JP2006297480A - 鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量算出方法ならびにこれに基づくスケールオフ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量の予測を正確に行なう。
【解決手段】加熱炉装入前のスラブ重量から、仕上圧延前のシートバーのクロップカット重量と圧延巻き取り後のコイル重量を引くことによりスケールオフ量を算出し、これをフィードバックして後のコイルのスケールオフ量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼帯の熱間圧延において、表面欠陥除去を目的として表面スケール発生量を算出し、制御するスケールオフ（酸化ロス）量算出方法ならびにこれに基づくスケールオフ制御方法に関する。

鋼帯の熱間圧延においては、素材であるスラブの加熱炉における加熱やその後の熱間圧延工程における冷却水の噴射等によって被圧延材の表面に酸化鉄層（以下「スケール」という）が生成するので、各種のデスケーリング装置によって絶えずこれを除去する必要がある。スケールとして剥離、除去される材料はそれだけ歩留りを低下させるものではあるが、反面、スラブの最表層ないしは表層近傍に存在した介在物や連鋳材における鋳造欠陥等の表面欠陥部分がスケールと共に除去され、製品の品質が向上するという利点も有している。したがって、自動車外板用等の表面性状の要求が厳しい鋼種などでは、意図的にスケールの発生量を増大させて、表面欠陥部分を除去することも行なわれており、このようなスケール発生量制御を一般に「スケールオフ制御」と称する。

鋼帯の熱間圧延の一般的な工程を図２に示す。スラブを加熱炉に装入して雰囲気ガスのもとで加熱し、所定温度に加熱されたスラブを抽出して複数基の粗圧延機で粗圧延する。粗圧延された中間製品をシートバーと称する。これを保温ないしは加熱するためのバーヒータ等のバー加熱手段が設けられているのが普通である。つづく仕上圧延に先立ち、シートバーの先端および後端の不定型部を切断、除去する。これをクロップカットと称する。ついで複数スタンドの仕上圧延機で所定製品寸法までの仕上げ圧延を行い、出側のホットランテーブルを通過中に冷却水を落下あるいは噴射して冷却し、コイルに巻き取る。

以上の工程の内で、スケール生成量の最も多いのはいうまでもなく加熱炉であるが、ついで粗圧延においてもかなりのスケール生成がある。
図３は加熱炉抽出温度とスケールオフ量との関係の一例を示すグラフである。加熱炉抽出温度を高めることにより、スケールオフ量は増加する。一方、図４はスケールオフ量とＭ部（鋼帯中間部）ヘゲ（表面欠陥）不良率との関係の一例を示すグラフである。スケールオフ量を多くすれば表面欠陥は減少する。なお、図３および図４を含め、以下の説明でスケールオフ量を％で示した場合は、スケールオフ量を加熱炉装入前のスラブ重量に対する重量比で表わしたものである。

特許文献１には、スケール生成量を必要最小限として表面疵の少ない製品を得るため、加熱炉におけるスラブの抽出温度ならびに炉内の雰囲気ガスの水蒸気濃度を所定範囲に制御することが記載されている。
すなわち、加熱炉において、鋼材の表面温度が1100℃以下で、かつ炉内雰囲気ガスの水蒸気濃度が５％以上であると、スケール生成の支配的因子は鋼材の表面温度と雰囲気ガスの酸素濃度であり、水蒸気濃度変動は無視できるのでスケール生成量の制御がしやすいとの知見により、加熱炉抽出時のスケール生成量の適正範囲をあらかじめ定め、炉内雰囲気の酸素濃度を因子とするモデルおよび鋼材の表面温度を因子とするモデルを構築し、スケール生成速度を求め時間積分することによりスケール生成量の予測値を求め、炉内の酸素濃度分布、温度分布、加熱時間の少なくとも１項目を調整して前記の適正範囲となるように制御するとしている。

図５はこの特許文献１に記載の発明を説明するグラフで、横軸は加熱炉抽出時のスケール生成量、縦軸は左側が表面疵発生度（〇点）、右側がスケールロスによる歩留り落ち（実線）である。表面疵発生度はＡが発生なし、Ｅが表面疵による歩留り落ち５％以上の５段階評価である。スケール生成量が少ないと表面疵による歩留り落ちが増加し、またスケール生成量が多すぎるとスケールロスによる歩留り落ちが増加する。したがって、スケール生成量の適正範囲は0.089〜0.16ｇ／ｃｍ²であるとしている。

また、粗圧延におけるスケール生成量の予測モデルとしては、たとえば加熱炉抽出時点のスラブ表面温度と粗圧延中の温度降下履歴を計算し、スケール生成量を予測することも一部で行なわれている。
特開平１１−２１７６２９号公報

従来の技術においては、スケール生成量を計算モデル等によって予測しているが、予測誤差が大きく、スケール生成量が適正範囲であると予測していても、実際のスケールオフ量が不足して表面欠陥が発生する場合があり、改善が望まれていた。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、正確なスケールオフ量を算出すること、また、それに基づいた正確なスケールオフ制御を実現することを目的とするものである。

本発明の鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量算出方法は、鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量を、加熱炉装入前のスラブ重量から、仕上圧延前のシートバーのクロップカット重量と圧延巻き取り後のコイル重量を引くことによって算出することを特徴とし、望ましくは前記クロップカット重量が、画像処理手段によりクロップの平面形状を測定して求めたものである前記の鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量算出方法である。

また本発明の鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ制御方法は、前記のスケールオフ量算出方法により算出したスケールオフ量に基づいて、後に圧延されるスラブのスケールオフ量を制御することを特徴とし、望ましくは前記のスケールオフ量の制御を、加熱炉におけるスラブの加熱条件、粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数、粗圧延機出側におけるシートバーの板厚、粗圧延機出側におけるバー加熱手段の昇温量のうち少なくとも１つを変更することにより行なう前記の鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ制御方法である。

本発明によれば、スケールオフ量の推定を精度よく行ない、これに基づいてスケールオフ制御を行なうことができるので、要求される鋼帯の表面性状が確保されて品質が向上するとともに歩留りも向上し、また必要以上のスケールオフを行なわなくてすむので加熱原単位が低減されるなどの経済的効果もある。

図１は本発明のスケールオフ量を算出するための構成を示したもので、実線は製品の流れを、破線はスケールオフ量算出に必要な情報の流れを、さらに一点鎖線は算出したスケールオフ量に基づくスケールオフ制御に必要な情報の流れを示す。すなわち本発明においては、鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量を、加熱炉装入前のスラブ重量から、仕上圧延前のシートバーのクロップカット重量と圧延巻き取り後のコイル重量を引くことによって算出する。すなわち、
スケールオフ量＝加熱炉装入前のスラブ重量−（クロップカット重量＋巻き取り後のコイル重量）
である。このうち、加熱炉装入前のスラブ重量と、巻き取り後のコイル重量とは工程管理上の重要データとして従来から一般に実測されているが、シートバーのクロップカット重量は通常管理されておらず、したがって単に加熱炉装入前のスラブ重量から巻き取り後のコイル重量を引いたのではスケールオフ量とはならない。

本発明ではこのクロップカット重量を実測する。クロップ部は切断されて下部のバケット内に落下するので、これをコイル毎に実測することは可能ではあるが、大型のバケットが使用され、複数のコイルに相当するクロップがまとめて収納される場合はコイル単位の実測はいささか困難である。この場合はクロップの切断時に、その平面形状を形状計等の画像処理手段で実測すればよい。実測したクロップの平面形状から平面の面積を求め、シートバーの厚みと比重を掛ければ実測と同等の精度のよいクロップカット重量を求めることができる。

このようにして算出したスケールオフ量に基づいて後に圧延されるスラブのスケールオフ量を制御すれば、従来の推定法に比べて高精度のスケールオフ制御が実現する。
なお、本発明のスケールオフ制御では、従来から行なわれている加熱炉におけるスラブ抽出温度の変更に加えて、以下の３とおりの方法を用いる。
第１の方法は、鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量を、粗圧延ならびにデスケーリング回数を変更することにより制御することである。リバース圧延機能を有する粗圧延機の水平圧延回数（圧延パス数）およびそれに付帯して行うデスケーリングの回数を増減することにより、同一のスラブ厚から同一のシートバー厚を得る場合であっても、スケールオフ量の増減が可能である。これらの回数が多いほどスケールオフ量は増加し、少ないほどスケールオフ量は減少する。

第２の方法は、鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量を、粗圧延機出側におけるシートバーの板厚を変更することにより制御することである。
スケールオフ量を増加させる場合、粗圧延出側のシートバーの板厚、すなわち粗圧延段階における目標板厚を薄くすればその分シートバーの長さが長くなり、表面積が増加する。これにより粗圧延段階におけるスケールオフ量が増加する。逆に粗圧延出側におけるシートバーの板厚を厚くすれば、粗圧延段階におけるスケールオフ量は減少する。

第３の方法は、鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量を、粗圧延出側におけるバー加熱手段の昇温量を変更することにより制御することである。粗圧延機出側には、仕上圧延前のシートバーを保温、あるいは加熱するバーヒータなどのバー加熱手段が備えられている。バー加熱手段の昇温量を大きくすればスケールオフ量が増加し、小さくすればスケールオフ量は減少する。

そこで、本発明のスケールオフ制御では、前記の本発明のスケールオフ量算出方法により実際のスケールオフ量を算出し、スケールオフ量の予測値との誤差が生じていた場合には、前記算出したスケールオフ量に基づいて、加熱炉におけるスラブ加熱条件（たとえば抽出温度）、粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数、粗圧延機出側におけるシートバーの板厚、粗圧延機出側におけるバー加熱手段の昇温量のうち少なくとも１つを変更することにより、後に圧延されるコイルのスケールオフ量を制御する。例えば、算出したスケールオフ量が予測値よりも少なかった場合には、（１）加熱炉におけるスラブの抽出温度を上げる、（２）粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数を増やす、（３）粗圧延機出側におけるシートバーの板厚を薄くする、（４）粗圧延機出側におけるバー加熱手段の昇温量を上げる、のうちの１つまたは２つ以上を組み合わせて実施する。

なお、加熱炉の抽出温度の変更は、加熱炉全体の熱容量が大きいため時間がかかるので、応答性の点からは、粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数、粗圧延機出側におけるシートバーの板厚、粗圧延機出側におけるバー加熱手段の昇温量のうち少なくとも１つを変更することが好ましい。
このように、算出した正確なスケールオフ量に基づいてスケールオフ制御を行なうことにより、製品の高品質化と高歩留り化とを達成することができる。

なお、以上の実施形態では、加熱炉におけるスケールオフ量をスラブ抽出温度により制御しているが、本発明はこれに限定されるものではない。スラブ抽出温度に代えて、またはスラブ抽出温度に加えて、加熱時間（在炉時間）や加熱炉内の酸素濃度等、スケール生成量に影響する他の加熱炉条件を用いて制御してもよく、同様の効果が得られる。

要求されるスケールオフ量が1.00％のスラブ（スラブ厚235ｍｍ）を連続して熱間圧延する圧延サイクルにおいて、スラブの加熱炉抽出温度目標を1190℃として熱延鋼帯の製造を行なった。
先行するスラブに対し、加熱炉装入前のスラブ重量と、仕上圧延前のシートバーのクロップカット重量と、巻き取り後コイル重量とからスケールオフ量を算出したところ、0.95％であった。そこで加熱炉を昇温し、抽出温度目標を1220℃に変更した。

その結果、前記先行するスラブから10本後のスラブにおいてスケールオフ量を同様に算出したところ1.00％となり、要求されるスケールオフ量を達成できた。

要求されるスケールオフ量が1.00％のスラブ（スラブ厚235ｍｍ）を連続して熱間圧延する圧延サイクルにおいて、粗圧延機出側におけるシートバーの板厚を37ｍｍとして熱延鋼帯の製造を行なった。
先行するスラブに対し、加熱炉装入前のスラブ重量と、仕上圧延前のシートバーのクロップカット重量と、巻き取り後コイル重量とからスケールオフ量を算出したところ、0.95％であった。そこで粗圧延機出側におけるシートバーの板厚を35ｍｍに変更した。

その結果、粗圧延機出側におけるシートバー板厚を変更したスラブにおいてスケールオフ量を同様に算出したところ1.00％となり、要求されるスケールオフ量を達成できた。

要求されるスケールオフ量が1.10％のスラブ（スラブ厚235ｍｍ）を連続して熱間圧延する圧延サイクルにおいて、粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数をそれぞれ６回とし、粗圧延機出側におけるバー加熱手段を使用して、熱延鋼帯の製造を行った。
先行するスラブに対し、加熱炉装入前のスラブ重量と、仕上圧延前のシートバーのクロップカット重量と、巻き取り後コイル重量とからスケールオフ量を算出したところ、1.00％であった。そこで粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数をそれぞれ８回とし、粗圧延機出側におけるバー加熱手段の昇温量をバー全長にわたって15℃増加した。

その結果、粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数とバー加熱手段の昇温量を変更したスラブにおいてスケールオフ量を同様に算出したところ、1.12％となり、要求されるスケールオフ量を達成できた。

熱間圧延ラインにおいて、加熱炉装入前のスラブ重量と、仕上圧延前のシートバーのクロップカット重量と、巻き取り後コイル重量とから正確なスケールオフ量を算出し、それに基づいて加熱炉におけるスラブの抽出温度、粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数、粗圧延機出側におけるシートバー板厚、および粗圧延機出側におけるバー加熱手段の昇温量のうち少なくとも１つを変更する本発明のスケールオフ制御を１カ月間継続して行なった。

その結果、スケールオフ量を予測計算で行なっていた従来と比較して、欠陥発生率が2.0％から1.0％に減少し、歩留りも88％から92％に向上し、本発明の効果が確認できた。

本発明のスケールオフ制御の構成を示す構成図である。 本発明に係わる鋼帯の熱間圧延の工程図である。 本発明に係わる加熱炉抽出温度とスケールオフ量との関係の一例を示すグラフである。 本発明に係わるスケールオフ量と表面欠陥不良率との関係の一例を示すグラフである。 従来の技術を説明するグラフである。

Claims (4)

1. 鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量を、加熱炉装入前のスラブ重量から、仕上圧延前のシートバーのクロップカット重量と圧延巻き取り後のコイル重量を引くことによって算出することを特徴とする鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量算出方法。
2. 前記クロップカット重量が、画像処理手段によりクロップの平面形状を測定して求めたものであることを特徴とする請求項１に記載の鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ量算出方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のスケールオフ量算出方法により算出したスケールオフ量に基づいて、後に圧延されるスラブのスケールオフ量を制御することを特徴とする鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ制御方法。
4. 前記のスケールオフ量の制御を、加熱炉におけるスラブの加熱条件、粗圧延における水平圧延回数およびデスケーリング回数、粗圧延機出側におけるシートバーの板厚、粗圧延機出側におけるバー加熱手段の昇温量のうち少なくとも１つを変更することにより行なうことを特徴とする請求項３に記載の鋼帯の熱間圧延におけるスケールオフ制御方法。

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