JP2014133246A

JP2014133246A - 設定値計算装置、設定値計算方法、及び設定値計算プログラム

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Publication number: JP2014133246A
Application number: JP2013002301A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Obara; 一浩小原
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: CN103920717B; KR101516476B1; JP6068146B2; KR20140090925A; CN103920717A

Abstract

【課題】圧延前に予め品質の偏差と製造条件の関係を求めることなく、良好な精度で目標とする品質を達成するための制御設定値を計算する。
【解決手段】圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する設定計算部３３と、制御設定値に基づいて、熱間圧延装置１００により圧延される圧延材１５０の材質を予測する金属組織予測部３４と、予測された材質と、化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する機械的性質予測部３５と、制御設定値と機械的性質とに基づいて、影響係数を算出する影響係数算出部３８と、圧延材１５０に対して要求される機械的性質と、機械的性質予測部３５により予測された機械的性質との偏差を算出し、算出された偏差と影響係数算出部３８により算出された影響係数とに基づいて、設定計算条件を変更して設定計算部３３に制御設定値を算出させる設定計算条件変更部４０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧延設備において圧延材を圧延する際、要求する材質仕様を満たす製品を効率よく生産するための設定値を計算する設定値計算装置、設定値計算方法、及び設定値計算プログラムに関する。

近年、圧延製品に対して顧客が要求する仕様は厳しくなる一方であり、とりわけ圧延製品の寸法形状に加え、強度及び延性などの機械的性質を許容範囲内に収めることが重要となっている。鉄鋼をはじめとする金属材料において、強度（降伏応力、耐力、硬さなど）、靱性（延性−脆性破面遷移温度など）、成形性（r値など）などの機械的性質は、その合金組成だけでなく、加熱条件、加工条件、及び、冷却条件によっても変化する。合金組成の調整は、成分元素の添加量を制御することにより行うが、成分調整時にはたとえば１００トン前後の溶鋼を保持できる転炉を用いるなど、１つのロット単位が大きく、１５トン前後になる個々の製品ごとに合金添加量を変更することは不可能である。したがって、所望の機械的性質の製品を製造するためには、合金組成の調整のみならず、加熱条件、加工条件、及び、冷却条件等の設置値を適正に設定および制御し、機械的性質を造り込むことが重要である。

また、最近では、金属材料の組織材質をその用途に応じて造り分けようというさまざまな試みがなされている。例えば、熱間圧延後の金属材料を冷却する際に冷却水を高圧で大量に噴射し冷却速度を高めることにより金属組織を変化させ、所望の引張強度や延性を持たせようとする方法が用いられ始められている。このような組織材質造り込みには、従来と比してより高度な技術が必要であり、例えば、大ひずみ加工や、材料温度の高精度管理などの技術が使われる。

従来、圧延設備における圧延材の加熱、加工、及び、冷却の各条件に対し、加熱温度目標値、加工中の温度目標値、加工後の寸法目標値、冷却速度目標値などの設定値が製品仕様毎に、顧客の要求精度に加えて長年に亘る経験を加味して決められ、これを達成するように、温度制御及び寸法制御を行う方法が一般的であった。ところが、近年、上述の通り製品仕様への要求の高度化、多様化が著しいため、従来の保証範囲よりも更に厳しく、温度制御ひいては機械的性質を管理する必要があった。従来は、JIS（Japanese Industrial Standards）などに規定されているとおり、機械的性質を、ある一定値を越えることで仕様を満たす、としてきた。しかしながら、圧延材を用いた、下工程である成形工程（絞り、曲げ、プレスなど）での高精度化の要求のため、このような条件では不十分であり、仕様を満たすものの硬すぎて成形しにくいケース、プレス後のスプリングバック量（弾性回復量）が多すぎて形状凍結性に乏しいケースなどが発生してきた。そのため、経験に基づく決め方および従来の機械的性質管理方法では、目標値を必ずしも適正に制御ができないケースが生じてきていた。

そこで、圧延工程での加熱、加工、冷却などのプロセスデータを入力として、金属組織や機械的性質を予測する材質予測モデル、これをオンラインに用いた材質制御などを行う試みがなされてきている。例えば、特許文献１では、鋼板の材質予測制御方法が提案されている。

これは、加熱、粗圧延、仕上圧延、冷却、のそれぞれの工程毎に材質を予測し、目標とする機械的性質を得るために、プロセス条件を制御しようとする内容である。精度を向上させるために、はじめに成分値と要求された機械的性質から、予定のプロセス条件を求め、次に、加熱後には実績加熱時間などの実績プロセス値を取り込んで再計算を行い、以降の工程の見直しを行う。また、粗圧延が終了した際には、粗圧延の実績プロセス値を取り込んで再計算を行い、同様に以降の工程の見直しを行う。同様に、仕上圧延終了時にも仕上圧延の実績プロセス値を取り込んで再計算を行い、同様に以降の工程の見直しを行う。

このように、材質予測技術の活用が進められてきているが、これまでは実施前に時間に余裕のある製造条件を決定する手段など限られた分野での活用が図られてきた。しかし、特許文献２に述べられているように、厚鋼板の場合は粗圧延過程、仕上圧延過程、冷却圧延過程、および各パス間などに時間の余裕があり、その間に材質予測計算を行うことが可能であるが、薄鋼板の製造においては、上記の工程が連続して行われるため、特許文献１のように繰り返し計算を行うことは困難である。また、例えば仕上圧延過程と冷却圧延過程では、連続して実施されることもあるため、上記工程毎に材質予測計算の再計算を実施することは困難である。

特許文献２によれば、予め品質目標値に応じて各工程の製造条件設定値と適正範囲を求めておき、製造条件実績値と製造条件設定値を比較して、適正範囲内であれば設定値とし、適正範囲外であれば、製造条件実績値と製造条件設定値の差に基づいて、材料の品質を予測して、品質目標値との偏差を算出し、品質の偏差に基づいて次工程以降の製造条件設定値の補正値と、予め決めておいた製造条件と品質の関係に基づき、補正値を算出し、次工程以降の製造条件の設定値を変更する。

特許第２５０９４８１号公報特開２００２−１６１３１６号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、次工程以降の製造条件設定値を算出する際に、品質の目標値に対する偏差に基づいて次工程以降の製造条件設定値の補正値を算出するので、予め決めておいた製造条件と品質の関係に基づき、補正値を算出して材質の予測精度を行うには、実際には鋼種や圧延状況が様々に変わるため、事前に補正値を決定することには限界がある。このため、どのような鋼種や圧延条件でも高精度な予測結果が得られるとは限らず、金属組織および機械的性質を予測するモデルの高精度化を実現する仕組みが必要であった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、圧延開始前に予め品質の偏差と製造条件の関係を求める必要がなく、かつ、目標とする品質を達成するために鋼種に応じた良好な精度で制御設定値を計算する設定値計算装置、設定値計算方法、及び設定値計算プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る設定値計算装置の第１の特徴は、圧延装置が圧延材を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する設定計算手段と、前記設定計算手段により算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置により圧延される圧延材の材質を予測する材質予測手段と、前記材質予測手段により予測された材質と前記圧延材の化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する機械的性質予測手段と、前記制御設定値と前記機械的性質とに基づいて、前記制御設定値が前記機械的性質に与える影響度合いを示す影響係数を算出する影響係数算出手段と、前記圧延材に対して要求される機械的性質と、前記機械的性質予測手段により予測された機械的性質との偏差を算出し、前記算出された偏差と前記影響係数算出手段により算出された影響係数とに基づいて、前記設定計算条件を変更して前記設定計算手段に前記制御設定値を算出させる設定計算条件変更手段と、を備えたことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る最適化方法の第１の特徴は、圧延装置が圧延材を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する設定計算ステップと、前記設定計算ステップにより算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置により圧延される圧延材の材質を予測する材質予測ステップと、前記材質予測ステップにより予測された材質と前記圧延材の化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する機械的性質予測ステップと、前記制御設定値と前記機械的性質とに基づいて、前記制御設定値が前記機械的性質に与える影響度合いを示す影響係数を算出する影響係数算出ステップと、前記圧延材に対して要求される機械的性質と、前記機械的性質予測ステップにより予測された機械的性質との偏差を算出し、前記算出された偏差と前記影響係数算出ステップにより算出された影響係数とに基づいて、前記設定計算条件を変更して前記設定計算ステップに前記制御設定値を算出させる設定計算条件変更ステップと、を有することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る最適化プログラムの第１の特徴は、圧延装置が圧延材を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する設定計算ステップと、前記設定計算ステップにより算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置により圧延される圧延材の材質を予測する材質予測ステップと、前記材質予測ステップにより予測された材質と前記圧延材の化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する機械的性質予測ステップと、前記制御設定値と前記機械的性質とに基づいて、前記制御設定値が前記機械的性質に与える影響度合いを示す影響係数を算出する影響係数算出ステップと、前記圧延材に対して要求される機械的性質と、前記機械的性質予測ステップにより予測された機械的性質との偏差を算出し、前記算出された偏差と前記影響係数算出ステップにより算出された影響係数とに基づいて、前記設定計算条件を変更して前記設定計算ステップに前記制御設定値を算出させる設定計算条件変更ステップと、をコンピュータに実行させる。

本発明の設定値計算装置、設定値計算方法、及び設定値計算プログラムよれば、圧延前に予め品質の偏差と製造条件の関係を求めることなく、良好な精度で目標とする品質を達成するための制御設定値を計算する。

本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置が適用された熱間圧延システムの構成を示した構成図である。本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置が備えるＣＰＵの構成を示した構成図である。本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置の処理手順を示したフローチャートである。本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置の影響係数算出部における環境係数の計算方法を概念的に示した図である。

以下、本発明に係る設定値計算装置の実施の形態について図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態＞
≪構成≫
図１は、本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置が適用された熱間圧延システムの構成を示した構成図である。

図１に示すように、熱間圧延システム３００は、第１の実施形態に係る設定値計算装置１と、熱間で圧延材を圧延する熱間圧延装置１００と、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００とを備えており、設定値計算装置１は、制御装置２００に接続されている。図１中の矢印は、熱間圧延装置（熱間圧延ライン）において圧延される圧延材１５０が搬送される搬送方向を示している。一般的に、圧延材１５０は、熱間圧延装置において圧延される過程において、スラブ、バー、コイルとも呼ばれるが、ここでは、圧延材１５０という呼称で統一するものとする。

図１に示すように、熱間圧延装置１００は、加熱炉１０１と、プライマリデスケーラ１０３と、粗エッジャ１０５と、粗圧延機１０７と、粗出側板幅計１０９と、バーヒータ１１０と、粗出側温度計１１１と、仕上入側温度計１１３と、クロップシャー１１５と、セカンダリデスケーラ１１７と、仕上圧延機１１９と、仕上出側板厚計１２１と、マルチゲージ１２３と、仕上出側温度計１２５と、平坦度計１２７と、ランアウトテーブル１２９と、コイラ入側温度計１３１と、コイラ入側板幅計１３３と、ダウンコイラ１３５とを備える。

加熱炉１０１は、圧延材１５０を加熱するための炉である。

プライマリデスケーラ１０３は、加熱炉１０１の加熱により圧延材１５０表面に形成された酸化膜を、圧延材１５０の板厚方向の上下方向から高圧水を噴射することにより除去する。

粗エッジャ１０５は、熱間圧延ライン上面方向から見て、圧延材１５０の幅方向の圧延を行う。

粗圧延機１０７は、単数又は複数スタンドを備え、圧延材１５０の板厚が減じる方向の圧延を行う。また、粗圧延機１０７は、温度低下防止等の観点から、ライン長を短くする必要があり、さらに複数パス（搬送方向に対する往復運動）による圧延が必要であることから、可逆式圧延機を含んで構成される場合が多い。また、粗圧延機１０７は、半製品である圧延材１５０に高圧水を噴射し、表面の酸化膜を除去するためのデスケーラを備えている。圧延は、高温で行われるため、酸化膜が形成されやすく、このような酸化膜を除去するための装置を適宜用いる必要がある。

粗出側板幅計１０９は、圧延中の半製品である圧延材１５０の板幅を測定する。

粗出側温度計１１１は、圧延中の半製品である圧延材１５０の表面温度を測定する。

バーヒータ１１０は、粗圧延機１０７により圧延された圧延材１５０を昇温する。

仕上入側温度計１１３は、粗圧延機１０７と仕上圧延機１１９の間の距離が長いため、仕上圧延機１１９の入口における圧延材１５０の表面温度を測定する。

クロップシャー１１５は、圧延材１５０の先尾端部を切断する。

セカンダリデスケーラ１１７は仕上圧延機１１９の入口に設けられ、仕上圧延前の圧延材１５０の表面性状を良くすることを目的として、粗圧延機１０７と仕上圧延機１１９の間の距離が長いことに起因する粗圧延された圧延材１５０表面に形成される酸化皮膜の除去のために、圧延材１５０の上下方向から高圧水を噴射する。

仕上圧延機１１９は、スタンドと呼ばれる圧延ロールが複数組設置されたタンデム式が採用されており、複数組の圧延ロールで上下方向に圧延することにより、目標板厚の圧延材１５０を得ることができる。この仕上圧延機１１９のスタンドおよびスタンド間には、酸化膜形成を抑制するため、及び温度制御を行うために、スプレーが備えられている。

仕上出側板厚計１２１は、仕上圧延機１１９により圧延された圧延材１５０の板厚を測定する。

Ｘ線測定器の一種であるマルチゲージ( Multi-Channel Gauge)１２３は、Ｘ線の検出器を圧延材１５０の幅方向に並べた形態をしており、幅方向における板厚分布が測定できることから、板厚、クラウン、板幅など複数の種類の実績値を１台で測定できる複合型測定器である。

仕上出側温度計１２５は、仕上圧延機１１９による圧延後の圧延材１５０の表面温度を測定する。圧延材１５０の温度は、製品の金属組織の形成や材質と密接に関連しており、適切な温度に管理される必要がある。

平坦度計１２７は、仕上圧延機１１９による圧延後の圧延材１５０の平坦度を測定する。また、平坦度計１２７は、複数のＣＣＤカメラを備えており、圧延材１５０の板幅を測定することも可能である。

ランアウトテーブル１２９は、圧延材１５０の温度を制御するために、冷却水により圧延材１５０を冷却する装置である。これらには、通常のランアウトテーブル冷却装置に加えて、上流側および下流側に強制冷却装置が備えられることもある。

コイラ入側温度計１３１は、ランアウトテーブル１２９により冷却された圧延材１５０の表面温度を測定する。圧延材１５０の温度は、圧延製品の金属組織の形成や材質と密接に関連しており、適切な温度に管理される必要がある。

コイラ入側板幅計１３３は、ランアウトテーブル１２９により冷却された圧延材１５０の板幅を測定する。通常の圧延では、オーステナイト域まで加熱された圧延材１５０は、ランアウトテーブル１２９においてフェライトやパーライトなどの組織に変態するため変態後の板幅を測定する。また、仕上圧延機１１９出側で約860℃前後、ダウンコイラ１３５入側で約600℃前後であることから、より室温に近い状態で測定することにより、線膨張による室温との差がより少ない状態で板幅を測定することができる。

ダウンコイラ１３５は、圧延材１５０を搬送するために巻き取る。

制御装置２００は、制御設定値に基づいて、製品である圧延材１５０の品質を確保するための品質制御として、圧延材１５０の寸法制御と温度制御を行う。

制御装置２００は、寸法制御として、圧延材１５０の幅方向中央部の板厚を制御する板厚制御、板幅を制御する板幅制御、幅方向板厚分布を制御する板クラウン制御、圧延材１５０の幅方向の伸びを制御する平坦度制御、仕上出側温度計１２５位置での圧延材１５０の温度制御、コイラ入側温度計１３１位置での圧延材１５０の温度制御、などを行う。

近年、圧延材１５０の圧延製品に対して顧客が要求する仕様は厳しくなる一方であり、とりわけ寸法制御で制御される圧延製品の寸法形状に加え、強度及び延性などの機械的性質を許容範囲内に収めることが重要となっている。鉄鋼をはじめとする金属材料において、強度（降伏応力、耐力、硬さなど）、靱性（延性−脆性破面遷移温度など）、成形性（r値など）などの機械的性質は、その合金組成だけでなく、加熱条件、加工条件、及び、冷却条件によっても変化する。合金組成の調整は、成分元素の添加量を制御することで行うが、成分調整時にはたとえば１００トン前後の溶鋼を保持できる転炉を用いるなど、１つのロット単位が大きく、１５トン前後になる個々の製品ごとに合金添加量を変更することは非常に困難である。したがって、所望の機械的性質の製品を製造するためには、合金組成の調整のみならず、加熱条件、加工条件、及び、冷却条件を適正にし、機械的性質を造り込むこと、すなわち目標とする機械的性質などの材質を達成することが重要である。

そこで、第１の実施形態に係る設定値計算装置１は、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００に接続され、圧延材１５０の圧延前に、予め圧延材１５０の品質の目標値に対する偏差と製造条件の関係を求めることなく、目標とする品質を達成するために鋼種に応じた良好な精度で設定値を計算する。

図１に示すように、設定値計算装置１は、ＣＰＵ１１と、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とを備えており、それぞれは、バス２０を介して接続されている。

ＲＯＭ１２は、不揮発性半導体等で構成され、ＣＰＵ１１が実行するオペレーションシステム及び設定値計算プログラムを記憶している。

ＲＡＭ１３は、揮発性半導体等で構成され、ＣＰＵ１１が各種処理を実行する上で必要なデータを一時的に記憶する。

ハードディスク１６は、ＣＰＵ１１が設定値計算プログラムを実行する上で必要な情報を記憶している。

ＣＰＵ１１は、設定値計算装置１の中枢的な制御を行う。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置１が備えるＣＰＵ１１の構成を示した構成図である。なお、図２に示した矢印は、主にデータの流れる方向を表したものである。

ＣＰＵ１１は、設定値計算プログラムを実行することにより、その機能上、圧延目標値設定部３１と、圧延実績値収集部３２と、設定計算部３３と、金属組織予測部３４と、機械的性質予測部３５と、機械性質判定条件設定部３６と、機械的性質判定部３７と、影響係数算出部３８と、設定計算変更条件設定部３９と、設定計算条件変更部４０とを備える。

圧延目標値設定部３１は、圧延後の圧延材１５０の目標値を設定する。ここで目標値には、板厚、板幅、仕上出側やダウンコイラ１３５の入側などの目標温度、また圧延前の圧延材１５０の化学成分などを含む。

圧延実績値収集部３２は、圧延材１５０を、当該工程で圧延する前の工程で、圧延圧延した際の温度、荷重などの実績値のみならず、各スタンドの材料温度履歴推定値、冷却装置直下の材料温度履歴推定値などの実績計算値、すなわち実績値を用いてのモデル計算値を含む、圧延材１５０に関する圧延データを収集する。この圧延データには、コイル長手方向の位置情報が含まれる。ここで当該工程とは、粗圧延であれば設定計算を行う対象の工程である。粗圧延は１パス前にも設定計算を行うが、各パス入側でも設定計算を行う。このため、当該パスはこれから圧延を行うパスを指す。仕上圧延であれば、設定計算は仕上入側で実施されるため、当該工程は仕上圧延を指し、当該工程の前の工程とは粗圧延を指す。

設定計算部３３は、熱間圧延装置１００が圧延材１５０を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する。このとき、圧延モデル等による予測計算が必要になる。そのため、設定計算部３３は、圧延現象を数式化したモデルを内蔵し、圧延材１５０の温度や成分などの情報に基づいて、これらの圧延モデルを用いて、仕上圧延機１１９のパススケジュールなどの制御設定値を計算する。

金属組織予測部３４は、設定計算部３３により算出された制御設定値および圧延目標値設定部３１に含まれる、板厚、板幅、仕上出側やダウンコイラ１３５の入側などの目標温度、ランアウトテーブル１２９の各バンクにおける予測温度、また圧延前の圧延材１５０の化学成分などに基づいて、熱間圧延装置１００により圧延される圧延材１５０の材質（金属組織）を予測する。具体的には、金属組織予測部３４は、圧延データに含まれる、化学成分や温度、圧延速度などプロセス値に基づき、冶金現象を数式化したモデルにより、金属組織の変化を予測する。金属組織の変化を示す金属組織情報として、フェライト粒径、フェライト、パーライト、ベイナイト、又はマルテンサイトなど各相の体積率、中間データとしてオーステナイト粒径や転移密度などがある。

機械的性質予測部３５は、金属組織予測部３４により予測された材質（金属組織）と、化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する。具体的には、機械的性質予測部３５は、金属組織予測部３４から得られる、粒径や各相の体積率などの金属組織情報と、化学成分等とから、機械的性質を予測する。硬さと機械的性質には相関関係があることがわかっているので、機械的性質を予測する際に、各相の体積率などから、硬さを中間パラメータとして算出しても良い。これにより機械的性質の予測値を得ることができる。

機械性質判定条件設定部３６は、後述する機械的性質判定部３７が、機械的性質が所望の機械的性質を満たすか否かを判定するための条件を機械的性質判定部３７に与える。ここで、機械的性質は製品毎に異なり、引張り強さ、降伏応力、伸び、降伏比、靱性などが含まれる。

機械的性質判定部３７は、機械的性質予測部３５から得られた値を、機械性質判定条件設定部３６から与えられた値と照合することにより、所望の機械的性質を満たすか否かを判定する。

影響係数算出部３８は、制御設定値と、これから算出される機械的性質とに基づいて、制御設定値が機械的性質に与える影響の度合いを示す影響係数を算出する。具体的には、影響係数算出部３８は、設定計算部３３に温度などの目標値を設定し、これにより機械的性質予測部３５から得られる機械的性質の計算結果に基づいて、設定計算結果が機械的性質に与える影響を計算する。なお、ニューラルネットワークやジャストインタイムモデリングなどから得られるモデルを用いて、化学成分や温度目標値から予測される機械的性質を用いて影響係数を算出してもよい。

設定計算変更条件設定部３９は、設定計算条件を変更する際の、上下限値を設定する。

設定計算条件変更部４０は、圧延材１５０に対して要求される機械的性質と、機械的性質予測部３５により予測された機械的性質との偏差を算出し、算出された偏差と影響係数算出部３８により算出された影響係数とに基づいて、設定計算条件を変更して設定計算部３３に制御設定値を算出させる。このとき、設定計算条件変更部４０は、設定計算変更条件設定部３９により設定された上下限値を加味して、制御設定値を算出させる。

≪作用≫
次に、本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置１の作用を説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置１の処理手順を示したフローチャートである。

図３に示すように、まず、ＣＰＵ１１は、最終設定計算タイミングに達したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、最終設定計算タイミングとは、設定計算を開始するタイミングのことをいう。例えば、仕上圧延機１１９の例において、仕上圧延機１１９の各スタンドの圧延速度、圧下量などは、スタンド間の張力が適切となるように、また仕上圧延機１１９の出側における圧延材１５０の温度が目標値と一致するように決定される必要がある。このため、最終設定計算タイミングは、予測圧延荷重の精度を向上させるため、圧延材１５０の硬さを表す変形抵抗に深く関係する温度が、仕上圧延機１１９の直近で最も確からしい値が採取できる点、すなわち仕上入側温度計１１３で仕上入側温度の実績値を採取してから実施する。なお、図１において、最終設定計算タイミングをｔ１で示している。また、ｔ１での温度計測状態が悪い場合は、ｔ２で測定した温度から、ｔ２−ｔ１間の搬送時間を考慮してｔ１を推定することでも良い。

また、最終設定計算タイミングに達する前に、圧延目標値設定部３１は、圧延後の圧延材１５０の目標値を設定しているものとする。

ステップＳ１０１において、最終設定計算タイミングに達したと判定された場合（ＹＥＳの場合）、設定計算部３３は、熱間圧延装置１００が圧延材１５０を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する（ステップＳ１０７）。具体的には、設定計算部３３は、圧延機の各スタンドの圧延速度や圧下量などの設定計算を実行するが、圧延モデル等による予測計算が必要になる。そこで、設定計算部３３は、圧延現象を数式化したモデルを内蔵し、圧延材１５０の温度や成分などの情報に基づいて、これらの圧延モデルを用いて設定値を計算する。これらのモデルや設定計算方法については、各種方法があるが、広く知られている方法として、「板圧延の理論と実際」（日本鉄鋼協会編）に一例が記載されている。

次に、金属組織予測部３４は、設定計算部３３により算出された制御設定値に基づいて、熱間圧延装置１００により圧延される圧延材１５０の材質を予測する（ステップＳ１０９）。具体的には、金属組織予測部３４は、圧延データに含まれる、化学成分や圧延した際の温度、荷重などプロセス値に基づき、冶金現象を数式化したモデルにより、金属組織の変化を予測する。

冶金現象を数式化したモデルは、圧延実績値収集部３２により収集される、圧延データおよび成分情報に基づき、金属組織を算出する。冶金現象を数式化したモデルには、様々なものが提案されており、静的回復、静的再結晶、動的回復、動的再結晶、粒成長など、またオーステナイトからフェライトなどへの相変態を表す数式群からなるものが広く知られている。一例として、塑性加工技術シリーズ７板圧延（コロナ社）P198〜229に一例が掲載されている。これらにより粒径やフェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの体積率などを把握することができる。

そして、機械的性質予測部３５は、金属組織予測部３４により予測された材質（金属組織）に基づいて、機械的性質を予測する（ステップＳ１１１）。

一般的に、前述の金属組織情報および化学成分を元に、引張り強さ、耐力などの機械的性質などを予測できることが広く知られている。一例として、第１７３・１７４回西山記念技術講座「熱延鋼材の組織変化および材質の予測」（（社）日本鉄鋼協会刊P125に掲載されている。機械的性質予測部３５は、例えばこの技術を用いて金属組織予測部３４により予測された材質（金属組織）に基づいて、機械的性質を予測する。

次に、影響係数算出部３８は、制御設定値と機械的性質とに基づいて、制御設定値が機械的性質に与える影響度合いを示す影響係数を算出する（ステップＳ１１５）。具体的には、影響係数算出部３８は、設定計算部３３に温度などの目標値を設定し、これにより機械的性質予測部３５から得られる機械的性質の計算結果に基づいて、設定計算結果が機械的性質に与える影響を計算する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置１の影響係数算出部３８における環境係数の計算方法を概念的に示した図である。機械的性質の一例として引っ張り強さ（TS）、設定計算パラメータとして、仕上出側温度計１２５により測定される仕上出側温度（CT）を取り上げる。

図４に示すように、まず、機械的性質予測部３５は、圧延目標値（CTtarget）に従って、機械的性質を計算する（TS(CTtarget)）。この後、この圧延目標値から、±Δt_CTだけ目標値を変更させて、それぞれ機械的性質を計算する。このようにして、TS(CTtarget-Δt_CT)およびTS(CTtarget+Δt_CT)を得る。

この計算結果に基づいて、影響係数算出部３８は、圧延目標値（CTtarget）で計算した際の機械的性質より目標値を低くする場合の影響係数を下記の（式１）を用いて算出する。

また、影響係数算出部３８は、圧延目標値（CTtarget）で計算した際の機械的性質より目標値を高くする場合は、下記の（式２）を用いて、影響係数を算出する。

図３に戻り、設定計算条件変更部４０は、機械的性質予測部３５から得られた結果と、影響係数算出部３８から得られた影響係数とを用いて、所望の機械的性質を達成するためには、設定計算変更条件設定部３９から得られる上下限値を超えないように、設定計算条件の変更量を決定する（ステップＳ１１７）。

例えば、設定計算条件変更部４０は、圧延目標値（CTtarget）に従って、機械的性質予測部３５により機械的性質を計算した結果（TS(CTtarget)）と、圧延目標値設定部３１から入力された、目標とする機械的性質（TSaim）とを比較し、この偏差と影響係数と下記の（数式３）を用いて、設定計算条件（この場合はCT）の変更量CT_compを算出する。

なお、目標とする機械的性質（TSaim）との偏差の符号（±）により、上記の影響係数を切り替える。この変更量CT_compを設定計算手段に返し、設定計算部３３では目標温度に加えることで、目標とする機械的性質を達成する設定計算結果を得ることができる。

また、普通鋼では、CTを上げるとTSが低くなり、CTを下げればTSが上がる傾向にある。このような関係が明確な場合、上記のように圧延目標値の両側で影響係数を計算する必要はなく、圧延目標値から得られる機械的性質と目標とする機械的性質の大小を比較し、必要な片側だけで計算を行うことにしてもよい。

そして、ＣＰＵ１１は、所望の機械的性質を満たすか否かを判定する（ステップＳ１１９）。例えば、ＣＰＵ１１は、機械的性質予測部３５から得られた値を、機械性質判定条件設定部３６から与えられた値と照合することにより、所望の機械的性質を満たすか否かを判定する。

このように、ＣＰＵ１１は、所望の機械的性質を満たすまでステップＳ１０７〜Ｓ１１７の処理を繰り返し処理することにより、より精度の高い制御設定値を算出することができる。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置１によれば、熱間圧延装置１００が圧延材１５０を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する設定計算部３３と、設定計算部３３により算出された制御設定値に基づいて、熱間圧延装置１００により圧延される圧延材１５０の材質を予測する金属組織予測部３４と、金属組織予測部３４により予測された材質と、化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する機械的性質予測部３５と、制御設定値と機械的性質とに基づいて、制御設定値が機械的性質に与える影響度合いを示す影響係数を算出する影響係数算出部３８と、圧延材１５０に対して要求される機械的性質と、機械的性質予測部３５により予測された機械的性質との偏差を算出し、算出された偏差と影響係数算出部３８により算出された影響係数とに基づいて、設定計算条件を変更して設定計算部３３に制御設定値を算出させる設定計算条件変更部４０とを備えるので、圧延前に予め品質の偏差と製造条件の関係を求める必要がなく、かつ、目標とする品質を達成するために鋼種に応じた良好な精度で制御設定値を計算することができる。

なお、本発明の第１の実施形態に係る設定値計算装置１における最終設定計算タイミングｔ１は、予測圧延荷重の精度を向上させるため、仕上入側温度計１１３で仕上入側温度の実績値を採取した時点としたが、これに限らない。

例えば、粗出側温度計１１１で、粗圧延最終パス終了後に圧延材１５０の実績温度を採取した点で設定計算を開始するようにしてもよい。このタイミングを最終設定前計算タイミングといい、最終設定前計算タイミングで開始する設定計算を最終設定前計算とする。最終設定前計算タイミングは図１においてｔ２で示している。

なお、最終設定計算及び最終設定前計算は、それぞれ、仕上入側温度計１１３及び粗出側温度計１１１の位置で行われることを限定するものではない。例えば、仕上入側温度計１１３が、圧延材１５０表面のスケール（酸化物）により実際の圧延材１５０温度の計測が困難な場合、粗出側温度計１１１の実測値から、粗出側温度計１１１から仕上入側温度計１１３までの搬送時間を考慮して算出した、仕上入側温度計１１３の位置での計算温度を用いて、粗圧延最終パスで粗出側温度計１１１の位置で行ってもよい。この場合、最終設定前計算は、このタイミングよりも前に行われれば良く、例えば粗圧延入側の板幅計（図示しない）の位置で、粗圧延開始前に行っても良いし、加熱炉１０１の抽出前に行っても良い。

また、上述した実施形態を、コンピュータにインストールした設定値計算プログラムを実行させることにより実現することもできる。すなわち、この設定値計算プログラムは、例えば、設定値計算プログラムが記憶された記録媒体から読み出され、ＣＰＵで実行されることにより設定値計算装置１を構成するようにしてもよいし、通信ネットワークを介して伝送されてインストールされ、ＣＰＵで実行されることにより設定値計算装置１を構成するようにしてもよい。

本発明は、熱間圧延装置を制御する制御装置を設定する設定値計算装置に適用できる。

１…設定値計算装置
１１…ＣＰＵ
３１…圧延目標値設定部
３２…圧延実績値収集部
３３…設定計算部
３４…金属組織予測部
３５…機械的性質予測部
３６…機械性質判定条件設定部
３７…機械的性質判定部
３８…影響係数算出部
３９…設定計算変更条件設定部
４０…設定計算条件変更部
１００…熱間圧延装置
１０１…加熱炉
１０３…プライマリデスケーラ
１０５…粗エッジャ
１０７…粗圧延機
１０９…粗出側板幅計
１１０…バーヒータ
１１１…粗出側温度計
１１３…仕上入側温度計
１１５…クロップシャー
１１７…セカンダリデスケーラ
１１９…仕上圧延機
１２１…仕上出側板厚計
１２３…マルチゲージ
１２５…仕上出側温度計
１２７…平坦度計
１２９…ランアウトテーブル
１３１…コイラ入側温度計
１３３…コイラ入側板幅計
１３５…ダウンコイラ
１５０…圧延材
２００…制御装置
３００…熱間圧延システム

Claims

圧延装置が圧延材を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する設定計算手段と、
前記設定計算手段により算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置により圧延される圧延材の材質を予測する材質予測手段と、
前記材質予測手段により予測された材質と前記圧延材の化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する機械的性質予測手段と、
前記制御設定値と前記機械的性質とに基づいて、前記制御設定値が前記機械的性質に与える影響度合いを示す影響係数を算出する影響係数算出手段と、
前記圧延材に対して要求される機械的性質と、前記機械的性質予測手段により予測された機械的性質との偏差を算出し、前記算出された偏差と前記影響係数算出手段により算出された影響係数とに基づいて、前記設定計算条件を変更して前記設定計算手段に前記制御設定値を算出させる設定計算条件変更手段と、
を備えたことを特徴とする設定値計算装置。
圧延装置が圧延材を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する設定計算ステップと、
前記設定計算ステップにより算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置により圧延される圧延材の材質を予測する材質予測ステップと、
前記材質予測ステップにより予測された材質と前記圧延材の化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する機械的性質予測ステップと、
前記制御設定値と前記機械的性質とに基づいて、前記制御設定値が前記機械的性質に与える影響度合いを示す影響係数を算出する影響係数算出ステップと、
前記圧延材に対して要求される機械的性質と、前記機械的性質予測ステップにより予測された機械的性質との偏差を算出し、前記算出された偏差と前記影響係数算出ステップにより算出された影響係数とに基づいて、前記設定計算条件を変更して前記設定計算ステップに前記制御設定値を算出させる設定計算条件変更ステップと、
を有することを特徴とする設定値計算方法。
圧延装置が圧延材を圧延するための制御設定値を設定計算条件に基づいて算出する設定計算ステップと、
前記設定計算ステップにより算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置により圧延される圧延材の材質を予測する材質予測ステップと、
前記材質予測ステップにより予測された材質と前記圧延材の化学成分とに基づいて、機械的性質を予測する機械的性質予測ステップと、
前記制御設定値と前記機械的性質とに基づいて、前記制御設定値が前記機械的性質に与える影響度合いを示す影響係数を算出する影響係数算出ステップと、
前記圧延材に対して要求される機械的性質と、前記機械的性質予測ステップにより予測された機械的性質との偏差を算出し、前記算出された偏差と前記影響係数算出ステップにより算出された影響係数とに基づいて、前記設定計算条件を変更して前記設定計算ステップに前記制御設定値を算出させる設定計算条件変更ステップと、
をコンピュータに実行させるための設定値計算プログラム。