JP3855429B2

JP3855429B2 - 熱延鋼帯の圧延方法

Info

Publication number: JP3855429B2
Application number: JP02091998A
Authority: JP
Inventors: 徹簑手; 善道日野; 貞和升田; 雅明山本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2018-02-02
Also published as: JPH11221606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラブを粗圧延、仕上圧延して熱延鋼帯を製造する、熱延鋼帯の圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の製造においては製造中の温度管理が重要であり、しばしば、その製造プロセスには加熱工程が含まれている。加熱装置として最もよく使用されているのが、制御応答性に優れ、短時間で目標温度まで加熱することができる誘導加熱装置である。
そこで、誘導加熱装置の加熱制御方法として、誘導加熱装置入側において測定した被加熱材の温度と、目標温度の差に相当する投入電力を、誘導加熱装置に印加して、被加熱材を加熱する方法が提案されている。その代表的なものとしては、特開昭６２−５５８８９号公報や特開平２−８３１８号公報がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スラブを粗圧延、仕上圧延して熱延鋼帯を製造するにあたっては、仕上圧延後の圧延仕上温度が重要である。圧延仕上温度をフェライト変態開始温度以上に確保しなければ、熱延鋼帯の材質が著しく劣化してしまう。薄物熱延鋼帯や、材質による制約からスラブ加熱温度を低くしなければならない材料などでは、圧延仕上温度の確保は困難となっている。
【０００４】
この問題は、粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を設けて、粗バーを所定の温度に加熱することにより解決できる。ただし、エネルギー原単位の上昇を抑えるために、必要以上の加熱は避けるべきである。特に、我が国の電力コストは高く、誘導加熱装置のような電気加熱方式を用いる場合、加熱制御が重要になってくる。
【０００５】
しかしながら、圧延仕上温度を正確に制御するという上記の目的に対しては、従来技術の特開昭６２−５５８８９号公報や特開平２−８３１８号公報では対応できない。すなわち、従来技術では、誘導加熱装置を出た直後の温度を制御するのに対し、上記課題では、加熱後に仕上圧延工程が入り、圧延仕上温度を制御する。従って従来の加熱制御モデルには、仕上圧延中の温度低下を予測するモデルを、組み入れなければならない。
本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、必要最低限の電力で粗バーを加熱して、圧延仕上温度を目標温度に制御することが可能な、熱延鋼帯の圧延方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の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。
（１）本発明の圧延方法は、搬送されるスラブを粗圧延機で粗圧延して粗バーとした後、粗バーを幅方向全体にわたって加熱する加熱装置で加熱し、さらに、仕上圧延機で仕上圧延して熱延鋼帯とする方法において、
粗バーを加熱する際に、粗バーの搬送方向に沿って所定の間隔に分割された粗バーの複数の温度計測点の各計測点毎に、加熱装置入側に設けた温度計で測定された粗バーの温度を初期条件として、加熱装置を使用しない場合の圧延仕上温度：Ｔ_min と、加熱装置に最大投入電力：Ｐ_max を投入して粗バーを加熱した場合の圧延仕上温度：Ｔ_max を予測計算する工程と、
粗バーの各計測点毎に予測計算された圧延仕上温度：Ｔ_min とＴ_max から、各計測点毎に下記（１）式に基づいて加熱装置の投入電力：Ｐをオンラインで制御して、粗バーの各計測点の圧延仕上温度が目標温度：Ｔ_targetとなるように粗バーを加熱する工程と、
を備えたことを特徴とする、熱延鋼帯の圧延方法である。
【０００７】
【数２】

（２）本発明の圧延方法は、前記加熱装置がソレノイド型誘導加熱装置であることを特徴とする、上記（１）に記載の熱延鋼帯の圧延方法である。
【０００８】
【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、加熱装置を用いて、粗バーの圧延仕上温度を正確に制御するためには、仕上圧延中の粗バーの温度低下を予測して、この予測温度から圧延仕上温度を目標温度にするために必要な、加熱装置への投入電力をオンラインで制御することが有効であるという知見を得た。
【０００９】
この知見に基づき、本発明者らは、粗バーを加熱する際に、粗バーの搬送方向に沿って所定の間隔に分割された粗バーの複数の温度計測点の各計測点毎に、加熱装置入側温度計で測定された粗バーの温度を初期条件として、加熱装置を使用しない場合の圧延仕上温度：Ｔ_min と、加熱装置に最大投入電力：Ｐ_max を投入して粗バーを加熱した場合の圧延仕上温度：Ｔ_max を予測計算し、各計測点毎に下記（１）式に基づいて加熱装置の投入電力：Ｐをオンラインで制御して、粗バーの各計測点の圧延仕上温度が目標温度：Ｔ_targetとなるように粗バーを加熱するようにして、必要最低限の電力で粗バーを加熱して、圧延仕上温度を目標温度に制御することが可能な、熱延鋼帯の圧延方法を見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
【数３】

【００１１】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明を実施する熱間圧延設備列を示す、概略側面図である。
所定温度のスラブを粗圧延して粗バー２とする粗圧延機１と、粗バー２を仕上圧延して目標板厚の熱延鋼帯となす仕上圧延機８の間に、粗バー２を幅方向全体にわたって加熱するソレノイド型誘導加熱装置７が設置されている。仕上圧延機出側温度計９で検出される圧延仕上温度が目標温度になるように、ソレノイド型誘導加熱装置７を制御して、粗バー２を加熱する方法を提供するのが、本発明の熱延鋼帯の圧延方法である。
【００１２】
すなわち、本発明の圧延方法は、搬送されるスラブを粗圧延機１で粗圧延して粗バー２とした後、粗バー２を幅方向全体にわたって加熱するソレノイド型誘導加熱装置７で加熱し、さらに、仕上圧延機８で仕上圧延して熱延鋼帯とする方法において、粗バー２を加熱する際に、粗バー２の搬送方向に沿って所定の間隔に分割された粗バー２の複数の温度計測点の各計測点毎に、ソレノイド型誘導加熱装置７入側に設けた温度計５で測定された粗バー２の温度を初期条件として、ソレノイド型誘導加熱装置７を使用しない場合の圧延仕上温度：Ｔ_min と、ソレノイド型誘導加熱装置７に最大投入電力：Ｐ_max を投入して粗バー２を加熱した場合の圧延仕上温度：Ｔ_max を予測計算する工程と、粗バー２の各計測点毎に予測計算された圧延仕上温度：Ｔ_min とＴ_max から、各計測点毎に下記（１）式に基づいてソレノイド型誘導加熱装置７の投入電力：Ｐをオンラインで制御して、粗バー２の各計測点の圧延仕上温度が目標温度：Ｔ_targetとなるように粗バー２を加熱する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
【数４】

【００１４】
本発明の圧延方法において、ソレノイド型誘導加熱装置を選定した理由は以下のとおりである。
まず、加熱制御応答性から、誘導加熱装置が選定される。誘導加熱装置にはトランスバースフラックス型とソレノイド型の２種類がある。トランスバースフラックス型は、インダクターの形状が複雑で大電流を流すことができず、製造可能な容量が小さい。また、装置が高価である。加熱効率もソレノイド型の方が高いことから、ソレノイド型誘導加熱装置を選定した。
図２は、ソレノイド型誘導加熱装置７の加熱制御方法を説明するために、ソレノイド型誘導加熱装置７の入側付近を拡大した図である。
【００１５】
粗バー２の搬送速度や圧延速度は時々刻々と変化しており、加熱装置入側温度計５で検出される粗バー２の温度も、長手方向に一様ではない。そこで、粗バー２を長手方向に分割し、それぞれの点について、必要な昇温量を計算しなければならない。
【００１６】
図２の（ｎ）番目の点について説明する。加熱装置入側温度計５で検出した粗バー２の表面温度、および、熱伝導方程式を解いて得た板厚方向温度分布を初期条件にして、ソレノイド型誘導加熱装置７を使用しなかった場合の圧延仕上温度（Ｔ_min ）と、ソレノイド型誘導加熱装置７を最大投入電力（Ｐ_max ）で操業して粗バー２を加熱した場合の圧延仕上温度（Ｔ_max ）を、それぞれ予測計算する。
【００１７】
搬送テーブル上と仕上圧延機８のスタンド間における、被圧延材の抜熱量としては、放射と伝熱を計算する。空冷の場合は放射のみを扱えばよい。デスケーリング装置やスタンド間スプレーの直下では、抜熱のほとんどすべてが水への伝熱である。仕上圧延中のロールバイト内では、被圧延材から圧延ロールへの抜熱、加工発熱、および、被圧延材と圧延ロールの接触による摩擦発熱を計算する。抜熱量や発熱量の計算方法については、いくつかの一般的に知られた式が存在し、それらをそのまま、あるいは変形して用いることが可能である。計算精度向上のために、そこに含まれるパラメータの最適化が必要であることは、いうまでもない。
【００１８】
ソレノイド型誘導加熱装置７を最大投入電力（Ｐ_max ）で運転して、粗バー２を加熱したときの、粗バー２の昇温量（△Ｔ）は、例えば次のような式で計算される。
【００１９】
△Ｔ＝（η・Ｐ_max ）／（Ｗ・Ｈ・ρ・Ｃｐ・Ｖ） …（２）
ηは加熱効率で、粗バー２に投入される熱量と、ソレノイド型誘導加熱装置に投入される電力の比である。Ｗは粗バー２の幅、Ｈは板厚、ρは粗バー２の密度、Ｃｐは比熱である。Ｖは（ｎ）番目の点が、ソレノイド型誘導加熱装置７を通過しているときの平均速度である。
【００２０】
粗バー２の（ｎ）番目の点が圧延ライン内を通過する速度は、あらかじめ設定された、粗バー２の先端が仕上圧延機８に噛み込むまでの搬送速度、スレッディング速度、加速圧延を行うときには加速度などから、予測計算することができる。
【００２１】
以上の考え方に基づき、圧延仕上温度：Ｔ_max およびＴ_min は、例えば以下の計算方法により予測できる。
すなわち、ある時刻ｔにおける被圧延材の板厚平均温度Ｔ（ｔ）から、時間Δｔが経過したときの板厚平均温度Ｔ（ｔ＋Δｔ）を次のようにして計算する。
Ｔ（ｔ＋Δｔ）＝Ｔ（ｔ）＋｛（発熱量）−（抜熱量）｝×Δｔ／（被圧延材の熱容量） …（３）
発熱量と抜熱量は単位時間あたりの値で、発熱量としては、圧延による加工発熱と、圧延ロールとの接触による摩擦発熱がある。抜熱量としては、放射、冷却水への伝熱、および圧延ロールへの伝熱が考えられる。
【００２２】
上記（３）式を用いて、初期温度から仕上圧延機出側温度計のところまで順次計算すれば、圧延仕上温度Ｔ_min を予測することができる。
また、圧延仕上温度Ｔ_max は、加熱装置出側において被圧延材の板厚平均温度Ｔ（ｔ）に上記した（２）式のΔＴ（粗バー２の昇温量）を加えることにより、予測計算できる。
本発明に用いられる制御装置６は、これらのロジックによって、圧延仕上温度Ｔ_max およびＴ_min を予測計算するプログラムを内蔵しており、予測された温度から、圧延仕上温度を目標温度（Ｔ_target）にするために必要な、ソレノイド型誘導加熱装置７への投入電力（Ｐ）を、次の式により決定する。
【００２３】
【数５】

【００２４】
制御装置６は、（ｎ）番目の点がソレノイド型誘導加熱装置７のインダクターコイルの中心にきたところで、（１）式で計算された投入電力（Ｐ）をソレノイド型誘導加熱装置７に印可し、粗バー２を加熱する。
【００２５】
このような、制御を行うためには、粗バー２の位置を絶えず把握する必要があるが、それは、先端検出装置４が粗バー２の先端を検出してから、搬送速度検出用テーブルロール３ａが何回転したかを計測することによって、知ることができる。
【００２６】
これらの手順を、（１）番目の点から最後の点まで順に行うことによって、圧延仕上温度を目標温度にするために必要な加熱を、粗バー２の長手方向全体にわたって行うことができる。
【００２７】
加熱装置入側温度計５とソレノイド型誘導加熱装置７の距離は、制御装置６が投入電力（Ｐ）を決定するのに必要な計算時間をかせげるように、ある程度、離しておく必要がある。
粗バー２の分割数は、大きくするほど計算精度が上がるものの、計算時間も長くなってしまう。実用上は、隣り合った点の間隔が、インダクターコイルの長さと同程度にしておけば全く問題はない。
【００２８】
本発明により、圧延仕上温度を精度よく制御することが可能となり、材質や形状が長手方向に安定した熱延鋼帯を製造することができる。
なお、本発明の方法は、ソレノイド型誘導加熱装置７だけでなく、エッジヒーターやトランスバースフラックス型誘導加熱装置など、他の加熱装置にも適用が可能である。
以下に本発明の実施例を挙げ本発明の効果を立証する。
【００２９】
【実施例】
本発明の熱延鋼帯の圧延方法を実施した熱間圧延設備列は、基本的には図１に示すものである。６，０００ｋＷ級のソレノイド型誘導加熱装置７を６基備えているところだけが違っている。粗バー２のある一点の加熱に対し、６基のソレノイド型誘導加熱装置７のそれぞれに、同じ電力が投入されるように制御を行っている。
【００３０】
（実施例１）
板厚３０ｍｍ、幅１，２００ｍｍ、長さ６５，０００ｍｍの粗バー２を仕上圧延して、板厚１．０ｍｍ、幅１，２００ｍｍの熱延鋼帯を製造した。粗バー２の先端が仕上圧延機８に噛み込む前の搬送速度は４０ｍｐｍ、スレッディング速度は６３０ｍｐｍである。加速度１５ｍｐｍ／秒で加速圧延を行い、最大１，３００ｍｐｍまで加速した。材質確保の観点から必要とされる、この鋼種の目標温度は、８００℃である。
圧延仕上温度の変化を図３に示す。白丸印は、粗バー２の加熱を行わなかったとき（比較例）の、圧延仕上温度である。先端からおよそ２割の部分で、圧延仕上温度が目標温度を下回っており、材質不良が発生した。
【００３１】
これに対し、黒丸印は本発明の方法で粗バー２を加熱したとき（本発明例）の、圧延仕上温度である。粗バー２を長手方向に１０等分し、１１個の点に対して、必要な投入電力を計算している。
その結果、本発明例の圧延仕上温度は、先端から目標の８００℃以上を確保することができ、材質不良部分も生じなかった。このときに、粗バー２に投入された、ソレノイド型誘導加熱装置１基あたりの電力を図４に示す。先端から２割の、加熱なしでは圧延仕上温度が確保できなかった部分だけが加熱されており、無駄な電力をいっさい消費していないことがわかる。
【００３２】
（実施例２）
スラブを加熱炉で加熱してから圧延する場合には、スラブのスキッドレールに接触している部分の温度が、他の部分よりも低くなり、スキッドマークが発生する。スキッドマークは、材質や形状の長手方向の変動を引き起こし問題である。本発明により、スキッドマークを除去することが可能である。
【００３３】
板厚３４ｍｍ、幅１，６００ｍｍ、長さ６０，０００ｍｍの粗バー２を仕上圧延して、板厚２．８ｍｍ、幅１，６００ｍｍの熱延鋼帯とした。粗バー２の先端が仕上圧延機８に噛み込む前の搬送速度は６０ｍｐｍ、スレッディング速度は６５０ｍｐｍである。スレッディング後は、加速度８ｍｐｍ／秒で加速圧延を行った。材質を確保するために必要な圧延仕上温度は、この鋼種の場合８９０℃である。
【００３４】
この実施例における、圧延仕上温度を図５に示す。白丸印で表されるグラフは、粗バー２を加熱しなかった場合（比較例）の、圧延仕上温度である。後端の一部分を除いて、圧延仕上温度が目標温度以下になっており、スキッドマークもそのまま残っている。
【００３５】
一方、黒丸印は本発明の方法で、粗バー２を加熱したとき（本発明例）の、圧延仕上温度である。粗バー２を長手方向に２０等分し、２１個の点に対して、投入電力を計算している。熱延鋼帯の長手方向全体にわたって、圧延仕上温度をほぼ８９０℃に制御することができ、スキッドマークが除去されている。このとき、粗バー２に投入された、ソレノイド型誘導加熱装置１基あたりの電力を図６に示す。スキッドマークによる温度の変動に応じて、投入電力が変化しており、必要な部分に必要なだけの電力が投入されている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の熱延鋼帯の圧延方法によれば、加熱装置へ投入する電力の制御条件を特定することにより、必要最低限の電力で粗バーを加熱して、圧延仕上温度を目標温度に制御することが可能となる。その結果、材質や形状が長手方向に安定した熱延鋼帯を、歩留りよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱間圧延設備列の概略側面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る、加熱装置付近の一部拡大図。
【図３】本発明の実施例１に係る、熱延鋼帯長手方向の圧延仕上温度変化を示した図。
【図４】本発明の実施例１に係る、粗バー長手方向の投入電力の変化を示した図。
【図５】本発明の実施例２に係る、熱延鋼帯長手方向の圧延仕上温度変化を示した図。
【図６】本発明の実施例２に係る、粗バー長手方向の投入電力の変化を示した図。
【符号の説明】
１…粗圧延機、２…粗バー、３…テーブルロール、３ａ…搬送速度検出用テーブルロール、４…先端検出装置、５…加熱装置入側温度計、６…制御装置、７…ソレノイド型誘導加熱装置、８…仕上圧延機、９…仕上圧延機出側温度計。

Claims

搬送されるスラブを粗圧延機で粗圧延して粗バーとした後、粗バーを幅方向全体にわたって加熱する加熱装置で加熱し、さらに、仕上圧延機で仕上圧延して熱延鋼帯とする方法において、
粗バーを加熱する際に、粗バーの搬送方向に沿って所定の間隔に分割された粗バーの複数の温度計測点の各計測点毎に、加熱装置入側に設けた温度計で測定された粗バーの温度を初期条件として、加熱装置を使用しない場合の圧延仕上温度：Ｔ_min と、加熱装置に最大投入電力：Ｐ_max を投入して粗バーを加熱した場合の圧延仕上温度：Ｔ_max を予測計算する工程と、
粗バーの各計測点毎に予測計算された圧延仕上温度：Ｔ_min とＴ_max から、各計測点毎に下記（１）式に基づいて加熱装置の投入電力：Ｐをオンラインで制御して、粗バーの各計測点の圧延仕上温度が目標温度：Ｔ_targetとなるように粗バーを加熱する工程と、
を備えたことを特徴とする、熱延鋼帯の圧延方法。
前記加熱装置はソレノイド型誘導加熱装置であることを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼帯の圧延方法。