JP5440359B2 - 熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法 - Google Patents

熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法 Download PDF

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本発明は、熱間圧延ラインにおいて、複数のスラブを連続して圧延し、薄板に仕上げる際、先行材(スラブ)と当該材(スラブ)が熱間圧延ライン上で接触や衝突しないことを前提として、1枚1枚のスラブの圧延をできるだけ、間隔を開けずに行うミルペーシング制御により、熱間圧延ラインの生産性を向上させる圧延ピッチ制御方法に関する。
熱間圧延ラインは、通常、図5に示すように、スラブ(鋼材)Sを加熱する加熱炉1と、スラブSの幅方向端部をプレスしてスケールを除去するとともにスラブ幅を調整する幅圧下装置(VSB:Vertical Scale Braker)2と、複数の粗圧延スタンドR1〜R4からなる粗圧延機3と、複数の仕上圧延スタンドF1,F2・・・・F7からなる仕上圧延機4と、仕上圧延機4から出たコイルを冷却制御する冷却設備5と、コイルを巻き取るコイラー6と、設備全体を制御するプロセスコンピューター7を備えている。
複数のスラブを連続して圧延する際に、薄板の生産性を上げるためには、連続して搬送されてくるスラブ1枚1枚の仕上圧延をできるだけ間隔を開けずに行うことが望ましく、従来よりミルペーシング制御が提案されている。
特許文献1には、当該材が粗圧延スタンドR1オンのタイミングで先々行材と先行材の干渉をチェックし、先行材の搬送予測時刻を修正し、そして修正した先行材の搬送予測時刻を元に先行材と当該材との干渉をチェックし、その干渉する時間だけ粗圧延スタンドR2進入予定時刻を変更し、当該材を粗圧延スタンドR2の前のテーブル上で待機させ、さらに、前記変更した当該材の粗圧延スタンドR2進入予定時刻を基に、当該材と次材の干渉をチェックし、次材の搬送予測時刻を修正し、修正した次材の搬送予測時刻を基に、次材と加熱炉抽出材の干渉をチェックし、加熱炉抽出材の加熱炉抽出タイミングを修正する熱間圧延ラインのミルペーシング方法が開示されている。
前掲の特許文献1において、従来例として挙げられている搬送ダイヤグラムを図6に、改善後の搬送ダイヤグラムを図7に示す。
図6の従来例では、先々行材と先行材のバーツーバーネック(図6のF1ネック)があり、さらに先行材と当該材にプレスネック(図6のVSBネック)があることから、それ以上先行材と当該材の間隔を短縮できず、当該材において、バーツーバー時間の延長(図6のF1アイドルタイム)が発生することになる。
一方、図7に示す特許文献1における改善後の例では、加熱炉抽出制御に基づく早出し処理で先行材を加熱炉から早出しし、その後、先行材の早出しに伴い、当該材も早出しする。早出しにより抽出された先行材は、粗圧延スタンドR2の進入制御によって、粗圧延スタンドR2の前のテーブル上で待機することになる。その待機中に、幅圧下装置ネック(VSBネック)により、先行材に対し遅れていた当該材が時間のかかる幅圧下装置(VSB)による圧延を終えて先行材に追いついてくる。なお、図7に示す搬送ダイヤグラムにおいて、細線が図6に示す従来のダイヤグラムであり、太線が本例で早出しを行ったダイヤグラムである。
このようにして加熱炉から早出しされた先行材に対し、当該材が干渉のない最短ピッチで抽出されてライン上を搬送されることから、当該材の仕上圧延スタンドF1でのバーツーバー時間の短縮を実現できる。
特開2003−225702号公報
上述したように、特許文献1に係るミルペーシング方法では、先行材と先々行材との干渉、先行材と当該材との干渉、当該材と次材との干渉、次材と加熱炉抽出材との干渉といった、スラブ間の干渉をチェックすることだけで搬送のタイミングを決めている。
しかしながら、熱間圧延で重要なことは、干渉するかどうかだけでなく、スラブの温度を各工程で材質上必要な目標温度に保つことである。すなわちいずれかの粗圧延スタンドの前でスラブを待たせて時間調整を行うと、スラブが薄く温度が下がりすぎる場合、必要な材質が確保できなくなるという品質トラブルが発生する。逆にスラブの温度が高すぎる場合、特定の粗圧延スタンドの前でスラブを待たせて時間調整を行うと、スラブの温度が下がらず、表面にスケールが発生して、仕上圧延機4で圧延した後の製品コイルの表面に凹凸の模様が残り、後の検査工程で品質不良と判定され歩留まり落ちが発生する。
スラブは1本ずつ、その鋼種・サイズにより、粗圧延機(粗圧延スタンドR4)出側温度の目標値が決められている。一方、先行材との関係では、先行材と当該材とが干渉しない条件が満たされて、当該材が粗圧延スタンドのR2−R3間を圧延できるようになっても、当該材の粗出側温度の予測値が下がるまで、上流側の粗圧延スタンドR2の前で長時間、待機させると、先行材に対して当該材の搬送が遅れ、仕上圧延機4にスラブが入る間隔(バーツーバー時間、F1アイドル)が開くという問題があった。
本発明は、仕上圧延機に入るスラブと次のスラブの間隔が開かないようにしつつ、スラブの温度を目標温度に保つことで、歩留落ちや材質異常を引き起こさずに生産性を向上させることを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明は、スラブを加熱する加熱炉、加熱炉から抽出されたスラブの幅方向端部をプレスしてスケールを除去する幅圧下装置、複数の粗圧延スタンドからなる粗圧延機、複数の仕上圧延スタンドからなる仕上圧延機、の各設備により前記スラブを加熱、圧延し、所定の厚さ、幅の鋼板を製造する際の熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法において、
予め設定された先行スラブと当該スラブの搬送ダイヤグラムに基づいて干渉が生じるおそれのある設備の圧延ピッチを算出し、
前記算出された圧延ピッチよりも常に早く当該スラブを加熱炉から抽出し、
前記粗圧延機における複数の粗圧延スタンドのうち、少なくとも粗圧延上流スタンド手前と粗圧延下流スタンド手前に設定されたスラブの待機ポイントのうち前記粗圧延上流スタンド手前の待機ポイントに当該スラブが到達した際に、その先の前記粗圧延下流スタンドを圧延中の先行スラブ、または前記粗圧延下流スタンドのさらに下流側を搬送中の先行スラブの仕上圧延予定時刻から、干渉を生じないために必要な当該スラブの粗圧延工程での待機時間(以下、「必要待機時間」という。)を算出し、
当該スラブを前記待機ポイントで待機させない場合の粗圧延機出側のスラブ温度の予測値と当該スラブに材質上必要な目標温度との差に基づいて、前記必要待機時間を、前記粗圧延上流スタンド手前の待機時間と、前記粗圧延下流スタンド手前の待機時間とに分配する演算を行い、
前記演算した待機時間で前記スラブを各待機ポイントで待機させることにより、前記スラブの温度を前記目標温度に制御する
ことを特徴とする。
本発明においては、予め設定された先行スラブと当該スラブの搬送ダイヤグラムに基づいて算出された、干渉が生じる設備の圧延ピッチよりも常に早く当該スラブを加熱炉から抽出(早出し)し、粗圧延工程で、先行材にぶつからないように時間調整(待機)を毎回行う。そして、その調整する時間(必要待機時間)を、粗圧延機出側のスラブ温度の予測値と当該スラブに材質上必要な目標温度との差に基づいて、「スラブが厚くて冷えにくい粗圧延上流スタンド手前での待機時間」と「スラブが薄くて冷えやすい粗圧延下流スタンド手前での待機時間」に分配する。
ここで、「材質上必要な目標温度」とは、鋼板の強度や靭性などの材質特性を得るために鋼種毎に決められた仕上圧延温度になるようにするための、粗圧延機出側目標温度を意味する。
このようにして、仕上圧延機に入るスラブの間隔が開かないようにしつつ、スラブの粗出側温度を目標温度に保つことで、歩留落ちや材質異常を引き起こさずに生産性を向上させることができる。
本発明によれば、予め設定された先行スラブと当該スラブの搬送ダイヤグラムに基づいて干渉が生じるおそれのある設備の圧延ピッチを算出し、算出された圧延ピッチよりも常に早く当該スラブを加熱炉から抽出し、粗圧延機における複数の粗圧延スタンドのうち、少なくとも粗圧延上流スタンド手前と粗圧延下流スタンド手前に設定されたスラブの待機ポイントのうち粗圧延上流スタンド手前の待機ポイントに当該スラブが到達した際に、その先の粗圧延下流スタンドを圧延中の先行スラブ、または粗圧延下流スタンドのさらに下流側を搬送中の先行スラブの仕上圧延予定時刻から、干渉を生じないために必要な当該スラブの粗圧延工程での待機時間(必要待機時間)を算出し、当該スラブを待機ポイントで待機させない場合の粗圧延機出側のスラブ温度の予測値と当該スラブに材質上必要な目標温度との差に基づいて、必要待機時間を、粗圧延上流スタンド手前の待機時間と、粗圧延下流スタンド手前の待機時間とに分配する演算を行い、演算した待機時間でスラブを各待機ポイントで待機させることにより、スラブの温度を目標温度に制御し、これにより、仕上圧延機に入るスラブの間隔を開かないようにしつつ、スラブの温度を目標温度に保つことで、歩留落ちや、材質異常を引き起こさずに、生産性を向上させることができる。
本発明の実施の形態に係る熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態に係る熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法による搬送ダイヤグラムである。 本発明の実施の形態に係る熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法による搬送ダイヤグラムである。 本発明の実施の形態に係る熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法の計算手順を示すフローチャートである。 一般的な熱間圧延ラインの構成を示すブロック図である。 特許文献1において従来例として挙げられている搬送ダイヤグラムである。 特許文献1による改善後の搬送ダイヤグラムである。
以下、本発明の実施の形態を図1〜図4を参照しながら説明する。
図1に示す熱間圧延ラインは、図5に示した構成と同様であり、スラブ(鋼材)Sを加熱する加熱炉1と、スラブSの幅方向端部をプレスしてスケールを除去する幅圧下装置(VSB)2と、複数の粗圧延スタンドR1〜R4からなる粗圧延機3と、複数の仕上圧延スタンドF1〜F7からなる仕上圧延機4と、冷却設備5と、コイルを巻き取るコイラー6とを備えている。なお、図示していないが、図5に示したプロセスコンピューター7も備えられている。
図1に示すように、本実施の形態におけるミルペーシング制御のスラブの進入チェックポイントP1〜P4を備えている、進入チェックポイントP1は、幅圧下装置2の前方、P2は粗圧延機3の上流スタンドR2の前方、P3は下流スタンドR3の前方、P4は、仕上圧延機4の第1スタンドF1の前方である。
本実施の形態に係る熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法による搬送ダイヤグラムを図2、図3に示す。図2はスラブ温度が目標温度に近くて粗圧延機の粗圧延スタンドR4の出側でスラブ温度を下げたくないときの搬送ダイヤグラムであり、図3はスラブ温度が目標値よりも相当高くて粗圧延スタンドR4の出側でスラブ温度を下げたいときの搬送ダイヤグラムである。図2および図3において、細線は本発明の早出し制御を行わない工程、太線は本発明の早出し制御を行う工程を示している。
図2においては、粗圧延スタンドR4の出側におけるスラブの温度を下げたくないので、粗圧延スタンドR2の前方で待機させる。図3においては、粗圧延スタンドR4出側におけるスラブ温度を下げたいので、粗圧延スタンドR3の前方で待機させる。いずれにおいても、
加熱炉1から常にスラブを早出しする。これにより、仕上圧延機の第1スタンドアイドルタイムを安定的に小さく抑えることができる。
なお、スラブの温度は、図5のブロック図の温度計TH1,TH2により測定することができる。
温度計TH2で測定した温度が粗出側温度の実績値であり、製品コイルの品質管理に用いる重要な温度である。
温度計TH1は、R2圧延後のスラブの温度を測定するガイダンス用の温度計である。
ここで、図4の圧延ピッチ制御方法の計算手順を示すフローチャートを用いて、計算の詳細を説明する。まず、ステップS100のように、予め設定された先行スラブと当該スラブの搬送ダイヤグラム(図2,図3参照)に基づいて、干渉を生じるおそれのある設備の圧延ピッチΔt(s)を算出する。次いで、ステップS102において、先行スラブの加熱炉抽出時刻t-1(s)とΔt(s)から次の演算を行い、当該材の抽出時刻t0(s)を決定する。
0(s)=t-1(s)+Δt(s)−α
ここで、αは早出し時間(s)であり、α=2〜5(s)。
次に、ステップS104のように、スラブをt=t0(s)の時刻に加熱炉から抽出、すなわち早出しする。α(s)早出しするのは、粗圧延工程において、当該材と先行材の干渉を避けるための待機を常に発生させるためである。
このときのスラブの温度(抽出温度)をTT0(℃)とする。
加熱炉1内のスラブの温度は、プロセスコンピューター7(図5参照)により、常時計算されているため、抽出時のスラブの計算温度を得ることができる。
また、このスラブの圧延後のホットコイルのサイズ、鋼種から、粗圧延機出側目標温度TTT(℃)が決定される。
次にステップS110のように、粗圧延スタンドR2前の進入チェックポイントP2に当該材が到達する。到達時刻をt=t1(s)とする。ここで、ステップ120のように先行材の現在位置を自動的に探索する。このとき、先行材は粗圧延スタンドR3,R4で圧延中か、粗圧延スタンドR4から仕上スタンドF1間を搬送中か、または仕上圧延機4で圧延中かのいずれかの位置にある。
ステップS130では、先行材の位置と当該材の位置より、粗圧延工程での必要待機時間を計算する。先行材の後端部が仕上スタンドF1を抜ける(OFFする)予測時刻t3(s)、当該材がP2で待機せずに進行した場合に先端部が仕上スタンドF1に到達する(ONする)予測時刻t4(s)を算出する。
さらに、先行材の後端がF1を噛み抜けた後、次材(当該材)の圧延のためにロールギャップ等の設定を行うのに必要な時間をTF1idleとすると、衝突を避けるための当該材の粗圧延工程での必要待機時間T0(s)は、
T0=t3+TF1ilde−t4
となる。
一方、ステップS140では、当該スラブの進入チェックポイントP2到達時の温度を予測する。時刻t1(s)において、抽出時の当該スラブの温度TT0(℃)に対して、進入チェックポイントP2到達時点での時刻実績t1(s)間の温度変化は、
(1)ΔTT1=加熱炉1抽出〜幅圧下装置2到達までのスラブの搬送中に放冷することによる温度低下量、
(2)ΔTT2=幅圧下装置2における圧延中に圧延ロールに接触し、ロールから抜熱されることによる温度低下量、
(3)ΔTT3=幅圧下装置2における圧延中にスラブが変形して、変形抵抗から発熱することによる温度上昇量、
(4)ΔTT4=幅圧下装置2における圧延前と圧延中にスラブ表面のデスケーリングによる温度低下量
となる。
以下、幅圧下装置2と同様に粗圧延機3における各粗圧延スタンドR2〜R4の圧延時間及び搬送時間から、進入チェックポイントP2到達時点で温度予測値TT1(℃)を求める。
なお、粗圧延スタンドR2前のスラブの温度TT1(℃)を予測する代わりに、粗圧延スタンドR2前に温度計を設置してスラブ温度TT1(℃)を実測してもよい。
さらに、ステップS150において、粗圧延機3の各圧延スタンドのワークロールの回転速度、当該材のスラブ長から、粗圧延機出側温度計到達時刻t=t2(s)を予測する。次にステップS155において前記と同様の温度計算から、時刻t2(s)での粗圧延機出側温度TT2(℃)を予測する。
次に、ステップS160において、粗圧延機出側温度の予測値TT2(℃)と粗圧延機出側温度の目標値TTT(℃)を比較し、その差に基づいて待機時間を求める。
粗圧延工程における、必要温度低下量は、ΔTTT(℃)=TT2−TTTとなる。
ステップS170において、粗圧延スタンドR2前での待機による温度低下率(温度低下量/経過時間)は、スラブの板厚が厚いため、粗圧延スタンドR3前の温度低下率kと比較して十分小さいので、簡易計算より、
粗圧延スタンドR3前の必要待機時間T3(s)=ΔTTT(℃)/k
k=0.5〜1.0(R3前の待機による1secあたりの温度低下係数)
となる。
kは、R3前のスラブの厚さdとの関係を予め求めておき、厚さに応じて設定する。例えば、厚さdの異なる複数のスラブに対するそれぞれの温度低下係数kを求め、グラフにプロットしたところ、それらの関係は、回帰式k=14/d0.7で表すことができることを見出した。この式によると、d=40mmでk≒1.0、d=120mmでk≒0.5となる。
次にステップS180において、
粗圧延スタンドR2前の待機時間目標T2(s),粗圧延スタンドR3前の待機時間目標T3(s)とすると、粗圧延工程での必要待機時間T0(s)=T2+T3となる。
これより、粗圧延スタンドR2前の必要待機時間T2(s)=T0−T3となる。
ステップS180とステップS170の計算により当該材の粗圧延スタンドR2前の待機時間T2と粗圧延スタンドR3前の待機時間T3を決定する(ステップS190)。
この後、ステップS200において、当該材はR2前でT2(s)、R3前でT3(s)待機を行う。
ステップS210において、粗圧延スタンドR2で圧延を行い、圧延終了後、粗圧延スタンドR3前(進入チェックポイントP3)に当該材(スラブ)が到着する。このとき、ステップ220において、温度計TH1でスラブ温度をガイダンス用として実測する。
ステップS230において、粗圧延スタンドR3前(進入チェックポイントP3)で待機時間目標T3(s)の間、待機を行う。
ステップS240において、粗圧延機出側温度計TH2を通過するときに温度を実測すると、実測温度TT3(s)≒TTT(℃)となる。
この実測温度TT3(℃)を仕上圧延機の設定計算に使用する。
このように、予め設定された先行スラブと当該スラブの搬送ダイヤグラムに基づいて干渉が生じるおそれのある設備の圧延ピッチを算出し、算出された圧延ピッチよりも常に早く当該スラブを加熱炉1から抽出することで、粗圧延工程で常にスラブの待機が発生するため、従来技術における温度予測による早出し、遅出しによる抽出ピッチの外乱を除くことができ、ネック設備である仕上圧延工程に粗圧延工程から最短ピッチでスラブを供給することができる。
また、スラブの早出しに起因する粗圧延工程での待機時間を粗圧延上流スタンドでの待機と粗圧延下流スタンドでの待機に分け、その割合を変化させて、粗圧延下流スタンドでの待機によるスラブの放冷と粗圧延上流スタンドでの待機によるピッチ調整の両方を実施するため、スラブの温度条件の変化と粗圧延ライン上の搬送時間の予測に対する誤差・ばらつきの両方の変化があってもネック工程である仕上圧延機のF1スタンドアイドルタイムを必要アイドルタイムに維持しながら、仕上圧延前のスラブの温度を目標となる温度にすることができる。
本発明は、仕上圧延機に入るスラブの間隔が開かないようにしつつ、スラブの温度を目標温度に保つことで、歩留落ちや材質異常を引き起こさずに生産性を向上させることができる圧延ピッチ制御方法であり、熱間圧延の分野において好適に利用することができる。
1 加熱炉
2 幅圧下装置
3 粗圧延機
4 仕上圧延機
5 冷却設備
6 コイラー
7 プロセスコンピューター

Claims (1)

  1. スラブを加熱する加熱炉、加熱炉から抽出されたスラブの幅方向端部をプレスしてスケールを除去する幅圧下装置、複数の粗圧延スタンドからなる粗圧延機、複数の仕上圧延スタンドからなる仕上圧延機、の各設備により前記スラブを加熱、圧延し、所定の厚さ、幅の鋼板を製造する際の熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法において、
    予め設定された先行スラブと当該スラブの搬送ダイヤグラムに基づいて干渉が生じるおそれのある設備の圧延ピッチを算出し、
    前記算出された圧延ピッチよりも常に早く当該スラブを加熱炉から抽出し、
    前記粗圧延機における複数の粗圧延スタンドのうち、少なくとも粗圧延上流スタンド手前と粗圧延下流スタンド手前に設定されたスラブの待機ポイントのうち前記粗圧延上流スタンド手前の待機ポイントに当該スラブが到達した際に、その先の前記粗圧延下流スタンドを圧延中の先行スラブ、または前記粗圧延下流スタンドのさらに下流側を搬送中の先行スラブの仕上圧延予定時刻から、干渉を生じないために必要な当該スラブの粗圧延工程での待機時間(以下、「必要待機時間」という。)を算出し、
    当該スラブを前記待機ポイントで待機させない場合の粗圧延機出側のスラブ温度の予測値と当該スラブに材質上必要な目標温度との差に基づいて、前記必要待機時間を、前記粗圧延上流スタンド手前の待機時間と、前記粗圧延下流スタンド手前の待機時間とに分配する演算を行い、
    前記演算した待機時間で前記スラブを各待機ポイントで待機させることにより、前記スラブの温度を前記目標温度に制御する
    ことを特徴とする熱間圧延ラインにおける圧延ピッチ制御方法。
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