JP2010214376A - 厚鋼板の温度保証システムおよび厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚鋼板製造ラインにおける鋼板の温度保証システムと寸法形状に優れる厚鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】仕上げ圧延機と当該仕上げ圧延機の下流側の搬送ライン上に配置された冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて前記仕上げ圧延機の前後と、前記冷却装置の前後で鋼板温度を測定する温度測定手段と、前記鋼板温度測定手段で測定された鋼板温度を解析する温度実績解析手段を備え、前記温度測定手段は、前記仕上げ圧延機の前面にはスポット型放射温度計を、前記仕上げ圧延機の後面および前記冷却装置の前後面にはスポット型放射温度計と走査型放射温度計を前記搬送ラインの上方に配置し、前記搬送ラインの下方には、これらスポット型放射温度計と走査型放射温度計の、搬送ラインを挟んで対向する位置に、スポット型ファイバー温度計を配置する。冷却装置の後面に配置するスポット型放射温度計は、高温測定用と低温測定用の２仕様の複数台とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚鋼板製造ラインにおける鋼板の温度保証システムおよびそれを用いて形状に優れた厚鋼板を製造する方法に関し、特に制御圧延や加速冷却される厚鋼板の全面の材質保証用として好適なものに関する。

ミクロ組織を結晶粒径が１μｍ程度の微細組織として鋼板の強度・靭性を向上させるＴＭＣＰを用いて材質を制御する鋼板や、内部応力を制御して反りなどの変形の少ない鋼板を製造するためには、制御圧延の開始温度、終了温度、加速冷却の冷却開始温度、冷却停止温度を厳密に管理することが必要とされるため、鋼板温度を精度良く測定する測定方法や、温度計の配置を工夫した冷却設備が種々提案されている。

特許文献１は、熱間圧延鋼板の冷却制御装置に関し、冷却時における板巾方向反りによる形状不良を防止するため、鋼板温度を測定して、冷却装置の上下に配設されている各ノズルからの冷却水量や冷却開始、終了を厳格に制御することおよび仕上げ圧延機の後面、冷却装置の前後面、および内部に光ファイバー温度計を配置することが記載されている。

特許文献２は、制御冷却鋼板の形状制御方法に関し、加速冷却鋼板の常温冷却後形状を冷却直後形状と鋼板温度履歴とから推定し、次材の形状を確保することおよび加速冷却装置の内部に鋼板表裏面温度測定温度計、直後に鋼板表面温度分布計（サーモトレーサ）と鋼板表面温度計を配置することが記載されている。

特許文献３は、厚鋼板冷却方法に関し、鋼板形状の平坦度向上と材質の均一化を図るため、仕上げ圧延後、デスケまたは表面膜塗布によりスケール厚みのバラツキを１０μｍ以下として、制御冷却することおよび制御冷却装置の前に鋼板表面温度計として放射温度計を配置することが記載されている。

特公平７−４１３０３号公報 特開平１０−５８６８号公報 特開２００１−３００６２７号公報

ところで、最近、製造条件変動に対する材質敏感性が高い高Ｎｉ鋼を直接焼入れ法で製造したり、合理化のためＴＭＣＰの適用対象が拡大することにより、ユーザから製品の板全面の材質保証が要求されることが増加し、寸法形状への要求も厳しくなっている。

厚鋼板は連続式加熱炉、デスケデバイス、冷却設備等の操業条件により板厚方向や板面内の温度分布が不均一となりやすく、その結果、材質も不均一で、寸法形状も劣化しやすい。

材質不均一を解消するための対策として、例えば、搬送ラインの上方に取り付けた放射温度計により、鋼板の温度を測定し、その測定温度が管理温度範囲に入っている場合、品質判定合格とし、外れている場合、品質判定不合格とすることが行われていた。

しかしながら、上記放射温度計による温度測定結果を用いた品質判定は、搬送ライン幅方向中央の上面に取り付けた放射温度計により、鋼板の幅方向中央部の温度を測定し、その測定温度と各管理温度範囲を対比させるもので、品質判定も中央の温度のみで実施するため、中央部以外の材質保証は、不十分であった。

更に、大板の、圧延方向のトップ、ミドル、エンドの各位置から採取した試験片で各種の材料試験を実施する方法は、当該鋼板の圧延及び剪断後、数日を要するため、パイプ材など同一製造条件で大量に製造する場合、大量不適合が発生する場合もあった。

また、鋼板幅方向や鋼板長さ方向の中央部での温度測定のみでは、温度むらの実績評価が出来ないため、温度むらを発生させる加熱炉、圧延機、および冷却設備の制御が十分できなかった。

そこで、本発明は、厚鋼板の製造ラインで鋼板温度を測定する温度計を適切に配置することにより、厚鋼板の板厚方向および板面内の材質均一性と寸法形状を向上させる操業管理が可能な、厚鋼板の温度保証システムおよびそれを用いた厚鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１． 仕上げ圧延機と当該仕上げ圧延機の下流側の搬送ライン上に配置された冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて前記仕上げ圧延機の前後と、前記冷却装置の前後で鋼板温度を測定する温度測定手段と、前記鋼板温度測定手段で測定された鋼板温度を解析する温度実績解析手段を備えた厚鋼板の温度保証システムであって、
前記温度測定手段は、前記仕上げ圧延機の前面にはスポット型放射温度計を、前記仕上げ圧延機の後面および前記冷却装置の前後面にはスポット型放射温度計と走査型放射温度計を前記搬送ラインの上方に配置し、前記搬送ラインの下方には、これらスポット型放射温度計と走査型放射温度計の、搬送ラインを挟んで対向する位置に、スポット型ファイバー温度計を配置し、前記走査型放射温度計と対向する位置に配置される前記スポット型ファイバー温度計は、前記走査型放射温度計の走査方向に複数台適宜の間隔で配置され、前記温度実績解析手段は、前記温度測定手段で計測された温度から鋼板温度を求めることを特徴とする厚鋼板の温度保証システム。
２．前記冷却装置の後面にはスポット型放射温度計と、走査型放射温度計をそれぞれ複数台配置し、前記冷却装置の後面に配置するスポット型放射温度計と走査型放射温度計は、それぞれ高温度域測定用と低温度域測定用の複数台であることを特徴とする１記載の厚鋼板の温度保証システム。
３．１または２記載の厚鋼板の温度保証システムで測定した鋼板温度分布をもとに、次材の製造で加熱炉、圧延機および冷却設備のうちの少なくとも一つの設備の操業条件を制御して形状不良を防止することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
４．形状不良を防止するため、加熱炉の場合は、加熱炉内の上下温度および／または上下ガス流量比、圧延機の場合は、上下ロールの周速および／またはデスケーリング水量、冷却設備の場合は、板幅方向、板長方向の水量または上下水量比の少なくとも一つを制御することを特徴とする３記載の厚鋼板の製造方法。

本発明によれば、仕上げ圧延後、加速冷却や直接焼入れされる厚鋼板の材質および形状を全面に亘って保証することが可能となる。また、圧延直後に全面の温度合否を判定できるため、次材以降の鋼板の温度をコントロールすることで大量不適合の発生を防止することが可能で産業上極めて有用である。

本発明に係る温度測定システムの概要を示す図。 図１に示した温度測定手段を用いて、寸法形状に優れた厚鋼板を製造する方法を説明する図。

本発明に係る温度保証システムは、温度測定手段と温度実績解析手段を有する。製造ラインにおいて厚鋼板の全面の温度を測定することは技術的に困難なため、本発明で温度測定手段は温度計として、搬送ラインの上方にはスポット型放射温度計と走査型放射温度計を、下方には、スポット型ファイバー温度計、例えば光ファイバーを用いたスポット型放射温度計（以降、光ファイバー放射温度計）を用い、複数の温度計で測定した温度を収集するためパーソナルコンピューター（以降、ＰＣ）を用いる。

本発明では、上記温度計を適宜組み合わせて、製造ライン上で全面の温度履歴を保証するために最低限必要な温度測定位置を１．仕上げ圧延機の前後面および２．冷却装置の前後面として温度計を配置する。鋼板の上下面の温度差が著しい場合、上下面の材質特性が異なることが考えられるため、温度は上下面で測定する。

尚、本発明で仕上げ圧延機前（後）面に温度計を設置するとは、仕上げ圧延機の前（後）方直近に、他の機器より仕上げ圧延機に近い場所に温度計を配置することを意味する。冷却装置の場合も同様とする。

スポット型放射温度計は、搬送ラインの上方で、仕上げ圧延機の前後面と、冷却装置の前後面に配置する。

仕上げ圧延機の前後面に配置するスポット型放射温度計は、複数台とすることが望ましい。１台の場合に発生する温度計異常時のミル停止を防止したり、大量に生産するラインパイプ材の製造の際の測定温度の信頼性を向上させることができる。複数台の配置位置は特に規定しないが、搬送方向に並べることが望ましい。

冷却装置の前後面に配置するスポット型放射温度計は、前面を単数、後面は高温測定用と低温測定用の２仕様の複数台とする。

冷却装置では冷却停止温度６００℃前後の加速冷却や冷却停止温度が室温以下となる直接焼入れなど、冷却停止温度が低温から高温までの広範囲に変動するため、温度測定も広範囲の測定が必要となる。

低温から高温（１００〜７００℃程度）までの広範囲の温度測定では温度計の分解能（±５℃）が確保できない。そのため、最低限として、高温測定用と低温測定用の２仕様の温度計を設置する必要がある。冷却装置に近い側には高温測定用、離れた側には低温測定用を配置する。

走査型放射温度計は、搬送ラインの上方で、仕上げ圧延機の後面と、冷却装置の前後面に、鋼板の幅方向を走査するように、搬送ラインの幅方向を走査方向として配置する。好ましくはスポット型放射温度計と近接して配置する。

仕上げ圧延機の後面で測定される圧延仕上げ温度と、冷却装置の前後面で測定される鋼板温度は、材質に及ぼす影響が大きいため、鋼板幅方向に測定して材質均一性を保証する。

光ファイバー放射温度計は、搬送ラインの下方に配置する。水及び水蒸気等により環境が悪く、全面の温度を測定する走査型の放射温度計を設置することができない。特に仕上げ圧延機の直近の下流側にＣＲシャワーに設置した場合、仕上げ圧延機の後面において温度計測の環境は悪化する。

そのため、搬送ラインの下方には光ファイバーを用いたスポット型放射温度計（以降、光ファイバー放射温度計）を配置する。

光ファイバー放射温度計は、仕上げ圧延機の前後面や冷却装置の前後面に配置するスポット型放射温度計の、搬送ラインの下方で、搬送ラインを挟んで、対向する位置に配置する。

また、仕上げ圧延機の後面や冷却装置の前後面に配置する走査型放射温度計の搬送ラインの下方で、搬送ラインを挟んで、対向する位置に、走査型放射温度計の走査方向に沿って複数台を配置する。

光ファイバー放射温度計は数が多いほど、幅方向の温度分布を定量的に把握できるが、コスト及びメンテナンスの観点より、１箇所／ｍの間隔が最低限となる。尚、スポット型放射温度計に対向して光ファイバー放射温度計を配置する場合、搬送ラインの幅方向に複数台を配置することが望ましい。

図１に、上述した鋼板温度測定手段を備えた本発明に係る温度測定システムの概要を示す。図において、１は加熱炉、２は仕上げ圧延機、３は鋼板、４はＣＲシャワー、５は冷却装置、６、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは走査型放射温度計で、６ｃは高温測定用、６ｄは低温測定用、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは光ファイバー放射温度計で７ｃは高温測定用、７ｄは低温測定用、８は制御圧延開始温度、仕上温度収集ＰＣ，９は冷却開始温度収集ＰＣ，１０は冷却停止温度収集ＰＣ、１１、１１ａは温度実績解析ＰＣを示す。但し、図ではスポット型放射温度計は省略した。

厚鋼板の製造ラインは、加熱炉１、仕上げ圧延機２、ＣＲシャワー４および冷却装置５を備え、図は鋼板３が、仕上げ圧延機２とＣＲシャワー４の間に位置している状態を示す。

仕上げ圧延機の前後面に配置されたスポット型放射温度計（図では略）、後面に配置された走査型放射温度計６ａと光ファイバー放射温度計７ａで構成された鋼板温度測定手段で測定された温度は、制御圧延開始温度、仕上温度収集ＰＣ８に取り込まれる。

冷却装置５の前面に配置されたスポット型放射温度計（図では略）と走査型放射温度計６ｂと光ファイバー放射温度計７ｂで測定された温度は、冷却開始温度収集ＰＣ９に取り込まれる。

冷却装置５の後面に配置されたスポット型放射温度計（図では略）、と走査型放射温度計６ｃ、６ｄと光ファイバー放射温度計７ｃ、７ｄで構成された鋼板温度測定手段で測定された温度は、冷却停止温度収集ＰＣ１０に取り込まれる。

制御圧延開始温度、仕上温度収集ＰＣ８、冷却開始温度収集ＰＣ９および冷却停止温度収集ＰＣ１０は、各々表面温度収集ＰＣ１３と裏面温度収集ＰＣ１２で構成され、鋼板表面温度と裏面温度のそれぞれが、温度実績解析ＰＣ１１ａに取り込まれる。

実機生産においては、操業管理温度（制御圧延開始温度、鋼板仕上げ温度、冷却開始温度、冷却停止温度）範囲と温度実績解析ＰＣ１１ａに取り込まれた温度測定実績を比較し、品質判定を実施することで、全面の材質を保証する。

図２は図１に示した温度測定手段を用いて、寸法形状に優れた厚鋼板を製造する方法を説明する図で、圧延機２、冷却装置５の直近の下流側において鋼板上面、下面の温度を、走査型表面温度計６、光ファイバー放射温度計７で測定する例を示している。

裏面温度収集ＰＣ１２、表面温度収集ＰＣ１３および温度実績解析ＰＣ１１ａは、測定された温度から、鋼板上面、下面における温度分布を求める。

圧延機２、冷却装置５の直近の下流側には歪計（鋼板の寸法形状測定装置）を設置して、鋼板の寸法形状を測定し、良好な寸法形状が得られる温度分布を予め求めておく。

実製造では、まず、圧延機２、冷却装置５の下流側における温度分布を求める。当該温度分布が良好な寸法形状が得られる場合の温度分布と相違する場合、次材の製造で、加熱炉、圧延機２、ＣＲシャワー４および冷却装置５の操業条件を調整する。

加熱炉では、加熱炉内の上下温度および／または上下ガス流量比、圧延機２では、上下ロールの周速および／またはデスケーリング水量、ＣＲシャワー４、冷却装置５では、板幅方向、板長方向の水量または上下水量比の少なくとも一つを制御する。

本発明によれば、材料試験不合格率が０．０８％から０．０６％に低下し、反り修正時間が２０％低減し、鋼板の形状不良が１０％抑止されるなどの効果が得られる。

１ 加熱炉
２ 仕上げ圧延機
３ 鋼板
４ ＣＲシャワー
５ 冷却装置
６、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 走査型放射温度計
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 光ファイバー放射温度計
８ 制御圧延開始温度、仕上温度収集ＰＣ
９ 冷却開始温度収集ＰＣ
１０ 冷却停止温度収集ＰＣ
１１、１１ａ 温度実績解析ＰＣ
１２ 裏面温度収集ＰＣ
１３ 表面温度収集ＰＣ

Claims (4)

1. 仕上げ圧延機と当該仕上げ圧延機の下流側の搬送ライン上に配置された冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて前記仕上げ圧延機の前後と、前記冷却装置の前後で鋼板温度を測定する温度測定手段と、前記鋼板温度測定手段で測定された鋼板温度を解析する温度実績解析手段を備えた厚鋼板の温度保証システムであって、
   前記温度測定手段は、前記仕上げ圧延機の前面にはスポット型放射温度計を、前記仕上げ圧延機の後面および前記冷却装置の前後面にはスポット型放射温度計と走査型放射温度計を前記搬送ラインの上方に配置し、前記搬送ラインの下方には、これらスポット型放射温度計と走査型放射温度計の、搬送ラインを挟んで対向する位置に、スポット型ファイバー温度計を配置し、前記走査型放射温度計と対向する位置に配置される前記スポット型ファイバー温度計は、前記走査型放射温度計の走査方向に複数台適宜の間隔で配置され、前記温度実績解析手段は、前記温度測定手段で計測された温度から鋼板温度を求めることを特徴とする厚鋼板の温度保証システム。
2. 前記冷却装置の後面にはスポット型放射温度計と、走査型放射温度計をそれぞれ複数台配置し、前記冷却装置の後面に配置するスポット型放射温度計と走査型放射温度計は、それぞれ高温度域測定用と低温度域測定用の複数台であることを特徴とする請求項１記載の厚鋼板の温度保証システム。
3. 請求項１または２記載の厚鋼板の温度保証システムで測定した鋼板温度分布をもとに、次材の製造で加熱炉、圧延機および冷却設備のうちの少なくとも一つの設備の操業条件を制御して形状不良を防止することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
4. 形状不良を防止するため、加熱炉の場合は、加熱炉内の上下温度および／または上下ガス流量比、圧延機の場合は、上下ロールの周速および／またはデスケーリング水量、冷却設備の場合は、板幅方向、板長方向の水量または上下水量比の少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項３記載の厚鋼板の製造方法。

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