JP2013255943A

JP2013255943A - 鋼片の加熱炉抽出温度予測方法

Info

Publication number: JP2013255943A
Application number: JP2012135022A
Authority: JP
Inventors: Kenta Karibe; 建太苅部; Satoshi Shibuya; 聡渋谷
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-26
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: JP5983071B2

Abstract

【課題】熱間圧延などに供される鋼片の加熱炉抽出温度を正確に予測することのできる鋼片の加熱炉抽出温度予測方法を提供する。
【解決手段】加熱炉２から抽出された鋼片１の表面に空気をエアー噴出ノズル５ａ，５ｂから吹き付けて鋼片１の表面からスケールを除去した後、鋼片１の表面温度を放射温度計７ａ，７ｂにより鋼片表面の復熱が完了した後に測定する。そして、放射温度計７ａ，７ｂの温度測定値に基づいて鋼片１の加熱炉抽出温度を加熱炉抽出温度予測装置８で予測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間圧延などに供される鋼片の加熱炉抽出温度を予測する方法に関する。

熱間圧延に供される鋼片は、通常、加熱炉で所定温度に加熱されてから圧延に供される。このため、鋼片を加熱炉で加熱するときには目標温度まで均一に加熱する必要があり、鋼片を目標温度まで均一に加熱するためには、加熱炉の炉内温度や鋼片の加熱炉抽出温度を随時監視する必要がある。
しかし、加熱炉から抽出される鋼片の表面にスケールが生成されていると鋼片の加熱炉抽出温度を直接的に測定することは困難である。そこで、特許文献１には、加熱炉内の雰囲気ガス成分を炭酸ガス計と露点計とを用いて測定し、その測定値からガス放射率を求め、ガス放射率から総括熱吸収率を計算して鋼片の加熱炉抽出温度を予測する方法が記載されている。

また、特許文献２には、鋼片が圧延される際の圧延荷重と鋼片の圧延前後の外形寸法とに基づいて圧延時における鋼片温度を求め、鋼片が加熱炉から圧延機に至るまでの冷却を加味して鋼片の加熱炉抽出温度を計算する方法が記載されている。
さらに、特許文献３には、加熱炉から抽出された鋼片の表面を高圧水でデスケーリングし、デスケーリングされた鋼片表面の復熱が完了した後に鋼片の表面温度を測定し、その温度測定値に基づいて鋼片の加熱炉抽出温度を演算して予測する方法が記載されている。

特開平６−１９２７５１号公報特開昭６３−２６２１４号公報特許第４３４９１７７号公報

しかしながら、加熱炉内は雰囲気ガスの分布が均一でないため、特許文献１に記載された方法では、雰囲気ガス成分の時間的変動が非常に大きくなり、適正な総括熱吸収率を同定することは極めて難しいという問題がある。
また、鋼片の圧延抵抗や外形寸法から鋼片温度を精度よく計算することは困難であり、加熱炉から圧延機に至るまでの冷却条件が外乱要因となるため、特許文献２に記載された方法では、鋼片の加熱炉抽出温度を正確に求めることができないという問題がある。

一方、特許文献３に記載された方法では、デスケーリングされた鋼片の表面温度を測定するため、スケールの影響を受けることなく鋼片の表面温度を測定することが可能であるが、デスケーリング水の熱伝達係数が非常に大きく、デスケーリング水の沸騰状態によって鋼片表面の温度測定値が大きく変動するため、鋼片の加熱炉抽出温度を正確に予測できないという問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、熱間圧延などに供される鋼片の加熱炉抽出温度を正確に予測することのできる鋼片の加熱炉抽出温度予測方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、加熱炉にて加熱された鋼片の加熱炉抽出温度を予測する方法であって、前記加熱炉から抽出された鋼片の表面に空気をエアー噴出ノズルから吹き付けて前記鋼片の表面からスケールを除去するスケール除去工程と、該スケール除去工程の後に前記鋼片の表面温度を当該鋼片表面の復熱が完了した後に測定する温度測定工程と、該温度測定工程で得られた温度測定値を基に加熱炉抽出時の鋼片表面温度を演算して前記鋼片の加熱炉抽出温度を予測する加熱炉抽出温度予測工程と、を有することを特徴とする。

本発明において、前記加熱炉抽出時の鋼片表面温度を、前記温度測定工程で測定された鋼片の表面温度と、前記鋼片の周囲の空気温度と、前記鋼片が自然空冷によって冷却されるときの熱伝達係数と、前記鋼片の比熱と、前記鋼片の加熱炉抽出時から表面温度測定時に至るまでの経過時間と、前記エアー噴出ノズルから噴出する空気によって鋼片が冷却されるときの熱伝達係数と、前記エアー噴出ノズルから前記鋼片の表面に噴射される空気の温度とに基づいて演算することが望ましい。

また、前記エアー噴出ノズルから前記鋼片の表面に噴射される空気の噴射距離を５０〜２００ｍｍに設定して前記鋼片の表面からスケールを除去することが好ましい。
また、前記エアー噴出ノズルから前記鋼片の表面に噴射される空気の噴射圧力を０．２〜２．０ＭＰａに設定して前記鋼片の表面からスケールを除去することが好ましい。
また、前記エアー噴出ノズルから前記鋼片の表面に噴射される空気の１ノズル当りの噴射流量を２００〜５０００Ｎｍ³／ｈに設定して前記鋼片の表面からスケールを除去することが好ましい。

本発明によれば、加熱炉から抽出された鋼片の表面を高圧水でデスケーリングする必要がなく、デスケーリング水の熱伝達係数やデスケーリング水の沸騰状態によって鋼片表面の温度測定値が大きく変動することがない。従って、熱間圧延などに供される鋼片の加熱炉抽出温度を正確に予測することができる。

熱延鋼板の連続製造ラインの一部を示す図である。鋼片の表面からスケールを除去するときに用いられるエアー噴出ノズルを示す図である。鋼片の加熱炉抽出時から表面温度測定時までの温度変化を示す図である。

以下、図１〜図３を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本発明に係る鋼片の加熱炉抽出温度予測方法は、熱延鋼板の連続製造ラインなどに適用されるものであり、熱延鋼板の連続製造ラインとしては、図１に示すように、鋼片１を加熱する加熱炉２や、加熱炉２で加熱された鋼片１を粗圧延する粗圧延機３などを備えたものを用いることができる。

加熱炉２から抽出された鋼片１は、多数の搬送ローラ４により粗圧延機３へ搬送されるが、粗圧延機３で粗圧延される前に加熱炉２の出側に配置されたエアー噴出ノズル５ａ，５ｂによってスケール（図２参照）が鋼片１の表面から除去される。
エアー噴出ノズル５ａ，５ｂは鋼片１の表面に空気を吹き付けて鋼片１の表面からスケール６を除去するためのものであって、搬送ローラ４の上側と下側に配置されている。

ここで、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の噴射距離が５０ｍｍ未満であると変形した鋼片とエアー噴出ノズル５ａ，５ｂとが衝突し、操業トラブルとなる。また、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の噴射距離が２００ｍｍを超えるとエアー噴出ノズル５ａ，５ｂから噴出したエアーが減速し、スケールを除去できなくなる。従って、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に空気を吹き付けて鋼片１の表面からスケール６を除去するときには、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の噴射距離を５０〜２００ｍｍに設定することが好ましい。

エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の噴射圧力が０．２ＭＰａ未満であるとスケールを除去できなくなる。また、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の噴射圧力が２．０ＭＰａを超えるとエアー噴射に使用するコンプレッサのスペックが大きくなり、ランニングコストが増大する。従って、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に空気を吹き付けて鋼片１の表面からスケール６を除去するときには、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の噴射圧力を０．２〜２．０ＭＰａに設定することが好ましい。

エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の１ノズル当りの噴射流量が２００Ｎｍ³／ｈ未満であるとスケールを除去できなくなる。また、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の１ノズル当りの噴射流量が５０００Ｎｍ³／ｈを超えるとエアー噴射に使用するコンプレッサのスペックが大きくなり、ランニングコストが増大する。従って、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に空気を吹き付けて鋼片１の表面からスケール６を除去するときには、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片１の表面に噴射される空気の１ノズル当りの噴射流量を２００〜５０００Ｎｍ³／ｈに設定することが好ましい。

エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから噴出する空気によってスケール６が除去された鋼片１は、搬送ローラ４の上側と下側に相対向して配置された放射温度計７ａと放射温度計７ｂとの間を通過して粗圧延機３へ搬送される。このとき、鋼片１の上面側と下面側の表面温度は放射温度計７ａ，７ｂによって測定され、放射温度計７ａ，７ｂは鋼片１の表面温度に応じた信号を出力する。

放射温度計７ａ，７ｂから出力された信号は、加熱炉抽出温度予測装置８に供給される。この加熱炉抽出温度予測装置８は鋼片１の加熱炉抽出温度（加熱炉抽出時の板厚方向平均温度）を予測するものであって、下記に示す（１）及び（２）式から加熱炉抽出時の鋼片表面温度Ｔ_A、Ｔ_A'を求めて鋼片１の加熱炉抽出温度を予測するように構成されている。
Ｔ_A＝Ｔ_E＋ΔＴ_a1＋ΔＴ_c−ΔＴ_R＋ΔＴ_a2 ‥‥（１）
Ｔ_A'＝Ｔ_E'＋ΔＴ_a1'＋ΔＴ_c'−ΔＴ_R'＋ΔＴ_a2' ‥‥（２）

ただし、Ｔ_E，Ｔ_E'：放射温度計７ａ，７ｂの表面温度測定値、ΔＴ_a1，ΔＴ_a1'：図３に示すＡ点（加熱炉抽出点）からＢ点（エアー噴出ノズル５ａ，５ｂによるスケール除去開始点）に至るまでの鋼片１の温度降下量、ΔＴ_c，ΔＴ_c'：図３に示すＢ点からＣ点（エアー噴出ノズル５ａ，５ｂによるスケール除去終了点）に至るまでの鋼片１の温度降下量、ΔＴ_R，ΔＴ_R'：図３に示すＣ点からＤ点（鋼片１の表面の復熱完了点）に至るまでの鋼片１の温度上昇量、ΔＴ_a2，ΔＴ_a2'：図３に示すＤ点からＥ点（放射温度計７ａ，７ｂによる温度測定点）に至るまでの鋼片１の温度降下量である。

ここで、鋼片１が自然空冷によって冷却されるときの熱伝達係数をα_a，α_a'、鋼片１の比熱をｃ、図３に示すＡ点からＢ点までの経過時間をｔ_a1，t_a1'、鋼片周囲の空気温度をＴ_a，Ｔ_a'とすると、（１）及び（２）式の温度降下量ΔＴ_a1，ΔＴ_a1'は、下記に示す（３）及び（４）式によって表される。

また、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから噴出する空気によって鋼片１が冷却されるときの熱伝達係数をα_c，α_c'、鋼片１の比熱をｃ、図３に示すＢ点からＣ点までの経過時間をｔ_c，ｔ_c'、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから噴出する空気の温度をＴ_c，Ｔ_c'とすると、（１）及び（２）式の温度降下量ΔＴ_c，ΔＴ_c'は、下記に示す（５）及び（６）式によって表される。

また、鋼片１が自然空冷によって冷却されるときの熱伝達係数をα_a，α_a'、鋼片１の比熱をｃ、図３に示すＣ点からＤ点までの経過時間をｔ_R，ｔ_R'、図３に示すＤ点からＥ点までの経過時間をｔ_a2，ｔ_a2'とすると、（１）及び（２）式の温度上昇量ΔＴ_R、ΔＴ_R'および温度降下量ΔＴ_a2，ΔＴ_a2'は、下記に示す（７）及び（８）式によって表される。

図３は、鋼片１の表面温度と加熱炉抽出からの経過時間との関係を示す図である。この図３に例示されるように、鋼片１の表面温度は加熱炉から抽出された直後の図３のＡ点では約１２００℃であるが、その後自然空冷されてＢ点では約１１７５℃に下降する。そして、Ｂ点からＣ点に至るまでエアー噴出ノズルからの噴流空気によって、鋼片の表面が強制空冷されるので、鋼片の温度はＣ点では１１６５℃に下降する。その後、鋼片表面で復熱がなされ、その復熱が完了した時点のＤ点では鋼片の温度は約１１７０℃に上昇する。その後、鋼片の表面は自然空冷され、放射温度計で測定されるＥ点では、鋼片の温度は約１１６０℃に下降する。
従って、上記（１）〜（８）式を解くことによって、加熱炉抽出時の鋼片表面温度Ｔ_A，Ｔ_A'を算出することができ、鋼片表面温度Ｔ_A，Ｔ_A'の算出値から鋼片１の加熱炉抽出温度を予測することができる。

上記のように、加熱炉２から抽出された鋼片１の表面に空気をエアー噴出ノズル５ａ，５ｂから吹き付けて鋼片１の表面からスケール６を除去した後、鋼片１の表面温度を放射温度計７ａ，７ｂにより測定することで、加熱炉２から抽出された鋼片１の表面を高圧水でデスケーリングする必要がなく、デスケーリング水の熱伝達係数やデスケーリング水の沸騰状態によって鋼片表面の温度測定値が大きく変動することがない。また、放射温度計７ａ，７ｂによる鋼片１の表面の温度測定は、鋼片の表面の復熱が完了した後に行うので、正確な鋼片１の表面温度を測定することができる。従って、放射温度計７ａ，７ｂの温度測定値を基に鋼片１の加熱炉抽出温度を予測することで、熱間圧延などに供される鋼片１の加熱炉抽出温度を正確に予測することができる。

また、加熱炉抽出温度予測装置８で予測した鋼片１の加熱炉抽出温度を加熱炉内温度制御モデルに基づいて予測した鋼片の加熱炉抽出温度と比較することで、加熱炉内の総括熱吸収率を補正することが可能になり、目標抽出温度的中精度を向上させることができる。
また、加熱炉抽出時の鋼片表面温度を（１）及び／または（２）式から求めて鋼片１の加熱炉抽出温度を予測することで、熱間圧延などに供される鋼片１の加熱炉抽出温度をより正確に予測することができる。
上述した本発明の一実施形態では、スケール６が除去された鋼片１の上面側と下面側の表面温度を放射温度計７ａ，７ｂにより測定して鋼片１の加熱炉抽出温度を予測するようにしたが、鋼片１の上面及び下面のうち一方の表面温度を放射温度計により測定して鋼片１の加熱炉抽出温度を予測するようにしてもよい。

（実施例）
本発明者らは、エアー噴出ノズル５ａ，５ｂから鋼片（板幅：１．２ｍ、板厚：２２０ｍｍ）Ｓの表面に噴射される空気の噴射距離を１００ｍｍ、噴射圧力を１ＭＰａ、１ノズル当りの噴射流量を５００Ｎｍ³／ｈに設定したときの加熱炉２での鋼片過加熱温度、加熱炉原単位、加熱不足に起因する品質不良発生率指標について調査した。その調査結果を表１に示す。

（比較例）
また、加熱炉から抽出された鋼片の表面にデスケーリング水をスプレーノズルから噴射して鋼片の表面からスケールを除去した後、鋼片の表面温度を当該鋼片表面の復熱が完了した後に放射温度計により測定し、放射温度計の温度測定値に基づいて鋼片１の加熱炉抽出温度を演算して予測した場合における加熱炉での鋼片過加熱温度、加熱炉原単位、加熱不足に起因する品質不良発生率指標について調査した。その調査結果を表１に併記する。

表１の実施例と比較例とを比較すると、比較例では鋼片過加熱温度の平均が３０℃前後であったのに対し、実施例では鋼片過加熱温度の平均が１０℃未満となった。
また、比較例での加熱炉原単位を１．０、加熱不足に起因する品質不良発生率指標を１．０とした場合、実施例では加熱炉原単位が０．９、品質不良発生率指標が０．５未満となった。

１…鋼片
２…加熱炉
３…粗圧延機
４…搬送ローラ
５ａ，５ｂ…エアー噴出ノズル
６…スケール
７ａ，７ｂ…放射温度計
８…加熱炉抽出温度予測装置

Claims

加熱炉にて加熱された鋼片の加熱炉抽出温度を予測する方法であって、
前記加熱炉から抽出された鋼片の表面に空気をエアー噴出ノズルから吹き付けて前記鋼片の表面からスケールを除去するスケール除去工程と、
該スケール除去工程の後に前記鋼片の表面温度を当該鋼片表面の復熱が完了した後に測定する温度測定工程と、
該温度測定工程で得られた温度測定値を基に加熱炉抽出時の鋼片表面温度を演算して前記鋼片の加熱炉抽出温度を予測する加熱炉抽出温度予測工程と、を有することを特徴とする鋼片の加熱炉抽出温度予測方法。
前記加熱炉抽出時の鋼片表面温度を、前記温度測定工程で測定された鋼片の表面温度と、前記鋼片の周囲の空気温度と、前記鋼片が自然空冷によって冷却されるときの熱伝達係数と、前記鋼片の比熱と、前記鋼片の加熱炉抽出時から表面温度測定時に至るまでの経過時間と、前記エアー噴出ノズルから噴出する空気によって鋼片が冷却されるときの熱伝達係数と、前記エアー噴出ノズルから前記鋼片の表面に噴射される空気の温度とに基づいて演算することを特徴とする請求項１に記載の鋼片の加熱炉抽出温度予測方法。
前記エアー噴出ノズルから前記鋼片の表面に噴射される空気の噴射距離を５０〜２００ｍｍに設定して前記鋼片の表面からスケールを除去することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼片の加熱炉抽出温度予測方法。
前記エアー噴出ノズルから前記鋼片の表面に噴射される空気の噴射圧力を０．２〜２．０ＭＰａに設定して前記鋼片の表面からスケールを除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼片の加熱炉抽出温度予測方法。
前記エアー噴出ノズルから前記鋼片の表面に噴射される空気の１ノズル当りの噴射流量を２００〜５０００Ｎｍ³／ｈに設定して前記鋼片の表面からスケールを除去することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼片の加熱炉抽出温度予測方法。