JP2022132093A

JP2022132093A - 鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法、鋼板の圧延工程のパススケジュール計算装置、及び鋼板の圧延方法

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Publication number: JP2022132093A
Application number: JP2022005438A
Authority: JP
Inventors: 凌華大内; Ryoka Ouchi; 哲弥岸本; Tetsuya Kishimoto; 展也池田; Nobuya Ikeda
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2022-09-07
Anticipated expiration: 2042-01-18
Also published as: JP7388459B2

Abstract

【課題】圧延能率を一定に保ちながら板クラウン及び平坦度を改善することが可能な鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法及びパススケジュール計算装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法は、圧延能率及び板クラウン比率を考慮して鋼板の圧延工程のパス毎の圧下量を規定したパススケジュールを計算する第一ステップと、各パスにおける鋼板の平坦度誤差及び最終板クラウン誤差の和が所定条件を満足するようにパススケジュールにおける各パスの圧下量を変更し、各パスの圧下量が変更されたパススケジュールを最終パススケジュールに設定する第二ステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法、鋼板の圧延工程のパススケジュール計算装置、及び鋼板の圧延方法に関する。

鋼板の圧延工程では、要求される鋼板の圧延寸法、形状、及び組織を満足するために、パス毎の圧下量設定を始めとする圧延設備のセットアップ計算（以下、パススケジュール計算ともいう）を行っている。このパススケジュール計算は、鋼板の品質に大きな影響を与える重要な作業であり、より高い生産性でより良質な鋼板を圧延するべく、これまでに数多くの手法が検討されてきた。

鋼板の圧延工程において高い生産性を実現する指針として、板クラウンの制御による歩留まり向上や平坦度の制御による矯正率の低減が挙げられる。ここで、板クラウンとは、鋼板の幅方向中央部の板厚と幅方向両端部の板厚との差を意味し、平坦度とは、鋼板の長手方向のセンター位置における伸び率に対するエッジ位置における伸び率の差を意味する。このような背景から、鋼板の板クラウンや平坦度を制御する方法が提案されている。

例えば特許文献１には、最終パスより２パス前の鋼板長の測定結果に基づいて板クラウン比率（板厚に対する板クラウンの大きさの比）を一定に保つように残りのパスの圧下量を調整することにより、鋼板の平坦度の悪化を抑制する方法が記載されている。また、特許文献２には、所定の板厚までは能率優先のパススケジュールで鋼板を圧延し、所定の板厚以下では形状重視のパススケジュールに切り替えることにより、圧延能率と板形状の両立を図る方法が記載されている。さらに、特許文献３には、板クラウン、平坦度、及び板クラウン比率変化を対象として評価関数を最小化するように各パスの圧下量を変更する方法が記載されている。

特開２００４－３２２１１８号公報特開２０１４－４２９２８号公報特開２０１０－７５９９４号公報特開２００１－２６９７０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、あくまで板クラウン比率を一定に保つことを目的としているために、それまでに発生した平坦度の乱れを修正することは困難である。一方、特許文献２に記載の方法は、鋼板の板厚が所定の板厚以下となるまでは板クラウン及び平坦度を制御することができない。このため、特に圧延能率を上げるべく圧延設備の能力の限界付近で連続して圧下を行った場合、形状重視のパススケジュールに切り替わった際、圧延荷重が急激に変動することによる板形状の悪化や、能率優先のパススケジュールの段階で無視できない板クラウン及び平坦度が発生する可能性がある。

また、特許文献３及び特許文献４に記載の方法は、まず設備的限界を考慮した最大圧下量を全パスに適用することにより最少パス数を求めた後、板クラウン等が許容範囲内となるまで圧下量の調整とパス数の増加を繰り返している。このため、特に板形状の乱れやすい鋼板、例えば板厚が極端に薄い鋼板に関しては、板クラウン及び平坦度を許容範囲内に収束させることが難しく、板クラウン及び平坦度を抑えるためにパス数が増加する可能性がある。パス数の増加は、圧延能率の低下を招くだけでなく、板厚が薄く板形状が急激に変化する領域での圧延パスが増えることにより、モデル誤差や設備的応答性等の影響から実際の圧延において板クラウン及び平坦度がむしろ悪化する可能性がある。また逆に、例えば板形状に影響が出にくい板厚の大きな鋼板では、圧延パス数が極端に減り、仕上がり温度が下がらずにスケール疵の発生につながる可能性がある。

以上のことから、パス全体を活用し、尚且つ圧延能率を一定に保ちながら板クラウン及び平坦度の改善を図るパススケジュール計算方法の提供が求められていた。

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、圧延能率を一定に保ちながら板クラウン及び平坦度を改善することが可能な鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法及びパススケジュール計算装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、圧延能率を一定に保ちながら板クラウン及び平坦度を制御して生産性よく鋼板を圧延することが可能な鋼板の圧延方法を提供することにある。

本発明に係る鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法は、圧延能率及び板クラウン比率を考慮して鋼板の圧延工程のパス毎の圧下量を規定したパススケジュールを計算する第一ステップと、各パスにおける鋼板の平坦度誤差及び最終板クラウン誤差の和が所定条件を満足するように前記パススケジュールにおける各パスの圧下量を変更し、各パスの圧下量が変更されたパススケジュールを最終パススケジュールに設定する第二ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法は、上記発明において、前記最終パススケジュールのパス数を減らし、パス数が減らされた最終パススケジュールを用いて前記第二ステップを再実行するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法は、上記発明において、処理対象の鋼板に応じて前記平坦度誤差及び前記最終板クラウン誤差に対する重み付けを変更するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る鋼板の圧延工程のパススケジュール計算装置は、圧延能率及び板クラウン比率を考慮して鋼板の圧延工程のパス毎の圧下量を規定したパススケジュールを計算する第一手段と、各パスにおける鋼板の平坦度誤差及び最終板クラウン誤差の和が所定条件を満足するように前記パススケジュールにおける各パスの圧下量を変更し、各パスの圧下量が変更されたパススケジュールを最終パススケジュールに設定する第二手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋼板の圧延方法は、本発明に係る鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法によって設定された最終パススケジュールに従って鋼板を圧延するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法及びパススケジュール計算装置によれば、圧延能率を一定に保ちながら板クラウン及び平坦度を改善することができる。また、本発明に係る鋼板の圧延方法によれば、圧延能率を一定に保ちながら板クラウン及び平坦度を制御して生産性よく鋼板を圧延することができる。

図１は、本発明の一実施形態である鋼板の圧延工程のパススケジュール計算処理の流れを示すフローチャートである。図２は、従来のパススケジュール計算方法を説明するための図である。図３は、従来例により計算されたパススケジュールで鋼板を圧延した際の板クラウン偏差分布の一例を示す図である。図４は、本発明例により計算されたパススケジュールで鋼板を圧延した際の板クラウン偏差分布の一例を示す図である。図５は、本発明例によるパススケジュールのパス数の削減効果を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である鋼板の圧延工程のパススケジュール計算処理の流れを示すフローチャートである。図１に示すフローチャートは、コンピュータ等の情報処理装置に対してパススケジュール計算処理の実行指令が入力されたタイミングで開始となり、パススケジュール計算処理はステップＳ１の処理に進む。なお、以下に示すパススケジュール計算処理は、情報処理装置がパススケジュール計算処理の各処理ステップの実行命令がコンピュータ言語によって規定されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

ステップＳ１の処理では、情報処理装置が、従来のパススケジュール計算方法を用いて鋼板の圧延工程におけるパススケジュールを計算する。具体的には、まず、情報処理装置は、１パス目から最終パスまでの各パスにおける鋼板の温度を仮決定する。次に、情報処理装置は、各パスの圧下量を計算して仮決定パススケジュールを作成する。詳しくは、まず、情報処理装置は、図２（ａ）に示すように、所望の最終板幅及び最終板厚Ｈ_ａｉｍから最終パスの圧延荷重を計算する。次に、情報処理装置は、計算された最終パスの圧延荷重から最終パスの圧下量を求め、最終パスの圧下量から最終パスにおける板クラウン比率を求める。

次に、情報処理装置は、図２（ｂ）に示すように、最終パスから順に１つ前のパスの圧下量を決定していく。この際、情報処理装置は、鋼板の入側板厚が形状制御開始厚Ｈ_ｃｓより大きいか否かで圧下量の設定方法を変更する。即ち、鋼板の入側板厚が形状制御開始厚Ｈ_ｃｓ以下である場合、情報処理装置は、そのパスの圧下量を板クウラン比率の変化量が許容範囲内になる圧下量（板形状制御重視の圧下量）に設定する。一方、鋼板の入側板厚が形状制御開始厚Ｈ_ｃｓより大きい場合には、情報処理装置は、そのパスの圧下量を圧延設備の制約条件上限値での圧下量（圧延能率重視の圧下量）に設定する。この一連の処理によって仮決定パスケジュールが計算される。

仮決定パススケジュールが計算されると、次に、情報処理装置は、図２（ｃ）に示すように、仮決定パススケジュールにおいて厚み出し開始厚Ｈ_ＤＷを超過している圧下量（ラウンドオフ量）を形状制御開始厚Ｈ_ｃｓより上流のパス（ラウンドオフ対象パス）に割り振るラウンドオフ操作を実行する。次に、情報処理装置は、鋼板の仕上がり温度が許容範囲内に収まっているか否かを１パス目から順に判別する。そして、鋼板の仕上がり温度が許容範囲内である場合、情報処理装置は仮決定パススケジュールを鋼板の圧延工程におけるパススケジュールに設定する。一方、鋼板の仕上がり温度が許容範囲外である場合には、情報処理装置は、各パスにおける鋼板の温度を再設定して再度仮決定パススケジュールを作成し、上述した処理を再度実行する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、パススケジュール計算処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、情報処理装置が、ステップＳ１の処理において計算されたパススケジュールにおける各パスの圧下量を最適化する。具体的には、情報処理装置は、凸２次計画法等の最適化手法を用いて以下の数式（１）に示す評価関数Ｊの値が最小になる各パスの圧下量を算出する。

ここで、数式（１）において、ｉはパス番号（＝１～ｎ）、λ_ｉ ^ｒｅｆは各パスにおける鋼板の平坦度の目標値、λ_ｉは各パスにおける鋼板の平坦度、Ｃｒ^ｒｅｆは最終板クラウンの目標値、Ｃｒは最終板クラウンを示している。また、Ｗ_ｉ ^λ及びＷ^Ｃｒはそれぞれ、各パスにおける鋼板の平坦度及び最終板クラウンの誤差に対する重みを示している。上記評価関数Ｊは、各パスにおける鋼板の平坦度誤差と最終板クラウン誤差とを合計して評価するものである。

評価関数Ｊの値に対する操作量は各パスの圧下量である。各パスの圧下量は、圧下量変動Δｈ_ｉに対する平坦度変動Δλ_ｉ／Δｈ_ｉと圧下量変動Δｈ_ｉに対する板クラウン変動ΔＣｒ／Δｈ_ｉとの２つの係数から求められる。従って、評価関数Ｊの値を最小にすることは平坦度と板クラウンが最も理想に近い鋼板となるパススケジュールを求めることに等しくなる。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、パススケジュール計算処理はステップＳ３の処理に進む。なお、初回のステップＳ２の処理の実行後は、情報処理装置はステップＳ２の処理からステップＳ３の処理にパススケジュール計算処理を進める。

なお、最適化計算によって各パスの圧下量が変更されることにより各パスにおける鋼板の温度が変化する。従って、鋼板の温度変化が鋼板の品質に悪影響を与えることを抑制するために、圧下量の最適化計算を実行する度毎に鋼板の温度や寸法を始めとする鋼板の状態を再計算し、再計算結果に基づいて圧下量や冷却時間等を変更することが望ましい。また、例えば板クラウンが大きく出やすい厚めの鋼板では評価関数Ｊの重みＷ^Ｃｒの値を大きくし、平坦度が乱れやすい板厚の薄い鋼板では重みＷ^λの値を大きくするといったように、重みＷ^λ及び重みＷ^Ｃｒの値を処理対象の鋼板に応じて設定してもよい。

ステップＳ３の処理では、情報処理装置が、ステップＳ２の処理において圧下量を最適化したパススケジュールにおける各パスの平坦度偏差と最終板クラウン偏差を算出し、算出された各偏差が許容範囲内にあるか否かを判別する。そして、判別の結果、各偏差が許容範囲内である場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、情報処理装置は、最適化計算が収束したと判断し、パススケジュール計算処理をステップＳ４の処理に進める。一方、各偏差が許容範囲内にない場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、情報処理装置は、パススケジュール計算処理をステップＳ５の処理に進める。

ステップＳ４の処理では、情報処理装置が、ステップＳ２の処理において圧下量を最適化したパススケジュールのパス数を１つ減らす。具体的には、情報処理装置は、圧下量が最も少ないパスのパススケジュールを削除する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、パススケジュール計算処理はステップＳ２の処理に戻る。なお、ステップＳ４の処理は必ずしも実行する必要はなく、鋼板の板厚、板幅、及び温度調整の有無等に応じて実行するか否かを選択してもよい。

ステップＳ５の処理では、情報処理装置が、パス数を１つ減らす前のパススケジュールを最終のパススケジュールに採用する。以後、情報処理装置は、採用したパススケジュールに関する情報を圧延設備を制御する圧延制御装置に送信し、圧延制御装置は送信されたパススケジュールに関する情報に従って鋼板の圧延工程を制御する。各パスの平坦度偏差と最終板クラウン偏差が最終的に許容範囲を逸脱するまでパスの削減を繰り返し、最後に各偏差が許容範囲内になったパススケジュールを採用することにより、板クラウン及び平坦度が良好且つ圧延能率の優れたパススケジュールの設定が可能にある。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、一連のパススケジュール計算処理は終了する。

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パススケジュール計算処理では、情報処理装置が、圧延能率及び板クラウン比率を考慮して鋼板の圧延工程のパス毎の圧下量を規定したパススケジュールを計算し、各パスにおける鋼板の平坦度誤差及び最終板クラウン誤差の和が所定条件を満足するように前記パススケジュールにおける各パスの圧下量を変更し、各パスの圧下量が変更されたパススケジュールを最終パススケジュールに設定するので、圧延能率を一定に保ちながら板クラウン及び平坦度を改善することができる。また、本発明の一実施形態であるパススケジュール計算処理によって作成されたパススケジュールに従って鋼板を圧延することにより、圧延能率を一定に保ちながら板クラウン及び平坦度を制御して生産性よく鋼板を圧延することができる。

また、本発明の一実施形態であるパススケジュール計算処理では、仮にステップ２の処理において圧下量の最適化計算に失敗する、もしくはステップＳ３の処理において平坦度偏差及び最終板クラウン偏差が許容範囲内に収まらず、ステップＳ１の処理において計算した従来のパススケジュール計算方法によるパススケジュールが採用された場合であっても、パス間で再度圧下量の最適化計算を行い、計算結果がステップＳ３の許容範囲内に入った場合に新たに計算したパススケジュールに切り替えることができる。これは、基となるパススケジュール計算方法として従来のパススケジュール計算方法を採用しているためである。これにより、本発明の一実施形態であるパススケジュール計算処理によれば、あくまで現状のパススケジュールに対して平坦度及び板クラウンの改善を図るため、各種制約条件が予め満たされている状態からの計算となり、再計算以降の圧下量調整を容易に行うことができる。

これに対して、特許文献３及び特許文献４に記載の方法のように、最大圧下量を前提としたパススケジュール計算方法を基にした場合には、パスの進んだ状態から初期パススケジュールを作成することは難しい。これは、それまで圧延してきたパススケジュールと最大圧下量のパススケジュールとでは圧下量及びパス数に差が生じるため、前パスとの圧下量の差が大きくなり機械制約を満たせない、もしくは温調厚及び目標板温を満足できないといった多くの課題が生じるためである。そして、これらの課題を解消できない場合は最適化失敗となるが、この場合、最適化されていない初期のパススケジュール計算が設定値として残ることになる。また、この課題を解決するためにパス数を増やして最適化の自由度を上げることが考えられるが、この場合、発明が解決しようとする課題において述べた課題が助長される可能性がある。

〔実施例〕
図３，４はそれぞれ、従来例及び本発明により計算されたパススケジュールで鋼板を圧延した際の板クラウン偏差分布の一例を示す図である。なお、本例では、板厚８～２５ｍｍ、板幅２６５０～４６００ｍｍの鋼板１万５千本を計算対象とした。また、計算対象とした鋼板の化学成分や制御圧延の有無は考慮せず、全ての鋼板について同一の計算条件でパススケジュール計算を行った。図３及び図４の比較から明らかなように、本発明例（図４）によれば、従来例（図３）と比較して、平均板クラウン誤差を２４．５μｍ（６９．０％）、板クラウン偏差σを１６．５μｍ（２３．６％）改善できた。また、パス数については、図１に示すステップＳ４の処理を実行しなかった場合は、本発明例及び従来例共に平均１６．０パスであった。一方、図１に示すステップＳ４の処理を実行した場合は、図５に示すように、本発明例によれば、従来例と比較して、パス数を２パス削減できた。なお、図５中の数字は何回目のパスであるかを示している。また、この時の従来例における板クラウン偏差は１００μｍであったのに対して、本発明例における板クラウン偏差は７５μｍであった。これにより、本発明によれば、圧延能率を向上させると共に板クラウンの低減も実現できることが確認された。

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。

Claims

圧延能率及び板クラウン比率を考慮して鋼板の圧延工程のパス毎の圧下量を規定したパススケジュールを計算する第一ステップと、
各パスにおける鋼板の平坦度誤差及び最終板クラウン誤差の和が所定条件を満足するように前記パススケジュールにおける各パスの圧下量を変更し、各パスの圧下量が変更されたパススケジュールを最終パススケジュールに設定する第二ステップと、
を含むことを特徴とする鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法。
前記最終パススケジュールのパス数を減らし、パス数が減らされた最終パススケジュールを用いて前記第二ステップを再実行するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法。
処理対象の鋼板に応じて前記平坦度誤差及び前記最終板クラウン誤差に対する重み付けを変更するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法。
圧延能率及び板クラウン比率を考慮して鋼板の圧延工程のパス毎の圧下量を規定したパススケジュールを計算する第一手段と、
各パスにおける鋼板の平坦度誤差及び最終板クラウン誤差の和が所定条件を満足するように前記パススケジュールにおける各パスの圧下量を変更し、各パスの圧下量が変更されたパススケジュールを最終パススケジュールに設定する第二手段と、
を備えることを特徴とする鋼板の圧延工程のパススケジュール計算装置。
請求項１～３のうち、いずれか１項に記載の鋼板の圧延工程のパススケジュール計算方法によって設定された最終パススケジュールに従って鋼板を圧延するステップを含むことを特徴とする鋼板の圧延方法。