JP2008212956A - 熱間圧延における脱スケール装置の使用方法およびそれを用いた熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱炉内で十分に加熱されていない加熱不足の状態で被圧延材が抽出されたり、粗圧延中に搬送に何らかの支障が生じて粗圧延所要時間が予定よりも長くかかったような場合でも、予定より低い温度で仕上圧延されてしまって仕上圧延後製品の機械的品質が確保できなくなるのを防止する。
【解決手段】熱間圧延ラインにて、加熱炉から抽出する時点での被圧延材の温度が、予定より低い場合に、粗圧延機及び／又は仕上圧延機の脱スケール装置の使用数を予定よりも減らす。又は、仕上圧延機入側に到達した時点での被圧延材の温度が、予定より低い場合に、仕上圧延機の脱スケール装置の使用数を予定よりも減らす。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間圧延における脱スケール装置の使用方法およびそれを用いた熱間圧延方法に関する。

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、一対または複数対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させることで薄く延ばすことをいう。熱間圧延ラインには、図４（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１基が一方向のタイプ等も含め、３／４連続という）のもの、あるいは、図示していないが、６基の粗圧延機で一方向圧延を行うもの、などがある。

これら熱間圧延ラインは、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粗圧延機や仕上圧延機の入側に付設する形で熱間圧延ライン全体として複数設置されていることが多く、さらにその原理は、高圧の水ジェットである場合が殆どである。

図４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、Ｆ１〜Ｆ６は仕上圧延機、１８Ａ、１８Ｂはコイラである。

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５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。

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１１００℃の被圧延材１２Ａ〜１２Ｄに続いて、加熱温度目標が１１５０℃の被圧延材１２Ｅ〜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１２Ｅ、１２Ｆ）において、炉温の設定が変更になっても、すぐに被圧延材の加熱温度実績が追随せず、加熱温度目標を下回る加熱不足状態となる。

この加熱炉抽出時の加熱不足は、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低め外れとなる。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、ある一定の温度を下回ると、そのままでは予定より低い温度で仕上圧延され、仕上圧延後の製品は、上記した機械的品質が確保できなくなる場合がある。

もちろん、被圧延材が加熱不足の場合に、昇温するまで待てばよいわけであるが、生産能率が低下するため、他の救済方法があればそれにこしたことはない。

あるいは、加熱炉抽出時の被圧延材の温度は十分確保できていたとしても、粗圧延中にある粗圧延機のサイドガイドに引っ掛かるなど、搬送に何らかの支障が生じて粗圧延所要時間が予定よりも長くかかったような場合にも、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低め外れとなって同様の問題が起こる。

特許文献１では、加熱不足とは逆に、過加熱の被圧延材を粗圧延する際、粗圧延機のデスケーリング装置の使用数を増やすことを提案している。
特開２００２−１２６８１４号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、加熱不足には対処できないという問題点を有していた。

本発明は、前記従来技術の問題を解決するべくなされたもので、加熱炉内で十分に加熱されていない加熱不足の状態で被圧延材が抽出されたり、粗圧延中に搬送に何らかの支障が生じて粗圧延所要時間が予定よりも長くかかったような場合でも、予定より低い温度で仕上圧延されてしまって仕上圧延後製品の機械的品質が確保できなくなるのを防止することを目的とする。

すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）熱間圧延ラインにて、加熱炉から抽出する時点での被圧延材の温度が、予定より低い場合に、粗圧延機及び／又は仕上圧延機の脱スケール装置の使用数を予定よりも減らすことを特徴とする熱間圧延における脱スケール装置の使用方法。
（２）熱間圧延ラインにて、仕上圧延機入側に到達した時点での被圧延材の温度が、予定より低い場合に、仕上圧延機の脱スケール装置の使用数を予定よりも減らすことを特徴とする熱間圧延における脱スケール装置の使用方法。
（３）（１）又は（２）の熱間圧延における脱スケール装置の使用方法を用いた熱間圧延方法。

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の低め外れにより、予定より低い温度で仕上圧延されてしまって仕上圧延後の製品の機械的品質が確保できなくなるのを防止できる。

（第１の実施の形態）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の熱間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つの圧延機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で構成され、例えばＲ１及びＲ２でリバース圧延を行う粗圧延機（Roughing Mill）１４と、同じく被圧延材の熱間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つの圧延機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の各圧延機入側及び仕上圧延機１６入側に設置された脱スケール装置１３を備えた熱間圧延ラインの場合を例にとって説明する。

図１において、１８Ａ、１８Ｂは、仕上圧延された被圧延材を交互に巻取るためのコイラである。

本発明では、図１中に符号１３で示す脱スケール装置をどのように使うか、がポイントになる。

もしもいま、丁度適正温度（予定していた温度）に加熱炉にて加熱されたならば、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予定の被圧延材１２があるとする。表１中の○の数が、予定とする脱スケール装置の使用数に相当する。

表１中、ＨＳＢは、図２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のことを指す。Ｒ１−１、２、３は、Ｒ１の１、２、３パス目の脱スケール装置からの水の噴射の有無、すなわち、脱スケール装置の使用、不使用を示しており、同様に、Ｒ２−１、２、３は、Ｒ２の１、２、３パス目の、Ｒ３（１パスのみ）はＲ３の、脱スケール装置の使用、不使用をそれぞれ示している。

この脱スケール装置１３の使用パターン（以下、脱スケールパターンと称する）、脱スケール装置１３の使用数は、該被圧延材１２の属性、主として材質、例えば金属中のＣが質量％で０．０１％未満の極低炭素鋼であるとか、同０．０１％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が質量％で５％以上であるとか、Ｎｉが０．５％以上であるとかいった材質や、加熱炉にて加熱する際の被圧延材の厚さなどにより、予め被圧延材１２の圧延前に適宜決定され、図１中に符号４８で示される脱スケールパターン設定装置内に決定され、記憶されている。（ここに例として挙げる被圧延材１２とは材質の異なるスケール難剥離材のような場合は、全部の脱スケール装置を使用する場合もある。）

そして、該被圧延材１２が熱間圧延ライン上に抽出されるごとに、個々の被圧延材１２の属性データとしてその個々の被圧延材１２に紐付けされ、該被圧延材１２の搬送、圧延処理の進展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搬送されていく。該被圧延材１２が搬送されてくると、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。

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から抽出する時点で十分に加熱されないまま抽出されたとする。本実施形態は、この加熱不足の程度に応じ、適宜、粗圧延機及び／又は仕上圧延機の脱スケール装置の使用数を減らす、というものである。

例えば、脱スケール水を噴射する箇所を１箇所減らす、すなわち、脱スケール装置の使用数を１つ減らすと、仕上圧延機１６の入側温度に換算して１０℃の被圧延材１２の温度上昇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℃低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、すなわち、脱スケール装置の使用数を、本来の脱スケールパターンに対し、２箇所減らせばよい。以上の例のようにはちょうど割り切れない場合は、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、どこの箇所を減らすか、は表１（２）の例に示すものに限るものではなく、例えば、表１（３）〜（７）の例に示すように、加熱炉からの抽出からＲ１−１に至るまでと仕上圧延機入側のＦＳＢ（Finisher Scale Breaker）ではともに最低１箇所は水を噴射、すなわち、脱スケール装置を使用することを限度として、適宜決めれば良い。このような要領で、加熱不足の程度に応じ、適宜、脱スケール水を噴射する箇所を減ら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。

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、も経験的な方法により、あるいは詳説しない搬送時間スケジュール予測装置３２内で行われる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）の結果に基づいて、予測する。

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、仕上圧延機の入側での被圧延材１２の温度と、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、仕上圧延機の入側での被圧延材１２の温度を線形補完して予測する、という方法である。例えば、（ｉ）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℃、（ｉｉ）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、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１２の温度が上記（ｉ）（ｉｉ）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（ｉ）（ｉｉ）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１中４６で示される位置にくる。搬送時間スケジュール予測計算は相当複雑であるため、これの結果に基づく場合についても説明を省略する。

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３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における炉内搬送方向に同じ）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３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、最初に述べた加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度とすればよい。もちろん、本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的なある１点の温度を以って最初に述べ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し、あるいは、差分法に限らず、解析的な方法や有限要素法によるなどしてもよい。

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。

（第２の実施の形態）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以って最初に述べ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。

（第３の実施の形態）加熱炉抽出時の被圧延材の温度は十分確保できていたとしても、粗圧延中に搬送に何らかの支障が生じて粗圧延所要時間が予定よりも長くかかったような場合には、当然ながら、仕上圧延機入側に到達した時点での被圧延材の温度が、予定より低いことになるが、仕上圧延機入側に設置したホットメタルディテクタ等により、進行してくる被圧延材１２の先端を捉え、先述の図１中の搬送時間スケジュール予測装置にて予定していた該被圧延材１２の先端の該ホットメタルディテクタ等への到達予定時刻に対し、どれだけの時間遅れたか、を同装置にて計算し、それに応じて仕上圧延機入側の脱スケール装置ＦＳＢの使用数をどれだけ減らすかを、遅れた時間と温度降下量の関係の経験式（詳説しない）などにより計算する。

（第４の実施の形態）あるいは、第３の実施の形態と同様なケースで、予定時刻よりも遅れた分を、減らすべき脱スケール装置の使用数に換算するかわりに、第２の実施の形態では加熱炉内の抽出口近くに設置した温度計を仕上圧延機入側に設置し、温度不足に応じて仕上圧延機入側の脱スケール装置の使用数をどれだけ減らすか、に換算してもよい。

ここでは、本発明の第１の実施の形態の場合の方法を使用する。脱スケール水を噴射する箇所を１箇所減らす、すなわち、脱スケール装置の使用数を１つ減らすと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃の被圧延材１２の温度上昇が得られることが経験的にわかっていたとする。

ここで、いま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１０５０℃になって抽出されたとする。

すると、先述の線形の関係を外挿すると、仕上圧延機の入側温度に換算して、目標１０３０℃に対し予測１０２０℃と、１０℃低くなると予測されたとする。表１（８）〜（１２）のいずれの脱スケールパターンでもよいが、脱スケール水を噴射する箇所、すなわち、脱スケール装置の使用数を、本来の脱スケールパターンである表１（１）に対し、１箇所減らすように計算され、実際に１箇所の脱スケール装置からは水が噴射されないで被圧延材が仕上圧延されることになる。

そのようにすることで、予定より低い温度で仕上圧延されてしまって仕上圧延後の製品の機械的品質が確保できなくなるのを防止できる。

ここでは、本発明の第２の実施の形態の場合の方法を使用する。脱スケール水を噴射する箇所を１箇所減らす、すなわち、脱スケール装置の使用数を１つ減らすと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃の被圧延材１２の温度上昇が得られることが経験的にわかっていたとする。

ここで、いま加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度が、加熱炉内の抽出口近くに設置した温度計による被圧延材１２の表面温度実測値が、目標１１００℃に対し実績１０５０℃になって抽出されたとする。

そして、先述の線形の関係を外挿すると、仕上圧延機の入側温度に換算して、目標１０３０℃に対し予測１０２０℃と、１０℃低くなると予測されたとする。表１（８）〜（１２）のいずれの脱スケールパターンでもよいが、脱スケール水を噴射する箇所、すなわち、脱スケール装置の使用数を、本来の脱スケールパターンである表１（１）に対し、１箇所減らすように計算され、実際に１箇所の脱スケール装置からは水が噴射されないで被圧延材が仕上圧延されることになる。

そのようにすることで、予定より低い温度で仕上圧延されてしまって仕上圧延後の製品の機械的品質が確保できなくなるのを防止できる。

ここでは、本発明の第３の実施の形態の場合の方法を使用する。脱スケール水を噴射する箇所を１箇所減らす、すなわち、脱スケール装置の使用数を１つ減らすと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃の被圧延材１２の温度上昇が得られることが経験的にわかっていたとする。

ここで、いま加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度は目標通りであったが、粗圧延中にＲ１のサイドガイドに被圧延材が引っ掛かって搬送に支障が生じ、粗圧延所要時間が予定よりも３０秒長くかかったとする。

そして、粗圧延所要時間が１０秒長くかかるごとに、仕上圧延機の入側温度に換算して、３℃低くなることが経験的にわかっていたとする。

この場合、３０秒長くかかっているから９℃低くなると計算され、四捨五入すると１０℃になるため、表１（８）に示すように、脱スケール水を噴射する箇所、すなわち、脱スケール装置の使用数を、本来の脱スケールパターンである表１（１）に対し、ＦＳＢの１箇所を減らすように計算され、実際にその１箇所の脱スケール装置からは水が噴射されないで被圧延材が仕上圧延されることになる。

そのようにすることで、予定より低い温度で仕上圧延されてしまって仕上圧延後の製品の機械的品質が確保できなくなるのを防止できる。

ここでは、本発明の第４の実施の形態の場合の方法を使用する。脱スケール水を噴射する箇所を１箇所減らす、すなわち、脱スケール装置の使用数を１つ減らすと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃の被圧延材１２の温度上昇が得られることが経験的にわかっていたとする。

ここで、いま加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度は目標通りであったが、粗圧延中にＲ１のサイドガイドに被圧延材が引っ掛かって搬送に支障が生じ、粗圧延所要時間が予定よりも長くかかったとする。

そして、図示しない仕上圧延機入側に設置した温度計にて測定した被圧延材１２の表面温度実測値が、目標１０３０℃に対し予測１０２０℃であったとする。

この場合、表１（８）に示すように、脱スケール水を噴射する箇所、すなわち、脱スケール装置の使用数を、本来の脱スケールパターンである表１（１）に対し、ＦＳＢの１箇所減らすように計算され、実際に１箇所の脱スケール装置からは水が噴射されないで被圧延材が仕上圧延されることになる。

そのようにすることで、予定より低い温度で仕上圧延されてしまって仕上圧延後製品の機械的品質が確保できなくなるのを防止できる。

以上の通りであるが、本発明は、以上説明した実施の形態に限るものではない。また、本発明は、最初に登場した図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ほかのあらゆる熱間圧延ラインに適用可能である。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の低め外れにより、予定より低い温度で仕上圧延されてしまって仕上圧延後の製品の機械的品質が確保できなくなるのを防止できる。しかも、被圧延材が加熱不足の場合に昇温するまで待つことで生産能率が低下するのも防止できる。このように、本発明は、熱間圧延の分野で、大きな利用可能性をもつものといえる。

本発明の実施の形態を説明するための線図 本発明の実施の形態を説明するための線図 本発明の実施の形態を説明するための線図 従来からある熱間圧延ラインの例を説明するための線図 従来技術について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
１５ ファーネスコイラ
１６ 仕上圧延機
Ｆ１〜Ｆ７ 仕上圧延機
３０ 冷却制御装置
３２ 搬送時間スケジュール予測装置
３８ 記憶装置
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 (3)

1. 熱間圧延ラインにて、加熱炉から抽出する時点での被圧延材の温度が、予定より低い場合に、粗圧延機及び／又は仕上圧延機の脱スケール装置の使用数を予定よりも減らすことを特徴とする熱間圧延における脱スケール装置の使用方法。
2. 熱間圧延ラインにて、仕上圧延機入側に到達した時点での被圧延材の温度が、予定より低い場合に、仕上圧延機の脱スケール装置の使用数を予定よりも減らすことを特徴とする熱間圧延における脱スケール装置の使用方法。
3. 請求項１又は２の熱間圧延における脱スケール装置の使用方法を用いた熱間圧延方法。

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