JP2017177200A - 熱間仕上圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延精度を向上させつつ、ワークロール１２の冷却水量を適切なタイミングで調整することにより、歩留りロスを抑制する。
【解決手段】圧延後の被圧延板Ｓの歪みを測定し、測定した被圧延板Ｓの歪の評価が良好と判定した場合には、評価した被圧延板Ｓの板情報、その被圧延板Ｓを圧延したときの上記設定冷却水量、及びその被圧延板Ｓを圧延したときのワークロール１２のプロフィル情報を有する圧延結果データＤＡＴＡを、データベース３２に格納する。そして、仕上圧延する前にデータベース３２を検索して、圧延する被圧延板Ｓの板情報及び圧延の際の上記ワークロール１２のプロフィル情報と同じ情報若しくは近似した情報を有する圧延結果データＤＡＴＡが存在すると判定したら、その対応する圧延結果データＤＡＴＡ中の設定冷却水量を、圧延する際の上記設定冷却水量として設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱炉から抽出したスラブを熱間仕上圧延する技術に関する。

スラブ（鋼板）を仕上圧延する際、鋼板には、ワークロールから押し付けられる荷重によって当該ワークロールからの形状転写が発生することから、平坦な板を作るにはワークロールのプロフィル形状を制御することが重要である。
ここで、仕上圧延機におけるワークロールは、被圧延板との接触により摩耗する。また、被圧延板の熱によりワークロール自身が熱膨張し、ワークロールのプロフィルにサーマルクラウンが付与される。このワークロールの摩耗やサーマルクラウンが原因となって、板クラウン不良や、中伸び等、圧延後の被圧延板に対し形状不良を引き起こすおそれがある。このため、形状不良の発生防止のためには、ワークロールのサーマルクラウンを制御する必要がある。
従来、サーマルクラウンの成長を制御するため、特許文献１〜６に記載されているように、ワークロールを冷却水で冷却することが行われている。すなわち、ワークロールの熱膨張防止策として、ワークロールに対し冷却水による冷却が行われている。

特開２００８−１９４７３３号公報 特開平９−８５３１２号公報 特開平１１−２７７１２２号公報 特開２０００−１５８０２７号公報 特開２００６−２７２３５４号公報 特開２００１−１５００１２号公報

しかし、現在、ワークロール冷却水量の制御は、操業しているオペレータの手動操作で実施されることが多い。具体的には、圧延後の板クラウンの状態を別の作業員が確認し、その確認した板クラウンの状態に応じて、適宜、ワークロールへの冷却水量の設定変更を行っている。
このとき、ワークロールへの冷却水量を設定変更後、稼動中のワークロールの膨張量が適正な量へ変化するまでに時間差が発生するため、ワークロールの膨張量が変化する。このようにサーマルクラウンに対する応答が遅れることから、中高や中薄の板が製造されてしまい、歩留りロスが大きくなるおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目したもので、ワークロール冷却水量を適切なタイミングで調整することにより、歩留りロスを抑制することを目的としている。

課題を解決するために、本発明の一態様である熱間仕上圧延方法は、加熱炉から抽出したスラブである被圧延板を、熱間仕上圧延機のワークロールで当該ワークロールを設定冷却水量で水冷しながら圧延する熱間仕上圧延方法において、
圧延後の被圧延板の歪みを測定し、予め設定した歪の評価条件に基づき、測定した被圧延板の歪の評価が良好と判定した場合には、評価した被圧延板の圧延前の板情報、その被圧延板を圧延したときの上記設定冷却水量、及びその被圧延板を圧延したときの上記ワークロールのプロフィル情報を有する圧延結果データを、データベースに格納し、
被圧延板を仕上圧延する前に上記データベースを検索して、上記格納した圧延結果データ中に、圧延する被圧延板の板情報及び圧延の際の上記ワークロールのプロフィル情報と同じ情報若しくは近似した情報を有する圧延結果データが存在すると判定したら、その対応する圧延結果データ中の設定冷却水量を、圧延する際の上記設定冷却水量として設定することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、対応する圧延結果データが存在する場合には、圧延が良好であったときの被圧延板の情報に基づき、次の被圧延板を圧延する前に、つまりフィードフォワード的に適正な設定冷却水量を設定可能となる。この結果、本発明の一態様によれば、ワークロール冷却水量を適切なタイミングで調整することが出来ることから、圧延精度を向上出来ると共に歩留りロスを抑制することが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る圧延設備を説明する模式図である。 ワークロールとワークロール用冷却装置と説明するための図である。 板クラウン制御部の構成を説明する図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
圧延設備は、例えば、図１に示すように、予測圧延スケジュールに基づき、加熱炉１から順次、加熱されたスラブ２が抽出され、抽出されたスラブ２は、粗圧延機３で粗圧延された後に、熱間仕上圧延機４で熱間仕上圧延されて目的の板Ｓとなり、その板Ｓは、順次、次工程に送られる。
本実施形態では、次工程として、切断工程５、板検査工程６及び歪矯正工程７を備える。なお、設備によっては、切断工程５、板検査工程６及び歪矯正工程７の配置の順番は異なる。例えば、厚板ライン（リバース圧延）などにおいて、切断工程５の上流側や、切断工程５と板検査工程６との間に歪矯正工程７が配置される場合もある。

本実施形態の仕上圧延機４は、図１に示すように、複数のスタンドＦ１〜Ｆ７から構成されていると共に、各スタンドＦ１〜Ｆ７間にそれぞれ板の温度を調整するための板冷却装置８が配置されている。板冷却装置８は、例えば冷却水スプレー装置から構成されて、圧延中の被圧延板Ｓの表面に向けて冷却水を吹き付け可能となっている。（温度計9とスタンドＦ１の間にも板冷却装置8を追記して下さい。）
また、上記仕上圧延機４の入側に入側温度計９が設置されていると共に、上記仕上圧延機４の出側に出側温度計１０が設置されていて、この温度計９，１０を用いて入側と出側の各実績温度を測定している。そして、上記の板冷却装置８によって仕上圧延後の板Ｓの温度が制御される。

上記の各スタンドは、例えば図２に示すように、一対のワークロール１２と、各ワークロール１２毎に配置されるバックアップロール１３とを有する。また、各ワークロール１２に向けて冷却水を吹き付けるワークロール用冷却装置２０が設けられている。そして、ワークロール用冷却装置２０からの冷却水によってワークロール１２の熱膨張が抑制される。
符号１４はパスラインに沿って配置された搬送ローラを示す。
なお、仕上圧延機４の上流側には、加熱後の被圧延板Ｓを圧延する粗圧延機３が配置されている。その粗圧延機３の出側と仕上圧延機４の入側との間に、被圧延板Ｓの温度降下などを補償するための、バーヒータ（不図示）及びエッジヒータ（不図示）を配置して、粗圧延から仕上圧延開始までの間の板Ｓの温度補償を行っても良い。

また、仕上圧延機４の下流側に、板Ｓの方向を変更するピンチロール（不図示）と巻取り機（不図示）を配置し、仕上圧延された板Ｓを順次巻取り機で巻き取ってコイルとし、コイルの形態で次工程に搬送する構成となっていてもよい。
板検査工程６では、仕上圧延された板Ｓの検査を行う。板Ｓの検査の一つとして、本実施形態では、板Ｓの三次元の歪実績（平坦度の実績）を測定する歪計として平面形状計１１が設けられている
本実施形態は、圧延制御部３０、歪評価判定部３１及びデータベース３２を備える。

＜歪評価判定部３１＞
歪評価判定部３１は、平面形状計１１の測定結果に基づき、板Ｓの歪実績を評価し、その評価に基づき歪矯正が必要な板か否かを判定する。本実施形態の歪評価判定部３１は、更に、歪矯正が必要無い、つまり歪評価が良好な板と判定すると、その板Ｓの、歪の評価情報、圧延前のスラブ状態での板情報、その被圧延板Ｓを圧延したときの上記設定冷却水量、及びその被圧延板Ｓを圧延したときのワークロール１２のプロフィル情報を有する圧延結果データＤＡＴＡを作成し、作成した圧延結果データＤＡＴＡをデータベース３２に記憶（格納）する処理を行う。

歪矯正が必要と判定した板Ｓについても、圧延結果データＤＡＴＡを作成し、作成した圧延結果データＤＡＴＡをデータベース３２に記憶（格納）しても良い。
板Ｓの歪評価は、予め設定した歪の評価条件に基づき評価される。板Ｓの歪評価は、例えば、板Ｓの形状が公差外の場合に歪矯正が必要と判定し、公差内であれば良好と判定する。また例えば、板Ｓの平坦度を段階評価して、歪評価の情報を数値化し、その数値によって良好か否かを判定するようにしても良い。

ワークロール１２のプロフィル情報は、ワークロール１２の初期プロフィル（イニシャルプロフィル）、及びロール交換し、その初期プロフィルからそれまでに圧延した圧延本数のうちの、少なくとも初期プロフィルの情報からなる。ここで、ワークロール１２は、１００本など所定本数圧延すると交換されるが、圧延による磨耗によってプロフィルが順次変化していく。この磨耗を見越して、所要の初期プロフィルとなるように研磨される。
また、板情報は、対象とする板Ｓの板厚、板幅、鋼種の情報を有する。なお、加熱炉１からの抽出温度若しくは仕上圧延機４入側の板温度の温度情報も、圧延結果データＤＡＴＡの一部としても良い。

ここで、歪評価判定部３１が平面形状計１１の測定による板Ｓの歪評価に基づき、歪矯正が必要と判定されると、その板Ｓは歪矯正工程７に搬送されて、板Ｓの板厚に応じた歪矯正の処理が施される。
なお、歪発生の主な要因は、圧延によって生じる板幅内の伸びの不均一さである。伸びの不均一さはクラウン比率で示すことができる。クラウン比率とは、板Ｓの幅方向におけるセンター厚と板クラウンの比率である。原理的には幅方向への伸びがないと仮定した場合、圧延前後のパスで同じクラウン比率になると、歪のない平坦な板Ｓとなる。しかし、実際には幅方向にも圧下力による伸びが生じるため、クラウン比率をコントロールしながら、いかに歪を抑えるかが重要となる。

＜圧延制御部３０＞
本実施形態の圧延制御部３０は、図１に示すように、圧下量制御部３０Ａ、板温制御部３０Ｂ、及び板クラウン制御部３０Ｃを備える。
（圧下量制御部３０Ａ）
圧下量制御部３０Ａは、仕上圧延機４入側の板厚、圧延機出側での目標板厚、仕上圧延速度に応じた各目標圧下量に各スタンドＦ１〜Ｆ７での圧下量を制御する。なお、仕上圧延の際に、板Ｓを搬送するための基準とする仕上圧延速度パターンは、一本の板毎に、圧延設備の諸元に基づき高能率で圧延可能な速度パターンに予め設定される。また、板Ｓを長手方向に沿って所定単位毎に仮想的に分けた切板単位に圧下制御を実施する。
（板温制御部３０Ｂ）
板温制御部３０Ｂは、仕上圧延機４入側の板温と圧延機出側での目標板温とから、板Ｓの温度降下量を求め、その温度降下分に応じて板冷却装置８による板冷却制御を実施する。なお、板Ｓを長手方向に沿って所定単位毎に仮想的に分けた切板単位に板温制御を実施する。

（板クラウン制御部３０Ｃ）
本実施形態の板クラウン制御部３０Ｃは、ワークロール１２のサーマルクラウン制御によって板クラウン制御を実施する。
板クラウン制御部３０Ｃは、図３に示すように、板クラウン予測部３０Ｃａと、乖離計算部３０Ｃｂと、ワークロール冷却水量決定部３０Ｃｃと、設定値初期設定部３０Ｃｄとを備える。
板クラウン予測部３０Ｃａは、上位のコンピュータから圧延する被圧延板Ｓの板厚情報（板厚、板幅、鋼種など）を取得し、取得した板情報から仕上圧延前の板プロフィルを求める。

次に、板クラウン予測部３０Ｃａは、圧延前の板プロフィルに基づき、下記に示すような公知のクラウンモデル式（（１）式）を使用して、圧延後の板クラウンの予測を行う。
ここで、板Ｓのプロフィルは、ワークロールプロフィルの転写による圧延材の変形で形成され、圧延後の板Ｓにおいて歪みやクラウンが少ないほど、平坦で理想的な板となる。
ＣＨ_ｎ＝α・ＣＨ_ｍｎ＋β・Ｃｈ_ｎ−１ ・・・（１）式
ここで、
添字ｎ：スタンド番号 ＣＨ_ｎ：出側クラウン（ｎ番目のスタンド出側での板クラウン）
ＣＨ_ｍｎ：ｎ番目のスタンドのワークロール１２のメカニカルクラウン
Ｃｈ_ｎ−１：入側クラウン（ｎ番目のスタンド入側での板クラウン）
α：転写率
β：遺伝係数
である。
ここで、リバース圧延の場合には、上記の添字ｎはパス番号を表す。

メカニカルクラウンＣＨ_ｍｎは、圧下時のワークロール１２の弾性変形分、ワークロール１２の初期プロフィル、ワークロール１２のサーマルクラウン、及び摩耗プロフィルの合成によって表現される。
ワークロール１２の弾性変形分は、以下に記すａ〜ｄの４つの変形成分に分けることが出来る。
ａ：板Ｓからの圧延圧力とバックアップロール１３からの反力としての接触圧力によるワークロール１２のたわみ
ｂ：板Ｓからの圧延圧力によるワークロール１２表面の圧縮変形及びワークロール１２の横断面形状の偏平化
ｃ：ワークロール１２とバックアップロール１３の接触圧力による圧縮変形
ｄ：ワークロール１２からの接触圧力と軸受部での支持力とによって発生するＢＵＲのたわみ

ワークロール１２の初期プロフィルは、圧下時におけるワークロール１２の弾性変形を見越してあらかじめワークロール１２の胴長中心部を太くするようなプロフィルに設定される。
サーマルクラウンは圧延中の板Ｓからワークロール１２へ熱が流入することによるワークロール１２の熱膨張分をいう。材料からロールへの熱の流入は短時間の接触によって行われる。圧延中のワークロール１２の温度はロール胴長中央部が最も高く、両端に向かって低くなるような分布になっている。
サーマルクラウンによるサーマルプロフィルは、公知の熱伝達モデルを使用して求めればよい。例えば、ロール内部の温度分布を求め軸方向の膨張量分布を計算する２次元軸対称差分モデルと、径方向の温度差を求め膨張量を計算する１次元差分モデルとを使用して求める。なお、適宜、サーマルクラウンを実測し、水冷の熱伝達係数等の境界条件について見直しを行うことが好ましい。

摩耗プロフィルも公知の摩耗プロフィルモデルによって計算すればよい。摩耗プロフィルモデルは、圧延荷重、圧延距離及び板Ｓの鋼種などから計算される。適宜、ロール摩耗を実測して摩耗係数について見直しを行うことが好ましい。
乖離計算部３０Ｃｂは、板クラウン予測部３０Ｃａが求めた板クラウンの予測値と板クラウン目標値との乖離量を求める。
板クラウン目標値は、圧延する被圧延板Ｓの板情報（板厚、板幅、鋼種など）と製品要求形状とに基づき決定する。

ワークロール冷却水量決定部３０Ｃｃは、各ワークロール用冷却装置２０を介して行われる、予め設定されている各ワークロール１２への設定冷却水量を適宜、設定変更する処理を行う。具体的には、ワークロール冷却水量決定部３０Ｃｃは、乖離計算部３０Ｃｂが演算した乖離量の絶対値が、許容基準値を越えると判定した場合に、乖離量がゼロに近づく方向に設定冷却水量の設定変更を行う。
ここで、設定冷却水量は、例えば単位時間且つ単位面積当たりにワークロール１２にワークロール用冷却装置２０によって吹き付ける冷却水の量である。

ここで、ワークロール冷却水量決定部３０Ｃｃによる設定冷却水量の設定変更は、仕上圧延機４の全スタンドのワークロール１２のワークロール用冷却装置２０に対して、実行しても良いが、本実施形態では、最終スタンドＦ７のワークロール１２の設定冷却水量だけを設定変更することとする。
設定冷却水量の設定変更は、例えば、上記求めた乖離を解消可能なワークロールプロフィルを求め、そのワークロールプロフィルと上記モデルでのプロフィルとのプロフィルの誤差を、サーマルプロフィルの誤差とみなし、その誤差を解消する冷却水量の変更分を演算することで、設定冷却水量の設定変更を変更する。なお、圧延中にワークロール１２の冷却流量を減らすことで、板クラウン量を減らすことが可能である
ここで、各ワークロール１２への設定冷却水量の初期値は、今までのオペレータの経験から設定するようにしても良いが、本実施形態では、設定値初期設定部３０Ｃｄによって設定冷却水量の初期値を設定する。

すなわち、設定値初期設定部３０Ｃｄが、データベース３２を検索して、圧延する被圧延板Ｓの板情報及び圧延の際のワークロール１２のプロフィル情報と同じ情報若しくは近似した情報を有する圧延結果データＤＡＴＡが存在するか判定し、対応する圧延結果データＤＡＴＡがあると判定した場合には、その対応する圧延結果データＤＡＴＡ中の設定冷却水量を、設定冷却水量の初期値として設定する。近似した情報とは、実質同等と判定される範囲の情報で、各情報からの許容範囲を予め設定して近似した情報の範囲を決定すれば良い。対応する圧延結果データＤＡＴＡが複数存在する場合には、歪みの評価が一番良い圧延結果データＤＡＴＡや一番最新のデータＤＡＴＡを採用したり、直近の複数のデータＤＡＴＡの平均値などを採用する。
又、対応する圧延結果データＤＡＴＡが存在しない場合には、別途、オペレータが過去の経験値から、鋼種と板厚毎にデータベース中に設定した初期の設定冷却水量を採用するようにしても良い。

以上の熱間圧延設備によれば、ワークロール１２の冷却水量を、フィードフォワード的に適切なタイミングで調整することから、サーマルクラウン制御における遅れが小さくなり、圧延後の被圧延板Ｓに所要の平坦度を確保することができ、歩留りロスを防止することが出来る。
また、サーマルクラウン量を、ワークロールベンダーのロールクラウン制御範囲内に抑えることもでき、板厚が均一化され、製品の品質向上、板Ｓの矯正工程への搬送が減り、能率向上させることにも繋がる。なお、ワークロールベンダーはロールを湾曲させて板プロフィルを制御する装置である。

このように、本実施形態では、ワークロール１２への冷却水量をフィードフォワード的に制御することで、最適なタイミングで所望のサーマルクラウンが形成できるようになることから、圧延精度を向上させつつ、ワークロール１２の冷却水量を適切なタイミングで調整することにより、歩留りロスを抑制することが可能となる。そして、薄物や硬質材などの難圧延材についても、既設のワークロール１２の冷却設備を使うことで低クラウンの平坦な板Ｓを作り上げることが出来る。
ここで、圧延後の板Ｓに過大な板クラウンが発生すると、長さ不足による不合格材となる場合があるが、このような過大な板クラウン発生を抑制可能となる。
また本実施形態では、歪発生率が低減することで、非直行率の改善につながり、荷揃・納期達成率が改善できる。非直行率とは、剪断ラインから次工程に移る際に精整ラインでの手入れを必要とする板Ｓの割合のことである。

１ 加熱炉
２ スラブ
３ 粗圧延機
４ 熱間仕上圧延機
６ 板検査工程
７ 歪矯正工程
８ 板冷却装置
１１ 平面形状計
１２ ワークロール
１３ バックアップロール
２０ ワークロール用冷却装置
３０ 圧延制御部
３０Ａ 圧下量制御部
３０Ｂ 板温制御部
３０Ｃ 板クラウン制御部
３０Ｃａ 板クラウン予測部
３０Ｃｂ 乖離計算部
３０Ｃｃ ワークロール冷却水量決定部
３０Ｃｄ 設定値初期設定部
３１ 歪評価判定部
３２ データベース
Ｓ 被圧延板

Claims (5)

1. 加熱炉から抽出したスラブである被圧延板を、熱間仕上圧延機のワークロールで当該ワークロールを設定冷却水量で水冷しながら圧延する熱間仕上圧延方法において、
   圧延後の被圧延板の歪みを測定し、
   予め設定した歪の評価条件に基づき、測定した被圧延板の歪の評価が良好と判定した場合には、評価した被圧延板の圧延前の板情報、その被圧延板を圧延したときの上記設定冷却水量、及びその被圧延板を圧延したときの上記ワークロールのプロフィル情報を有する圧延結果データを、データベースに格納し、
   被圧延板を仕上圧延する前に上記データベースを検索して、上記格納した圧延結果データ中に、圧延する被圧延板の板情報及び圧延の際の上記ワークロールのプロフィル情報と同じ情報若しくは近似した情報を有する圧延結果データが存在すると判定したら、その対応する圧延結果データ中の設定冷却水量を、圧延する際の上記設定冷却水量として設定することを特徴とする熱間仕上圧延方法。
2. 上記ワークロールのプロフィル情報は、ワークロールの初期プロフィル、及びその初期プロフィルからそれまでに圧延した本数分の膨張分や摩耗分を予測したワークロール形状を特徴とする請求項１に記載した熱間仕上圧延方法。
3. 上記板情報は、板厚、板幅、鋼種の情報を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した熱間仕上圧延方法。
4. 圧延する被圧延板の板情報と、サーマルクラウンを含むワークロールのメカニカルクラウンの情報とに基づき、圧延するスラブの圧延後の板プロフィルを予測し、
   その予測した板プロフィルと目標の板プロフィルとの乖離が小さくなるように、設定冷却水量を補正することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した熱間仕上圧延方法。
5. 加熱炉から抽出したスラブである被圧延板を、熱間仕上圧延機のワークロールで当該ワークロールを設定冷却水量で水冷しながら圧延して被圧延板を製造する熱間仕上圧延方法において、
   圧延する被圧延板の板情報と、サーマルクラウンを含む上記ワークロールのメカニカルクラウンの情報とに基づき、圧延する被圧延板の圧延後の板プロフィルを予測し、
   その予測した板プロフィルと目標の板プロフィルとの乖離が小さくなるように、設定冷却水量を補正することを特徴とする熱間仕上圧延方法。

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