JP2011140031A

JP2011140031A - 鋼板の材質保証設備

Info

Publication number: JP2011140031A
Application number: JP2010001061A
Authority: JP
Inventors: Koji Narihara; 浩二成原; Toshikazu Akita; 俊和秋田; Yukihiro Okada; 行弘岡田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2010-01-06
Publication date: 2011-07-21

Abstract

【課題】鋼板の板厚方向および鋼板面内の材質均一性を向上させる操業管理が可能な鋼板の材質保証設備を提供する。
【解決手段】仕上圧延機と加速冷却装置とを備えた鋼板製造ラインにおいて、鋼板温度を計測する温度計測手段と計測された鋼板温度を解析する温度実績解析手段１４とを備え、前記温度計測手段は、鋼板搬送ラインの上面側上方で、仕上圧延機２の前後面および加速冷却装置５の後面に設置されるスポット型放射温度計６および走査型放射温度計７と、前記鋼板搬送ラインの下面側で、上面側のスポット型放射温度計６＋に対応する位置に設置される光ファイバー放射温度計８と、前記走査型放射温度計の走査方向に対応する位置でライン幅方向に任意の間隔で複数台設置される光ファイバー放射温度計８とからなり、前記温度実績解析手段１４は、前記各温度計測手段で計測された鋼板温度から鋼板全体の温度分布を求める手段からなる鋼板の材質保証設備。
【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材質保証設備に関し、特に制御圧延や加速冷却される鋼板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Ｔｈｅｒｍｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｃｅｓｓ（以下、ＴＭＣＰと呼ぶ）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計測する計測方法や、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には、熱間圧延鋼板の冷却制御装置に関し、冷却時における板幅方向反りによる形状不良を防止するため、鋼板温度を計測して、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放射温度計を配置することが記載されている。

特許文献２には、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計測用温度計、加速冷却装置の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には、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、仕上圧延後、デスケーリング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面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

近年、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、ユーザから製品の鋼板全面の材質保証が要求されることが増加している。

厚鋼板は板厚方向や鋼板面内の温度分布が、連続式加熱炉、デスケーリング装置、冷却設備等によって不均一となりやすく、その結果、材質も不均一となりやすい。

その対策として、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、鋼板の温度を計測し、その計測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計測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計測し、その計測温度と各管理温度範囲を対比させるもので品質判定も鋼板の幅方向中央部の温度のみで実施するため、鋼板の幅方向中央部以外の材質保証は、不十分であった。

また、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、数日後に材料試験の結果がわかった時点では、既に大量の生産を終えた後であり、条件の最適化が間に合わず、大量不適合が発生する場合もあり得る。

そこで、本発明は、鋼板の製造ラインで鋼板温度を計測する温度計を適切に配置することにより、鋼板の板厚方向および鋼板面内の材質均一性を向上させる操業管理が可能な、鋼板の材質保証設備を提供することを目的とする。
なお、鋼板の通板方向（図１）の上手を前面、下手を後面と記す。

上記の課題を解決するために、本発明は、以下の特徴を有する。

第一の発明は、仕上圧延機と仕上圧延機の下流側の鋼板搬送ライン上に設置された加速冷却装置とを備えた鋼板製造ラインにおいて、鋼板温度を計測する温度計測手段と計測された鋼板温度を解析する温度実績解析手段とを備え、前記温度計測手段は、鋼板搬送ラインの上面側上方で、仕上圧延機の前後面および加速冷却装置の後面のそれぞれの位置に設置されるスポット型放射温度計および走査型放射温度計と、前記鋼板搬送ラインの下面側で、前記上面側のスポット型放射温度計に対応する位置に設置される光ファイバー放射温度計と、前記走査型放射温度計の走査方向に対応する位置でライン幅方向に任意の間隔で複数台設置される光ファイバー放射温度計とからなり、前記温度実績解析手段は、前記各温度計測手段で計測された鋼板温度から鋼板全体の温度分布を求める手段からなることを特徴とする鋼板の材質保証設備である。

第二の発明は、前記仕上げ圧延機の前後面にスポット型放射温度計を複数台設置し、前記加速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設置し、前記加速冷却装置の後面に設置するスポット型放射温度計と走査型放射温度計は、それぞれ高温度域計測用と低温度域計測用の複数台であることを特徴とする第一の発明に記載の鋼板の材質保証設備である。

第三の発明は、前記加速冷却装置の後面に設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２００℃以上７００℃以下の温度範囲を計測する高温度域計測用温度計と、５０℃以上３００℃以下の温度範囲を計測する低温度域計測用温度計との複数台とからなることを特徴とする第二の発明に記載の鋼板の材質保証設備である。

本発明によれば、仕上圧延後、加速冷却や直接焼入れされる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、圧延直後に鋼板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となり産業上極めて有用である。

本発明に係る鋼板の材質保証設備の概要の一実施の形態を示す図である。本発明に係る温度情報の伝達フローを説明する図である。本発明に係る上下面温度情報の伝達フローを説明する図である。

本発明に係る鋼板の材質保証設備は、温度計測手段と温度実績解析手段とを有する。鋼板の製造ラインにおいて、鋼板全面の温度を計測することは技術的に困難であるため、本発明で温度計測手段は温度計として、鋼板搬送ライン上面の上方にスポット型放射温度計と走査型放射温度計を、下面には光ファイバーを用いたスポット型放射温度計（以下、光ファイバー放射温度計と呼ぶ）を用い、複数の温度計で計測した温度を収集するためにプロセスコンピュータ(以下、ＰＣと呼ぶ)を用いる。

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

尚、本発明で仕上圧延機前後面に温度計を設置するとは、仕上圧延機の前方および後方直近に、他の機器より仕上圧延機に近い場所に温度計を設置することを意味する。加速冷却装置の場合も同様とする。

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

仕上圧延機の前後面に設置するスポット型放射温度計（６ａ、６ｂ）は、複数台設置することによって、温度計異常検出の相互チェックが可能となり、より好ましい。温度計１台の場合に比較して、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等の製造の際の計測温度の信頼性を向上させることができるからである。温度計の複数台の設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。

また、仕上圧延においては、温度計が仕上圧延機の前面および後面の両方にある場合は、何れの側でも制御圧延開始温度や圧延仕上温度を計測できるので、制御圧延の開始パスや圧延仕上げパスを仕上圧延機の後面側に限定されることがなく、圧延パススケジュールの設定の自由度が広がる。

すなわち、制御圧延は、仕上圧延の１パス目から開始するとは限らず、複数パス圧延してから実施される場合が多い。その場合、仕上圧延機の前面または後面のいずれかの温度計を用いて、制御圧延に適切な温度に至ったか否かの判定ができて、これにより制御圧延開始時の温度を特定可能であり、また、圧延終了時の圧延仕上温度も測定できるわけである。

さらに、仕上圧延機を空パスで通す場合もあり、温度計が圧延機の前後面のいずれにもあれば、制御圧延開始時のパスが製造ラインの通板方向に限定されることなく、制御圧延の当初の圧延パスを、何れの温度計設置方向からも開始でき、制御圧延開始温度が測定でき、また、最終パスを前面、後面の何れで終了させても、圧延仕上温度が測定できるわけである。

加速冷却装置の後面に設置するスポット型放射温度計（６ｃ、６ｄ）および走査型放射温度計（７ｃ、７ｄ）は、加速冷却装置の後面は高温度域計測用温度計と低温度域計測用温度計の２仕様の複数台とする。

加速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近傍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、温度計測も広範囲の計測が必要となる。

しかし、低温から高温(５０〜７００℃程度)までの広範囲の温度計測では温度計の分解能を±５℃以内に保つことは難しいため、最低限、高温度域計測用温度計（６ｃ、７ｃ）と低温度域計測用温度計（６ｄ、７ｄ）の２種類の温度計を設置する必要がある。加速冷却装置の機側から搬送ラインの下流方向に向かって高温度域計測用温度計（６ｃ、７ｃ）、低温度域計測用温度計（６ｄ、７ｄ）の順に設置するとよい。なお、２００℃以上７００℃以下の温度範囲を計測する高温度域計測用温度計（６ｃ、７ｃ）と、５０℃以上３００℃以下の温度範囲を計測する低温度域計測用温度計（６ｄ、７ｄ）を用いることによって、分解能±５℃を確保できて、精度の良い温度計測が可能となる。

また、仕上圧延機の前後面で計測される制御圧延開始温度・圧延仕上温度と、加速冷却装置の後面で計測される鋼板温度は、材質に及ぼす影響が大きいため、鋼板幅方向にも温度計測を行って、鋼板全体の温度の均一性により材質均一性を保証する必要がある。

従って、走査型放射温度計は、搬送ラインの上面側の上方で、仕上圧延機の前後面（７ａ、７ｂ）と、加速冷却装置の後面（７ｃ、７ｄ）に、鋼板の幅方向を走査するように設置する。幅方向走査型を設置することにより、鋼板の長手方向への移動によって鋼板全面の温度測定が可能になるからである。また、好ましくはスポット型放射温度計と近接して設置するのが良い。これにより温度計異常検出の相互チェックも可能となり計測温度の信頼性を向上することができる。
なお、走査型温度計としては、回転ミラー式やリニアレイ式等既存の温度計を温度計測場所にあわせて適宜選択すれば良い。

光ファイバー放射温度計は、搬送ラインの下面側に設置する。搬送ラインの下面側は、各種冷却水や水蒸気等が充満した環境にあり、更には仕上圧延機の直近の下流側にＣＲシャワーを設置した場合は、仕上圧延機の後面における温度計測環境は、より一層悪化することとなる。従って、通常のスポット型放射温度計や走査型放射温度計を圧延機の近傍かつ熱鋼板の下面側近傍に設置しても、精度良く長時間温度計測をすることは難しい。一方光ファイバー放射温度計は、各種冷却水や水蒸気の影響を受け難く、かつ、狭い空間に入れることが可能であるので、搬送ラインの下面側には光ファイバー放射温度計を用いることとした。

光ファイバー放射温度計は、搬送ラインの上面側で仕上圧延機の前後面や加速冷却装置の後面に位置するスポット型放射温度計の設置位置と搬送ラインを挟んで対応する搬送ラインの下面側に設置する。

また、仕上圧延機の前後面や加速冷却装置の後面に位置する走査型放射温度計の設置位置と搬送ラインを挟んで対応する搬送ラインの下面側の位置に、走査型放射温度計の走査方向に沿って光ファイバー放射温度計を複数台設置する。

光ファイバー放射温度計は設置数が多いほど、幅方向の温度分布を精度良く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の間隔が最大であって、これより狭くするのがよい。尚、搬送ライン上面側のスポット型放射温度計の設置位置に対応する搬送ライン下面側の位置に光ファイバー放射温度計を配置する場合は、搬送ラインの幅方向に複数台を設置しても良い。

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鋼板の材質保証設備の概要の一実施の形態を、図２に本発明に係る温度測定手段の構成の一部の例を示す。
鋼板の製造ラインは、加熱炉１、仕上圧延機２、ＣＲシャワー４および加速冷却装置５を備え、図1は鋼板３が、仕上圧延機２とＣＲシャワー４の間に位置している状態を示す。

６ａ〜６ｄはスポット型放射温度計、７ａ〜７ｄは走査型放射温度計で、６ａ、６ｂは仕上圧延中の鋼板上面の長さ方向の温度分布を計測し、７ａ、７ｂは仕上圧延中の鋼板上面の幅方向、長さ方向の温度分布を計測し、図２に示すとおり、そのデータは、制御圧延開始温度・仕上温度収集ＰＣ１１に送られる。６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄは加速冷却装置の出側に設置され、６ｃ、７ｃは高温度域計測用温度計、６ｄ、７ｄは低温度域計測用温度計であり、７ｃ、７ｄは加速冷却直後の鋼板上面の幅方向、長さ方向の温度分布を、６ｃ、６ｄは同じく、長さ方向の温度分布を計測し、そのデータは冷却停止温度収集ＰＣ１３に送られる。６ｃ、７ｃは加速冷却材の、６ｄ、７ｄは直接焼入材の温度管理にそれぞれ用いられる。

８ａ〜８ｄは光ファイバー放射温度計で、８ａ、８ｂは仕上圧延中の鋼板下面の幅方向、長さ方向の温度分布を計測し、そのデータは制御圧延開始温度・仕上温度収集ＰＣ１１に送られる。８ｃ、８ｄは加速冷却装置の出側に設置され、８ｃは高温度域計測用温度計、８ｄは低温度域計測用温度計であり、いずれも加速冷却直後の鋼板下面の幅方向、長さ方向の温度分布を計測し、そのデータは冷却停止温度収集ＰＣ１３に送られる。８ｃは加速冷却材の、８ｄは直接焼入材の温度管理に用いるとよい。

次に、各温度計で計測された鋼板温度情報が各ＰＣに送られるステップを図２および図３を用いて説明する。１１は制御圧延開始温度・仕上温度収集ＰＣ、１３は冷却停止温度収集ＰＣ、１４は温度実績解析ＰＣを示す。

仕上圧延機の前後面に設置されたスポット型放射温度計６ａ、６ｂと走査型放射温度計７ａ、７ｂで計測された鋼板上面温度情報及び光ファイバー放射温度計８ａ、８ｂで計測された鋼板下面温度情報は、それぞれ、上面温度収集ＰＣ１５ａ（前／後面）または下面温度収集ＰＣ１６ａ（前／後面）を経て、制御圧延開始温度・仕上温度収集ＰＣ１１に送られて、仕上圧延機の前後面における圧延開始温度、圧延終了温度等の圧延温度管理、鋼板幅、長さ方向の温度分布の管理が行われる。

加速冷却装置５の後面に設置されたスポット型放射温度計６ｃ、６ｄと走査型放射温度計７ｃ、７ｄで計測された鋼板上面温度情報及び光ファイバー放射温度計８ｃ、８ｄで計測された鋼板下面温度情報は、それぞれ、上面温度収集ＰＣ１５ｃまたは下面温度収集ＰＣ１６ｃを経て、冷却停止温度収集ＰＣ１３に送られて、加速冷却停止温度管理、鋼板幅、長さ方向の温度分布の管理が行われる。

制御圧延開始温度・仕上温度収集ＰＣ１１、冷却停止温度収集ＰＣ１３は図３に示すように、それぞれ、制御圧延開始温度・仕上温度収集ＰＣ１１は上面温度収集ＰＣ１５ａ（前／後面）と下面温度収集ＰＣ１６ａ（前／後面）とで構成され、冷却停止温度収集ＰＣ１３は上面温度収集ＰＣ１５ｃと下面温度収集ＰＣ１６ｃとで構成されており、各上下面温度収集ＰＣに集められた鋼板温度は、それぞれ、制御圧延開始温度・仕上温度収集ＰＣ１１、冷却停止温度収集ＰＣ１３を経て温度実績解析ＰＣ１４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、鋼板仕上温度、冷却停止温度)範囲と温度実績解析ＰＣ１４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、鋼板全面の材質を保証することができる。

なお、温度実績解析ＰＣ１４では、仕上圧延機入出側、加速冷却装置出側の温度全体を把握して、特定のしきい値、温度許容範囲、材質モデルから材質を判定し、大板から所望する材質を確保できる切り出し部分の情報を出力する。

また、上下面温度差実績から次材以降の加熱炉でのスラブの上下面温度を調整し、鋼板幅方向及び長手方向の温度分布から、加速冷却設備の水量を幅方向及び長手方向で制御することにより、鋼板形状の不良を低減することができる。

本発明によれば、材料試験不合格率が従来より約３０％低減し、鋼板の反り矯正時間が約２０％低減し、鋼板の形状不良が約１０％低減されるなどの効果が得られた。

１加熱炉
２仕上圧延機
３鋼板
４ＣＲシャワー
５加速冷却装置
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄスポット型放射温度計
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ走査型放射温度計
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ光ファイバー放射温度計
１１制御圧延開始温度・仕上温度収集ＰＣ
１３冷却停止温度収集ＰＣ
１４温度実績解析ＰＣ
１５ａ、１５ｃ上面温度収集ＰＣ
１６ａ、１６ｃ下面温度収集ＰＣ

Claims

仕上圧延機と仕上圧延機の下流側の鋼板搬送ライン上に設置された加速冷却装置とを備えた鋼板製造ラインにおいて、鋼板温度を計測する温度計測手段と計測された鋼板温度を解析する温度実績解析手段とを備え、前記温度計測手段は、鋼板搬送ラインの上面側上方で、仕上圧延機の前後面および加速冷却装置の後面のそれぞれの位置に設置されるスポット型放射温度計および走査型放射温度計と、前記鋼板搬送ラインの下面側で、前記上面側のスポット型放射温度計に対応する位置に設置される光ファイバー放射温度計と、前記走査型放射温度計の走査方向に対応する位置でライン幅方向に任意の間隔で複数台設置される光ファイバー放射温度計とからなり、前記温度実績解析手段は、前記各温度計測手段で計測された鋼板温度から鋼板全体の温度分布を求める手段からなることを特徴とする鋼板の材質保証設備。
前記仕上げ圧延機の前後面にスポット型放射温度計を複数台設置し、前記加速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設置し、前記加速冷却装置の後面に設置するスポット型放射温度計と走査型放射温度計は、それぞれ高温度域計測用と低温度域計測用の複数台であることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の材質保証設備。
前記加速冷却装置の後面に設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２００℃以上７００℃以下の温度範囲を計測する高温度域計測用温度計と、５０℃以上３００℃以下の温度範囲を計測する低温度域計測用温度計との複数台とからなることを特徴とする請求項２に記載の鋼板の材質保証設備。