JP2002126814A

JP2002126814A - 熱間圧延方法

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Publication number: JP2002126814A
Application number: JP2001050866A
Authority: JP
Inventors: Shinzo Uchimaki; 信三内牧; Takayuki Kachi; 孝行加地
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2002-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】仕上圧延機入側における被圧延材のオシレー
ションによる待機・空冷に伴う無駄時間を削減あるいは
解消して、圧延操業能率を向上するとともに、良好な機
械的品質の仕上圧延後製品を得る。【解決手段】仕上圧延機１６の入側における被圧延材
１２の温度予測値が、予め設定した仕上圧延機入側被圧
延材温度上限値を超える場合、粗圧延ゾーンに設置した
冷却装置で被圧延材を冷却する。冷却能力が不足する場
合は、脱スケール装置の使用数を増やすか、被圧延材の
搬送速度を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延方法に係
り、特に、熱間粗圧延における被圧延材の温度を調整す
ることにより、良好な機械的品質の被圧延材を高能率で
製造することが可能な熱間圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延とは、金属材料を数１００〜千
数１００℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、
搬送しつつローラーで圧延することをいう。熱間圧延ラ
インには、図６（ａ）に示す、ステッケルミルと呼ばれ
るタイプ、同（ｂ）に示す半連続と呼ばれるタイプであ
って、粗圧延機１４と仕上圧延機１６が別々にあり、粗
圧延機では往復圧延し、仕上圧延機では一方向圧延する
タイプ、同（ｃ）に示す３／４連続と呼ばれるタイプで
あって、（ｂ）のタイプのものの粗圧延機１４を複数
（多くの場合４基）とし、そのうち一部（多くの場合１
基）を往復圧延するものとし、残りを一方向圧延するも
のとするタイプ（４基中３基が一方向のタイプに限ら
ず、例えば３基中２基が一方向のタイプ等も含め、３／
４連続という）のものなどがある。

【０００３】これら熱間圧延ラインは一般に、被圧延材
１２を圧延中に被圧延材の自熱によって生成し続ける酸
化物スケールを除去する目的で脱スケール装置１３を設
置してあるのが一般的である。この脱スケール装置は、
被圧延材１２の圧延の進行に伴い、次々生成してくるス
ケールを除去するために適宜複数設置されていることが
多く、更にその原理は高圧の水ジェットである場合が殆
どである。

【０００４】図において、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは加
熱炉、１２は被圧延材、１５はファーネスコイラ、Ｒ１
〜Ｒ４は粗圧延機スタンド、Ｆ１〜Ｆ７は仕上圧延機ス
タンド、１８Ａ、１８Ｂはコイラである。

【０００５】ここで、本発明の契機となった問題点につ
いての話に移るが、熱間圧延では、一般に、図７に示す
ように、複数の被圧延材１２Ａ、１２Ｂ...１２Ｉ...
が、加熱炉１０内で連続的に加熱される。一方、各被圧
延材の加熱温度目標は、伸び、強度などの機械的な品質
や表面性状として要求される品質を確保するために、各
被圧延材毎に個別に設定される。

【０００６】そのため、同図に示すように、例えば抽出
時の加熱温度目標が１１５０℃の被圧延材１２Ａ〜１２
Ｄに続いて、加熱温度目標が１１００℃の被圧延材１２
Ｅ〜１２Ｉが加熱されるような場合が生じる。すると、
加熱温度目標が急激に変更になる被圧延材（例えば１２
Ｅ、１２Ｆ）において、炉温の設定が変更しても、すぐ
に被圧延材の加熱温度実績が追随せず、加熱温度目標を
上回る過加熱状態となる。

【０００７】また、不慮のトラブルにより、熱間圧延ラ
イン全体が長時間操業中断してしまったような場合も、
やはり被圧延材は過加熱状態となる。

【０００８】この加熱炉抽出時の過加熱は、粗圧延機を
出た後の仕上圧延機の入側における被圧延材の温度の高
め外れとなる。このように、仕上圧延機の入側における
被圧延材の温度が、ある一定の温度を上回ると、そのま
までは予定より高い温度で仕上圧延され、仕上圧延後製
品の上記した機械的品質が確保できなくなる場合がある
ほか、仕上圧延中の復熱により被圧延材表面に酸化物ス
ケールが発生して、その状態で仕上圧延される結果、該
酸化物スケールが被圧延材中に押し込まれる、バーニン
グスケールと呼ばれる表面品質不良が発生する場合もあ
る。

【０００９】従って従来は、粗圧延機最終スタンドを通
過した後、仕上圧延機の入側において、粗圧延後被圧延
材（以下、シートバーとも称する）を往復動作させるオ
シレーションによって、被圧延材を待機させ、仕上圧延
機製品の良好な機械的品質が得られるような適正な温度
まで空冷した後、該被圧延材の仕上圧延を行っていた。
それ故、前記のオシレーションに要する時間だけ、被圧
延材の搬送が遅延し、圧延能率が大幅に低下していた。

【００１０】このような問題を解決するため、特開昭５
１−８６０５０号公報では、粗圧延工程に設置されたス
プレイ冷却装置を用いて、５０〜１００℃の範囲で被圧
延材を冷却し、仕上圧延機入側における待機・空冷時間
を大幅に短縮することが提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開昭５１−８６０５０号公報による方法は、高張力鋼板
の製造に限定されたものであり、冷却する条件、例え
ば、冷却水を噴射するしないのフラグ設計や、被圧延材
の通過速度といった条件も予め設定され、固定されてい
るため、図７において説明したような、加熱炉内の被圧
延材の接続の仕方によって発生する加熱温度目標の不連
続や、不慮のトラブルによる熱間圧延ライン全体の長時
間の操業中断などに伴い発生する過加熱などには対処で
きないという問題点を有していた。

【００１２】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、仕上圧延機入側におけるオシレーシ
ョンによる待機・空冷によってロスしてしまう無駄時間
を削減することにより、高い能率で圧延操業できるよう
にすることを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱間圧延にお
いて、被圧延材が仕上圧延機入側に到達する時点の被圧
延材温度を予測し、仕上圧延機入側における被圧延材予
測温度が、予め設定された仕上圧延機入側における被圧
延材温度上限値を上回る場合、粗圧延ゾーンにて被圧延
材を冷却するようにして、前記課題を解決したものであ
る。

【００１４】ここで、粗圧延ゾーンとは、加熱炉の出側
から粗圧延機最終スタンド直後までの領域を指すことと
する。

【００１５】本発明は、又、粗圧延ゾーンにおける被圧
延材冷却能力が不足すると予測される場合に、脱スケー
ル装置の使用数を増加するか、及び／又は、該冷却装置
を被圧延材が通過する速度を低減することにより、所要
の冷却を行うようにしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。

【００１７】（第１の実施形態）ここでは、図１に示す
如く、圧延ラインに対して直角方向に並設された、例え
ば３つの加熱炉１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの出側に、被圧
延材１２の圧延ライン搬送方向上流から下流に向かっ
て、順に番号が付された３つのスタンドＲ１、Ｒ２、Ｒ
３から構成され、例えばスタンドＲ１及びＲ２でリバー
ス圧延を行う粗圧延機（Roughing Mill）１４と、同じ
く被圧延材の圧延ライン搬送方向上流から下流に向かっ
て、順に番号が付けられた７つのスタンドＦ１〜Ｆ７か
ら構成される仕上圧延機（Finishing Mill）１６と、
前記粗圧延機１４のスタンドＲ２入側及びスタンドＲ３
入側に設置された冷却装置２０、２２を備えた熱間圧延
機の場合を例にとって説明する。

【００１８】図において、１８Ａ、１８Ｂは、圧延され
た被圧延材を交互に巻取るためのコイラ、３０は、本発
明に係る冷却制御装置である。

【００１９】なお、この図において、冷却装置２０、２
２は、脱スケール装置と別置のものであり、図中、脱ス
ケール装置は記載を省略してあるが、冷却装置２０、２
２に脱スケール装置を代用、兼用するか、あるいは脱ス
ケール装置を併用することは、本発明の実施を何ら妨げ
るものではない。

【００２０】本実施形態においては、被圧延材１２の加
熱炉抽出時に、前記冷却制御装置３０の搬送時間スケジ
ュール予測装置３２において、抽出時から仕上圧延機１
６の入側までの搬送時間、及び、冷却装置２０、２２か
ら仕上圧延機１６の入側までの搬送時間を算出する。

【００２１】次いで、仕上圧延機入側温度予測装置３４
において、前記搬送予測時間を用いて、加熱炉１０での
焼き上がり温度予測値、及び、粗圧延スタンドＲ１〜Ｒ
３における加工発熱及び搬送時の空冷を考慮した、仕上
圧延機１６の入側における被圧延材温度予測値（Ｔ予測
と称する）を算出する。

【００２２】次いで、必要冷却温度演算装置３６におい
て、前記仕上圧延機１６の入側における被圧延材温度予
測値（Ｔ予測）と、予め設定し、記憶装置３８に記憶し
てある仕上圧延機入側被圧延材温度目標値（以下、Ｔ目
標と称する）を比較し、両者の偏差（ｄＴ＝Ｔ予測−Ｔ
目標）に基づいて、冷却量設定装置４０により、例え
ば、単純に等分割して、各冷却装置２０、２２における
必要温度降下量（ｄＴ２０、ｄＴ２２）を決定する。な
お、本発明は等分に限るものではなく、状況に応じ、適
比に配分してよい。あるいは片側だけ、とすることもで
きる。

【００２３】ｄＴ＝ｄＴ２０＋ｄＴ２２...（１）ｄＴ２０：冷却装置２０における仕上入側相当温度降下
量ｄＴ２２：冷却装置２２における仕上入側相当温度降下
量

【００２４】冷却装置２０、２２では、前記必要冷却温
度演算装置３６で決定された温度降下量ｄＴ２０、ｄＴ
２２に基づいて、冷却水を噴射し、被圧延材１２を冷却
する。

【００２５】なお、必要温度降下量（ｄＴ２０、ｄＴ２
２）の少なくとも一方が大きく、冷却装置２０又は２２
の能力を上回る場合は、被圧延材速度再計算設定装置４
２により冷却装置を通過するのに適正な被圧延材速度を
計算して、低い値に設定し、実際に被圧延材をその速度
で搬送することにより、必要温度降下量を実現すること
も可能である。この場合、当該被圧延材の搬送時間が変
化するため、搬送時間スケジュール予測の計算を再度行
い、必要に応じて、当該被圧延材の熱間圧延プロセス消
化を遅延させない目的で、図示しないミルペーシング演
算装置に、前記搬送時間スケジュール予測の計算を再度
行った結果を反映し、当該被圧延材の加熱炉１０からの
抽出予定時刻を早めるようにしてもよい。

【００２６】（第２の実施形態）基本的に、本第２実施
形態を適用すべき熱間圧延ラインは、第１の実施形態の
ものを踏襲するが、図２中に符号１３で示すような、脱
スケール装置をどう使うか、が本第２実施形態のポイン
トである。

【００２７】もしもいま、丁度適正温度に加熱されたな
らば、本来、表１（１）のような脱スケール装置の使用
パターンで脱スケールが行われる被圧延材１２があると
する。

【００２８】

【表１】

【００２９】ここで、ＨＳＢは、図３に示す如く、脱ス
ケール装置１３の中でも、被圧延材の加熱炉抽出後の搬
送履歴からして、最初に設けられたホットスケールブレ
ーカ、Ｒ１−１、２、３は、それぞれ粗圧延機スタンド
Ｒ１の１、２、３回目、Ｒ２−１、２、３は、それぞれ
粗圧延機スタンドＲ２の１、２、３回目、Ｒ３は粗圧延
機スタンドＲ３（１回目のみ）をそれぞれ示す。

【００３０】この脱スケール装置の使用パターン（以
下、脱スケールパターンと称する）は、該被圧延材１２
の属性、主として材質、例えば金属中のＣ含有量が質量
％で０．０１％未満の極低炭素鋼であるとか、同０．０
１％以上０．１％未満の低炭素鋼であるとか、同０．１
％以上０．５％未満の中炭素鋼であるとか、同０．５％
以上の高炭素鋼であるとか、あるいはＣｒを含有量にし
て質量％で５％以上含有するとか、Ｎｉを０．５％以上
含有するとかいった材質により、経験的に予め被圧延材
１２の圧延前に適宜決定され、図２中に符号４８で示さ
れる設定装置内に設定され、記憶されている。そして該
被圧延材１２が熱間圧延ラインに抽出されるごとに、個
々の被圧延材１２の属性設定データとして紐付けされ
て、該被圧延材１２の搬送、圧延処理の進行とともに該
被圧延材１２に伴って熱間圧延ライン上を仮想的に進行
していく。該被圧延材１２が進行してくると、それが到
着した設備においては、図示しないホットメタルディテ
クタ等により、これを捉え、前述の紐付けされた属性設
定データに従って処理が行われる。脱スケールもこれに
従う。

【００３１】ここで、もしいま、表１（１）のような脱
スケール装置の使用パターンで本来脱スケールが行われ
る被圧延材１２が、加熱炉１０内で加熱され過ぎたとす
る。本第２実施形態は、この過加熱の程度に応じ、適
宜、脱スケール水を噴射する箇所を増やす、というもの
である。

【００３２】例えば、脱スケール水を噴射する箇所を１
箇所増やすと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃
の被圧延材１２の温度降下が得られることが経験的にわ
かっていた、とすると、もしも、加熱炉からの抽出時点
における被圧延材１２の温度が、仕上圧延機の入側温度
に換算して、２０℃高くなると予測された場合、例えば
表１（２）に示すように、脱スケール水を噴射する箇所
を、本来の脱スケールパターンに対し、２箇所増やせば
よい。１の位未満の端数は切り捨てるなり切り上げるな
り適宜決定してよい。また、どこの箇所を増やすか、は
表１（２）の例に示すものに限るものではなく、適宜決
めれば良い。このような要領で、過加熱の程度に応じ、
適宜、脱スケール水を噴射する箇所を増やしていくよう
に脱スケールパターンを設定するのである。

【００３３】一方ここで、加熱炉からの抽出時点におけ
る被圧延材１２の温度が、仕上圧延機の入側温度に換算
して、どれだけになるか、も経験的な方法、あるいは詳
説しない搬送時間スケジュール予測計算（ミルペーシン
グと当業者間で呼ばれる）により、予測する。

【００３４】経験的な方法とは、例えば、加熱炉からの
抽出時点における被圧延材１２の温度と、仕上圧延機の
入側温度と、の実績的な値が、２つのケースで既知であ
ったとすると、その中間の加熱炉からの抽出時点におけ
る被圧延材１２の温度である被圧延材１２がきた場合
に、仕上圧延機の入側温度を線形補完して予測する、と
いう方法である。例えば、（１）加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の
温度が１２４０℃である場合に仕上圧延機の入側温度が
１０６０℃ （２）加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の
温度が１１００℃である場合に仕上圧延機の入側温度が
１０３０℃ であることが、実績的な値として経験的にわかっていた
場合、もしも加熱炉からの抽出時点における被圧延材１
２の温度が上記（１）（２）の中間である１１７０℃の
被圧延材１２がきた場合には、仕上圧延機の入側温度も
上記（１）（２）の中間である１０４５℃と予測するよ
うにすることである。このロジックは簡単に数式化でき
るので省略するが、機能的には図２中４６で示される位
置にくる。

【００３５】ここで、加熱炉からの抽出時点における被
圧延材１２の温度は、従来から使用されている、次に述
べるような差分計算などの方法により求めるのが１つの
方法である。図４に模式的に示すように、被圧延材１２
は複数のスキッドレール２４上に該スキッドレール２４
と直交する方向に配置され、被圧延材１２の幅方向（図
１、図２における矢印方向）に、加熱炉入口から出口に
向かってステップ的に進行するようになっている。そし
て、図示しない加熱炉内温度計は常時加熱炉の炉壁温度
を測定している。一方、温度分布計算装置４４において
は、例えば、図３に示すような仮想的なメッシュに被圧
延材１２を分割した場合における各格子点上の温度を差
分計算によって求め、図４中、被圧延材１２の中央部に
おける各格子点２６の温度を全点で平均するなどして、
最初にいった加熱炉からの抽出時点における被圧延材１
２の温度とすればよい。もちろん、本第２実施形態に用
いることのできる方法はこれに限るものではなく、メッ
シュ中のある代表点の温度を以って最初にいった加熱炉
からの抽出時点における被圧延材１２の温度としてもよ
いし、あるいは考え方を変え、加熱炉内の抽出口近くに
図示しない被圧延材１２の表面温度を実測するための温
度計を別途設置し、これによる被圧延材１２の表面温度
実測値を以って最初にいった加熱炉からの抽出時点にお
ける被圧延材１２の温度とするなどしてもよい。

【００３６】以上の予測計算は、当該被圧延材の加熱炉
抽出前に行われる。

【００３７】

【実施例】（実施例１）図５に、本発明を適用した事例
を示す。従来の圧延方法では、抽出時の加熱温度目標が
１１００℃、仕上圧延機入側被圧延材温度目標値が１０
３０℃、同上限値が１０６０℃の低炭素鋼の加熱温度実
績が１２４０℃と過加熱になったとすると、仕上圧延機
の入側における被圧延材の温度が１０９０℃となり、該
仕上圧延機入側被圧延材温度上限値１０６０℃を３０℃
上回っていた。このため、仕上圧延機入側において、４
０秒の待機・空冷時間が発生していた。一方、本発明に
よると、粗圧延スタンドＲ２入側及びＲ３入側におい
て、合計して６０℃分の冷却を行うため、仕上圧延機の
入側における被圧延材の温度は、仕上圧延機入側被圧延
材温度上限値１０６０℃を下回り、上限値以下となって
目標値である１０３０℃に近づくため、仕上圧延機入側
における待機・空冷時間は発生しない。

【００３８】（実施例２）上記実施例１と同じ状況であ
って、唯一異なる点は、Ｒ３入側にだけ冷却装置があっ
た場合を想定する。この場合、実施例１の場合に比べ、
冷却装置が半分の冷却能力しか持たないから、同じ搬送
速度なら３０℃分しか冷却できないことになり、仕上圧
延機の入側における被圧延材の温度は、仕上圧延機入側
被圧延材温度上限値１０６０℃に計算上なる。しかし、
これでは何らかの外乱が生じた場合、該上限値を上回っ
てしまうという危惧も生じうる。よって、この場合、例
えばＲ３入側の冷却装置を被圧延材が通過する速度を例
えば半分に落とす。実施例１の場合が２００ｍｐｍであ
ったとすると、この場合は１００ｍｐｍに落とすといっ
た具合である。

【００３９】（実施例３）ここでは、本発明の第２の実
施形態の場合の方法をそのまま使用した。

【００４０】脱スケール水を噴射する箇所を１箇所増や
すと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃の被圧延
材１２の温度降下が得られることが経験的にわかってい
た。加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度
が、目標１１００℃に対し実績１１９３℃になって抽出
された。仕上圧延機の入側温度に換算して、目標１０３
０℃に対し予測１０５０℃と、２０℃高くなると予測さ
れた。表１（２）に示すように、脱スケール水を噴射す
る箇所を、本来の脱スケールパターンである表１（１）
に対し、２箇所増やした。

【００４１】その結果は、前記（実施例１）の場合と同
様、従来なら２７秒程度の待機・空冷時間が発生すべき
ところ、実際には待機・空冷時間は全く発生しなかっ
た。

【００４２】（実施例４）ここでは、本発明の第２の実
施形態の場合で、脱スケール装置の使用数増加を１箇所
にとどめ、表１（３）のようにするとともに、Ｒ３を被
圧延材が通過する速度を実施例１では２００ｍｐｍであ
ったところ、１５０ｍｐｍまで落とした。

【００４３】その結果は、前記（実施例１）の場合と同
様、従来なら２７秒程度の待機・空冷時間が発生すべき
ところ、実際には待機・空冷時間は全く発生しなかっ
た。

【００４４】なお、上記（実施例１）〜（実施例４）に
おいては、加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２
の温度である加熱温度実績としては、先述の差分法を用
いたメッシュ格子の平均値や代表値を計算により求めて
使用してもよいし、あるいは加熱炉内の抽出口近くに図
示しない被圧延材１２の表面温度を実測するための温度
計を別途設置し、これによる被圧延材１２の表面温度実
測値を使用してもよい。

【００４５】又、上記（実施例１）〜（実施例２）で
は、加熱炉抽出から仕上圧延機入側までの搬送時間スケ
ジュールと、仕上圧延機入側における被圧延材温度の予
測を行い、冷却装置における温度降下量を決定していた
が、冷却装置入側に温度計を設置し、冷却装置入側から
仕上圧延機入側までの搬送時間を予測し、その値から仕
上圧延機入側における被圧延材温度を予測して、冷却装
置における必要温度降下量を算出してもよい。この場
合、予測計算は当該被圧延材が冷却装置入側温度計によ
って、有意な温度データを検出された後に行われる。で
きれば、直後が望ましい。

【００４６】前記実施形態においては、２台の冷却装置
２０、２２が粗圧延機スタンドＲ２とＲ３の入側に設け
られていたが、冷却装置の数や配置は、これに限定され
ない。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、仕上圧延機の入側にお
ける被圧延材の温度が、仕上圧延機入側温度上限値を下
回るため、仕上圧延機入側における温度高め外れによ
り、オシレーションによる待機・空冷によってロスして
しまう無駄時間が短縮あるいは解消され、高い能率で圧
延操業が可能となるとともに、良好な機械的品質の仕上
圧延後製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を実施するための装置構
成の例を示す、一部ブロック図を含む工程図

【図２】本発明の第２実施形態を実施するための装置構
成の例を示す、一部ブロック図を含む工程図

【図３】第２実施形態における脱スケール装置の配置を
示す図

【図４】加熱温度実績の計算法を説明するための図

【図５】従来技術に対する本発明の効果を示すための線
図

【図６】従来技術にある熱間圧延ラインの概要を説明す
るための図

【図７】加熱炉において過加熱が発生する状態を説明す
るための線図

【符号の説明】１０、１０Ａ〜１０Ｃ…加熱炉１２、１２Ａ〜１２Ｉ…被圧延材１３…脱スケール装置１４…粗圧延機Ｒ１〜Ｒ４…粗圧延機スタンド１５…ファーネスコイラ１６…仕上圧延機Ｆ１〜Ｆ７…仕上圧延機スタンド２０、２２…冷却装置３０…冷却制御装置３２…搬送時間スケジュール予測装置３４…仕上圧延機入側温度予測装置３６…必要冷却温度演算装置３８…記憶装置４０…冷却量設定装置４２…被圧延材速度再計算設定装置４４…温度分布計算装置４６…仕上圧延機入側温度予測装置４８…脱スケールパターン設定装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱間圧延において、被圧延材が仕上圧延機
入側に到達する時点の被圧延材温度を予測し、仕上圧延
機入側における被圧延材予測温度が、予め設定された仕
上圧延機入側における被圧延材温度上限値を上回る場
合、粗圧延ゾーンにて被圧延材を冷却することを特徴と
する熱間圧延方法。
【請求項２】粗圧延ゾーンにおける被圧延材冷却能力が
不足すると予測される場合に、脱スケール装置の使用数
を増加することを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延
方法。
【請求項３】粗圧延ゾーンにおける被圧延材冷却能力が
不足すると予測される場合に、該冷却装置を被圧延材が
通過する速度を低減することにより、所要の冷却を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間圧延方
法。