JP3351368B2 - 鋼材の圧延方法 - Google Patents

鋼材の圧延方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱間圧延機における
熱延鋼材の温度制御に係り、仕上げ圧延機出側の長手方
向の温度分布を目標値に一致させることにより材質にす
ぐれた熱延鋼材を製造する、鋼材の圧延方法に関する。
【0002】
【従来の技術】連続熱間仕上げ圧延においては、圧延温
度によって鋼帯の冶金的性質、機械的性質が大きく異な
ることは良く知られている。特に炭素鋼からなるスラブ
を連続熱間圧延する場合、材質確保の観点から、仕上げ
圧延機における圧延温度をフェライト変態開始温度(A
3 温度)よりも高くする必要がある。圧延中にAr3
変態温度以下となると粗大粒やひずみの蓄積により鋼帯
の強度、延性、靭性などの特性が劣化するおそれがあ
る。
【0003】近年の熱間仕上げ圧延では、生産性向上を
図るため長尺化の傾向があり、このため鋼帯長手方向の
圧延温度低下を防ぐためさまざまな手段が講じられてい
る。代表的な方法として、加速圧延が知られている。仕
上げ圧延機で圧延される粗バーの圧延速度を一定ではな
く、粗バーの先端が仕上げ圧延機に入ってから、圧延速
度を高める方法(加速圧延)である。これにより粗バー
後端部が仕上げ圧延機を通過する時間が短くなり、ある
程度温度低下を防ぐことができるとされている。
【0004】これに対して、特開昭55−30338号
公報に示されるような、誘導加熱炉を粗圧延機出側と仕
上げ圧延機入り口の間に設け、鋼帯の後端部の温度を加
熱して長手方向の温度低下を防止する方法が提案されて
いる。ここでは、加熱時定数の少ない誘導加熱炉を用
い、仕上げ温度出側温度とその目標温度の偏差に応じて
温度制御する方法が取られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】加速圧延では、長尺ス
ラブの圧延後端部では圧延速度が上限に達し、完全な解
決に至らないという問題がある。
【0006】上記特開昭55−30338号公報の方法
では、加速圧延の問題点をある程度解決するが、仕上圧
延機出側で検出した温度をフィードバックして、仕上圧
延機入側の誘導加熱炉を制御するため、圧延材料の先端
仕上圧延機から出てくるまで温度制御ができない
た、仕上圧延機出側からの検出温度データに基づくフィ
ードバック制御であるため、制御の遅れが大きく応答の
良い制御系がつくれないことから、長手方向全体にわた
って仕上げ温度目標値に一致させることが極めて困難で
ある。このため鋼材の長手方向に材質のばらつきを生じ
易く、品質の安定性に欠ける。
【0007】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
ために、熱間圧延機における熱延鋼材の温度制御に関
し、制御動作が迅速かつ高精度であり、材質にすぐれた
熱延鋼材を製造する、鋼材の圧延方法を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。
【0009】本発明に係る鋼材の圧延方法は、スラブを
粗圧延して粗バーとする工程と、誘導加熱装置を用いて
粗バーを誘導加熱する工程と、誘導加熱後の粗バーの表
面温度を検出し、仕上圧延後の鋼材の温度が目標温度と
なるように前記検出温度値に基づいて前記誘導加熱装置
による粗バーの誘導加熱量を制御する加熱温度制御工程
と、加熱温度制御された粗バーを仕上圧延機により仕上
圧延する工程とを具備する鋼材の圧延方法であって、前
記加熱温度制御工程では、前記仕上圧延機入り側での粗
バーの長手方向の第1の目標温度分布を算出し、前記仕
上圧延機入り側での粗バーの温度を測定し、前記第1の
目標温度分布から得られる目標温度値と前記測定温度と
の間に生じる第1の偏差を算出し、前記第1の偏差を用
いて前記誘導加熱装置による粗バーの加熱量をフィード
バック制御し、前記仕上圧延機内における鋼材の長手方
向の第2の目標温度分布を算出し、前記仕上圧延機内に
おいて鋼材の温度を測定し、前記第2の目標温度分布か
ら得られる目標温度値と仕上圧延機内での鋼材の測定温
度値との間に生じる第2の偏差を算出し、前記第1の偏
差を用いてフィードバック制御される加熱量を、さらに
前記第2の偏差を用いてフィードバック制御することを
特徴とする
【0010】
【0011】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記の課題を解決
すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得るに至っ
た。
【0012】上記問題点を解決するには、フィードバッ
クする温度と加熱装置をできるだけ近づけ、無駄時間を
小さくする必要がある。この問題は誘導加熱直後に温度
計を設置し、誘導加熱装置直後の温度目標値、すなわ
ち、仕上げ圧延機入り側の温度目標値を設定しその偏差
をフィードバックすることで解決できる。この時、仕上
げ圧延機入り側の温度目標値は、あらかじめ設定されて
いる仕上げ圧延機出側の板長手方向の温度目標値、粗バ
ーが仕上げ圧延される圧延機の速度スケジュール、仕上
げ圧延機の各スタンドにおける板厚スケジュール、各圧
延機の荷重設定、仕上げ圧延機直前のデスケによる冷
却、仕上げ圧延機内のスプレー冷却の設定などから温度
変化モデルをもとに算出することが可能である。
【0013】一方、温度制御性能をさらに上げるため、
仕上げ圧延機内の板温度をフィードバックする。この目
的は仕上げ圧延機内における温度変化が予測モデルと異
なる場合にその差をできるだけ早く誘導加熱制御に反映
させるためで、温度モデルの誤差をオンラインで補正す
ることにより、さらに仕上げ温度精度を上げるものであ
る。
【0014】以上の知見に基づき、本発明者らは、仕上
圧延機の入側に設けられた誘導加熱装置により粗バーを
加熱して、仕上鋼板温度が長手方向の目標温度と一致す
るように制御する方法において、誘導加熱装置出側に温
度計を設置して、フィードバック制御を行うことによ
り、粗バー長手方向の温度分布を目標温度分布に一致さ
せるようにして、熱間圧延機における熱延鋼材の温度制
御に関し、仕上げ圧延機出側の長手方向の温度分布を目
標値に一致させることにより材質にすぐれた熱延鋼材を
製造する、鋼材の圧延方法を見出し、本発明を完成させ
た。
【0015】以下に本発明の実施の形態について説明す
る。
【0016】具体的な実施の形態を図1の制御系構成図
をもとに説明する。
【0017】(第1実施形態)図1は粗圧延された粗バ
ーが誘導加熱装置で加熱され、引き続き仕上げ圧延機で
圧延されるまでの概略図である。このとき第1の発明
(第1実施形態)では、仕上げ圧延機2の入り側、すな
わち誘導加熱装置1の出側に温度計等の温度検出器5を
設置し、この温度検出器5の位置における粗バー6の目
標温度(即ち、仕上げ圧延機入り側目標温度算出3での
算出値)を粗バー長手方向全体に対して計算し、電力制
御量演算4を介して誘導加熱装置1にフィードバックす
る。具体的な計算方法としては、以下にその一例を述べ
る。
【0018】連続熱間圧延機の鋼板の入り側〜出側にか
けての温度変化は、熱伝導方程式を解くことで推定でき
ることが知られている。ここで、熱間連続圧延におけ
る、温度分布解析は主として厚み方向のみを考える。こ
のとき長手方向は、その長さが粗バーで数10mとなる
ため、仕上げ圧延機出側では1000mを超えるものも
あり、適当な長さを定めその区間一定とみなす。また、
幅方向に関しては基本的に均等な処理や現象の影響を受
けるのみとし、均一とみなす。従って、長手方向に分割
した板部分の伝熱方程式は次式で与えられる。
【0019】 Cp×ρ×∂Ts/∂t=λ×∂2 Ts/∂x2 +q …(1) ここで、Ts:圧延材料の温度、Cp:圧延材料の比
熱、ρ:圧延材料の密度、λ:圧延材料の熱伝導率、
q:内部発熱、t:時間、x:厚み方向距離。
【0020】連続熱間圧延における温度変化要因として
は、抜熱項として、1)空冷(放射伝熱、対流伝熱)、
2)水冷(スプレー冷却による熱伝達)、3)圧延機の
ワークロール(WR)との接触熱伝達、入熱項として、
4)圧延に伴う加工発熱、5)WRと圧延材との摩擦発
熱が一般に知られており、これらのうち1)、2)は
(1)式の境界条件として与えられる。また、4)、
5)については、(1)における内部発熱qとしてあた
えることができる。尚、3)に関しては、WRの熱伝導
方程式と連立させて解く必要があるが、この点に関して
はLaplace(ラプラス)変換による解析解が知ら
れており、圧延材料とWRの初期温度分布、経過時間、
厚み方向の位置の関数として、熱の移動量が計算でき
る。
【0021】従って、圧延材がいかなる温度変化を示す
かは、圧延材の長手方向の計算対象部が圧延機の入り側
から出側にかけて、各時刻でどのような境界条件と内部
発熱を持つかを決定し、(1)式を差分法などで解くこ
とで得ることができる。
【0022】一方、1)から5)の温度変化要因を決定
するのに必要となる項目は以下のようになる。
【0023】1)空冷:空冷時間、放射率、2)水冷:
水冷時間、熱伝達率、3)WRとの接触抜熱:WRとの
接触時間、4)加工発熱:圧下量、圧延荷重、接触弧
長、5)摩擦発熱:摩擦係数、圧延荷重、WR速度、先
進率、後進率、WRとの接触時間。
【0024】これらを定めるためには計算対象部の速度
スケジュール、各スタンドでの圧下スケジュールをあら
かじめ与える必要があるが、通常の連続熱間圧延におい
ては、これらはセットアップ計算として、圧下スケジュ
ール、速度スケジュール、仕上げ出側の板温度目標値が
計算されるため、これらのセットアップ計算値を用いれ
ば各条件が計算できる。
【0025】以上のように与えられる鋼板の温度変化モ
デルは、仕上げ入り側の温度から仕上げ出側の温度を求
めるためのものである。本発明では、仕上げ温度目標値
から仕上げ入り側に設置した誘導加熱装置出側の温度目
標値を定める必要がある。この計算方法はさまざま考え
られるが、例えば初期条件として適当な仕上げ入り側温
度を与え、仕上げ出側温度が目標値に一致するように収
束計算する方法がある。
【0026】このように、粗バー長手方向を複数に分割
しその分割部に対してそれぞれの仕上げ目標温度から仕
上げ入り側の目標温度を計算することで、仕上げ入り側
の粗バー長手方向の目標温度分布を得る。
【0027】次に、誘導加熱装置1と誘導加熱装置出側
温度計5を用いた温度制御系の構成であるが、これにつ
いては、誘導加熱装置出側温度計5と上述の仕上げ入り
側温度目標値、すなわち誘導加熱装置出側温度計5の位
置における温度目標値との偏差に応じて電力設定を変更
する制御系を構成すれば良い。このとき、制御方法は何
でもよいが、もっとも単純にはPI制御などがある。但
しここで注意すべきは、誘導加熱装置出側温度目標値は
粗バーの長手方向に分布をもつため、長手方向のどの部
分が温度計5の位置にいるかをトラッキングする必要が
ある。このため、粗バー先端が温度計5で検知されて以
後、例えば搬送ロールに取り付けられたパルスジェネレ
ータ(PG)7などを用い、移送距離をカウントするこ
とで逐次対応する温度目標値に変更する必要がある。
【0028】(第2実施形態)この第2実施形態では上
記の第1実施形態における温度制御性能をさらに上げる
ことを目的にしており、仕上圧延機内における温度変化
が予測モデルと異なる場合にその差をできるだけ早く
導加熱装置の制御に反映させるためで、温度モデルの誤
差をオンラインで補正することにより、さらに仕上げ温
度精度を上げるものである。
【0029】その構成は図2に示される。簡単のため、
図1と同一のものには同一の番号を付している。ここで
は、上記第1実施形態の構成に加え、仕上圧延機2内に
温度検出器9を設置し、この温度検出器位置における板
の温度目標値を仕上圧延機2の入側の温度目標値(即
ち、仕上圧延機入側板目標温度算出3での算出値)と同
様の手段で計算する。このとき、仕上圧延機内温度とそ
の目標値(即ち、仕上圧延機内目標温度算出8値)の
偏差を、電力制御量演算4を介して誘導加熱装置1にフ
ィードバックする。フィードバックの構成はどんな手法
でもかまわないが、一例としては、偏差をPI制御器1
0に入れ、その出力を誘導加熱装置出側温度目標値に加
算するカスケード制御系などが考えられる。
【0030】これにより、温度推定モデルの誤差を補正
することが可能となる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、仕上圧延機入側と仕上
圧延機内部からの2つの温度検出データに基づいて誘導
加熱装置を二段にフィードバック制御するので、制御動
作が迅速かつ高精度になり、安定した材質の熱延鋼帯の
製造が可能となる。
【0032】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る熱延鋼帯の温度制
御系構成図。
【図2】本発明の第2実施形態に係る熱延鋼帯の温度制
御系構成図。
【符号の説明】
1…誘導加熱装置、2…仕上圧延機、3…仕上圧延機入
側目標温度算出、4…電力制御量演算、5,9…温度検
出器、6…粗バー、7…PG(パルスジェネレータ)、
8…仕上圧延機内板目標温度算出、10…PI制御器。
フロントページの続き (72)発明者 中野 聖 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 本屋敷 洋一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−202311(JP,A) 特開 平10−27678(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 37/00 - 37/78 B21B 45/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スラブを粗圧延して粗バーとする工程
    と、誘導加熱装置を用いて粗バーを誘導加熱する工程
    と、誘導加熱後の粗バーの表面温度を検出し、仕上圧延
    後の鋼材の温度が目標温度となるように前記検出温度値
    に基づいて前記誘導加熱装置による粗バーの誘導加熱
    を制御する加熱温度制御工程と、加熱温度制御された粗
    バーを仕上圧延機により仕上圧延する工程とを具備する
    鋼材の圧延方法であって、 前記加熱温度制御工程は、前記仕上圧延機入り側での粗バーの長手方向の第1の目
    標温度分布を算出し、前記仕上圧延機入り側での粗バー
    の温度を測定し、 前記第1の目標温度分布から得られる目標温度値と前記
    測定温度との間に生じる第1の偏差を算出し、 前記第1の偏差を用いて前記誘導加熱装置による粗バー
    の加熱量をフィードバック制御し、 前記仕上圧延機内における鋼材の長手方向の第2の目標
    温度分布を算出し、 前記仕上圧延機内において鋼材の温度を測定し、 前記第2の目標温度分布から得られる目標温度値と仕上
    圧延機内での鋼材の測定温度値との間に生じる第2の偏
    差を算出し、 前記第1の偏差を用いてフィードバック制御される加熱
    量を、さらに前記第2の偏差を用いてフィードバック制
    御することを特徴とする 鋼材の圧延方法。
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CN108602101B (zh) * 2015-09-03 2020-05-22 东芝三菱电机产业系统株式会社 钢铁热轧成套设备的控制系统

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