JP5326612B2 - 厚鋼板の材質保証設備 - Google Patents

Description

本発明は、厚鋼板製造ラインにおける鋼板の材質保証設備に関し、特に制御圧延や加速冷却される厚鋼板の全面の材質保証用として好適なものに関する。

ミクロ組織を結晶粒径が１μｍ程度の微細組織として鋼板の強度・靭性を向上させるＴＭＣＰや、内部応力を制御して反りなどの変形の少ない鋼板を製造するためには、制御圧延の開始温度、終了温度、加速冷却の冷却開始温度、冷却停止温度を厳密に管理することが必要とされるため、鋼板温度を精度良く計測する計測方法や、温度計の配置を工夫した冷却設備が種々提案されている。

特許文献１には、熱間圧延鋼板の冷却制御装置に関し、冷却時における板幅方向反りによる形状不良を防止するため、鋼板温度を計測して、冷却装置の上下に配設されている各ノズルからの冷却水量や冷却開始、終了を厳格に制御することおよび仕上圧延機の後面、冷却装置の前後面、および内部に光ファイバー温度計を配置することが記載されている。

特許文献２には、制御冷却鋼板の形状制御方法に関し、加速冷却鋼板の常温冷却後形状を冷却直後形状と鋼板温度履歴とから推定し、次材の形状を確保することおよび加速冷却装置の内部に鋼板表裏面温度計測用温度計、加速冷却装置の直後に鋼板表面温度分布計（サーモトレーサ）と鋼板表面温度計を配置することが記載されている。

特許文献３には、厚鋼板冷却方法に関し、鋼板形状の平坦度向上と材質の均一化を図るため、仕上圧延後、デスケまたは表面膜塗布によりスケール厚みのバラツキを１０μm以下として、制御冷却することおよび制御冷却装置の前に鋼板表面温度計として放射温度計を配置することが記載されている。

特公平７−４１３０３号公報 特開平１０−５８６８号公報 特開２００１−３００６２７号公報

近年、製造条件変動に対する材質敏感性が高い高Ｎｉ鋼を直接焼入れ法で製造したり、合理化のためＴＭＣＰの適用対象が拡大することにより、ユーザから製品の鋼板全面の材質保証が要求されることが増加している。

厚鋼板は板厚方向や板面内に、連続式加熱炉、デスケーリング装置、冷却設備等によって温度分布が不均一となりやすく、その結果、材質も不均一となりやすい。

その対策として、例えば、搬送ラインの上方に取り付けた放射温度計により、鋼板の温度を計測し、その計測温度が管理温度範囲に入っている場合、品質判定合格とし、外れている場合、品質判定不合格とすることが行われていた。

しかしながら、上記放射温度計による温度計測結果を用いた品質判定は、搬送ライン幅方向中央の上面に取り付けた放射温度計により、鋼板の幅方向中央部の温度を計測し、その計測温度と各管理温度範囲を対比させるもので品質判定も鋼板の幅方向中央部の温度のみで実施し、下面の温度計測や品質判定は行われておらず、中央以外の鋼板内面及び板厚方向の材質保証は不十分であった。

また、大板の、圧延方向のトップ、ミドル、エンドの各位置から採取した試験片で各種の材料試験を実施する方法は、当該鋼板の圧延及び剪断後、数日を要するため、パイプ材など同一製造条件で大量に製造する場合、大量不適合が発生する場合もあり得る。

そこで、本発明は、厚鋼板の製造ラインで鋼板温度を計測する温度計を適切に配置することにより、厚鋼板の板厚方向および鋼板面内の材質均一性を向上させる操業管理が可能な、厚鋼板の材質保証設備を提供することを目的とする。なお、材料の通板方向（図1）の上手を前面、下手を後面と記す。

上記の課題を解決するために、本発明は、以下の特徴を有する。

第一の発明は、仕上圧延機と仕上圧延機の下流側に設置された加速冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて、鋼板温度を計測する温度測定手段と計測された鋼板温度を解析する温度実績解析手段とを備えた厚鋼板の材質保証設備であって、前記温度測定手段は、仕上圧延機の後面の搬送ライン下面側にライン幅方向に任意の間隔で設置された複数の光ファイバー放射温度計からなり、前記温度実績解析手段は、前記複数の光ファイバー放射温度計で計測された鋼板温度から鋼板全体の温度分布を求める手段からなることを特徴とする厚鋼板の材質保証設備である。

第二の発明は、前記加速冷却装置の前後面の搬送ライン下面側にライン幅方向に光ファイバー放射温度計を複数台設置し、前記加速冷却装置の後面に設置する前記光ファイバー放射温度計は、高温度域計測用温度計と低温度域計測用温度計とからなることを特徴とする第一の発明に記載の厚鋼板の材質保証設備である。

第三の発明は、 前記加速冷却装置の後面に設置する光ファイバー放射温度計は、２００℃以上７００℃以下の温度範囲を計測する高温度域計測用温度計と、５０℃以上３００℃以下の温度範囲を計測する低温度域計測用温度計であることを特徴とする第二の発明に記載の厚鋼板の材質保証設備である。

本発明によれば、仕上圧延後、加速冷却や直接焼入れされる厚鋼板の材質および形状を全面に亘って保証することが可能となる。また、圧延直後に全面の温度合否を判定できるため、次材以降の鋼板の温度をコントロールすることで大量不適合の発生を防止することが可能となり産業上極めて有用である。

本発明に係る厚鋼板の材質保証設備の概要の一実施の形態を示す図である。 本発明に係る温度情報の伝達ステップを説明する図である。

本発明に係る厚鋼板の材質保証設備は、温度計測手段と温度実績解析手段とを有する。厚鋼板の製造ラインにおいて、厚鋼板の鋼板全面の温度を計測することは技術的に困難であるため、本発明で温度計測手段は温度計として、搬送ライン下面側に光ファイバーを用いたスポット型放射温度計（以下、光ファイバー放射温度計と呼ぶ）を用い、複数の温度計で計測した温度を収集するためプロセスコンピュータ(以下、ＰＣと呼ぶ)を用いる。

本発明では、上記温度計を適宜組み合わせて、製造ライン上で鋼板全面の温度履歴を保証するために最低限必要な温度計測位置を１．仕上圧延機の後面（８ａ）および２．加速冷却装置の前後面（８ｂ、８ｃ、８ｄ）として温度計を設置する。

尚、本発明で仕上圧延機後面に温度計を設置するとは、仕上圧延機の後方直近に、他の機器より仕上圧延機に近い場所に温度計を設置することを意味する。加速冷却装置の場合の前後面も同様とする。

搬送ラインの下面側は、各種冷却水や水蒸気等が充満した環境にあり、更には仕上圧延機の直近の下流側にＣＲシャワーを設置した場合は仕上圧延機の後面における温度計測環境は、より一層悪化することとなる。従って、通常のスポット型放射温度計や走査型放射温度計を圧延機の近傍かつ熱鋼板の下面側近傍に設置しても精度良く長時間温度計測をすることは難しい。一方光ファイバー放射温度計は、各種冷却水や水蒸気の影響を受け難く、かつ、狭い空間に入れることが可能であるので、搬送ラインの下面側には光ファイバー放射温度計（８ａ）を用いることとした。

加速冷却装置では冷却停止温度６００℃前後の加速冷却や冷却停止温度が室温以下となる直接焼入れなど、冷却停止温度が低温から高温までの広範囲に変動するため、温度計測も広範囲の計測が必要となる。

しかし、低温から高温(５０〜７００℃程度)までの広範囲の温度計測では温度計の分解能を±５℃以内に保つことは難しいため、最低限、高温度域計測用温度計（８ｃ）と低温度域計測用温度計（８ｄ）の２種類の温度計を設置する必要がある。加速冷却装置の機側から搬送ラインの下流方向に向かって高温度域計測用温度計（８ｃ）、低温度域計測用温度計（８ｄ）の順に設置する。なお、２００℃以上７００℃以下の温度範囲を計測する高温度域計測用温度計（８ｃ）と、５０℃以上３００℃以下の温度範囲を計測する低温度域計測用温度計（８ｄ）を用いることによって、分解能±５℃を確保できて、精度の良い温度計測が可能となる。

また、仕上圧延機の後面で測定される圧延仕上温度と加速冷却装置の前後面で測定される鋼板裏面温度は、鋼板の材質に及ぼす影響が大きいため、鋼板裏面幅方向にも温度計測を行って鋼板全体の温度の均一性により材質均一性を保証する必要がある。

従って、加速冷却装置の前後面に設置する光ファイバー放射温度計（８ｂ、８ｃ、８ｄ）は、前面側を鋼板搬送方向に一列（８ｂ）、後面側は高温度域計測用温度計（８ｃ）と低温度域計測用温度計（８ｄ）の２種類の温度計を用いた二列配置とする。

光ファイバー放射温度計は設置数が多いほど、幅方向の温度分布を定量的に把握できるが、コスト及びメンテナンスの観点より、1箇所/ｍ以下の間隔が最低限必要である。尚、搬送ライン上面側のスポット型放射温度計の設置位置に対向する位置に光ファイバー放射温度計を配置する場合は、搬送ラインの幅方向に複数台を設置しても良い。

図１に、上述した鋼板温度測定手段を備えた本発明に係る厚鋼板の材質保証設備の概要の一実施の形態を示す。

厚鋼板の製造ラインは、加熱炉１、仕上げ圧延機２、ＣＲシャワー４および加速冷却装置５を備え、図1は鋼板３が、仕上げ圧延機２とＣＲシャワー４の間に位置している状態を示す。８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは光ファイバー放射温度計で８ａは仕上圧延直後の鋼板裏面の幅方向、長さ方向の温度分布を計測し、図2に示すとおり、そのデータは仕上温度収集ＰＣ１１に送られる。８ｂは加速冷却装置の入側に設置され加速冷却直前の鋼板裏面の幅方向、長さ方向の温度分布を計測し、そのデータは冷却開始温度収集ＰＣ１２に送られる。８ｃ、８ｄは加速冷却装置の出側に設置され、８ｃは高温度域計測用温度計、８ｄは低温度域計測用温度計であり、いずれも加速冷却直後の鋼板裏面の幅方向、長さ方向の温度分布を計測し、そのデータは冷却停止温度収集ＰＣ１３に送られる。８ｃは加速冷却材の、８ｄは直接焼入材の温度管理に用いられる。

次に、各温度計で計測された鋼板裏面温度情報がＰＣに送られるステップを図２を用いて説明する。１１は制御圧延開始温度、仕上温度収集ＰＣ、１２は冷却開始温度収集ＰＣ、１３は冷却停止温度収集ＰＣ、１４は温度実績解析ＰＣを示す。

仕上圧延機の後面で搬送ライン下面側に設置された光ファイバー放射温度計８ａで計測された鋼板裏面温度情報は、仕上温度収集ＰＣ１１に送られ、圧延温度、圧延終了温度等の圧延温度管理、光ファイバー放射温度計８ａで計測された圧延直後の鋼板裏面幅方向、長さ方向の温度分布の管理が行われる。

加速冷却装置５の前面に設置された光ファイバー放射温度計８ｂで計測された鋼板裏面温度情報は、冷却開始温度収集ＰＣ１２に送られ、加速冷却開始前の鋼板裏面温度管理、鋼板裏面幅、長さ方向の温度分布の管理が行われる。

加速冷却装置５の後面に設置された光ファイバー放射温度計８ｃ、８ｄで計測された鋼板裏面温度情報は、冷却停止温度収集ＰＣ１３に送られ、加速冷却停止温度管理、鋼板裏面幅、長さ方向の温度分布の管理が行われる。

続いて、制御圧延開始温度、仕上温度収集ＰＣ１１、冷却開始温度収集ＰＣ１２および冷却停止温度収集ＰＣ１３に集められた鋼板裏面温度情報は温度実績解析ＰＣ１４に送られる。

実機生産においては、操業管理温度(スポット型放射温度計から得られる鋼板仕上温度、冷却開始温度、冷却停止温度)範囲と温度実績解析ＰＣ１４に取り込まれた温度計測実績を比較し、品質判定を実施することで、鋼板全体の材質を保証する。

なお、温度実績解析ＰＣ１４では、仕上圧延機出側、加速冷却装置入出側の温度全体を把握して、特定の閾値、温度許容範囲、材質モデル等から材質を判定し、大板からの所望材質を確保できる切り出し部分の情報等を出力する。

また、鋼板裏面幅方向及び長手方向の温度分布から、加速冷却装置の鋼板下面側水量を鋼板裏面幅方向で また、鋼板幅方向及び鋼板長手方向の温度分布から、加速冷却装置の水量を鋼板幅方向及び鋼板長手方向で制御することにより、冷却むらによる形状不良や材質不良を低減することができる。

本発明によれば、材料試験不合格率が従来より約３０％低減し、反り修正時間が約２０％低減し、鋼板の形状不良が約１０％抑止されるなどの効果が得られた。

１ 加熱炉
２ 仕上圧延機
３ 鋼板
４ ＣＲシャワー
５ 加速冷却装置
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 光ファイバー放射温度計
１１ 仕上温度収集ＰＣ
１２ 冷却開始温度収集ＰＣ
１３ 冷却停止温度収集ＰＣ
１４ 温度実績解析ＰＣ

Claims (4)

1. 仕上圧延機と仕上圧延機の下流側に設置された加速冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて、鋼板温度を計測する温度測定手段と計測された鋼板温度を解析する温度実績解析手段とを備えた厚鋼板の材質保証設備であって、
   前記温度測定手段は、仕上圧延機の後面及び加速冷却装置の前後面の搬送ライン下面側にライン幅方向に任意の間隔で設置された複数の光ファイバー放射温度計からなり、前記温度実績解析手段は、前記複数の光ファイバー放射温度計で計測された鋼板温度から鋼板全体の温度分布を求める手段からなり、仕上圧延機出側、加速冷却装置入出側の温度全体から材質を判定し、大板からの所望材質を確保できる切り出し部分を決定することを特徴とする厚鋼板の材質保証設備。
2. 仕上圧延機と仕上圧延機の下流側に設置された加速冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて、鋼板温度を計測する温度測定手段と計測された鋼板温度を解析する温度実績解析手段とを備えた厚鋼板の材質保証設備であって、
   前記温度測定手段は、仕上圧延機の後面及び加速冷却装置の前後面の搬送ライン下面側にライン幅方向に任意の間隔で設置された複数の光ファイバー放射温度計からなり、前記温度実績解析手段は、前記複数の光ファイバー放射温度計で計測された鋼板温度から鋼板全体の温度分布を求める手段からなり、前記温度分布から加速冷却装置の水量を鋼板幅方向及び鋼板長手方向で制御することにより、冷却むらによる形状不良や材質不良を低減することを特徴とする厚鋼板の材質保証設備。
3. 前記加速冷却装置の後面に設置する前記光ファイバー放射温度計は、高温度域計測用温度計と低温度域計測用温度計とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の厚鋼板の材質保証設備。
4. 前記加速冷却装置の後面に設置する光ファイバー放射温度計は、２００℃以上７００℃以下の温度範囲を計測する高温度域計測用温度計と、５０℃以上３００℃以下の温度範囲を計測する低温度域計測用温度計であることを特徴とする請求項３に記載の厚鋼板の材質保証設備。

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