JP5614021B2 - 厚鋼板の高能率製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延能率と剪断能率とを予測し、剪断ラインから厚鋼板を上げ下ろしする厚鋼板の高能率製造方法に関する。

厚鋼板は、スラブを熱間圧延ラインで圧延した後に冷却し、剪断ライン上に設けた各種剪断機によって、所定寸法に剪断することにより製造される。一般に圧延ラインの処理能力と剪断ラインの処理能力との間には処理能力差が存在し、各ラインが単位時間当たりに処理できる厚鋼板の量は同一ではない。例えば、圧延ラインでは、制御冷却圧延を行う場合は、圧延途中で所定温度に達するまで圧延待ちを行うので、圧延ラインの処理能力は、このような圧延待ちを行うか否か等圧延パススケジュールによって異なってくる。一方、剪断ラインにおいても各種剪断機によっても処理能力に差が存在するので、一枚の厚鋼板にどのような板組をしたかによって、剪断処理時間が大きく異なってくる。

上記した問題点の解決策として、特許文献１では、剪断ライン上の鋼板の混雑状態に基づいて、剪断ライン上の鋼板を退避位置に移送するか否かを判定し、移送対象鋼板を予め複数に区分された何れかの退避位置に移送する技術が開示されている。

特許文献２には、冷却床や剪断ラインに対する鋼板の占有率から鋼板の分布状態を判定し、この分布状態が密であると判定した場合には、退避位置へ鋼板を移送する装置が開示されている。

特開２００７−３１３５１４号公報 特開２００７−２５３２２２号公報

上述した特許文献１および特許文献２に記載の技術では、いずれも剪断ラインの混雑した結果の状況にのみ注目しているので、圧延ラインから剪断ラインに搬送される鋼板の量を調整できないので、変動する圧延ラインの処理能力と剪断ラインの処理能力との能力差や剪断ライン上での各剪断機の処理能力差に対応することが困難である。

従って、特許文献記載の技術では、剪断ライン上の鋼板の渋滞を招いた後に対処せざるを得ないため、厚鋼板の製造ライン全体の能率は向上していないという問題がある。

本発明は、剪断ラインの渋滞や待ちを事前に予測して、製造ライン全体の能率を向上させる厚鋼板の高能率製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するため、圧延能率と剪断能率を過去の厚鋼板の製造情報および各工程の通過に必要であったサイクルタイム情報から推測し、今後製造される複数枚の厚鋼板に対する圧延能率および剪断能率を予測した上で、剪断ラインにおける厚鋼板の搬送状況を最適化して、厚鋼板製造ライン全体の能率を向上しようとするものであり、以下の構成をとる。

第一の発明は、鋼材を熱間圧延し、冷却して厚鋼板にする圧延ラインと所定の寸法に剪断する剪断ラインとを備えた厚鋼板の製造ラインであって、圧延および剪断ラインを通過する予定の複数枚の厚鋼板の各々について、圧延能率と剪断能率を予測し、該圧延能率の平均値と該剪断能率の平均値との差が所定値Ｘ以上の場合は、剪断ライン外に設けた退避位置に、当該厚鋼板を移動し、所定値Ｙ以下の場合は、退避位置に移動した厚鋼板を剪断ライン上に戻すことを特徴とする厚鋼板の高能率製造方法である。

第二の発明は、前記剪断能率を厚鋼板の製造情報および圧延形状情報を用いて予測することを特徴とする第一の発明に記載の厚鋼板の高能率製造方法である。

第三の発明は、前記圧延形状情報に、圧延ラインと剪断ラインの間にある冷却床に設置された平面形状計のデータを用いることを特徴とする第二の発明に記載の厚鋼板の高能率製造方法である。

本発明は、圧延能率と剪断能率を事前に予測し、剪断ライン上の厚鋼板の搬送枚数を調整して最適化するため、能率差により発生した厚鋼板の渋滞や厚鋼板不足を解消し、各ラインにおける稼動停止を抑制し、厚鋼板の製造ライン全体の生産性を向上させることができる。

厚鋼板の通過する経路および設備概要を示す図である。

図１に本発明に係る厚鋼板製造ラインの一構成例を示す。

厚鋼板の製造ラインは、大きく圧延ラインと剪断ラインに分けられる。圧延ラインは、加熱されたスラブを熱間圧延する圧延機１（粗圧延機と仕上圧延機の２台の場合もある）と圧延途中での温度調節用の冷却装置２と熱間で歪を矯正するホットレベラ３とからなる。さらに、圧延終了後に所定の冷却速度で加速冷却を行う加速冷却装置４を有する場合もある。

圧延を終了した厚鋼板は、冷却床５で冷却される。本発明では、この冷却床に圧延した厚鋼板の長さ方向、幅方向の形状を計測する平面形状計が設置されており、各厚鋼板の長さ方向先後端（クロップ）の形状やキャンバ（長さ方向の大曲り）等を計測することができる。

冷却床５を通過した厚鋼板は、剪断ラインに送られて製品剪断が行われる。剪断ラインは、厚鋼板の先後端（クロップ）の異形形状部を剪断するクロップシヤ６と、厚鋼板の両側縁部を剪断するサイドシヤ９と、厚鋼板の板幅を分割線に沿って分割するスリッタ１０と、厚鋼板を長さ方向の剪断線に沿ってそれぞれ任意長さの製品を得るエンドシヤ１１と、厚鋼板の表裏面の表面疵や剪断面形状を検査する検査室１２とからなる。

なお、本発明では、剪断ラインの渋滞が想定される場合には、厚鋼板を剪断ライン外に設けた退避位置７に移動（ラインオフ）するための移動装置８を備えている。本移動装置８は剪断ラインが空いた場合は、退避位置７に移動した厚鋼板を剪断ラインに戻すことができ、マグネットと昇降、横行装置や横行テーブルを備えている。

一般に、圧延ラインの処理能力と剪断ラインの処理能力との間には能力差が存在し、各ラインが単位時間当たりに処理できる厚鋼板の量は必ずしも同一ではない。

圧延ラインでは、同一圧延寸法の製品を圧延する場合は、一定ピッチで圧延が行われ、安定した処理能力が得られるが、多品種、少量生産の場合は、圧延寸法は種々雑多となり単位時間当たりの圧延量は大きく異なることとなる。また、剪断ラインにおいても各種剪断機同士の間にも処理能力差が存在する。

このため、圧延ラインの処理能力が剪断ラインの処理能力を上回る場合は、図１に示したように圧延ライン、冷却床から剪断ラインに搬送される厚鋼板は、搬送方向が一方向であり途中に圧延材をラインオフする設備もないので、剪断ラインに流入する圧延材の数を調整することはできないのが一般的であった。従ってこの場合は、圧延作業を停止して剪断ラインが空くのを待つこととなり、工場全体の生産性が大幅に低下することとなる。

そこで、本発明はこれから生産する（圧延、剪断する）製品の圧延能率と剪断能率を事前に予測し、圧延ラインおよび剪断ラインの搬送状態を安定化させ、圧延作業の中断を防止して、圧延ライン、剪断ラインを含む厚鋼板の製造ライン全体の生産性を向上させるものである。

即ち、圧延ライン、剪断ラインを通過する予定の複数枚の厚鋼板の各々について、圧延能率と剪断能率を予測し、その圧延能率の平均値と剪断能率の平均値との差が所定値Ｘ以上の場合は、剪断ライン外に設けた退避位置に当該厚鋼板を移動し、所定値Ｙ以下の場合は、退避位置に移動した厚鋼板を剪断ライン上に戻すものである。なお、複数枚とは、圧延能率が異なる圧延ロット単位となる枚数を任意に設定すればよく、その単位毎に圧延能率、剪断能率をシミュレーションしていくこととなる。

圧延能率、剪断能率はＴ／Ｈｒ（時間当り処理重量）や本／Ｈｒ（時間当り処理枚数（大板単位））で表示される数値であり、予測の前提としてサイクルタイム（各設備の入出に要する通過時間）が整備されている必要がある。このサイクルタイムはこれまでに製造された厚鋼板の製造情報（圧延パス回数、圧延仕上げ温度、温度調節時間、圧延寸法、板組等）毎にサイクルタイムを算出する。圧延パス回数が増える程、圧延仕上げ温度が低下する程、熱間変形抵抗が増大するので圧延時間は増加する傾向となる。温度調節時間とは、制御圧延を行う場合、圧延途中で厚鋼板温度が指定温度（９００℃、８５０℃等）になるまで圧延を中止して空冷、水冷等で規定温度になるのを待つ時間であり、サイクルタイムに大きく影響する因子である。

圧延形状（キャンバー量、クロップ長）も剪断時間に影響する因子である。キャンバー（大曲り）があると予定した剪断線を変更する必要が生じ、その調整に時間を取られるし、最悪の場合は、剪断処理を中止してガス切断処理に回すためにラインオフする必要も生じるからである。またクロップ長さが長いと製品採取量が減り剪断能率（Ｔ／Ｈｒ、本／Ｈｒ）の低下を招くからである。

従って、冷却床に設置された平面形状計のデータを用いるのは、冷却床でキャンバー量はほぼ決まるので、厚鋼板が剪断ラインに搬入される前に、キャンバー量を加味した剪断能率を算出するためである。

次に、圧延能率、剪断能率の予測式の一例を示すと、下記に示す因子を含む関数となる。
（式（１）、式（２））
圧延能率 ＝ ｆ（圧延パス回数、仕上げ温度、温度調節時間、圧延寸法、重量）
・・・（１）
剪断能率 ＝ ｆ（製造情報（剪断回数（板組枚数）、圧延寸法、採取試験材数）、圧延形状（キャンバー量、クロップ長、余幅量））
・・・（２）
次に、これから圧延、剪断される複数の厚鋼板（例えば、圧延チャンス毎の枚数）に対して上述した圧延能率式、剪断能率式を適用して、各々の厚鋼板の圧延能率と剪断能率を算出し、その圧延能率の平均値と剪断能率の平均値との差が所定値X以上の場合は、剪断ライン上で厚鋼板の渋滞が予測されるため、予め剪断ラインでサイクルタイムが長い厚鋼板を選出し、当該厚鋼板が圧延終了後剪断ラインの移動装置８の位置に搬送されたら剪断ライン外の退避位置７に移動することで剪断ラインの渋滞を事前に回避することができる。

逆に、圧延能率の平均値と剪断能率の平均値との差が所定値Y以下の場合は、剪断ラインに搬入される厚鋼板が不足し、途中で剪断装置の稼動停止が予測されるので、退避位置７に置かれている厚鋼板を剪断ライン上に戻すことで、剪断装置の稼動停止を事前に回避でき、常時能率良く剪断装置を稼動することができる。

本発明例として、過去の各設備の製造データから能率を予測できる式を組み立て、複数の製造チャンスに本発明例と従来例の方法を適用して厚鋼板の製造をおこなった。

本実施例で使用した圧延能率式、剪断能率式を式（３）、式（４）に示す。

圧延能率 ＝ α_１Ａ_１＋α_２Ａ_２＋α_３Ａ_３＋α_４Ａ_４＋α_５Ａ_５
・・・（３）
ここで、Ａ_１：パス回数、 Ａ_２：仕上げ温度、 Ａ_３：温調時間、
Ａ_４：圧延長、 Ａ_５：スラブ重量、
α_１：４．１、 α_２：２．７、 α_３：１．５、
α_４：２．１、 α_５：１．３、
剪断能率 ＝ β_１Ｂ_１＋β_２Ｂ_２＋β_３Ｂ_３＋β_４Ｂ_４＋β_５Ｂ_５＋β_６Ｂ_６
・・・（４）
ここで、Ｂ_１：小板枚数、 Ｂ_２：圧延長、 Ｂ_３：試材数、
Ｂ_４：キャンバ−量、 Ｂ_５：クロップ長、 Ｂ_６：全幅量、
β_１：６．１、 β_２：４．１、 β_３：１．２、
β_４：２．１、 β_５：１．３、 β_６：１．１、
なお、従来例とは、剪断ライン上で厚鋼板が渋滞した際に、オペレータが目視判断し、厚鋼板を退避位置７に移動したり、剪断ライン上に戻す処置を行うものである。

平均圧延能率と平均剪断能率との差を示す所定値Ｘおよび所定値Ｙは、過去の操業実績から剪断能率が低いことによる圧延停止の発生時、圧延能率が低いことによる剪断停止の発生時における圧延ラインと剪断ラインの能率差を分析し、Ｘ＝２．０、Ｙ＝−２．０を設定した。そして、複数の製造チャンスに本発明例と従来例の方法を適用し、その中から圧延能率および剪断能率がほぼ類似するチャンス（±０．５本／Ｈｒ）の全体能率を比較した結果を表１〜表３に示す。平均圧延能率をＡ、平均剪断能率をＢとして、
表１はＡ−Ｂ≧２．０の場合を、表２は−２．０＜Ａ−Ｂ＜２．０の場合を、表３は
Ａ−Ｂ≦−２．０の場合についてまとめたものである。

表１の場合は剪断能率が低いために圧延停止が発生する場合であり、圧延停止の発生を事前に予測できる本発明例では、退避位置７へ鋼板を多数移動することにより圧延能率の低下を防止できるので本発明例の全体能率が従来例の全体能率を上回っている。

表２は圧延能率と剪断能率の差が小さいので、退避位置７への移動や剪断ライン上に戻す処置はあまり必要としないが、圧延停止や剪断停止を事前に予測できる本発明例の全体能率はオペレータの目視判断による従来例を上回っている。

表３は圧延能率が低いために剪断停止が発生する場合であり、剪断停止の発生を事前に予測できる本発明例では、剪断ラインに鋼板を戻す処置をとることにより剪断能率の低下を防止できるので全体能率はオペレータの目視判断による従来例を上回っている。

１ 圧延機
２ 冷却装置
３ ホットレベラ
４ 加速冷却装置
５ 冷却床
６ クロップシヤ
７ 退避位置
８ 移動装置
９ サイドシヤ
１０ スリッタ
１１ エンドシヤ
１２ 検査室

Claims (2)

1. 鋼材を熱間圧延し、冷却して厚鋼板にする圧延ラインと所定の寸法に剪断する剪断ラインとを備えた厚鋼板の製造ラインであって、式（１）で表される圧延能率と、式（２）で表される剪断能率を用いて、圧延および剪断ラインを通過する予定の複数枚の厚鋼板の各々について、圧延能率と剪断能率を算出し、該圧延能率の平均値と該剪断能率の平均値との差が所定値Ｘ以上の場合は、予め剪断ラインでサイクルタイムが長い厚鋼板を選出し、当該厚鋼板が圧延終了後剪断ラインの移動装置の位置に搬送されたら剪断ライン外の退避位置に移動することで剪断ラインの渋滞を事前に回避し、所定値Ｙ以下の場合は、退避位置に移動した厚鋼板を剪断ライン上に戻すことで、剪断装置の稼働停止を事前に回避することを特徴とする厚鋼板の高能率製造方法。
   圧延能率 ＝ ｆ（圧延パス回数、仕上げ温度、温度調節時間、圧延寸法、重量）
   ・・・（１）
   剪断能率 ＝ ｆ（製造情報（剪断回数（板組枚数）、圧延寸法、採取試験材数）、圧延形状（キャンバー量、クロップ長、余幅量））
   ・・・（２）
2. 前記式（２）で表される剪断能率に用いる圧延形状に、圧延ラインと剪断ラインの間にある冷却床に設置された平面形状計のデータを用いることを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の高能率製造方法。

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