JP2020082112A - 金属材料の材質制御支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータの経験度合いに左右されることなく所望の機械的性質を満足しうるプロセスパラメータ設定値の決定を支援する。【解決手段】金属材料の材質制御支援装置は、設定計算部と表示部を備える。設定計算部は、熱延命令情報に基づいて、金属材料を加工する熱間圧延ラインにおけるプロセスモデル、搬送モデル、温度モデル、材質モデルを表現した各物理モデル式を連成計算することにより、熱間圧延ラインを制御するためのプロセスパラメータ設定値と、各場所または時刻における金属材料の温度と、ミクロ組織と、最終製品材質とを予測計算する。表示部は、熱延命令情報と、プロセスパラメータ設定値と、各場所または時刻における金属材料の温度と、ミクロ組織と、最終製品材質とを同一画面に表示する。【選択図】図６

Description

本発明は、金属材料の材質制御支援装置に関する。

鉄鋼材料など金属材料において、機械的性質（強度、成形性、靭性等）、電磁的性質（透磁率等）などの材質は、その合金組成、加熱条件、加工条件、および、冷却条件によって変化する。

合金組成は、成分元素の添加量を制御することで調整できる。しかし、成分調整時には例えば１００トン前後の溶鋼を保持できる成分調整炉を用いるなど、１つのロット単位が大きい。そのため、１５トン前後になる個々の製品ごとに添加量を変更することは不可能である。

したがって、所望の材質の製品を製造するためには、加熱条件、加工条件、および、冷却条件を適正化して材質を造り込む必要がある。さらに、これらの製造条件は、材質のみならず製品寸法や形状などの製品品質や、安定した操業の実現にも重要である。

熱間圧延では、スラブ加熱炉で所要の温度まで加熱された高温の鋼板スラブが、ライン上を搬送されながら、順次圧延され、冷却され、最後にコイラで巻き取られる。熱間圧延プロセスにおいては、様々なプロセスパラメータを変更することにより、製品を作り分けている。

プロセスパラメータには、例えば、仕上入側温度、仕上出側温度、巻取温度などに代表される圧延ライン上の各ポイントにおける目標温度、各パスの板厚スケジュールや、圧延機に備えられているデスケーラの使用要否、連続圧延機のスタンド間に配置されたインタースタンドクーリングの使用要否と使用流量、仕上圧延機で用いる潤滑油量、ランアウトテーブルで用いる冷却パターンなどがある。

一方で、近年の製品仕様への要求の高度化および多様化から、これらの目標値の保証範囲が、従来よりも更に厳しくなっており、機械的性質を管理する必要がある。このため、圧延工程での加熱、加工、冷却に関するプロセスパラメータを入力として、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、プロセスパラメータ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、はじめに合金組成と要求された機械的性質から、予定のプロセスパラメータを求める。次に、加熱後には実績加熱時間などの実績データを取り込んで再計算を行い、以降の工程を見直す。また、粗圧延が終了した際には、粗圧延における実績データを取り込んで再計算を行い、同様に以降の工程を見直す。同様に、仕上圧延終了時にも仕上圧延における実績データを取り込んで再計算を行い、同様に以降の工程を見直す。

また、特許文献２には、プロセスパラメータ設定値の範囲と、そのときの機械的性質の実績データを格納したデータベースを元に、要求仕様を満足する製造条件を求める方法が開示されている。

また、特許文献３には、要求仕様を満足する実績が無い場合、材質予測モデルを用いて材質を予測し、要求仕様を満足する製造条件を求めることが開示されている。

係る試みにより、ある程度の予測精度で材質予測制御を為すことは可能である。しかし、材質の予測精度には限界があり、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ない。そのため、製品毎に、長年に亘る経験に基づいてプロセスパラメータ設定値を決定し、所望の機械的性質を満足させているのが現状である。

ところで、機械的性質は、鋼板温度と強い関係がある。そのため、熱間圧延ライン主要部に配置された温度計の計測値を用いて鋼板全体の温度を管理することで、機械的性質を管理する手法が採られることがある。具体的には、加熱炉出側、粗圧延機入・出側、仕上圧延機入・出側、コイラ入側、などに配置された温度計により、鋼板温度を計測し、これらを長年に亘る経験に基づいて決められていた加熱温度目標値、加工後の寸法目標値、冷却速度目標値などを達成するように制御している。

経験豊富なオペレータであれば、プロセスパラメータ設定値の決定に際して、長年に亘る経験に裏付けられた適切な介入をすることで、高度化および多様化した製品仕様への要求を満足することが可能である。しかし、比較的経験の浅いオペレータの場合、適切な介入による製品仕様の達成が難しい。そのため、プロセスパラメータ設定値の決定を支援するための手法として、例えば、特許文献４のように、プロセスパラメータ設定値や、その上下限値をグラフ化し、表示する支援システムなどがある。

特許第２５０９４８１号公報 特許第３０５３２５１号公報 特許第３０５３２５２号公報 特許第６１０９０３５号公報

しかしながら、寸法や形状に関する製品仕様を満足し、かつ、機械的性質に関する製品仕様を満足するためのプロセスパラメータ設定値の決定を支援するものはなかった。

また、上述のように製品仕様への要求の高度化および多様化から、これまでに圧延経験のない製品仕様を満足させる必要性もある。この場合でも、経験豊富なオペレータであれば、類似した製品仕様におけるプロセスパラメータ設定値から類推して決定することが可能であり、圧延中でも万一の場合に適切な介入が可能である。しかしながら、経験の浅いオペレータでは、類似した製品仕様を索引することはもとより、プロセスパラメータ設定値への適切な介入は困難である。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、オペレータの経験度合いに左右されることなく所望の機械的性質を満足しうるプロセスパラメータ設定値の決定を支援するための金属材料の材質制御支援装置を提供することを目的とする。

上記目的の達成のため、本発明に係る金属材料の材質制御支援装置は以下のように構成される。本発明に係る材質制御支援装置は、少なくとも設定計算部と表示部を備える。

設定計算部は、金属材料を加工する熱間圧延ラインにおけるプロセスモデル、搬送モデル、温度モデル、材質モデルを表現した各物理モデル式を有する。設定計算部は、熱延命令情報に基づいて各物理モデル式を連成計算することにより、熱間圧延ラインを制御するためのプロセスパラメータ設定値と、各場所または時刻における金属材料の温度と、ミクロ組織と、最終製品材質とを予測計算する。

本明細書において、「プロセスパラメータ」は、広義には熱間圧延プロセスに関するすべてのパラメータを意味する。そのため「プロセスパラメータ」には、熱延命令情報、プロセスパラメータ設定値、各場所または時刻における金属材料の温度、ミクロ組織および最終製品材質が含まれる。また、「プロセスパラメータ設定値」は、熱間圧延プロセスにおける種々のプロセスパラメータのうち、アクチュエータの制御に用いられる設定値である。例えば、プロセスパラメータ設定値は、圧延のパススケジュール、ロールギャップ、各種スプレーのＯＮ／ＯＦＦ設定および流量設定、金属材料の搬送速度、ランアウトテーブルにおけるバルブ開閉パターンなどを含む。また、「機械的性質」には、ミクロ組織および最終製品材質が含まれる。

表示部は、熱延命令情報と、設定計算部により計算されたプロセスパラメータ設定値と、各場所または時刻における金属材料の温度と、ミクロ組織と、最終製品材質と、を同一画面に表示する。

１つの好ましい態様では、熱間圧延ラインは、上流から順に、金属材料を圧延する仕上圧延機と、金属材料を巻き取るコイラとを備える。熱延命令情報は、仕上圧延機の出側から前記コイラの入側までの冷却パターンを含む。各場所または時刻における金属材料の温度は、仕上圧延機の出側からコイラの入側までの間の予測される温度履歴を含む。ミクロ組織は、その冷却パターンあるいは温度履歴における金属材料の粒径、転位密度、オーステナイト・フェライト・パーライトなどの各金属組織の分率を含む。最終製品材質は、降伏応力や引張強さなどの最終製品の機械的性質に関わる数値を含む。

他の好ましい態様では、熱間圧延ラインは、仕上圧延機とコイラとの間に、金属材料に注水可能なランアウトテーブルを備える。プロセスパラメータ設定値は、冷却パターンあるいは温度履歴を達成するための、ランアウトテーブルの注水バルブのバルブ開閉パターンを含む。

他の好ましい態様では、表示部は、冷却パターンあるいは温度履歴に、金属組織の相変態の終始を示す連続冷却変態線図を重ねて表示する。

他の好ましい態様では、金属材料の材質制御支援装置は、表示部により表示された冷却パターンあるいは温度履歴を変更可能な編集部をさらに備える。設定計算部は、変更された冷却パターンあるいは温度履歴を満たすことを制約条件として、各物理モデル式を再度連成計算する。表示部は、設定計算機により再度連成計算された結果に基づいて画面を更新する。

他の好ましい態様では、金属材料の材質制御支援装置は、熱間圧延ラインの実績データを蓄積する圧延実績データベースをさらに備える。熱延命令情報は、圧延実績データベースに蓄積された実績データに基づいて手動で編集可能である。

本発明に係る金属材料の材質制御支援装置によれば、プロセスパラメータ設定値と、機械的性質（ミクロ組織、最終製品材質）と、機械的性質と強い関係がある冷却パターンや温度履歴に代表される金属材料の温度パラメータと、を同一画面に表示できる。そのため、オペレータの経験度合いに左右されることなく所望の機械的性質を満足しうるプロセスパラメータ設定値の決定を支援することができる。

本発明の実施の形態１に係る熱間圧延ラインを示す図である。 本発明の実施の形態１に係るランアウトテーブルの設備構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る材質制御支援装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１のランアウトテーブルにおける冷却パターンの例を示す図である。 本発明の実施の形態１のランアウトテーブルにおける冷却パターン設定の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る材質制御支援装置における画面構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る材質制御支援装置の構成画面における入力操作の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る材質制御支援装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る材質制御支援装置における画面構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。但し、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
＜熱間圧延ライン＞
図１は、熱間圧延ラインの概要を説明するための図である。

スラブ加熱炉１で加熱された鋼板２は、圧延ライン３に抽出される。金属材料である鋼板２は、圧延ライン３における粗圧延機４、仕上圧延機５にて、所望の厚さまで薄く延ばされると同時に、所望の幅に加工される。粗圧延機４、仕上圧延機５には、圧延機の回転数を計測して鋼板２の搬送速度を測定する手段の他、鋼板２を圧延する際に要した圧延荷重を計測する手段、圧延に用いられるロール間隙（ギャップ）などを調整するための手段が設けられている。

粗圧延機４は、１基から３基で構成されることが多く、鋼板２が進行する圧延方向の順方向（上流から下流へ）、逆方向（下流から上流へ）で複数パス圧延する。粗圧延機４では、エッジャ６と呼ばれる鋼板２の幅を調整する装置や、鋼板温度を測定する粗出側温度計７が付属することもある。また、鋼板２の先尾端を切り落とすクロップシャー、鋼板２の表面にできる酸化膜を高圧水で除去するスケールブレーカ、幅方向端部を加熱するエッジヒータ、あるいは、幅方向全部を加熱するバーヒータなどの他、仕上入側温度計９が、粗圧延機４と仕上圧延機５の間に設置されることもある。

仕上圧延機５は、６基から７基の複数の圧延スタンドから構成され、上流から下流への一方向で鋼板２を圧延し、鋼板の板厚や板幅などの寸法に関する最終品質を決定づける。仕上圧延後には、鋼板の板厚や板幅などを測定する手段が設けられている。仕上圧延後の鋼板温度は、仕上出側温度計１０により測定される。

鋼板温度は、粗圧延機４や仕上圧延機５で圧延されたときに、上下ロールに奪われたり、鋼板２に直接噴射される冷却水により抜熱されたりする。ランアウトテーブル１１は、鋼板２に注水して温度を下げる。鋼板２がランアウトテーブル１１を通過する際の温度履歴は、ランアウトテーブル１１を通過する際の鋼板２の速度（搬送速度）や、ランアウトテーブル１１で使用される冷却水の放出方法によって決定される。ランアウトテーブル１１により冷却された鋼板２の温度は、コイラ入側温度計１２により測定される。ランアウトテーブル１１を通った鋼板２は、コイラ１３でコイル状に巻かれる。

＜ランアウトテーブルの設備構成＞
上述したランアウトテーブル１１は、複数個設置された冷却バンクと呼ばれる水冷装置群により、鋼板２を冷却する。図２は、ランアウトテーブル１１の設備構成例を示す図である。１つの冷却バンクには、４〜８個程度のヘッダーがあり、圧延方向と垂直方向に複数のノズルが並んでいる。ヘッダーの１つには注水バルブが取り付けられる。複数のヘッダーを１つの注水バルブで制御する場合もある。図２には、４つの冷却バンク２０ａ〜２０ｄ、４つのヘッダー２１ａ〜２１ｄ、複数のノズル２２、４つの注水バルブ２３ａ〜２３ｄが描かれている。

冷却水の流量は、注水バルブの開閉によって調整される。注水バルブにつながる配管の大元には、貯水タンク（図示省略）が高所に設置されている。一般的には、貯水タンクとヘッダーの高度差により鋼板表面に衝突する水流の勢いが決まる。また、流量を連続的に調整することができる注水バルブを取り付けることや、上記のような水の自由落下による鋼板表面への衝突ではなく、高圧水の噴出を用いた冷却装置を用いることもある。

＜材質制御支援装置＞
図３は、本発明に係る材質制御支援装置３０の構成を示した模式図である。材質制御支援装置３０は、圧延設定計算機１４（設定計算部）と、ＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１６を備える。

＜＜圧延設定計算機＞＞
圧延設定計算機１４は、上位計算機から熱延命令情報１５を受信し、所定の製品寸法、温度の製品を製造できるように、必要な設定計算を実施し、プロセスパラメータ設定値を決定する。熱延命令情報１５は、鋼板２の合金組成と寸法、目標板厚、目標板幅、加熱炉内でのスラブ昇温パターン、加熱炉出側温度、仕上出側目標温度、仕上入側目標温度、仕上圧延機５の出側からコイラ１３の入側までの冷却パターン、巻取目標温度などを含む。設定計算とは、圧延機設定諸元のうち，理論的に計算できる部分を数式モデル化して数値計算することをいう。設定計算では、プロセスパラメータ設定値の算出と、熱間圧延の各プロセスにおける鋼板２の状態予測値の算出とを繰り返し行う。

プロセスパラメータ設定値は、圧延のパススケジュール、ロールギャップ、各種スプレーのＯＮ／ＯＦＦ設定および流量設定、鋼板２の搬送速度、ランアウトテーブル１１の冷却バンクのバルブ開閉パターンなどを含む。鋼板２の状態予測値は、各場所または時刻における鋼板２の温度、鋼板２の機械的性質（ミクロ組織および最終製品材質）などを含む。

上述した例では、上位計算機から受信する熱延命令情報１５に製品仕様に関する各種プロセスパラメータの目標値が含まれているが、圧延設定計算機１４に属するデータベースにテーブル（プロセスパラメータテーブル１７）を索引し、鋼板２の合金組成や目標寸法などをキーとして各種目標値を決定する構成としてもよい。プロセスパラメータテーブル１７には、鋼板２の合金組成や目標寸法などに対応する各種プロセスパラメータの目標値や後述する物理モデルに用いるモデルパラメータが格納されている。なお、図３の例では、プロセスパラメータテーブル１７は、圧延設定計算機１４の内部に備わっているが、外部に備わり圧延設定計算機１４とネットワーク接続により情報を送受信する構成であってもよい。

また、ランアウトテーブル１１での冷却パターンの設定方法には、例えば、図４で示すような、上流側の冷却バンクを優先して使用する前段冷却、下流側の冷却バンクを優先して使用する後段冷却、すべての冷却バンクを使用する緩冷却、の３パターンのいずれかを選択し、さらに冷却バンクを開けて水冷冷却するゾーンの冷却速度や、冷却バンクを閉めて空冷冷却する時間を目標値として設定する方法がある。また、ランアウトテーブル１１の上流側および下流側で水冷冷却し、中流では空冷却するパターンを選択し、例えば、図５で示すような、上流側の水冷却速度と、空冷時間と、ランアウトテーブル１１の中間点での温度を目標値として設定する方法もある。

図３に戻り説明を続ける。圧延設定計算機１４での設定計算に使用される物理モデルには、プロセスモデル、搬送モデル、温度モデル、材質モデルが含まれる。物理量を計算する各モデルは、入力変数、プロセスパラメータテーブル１７に格納されたモデルパラメータ群（機械定数、調整項、学習項）を入力とした関数で表される。入力変数は、モデル出力に関係ある値であり、熱延命令情報１５や他モデルのモデル出力などである。機械定数は、アクチュエータの機械特性を表す値であり、設備のメンテナンスや調整、経年変化によって変化するため、随時更新される。調整項と学習項は、モデル式の予測精度を高めるための項である。

圧延設定計算機１４は、熱延命令情報１５およびプロセスパラメータテーブル１７に格納されたモデルパラメータに基づいて、金属材料を加工する熱間圧延ラインにおけるプロセスモデル、搬送モデル、温度モデル、材質モデルを表現した各物理モデル式を連成計算することにより、熱間圧延ラインを制御するためのプロセスパラメータ設定値と、各場所または時刻における金属材料の温度と、ミクロ組織と、最終製品材質とを予測計算する。

プロセスモデルは、スラブ加熱炉１、粗圧延機４、仕上圧延機５、ランアウトテーブル１１などの各圧延プロセスの設定値を計算する。搬送モデルは、時刻毎の鋼板２の位置を計算する。温度モデルは、鋼板２の位置毎、あるいは時刻毎における鋼板２の温度を計算する。材質モデルは、合金組成、加工履歴、温度履歴に基づき、鋼板２の位置毎、あるいは時刻毎における鋼板２の金属組織や材質を予測する。

より詳細に各モデルについて説明する。

プロセスモデルは、搬送モデルで与えられる各時刻における鋼板２の位置、および温度モデルで与えられる各場所または時刻における鋼板２の温度の情報を用いて、熱延命令情報１５で与えられる目標値を追従するような、スラブ加熱炉１の設定温度パターン、圧延のパススケジュール（粗圧延機４の各パスの板厚スケジュール、仕上圧延機５の各スタンドの板厚スケジュールを含む）、ロールギャップ、時々刻々の鋼板２の加工履歴、寸法および形状、搬送速度、各種スプレーのＯＮ／ＯＦＦ設定および流量設定、冷却パターンあるいは温度履歴を達成するためのランアウトテーブル１１の注水バルブのバルブ開閉パターンを計算する。

搬送モデルは、各工程間の距離やプロセスモデルで与えられるパススケジュールから、各時刻における鋼板２の位置を計算する。また、温度モデルで与えられる鋼板２の温度履歴などの情報から、各目標温度を追従するための搬送速度を計算する。

温度モデルは、各工程における鋼板の寸法情報、機械諸言の情報と、熱延命令情報１５や各モデルで与えられるパススケジュール、ロールギャップ、搬送速度などの情報から、各場所または時刻における鋼板２の温度を計算する。各場所または時刻における鋼板２の温度は、仕上圧延機５の出側からコイラ１３の入側までの間の予測される温度履歴を含む。

材質モデルは、プロセスモデルで与えられる鋼板２の加工履歴や温度モデルで与えられる温度履歴などの情報から、圧延プロセス中および巻き取り後の鋼板２の金属組織、例えば、上述した冷却パターンあるいは温度履歴における粒径、転位密度、オーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の分率を計算する。さらに、材質モデルは、金属組織の計算結果に基づいて、降伏応力や引張強さなどの最終製品の機械的性質に関わる数値を計算する。

冶金現象を数式化した金属組織予測モデルには、様々なものが提案されている。静的回復、静的再結晶、動的回復、動的再結晶、粒成長などを表す数式群からなるものが広く知られており、塑性加工技術シリーズ７板圧延（コロナ社）の第１９８頁〜第２２９頁に一例が掲載されている。また、金属組織情報や合金組成から、降伏応力や引張強さなどの機械的性質に代表される材質を予測できることも広く知られており、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）の第１２５頁に掲載されているものも一例である。また、粒径、転位密度、オーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の分率や、降伏応力や引張強さなどの最終製品の機械的性質に関わる数値を計算するための材質モデルに関わる計算は、必ずしも前記のような計算プロセスを経る必要はなく、例えば、前記した特許文献１や、特許文献２、特許文献３のような方法を採ってもよい。

上述した熱間圧延ラインにおいて、圧延設定計算機１４で決定したプロセスパラメータ設定値を用いて圧延された鋼板に関する実績データ（各所で計測された温度や、板厚、搬送速度、ランアウトテーブルにおける各冷却バンクの注水バルブの開閉など）は、圧延設定計算機１４に送られ、圧延実績データベース１８へ蓄積される。圧延実績データベース１８へ蓄積された実績データに基づいて再度設定計算が実施され、プロセスパラメータを再決定することもある。また、実績データは、設定計算に用いられる物理モデルにおける誤差分を学習するためにも用いられる（学習項）。なお、図３の例では、圧延実績データベース１８は、圧延設定計算機１４の内部に備わっているが、外部に備わり圧延設定計算機１４とネットワーク接続により情報を送受信する構成であってもよい。

こうして決定されたプロセスパラメータは、熱間圧延ラインにおける圧延の制御に用いられると同時に、パルピット内に設置されている複数のＨＭＩ１６へ送信される。

＜＜ＨＭＩ＞＞
ＨＭＩ１６は、表示部３１、編集部３２、モニタ３３、入力インタフェース３４を備える。入力インタフェース３４は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの操作端である。

表示部３１は、圧延設定計算機１４から受信したプロセスデータのうち、熱延命令情報１５と、プロセスパラメータ設定値と、各場所または時刻における鋼板２の温度と、ミクロ組織と、最終製品材質と、を同一画面に表示する。オペレータは、その時々に圧延される鋼板２に関する熱延命令情報１５やその時々の圧延状況を、パルピット内に設置されている複数のＨＭＩ１６、あるいは熱間圧延ラインの目視確認から把握する。

本発明に係る材質制御支援装置３０は、ＨＭＩ１６のモニタ３３に、例えば、図６に示すような画面を表示する。

モニタ３３の上エリア６１には、鋼板２の鋼種、目標板厚や目標板幅といった目標寸法、仕上出側目標温度、巻取目標温度、目標引張強さ、目標降伏応力などの熱延命令情報に含まれる情報（プロセスパラメータ）が表示される。

モニタ３３の中央左エリア６２には、仕上圧延機５の出側からコイラ１３の入側までの冷却パターンあるいは温度履歴が表示される。表示される冷却パターンあるいは温度履歴には、仕上出側目標温度、巻取目標温度、冷却速度などの情報が数値表示されてもよい。また、冷却パターンあるいは温度履歴における当該鋼板のオーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の相変態の終始を示す連続冷却変態線図も重ねて表示される。

モニタ３３の中央右エリア６３には、鋼板２の冷却パターンあるいは温度履歴における粒径、転位密度、オーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の分率や、降伏応力や引張強さなどの機械的性質に関わる数値が示される。

中央左エリア６２および中央右エリア６３に図示あるいは数値表示される、冷却パターンあるいは温度履歴、連続冷却変態線図、各金属組織の分率、機械的性質に関わる数値は、当該鋼板における設定計算により計算されたものである。

モニタ３３の下エリア６４には、ランアウトテーブル１１における冷却バンクおよび注水バルブが図示されており、設定計算により設定される注水バルブのバルブ開閉パターンが表示される。

上記のようにモニタ３３に表示される情報は、必ずしも上述した位置に表示されている必要はなく、画面内の何処かに表示されていればよい。

このように構成された画面を表示するＨＭＩ１６によれば、オペレータは、当該鋼板における熱延命令情報１５に含まれる目標値の情報と、設定計算で決定された冷却パターンあるいは温度履歴と、粒径、転位密度、オーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の分率と、降伏応力や引張強さなどの機械的性質に関わる数値と、冷却パターンあるいは温度履歴を達成するためのバルブ開閉パターンを、グラフまたは数値により同一画面で視認し、設定計算の正常異常を判断することができる。具体的には、設定計算で設定されたプロセスパラメータ設定値に基づいてモデル予測された機械的性質に関わる数値と目標値の誤差や、設定計算で計算された巻取温度の予測値と目標値の誤差などを確認することができる。

＜編集部＞
次に編集部３２について説明する。オペレータは、目標値を大きくはずれるような製品品質不良や、圧延停止に陥るような圧延トラブルなどの危険を避けるように、必要に応じて設定計算で得られたプロセスパラメータの一部に対して変更介入する。オペレータは、パルピット内に設置されている複数のＨＭＩ１６を用いて、プロセスパラメータの変更介入を行う。

ここで、設定計算で設定されたプロセスパラメータ設定値をもとに予測された機械的性質に関わる数値と目標値の誤差を是正する場合、モニタ３３の中央左エリア６２に示されている冷却パターンあるいは温度履歴の線図の一部を選択し移動させ、冷却パターンあるいは温度履歴の線図を変更する。

編集部３２は、オペレータによる入力インタフェース３４の操作により、表示部３１によりモニタ３３に表示された冷却パターンあるいは温度履歴を変更可能である。ＨＭＩ１６で変更された冷却パターンあるいは温度履歴は、プロセスパラメータへの変更として圧延設定計算機１４へ送信される。圧延設定計算機１４は、変更された冷却パターンあるいは温度履歴を満たすことを制約条件として、各物理モデル式を再度連成計算する。表示部３１は、圧延設定計算機１４により再度連成計算された結果に基づいて、画面を更新する。

たとえば、図７に示すように、冷却速度Ｃを冷却速度Ｃ´となるようにＨＭＩ１６の操作端を用いて変更入力操作する。変更入力操作は、ＨＭＩ１６に備わる、所謂キーボードやマウスといった操作端によりなされるのが望ましい。また、オペレータが自身の指で直接表示画面の表面を触れて操作できるような操作端であってもよい。変更された冷却パターンあるいは温度履歴により、たとえば冷却速度のパターンに関するパラメータを変更する。変更されたパラメータにより設定計算を実施し、ＨＭＩ１６の中央左部に表示される冷却パターンあるいは温度履歴に重ねて示される冷却パターンあるいは温度履歴における当該鋼板のオーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の相変態の終始を示す連続冷却変態線図や、ＨＭＩ１６の中央右部に示される当該鋼板の冷却パターンあるいは温度履歴における粒径、転位密度、オーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の分率や、降伏応力や引張強さなどの機械的性質に関わる数値を更新する。また、ＨＭＩ１６の下部に示される各冷却バンクの注水バルブのバルブ開閉パターンも、冷却パターンあるいは温度履歴の変更に伴い、再度計算、あるいは、パラメータを格納したプロセスパラメータテーブルから再度索引した数値により、更新される。

プロセスパラメータ設定値は、必ずしも熱間圧延ラインにおける圧延の制御に用いられる必要はなく、オペレータによる、圧延設定計算機１４におけるプロセスパラメータ設定値の確認のみを目的として、ＨＭＩ１６へ出力されるだけでもよい。この場合、熱延命令情報１５は、必ずしも上位計算機から送信された情報である必要はなく、図８に示すように、オペレータが熱延命令情報１５を直接入力して圧延設定計算機１４へ送信してもよい。すなわち、オペレータは、本発明に係る材質制御支援装置３０を用いて、仮想的な鋼板におけるプロセスパラメータ設定値や、その結果得られる粒径、転位密度、オーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の分率や、降伏応力や引張強さなどの機械的性質に関わる数値をシミュレーションすることが可能となる。

図８に示す熱延命令情報１５のオペレータによる入力に際し、オペレータは自身の経験を頼りに直接入力編集してもよいし、圧延実績データベース１８に蓄積された過去に圧延された鋼板の情報（実績データ）を参考にしてもよい。過去に圧延された鋼板の情報を参考にする場合には、たとえば、図９に示すように、鋼板の合金組成や寸法、目標板厚、目標板幅、加熱炉内でのスラブ昇温パターン、加熱炉出側温度、仕上出側目標温度、仕上入側目標温度、冷却パターン、巻取目標温度などの熱延命令情報１５に含まれる情報の内、オペレータの所望する条件を入力することで、条件に見合う過去に圧延された鋼板の情報を参考にすることができる。また、参考とした情報の一部をその後に入力編集してもよい。

たとえば、図９の例のように、検索条件として、目標板厚を上限Ｈ_{ｕｐｐｅｒ}から下限Ｈ_{ｌｏｗｅｒ}として入力設定したとき、圧延済み鋼板情報一覧に入力設定した条件に見合う鋼板が一覧表示される。これらの鋼板の情報を基に、決定した条件として、その他の情報を入力する。オペレータはこの決定した条件を熱延命令情報１５として圧延設定計算機１４へ送信し、プロセスパラメータ設定値や、その結果得られる粒径、転位密度、オーステナイトやフェライト、パーライトなどの各金属組織の分率や、降伏応力や引張強さなどの機械的性質に関わる数値をシミュレーションすることが可能となる。

このようにして、所望の機械的性質を満足するためのプロセスパラメータ設定値を検討、また、決定することが可能となる。経験豊富なオペレータであれば、長年に亘る経験に裏付けられた適切な変更を即座に実施することができる。また、比較的経験の浅いオペレータでも、画面に表示された情報を参照しつつ試行錯誤の上で変更することができる上、試行錯誤を経験として蓄積することができる。このように、本発明に係る材質制御支援装置によれば、オペレータの経験度合いに左右されることなく、所望の機械的性質を満足するためのプロセスパラメータ設定値の決定を支援することができる。

なお、これまでに説明した実施の形態は、全てが例示であって、実施の形態で示したプロセスパラメータ群以外を表示および入力操作することで、所望の機械的性質を満足する条件の決定や検討を支援してもよい。

なお、上述した実施の形態１におけるＨＭＩ１６は、編集部３２を有しているが、編集部３２を有さない構成であってもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ スラブ加熱炉
２ 鋼板
３ 圧延ライン
４ 粗圧延機
５ 仕上圧延機
６ エッジャ
７ 粗出側温度計
９ 仕上入側温度計
１０ 仕上出側温度計
１１ ランアウトテーブル
１２ コイラ入側温度計
１３ コイラ
１４ 圧延設定計算機
１５ 熱延命令情報
１７ プロセスパラメータテーブル
１８ 圧延実績データベース
２０ａ〜２０ｄ 冷却バンク
２２ ノズル
２１ａ〜２１ｄ ヘッダー
２３ａ〜２３ｄ 注水バルブ
３０ 材質制御支援装置
３１ 表示部
３２ 編集部
３３ モニタ
３４ 入力インタフェース
６１ 上エリア
６２ 中央左エリア
６３ 中央右エリア
６４ 下エリア

Claims (6)

1. 熱延命令情報に基づいて、金属材料を加工する熱間圧延ラインにおけるプロセスモデル、搬送モデル、温度モデル、材質モデルを表現した各物理モデル式を連成計算することにより、前記熱間圧延ラインを制御するためのプロセスパラメータ設定値と、各場所または時刻における前記金属材料の温度と、ミクロ組織と、最終製品材質とを予測計算する設定計算部と、
   前記熱延命令情報と、前記プロセスパラメータ設定値と、前記各場所または時刻における前記金属材料の温度と、前記ミクロ組織と、前記最終製品材質とを同一画面に表示する表示部と、
   を備えることを特徴とする金属材料の材質制御支援装置。
2. 前記熱間圧延ラインは、上流から順に、前記金属材料を圧延する仕上圧延機と、前記金属材料を巻き取るコイラと、を備え、
   前記熱延命令情報は、前記仕上圧延機の出側から前記コイラの入側までの冷却パターンを含み、
   前記各場所または時刻における前記金属材料の温度は、前記仕上圧延機の出側から前記コイラの入側までの間の予測される温度履歴を含み、
   前記ミクロ組織は、前記冷却パターンあるいは前記温度履歴における前記金属材料の金属組織の分率を含み、
   前記最終製品材質は、最終製品の機械的性質に関わる数値を含むこと、
   を特徴とする請求項１記載の金属材料の材質制御支援装置。
3. 前記熱間圧延ラインは、前記仕上圧延機と前記コイラとの間に、前記金属材料に注水可能なランアウトテーブルを備え、
   前記プロセスパラメータ設定値は、前記冷却パターンあるいは前記温度履歴を達成するための、前記ランアウトテーブルの注水バルブのバルブ開閉パターンを含むこと、
   を特徴とする請求項２記載の金属材料の材質制御支援装置。
4. 前記表示部は、前記冷却パターンあるいは前記温度履歴に、金属組織の相変態の終始を示す連続冷却変態線図を重ねて表示すること、
   を特徴とする請求項２又は３記載の金属材料の材質制御支援装置。
5. 前記表示部により表示された前記冷却パターンあるいは前記温度履歴を変更可能な編集部をさらに備え、
   前記設定計算部は、変更された前記冷却パターンあるいは前記温度履歴を満たすことを制約条件として、前記各物理モデル式を再度連成計算し、
   前記表示部は、前記設定計算部により再度連成計算された結果に基づいて、画面を更新すること、
   を特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の金属材料の材質制御支援装置。
6. 前記熱間圧延ラインの実績データを蓄積する圧延実績データベースをさらに備え、
   前記熱延命令情報は、前記圧延実績データベースに蓄積された実績データに基づいて、手動で編集可能であること、
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の金属材料の材質制御支援装置。

Images