JP2014079778A

JP2014079778A - 熱延鋼板の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP2014079778A
Application number: JP2012228941A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Morooka; 伸幸諸岡; Sei Hiramatsu; 成平松
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-05-08

Abstract

【課題】仕上圧延機の出側における熱延鋼板の温度を目標温度に精度高く制御すること。
【解決手段】制御装置１３が、加熱炉２から抽出された鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，０）を用いて誘導加熱装置４の入側における鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を算出し、算出された温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を用いて誘導加熱装置４の入側における鋼板の実績温度Ｔｃを算出し、実績温度Ｔｃと誘導加熱装置４の入側における鋼板Ｓの目標温度とに基づいて、誘導加熱装置４による鋼板Ｓの加熱量を制御する。これにより、鋼板Ｓの厚さ方向断面温度分布を考慮して誘導加熱装置４の加熱量を制御するので、鋼板Ｓの過加熱又は加熱不足を抑制し、仕上圧延機５の出側における鋼板Ｓの温度を目標温度に精度高く制御できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導加熱装置によって加熱された鋼板を仕上圧延機に装入することにより熱延鋼板を製造する熱延鋼板の製造方法及び製造装置に関するものである。

従来より、熱延鋼板の製造設備として、粗圧延機と仕上圧延機との間に粗バーの全幅を加熱する誘導加熱装置を配設した設備が知られている。この製造設備では、最終製品の機械的特性を確保するために、仕上圧延機による仕上圧延の前に粗バーを誘導加熱装置によって加熱することにより、仕上圧延機の出側における熱延鋼板の温度を目標温度に制御している。具体的には、特許文献１，２には、誘導加熱装置の入側における粗バーの温度から仕上圧延機の出側における熱延鋼板の温度を予測し、予測された温度と目標温度との差に基づいて誘導加熱装置による粗バーの加熱量を制御する技術が記載されている。

また、特許文献３には、誘導加熱装置の入側における粗バーの温度に基づいて粗バーの搬送速度を制御することによって、仕上圧延機の出側における熱延鋼板の温度を目標温度に制御する技術が記載されている。また、特許文献４には、誘導加熱装置の入側における粗バーの幅方向の温度分布に基づいて粗バーの幅方向に配置された誘導加熱コイル毎の電力量とシフト量とを算出し、算出結果に基づいて各誘導加熱コイルによる加熱動作を制御する技術が記載されている。また、特許文献５には、誘導加熱装置の入側における粗バーの温度に基づいて仕上圧延機の出側における熱延鋼板の目標温度に対し必要な粗バーの温度上昇量を算出し、算出結果に基づいて誘導加熱装置の加熱量をフィードフォワード制御する技術が記載されている。

特開２００１−３５３５１２号公報特開２０００−１８２７６１号公報特開２００３−２７５８０４号公報特開２００７−２３７２４０号公報特開２００１−１３７９３１号公報

従来の技術は、誘導加熱装置の入側に設けられた放射温度計によって測定された粗バーの表面温度を誘導加熱装置の入側における粗バーの温度として採用し、誘導加熱装置の入側における粗バーの厚さ方向断面温度分布を考慮していない。一般に、仕上圧延前の粗バーは厚さ方向に温度分布を有している。これに対して、仕上圧延後の熱延鋼板内部の温度は仕上圧延前の温度分布の平均値に等しくなり、仕上圧延後には厚さ方向の温度分布は無くなる。すなわち、仕上圧延後の熱延鋼板の温度は内部の温度分布に応じて変化する。

このため、従来の技術にように粗バーの厚さ方向断面温度分布を考慮せずに粗バーの表面温度のみに基づいて誘導加熱装置の加熱量を制御した場合、粗バーの過加熱又は加熱不足が発生し、仕上圧延機の出側における熱延鋼板の温度を目標温度に精度高く制御することができない。特に加熱炉から抽出されたスラブは、熱延鋼板の品質を考慮して表面から内部に向かって温度が上昇する温度分布を有しているために、従来の技術によれば、粗バーの加熱が発生し、仕上圧延機の出側における熱延鋼板の温度が目標温度より高くなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、仕上圧延機の出側における熱延鋼板の温度を目標温度に精度高く制御可能な熱延鋼板の製造方法及び製造装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る熱延鋼板の製造方法は、加熱炉において加熱された鋼板を粗圧延機で圧延し、誘導加熱装置を利用して粗圧延機で圧延された鋼板を加熱した後に該鋼板を仕上圧延機で圧延する熱延鋼板の製造方法であって、前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報を用いて、前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を算出する温度分布算出ステップと、前記温度分布算出ステップにおいて算出された前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を用いて、該誘導加熱装置による鋼板の加熱量を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る熱延鋼板の製造方法は、上記発明において、前記制御ステップは、前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布の平均値を前記誘導加熱装置の入側における鋼板の実績温度として算出し、該実績温度と前記仕上圧延機の出側における鋼板の目標温度から算出された誘導加熱装置の入側における鋼板の目標温度との偏差に基づいて誘導加熱装置による鋼板の加熱量を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る熱延鋼板の製造方法は、上記発明において、前記誘導加熱装置の入側に設置された温度計によって測定された鋼板の表面温度と前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報から求められた前記温度計の測定位置における鋼板の表面温度とを用いて、前記鋼板が前記加熱炉から抽出されてから誘導加熱装置の入側に到達するまでの鋼板の温度降下量の実績値を算出する実績値算出ステップと、前記温度分布算出ステップにおいて算出された前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向から求められた前記温度計の測定位置における鋼板の表面温度と前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報から求められた前記温度計の測定位置における鋼板の表面温度とを用いて、前記鋼板が前記加熱炉から抽出されてから誘導加熱装置の入側に到達するまでの鋼板の温度降下量の予測値を算出する予測値算出ステップと、前記実績値算出ステップにおいて算出された鋼板の温度降下量の実績値と前記予測値算出ステップにおいて算出された鋼板の温度降下量の予測値とから、鋼板の温度降下量の学習値を算出する学習値算出ステップと、を含み、前記温度分布算出ステップは、前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報と前記学習値算出ステップにおいて算出された学習値とを用いて前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を算出するステップを含むことを特徴とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る熱延鋼板の製造装置は、加熱炉において加熱された鋼板を粗圧延機で圧延し、誘導加熱装置を利用して粗圧延機で圧延された鋼板を加熱した後に該鋼板を仕上圧延機で圧延する熱延鋼板の製造装置であって、前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報を用いて、前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を算出する温度分布算出手段と、前記温度分布算出手段によって算出された前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を用いて、該誘導加熱装置による鋼板の加熱量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る熱延鋼板の製造方法及び製造装置によれば、仕上圧延機の出側における熱延鋼板の温度を目標温度に精度高く制御することができる。

図１は、本発明の一実施形態である熱延鋼板製造システムの構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、加熱炉から抽出された鋼板の温度分布を示す模式図である。図４は、学習値テーブルの一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である熱延鋼板製造システム及びその熱延鋼板製造方法について説明する。

〔熱延鋼板製造システムの構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である熱延鋼板製造システムの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である熱延鋼板製造システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である熱延鋼板製造システム１は、加熱炉２、粗圧延機３、誘導加熱装置４、及び仕上圧延機５を主な構成要素として備えている。加熱炉２は、スラブを所定の温度に加熱した後に抽出し、抽出されたスラブを粗圧延機３に供給する。粗圧延機３は、複数基の圧延スタンド３ａ〜３ｃを備え、加熱炉２から抽出されたスラブを中間厚さに粗圧延して粗バーとした後、粗バーを誘導加熱装置４に供給する。

誘導加熱装置４は、ソレノイド型誘導加熱方式の加熱装置によって構成され、粗圧延機３から供給された粗バーの上下面を仕上圧延機５の出側における鋼板Ｓの温度が目標温度になるように加熱した後に仕上圧延機５に供給する。仕上圧延機５は、複数基の圧延スタンド５ａ〜５ｇを備え、誘導加熱装置４によって加熱された粗バーを最終製品の厚さに仕上圧延して鋼板（熱延鋼板）Ｓとする。以後、仕上圧延機５によって製造された鋼板Ｓは、ランナウトテーブル上で冷却装置によって冷却された後、コイラーで巻き取られる。

本発明の一実施形態である熱延鋼板製造システム１は、制御系として、仕上入側温度計１１、仕上出側温度計１２、及び制御装置１３を備えている。仕上入側温度計１１は、誘導加熱装置４の入側に配設され、誘導加熱装置４によって加熱される前の粗バーの表面温度を測定する。仕上入側温度計１１は、測定された粗バーの表面温度に関する情報を制御装置１３に出力する。

仕上出側温度計１２は、仕上圧延機５の出側に配設され、仕上圧延機５によって製造された鋼板Ｓの表面温度を測定する。仕上出側温度計１２は、測定された鋼板Ｓの表面温度に関する情報を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成され、情報処理装置内部のＣＰＵ等の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することによって熱延鋼板製造システム１全体の動作を制御する。制御装置１３は、本発明に係る温度分布算出手段及び制御手段として機能する。

このような構成を有する熱延鋼板製造システム１では、制御装置１３が以下に示す誘導加熱制御処理を実行することによって仕上圧延機５の出側における鋼板Ｓの温度を目標温度に制御する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理の流れについて説明する。

〔誘導加熱制御処理〕
図２は、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、粗圧延機３の出側に粗バーが到達したタイミングで開始となり、誘導加熱制御処理はステップＳ１の処理に進む。この誘導加熱制御処理は、熱延鋼板製造システム１の稼働が継続している間、粗バーの所定単位長毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１の処理では、始めに、制御装置１３が、加熱炉２の燃焼制御において用いられている加熱炉２から抽出された鋼板Ｓ（スラブ）の厚さ方向断面温度分布に関する情報を取得する。具体的には、制御装置１３は、図３に示すように鋼板Ｓの厚さ方向に形成されたｎ個の矩形メッシュの上下面の温度Ｔ（ｘ，０）（ｘ＝１，…，ｎ＋１）を取得する。なお、本実施形態では、温度Ｔ（１，０）は加熱炉２から抽出された鋼板Ｓの上面（表面）温度を示し、温度Ｔ（ｎ＋１，０）は加熱炉２から抽出された鋼板Ｓの下面（裏面）温度を示している。次に、制御装置１３は、加熱炉２から抽出された鋼板Ｓ（スラブ）の厚さ方向断面温度分布を初期値として、加熱炉２から抽出されてから仕上入側温度計１１の直下に到達するまでの時間と鋼板Ｓの温度降下量とに基づいて仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓ（粗バー）の厚さ方向断面温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を算出する。

具体的には、仕上入側温度計１１の直下において鋼板Ｓが有する熱量ｄｑ（ｔ）／ｄｔと厚さ方向断面温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）との間には以下に示す数式（１），（２）のような関係がある。なお、数式（１），（２）中、ｔは鋼板Ｓが加熱炉２から抽出されてから（時間ｔ＝０）仕上入側温度計１１の直下に到達するまでの時間、σはステファンボルツマン係数、Ａは加熱炉２から抽出されてから仕上入側温度計１１の直下に到達するまでの鋼板Ｓの温度降下量（鋼板Ｓの鋼種、板厚、及び板幅によって決まる所定値）、Ｔ_ｇは雰囲気温度、Ｔ（ｔ）は仕上入側温度計１１によって計測された鋼板Ｓの表面温度、λは熱伝導率を表している。そこで、制御装置１３は、加熱炉２から抽出された鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，０）を初期値として以下に示す数式（３）を解くことによって、仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの厚さ方向断面温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を算出する。なお、数式（３）中、ｃは鋼板Ｓの比熱、γは鋼板Ｓの比重を表している。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、誘導加熱制御処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、制御装置１３が、ステップＳ１の処理によって算出された仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの厚さ方向断面温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を用いて以下に示す数式（４）により、仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの実績温度Ｔｃを算出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、誘導加熱制御処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、制御装置１３が、仕上圧延機５の出側における鋼板Ｓの目標温度、仕上圧延速度履歴、及び仕上圧延機機内温度モデルを用いて仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの目標温度を算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、誘導加熱制御処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、制御装置１３が、ステップＳ２の処理によって算出された仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの実績温度ＴｃとステップＳ３の処理によって算出された仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの目標温度との偏差を算出する。そして、制御装置１３は、実績温度Ｔｃを算出した鋼板Ｓの位置が誘導加熱装置４の入側に到達したタイミングで算出された偏差量に基づいて誘導加熱装置４の加熱量を制御する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、一連の誘導加熱制御処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理では、制御装置１３が、加熱炉２から抽出された鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，０）を用いて誘導加熱装置４の入側における鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を算出し、算出された温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を用いて誘導加熱装置４の入側における鋼板の実績温度Ｔｃを算出し、実績温度Ｔｃと誘導加熱装置４の入側における鋼板Ｓの目標温度とに基づいて、誘導加熱装置４による鋼板Ｓの加熱量を制御する。これにより、鋼板Ｓの厚さ方向断面温度分布を考慮して誘導加熱装置４の加熱量を制御するので、鋼板Ｓの過加熱又は加熱不足を抑制し、仕上圧延機５の出側における鋼板Ｓの温度を目標温度に精度高く制御できる。

上記実施形態では、熱量ｄｑ（ｔ）／ｄｔに含まれる温度降下量Ａを鋼板Ｓの鋼種、板厚、及び板幅によって決まる所定値であるとしたが、仕上入側温度計１１によって計測された鋼板Ｓの表面温度Ｔｊを用いて温度降下量Ａを学習させてもよい。具体的には、加熱炉２から抽出された鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，０）から求められる加熱炉２から抽出された鋼板Ｓの表面温度をＴ（１，０）、仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）から求められる仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの表面温度をＴ（１，ｔ）と表すと、温度降下量Ａの実績値及び予測値はそれぞれ以下に示す数式（５）、（６）によって算出できる。このため、温度降下量Ａの学習値Ｇは以下に示す数式（７）のように表せる。

なお、ここでは仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの裏面温度を考慮していないが、鋼板Ｓの裏面側は搬送ロールに接触しており、温度降下量Ａとしては表面側の空冷効果が大きな割合を占めるため、数式（７）に示す温度降下量Ａの学習値Ｇを使用することができる。これにより、数式（１）に示す熱量は以下に示す数式（８）のように表される。仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を算出する際、数式（８）により表される熱量ｄｑ（ｔ）／ｄｔを用いることによって、より精度高く仕上入側温度計１１の直下における鋼板Ｓの厚さ方向の温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を算出することができる。

また、制御装置１３は、例えば処理対象の鋼板Ｓの鋼種、板厚、及び板幅が変化する度毎に温度降下量Ａの学習値Ｇを算出し、算出された学習値Ｇを例えば図４に示すようなテーブル形式で保存しておくことが望ましい。これにより、次回以降の処理において同種の鋼板Ｓが処理対象になった場合、制御装置１３は学習値Ｇを算出することなく、図４に示すテーブルから学習値Ｇの情報を取得することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１熱延鋼板製造システム
２加熱炉
３粗圧延機
４誘導加熱装置
５仕上圧延機
１１仕上入側温度計
１２仕上出側温度計
１３制御装置
Ｓ鋼板

Claims

加熱炉において加熱された鋼板を粗圧延機で圧延し、誘導加熱装置を利用して粗圧延機で圧延された鋼板を加熱した後に該鋼板を仕上圧延機で圧延する熱延鋼板の製造方法であって、
前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報を用いて、前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を算出する温度分布算出ステップと、
前記温度分布算出ステップにおいて算出された前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を用いて、該誘導加熱装置による鋼板の加熱量を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
前記制御ステップは、前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布の平均値を前記誘導加熱装置の入側における鋼板の実績温度として算出し、該実績温度と前記仕上圧延機の出側における鋼板の目標温度から算出された誘導加熱装置の入側における鋼板の目標温度との偏差に基づいて誘導加熱装置による鋼板の加熱量を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板の製造方法。
前記誘導加熱装置の入側に設置された温度計によって測定された鋼板の表面温度と前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報から求められた前記温度計の測定位置における鋼板の表面温度とを用いて、前記鋼板が前記加熱炉から抽出されてから誘導加熱装置の入側に到達するまでの鋼板の温度降下量の実績値を算出する実績値算出ステップと、
前記温度分布算出ステップにおいて算出された前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向から求められた前記温度計の測定位置における鋼板の表面温度と前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報から求められた前記温度計の測定位置における鋼板の表面温度とを用いて、前記鋼板が前記加熱炉から抽出されてから誘導加熱装置の入側に到達するまでの鋼板の温度降下量の予測値を算出する予測値算出ステップと、
前記実績値算出ステップにおいて算出された鋼板の温度降下量の実績値と前記予測値算出ステップにおいて算出された鋼板の温度降下量の予測値とから、鋼板の温度降下量の学習値を算出する学習値算出ステップと、
を含み、
前記温度分布算出ステップは、前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報と前記学習値算出ステップにおいて算出された学習値とを用いて前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を算出するステップを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造方法。
加熱炉において加熱された鋼板を粗圧延機で圧延し、誘導加熱装置を利用して粗圧延機で圧延された鋼板を加熱した後に該鋼板を仕上圧延機で圧延する熱延鋼板の製造装置であって、
前記加熱炉から抽出された鋼板の厚さ方向の温度分布に関する情報を用いて、前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を算出する温度分布算出手段と、
前記温度分布算出手段によって算出された前記誘導加熱装置の入側における鋼板の厚さ方向の温度分布を用いて、該誘導加熱装置による鋼板の加熱量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする熱延鋼板の製造装置。