JP2024016404A - 圧延設定支援システム及び圧延設定支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延材の長手方向に沿った材質の変動を低減できる圧延制御目標値の決定を支援する。【解決手段】被圧延材を圧延する際に圧延機に設定する制御目標値の決定を支援する圧延設定支援システムは、被圧延材と仕様が類似する参照実績材の材質が圧延方向に渡って目標仕様を満足するかを判定する判定部を有する。また、圧延設定支援システムは、判定部によって材質が目標仕様を満足しないと判定された場合に、制御目標値の決定の際に用いる材質の評価を算出する材質評価点を、参照実績材の圧延方向の点の中から複数選択する評価点選択部を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、圧延制御システム及び圧延制御方法に関する。

熱間圧延制御分野では、圧延材の材質を予測する材質予測システムが知られている。材質予測システムは、圧延制御目標値の決定の支援に用いられている。

例えば特許文献１には、熱間圧延の制御目標値に基づき圧延材の機械的性質を予測する材質予測技術を用いて、制御目標値の機械的性質に対する影響係数を算出し、機械的性質の目標値を満足する制御目標値を算出する技術が開示されている。特許文献１に開示の技術によれば、良好な精度で目標とする品質を達成するための制御目標値を計算できる。

また特許文献２には、熱間圧延の制御目標値と材質予測結果を同一画面に表示する材質制御支援装置が開示されている。特許文献２に開示の材質制御支援装置を用いることで、オペレータの経験度合に左右されることなく所望の機械的性質を満足しうる圧延制御目標値の決定を支援することができる。

特開２０１４―１３３２４６号公報 特開２０２０－８２１１２号公報

しかしながら、特許文献１及び２を含む従来技術では、圧延材の長手方向に沿った材質の変動を低減する制御目標値の決定に課題を残す。

これは、次の理由による。圧延材の先端から順次圧延される間に、圧延材の後端は圧延を待機することになり、圧延材が長いほど先端と後端の待機時間の差は大きくなる。圧延材を高温に加熱する熱間圧延では、待機時間の間に圧延材が冷却されるため、圧延材の長手方向に沿って温度ムラが生じる。

この温度ムラを低減するため、圧延材の先端から後端に向けて圧延速度を上げて、先端と後端の待機時間の差を減らす加速圧延を行う処理がある。加速圧延は先端と後端の待機時間差を減らすことにより、圧延材の長手方向に沿った温度ムラを低減できる。

しかし、加速圧延を用いて温度ムラをある程度は低減することはできても、完全に解消することはできない。加速圧延による圧延速度の変化と温度ムラによって、圧延条件は圧延材の長手方向に沿って複雑に変化し材質の変動を生ずることになる。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、圧延材の長手方向に沿った材質のムラをより低減できる圧延制御目標値を、少ない計算量で容易に決定できる圧延制御システム及び圧延制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様では、被圧延材を圧延する際に圧延機に設定する制御目標値の決定を支援する圧延設定支援システムであって、前記被圧延材と仕様が類似する参照実績材の材質が圧延方向に渡って目標仕様を満足するかを判定する判定部と、前記判定部によって前記材質が前記目標仕様を満足しないと判定された場合に、前記制御目標値の決定の際に用いる前記材質の評価を算出する材質評価点を、前記参照実績材の前記圧延方向の点の中から複数選択する評価点選択部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、圧延材の長手方向に沿った材質のムラをより低減できる圧延制御目標値を、少ない計算量で容易に決定できる。

実施形態の熱間圧延制御システムの一例を示すブロック図。 操業データの保存形式の一例を示す図。 操業データの保存形式の一例を示す図。 操業データの保存形式の一例を示す図。 操業データの保存形式の一例を示す図。 操業データの保存形式の一例を示す図。 圧延設定支援システムの構成の一例を示すブロック図。 圧延設定支援システムにより実行される圧延設定支援処理を示すフローチャート。 参照実績材選択工程において類似実績材の材質予測データから参照実績材を選択する参照実績材選択画面の一例を示す図。 材質評価点選択工程においてユーザに表示される材質評価点選択画面の一例を示す図。 圧延制御目標値編集工程においてユーザに表示される圧延制御目標値編集画面の一例を示す図。 参照実績材の操業データと仮想操業データを比較したグラフ。 複数の材質評価点で参照実績材の操業データと仮想操業データを比較したグラフ。

以下、図面を参照して本願開示の技術に係る実施形態を説明する。実施形態は、図面も含めて本願を説明するための例示である。実施形態では、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がされている。特に限定しない限り、実施形態の各構成要素は単数でも複数でもよい。

同一又は類似の構成要素には同一の符号を付与し、既出に対する後出の実施形態での説明は、省略されるか、差分を中心としてなされる場合がある。

同一又は類似の構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

実施形態において、プログラムを実行して行う処理について説明する場合がある。コンピュータは、プロセッサ（例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit））により、記憶資源（例えばメモリ）等を用いながら、プログラムで定められた処理を行う。そのため、プログラムを実行して行う処理の主体を、プロセッサとしてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であればよく、特定の処理を行う専用回路を含んでいてもよい。ここで、専用回路とは、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）等である。「ＸＸＸ工程」を実行する演算部は、「ＸＸＸ部」と呼ぶことができる。

プログラムは、プログラムソースから計算機にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読取り可能な非一時的な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源（ストレージ）を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、実施形態において、２以上のプログラムが１つのプログラムとして実現されてもよいし、１つのプログラムが２以上のプログラムとして実現されてもよい。

以下の実施形態では、各種情報をテーブル形式で説明するが、各種情報はテーブル形式以外のデータ形式であってもよい。また、例えば、「ＸＸ情報」、「ＸＸテーブル」、「ＸＸリスト」、「ＸＸキュー」等の各種呼称は、互換可能である。例えば「ＸＸテーブル」は、「ＸＸリスト」と呼んでもよい。また、識別情報について説明する際に、「識別情報」、「識別子」、「名」、「ＩＤ」、「番号」等の表現は互換可能である。

［実施形態］
（熱間圧延制御システム１の構成）
図１は、実施形態１の熱間圧延制御システム１の一例を示すブロック図である。熱間圧延制御システム１は、上位システム２から入力される圧延材の仕様データを基に圧延制御目標値を決定し、圧延制御目標値に基づいて熱間圧延ライン３の動作を制御することで、圧延材４（被圧延材）を圧延する。

熱間圧延制御システム１は、圧延設定装置１１と、圧延制御装置１２と、操業データ収集装置１３と、データ保存装置１４と、材質予測装置１５と、圧延設定支援システム１６と、を含んで構成される。

圧延設定装置１１は、圧延制御目標値を決定して圧延制御装置１２に出力する。圧延制御装置１２は、圧延制御装置１２から入力された圧延制御目標値に基づいて熱間圧延ライン３に属する設備を制御する。操業データ収集装置１３は、圧延制御装置１２及び熱間圧延ライン３から操業データを収集する。データ保存装置１４は、熱間圧延制御システム１内の種々のデータを保存する。

材質予測装置１５は、データ保存装置１４に保存されたデータから圧延材の材質を予測する。圧延設定支援システム１６は、データ保存装置１４に保存されたデータと材質予測装置１５を用いて、圧延設定装置１１による圧延制御目標値圧延設定値の決定を支援する。

熱間圧延ライン３は、粗圧延機３１と、仕上げ圧延機３２と、ＲＯＴ（Run-out Table）冷却設備３３と、巻取機３４と、を含んで構成される。

粗圧延機３１は、数百ｍｍの厚さを持つ圧延素材であるスラブ（slab）を数十ｍｍの厚さの圧延材４まで粗圧延する。仕上げ圧延機３２は、粗圧延機３１によって数十ｍｍの厚さに圧延された圧延材４を、数ｍｍから数十ｍｍの製品厚さまで仕上げ圧延する。ＲＯＴ冷却設備３３は、仕上げ圧延された圧延材４を搬送しながら冷却する。巻取機３４は、冷却された圧延材４を巻き取る。巻取機３４に巻き取られて常温まで冷却された圧延材４が製品となる。

なお、図１には省略したが、熱間圧延ライン３は上記設備の他にも、圧延材４の温度や厚さ、幅などを計測する計測装置、圧延材４の温度を制御するための冷却又は加熱装置、圧延材の幅を制御するための幅圧延装置などを圧延ライン上の各所に備える。

圧延分野では、１回の圧延を１パス（pass）と呼ぶ。典型的には、粗圧延では圧延材４を粗圧延機３１の前後を往復させて複数パス圧延する往復圧延を行い、仕上げ圧延では圧延材４を直列に並んだ複数台の仕上げ圧延機３２の中を一方向に通過させて複数パスの圧延を行うタンデム圧延を行う。粗圧延で往復圧延が行われるため、圧延パス数は圧延機の台数より多いことが一般的である。

以下、熱間圧延制御システム１の各装置の作用を説明する。

圧延設定装置１１は、上位システム２から圧延材４の仕様データを受信する。圧延材４の仕様データは、例えば、次の情報を含む。
（データ１－１）圧延材４の固有番号
（データ１－２）スラブの化学組成
（データ１－３）スラブの温度
（データ１－４）スラブの厚さと幅及び長さ
（データ１－５）製品の厚さと幅及び長さの目標値
（データ１－６）製品の目標品種

製品の品種（目標品種）毎に引張強度、降伏強度、伸びなどの材質の目標仕様が定まる。

圧延設定装置１１は、受信した圧延材４の仕様データを満足するように熱間圧延ライン３に属する各設備の制御項目毎の目標値を決定し、圧延制御目標値として圧延制御装置１２に出力する。圧延設定装置１１は、圧延材４の仕様データと共に圧延制御目標値をデータ保存装置１４に保存する。圧延制御目標値は、例えば、次の情報を含む。
（データ２－１）各圧延機での圧延パス数
（データ２－２）圧延パス毎の各圧延機の出口での圧延材４の厚さ
（データ２－３）仕上げ圧延機３２の入口での圧延材４の温度
（データ２－４）仕上げ圧延機３２の出口での圧延材４の温度
（データ２－５）巻取機３４の入口での圧延材４の温度
（データ２－６）圧延材４の長手方向の位置毎の圧延速度

圧延制御目標値は、製品の寸法と材質、製品の圧延に所用する時間、各圧延機の消費エネルギーなどに影響を与えるため、適正な決定が重要である。しかし、圧延材４の仕様情報だけで圧延制御目標値を決定することは困難である。例えば、製品の厚さの情報は、仕上げ圧延機３２の最後の圧延パスの出口での圧延材４の厚さを決定するが、他の圧延パスの出口での厚さを決定するものではない。圧延パス数や圧延材４の温度、圧延速度などの他の圧延制御目標値は、更に圧延材４の仕様データからの決定が困難である。本実施形態の圧延設定支援システム１６は、このような圧延制御目標値の決定を支援する装置である。圧延設定支援システム１６の機能は後述する。

圧延制御装置１２は、圧延設定装置１１から受信した圧延制御目標値に基づいて熱間圧延ライン３に属する各設備の動作を制御する。設備の経時変化、環境のバラツキなどにより、制御項目の実績値が目標値と一致しないことがある。熱間圧延ライン３には、制御項目の実績値を計測する複数のセンサが設置される。圧延制御装置１２は、これらセンサのデータに基づいて、制御項目の実績値がその目標値と一致するように各設備の動作を調整する。この制御には、熱間圧延制御分野で周知の手法を使うことができる。そのような技術には、例えば、“６．５ 熱延・厚板における制御手法”（「鉄鋼便覧」第５版第５巻、 （p.240～250））に記載の手法がある。

操業データ収集装置１３は、圧延制御装置１２から一つの圧延材に対する熱間圧延ライン３の操業状態のデータを収集して、操業データとしてデータ保存装置１４に保存する。操業データは、例えば、次の情報を含む。
（データ３－１）圧延材４が熱間圧延ライン３に投入された時刻と圧延材４の巻取りが終わった時刻
（データ３－２）各圧延パスの動作開始時刻と終了時刻
（データ３－３）各圧延パスでの圧延ロールの半径
（データ３－４）各圧延パスでの圧延ロールに加わる荷重
（データ３－５）各圧延パスでの圧延ロールの回転速度
（データ３－６）各圧延パスでの出口での圧延材４の厚さ
（データ３－７）粗圧延機３１の入口と出口での圧延材の温度
（データ３－８）仕上げ圧延機３２の入口と出口での圧延材の温度
（データ３－９）巻取機３４の入口での圧延材の温度
（データ３－１０）巻取機３４の回転速度

上記（データ３－１）～（データ３－３）は、１つの圧延材に対する共通データとして保存することができる。図２に、操業データの（データ３－１）～（データ３－３）の保存形式の一例を示す。

図２の“Load Time”が「（データ３－１）の“圧延材４が熱間圧延ライン３に投入された時刻”」である。また、図２の“Finish Time”が「（データ３－１）の“圧延材４の巻取りが終わった時刻”」である。また、図２の“R1 Start Time”が「（データ３－２）の“各圧延パスの動作開始時刻”（第１粗圧延パスR1）」である。また、図２の“R1 End Time”が「（データ３－２）の“各圧延パスの動作終了時刻”（第１粗圧延パスR1）」である。また、図２の“R1 Radius”が「（データ３－３）の“各圧延パスでの圧延ロールの半径”（第１粗圧延パスR1）」である。第１粗圧延パスR1以降も同様である。

また、上記（データ３－４）～（データ３－６）は、圧延材４の長手方向の位置毎に異なるデータとして、粗圧延パス毎に保存することができる。図３に、第１粗圧延パスR1における圧延材４の長手方向の位置毎の（データ３－４）～（データ３－６）の保存形式の一例を示す。

図３の“Position”が「圧延材４の長手方向の位置」である。また、図３の“Load”が「（データ３－４）の“圧延ロールに加わる荷重”」である。また、図３の“Speed”が「（データ３－５）の“圧延ロールの回転速度”」である。また、図３の“Thickness”が「（データ３－６）の“出口での圧延材４の厚さ”」である。図３の“Position”～“Thickness”の列が、（データ２－１）の仕上げ圧延機３２での仕上げ圧延数に該当する行数だけ繰り返される。

また、上記（データ３－７）～（データ３－１０）は、設備と入口（Suction）及び出口（Delivery）毎に、圧延材４の長手方向の位置（Position）毎のデータとして保存することができる。図４は、（データ３－８）の仕上げ圧延機３２の出口（Finishing-Delivery）での温度データ（Temperature）の保存形式の一例を示す。

また、図５は、（データ３－１０）の巻取機３４の温度データ（Temperature）及び速度データ（Speed）の保存形式の一例を示す。

データ保存装置１４は、圧延材４毎に各種データを保存する。データ保存装置１４には、例えば、次のデータが保存される。
（データ１）上位システム２からの圧延材４の仕様データ
（データ２）圧延制御装置１２からの制御目標値データ
（データ３）操業データ収集装置１３からの操業データ
（データ４）材質予測装置１５からの材質予測データ

材質予測装置１５は、データ保存装置１４に保存された圧延材４の操業データとスラブの化学組成を用いて、圧延材の材質予測を行う。熱間圧延の材質予測には種々の周知の技術を用いて行うことができる。例えば、“材質の制御と予測”（日本鉄鋼協会、１９８８年）に記載の一連の数式モデルを用いれば、圧延材の操業データとスラブの化学組成から圧延材の引張強度、降伏強度、伸び、硬さの予測値を計算することができる。

材質予測装置１５は、データ保存装置１４に圧延材４の操業データが新たに保存されると、圧延材４の材質予測を自動的に行うことができる。材質予測装置１５は、圧延材４の材質予測を行った後、予測結果である材質予測データをデータ保存装置１４に保存する。材質予測データは、例えば、次の情報を含む。
（データ４－１）材質予測点の位置情報
（データ４－２）引張強度
（データ４－３）降伏強度
（データ４－４）伸び
（データ４－５）硬さ
（データ４－６）組織分率
（データ４－７）平均粒径

図６は、（データ４－１）～（データ４－７）の材質予測データの保存形式の一例を示す。

また、材質予測装置１５は、圧延設定支援システム１６からの命令によって、圧延設定支援システム１６から入力された仮想操業データを用いて仮想圧延材の材質を予測することもできる。この場合、材質予測装置１５は、仮想圧延材の材質予測を行った後、予測結果である材質予測データを圧延設定支援システム１６に送信する。

材質予測装置１５は、操業データの保存時に自動的に行われる材質予測と、圧延設定支援システム１６からの命令で行われる材質予測の２通りの材質予測を同時に実行するため、並列処理の可能な構成を持つ。そのような構成は、例えば、２つ以上の演算装置に各々の材質予測処理を割り当てて実行する構成がある。

（圧延設定支援システム１６の構成）
図７は、圧延設定支援システム１６の構成の一例を示すブロック図である。圧延設定支援システム１６は、メモリ１６１と、演算部１６２と、データ保存部１６３と、入力部１６４と、出力部１６５と、データ送受信部１６６、データバス１６７と、を含んで構成される。

メモリ１６１は、圧延設定支援ソフトウェアプログラム（以下、プログラム）が保存されている。演算部１６２は、プログラムを実行する。データ保存部１６３は、プログラムの入出力データを保存する。入力部１６４は、圧延設定支援システム１６のユーザからの入力を受ける。出力部１６５は、圧延設定支援システム１６のユーザへ演算結果を出力する。データ送受信部１６６は、圧延設定装置１１とデータ保存装置１４と材質予測装置１５とのデータ送受信を担当する。データバス１６７は、圧延設定支援システム１６内のデータ伝送経路である。圧延設定支援システム１６は、メモリ１６１に保存されたプログラムに沿って演算部１６２を動作させ、ユーザとの間での入出力及び各装置との間でのデータ送受信を行う。

（圧延設定支援処理）
図８は、圧延設定支援システム１６により実行される圧延設定支援処理を示すフローチャートである。

先ずステップＳ１では、圧延設定支援システム１６は、圧延制御目標値を新たに決定する圧延材４と類似した類似実績材を選択する類似実績材選択工程を実行する。次にステップＳ２では、圧延設定支援システム１６は、ステップＳ１で選択した１つ以上の類似実績材から圧延制御目標値の決定に用いる参照実績材を選択する参照実績材選択工程を実行する。次にステップＳ３では、圧延設定支援システム１６は、ステップＳ２で選択した１つ以上の参照実績材の材質が圧延方向の全長に渡って圧延材４の目標仕様を満足するかを判定する目標達成判定工程を実行する。

圧延設定支援システム１６は、参照実績材の材質が圧延方向の全長に渡って圧延材４の目標仕様を満足するため圧延制御目標値の修正が必要でない場合（ステップＳ３Ｎｏ）にステップＳ８に処理を移す。一方、圧延設定支援システム１６は、目標仕様を満足しない箇所があるため圧延制御目標値の修正が必要である場合（ステップＳ３Ｙｅｓ）にステップＳ４に処理を移す。

ステップＳ４では、圧延設定支援システム１６は、参照実績材の長手方向に沿った複数の材質予測点の中から圧延制御目標値の決定に際して材質を評価する材質評価点を選択する材質評価点選択工程を実行する。材質評価点は、周知の手法を用いて選択される。

次にステップＳ５では、圧延設定支援システム１６は、圧延制御目標値を参照実績材の各値から編集する圧延制御目標値編集工程を実行する。次にステップＳ６では、圧延設定支援システム１６は、ステップＳ５で編集された圧延制御目標値と参照実績材の圧延時の熱間圧延ライン３の操業条件を示す操業データから、仮想操業データを作成する仮想操業データ作成工程を実行する。仮想操業データは、圧延制御目標値に基づいて熱間圧延ライン３を操業する操業条件を示す。

次にステップＳ７では、圧延設定支援システム１６は、仮想操業データを用いて材質評価点での材質を予測する仮想操業データでの材質予測工程を実行する。圧延設定支援システム１６は、ステップＳ７が終了すると、ステップＳ３に処理を戻す。

ステップＳ８では、圧延設定支援システム１６は、目標仕様を満足する参照圧延材の圧延制御目標を推奨値として圧延設定装置１１に出力する圧延制御目標値出力工程を実行し、圧延設定支援処理を終了する。

以下、ステップＳ１～Ｓ８の各工程の詳細を順に説明する。

ステップＳ１の類似実績材選択工程では、圧延設定支援システム１６は、圧延設定装置１１から新しい圧延材４の仕様データを受信する。圧延設定支援システム１６のユーザは、データ保存装置１４に既に保存されている圧延材４の仕様データから、新しい圧延材４の仕様データと類似した圧延材４を選択する。以下、データ保存装置１４にそのデータが既に保存されている圧延材を実績材と称す。

新しい圧延材４と類似した実績材を選択するため、圧延設定支援システム１６のユーザは、実績材を検索する。この検索には、例えば、製品の目標品種や製品の目標厚さを検索キーとして用いる。また、圧延材４の仕様データに含まれる他のデータ、例えば、製品の目標幅、スラブの化学組成などを検索キーとして用いてもよいし、更には、これらの検索キーを適宜組み合わせて検索してもよい。また、圧延材の仕様データは、検索キーではなく、検索対象とする実績材の範囲を限定する条件として用いてもよい。

例えば、熱間圧延ライン３への投入時刻が当該検索時点から一定の時間、例えば１週間内にある実績材に検索対象を限定した上で、該当する実績材の中から目標品種や目標厚さなどが新しい圧延材４に最も類似した実績材を検索する。このようにすることで、検索結果からの類似実績材の選択が容易になる。圧延設定支援システム１６のユーザは、検索結果から１つ以上の類似実績材を選択する。

ステップＳ２の参照実績材選択工程では、圧延設定支援システム１６は、ステップＳ１で選択した類似実績材の材質予測データを表示する。表示される材質予測データは、圧延材４の長手方向に沿った複数の材質予測位置で予測されたデータである。材質予測位置の間隔は、圧延材の移動速度と熱間圧延ライン３上の設備の制御周期の乗算値以下であることが望ましい。例えば、圧延材の移動速度が２０ｍ／ｓで制御周期が０．５ｓであれば、材質予測位置の間隔は１０ｍ以下であることが望ましい。ただし、熱間圧延ライン３上には制御周期が異なる設備が存在する場合もあるため、圧延設定支援システム１６で用いる材質予測位置は、ユーザによって適宜設定もできる。

圧延設定支援システム１６は、材質予測装置１５が実行する材質予測工程の材質予測位置が、圧延設定支援システム１６で用いる材質予測位置の設定を満たす場合には、データ保存装置１４から読み出した類似実績材の材質予測データを表示することができる。

一方、圧延設定支援システム１６は、材質予測工程の材質予測位置が、圧延設定支援システム１６で用いる材質予測位置の設定を満たさない場合には、データ保存装置１４に保存された類似実績材の操業データを仮想操業データとして材質予測装置１５に入力する。圧延設定支援システム１６は、仮想操業データの条件下で所定位置での材質予測を実行することで、類似実績材の材質予測データを得ることができる。

（参照実績材選択画面１６５Ｄ１）
図９は、参照実績材選択工程において類似実績材の材質予測データから参照実績材を選択する参照実績材選択画面１６５Ｄ１の一例を示す図である。

図９では、参照実績材選択画面１６５Ｄ１は、参照実績材（reference strip）毎の圧延材４の固有番号（Strip ID）、新しい圧延材４との類似度（Similarity）、目標品種（Grade）、圧延開始時刻（Load Time）、及び各材質（TS、YS、EL）のマージンの一覧（TS Margin、YS Margin、EL Margin）の表示と、各参照実績材（reference strip）の選択ボックスと、を示している。

ここで材質マージンとは、実績材の材質が品種の材質仕様値に対して持つ余裕の程度である。例えば、圧延材４の全長に亘る材質値と品種の材質仕様値との差の最小値である。負の材質マージンは、材質値が材質仕様値に達したことを表す。

参照実績材の選択のための材質予測データの表示は、他にも種々可能であり、例えば、圧延材４の全長に亘る材質の平均値とその標準偏差、最大値と最小値などの統計値を表示してもよい。

圧延設定支援システム１６のユーザは、表示された材質予測データに基づいて、圧延設定支援に用いる参照実績材を選択する。典型的には、複数の類似実績材の中から、圧延材４の全長に渡って材質目標を満たす材質予測データの類似実績材を選択する。材質予測データが材質目標を満たす類似実績材が複数ある場合には、例えば、最も新しい類似実績材を選択する。他には、材質予測データが材質目標を満たす複数の類似実績材から、圧延材４の全長に亘る材質の変動が最も小さい類似実績材を選択したり、制御目標値を決めようとしている新しい圧延材４との類似度が最も高い類似実績材を選択したりしてもよい。ユーザは、類似実績材を選択すると、“ＯＫ”ボタンを押下して、類似実績材の選択を確定させる。

圧延設定支援システム１６は、選択された参照実績材の圧延制御目標値をデータ保存装置１４から読み込む。

ステップＳ３の目標達成判定工程において、圧延設定支援システム１６は、参照実績材の材質予測結果と仕様データの材質目標値とを比較し、参照実績材の圧延制御目標値を修正する必要があるか否かをユーザが判断した結果の入力を受け付ける。圧延設定支援システム１６は、参照実績材の圧延制御目標値を修正する必要がある場合（ステップＳ３Ｙｅｓ）には、材質評価点選択工程（ステップＳ４）に進む。圧延設定支援システム１６は、参照実績材の圧延制御目標値の修正の必要がない場合（ステップＳ３Ｎｏ）には、圧延制御目標値出力工程（ステップＳ８）へ遷移する。

ステップＳ４の材質評価点選択工程において、圧延設定支援システム１６は、参照実績材選択工程（ステップＳ２）で選択された参照実績材について、材質予測データの圧延材の長手方向に沿った変化を表示する。圧延設定支援システム１６のユーザは、その中から新規圧延材の圧延制御目標値の決定に用いる材質評価点を選択する。

（材質評価点選択画面１６５Ｄ２）
図１０は、材質評価点選択工程においてユーザに表示される材質評価点選択画面１６５Ｄ２の一例を示す図である。データは、横軸を圧延材の長手方向の位置、縦軸を材質としたグラフに材質予測点毎に示される。圧延設定支援システム１６のユーザは、表示された参照実績材の材質予測点から、好適な点を入力装置を用いて選択することで、新規圧延材の圧延制御目標値の決定に用いる１つ以上の材質評価点を選択できる。

図１０は、材質として引張強度を表示した例であるが、他の材質の表示に切り替えることも可能である。また複数種類の材質を一緒に表示するなどの他の表示方法を用いてもよい。

先ず、材質評価点として、材質の最頻値を持つ代表点を選択する。多くの場合、圧延材の長手方向の中央付近にある材質評価点をこの代表点として選択することができる（図１０中の“Point2”）。次に、制御目標値の修正で注目する点を選択する。選択される点は、典型的には、材質仕様値に対するマージンが小さい点である。しかし、他にも、長手方向に対する変動が大きい点（図１０中の“Point1”及び“Point3”）、長手方向に対する変動傾向が顕著に変化する点（図１０中の“Point1”及び“Point3”）などが選択されてもよい。

（圧延制御目標値編集画面１６１５Ｄ３）
図１１は、ステップＳ５の圧延制御目標値編集工程においてユーザに表示される圧延制御目標値編集画面１６１５Ｄ３の一例を示す図である。圧延制御目標値編集画面１６５Ｄ３には、新たに制御目標値を決める圧延材（Target）に関して上位システム２から受信した仕様データが表示される。図１１の例では、スラブ（Slab）と製品（Strip）の長さ（Length）、厚さ（Thickness）、及び化学組成（“Ｃ”、“Ｍｎ”“Ｓｉ”、…“Ｎｂ”、“Ｔｉ”、“Ｖ”…の各質量組成比）が表示されている。表示に他の仕様データを加えてもよいし、詳細仕様を表示する画面を別途設けてもよい。

圧延制御目標値編集画面１６５Ｄ３には、圧延制御目標値の編集領域が提供される。編集領域には、参照実績材選択工程で選択された参照実績材の圧延制御目標値が既定値として入力されている。図１１では、一例として、粗圧延（Roughing）と仕上げ圧延（Finishing）での各パス数（Ｎｕｍ．）及び各パスでの出口での圧延材の厚さ（Ｔｈｉ．１，Ｔｈｉ.２，…）の設定を示している。さらに、図１１では、圧延材の全長に渡る位置（Ｐ．１，Ｐ．２，…）毎の速度（Ｖ．１，Ｖ．２，…）、及び圧延材の温度制御目標値及びＲＯＴ冷却設備の設定を表示している。温度制御目標としては、仕上げ圧延機３２の入口での圧延材の温度（Finishing Entering Temperature：ＦＥＴ）、仕上げ圧延機３２の出口での圧延材の温度（Finishing Delivery Temperature：ＦＤＴ）、巻取機３４の入口での圧延材の温度（Coiling Temperature：ＣＴ）が規定値として入力されている例を示した。また、ＲＯＴ冷却設備３３の規定値として、“ＦＦＦＦＭＭＳＳＳＳ”の名で予め決めておいた設定メニューを選択されている例を示す。

この例において、ＲＯＴ冷却設備３３に備えられた多数の冷却ノズルは、１０個の領域に分割されて制御されている。“Ｆ”、“Ｍ”、“Ｓ”は各領域における圧延材の目標冷却状態として、各々、急冷（Ｆａｓｔ）と中冷（Ｍｉｄｉｕｍ）と徐冷（Ｓｌｏｗ）を表す。目標冷却状態は、冷却ノズルの開閉によって達成され、例えば、“Ｆ”では領域内の冷却ノズルを全て開け、“Ｍ”では半分の冷却ノズルを開け、“Ｓ”では全ての冷却ノズルを閉める。ユーザは、編集領域の入力値を編集し、“ＯＫ”ボタンを押下して、編集値を反映させる。ユーザは、“Ｐｒｅｄｉｃｔ”ボタンを押下して、仮想操業データを作成し、この仮想操業データ下で圧延制御目標値編集画面１６５Ｄ３の入力値を用いて、ステップＳ７の材質予測工程を実行させる。

図１１に示す例では、圧延材４の全長に渡る速度を、圧延材４の先端と尾端を除く速度変化点の数と、各速度変化点の位置（“Ｐ．１”など）及び各位置での速度（“Ｖ．１”など）等とで設定している。各速度変化点の間では、一定の加速度で速度が変化するようにすればよい。また、圧延材４の先端の速度と尾端の速度は、圧延材４の先端側の第１番目の速度変化点の速度と、尾端側の最終の速度変化点の速度と各々同じとすればよい。

ステップＳ６の仮想操業データ作成工程において、圧延設定支援システム１６は、データ保存装置１４に保存された参照実績材の操業データを用いて、仮想操業データを作成する。

仮想操業データは、例えば、熱間圧延ライン３に投入された時刻Ｔｉｍｅ＿０から巻取機３４に到達する時点Ｔｉｍｅ＿Ｎまでに、各材質評価点が取る温度Ｔとひずみ速度ＳＲ（Strain Rate）の履歴を、次のように複数のステップに分けることで表現できる。

上記（表１）において、時刻Ｔｉｍｅ＿０の第１行、時刻Ｔｉｍｅ＿１の第３行のように、奇数番目の行は、各時点Ｔｉｍｅにおける材質評価点の温度Ｔとひずみ速度ＳＲを表す。第２行の“Ｓ”、第４行の“Ｄ”のように、偶数番目の行は、その行が表す期間に材質評価点が圧延されるか否かを表す。“Ｓ”は圧延なし、“Ｄ”は圧延ありである。

上記例は、時刻Ｔｉｍｅ＿０と時刻Ｔｉｍｅ＿１の間には材質評価点は圧延されず、時刻Ｔｉｍｅ＿１と時刻Ｔｉｍｅ＿２の間では圧延されることを表す。各Ｔｉｍｅの間では、温度Ｔとひずみ速度ＳＲは線形的に変化するとする。例えば、時刻Ｔｉｍｅ＿１と時刻Ｔｉｍｅ＿２の間の時刻ｔにおける温度Ｔは、次の式（１）のように線形補完式で計算できる。
T(t)=[(T_1-T_0)/(Time_1-Time_0)]*(t-Time_0)+T_0 …（１）

また、仮想操業データのＴｉｍｅ、Ｔ、ＳＲは、例えば、次の式（２）で同様に決定することができる。
Ｙｍｏｄ=Ｙｒｅｆ+ΔＹ／ΔＳ …（２）
ただし、Ｙは、Ｔｉｍｅ、又はＴ、又はＳＲである。

ここで、Ｙｍｏｄが仮想操業データのＴｉｍｅ、又はＴ、又はＳＲであり、Ｙｒｅｆは参照実績材の操業データのＴｉｍｅ、又はＴ、又はＳＲである。Ｓは図１１に示したような制御目標値である。制御目標値の増分ΔＳに対するＴｉｍｅ、又はＴ、又はＳＲの増分ΔＹは、圧延分野で周知であり、例えば、“板圧延の理論と実際”、2010年、日本鉄鋼協会などに開示されている。

上記式（２）のように、圧延制御目標値が参照実績材の当該値のままであれば、仮想操業データは、参照実績材の操業データと同じであればよい。仮想操業データは、参照実績材の制御目標値から変更された場合には、その変更分を参照実績材の操業データに加算したものとすればよい。

（参照実績材の操業データと仮想操業データの比較）
図１２は、参照実績材の操業データと仮想操業データを比較したグラフである。図１２では、ＦＥＴ（仕上げ圧延機３２の入口での圧延材の温度）とＣＴ（巻取機３４の入口での圧延材の温度）は参照実績材の目標値のままに据え置き、ＦＤＴ（仕上げ圧延機３２の出口での圧延材の温度）のみを参照実績材の目標値から２０℃高くした例を示す。

図１２において、実線は参照実績材の操業データから抽出した圧延材の温度データを示し、破線はＦＤＴの目標値の変更分を実績操業データに加算した仮想操業データを示す。

ＦＤＴ（仕上げ圧延機３２の出口での圧延材の温度）を所定の制御目標値にするため、ＦＥＴ測定点の仕上げ圧延機３２の入口からＦＤＴ測定点の仕上げ圧延機出口の間にある冷却装置の冷却量を減少させる。これにより、仮想操業データの温度履歴は実績操業データより高温になる（図１２の破線参照）。参照実績材の制御目標値と実績操業データとの間の差（Discrepancy）は、仮想操業データにもそのまま引き継がれる。このように実績操業データを基に仮想操業データを作成することで、熱間圧延ライン３上の各設備の不完全性や経年変化の影響をより正確に予測に取り込むことができる。

（材質評価点毎の参照実績材の操業データと仮想操業データの比較）
図１３は、複数の材質評価点で参照実績材の操業データと仮想操業データを比較したグラフである。仮想操業データは、材質評価点選択工程（ステップＳ４）で選択された材質評価点毎に作成される。図１３に、例として図１０の３つの材質評価点（Point1，Point2，Point3）毎に、実績操業データを実線で、仮想操業データを破線で示す。

ステップＳ７の仮想操業データでの材質予測工程において、圧延設定支援システム１６は、ステップＳ６で作成した仮想操業データを材質予測装置１５に出力して、材質評価点での材質予測を指示する。材質予測装置１５は、材質予測の指示を受け付け、圧延設定支援システム１６から受信した仮想操業データとスラブの化学組成を用いて、仮想操業データの条件下で仕上げ圧延機４を操業し圧延する場合の材質評価点における圧延材の材質予測を行う。熱間圧延の材質予測には種々の周知の技術を用いて行うことができる。例えば、「材質の制御と予測」（1988、日本鉄鋼協会）のpp.187-199に記載された一連の数式モデルを用いて、圧延材の引張強度、降伏強度、伸び、硬さの予測値を計算する。仮想操業データに対する材質予測が終了すると、材質予測装置１５は材質予測データを圧延設定支援システム１６に出力する。

ステップＳ７の仮想操業データでの材質予測工程は、圧延設定支援システム１６が材質予測装置１５から材質予測データを取得するとことで終了する。

圧延設定支援システム１６は、ステップＳ３の目標達成判定工程に処理を戻し、仮想操業データに対する材質予測結果が材質に対する目標値を満たしたかを判定する。以後、材質予測結果が目標値を満たすまで、ステップＳ３～Ｓ７の工程を繰り返す。ただし、ステップＳ４の材質評価点選択工程は、初回のみ実行して、２回目以後は初回で選択した材質評価点を使用してもよい。

ステップＳ８の圧延制御目標値出力工程では、圧延設定支援システム１６は、参照実績材の圧延制御目標値を新たな圧延材の制御目標値として決定して、圧延設定装置１１に出力する。

上述の圧延設定支援処理では、一部の工程で圧延設定支援システム１６のユーザが判断又は選択を行ったが、判断又は選択の基準を予め決定しておくことで圧延設定支援システム１６が判断又は選択を自動的に行ってもよい。また、判断又は選択の基準は、データの統計分析又は機械学習を用いて決定し、学習の進行に応じて自動更新していくことも可能である。

例えば、参照実績材の仕様と、過去に選択された参照実績材の材質評価点との関係モデルを予め学習しておく。そして、評価点選択工程（ステップＳ４（図８））において、この関係モデルに対して、今回選択された参照実績材の仕様を入力として出力された複数の材質評価点を選択するようにしてもよい。

本願開示の技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施形態は本願開示の技術を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、矛盾しない限りにおいて、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成で置き換え、ある実施形態の一部または全部の構成に他の実施形態の一部または全部の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、構成の追加、削除、置換、統合、又は分散をすることが可能である。また、実施形態で示した構成および処理は、処理効率または実装効率に基づいて適宜分散、統合、または入れ替えることが可能である。

１：熱間圧延制御システム、２：上位システム、３：熱間圧延ライン、３：圧延ライン、４：圧延材、１１：圧延設定装置、１２：圧延制御装置、１３：操業データ収集装置、１４：データ保存装置、１５：材質予測装置、１６：圧延設定支援システム、３１：粗圧延機、３２：仕上げ圧延機、３３：ＲＯＴ冷却設備、３４：巻取機、１６１：メモリ、１６２：演算部、１６３：データ保存部、１６４：入力部、１６５：出力部、１６５Ｄ１：参照実績材選択画面、１６５Ｄ２：材質評価点選択画面、１６５Ｄ３：圧延制御目標値編集画面、１６６：データ送受信部、１６７：データバス。

Claims (13)

1. 被圧延材を圧延する際に圧延機に設定する制御目標値の決定を支援する圧延設定支援システムであって、
   前記被圧延材と仕様が類似する参照実績材の材質が圧延方向に渡って目標仕様を満足するかを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記材質が前記目標仕様を満足しないと判定された場合に、前記制御目標値の決定の際に用いる前記材質の評価を算出する材質評価点を、前記参照実績材の前記圧延方向の点の中から複数選択する評価点選択部と
   を有することを特徴とする圧延設定支援システム。
2. 請求項１に記載の圧延設定支援システムであって、
   前記評価点選択部は、前記参照実績材の仕様と、過去に選択された前記参照実績材の前記材質評価点との関係モデルを学習し、該関係モデルに対して、今回選択された前記参照実績材の仕様を入力として出力された複数の前記材質評価点を選択する
   ことを特徴とする圧延設定支援システム。
3. 請求項１に記載の圧延設定支援システムであって、
   前記圧延機によって過去に圧延された実績材の中から前記被圧延材と仕様が類似する類似実績材を選択する類似実績材選択部と、
   １つ以上の前記類似実績材の中から前記参照実績材を選択する参照実績材選択部と
   を有することを特徴とする圧延設定支援システム。
4. 請求項３に記載の圧延設定支援システムであって、
   前記制御目標値を編集する編集画面を表示する制御目標値編集部
   を有することを特徴とする圧延設定支援システム。
5. 請求項４に記載の圧延設定支援システムであって、
   前記制御目標値編集部によって編集された前記制御目標値と、前記参照実績材を圧延した際の前記圧延機の操業条件を示す操業データとから、該制御目標値に基づいて前記圧延機を操業して前記参照実績材を圧延する場合の前記圧延機の操業条件を示す仮想操業データを作成する仮想操業データ作成部と、
   前記仮想操業データに基づいて前記材質評価点における前記材質を予測する材質予測部と
   を有することを特徴とする圧延設定支援システム。
6. 請求項５に記載の圧延設定支援システムであって、
   前記判定部は、
   前記材質予測部によって予測された前記材質が前記目標仕様を満足するか否かを判定し、
   前記判定部によって前記材質が前記目標仕様を満足すると判定された場合に、前記仮想操業データを作成した際の前記制御目標値を前記圧延機に設定する前記制御目標値と決定し出力する制御目標値出力部
   を有することを特徴とする圧延設定支援システム。
7. 請求項６に記載の圧延設定支援システムであって、
   前記判定部によって前記材質が前記目標仕様を満足すると判定されるまで、
   前記評価点選択部が、複数の前記材質評価点を選択し、
   前記制御目標値編集部が、前記制御目標値の編集を受け付け、
   前記仮想操業データ作成部が、前記制御目標値編集部によって編集された前記制御目標値に基づいて前記仮想操業データを作成し、
   前記材質予測部が、前記仮想操業データ作成部によって作成された前記仮想操業データに基づいて、前記評価点選択部によって選択された複数の前記材質評価点における前記材質を予測する
   ことを特徴とする圧延設定支援システム。
8. 被圧延材を圧延する際に圧延機に設定する制御目標値の決定を支援する圧延設定支援システムが実行する圧延設定支援方法であって、
   前記被圧延材と仕様が類似する参照実績材の材質が圧延方向に渡って目標仕様を満足するかを判定する判定工程と、
   前記判定工程によって前記材質が前記目標仕様を満足しないと判定された場合に、前記制御目標値の決定の際に用いる前記材質の評価を算出する材質評価点を、前記参照実績材の前記圧延方向の点の中から複数選択する評価点選択工程と
   を有することを特徴とする圧延設定支援方法。
9. 請求項８に記載の圧延設定支援方法であって、
   前記圧延機によって過去に圧延された実績材の中から前記被圧延材と仕様が類似する類似実績材を選択する類似実績材選択工程と、
   １つ以上の前記類似実績材の中から前記参照実績材を選択する参照実績材選択工程と
   を有することを特徴とする圧延設定支援方法。
10. 請求項９に記載の圧延設定支援方法であって、
    前記制御目標値を編集する編集画面を表示する制御目標値編集工程
    を有することを特徴とする圧延設定支援方法。
11. 請求項１０に記載の圧延設定支援方法であって、
    前記制御目標値編集工程によって編集された前記制御目標値と、前記参照実績材を圧延した際の前記圧延機の操業条件を示す操業データとから、該制御目標値に基づいて前記圧延機を操業して前記参照実績材を圧延する場合の前記圧延機の操業条件を示す仮想操業データを作成する仮想操業データ作成工程と、
    前記仮想操業データに基づいて前記材質評価点における前記材質を予測する材質予測工程と
    を有することを特徴とする圧延設定支援方法。
12. 請求項１１に記載の圧延設定支援方法であって、
    前記判定工程は、
    前記材質予測工程によって予測された前記材質が前記目標仕様を満足するか否かを判定し、
    前記判定工程によって前記材質が前記目標仕様を満足すると判定された場合に、前記仮想操業データを作成した際の前記制御目標値を前記圧延機に設定する前記制御目標値と決定し出力する制御目標値出力工程
    を有することを特徴とする圧延設定支援方法。
13. 請求項１２に記載の圧延設定支援方法であって、
    前記判定工程によって前記材質が前記目標仕様を満足すると判定されるまで、
    前記評価点選択工程によって、複数の前記材質評価点を選択し、
    前記制御目標値編集工程によって、前記制御目標値の編集を受け付け、
    前記仮想操業データ作成工程によって、前記制御目標値編集工程によって編集された前記制御目標値に基づいて前記仮想操業データを作成し、
    前記材質予測工程が、前記仮想操業データ作成工程によって作成された前記仮想操業データに基づいて、前記評価点選択工程によって選択された複数の前記材質評価点における前記材質を予測する
    ことを特徴とする圧延設定支援方法。
    

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