JP2012115851A - 厚鋼板製造装置および厚鋼板製造装置における冷却装置の水冷時間設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延ラインのレイアウトに変更なく、かつ、下流側の可逆式圧延機による圧延中に冷却待ち時間を発生することなく、効率的に制御圧延を行えるようにする。
【解決手段】粗圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が仕上圧延機で圧延を開始されるまでの冷却可能時間ｔ０と、被圧延材が仕上圧延機の圧延途中で所望の中間板厚まで圧延された時に被圧延材の温度が未再結晶域上限温度θα以下となるための仕上圧延機での圧延開始目標温度θｔとを予測し、これら予測結果に基づき冷却装置での水冷時間ｔｗを算出し設定するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、２機の可逆式圧延機（粗圧延機、仕上圧延機）の中間に被圧延材（厚鋼板）を冷却する冷却装置を備えた熱間圧延ラインを用いて、上流側の粗圧延機による複数回のリバース圧延後に被圧延材を冷却装置で冷却し、その後、下流側の仕上圧延機で再度複数回のリバース圧延を行う厚鋼板製造装置および厚鋼板製造装置における冷却装置の水冷時間設定方法に関する。

近年、厚鋼板の熱間圧延においては、強度や靭性の優れた厚鋼板が求められており、その一例として、被圧延材に制御圧延（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｏｌｌｉｎｇ）を施すことにより、優れた材質の厚鋼板を造り込んでいる。すなわち、１０００℃以上に加熱したスラブを一旦所望の中間板厚まで圧延し、その後、被圧延材の温度が未再結晶温度域やその温度域に近い温度域にある状態で仕上板厚まで圧延を行うものである。例えば、厚さ２００〜３００ｍｍのスラブを１１００〜１２００℃程度まで加熱後、仕上板厚の１．５〜２倍程度の所望の中間板厚まで圧延し、その後、温度が未再結晶温度域（以下、単に未再結晶域とも称する）である８５０℃以下になった時点で仕上板厚（例えば、１５ｍｍ）まで圧延するというものである。

この際、粗圧延機と仕上圧延機との２機の可逆式圧延機と、これら圧延機間に冷却装置を有する圧延ラインにおいては、それぞれの圧延機での被圧延材の仕上寸法等の製造条件により、常に中間板厚までを粗圧延機で圧延すると仕上圧延機に空き時間（アイドル時間）が発生することがある。そのため、中間板厚より厚い板厚で粗圧延機での圧延を完了し、粗圧延機と仕上圧延機との中間にある冷却装置で冷却を行う必要がある。

この場合、仕上圧延機で中間板厚まで圧延した時点で被圧延材の温度が未再結晶温度域上限温度以下になっていなければ、被圧延材の温度が未再結晶温度域上限温度以下になるまで圧延を中断し冷却（温度調整）する必要がある。この結果、その冷却待ちによって仕上圧延機にアイドル時間が発生し、圧延効率が低下するという問題が生じていた。

一方、仕上圧延機で中間板厚になるまで圧延した時点で被圧延材の温度が未再結晶温度域上限温度以下になるように、冷却装置で冷却するに際して、過度に冷却した場合においては、被圧延材の温度低下により、圧延時の変形抵抗が大きくなり、仕上圧延機によるリバース圧延回数（パス回数）の増加による圧延効率の低下や、仕上圧延完了時点での被圧延材の仕上温度が目標温度を下回り、所定の材質が得られないといった問題が発生する。

このような制御圧延時の冷却待ちによって圧延機にアイドル時間が発生し、圧延効率が低下するのを解消するための発明がこれまでも提案されている。例えば、特許文献１に記載されているように、被圧延材を制御圧延開始温度に冷却するための温度調整用冷却装置（水冷装置）を仕上圧延機の下流に設置し、仕上圧延機で中間板厚まで圧延した被圧延材を温度調整用冷却装置で制御圧延開始温度に冷却（温度調整冷却）した後、再び、仕上圧延機で仕上板厚まで圧延を行うようにしたものがある。

また、特許文献２に記載されているように、圧延の途中で、可逆式圧延機に近接して配置したデスケーリング装置等の冷却装置を用い、被圧延材の冷却時間を短縮させるようにしたものもある。

特開２００５−０００９７９号公報 特開２００６−１１０６１７号公報

しかしながら、特許文献１の場合、冷却待ち時間を短縮することができるが、水冷装置を仕上圧延機の下流側に新たに設置しなければならず、熱間圧延ラインのレイアウトを大幅に見直す必要があり、建設コストがかかってしまう。

また、特許文献２の場合、圧延機直近の冷却装置を圧延中に利用することにより、冷却待ち時間を短縮することは可能であるが、冷却しなければならない温度が大きい場合には、圧下を行わないダミーパスを付加するため、付加したダミーパスを行うための圧延所要時間が増大してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱間圧延ラインのレイアウトに変更なく、かつ、下流側の可逆式圧延機による圧延中に冷却待ち時間を発生することなく、効率的に制御圧延を行うことができる厚鋼板製造装置および厚鋼板製造装置における冷却装置の水冷時間設定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる厚鋼板製造装置は、被圧延材を圧延する２機の可逆式圧延機と、これら圧延機間に配置されて被圧延材を冷却する冷却装置とからなる熱間圧延ラインを備えて制御圧延を行う厚鋼板製造装置において、上流側の前記可逆式圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が下流側の前記可逆式圧延機で圧延を開始されるまでの冷却可能時間を予測する冷却可能時間予測手段と、上流側の前記可逆式圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が下流側の前記可逆式圧延機で所望の中間板厚まで圧延された時に被圧延材の温度が未再結晶域上限温度以下となるための下流側の前記可逆式圧延機での圧延開始目標温度を予測する圧延開始目標温度予測手段と、予測された前記冷却可能時間と前記圧延開始目標温度とに基づき前記冷却装置による水冷時間を算出して該冷却装置に設定する冷却時間算出設定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる厚鋼板製造装置における冷却装置の水冷時間設定方法は、被圧延材を圧延する２機の可逆式圧延機と、これら圧延機間に配置されて被圧延材を冷却する冷却装置とからなる熱間圧延ラインを用いて制御圧延により厚鋼板を製造する際に、計算機に、上流側の前記可逆式圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が下流側の前記可逆式圧延機で圧延を開始されるまでの冷却可能時間を予測する冷却可能時間予測ステップと、上流側の前記可逆式圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が下流側の前記可逆式圧延機で所望の中間板厚まで圧延された時に被圧延材の温度が未再結晶域上限温度以下となるための下流側の前記可逆式圧延機での圧延開始目標温度を予測する圧延開始目標温度予測ステップと、予測された前記冷却可能時間と前記圧延開始目標温度とに基づき前記冷却装置による水冷時間を算出して該冷却装置に設定する冷却時間算出設定ステップと、を実行させることを備えることを特徴とする。

本発明によれば、熱間圧延ラインのレイアウトに変更なく、かつ、下流側の可逆式圧延機による圧延中に冷却待ち時間を発生することなく、効率的に制御圧延を行うことができる厚鋼板製造装置および厚鋼板製造装置における冷却装置の水冷時間設定方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる厚鋼板製造装置の構成例を示す概略図である。 図２は、圧延ライン時刻表の一例を示す説明図である。 図３は、圧延開始目標温度予測決定部により実行される処理制御例を示す概略フローチャートである。 図４は、制御圧延における時間−温度特性を示す説明図である。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。図１は、本発明の実施の形態にかかる厚鋼板製造装置の構成例を示す概略図である。この厚鋼板製造装置は、熱間圧延ライン上に粗圧延機１０と仕上圧延機２０との２機の可逆式圧延機と、これら圧延機１０，２０の中間に被圧延材（厚鋼板）を冷却する冷却装置３０とを備え、さらに、これら全体を制御するプロセス計算機４０を備える。

粗圧延機１０は、上流側の可逆式圧延機であって、パススケジュールに従う複数回のリバース圧延により、被圧延材を所望の中間板厚程度の厚さまで圧延する。仕上圧延機２０は、下流側の可逆式圧延機であって、中間板厚程度の厚さまで圧延された被圧延材をパススケジュールに従う複数回のリバース圧延により所望の仕上板厚まで圧延する。

冷却装置３０は、冷却装置コントローラ３１に設定された水冷時間だけ冷却ノズル開／閉制御部３２により冷却ノズルを開放することにより被圧延材を冷却水で水冷する水冷状態となる。一方、冷却装置３０は、冷却ノズルが閉塞状態にある時には、被圧延材搬送中を含め、被圧延材を空気によって冷却する空冷状態となる。

プロセス計算機４０は、パススケジュール等に従い熱間圧延ライン全体を制御することで制御圧延を行わせるもので、本実施の形態では、図１中に示すように、仕上圧延機パススケジュール作成部４１、冷却可能時間予測部４２、圧延開始目標温度予測決定部４３、冷却時間算出設定部４４の各機能部を備える。仕上圧延機パススケジュール作成部４１は、与えられた表面温度情報等に基づき、被圧延材を所望の板厚まで圧延するためのパススケジュールを作成したり適宜修正したりする。冷却可能時間予測部４２は、粗圧延機１０での圧延を完了した時点で、例えば圧延ライン時刻表を参照して被圧延材が仕上圧延機２０で圧延を開始されるまでの冷却可能時間を予測する。圧延開始目標温度予測決定部４３は、粗圧延機１０での圧延を完了した時点で、被圧延材が仕上圧延機２０の圧延途中で所望の中間板厚まで圧延された時に被圧延材の温度が未再結晶域上限温度以下となるための仕上圧延機２０での圧延開始目標温度を予測して決定する。冷却時間算出設定部４４は、予測された冷却可能時間と圧延開始目標温度とに基づき冷却装置３０による水冷時間ｔｗと空冷時間ｔａとを算出して冷却装置コントローラ３１に設定する。

ここで、プロセス計算機４０の各機能部の機能について、より詳細に説明する。本実施の形態においては、粗圧延機１０での圧延完了時に冷却装置３０での冷却時間の設定を行うためには、粗圧延機１０での圧延が完了した被圧延材が冷却装置３０での冷却に使用することができる時間、すなわち、仕上圧延機２０での圧延が開始されるまでの時間が必要となる。粗圧延機１０と仕上圧延機２０とを有する熱間圧延ラインでは、制御圧延時には、粗圧延機１０での圧延を完了した被圧延材の前方、すなわち下流側に複数の被圧延材が仕上圧延機２０で圧延中の状態や冷却装置３０での冷却中の状態で存在する。ここでは、図１に示すように、被圧延材に関して、仕上圧延中の先行材をＡ、冷却中の直近先行材をＢ、粗圧延機１０の圧延が完了した冷却装置設定対象材をＣとする。そこで、本実施の形態では、冷却可能時間予測部４２が、図２に示すような圧延ライン時刻表を用いて、粗圧延機１０での圧延を完了した冷却装置設定対象材Ｃが仕上圧延機２０での圧延を開始するまでの時間を予測する。

図２は、圧延ライン時刻表の一例を示す説明図である。まず、仕上圧延中の先行材Ａにおいては、パススケジュール修正時に、現在時刻に残パス圧延所要予測時間を加算して仕上圧延機２０での圧延完了予定時刻Ｔ１を更新する。また、仕上圧延機２０のアイドル時間最小化を前提とすると、冷却装置３０で冷却中の直近先行材Ｂの仕上圧延機２０での圧延開始予定時刻は、先行材Ａの仕上圧延機２０での圧延完了予定時刻Ｔ１となる。さらに、冷却装置３０で冷却中である直近先行材Ｂにおいても仕上圧延機２０でのパススケジュールから仕上圧延機２０での圧延所要予測時間を算出し、仕上圧延機２０での圧延開始予定時刻Ｔ１に加算することにより仕上圧延機２０での圧延完了予定時刻Ｔ２を予測することができる。よって、冷却装置設定対象材Ｃに関しては、圧延ライン時刻表における直近先行材Ｂの仕上圧延機２０での圧延開始予定時刻Ｔ１から仕上完了予定時刻Ｔ２までの間が、冷却装置３０での冷却に使用できる冷却可能時間ｔ０ということになる。

一方、粗圧延機１０での圧延完了時の板厚が制御圧延を行うための所望の中間板厚となっているときは、未再結晶域上限温度θαを仕上圧延機２０での圧延開始温度とすればよいが、粗圧延機１０での圧延完了時の板厚が制御圧延における所望の中間板厚以上の時には、仕上圧延機２０での圧延途中で制御圧延における所望の中間板厚となる。このような場合、圧延途中における温度調整（すなわち、仕上圧延機２０のアイドル時間）がなくても、中間板厚間で圧延した時点で未再結晶域上限温度θα以下となるように仕上圧延機２０での圧延開始目標温度θｔを求めて、この圧延開始目標温度θｔを冷却装置３０での冷却目標温度とする必要がある。

そこで、圧延開始目標温度予測決定部４３は、粗圧延機１０での圧延を完了した時点で、図３に示す処理を行う。図３は、圧延開始目標温度予測決定部４３により実行される処理制御例を示す概略フローチャートである。まず、仕上圧延機２０での圧延開始時の表面目標温度の初期値を仮定する（ステップＳ１００）。また、被圧延材（冷却装置設定対象材Ｃ）は、十分に復熱しているものとして板厚方向の温度分布を推定する。また、仮定した圧延開始時の表面目標温度に基づき仕上圧延機２０でのパススケジュールを変更計算する（ステップＳ１０１）。そして、変更計算されたパススケジュールに従い、圧延時の温度降下計算を例えば差分モデルによる厳密計算により行う（ステップＳ１０２）。この処理において、制御圧延における中間板厚まで圧延した時の鋼板の計算温度θｃが、予め設定されている未再結晶域上限温度θαに対して所定の温度範囲Δθ以下となっているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、未再結晶域上限温度θαは例えば８５０℃、所定の温度範囲Δθは例えば３〜５℃の如く設定される。制御圧延における中間板厚まで圧延した時の鋼板の計算温度θｃが、所定の温度範囲Δθ以下となっていない場合には（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、仕上圧延機２０での圧延開始目標温度を修正し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理を繰り返す。圧延開始目標温度の修正は、例えば５℃単位、あるいは１０℃単位の如く実行される。制御圧延における中間板厚まで圧延した時の鋼板の計算温度θｃが、所定の温度範囲Δθ以下となった場合には（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、その計算温度θｃをもたらした圧延開始目標温度θｔを予測値として決定するとともに、パススケジュールも変更計算されたものに設定する（ステップＳ１０４）。

冷却時間算出設定部４４は、このようにして予測された冷却可能時間ｔ０と圧延開始目標温度θｔとに基づき冷却装置３０による水冷時間ｔｗと空冷時間ｔａとを算出する。この際、被圧延材は、図４中に示すように、冷却装置３０による水冷により表面温度θｕは大幅に低下するのに対して内部、例えば表面からｔ／４の厚さ部分のｔ／４厚温度θｍは平坦に近い位徐々に低下する。よって、冷却装置３０による空冷時には、表面温度θｕは被圧延材の内部からの熱伝達により徐々に上昇する特性を示す。そこで、冷却時間算出設定部４４は、予測された冷却可能時間ｔ０において図４に示すように冷却装置３０での水冷時間ｔｗと空冷時間ｔａとの配分を計算することにより、仕上圧延機２０での仕上圧延開始時の表面温度θｕが予測された圧延開始目標温度θｔとなるようにする。このようにして算出された冷却装置３０での水冷時間ｔｗを冷却装置コントローラ３２に設定する。

よって、本実施の形態によれば、図４の下図に示すように、仕上圧延機２０での圧延中に制御圧延における中間板厚となった時点で、表面温度θｕが丁度、未再結晶域上限温度θαになるため、冷却待ち時間を発生することなく、効率的に制御圧延を行わせることができる。

なお、冷却装置３０は、冷却ノズルの開閉制御を行うようにしていたが、水量制御を行ってよく、さらには、複数のゾーンに分割された冷却ノズル群を有する場合、各ゾーンに対する開閉制御あるいは水量制御を行うようにしてもよい。

また、ステップＳ１０３の所定の温度範囲Δθは、未再結晶域上限温度θαの近傍の温度範囲を意味し、厳密には、計算上、未再結晶域上限温度θαの値を所定の温度範囲Δθ分、低い温度とすることが好ましい。

１０ 粗圧延機
２０ 仕上圧延機
３０ 冷却装置
４２ 冷却可能時間予測部
４３ 圧延開始目標温度予測決定部
４４ 冷却時間算出設定部
Ａ〜Ｃ 被圧延材
ｔ０ 冷却可能時間
ｔｗ 水冷時間
θα 未再結晶域上限温度
θｔ 圧延開始目標温度

Claims (2)

1. 被圧延材を圧延する２機の可逆式圧延機と、これら圧延機間に配置されて被圧延材を冷却する冷却装置とからなる熱間圧延ラインを備えて制御圧延を行う厚鋼板製造装置において、
   上流側の前記可逆式圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が下流側の前記可逆式圧延機で圧延を開始されるまでの冷却可能時間を予測する冷却可能時間予測手段と、
   上流側の前記可逆式圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が下流側の前記可逆式圧延機の圧延途中で所望の中間板厚まで圧延された時に被圧延材の温度が未再結晶域上限温度以下となるための下流側の前記可逆式圧延機での圧延開始目標温度を予測する圧延開始目標温度予測手段と、
   予測された前記冷却可能時間と前記圧延開始目標温度とに基づき前記冷却装置による水冷時間を算出して該冷却装置に設定する冷却時間算出設定手段と、
   を備えることを特徴とする厚鋼板製造装置。
2. 被圧延材を圧延する２機の可逆式圧延機と、これら圧延機間に配置されて被圧延材を冷却する冷却装置とからなる熱間圧延ラインを用いて制御圧延により厚鋼板を製造する際に、計算機に、
   上流側の前記可逆式圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が下流側の前記可逆式圧延機で圧延を開始されるまでの冷却可能時間を予測する冷却可能時間予測ステップと、
   上流側の前記可逆式圧延機での圧延を完了した時点で、被圧延材が下流側の前記可逆式圧延機の圧延途中で所望の中間板厚まで圧延された時に被圧延材の温度が未再結晶域上限温度以下となるための下流側の前記可逆式圧延機での圧延開始目標温度を予測する圧延開始目標温度予測ステップと、
   予測された前記冷却可能時間と前記圧延開始目標温度とに基づき前記冷却装置による水冷時間を算出して該冷却装置に設定する冷却時間算出設定ステップと、
   を実行させることを備えることを特徴とする厚鋼板製造装置における冷却装置の水冷時間設定方法。

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