにする)で冷却制御を行う場合、鋼板速度が変化する加速圧延で冷却制御を高精度に行うためにセクション数を増やすと、セクション毎に温度解析を行いながら冷却設備内の各冷却バンクにおけるバルブのON/OFFを試行して冷却パターンを決定する前記第1段階の処理の計算負荷が大きくなる。 First, when cooling control is performed with a plurality of temperature and time targets (hereinafter referred to as {t, T} targets) like the three-stage cooling for DP steel, cooling control is performed by accelerated rolling in which the steel plate speed changes. If the number of sections is increased to achieve high accuracy, the calculation of the first step processing to determine the cooling pattern by trying to turn on and off the valves in each cooling bank in the cooling equipment while performing temperature analysis for each section. load increases.
一方、セクションの数を増やさないと、鋼板速度が変化する加速圧延においてセクションの鋼板速度の誤差が増大するため、温度履歴の制御精度が低下して鋼板の材質が変動する恐れがある。 On the other hand, if the number of sections is not increased, the error in the steel plate speed in each section increases during accelerated rolling in which the steel plate speed changes.
また、圧延中に行われる第2段階の処理で複数ある冷却ヘッダーの開閉が一つずつ順番に決定されるため、冷却ヘッダーの開閉動作に時間差が生じる。鋼板が高速で移動する圧延条件では、この冷却ヘッダーの開閉動作の時間差も温度履歴の制御精度を低下させ鋼板の材質を変動させる恐れがある。 In addition, since the opening and closing of the plurality of cooling headers are determined one by one in the second step during rolling, there is a time lag in the opening and closing operations of the cooling headers. Under rolling conditions in which the steel plate moves at a high speed, the time difference between the opening and closing operations of the cooling header may also reduce the control accuracy of the temperature history and cause variations in the quality of the steel plate.
以上を鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、冷却パターンの計算負荷を増やすことなく鋼板速度が変化する加速圧延においても冷却制御を高精度に行うことが可能で、更に、圧延中に冷却ヘッダーの開閉を同時に決定することの可能な、温度履歴を制御目標とする圧延材の冷却制御方法および冷却制御装置を提供することである。 In view of the above, the problem to be solved by the present invention is that it is possible to perform cooling control with high accuracy even in accelerated rolling in which the steel plate speed changes without increasing the calculation load of the cooling pattern, and further, during rolling It is an object of the present invention to provide a cooling control method and a cooling control device for a rolled material, which can simultaneously decide whether to open or close a cooling header, and whose control target is the temperature history.
以上のことから本発明においては、「熱間圧延機の仕上げ出側から巻取機の間で圧延材の温度が目標温度履歴に一致するように冷却装置を制御する圧延材の冷却制御方法であって、目標温度履歴に基づき冷却装置内の冷却ヘッダーを、冷却装置の各動作時刻に複数の制御グループに可変に分割して、分割された制御グループ毎に目標温度履歴の中で当該制御グループに対応する時間帯の温度履歴を達成する冷却ヘッダーの開閉パターンを決定することを特徴とする圧延材の冷却制御方法」としたものである。 Based on the above, in the present invention, "a cooling control method for a rolled strip that controls the cooling device so that the temperature of the rolled strip from the finishing delivery side of the hot rolling mill to the coiler matches the target temperature history. The cooling header in the cooling device is variably divided into a plurality of control groups at each operation time of the cooling device based on the target temperature history, and the control group in the target temperature history for each divided control group A cooling control method for a rolled material characterized by determining an open/close pattern of a cooling header that achieves a temperature history in a time zone corresponding to ".
また本発明においては、「熱間圧延機の仕上げ出側から巻取機の間で圧延材の温度が目標温度履歴に一致するように冷却装置を制御する圧延材の冷却制御方法であって、熱間圧延機の仕上げ出側から巻取機に至る間で圧延材の移動速度が可変に制御され、目標温度履歴に基づき冷却装置内の冷却ヘッダーを、複数の制御グループに分割するとともに、目標温度履歴に基づき制御される制御グループに属する冷却ヘッダーの数は圧延材の移動速度が速いほど増加され、移動速度が遅いほど減少されることを特徴とする圧延材の冷却制御方法」としたものである。 Further, in the present invention, there is provided a "rolling material cooling control method for controlling a cooling device so that the temperature of the rolled material from the finishing delivery side of the hot rolling mill to the coiler matches a target temperature history, comprising: The moving speed of the rolled material is variably controlled from the finishing delivery side of the hot rolling mill to the coiler. A cooling control method for rolled material, characterized in that the number of cooling headers belonging to a control group controlled based on the temperature history is increased as the moving speed of the rolled material is faster, and is decreased as the moving speed is slower. is.
また本発明においては、「熱間圧延機の仕上げ出側から巻取機の間で圧延材の温度が目標温度履歴に一致するように冷却装置を制御する圧延材の冷却制御装置であって、目標温度履歴を得、目標温度履歴に基づき冷却装置内の冷却ヘッダーを、冷却装置の各動作時刻に複数の制御グループに可変に分割して、分割された制御グループ毎に目標温度履歴の中で当該制御グループに対応する時間帯の温度履歴を達成する冷却ヘッダーの開閉パターンを決定することを特徴とする圧延材の冷却制御装置」としたものである。 Further, in the present invention, "a cooling control device for a rolled strip that controls a cooling device so that the temperature of the rolled strip from the finishing delivery side of the hot rolling mill to the coiler matches a target temperature history, A target temperature history is obtained, the cooling header in the cooling device is variably divided into a plurality of control groups at each operating time of the cooling device based on the target temperature history, and the target temperature history is divided for each divided control group. A cooling control device for a rolled material characterized by determining an open/close pattern of a cooling header that achieves a temperature history in a time period corresponding to the control group.
また本発明においては、「熱間圧延機の仕上げ出側から巻取機の間で圧延材の温度が目標温度履歴に一致するように冷却装置を制御する圧延材の冷却制御装置であって、圧延材の鋼板速度データを用いて、冷却装置内の各位置にある鋼板の各部位が仕上げ出口温度計を通過してから経過した時間の分布を更新した経過時間ベクトルを得る経過時間分布更新部と、目標温度履歴から期間分割ベクトルと目標冷却密度行列を決定する目標冷却密度決定部と、経過時間ベクトルと、期間分割ベクトルを用いて、冷却装置に備わっている全ての冷却ヘッダーを、複数の冷却制御グループに分割して、各冷却制御グループに属する冷却ヘッダーを記録したヘッダー制御グループ行列を得る冷却制御グループ分割部と、ヘッダー制御グループ行列と、目標冷却密度行列を用いて、冷却装置に備わった全ての冷却ヘッダーの開度を決定するスナップショット決定部を備えていることを特徴とする圧延材の冷却制御装置」としたものである。 Further, in the present invention, "a cooling control device for a rolled strip that controls a cooling device so that the temperature of the rolled strip from the finishing delivery side of the hot rolling mill to the coiler matches a target temperature history, Elapsed time distribution update unit that obtains an elapsed time vector that updates the distribution of the time that has elapsed since each part of the steel plate at each position in the cooling device passed the finishing outlet thermometer, using the steel plate speed data of the rolled material. , a target cooling density determination unit that determines a period division vector and a target cooling density matrix from the target temperature history, an elapsed time vector, and a period division vector, all the cooling headers provided in the cooling device are divided into a plurality of Using the cooling control group dividing unit for dividing into cooling control groups and obtaining a header control group matrix recording the cooling headers belonging to each cooling control group, the header control group matrix, and the target cooling density matrix, the cooling device is equipped with A cooling control device for a rolled material, characterized by comprising a snapshot determination unit that determines the opening degree of all cooling headers.
本発明によれば、温度履歴を制御目標とする鋼板の冷却制御において、冷却パターンの計算負荷を増やすことなく鋼板速度が変化する加速圧延においても冷却制御を高精度に行うことが可能で、更に、圧延中に冷却ヘッダーの開閉を同時に決定することが可能である。 According to the present invention, in the cooling control of a steel sheet whose control target is the temperature history, it is possible to perform cooling control with high accuracy even in accelerated rolling in which the steel sheet speed changes without increasing the calculation load of the cooling pattern. , it is possible to simultaneously decide to open or close the cooling headers during rolling.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code|symbol is attached|subjected to the common component, and the overlapping description is abbreviate|omitted.
図1は、本発明の実施例1に係る冷却制御装置20の概略構成の例を熱間圧延設備150の概略構成の例とともに示した図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a cooling control device 20 according to Example 1 of the present invention together with an example of a schematic configuration of a hot rolling mill 150. As shown in FIG.
まず図1において、本発明の制御対象である熱間圧延設備150について説明する。熱間圧延設備150は、熱間圧延機152からの鋼板151を冷却装置160により冷却して巻取り機154に巻取る設備である。なお冷却装置160は、鋼板151の上側から水冷する上部冷却装置161と鋼板151の下側から水冷する下部冷却装置162とを備えている。上記構成の熱間圧延設備150によれば、圧延が終了し、熱間圧延機152のミル153から払い出された温度850℃~900℃程度の鋼板151は、冷却装置160で冷却され、巻取り機154に巻取られる。
First, referring to FIG. 1, a hot rolling facility 150 to be controlled by the present invention will be described. The hot rolling facility 150 is a facility that cools a
ここで、上部冷却装置161および下部冷却装置162のそれぞれには、鋼板151の長手方向に沿って複数のバンク164が設けられている。そして、バンク164のそれぞれには、鋼板151の長手方向に沿って一定数の冷却ヘッダー163が設けられている。また、そのそれぞれの冷却ヘッダー163は、鋼板151の幅方向に取り付けられた多数のノズル(図示省略)を有している。なお、図1では、1つのバンク164には3つの冷却ヘッダー163しか描かれていないが、その数は3つに限定されない。
Here, each of the
また熱間圧延機152には、鋼板151の温度制御に供するための温度計が設置されている。図1の例では、熱間圧延設備150には、仕上げ出口温度計170、中間温度計171および巻取り温度計172が設けられている。仕上げ出口温度計170は、熱間圧延機152の出口近傍に設けられ、熱間圧延機152で圧延された直後の鋼板151の温度(仕上げ出口温度、Finishing Delivery Temperature,以下、FDT)を計測する。また、中間温度計171は、冷却装置160の中央部付近に設けられ、冷却途中の鋼板151の温度を計測する。また、巻取り温度計172は、巻取り機154の直前の位置に設けられ、巻取り機154で巻取られる直前の鋼板151の温度(巻取り温度、Coiling Temperature、以下、CT)を計測する。
Further, the
なお熱間圧延設備150には、冷却制御装置20での制御において使用するその他のプロセス量として例えば鋼板速度の計測器なども設置されているが、図1での図示を省略している。 The hot rolling mill 150 is also equipped with other process variables, such as a steel plate speed measuring instrument, which are used in the control of the cooling control device 20, but are not shown in FIG.
本発明の冷却制御装置20は、熱間圧延設備150の冷却装置160に備わった全ての冷却ヘッダー163の開度を制御して、冷却装置160を通過する間の鋼板151の温度履歴を上位計算機10から出力される目標温度履歴に一致させることを目的とする装置である。
The cooling control device 20 of the present invention controls the opening degrees of all the cooling headers 163 provided in the cooling device 160 of the hot rolling equipment 150, and the temperature history of the
冷却制御装置20は、ヘッダー優先順位行列部21、目標冷却密度決定部30、プリセット制御部40により構成されている。このうちプリセット制御部40は、経過時間分布更新部60、冷却制御グループ分割部70、スナップショット決定部80、スナップショット出力部90により構成されている。
The cooling control device 20 is composed of a header
図1の制御構成によれば、まず上位計算機10が冷却制御装置20に目標温度履歴を送信し、冷却制御装置20は該目標温度履歴を目標冷却密度決定部30に入力する。なお目標温度履歴について図2を用いて後述する。
According to the control configuration of FIG. 1 , the
目標冷却密度決定部30は後述の処理を行って、目標温度履歴から期間分割ベクトルと目標冷却密度行列を決定して、期間分割ベクトルをプリセット制御部40内の冷却制御グループ分割部70に、目標冷却密度行列をプリセット制御部40内のスナップショット決定部80に、各々、出力する。
The target cooling
プリセット制御部40は、熱間圧延設備150から入力される実績データのうち、鋼板の速度と温度データを用いて鋼板の先端の位置を推定して、鋼板の先端が仕上げ出口温度計170の設置位置に到達したら、冷却スナップショット出力のための後述の処理を開始する。また、鋼板の尾端が冷却装置153を抜けると冷却スナップショット出力のための処理を終了する。
The
冷却スナップショット出力のための処理が開始されると、経過時間分布更新部60は、鋼板速度データを用いて、冷却装置内の各位置にある鋼板151の各部位が仕上げ出口温度計170を通過してから経過した時間(以下、経過時間)の分布を更新して、更新された経過時間分布のデータ(以下、経過時間ベクトル)を冷却制御グループ分割部70に出力する。
When the processing for cooling snapshot output is started, the elapsed time
冷却制御グループ分割部70は、経過時間ベクトルと、前記期間分割ベクトルを用いて、冷却装置160に備わっている全ての冷却ヘッダー163を、複数の冷却制御グループに分割して、各冷却制御グループに属する冷却ヘッダーを記録したデータ(以下、ヘッダー制御グループ行列)をスナップショット決定部80に出力する。
The cooling control
スナップショット決定部80は、ヘッダー制御グループ行列と、前記目標冷却密度行列と、前記ヘッダー優先順位行列部21からのヘッダー優先順位行列を用いて、冷却装置160に備わった全ての冷却ヘッダー163の開度を決定する。
The
ここで決定される全ての冷却ヘッダー163の開度はある同一の制御時点tにおける冷却ヘッダー163の開度を直接記述するものであり、従来技術の第2段階処理に相当する処理がなくても制御信号として出力することができる。この差を明確にして従来技術の冷却パターンと区別するため、スナップショット決定部80で決定される、冷却装置160に備わった全ての冷却ヘッダー163の開度のデータを冷却スナップショットと称する。スナップショット決定部80は決定した冷却スナップショットをスナップショット出力部90に出力する。
The opening of all cooling headers 163 determined here directly describes the opening of the cooling headers 163 at the same control point in time t, even without processing corresponding to the second stage processing of the prior art. It can be output as a control signal. In order to clarify this difference and distinguish it from the cooling pattern of the prior art, the opening degree data of all the cooling headers 163 provided in the cooling device 160 determined by the
スナップショット出力部90は、冷却装置160の制御周期に合わせて、冷却スナップショットを熱間圧延設備150中の冷却装置160へ出力する。以上の各処理の詳細については後述する。
The
なお、冷却ヘッダー163のノズルへの操作指令としては、ノズルの開閉だけでなく噴射する水量なども含むことができるが、本実施例では、操作可能な指令は、ノズルの開閉だけであるとして説明する。そして、上部冷却装置161および下部冷却装置162内における各冷却ヘッダー163に対するノズルの開閉指令のデータが上記の冷却スナップショットであるものとする。
The operation command to the nozzle of the cooling header 163 can include not only the opening and closing of the nozzle but also the amount of water to be sprayed. do. It is assumed that the nozzle open/close command data for each cooling header 163 in the
次に図1に示した設備を用いて鋼板の温度制御をするときの温度計算、あるいは温度推定の考え方について数式を用いて説明しておく。 Next, the concept of temperature calculation or temperature estimation when controlling the temperature of a steel plate using the equipment shown in FIG. 1 will be explained using mathematical formulas.
まず熱間圧延機152のミル153から払い出された鋼板151は、冷却装置160を通過するときに、冷却ヘッダー163から噴射される水によって冷却される(水冷動作)。また、冷却ヘッダー163から水が噴射されない場合でも、鋼板151は、周囲の空気によって冷却される(空冷動作)。
First, the
すなわち、冷却ヘッダー163に対する制御指令が“開”の場合には、水冷動作となり、鋼板151表面における熱流速は、例えば、次の(1)式で与えられる。
That is, when the control command for the cooling header 163 is "open", water cooling is performed, and the heat flux on the surface of the
ただし(1)式において、qWは水冷による表面熱流束(W/cm2)、ωは水量密度(L/m2/s)、TWは水温(℃)、Dはノズル直径(m)、plはライン方向のノズルピッチ(m)、pcはラインと直交方向のノズルピッチ(m)である。 However, in equation (1), qW is the surface heat flux by water cooling (W/cm 2 ), ω is the water volume density (L/m 2 /s), TW is the water temperature (°C), D is the nozzle diameter (m), pl is the nozzle pitch (m) in the line direction, and pc is the nozzle pitch (m) in the direction perpendicular to the line.
また、冷却ヘッダー163に対する制御指令が“閉”の場合には、空冷動作となり、鋼板151表面における熱流速は、例えば、次の(2)式で与えられる。
Further, when the control command for the cooling header 163 is "closed", air cooling is performed, and the heat flux on the surface of the
ただし(2)式において、qrは放射による表面熱流束(W/cm2)、σはステファンボルツマン定数(W/cm2/K4)、εは放射率、Taは空気温度(℃)、Tsuは鋼板151の表面温度(℃)である。
However, in equation (2), qr is the surface heat flux due to radiation (W/cm 2 ), σ is the Stefan Boltzmann constant (W/cm 2 /K 4 ), ε is the emissivity, Ta is the air temperature (°C), Tsu is the surface temperature (° C.) of the
また、鋼板151が薄い板状のものであるとすれば、鋼板151の厚み方向の熱移動を無視することができるため、鋼板151の温度は、次の(3)式のように変化する。
Moreover, if the
ただし(3)式において、Tnは現在の鋼板温度(℃)、Tn-1は時間Δ前の鋼板温度(℃)、qtは鋼板の上面からの熱流束(W/cm2)、qbは鋼板の下面からの熱流束(W/cm2)、ρは鋼板の密度(g/cm3)、Cは鋼板の比熱(J/g/K)、Bは鋼板の厚み(cm)である。 However, in equation (3), Tn is the current steel plate temperature (°C), Tn -1 is the steel plate temperature before time Δ (°C), qt is the heat flux from the upper surface of the steel plate (W/cm 2 ), qb is the heat flux from the bottom surface of the steel plate (W/cm 2 ), ρ is the density of the steel plate (g/cm 3 ), C is the specific heat of the steel plate (J/g/K), and B is the thickness of the steel plate (cm). .
一方、鋼板151の厚み方向の熱移動を考慮する必要がある場合には、鋼板151の温度は、良く知られた次の(4)式の熱伝熱方程式にしたがって変化する。
On the other hand, if it is necessary to consider the heat transfer in the thickness direction of the
ただし(4)式において、λは熱伝導率、Tは鋼板151の内部温度である。
However, in equation (4), λ is the thermal conductivity and T is the internal temperature of the
なお、以上の(1)~(4)式にしたがって鋼板151の温度を計算する場合には、以上のほかにも、冷却装置160に依存して定められた冷却ヘッダー163のノズルの水量密度や、圧延対象の鋼板151に依存する比熱などの物性値などを用いるのがよいが、ここではこれ以上の詳細説明を割愛する。
When calculating the temperature of the
以下、具体的な例を用いて、冷却制御装置20の動作を説明する。 The operation of the cooling control device 20 will be described below using a specific example.
図2に、上位計算機10により与えられる目標温度履歴の一例を示す。横軸は冷却開始からの時間を表し、縦軸は鋼板151内の一定位置の温度を表す。冷却装置160内を移動する鋼板151内の一定位置の温度は、流体力学のラグランジュ(Lagrange)型表現で記述される流体温度と類似しているため、以下、鋼板のラグランジュ温度と呼ぶ。冷却開始時の温度は前記仕上げ出口温度FDT、冷却終了時の温度は前記巻取り温度CTである。
FIG. 2 shows an example of the target temperature history given by the
なお図2の目標温度履歴の一例では、制御開始の初期時点をt0とし、以後温度変化の起点となる時点をt1、t2、t3としている。t0-t1間では仕上げ出口温度FDTからの温度低下をさせ、t1-t2の間では温度を一定に保持し、t3-t4間では再度温度低下をさせることで最終的に巻取り温度CTとしている。これらは、温度変化の起点となる冷却開始後の4つの時点である。 In the example of the target temperature history shown in FIG. 2, the initial point of time when control is started is t0, and the subsequent points of time when temperature changes start are t1, t2, and t3. Between t0 and t1, the temperature is lowered from the finish outlet temperature FDT, the temperature is kept constant between t1 and t2, and the temperature is lowered again between t3 and t4 to finally reach the winding temperature CT. . These are the four time points after the start of cooling that are the starting points of the temperature change.
図3に目標温度履歴の具体的な数値例を表で示す。図3の例では、冷却開始後の4つの時点は、t0=0秒,t1=3秒,t2=7秒,t4=9秒であり、これらの時刻における鋼板のラグランジュ温度が、鋼板の部位毎に目標として入力されている。この事例によれば例えば鋼板の先端部位(Header)は、冷却開始後の4つの時点(t=0秒,3秒,7秒,9秒)においてそれぞれ870℃,670℃,670℃,400℃に温度制御され、鋼板の中間部位(Middle)は、冷却開始後の4つの時点(t=0秒,3秒,7秒,9秒)においてそれぞれ870℃,670℃,670℃,300℃に温度制御され、鋼板の尾端部位(Tail)は、冷却開始後の4つの時点(t=0秒,3秒,7秒,9秒)においてそれぞれ870℃,670℃,670℃,400℃に温度制御される。 FIG. 3 shows a table of specific numerical examples of the target temperature history. In the example of FIG. 3, the four time points after the start of cooling are t0 = 0 seconds, t1 = 3 seconds, t2 = 7 seconds, and t4 = 9 seconds. entered as a target for each According to this case, for example, the tip portion (Header) of the steel plate is 870° C., 670° C., 670° C., and 400° C. The temperature of the middle part of the steel plate (Middle) was controlled to 870 ° C., 670 ° C., 670 ° C., and 300 ° C. at four time points (t = 0 seconds, 3 seconds, 7 seconds, 9 seconds) after the start of cooling. The temperature was controlled, and the tail end portion (Tail) of the steel plate was 870 ° C., 670 ° C., 670 ° C., and 400 ° C. at four time points (t = 0 seconds, 3 seconds, 7 seconds, 9 seconds) after the start of cooling. Temperature controlled.
なお材質を均一にするためには目標温度履歴を鋼板全長に亘って1つにすることが望ましいが、例えば、巻取り機154への鋼板の巻き付きを良好にするために鋼板の先端と尾端の巻取り温度を中央部より高くする通称Uパターンが用いられる場合など、鋼板の部位毎に目標温度履歴が異なる場合もある。以下、目標温度履歴として与えられた時刻と温度を、各々、目標時刻と目標温度と呼ぶことにする。 In order to make the material uniform, it is desirable to have one target temperature history over the entire length of the steel plate. The target temperature history may differ for each part of the steel sheet, such as when a so-called U pattern is used in which the winding temperature of the steel sheet is higher than that of the central part. Hereinafter, the time and temperature given as the target temperature history will be referred to as target time and target temperature, respectively.
目標冷却密度決定部30は、先ず、目標時刻を用いて冷却時間を複数の期間(term)に分割する。最も簡単な方法は、連続する2つの目標時刻を期間の両端にする期間分割である。図3に示した例に対して最も簡単な期間分割方法を適用すると、冷却時間は、第1期間を0~3秒、第2期間を3~7秒、第3期間を7~9秒とする3個の期間に分割される。図4に3個の期間に分割した場合に得られる期間分割ベクトルTDの一例を示す。図4の例では、期間分割ベクトルTD={0,3,7,9}となる。なお、期間分割ベクトルTDのn番目の要素をtd[n]と表すことにする。図2の例では、第1期間を0~3秒、第2期間を3~7秒、第3期間を7~9秒とする3個の期間が、図4のtd[1]、td[2]、td[3]である。
The target cooling
期間分割の別の方法として期間長(term time)を一定にする方法を用いてもよい。例えば期間長を1秒にすると、図3に示した例の冷却時間は0~1秒、1~2秒といった9個の期間に分割される。以下では最も簡単な期間分割方法を用いた例について説明するが、他の期間分割方法に対しても容易に適用できる。 As another method of dividing the period, a method of fixing the period length (term time) may be used. For example, if the period length is 1 second, the cooling time in the example shown in FIG. 3 is divided into 9 periods such as 0 to 1 second and 1 to 2 seconds. An example using the simplest period division method will be described below, but it can be easily applied to other period division methods.
目標冷却密度決定部30は、次に、(3)式を変換した(5)式を用いて、分割された各期間中に鋼板を冷却するエネルギー密度(以下、冷却密度、cooling density)の目標を決定する。
Next, the target cooling
ただし(5)式において、Qiは期間iにおける目標冷却密度(J/cm2)、Δiは期間iの長さ(sec)、Ti,sは期間iの開始時刻の鋼板温度(℃)、Ti,eは期間iの終了時刻の鋼板温度(℃)である。 However, in equation (5), Q i is the target cooling density in period i (J/cm 2 ), Δ i is the length of period i (sec), and T i,s is the steel plate temperature at the start time of period i (°C ), and T i,e is the steel plate temperature (° C.) at the end time of period i.
目標冷却密度決定部30で各期間中の目標冷却密度を決定するためには、上記(5)式を使う方法のほかに、エンタルピー(enthalpy)を用いた方法を用いても良い。ある温度TにおけるエンタルピーHは、(6)式に示すρ×Cの温度に対する定積分である。
In order to determine the target cooling density for each period by the target cooling
期間i中の目標冷却密度は、ρ×Cの代わりにエンタルピーHを有する(7)式を用いて決めることができる。 The target cooling density during period i can be determined using equation (7) with enthalpy H in place of ρ×C.
ただし(7)式において、Hi,sは期間iの開始温度Ti,sでの鋼板エンタルピー(J/cm3)、Hi,eは期間iの終了温度Ti,eでの鋼板エンタルピー(J/cm3)である。 However, in equation (7), H i,s is the steel plate enthalpy (J/cm 3 ) at the start temperature T i,s of period i, and H i,e is the steel plate enthalpy at the end temperature T i,e of period i. (J/cm 3 ).
図5は、エンタルピーの温度変化を示す図である。比熱Cが相変態温度で変態潜熱に起因する急峻なピークを示すのに比べて、エンタルピーは図5に示すように滑らかに変化するため、ρ×Cの代わりにエンタルピーHを用いる方法には期間iの終了時刻の鋼板温度Ti,sと期間iの終了時刻の鋼板温度Ti,eで相変態があっても精度低下が比熱Cを用いる方法に比べて少ない特徴がある。エンタルピー法のこの特徴は鋳造時の温度計算に関する非特許文献「中川知和、武林慶樹、「軽合金鋳物の凝固シミュレーション」、軽金属 36巻7号、445~452ページ(1986年)に記載されている。なお図5には鉄鋼の代表的な相であるオーステナイト相とフェライト相のエンタルピーの温度変化を示した。 FIG. 5 is a diagram showing changes in enthalpy with temperature. The specific heat C shows a sharp peak due to the latent heat of transformation at the phase transformation temperature, whereas the enthalpy changes smoothly as shown in FIG. Compared to the method using the specific heat C, there is little decrease in precision even if phase transformation occurs at the steel plate temperature T i,s at the end time of i and the steel plate temperature T i,e at the end time of period i. This feature of the enthalpy method is described in the non-patent document "Tomokazu Nakagawa, Yoshiki Takebayashi, "Simulation of Solidification of Light Alloy Casting", Light Metal Vol. there is In addition, FIG. 5 shows the temperature change of the enthalpy of the austenite phase and the ferrite phase, which are representative phases of steel.
以上、目標冷却密度を求める方法の例として、(5)式の比熱を用いる方法と、(6)式のエンタルピー法を示したが、温度から必要冷却密度を求めるために適用できる方法はこの2つに限られるものではない。 Above, as an example of the method of obtaining the target cooling density, the method using the specific heat of formula (5) and the enthalpy method of formula (6) were shown, but these two methods can be applied to obtain the required cooling density from the temperature. It is not limited to one.
なお、水冷以外の放射冷却や対流冷却などの環境冷却によるエネルギー密度Qenv(J/cm2)は水冷によるエネルギー密度に比べて1/100程度小さいため、無視して計算負荷を低減することもできる。または、以上で求めた目標冷却密度から環境冷却によるエネルギー密度Qenvを減算して、水冷の目標冷却密度を出力することで、冷却制御の精度を上げることもできる。 The energy density Qenv (J/cm 2 ) of environmental cooling other than water cooling, such as radiative cooling and convection cooling, is about 1/100 smaller than the energy density of water cooling, so the calculation load can be reduced by ignoring it. . Alternatively, the accuracy of cooling control can be increased by subtracting the energy density Qenv due to environmental cooling from the target cooling density obtained above and outputting the target cooling density for water cooling.
目標冷却密度決定部30が目標温度から決定した各期間中の目標冷却密度が目標冷却密度行列である。図6に目標冷却密度行列の例を示す。この事例によれば例えば鋼板の先端部位(Header)は、第1、第2、第3の各期間td[1]、td[2]、td[3]においてそれぞれ目標冷却密度行列(J/cm2)が-197、-83、-221とされ、鋼板の中間部位(Middle)は、第1、第2、第3の各期間td[1]、td[2]、td[3]においてそれぞれ目標冷却密度行列(J/cm2)が-197、-83、-300とされ、鋼板の尾端部位(Tail)は、第1、第2、第3の各期間td[1]、td[2]、td[3]においてそれぞれ目標冷却密度行列(J/cm2)が-197、-83、-221とされる。
The target cooling density during each period determined from the target temperature by the target cooling
目標冷却密度決定部30は、以上の処理で作成した目標冷却密度行列をプリセット制御部40中のスナップショット決定部80へ出力し、また、前記期間分割ベクトルをプリセット制御部40中の冷却制御グループ分割部70へ出力する。
The target cooling
図7はプリセット制御部40の動作を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flow chart showing the operation of the
プリセット制御部40は、圧延が開始されると先ずプリセット制御部40の内部データとして例えば経過時間ベクトル、ヘッダーインデックス行列を初期化(処理ステップS40)した後、鋼板先端が仕上げ出口温度計の設置位置に到達するまで待機する(処理ステップS41)。
When rolling is started, the
処理ステップS41の判断処理により、鋼板先端が仕上げ出口温度計の設置位置に到達した場合には、処理ステップS60から処理ステップS90までの一連の処理を逐次実行する。具体的にはまず、鋼板速度データを用いて前記経過時間分布更新部60にて経過時間ベクトルの更新処理(処理ステップS60、詳細後述)を行う。
When the leading end of the steel plate reaches the installation position of the finishing outlet thermometer by the judgment processing of processing step S41, a series of processing from processing step S60 to processing step S90 is sequentially executed. Specifically, first, using the steel plate speed data, the elapsed time
次に、冷却制御グループ分割部70にて、更新された経過時間ベクトルと期間分割ベクトルを用いてヘッダー制御グループ行列を作成する冷却制御グループの分割処理(処理ステップS70、詳細後述)を行う。
Next, the cooling control
次に、スナップショット決定部80にて、目標冷却密度を用いて各ヘッダー制御グループで開にするヘッダーの数を決定した後、ヘッダー優先順位行列を用いて冷却装置160に備わった全ての冷却ヘッダーの開閉(冷却スナップショットパターン)を決定する、冷却スナップショットパターンの決定処理(処理ステップS80、詳細後述)を行う。
Next, the
次に、スナップショット出力部90にて、冷却装置160の制御周期に合わせて熱間圧延設備150中の冷却装置160へ冷却スナップショットパターンを出力する(処理ステップS90)。
Next, the
次に、鋼板の尾端が冷却装置160から抜けたかを確認(処理ステップS42)して、尾端が抜けてなければ以上の一連の処理を繰り返し、尾端が抜けたら処理を終了する。 Next, it is checked whether the tail end of the steel plate has come out of the cooling device 160 (processing step S42). If the tail end has not come out, the above series of processes are repeated.
処理ステップS40における、プリセット制御部40で用いる内部データとその初期化処理について具体的に説明する。
The internal data used in the
本発明の冷却制御装置160では、仕上げ出口温度計170から冷却装置160の巻取機154側出口までをL個の区間に分割して現す。従来技術では鋼板を複数のセクションに分割していたが、本発明では鋼板ではなく仕上げ出口温度計170から冷却装置160の巻取機154側出口までの空間を分割している。
In the cooling control device 160 of the present invention, the section from the finishing
かかる前提において、初期化される内部データの一つ目は、区間中央座標ベクトルX={x[1],x[2],…,x[L]}である。処理ステップS40における初期化は、区間中央座標ベクトルXのx[n]を区間nの中央点の仕上げ出口温度計170からの距離に初期化する。
On this premise, the first internal data to be initialized is the section center coordinate vector X={x[1], x[2], . . . , x[L]}. The initialization in processing step S40 initializes x[n] of the section center coordinate vector X to the distance from the
また初期化される内部データの2つ目は、中央座標間の間隔を表す間隔ベクトルΔX={Δx[0],Δx[1],Δx[2],…,Δx[L]}である。処理ステップS40における初期化は、Δx[0]=0,Δx[1]=x[1]、n≧2では、Δx[n]=x[n]-x[n-1]と初期化する。 The second internal data to be initialized is an interval vector ΔX={Δx[0], Δx[1], Δx[2], . The initialization in processing step S40 is Δx[0]=0, Δx[1]=x[1], and when n≧2, Δx[n]=x[n]−x[n−1]. .
また初期化される内部データの三つ目からと六つ目までは、L個に分割した区間と、冷却装置160内の冷却ヘッダー163の位置との対応付けに関わるデータである。内部データの三つ目と四つ目は、上部のヘッダーインデックス行列IHTと下部のヘッダーインデックス行列IHBについて、IHT={{iht[1,1],iht[1,2],…,iht[1,kmax]},{iht[2,1],iht[2,2],…,iht[2,kmax]},…,{iht[Mt,1],iht[Mt,2],…,iht[Mt,kmax]}}と、IHB={{ihb[1,1],ihb[1,2],…,ihb[1,kmax]},{ihb[2,1],ihb[2,2],…,ihb[2,kmax]},…,{ihb[Mb,1],ihb[Mb,2],…,ihb[Mb,kmax]}}である。ここで、MtとMbは、各々、冷却装置160の上部冷却装置161と下部冷却装置162に配置された制御対象の冷却ヘッダーの数である。
The third to sixth internal data to be initialized are data relating to the correspondence between the L divided sections and the positions of the cooling headers 163 in the cooling device 160 . The third and fourth internal data are IHT={{iht[1,1], iht[1,2], . , kmax]}, {iht[2,1],iht[2,2],...,iht[2,kmax]},...,{iht[Mt,1],iht[Mt,2],...,iht [Mt, kmax]}} and IHB={{ihb[1,1],ihb[1,2],...,ihb[1,kmax]},{ihb[2,1],ihb[2,2 ], . Here, Mt and Mb are the number of controlled cooling headers located in the
処理ステップS40における初期化は、上部のヘッダーインデックス行列IHTに対して、{iht[i,1],iht[i,2],…,iht[i,kmax]}をMt個の内i番目の冷却ヘッダーの位置に対応する区間のインデックスで初期化する。対応する区間の数がkmaxより少ない場合、残りのiht[i,j]は0で初期化する。例えば、L個の区間のうち、12番目の冷却ヘッダーの位置が97番目から101番目までの5個の区間に対応したら、上部のヘッダーインデックス行列IHT行列の12番目の行は、{iht[12,1]=97,iht[12,2]=98,…,iht[12,5]=101,iht[12,6]=0,…,iht[12,kmax]=0}と初期化する。 The initialization in processing step S40 is to set {iht[i, 1], iht[i, 2], . Initialize with the interval index corresponding to the location of the cooling header. If the number of corresponding intervals is less than kmax, the remaining iht[i,j] are initialized to zero. For example, if the position of the 12th cooling header among the L sections corresponds to 5 sections from the 97th to the 101st, the 12th row of the upper header index matrix IHT matrix is {iht[12 ,1]=97,iht[12,2]=98,...,iht[12,5]=101,iht[12,6]=0,...,iht[12,kmax]=0} .
下部のヘッダーインデックス行列IHBも上部のヘッダーインデックス行列IHTと同様に初期化する。内部データの五つ目と六つ目は、上下のヘッダー対応区間数ベクトルKT={kt[1],kt[2],…,kt[Mt]}とKB={kb[1],kb[2],…,kb[Mb]}であり、各々、上部のヘッダーインデックス行列IHTと下部のヘッダーインデックス行列IHBの各行で0より大きい値を持つ列の数で初期化される。前記の例の場合、kt[12]=5と初期化される。 The lower header index matrix IHB is initialized similarly to the upper header index matrix IHT. The fifth and sixth internal data are upper and lower header corresponding section number vectors KT={kt[1], kt[2], . . . , kt[Mt]} and KB={kb[1], kb[ 2], . For the example above, it is initialized to kt[12]=5.
内部データの七つ目は、経過時間ベクトルPT={pt[0],pt[1],…,pt[L]}である。処理ステップS40における初期化では、全nに対してpt[n]=0と初期化する。 The seventh internal data is the elapsed time vector PT={pt[0], pt[1], . . . , pt[L]}. In the initialization in processing step S40, pt[n]=0 for all n.
内部データの八つ目と九つ目は、上部冷却装置161の冷却ヘッダーを上部ヘッダー制御グループに分割した上部ヘッダー制御グループ行列HCGTと、また下部冷却装置162の冷却ヘッダーを下部ヘッダー制御グループに分割した下部ヘッダー制御グループ行列HCGBである。上部ヘッダー制御グループ行列HCGTとた下部ヘッダー制御グループ行列HCGBは全要素を0に初期化する。
The eighth and ninth internal data are an upper header control group matrix HCGT that divides the cooling headers of the
図8に、経過時間分布更新部60で実施される経過時間ベクトルの更新処理(処理ステップS60)の詳細を示す。鋼板速度vが入力されると、経過時間分布更新部60は、経過時間増分ベクトルΔPT={Δpt[0],Δpt[1],…,Δpt[L]}に=ΔX/vを代入する(処理ステップS61)。ここでΔXは間隔ベクトルである。ΔPTは経過時間分布更新部60の内部でのみ使われる局所データである。次に、経過時間ベクトルPTを(8式)の処理で更新する(処理ステップS62)。
FIG. 8 shows details of the elapsed time vector updating process (processing step S60) performed by the elapsed time
ここで、shiftは配列操作で、shift(PT)={0,pt[0],pt[1],pt[2],…,pt[L-1]}となる。以上の処理により、pt[n]にはn番目の区間中の鋼板の部分が仕上げ出側温度計170を出発してからの経過時間が保存される。
Here, shift is an array operation, and shift(PT)={0, pt[0], pt[1], pt[2], . . . , pt[L−1]}. As a result of the above processing, pt[n] stores the elapsed time from when the steel plate portion in the n-th section left the
以上では鋼板速度vの1つのデータで更新処理を行う例を示したが、熱間圧延機150から受信した一連の鋼板速度のデータに平均処理、low-pass filter処理、内挿処理などを加えて得た値を鋼板速度vとしても良い。 In the above, an example of performing update processing with one data of the steel plate speed v is shown, but averaging processing, low-pass filter processing, interpolation processing, etc. are added to the series of steel plate speed data received from the hot rolling mill 150. may be used as the steel plate speed v.
また、鋼板速度vの時間変化が小さい場合は、PT=X/vと近似しても良い。なお、Xにはx[0]がないため、pt[0]=0とする。 Also, if the change in the steel plate speed v with time is small, PT=X/v may be approximated. Since there is no x[0] in X, pt[0]=0.
図9に、冷却制御グループ分割部70が行う冷却制御グループの分割処理(処理ステップS70)の詳細を示す。先ず、上下の冷却ヘッダーに対応する区間までの経過時間である、ヘッダー経過時間ベクトルHTTとHTBを(9)式で求める(処理ステップS71)。
FIG. 9 shows details of the cooling control group dividing process (processing step S70) performed by the cooling control
ここで、上下の冷却ヘッダーに対応する区間までの経過時間である、ヘッダー経過時間ベクトルHTTとHTBは冷却制御グループ分割部70の内部でのみ使われる局所データである。
Here, the header elapsed time vectors HTT and HTB, which are elapsed times up to the section corresponding to the upper and lower cooling headers, are local data used only inside the cooling control
次に、目標冷却密度決定部30から入力された前記の期間分割ベクトルTDと、ヘッダー経過時間ベクトルHTTおよびHTBを用いて、上部冷却装置の冷却ヘッダーを上部ヘッダー制御グループに分割した上部ヘッダー制御グループ行列HCGTと、また下部冷却装置の冷却ヘッダーを下部ヘッダー制御グループに分割した下部ヘッダー制御グループ行列HCGBを作成する(処理ステップS72)。具体的な例として、期間分割ベクトルTD={0,3,7,9}の期間分割に対して、ある時点の上部ヘッダー経過時間ベクトルHTTの要素の値が、htt[24]≦3<htt[25]、htt[72]≦7<htt[73]、htt[96]≦9<htt[97]であったとすると、HCGT={{1,…,24},{25,…,72},{73,…,96}}となる。期間分割ベクトルTDも、上下のヘッダー経過時間ベクトルHTTとHTBも、要素が昇順に並ぶように作成されているため、この分割処理は高速で実行できる。
Next, using the period division vector TD input from the target cooling
図10に、スナップショット決定部80で行われる冷却スナップショットパターンの決定処理(処理ステップS80)の詳細を示す。
FIG. 10 shows details of the cooling snapshot pattern determination process (processing step S80) performed by the
スナップショット決定部80は、先ず、ヘッダー優先順位行列21を用いて、ヘッダー制御グループ行列HCGTとHCGBの各行を優先順位の昇順に整列する(処理ステップS81)。
The
HCGT={{1,…,24},{25,…,72},{73,…,96}}となった例を用いて詳しく説明する。板厚2.0mmのDP1鋼を圧延中で、ヘッダー優先順位行列21が図11に示す値を持つとする。
A detailed description will be given using an example where HCGT={{1,...,24}, {25,...,72}, {73,...,96}}. Assume that a 2.0 mm thick DP1 steel is being rolled and the
具体的に、第1制御グループに属する1~24番目までの上ヘッダーの優先順位が{1,66,34,67,18,68,35,10,69,36,19,70,37,6,71,38,20,72,39,11,73,40,21,74,41}であったら、HCGT行列の第1行{1,…,24}を優先順位の昇順に整列して、{1,14,8,20,5,11,17,23,3,7,10,13,16,19,22,2,4,6,9,12,15,18,21,24}に変更する。 Specifically, the priority of the 1st to 24th top headers belonging to the first control group is {1, 66, 34, 67, 18, 68, 35, 10, 69, 36, 19, 70, 37, 6 , 71, 38, 20, 72, 39, 11, 73, 40, 21, 74, 41}, arrange the first row {1, . . . , 24} of the HCGT matrix in ascending order of priority, to {1, 14, 8, 20, 5, 11, 17, 23, 3, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 2, 4, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24} change.
次に、目標冷却密度行列を用いて、各ヘッダー制御グループで開にする冷却ヘッダーを決定する(処理ステップS82)。先ずは開にするヘッダーの数を決める。開の冷却ヘッダー1つで得られる冷却密度QHは(10)式で計算できる。 Next, using the target cooling density matrix, the cooling headers to be opened in each header control group are determined (processing step S82). First, determine the number of headers to open. The cooling density QH obtained with one open cooling header can be calculated by equation (10).
ここで、qWは冷却ヘッダーによる水冷時の熱流束(W/cm2)で、例えば(1)式で計算できる。また、plはライン方向のノズルピッチ(m)、vは鋼板速度(m/s)を表す。 Here, qW is the heat flux (W/cm 2 ) during water cooling by the cooling header, which can be calculated, for example, by Equation (1). Also, pl represents the nozzle pitch (m) in the line direction, and v represents the steel plate speed (m/s).
冷却密度QHの合計が該期間中の目標冷却密度になる開ヘッダーの数を求める。例えば、図6に示した後半中間部の第1期間の場合、目標冷却密度は-197J/cm2である。pl=0.7mでかつqW=121W/cm2の冷却装置においてv=10m/sの時、冷却密度QH=8.47J/cm2であるから、目標の-197J/cm2を得るために開にするヘッダーの数は197/8.47≒23個と決まる。ここで、「≒」は最も近い自然数への丸めを表す。次に、上記処理ステップS81で整列されたヘッダー制御グループ行列HCGTとHCGBの該当行から、優先度の高いヘッダーを決めた数だけ選択する。 Find the number of open headers for which the sum of the cooling densities QH is the target cooling density for the period. For example, the target cooling density is -197 J/cm 2 in the case of the first period of the middle part of the latter half shown in FIG. Since the cooling density QH = 8.47 J/cm 2 when v = 10 m/s in a chiller with pl = 0.7 m and qW = 121 W/cm 2 , to obtain the target −197 J/cm 2 The number of headers to be opened is determined as 197/8.47≈23. Here, "≈" represents rounding to the nearest natural number. Next, from the corresponding rows of the header control group matrices HCGT and HCGB aligned in the above processing step S81, a determined number of headers with high priority are selected.
これまでの例を用いて、更に上部と下部のヘッダーを同数開く設定の場合、上部から{1,14,8,20,5,11,17,23,3,7,10,13}番の12個の冷却ヘッダーと、下部の{1,14,8,20,5,11,17,23,3,7,10}番の11個の冷却ヘッダーを開にする。なお、上部と下部の開ヘッダー数はユーザが上位計算機10を通じて入力しても良いし、または、目標冷却密度を更に上下別々にしても良い。何れも簡単に実現できる。
Using the example so far, in the case of setting to open the same number of headers at the top and bottom, {1, 14, 8, 20, 5, 11, 17, 23, 3, 7, 10, 13} Open 12 cooling headers and lower 11 cooling headers numbered {1, 14, 8, 20, 5, 11, 17, 23, 3, 7, 10}. The number of open headers at the top and bottom may be input by the user through the
以上の例に示した処理を上下の各冷却制御グループに対して行うことで、各ヘッダー制御グループで開にする冷却ヘッダーが決まる。決まった開冷却ヘッダーの番号を、上部と下部の開ヘッダー番号行列OHTとOHBに、各々、保存する。上部と下部の開ヘッダー番号行列OHTとOHBはスナップショット決定部80の内部でのみ使われる局所データである。
By performing the processing shown in the above example for each of the upper and lower cooling control groups, the cooling headers to be opened in each header control group are determined. The determined open cooling header numbers are stored in the upper and lower open header number matrices OHT and OHB, respectively. The upper and lower open header number matrices OHT and OHB are local data used only inside the
次に、上部と下部の開ヘッダー番号行列OHTとOHBを用いて、上下の冷却スナップショットパターンについて、上部の冷却スナップショットパターンCSPT={cspt[1],…,cspt[Mt]}と下部の冷却スナップショットパターンCSPB={cspb[1],…,cspb[Mb]}を作成する(処理ステップS83)。上部と下部の開ヘッダー番号行列OHTおよびOHBに保存されたヘッダーに対応する要素を1に、その他の要素を0にすればよい。 Next, using the upper and lower open header number matrices OHT and OHB, for the upper and lower cooling snapshot patterns, the upper and lower cooling snapshot patterns CSPT={cspt[1],..., cspt[Mt]} and the lower A cooling snapshot pattern CSPB={cspb[1], . . . , cspb[Mb]} is created (processing step S83). The elements corresponding to the headers stored in the upper and lower open header number matrices OHT and OHB are set to 1, and the other elements are set to 0.
図12と図13を用いて、本発明による温度履歴制御により、ヘッダー制御グループが時間経過とともにどのように組み合わせ変更され、制御されていくかを説明する。 With reference to FIGS. 12 and 13, it will be described how the header control groups are combined and controlled over time by the temperature history control according to the present invention.
まず図12は、巻取機154の巻取速度の時間変化例を示しており、ヘッダエンドの巻取開始時点における速度Viniからの昇速制御により一定時間内に定格速度Vmaxに到達させ、定速制御段階の実行後に、テールエンドが近づいた適宜の時刻からの減速制御を実行する。
First, FIG. 12 shows an example of the change in the winding speed of the
図13は、本発明におけるヘッダーの組み合わせ処理内容を示す図である。図13の下部には、左側の熱間圧延機152の出口から右側の巻取機154の入口に至る経路と、この間に配置された上下の複数のバンク164を示している。この間の経路長は例えば100mであり、12個のバンク164が均等距離に配列されているものとする。なおそれぞれのバンク164は、複数の冷却ヘッダー163(図1の例では各3個)を含んで構成されている。
FIG. 13 is a diagram showing the content of header combination processing in the present invention. The lower portion of FIG. 13 shows the path from the exit of the
図13の上部には、図12の昇速制御段階における2つの時刻t1、t2と、図12の定速制御段階における1つの時刻t3と、減速制御段階における2つの時刻t4、t5におけるバンク164、従って冷却ヘッダー163のグルーピング範囲を示している。 In the upper part of FIG. 13 are shown two times t1 and t2 in the acceleration control stage of FIG. 12, one time t3 in the constant speed control stage of FIG. 12, and two times t4 and t5 in the deceleration control stage. , thus indicating the grouping extent of the cooling headers 163 .
この図によれば、左側の熱間圧延機152の出口から、上部ヘッダー制御グループTGと下部ヘッダー制御グループBGによるグループが順次グループ化されている。この場合の制御グループは、TG1とBG1による制御グループ1と、TG2とBG2による制御グループ2と、TG3とBG3による制御グループ3と、TG4とBG4による制御グループ4とに分かれている。かつ時刻t1からt3によれば巻取速度が速くなるほど、制御グループ1と制御グループ2と制御グループ3に属する冷却ヘッダー163の数が増加するようにされている。逆に時刻t3からt5によれば巻取速度が遅くなるほど、制御グループ1と制御グループ2と制御グループ3に属する冷却ヘッダー163の数が減少するようにされている。
According to this figure, the upper header control group TG and the lower header control group BG are sequentially grouped from the exit of the
ここでは、制御グループ1に属する冷却ヘッダー163により図6の期間td[1]における温度制御を実行し、制御グループ2に属する冷却ヘッダー163により図6の期間td[2]における温度制御を実行し、制御グループ3に属する冷却ヘッダー163により図6の期間td[3]における温度制御を実行している。つまり、巻取速度に応じて増減する冷却ヘッダー163群により、制御グループ1では圧延材のhead、middle、tailに対していずれも同じ目標冷却密度行列である-197(J/cm2)による制御を実施し、制御グループ2では圧延材のhead、middle、tailに対していずれも同じ目標冷却密度行列である-83(J/cm2)による制御を実施し、制御グループ3では圧延材のhead、middle、tailに対して目標冷却密度行列として-221、-300、-221(J/cm2)となる制御を実施する。なお制御グループ4に属する冷却ヘッダー163は、圧延材の温度制御(低温化、または保持のための温度制御)には貢献せず、制御グループ3あるいは制御グループ2に分類されて初めて温度制御の対象とされる。
Here, the cooling headers 163 belonging to control
かくして、本発明によれば、熱間圧延機の仕上げ出側から巻取機の間で圧延材の温度が目標温度履歴に一致するように冷却装置を制御する圧延材の冷却制御方法であって、目標温度履歴に基づき冷却装置内の冷却ヘッダーを、冷却装置の各動作時刻に複数の制御グループに可変に分割して、分割された制御グループ毎に目標温度履歴の中で該制御グループに対応する時間帯の温度履歴を達成する冷却ヘッダーの開閉パターンを決定するようにしたものである。 Thus, according to the present invention, there is provided a cooling control method for a rolled strip that controls the cooling device so that the temperature of the rolled strip from the finishing delivery side of the hot rolling mill to the coiler matches the target temperature history. , based on the target temperature history, the cooling header in the cooling device is variably divided into a plurality of control groups at each operation time of the cooling device, and each divided control group corresponds to the control group in the target temperature history. The opening/closing pattern of the cooling header that achieves the temperature history of the time period to be determined is determined.
本実施例は、以上に示した冷却制御装置の構成および処理を用いることで、温度履歴を制御目標とする鋼板の冷却制御において、冷却パターンの計算負荷を増やすことなく鋼板速度が変化する加速圧延においても冷却制御を高精度に行うことを可能とし、更に、圧延中に冷却ヘッダーの開閉を同時に決定することを可能とした。 In this embodiment, by using the configuration and processing of the cooling control device described above, in the cooling control of the steel sheet with the temperature history as the control target, accelerated rolling in which the steel sheet speed changes without increasing the calculation load of the cooling pattern Also, it is possible to control the cooling with high precision, and it is possible to simultaneously decide whether to open or close the cooling header during rolling.
10:上位計算機
20:冷却制御装置
21:ヘッダー優先順位行列
30:目標冷却密度決定部
40:プリセット制御部
60:経過時間分布更新部
70:冷却制御グループ分割部
80:スナップショット決定部
90:スナップショット出力部
150:熱間圧延設備
151:鋼板
152:熱間圧延機
153:ミル
154:巻取機
160:冷却装置
161:上部冷却装置
162:下部冷却装置
163:冷却ヘッダー
164:バンク
170:仕上げ出口温度計
171:中間温度計
172:巻取り温度計
10: Host computer 20: Cooling control device 21: Header priority matrix 30: Target cooling density determination unit 40: Preset control unit 60: Elapsed time distribution update unit 70: Cooling control group division unit 80: Snapshot determination unit 90: Snap Shot output unit 150: hot rolling equipment 151: steel plate 152: hot rolling mill 153: mill 154: winder 160: cooling device 161: upper cooling device 162: lower cooling device 163: cooling header 164: bank 170: finishing Outlet thermometer 171: Intermediate thermometer 172: Winding thermometer
Claims (4)
圧延材の鋼板速度データを用いて、冷却装置内の各位置にある鋼板の各部位が仕上げ出口温度計を通過してから経過した時間の分布を更新した経過時間ベクトルを得、目標温度履歴から期間分割ベクトルと目標冷却密度行列を決定し、前記経過時間ベクトルと、前記期間分割ベクトルを用いて、前記冷却装置に備わっている全ての冷却ヘッダーを、複数の冷却制御グループに分割して、各冷却制御グループに属する冷却ヘッダーを記録したヘッダー制御グループ行列を得、前記ヘッダー制御グループ行列と、前記目標冷却密度行列を用いて、冷却装置に備わった全ての冷却ヘッダーの開度を決定することを特徴とする圧延材の冷却制御方法。 Using the steel plate speed data of the rolled material, the elapsed time vector updated the distribution of the time elapsed after each part of the steel plate at each position in the cooling device passed the finishing outlet thermometer, and from the target temperature history A period division vector and a target cooling density matrix are determined, and all cooling headers provided in the cooling device are divided into a plurality of cooling control groups using the elapsed time vector and the period division vector, and each Obtaining a header control group matrix that records cooling headers belonging to a cooling control group, and using the header control group matrix and the target cooling density matrix to determine the opening degrees of all cooling headers provided in the cooling device. Cooling control method for rolled material.
前記熱間圧延機の仕上げ出側から前記巻取機に至る間で圧延材の移動速度が可変に制御され、目標温度履歴に基づき冷却装置内の冷却ヘッダーを、複数の制御グループに分割するとともに、前記目標温度履歴に基づき制御される前記制御グループに属する冷却ヘッダーの数は圧延材の移動速度が速いほど増加され、移動速度が遅いほど減少されることを特徴とする圧延材の冷却制御方法。 A cooling control method for a rolled material according to claim 1,
The moving speed of the rolled material is variably controlled from the finishing delivery side of the hot rolling mill to the winding machine, and the cooling headers in the cooling device are divided into a plurality of control groups based on the target temperature history. , the number of cooling headers belonging to the control group controlled based on the target temperature history is increased as the moving speed of the rolled material is faster and is decreased as the moving speed is slower. .
圧延材の鋼板速度データを用いて、冷却装置内の各位置にある鋼板の各部位が仕上げ出口温度計を通過してから経過した時間の分布を更新した経過時間ベクトルを得る経過時間分布更新部と、目標温度履歴から期間分割ベクトルと目標冷却密度行列を決定する目標冷却密度決定部と、前記経過時間ベクトルと、前記期間分割ベクトルを用いて、前記冷却装置に備わっている全ての冷却ヘッダーを、複数の冷却制御グループに分割して、各冷却制御グループに属する冷却ヘッダーを記録したヘッダー制御グループ行列を得る冷却制御グループ分割部と、前記ヘッダー制御グループ行列と、前記目標冷却密度行列を用いて、冷却装置に備わった全ての冷却ヘッダーの開度を決定するスナップショット決定部を備えていることを特徴とする圧延材の冷却制御装置。 Elapsed time distribution update unit that obtains an elapsed time vector that updates the distribution of the time that has elapsed since each part of the steel plate at each position in the cooling device passed the finishing outlet thermometer, using the steel plate speed data of the rolled material. a target cooling density determination unit that determines a period division vector and a target cooling density matrix from the target temperature history; and all cooling headers provided in the cooling device using the elapsed time vector and the period division vector. a cooling control group dividing unit that divides into a plurality of cooling control groups and obtains a header control group matrix that records the cooling headers belonging to each cooling control group; and the header control group matrix and the target cooling density matrix. 1. A cooling control device for a rolled material, characterized by comprising a snapshot determining section for determining opening degrees of all cooling headers provided in the cooling device.
前記熱間圧延機の仕上げ出側の仕上げ出口温度計から巻取機側出口までの区間を、前記目標温度履歴で定まる複数の区間に分割していることを特徴とする圧延材の冷却制御装置。 A cooling control device for a rolled material, wherein a section from a finish outlet thermometer on the finish delivery side of the hot rolling mill to a winder side outlet is divided into a plurality of sections determined by the target temperature history. .
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