JP6269536B2

JP6269536B2 - 圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP6269536B2
Application number: JP2015044174A
Authority: JP
Inventors: 慎也山口; 舘野　純一; 純一舘野; 輝政大西; 圭佑木村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: JP2016163893A

Description

本発明は、圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法に関する。

一般に、熱間圧延ラインでは、被圧延材の幅方向の温度偏差や板厚偏差、圧延ロールの幅方向の開度の不均等等の種々の要因によって、被圧延材の水平方向の曲がり、いわゆるキャンバーが発生する。また、幅プレス装置を有する熱間圧延ラインでは、圧延だけでなく、幅圧下によっても被圧延材の幅方向の温度偏差に起因してキャンバーが発生する。被圧延材のキャンバー量が大きい場合、圧延ロールやサイドガイド等の設備が損傷する可能性がある。一方、被圧延材のキャンバー量が小さい場合には、製品の歩留まりや品質が低下する可能性がある。

このような背景から、特許文献１，２には、被圧延材にキャンバーが発生することを抑制する方法が提案されている。詳しくは、特許文献１には、圧延開始前における被圧延材の幅方向の温度偏差を測定し、測定された温度偏差に基づいて圧延機のレベリング設定を行う方法が提案されている。また、特許文献２には、可逆式の圧延機の片側にキャンバー計を配置し、キャンバー計によって測定されたキャンバー量に基づいて次圧延パスにおける圧延機のレベリング設定を行う方法が提案されている。

特開昭６０−１３３９０４号公報特許第３５８４６６１号公報

特許文献１に記載の方法では、被圧延材の表面温度を測定する必要があるが、加熱炉で加熱された被圧延材の表面にはスケールが存在する。このため、被圧延材の表面温度を精度良く測定することができない。また、高圧水を利用したデスケーリングの直後は表面温度の復熱過程であり、復熱後にはスケールが再度生成し始める。このため、被圧延材の表面温度を安定的に精度良く測定することは困難である。さらに、キャンバーの要因には被圧延材の変形抵抗の幅方向偏差も含まれ、被圧延材の変形抵抗は表面温度だけでなく内部温度によっても変化する。このため、表面温度の幅方向偏差に応じてレベリング量を設定してもキャンバーを正確に制御できない。

一方、特許文献２に記載の方法は、最初の圧延パスには適用することができない。また、キャンバー量を測定するためには、少なくとも被圧延材の長手方向の３箇所以上において被圧延材の位置を測定する必要がある。また、キャンバー計には、例えばＣＣＤセンサーの撮影画像を画像処理によって定量化する方法やレーザー等の距離計を用いる方法等があるが、サイドガイドの影響で視野が確保できなかったり、デスケーリング水の蒸気の影響で測定できなかったりすることがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、幅方向の温度偏差やキャンバーを測定することなく、レベリング量を適正に設定して被圧延材にキャンバーが発生することを抑制可能な圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る圧延機の制御方法は、加熱炉で加熱された被圧延材を圧延機で圧延する際の圧延機の制御方法であって、前記被圧延材の加熱炉在炉時間、加熱炉内で隣接する被圧延材との間隔、及び被圧延材の幅に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、被圧延材の幅をＷ、被圧延材の加熱炉在炉時間をＴ_total、加熱炉内で隣接する被圧延材との間隔をΔＳＬとしたとき、前記圧延機のレベリング量ΔＳを以下に示す数式（１）を用いて算出するステップを含むことを特徴とする。

ここで、αは加熱炉毎に設定するチューニング率を示す。

本発明に係る圧延機の制御方法は、上記発明において、前記被圧延材の加熱炉在炉時間は、前記加熱炉の均熱帯における被圧延材の滞在時間であることを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御装置は、加熱炉で加熱された被圧延材を圧延機で圧延する際の圧延機の制御装置であって、前記被圧延材の加熱炉在炉時間、加熱炉内で隣接する被圧延材との間隔、及び被圧延材の幅に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋼板の製造方法は、加熱炉で加熱された被圧延材を圧延機で圧延することによって鋼板を製造する鋼板の製造方法であって、前記被圧延材の加熱炉在炉時間、加熱炉内で隣接する被圧延材との間隔、及び被圧延材の幅に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法によれば、幅方向の温度偏差やキャンバーを測定することなく、レベリング量を適正に設定して被圧延材にキャンバーが発生することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成を示す模式図である。図２は、被圧延材の幅方向の温度偏差と加熱炉内における被圧延材の間隔及び在炉時間との関係を説明するための模式図である。図３は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置の構成を示す模式図である。図４は、レベリング量の定義を説明するための模式図である。図５は、キャンバー量の定義を説明するための模式図である。図６は、本発明例及び従来例におけるキャンバー量を示す図である。図７は、本発明例及び従来例におけるキャンバー量を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置について説明する。

〔熱間圧延ラインの構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ライン１は、被圧延材Ｓの搬送方向上流側から順に、加熱炉２、幅プレス装置３、粗圧延機４、仕上圧延機５、ランアウトテーブル６、水冷装置７、及びコイラー８を備えている。

この熱間圧延ライン１では、始めに、加熱炉２において加熱された被圧延材Ｓは、幅プレス装置３で幅圧下された後、通常２〜５基程度の粗圧延機４によって所定の厚みまで圧延される。次に、粗圧延機４で圧延された被圧延材Ｓは、仕上圧延機５でさらに薄く圧延された後、ランアウトテーブル６を通過している時に水冷装置７によって水冷され、コイラー８によってコイル状に巻き取られる。そして、コイル状の被圧延材Ｓは、コイルヤードにおいて常温になるまで冷却される。

このような熱間圧延ライン１では、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差や板厚偏差、圧延ロールの幅方向の開度の不均等等の種々の要因によって、被圧延材Ｓの水平方向の曲がり、いわゆるキャンバーが発生する。被圧延材Ｓのキャンバー量が大きい場合、圧延ロールやサイドガイド等の設備が損傷する可能性がある。また、粗圧延で生じたキャンバー量が大きい場合、仕上圧延機５において被圧延材Ｓの尾端部が尻抜けする際に、被圧延材Ｓがサイドガイドに衝突してエッジ部が折れ込んだ状態で圧延される、いわゆる「絞り込み」と呼ばれる圧延トラブルが発生することがある。

粗圧延機４でキャンバーが発生する要因は、主に被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差及びレベリング設定不良である。一般に、被圧延材Ｓの変形抵抗は温度が高くなるにつれて小さくなる。このため、被圧延材Ｓに幅方向の温度偏差がある場合、高温側の変形抵抗は低温側の変形抵抗より小さくなる。結果、粗圧延機４の入側において被圧延材Ｓに幅方向の板厚偏差やキャンバーがない場合には、高温側がより伸ばされるため、粗圧延機４の出側では被圧延材Ｓは低温側に曲がる。従って、被圧延材に幅方向の温度偏差がある場合には、予め低温側の圧延ロールの開度を閉めておくことによりキャンバーを発生させることなく圧延できる。

一方、被圧延材Ｓは、加熱炉内で予熱帯、加熱帯、及び均熱帯を通過することによって所定の温度まで加熱される。そして、被圧延材Ｓは、抽出扉から抽出された後、熱間圧延ライン１に搬送される。この時、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差は、抽出扉の開閉による外気冷却の影響によって発生し、被圧延材Ｓの幅方向を被圧延材Ｓの搬送方向に対して平行とした場合、被圧延材Ｓの幅方向抽出側が低温になることが多い。本発明の発明者らは、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差及び加熱条件とキャンバーとの関係について鋭意検討した結果、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差は加熱炉内における被圧延材Ｓの間隔及び在炉時間に応じて変化することを知見した。

詳しくは、図２（ａ）に示すように、被圧延材Ｓは、幅方向を搬送方向に対して平行とした状態で一定の間隔を設けて加熱炉２内に配置され、抽出扉２ａから被圧延材Ｓが抽出される毎に抽出扉２ａ側へと移動する。ここで、図２（ｂ）に示すように、加熱炉２内の温度は、抽出扉２ａの開閉の影響によって抽出扉２ａに近づくにつれて低温になっている。このため、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差は、抽出扉２ａにより近い範囲により長い時間滞在するほど大きくなる。すなわち、加熱炉２内での被圧延材Ｓの間隔が小さいほど、また加熱炉２内の在炉時間が長いほど、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差が大きくなり、結果としてキャンバーが大きくなる。そこで、本発明の発明者らは、加熱炉２内における被圧延材Ｓの間隔及び在炉時間に応じて粗圧延機４のレベリング量を設定するによってキャンバーを抑制することを想倒した。

〔制御装置の構成〕
次に、図３を参照して、上記技術思想に基づき想倒された、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置の構成について説明する。

図３は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置の構成を示す模式図である。図３に示すように、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置１０は、レベリング量設定部１１及び圧下制御部１２を備えている。

レベリング量設定部１１は、加熱炉２内における被圧延材Ｓの間隔ΔＳＬ（ｍｍ）、被圧延材Ｓの加熱炉在炉時間（加熱炉２の予熱帯に装入されてから抽出扉２ａから抽出されるまでの時間）Ｔ_total、被圧延材Ｓの幅Ｗを以下に示す数式（１）に代入することによって粗圧延機４のレベリング設定量ΔＳを算出する。そして、レベリング量設定部１１は、算出されたレベリング設定量ΔＳを示す電気信号を圧下制御部１２に出力する。なお、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差は、抽出直前の均熱帯に滞在している間に生じることから、加熱炉在炉時間Ｔ_totalを均熱帯での滞在時間Ｔ_soakingと置き換えても同様の効果が得られる。

ここで、数式（１）中、パラメータαは、抽出扉２ａの開閉に要する時間や加熱炉２内の均熱帯温度に基づいて加熱炉２毎に設定されるチューニング率を示している。また、レベリング設定量ΔＳとは、図３に示すように、粗圧延機４を構成する圧延ロール４ａの駆動側及び作業側の圧下位置差を意味し、駆動側又は作業側の一方の圧下位置から他方の圧下位置を引いた差として定義する。なお、駆動側とは、ロール駆動用モータが取り付けられている圧延ロールの幅方向端部側を意味し、作業側とは、駆動側の反対側の圧延ロールの幅方向端部側を意味する。

圧下制御部１２は、レベリング量設定部１１から出力されたレベリング設定量ΔＳに従って粗圧延機４の駆動側及び作業側の圧下位置を制御する。加熱炉２内における被圧延材Ｓの間隔ΔＳＬが小さく、加熱炉在炉時間Ｔ_totalが長く、また被圧延材Ｓの幅Ｗが大きいほど、加熱炉２から抽出された際の被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差が大きくなるため、粗圧延機４のレベリング量を大きく設定する必要がある。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置１０は、被圧延材Ｓの加熱炉在炉時間Ｔ_total、加熱炉２内で隣接する被圧延材Ｓとの間隔ΔＳＬ、及び被圧延材Ｓの幅Ｗに基づいて粗圧延機４のレベリング設定量ΔＳを算出し、算出されたレベリング設定量ΔＳに基づいて粗圧延機４を制御するので、幅方向の温度偏差やキャンバーを測定することなく、レベリング量を適正に設定して被圧延材Ｓにキャンバーが発生することを抑制できる。

〔実施例１〕
本実施例では、長さ７０００〜９０００ｍｍ、厚み２３５ｍｍ、幅８００〜１２００ｍｍの低炭素鋼の被圧延材を対象として、本発明の検証を行った。本実施例では、加熱炉で１２００〜１２５０℃まで被圧延材を加熱した後、被圧延材に対して粗圧延を行った。加熱炉での在炉時間は１６０〜１８０分、被圧延材間隔は８０〜１５０ｍｍであった。検証した被圧延材は９２１本であった。粗圧延での圧下量は最初のパスで３０〜４０ｍｍであり、粗圧延機としてワークロール径１５００ｍｍの２段圧延機を用いた。

粗圧延１パス後のキャンバー量を粗圧延機の出側に仮設したキャンバー計で測定した。キャンバー量は、ＣＣＤカメラ及び画像処理により長手方向の曲がりとして測定した。すなわち、図５に示すように、キャンバー量ΔＣは、被圧延材Ｓの幅方向端部における幅方向中心位置を結ぶ直線Ｌ１に対する各幅方向中心位置の偏差として定義した。本発明例では、数式（１）に示すチューニング率αの値を５．０×１０^−４と設定した。また従来例では、ほぼ同一寸法の被圧延材に対して加熱炉出側で表面にスケールが存在する状態で表面温度を測定し、その結果に応じてレベリング設定を行い圧延した。さらに、粗圧延機のレベリング量を一定に保持して圧延し、その場合のキャンバー量のばらつきを確認した。

図６に、粗圧延１パス後のキャンバー量を示す。検証を行った熱間圧延ラインでは、キャンバー量が８０ｍｍを超えると通板トラブルが発生した。本発明例では、キャンバー量が６０ｍｍ以内に制御できた。また、本発明例によるキャンバー量の標準偏差（σ）は１３ｍｍであったの対して、従来例によるキャンバー量の標準偏差（σ）は３１ｍｍであり、本発明例によってキャンバー量のばらつきを約５７％低減できることが確認された。また、レベリング量を一定とした場合はキャンバー量の標準偏差が４５ｍｍであった。

〔実施例２〕
本実施例では、長さ７０００〜８０００ｍｍ、厚み２５０ｍｍ、幅８００〜１４００ｍｍの低炭素鋼の被圧延材を対象として、本発明の検証を行った。加熱炉で１２００〜１２５０℃まで被圧延材を加熱した後、被圧延材に対して粗圧延を行った。検証に用いた被圧延材の本数は１２３１本であった。粗圧延機はワークロール径１４００ｍｍの可逆式２段圧延機であり、１基目の粗圧延機で３パス圧延を行い、３パス終了後のキャンバー量を測定した。本発明によるレベリング設定方法を３パスに適用した。本発明例では、数式（１）に示すチューニング率αの値を４．０×１０^−４と設定した。また、従来例として、ほぼ同一寸法の被圧延材に対して加熱炉出側で表面にスケールが存在する状態で表面温度を測定し、その結果に応じてレベリング設定を行い圧延した。さらに、粗圧延機のレベリング量を一定に保持して圧延し、その場合のキャンバー量のばらつきを確認した。

図７に粗圧延３パス後のキャンバー量を示す。検証を行った熱間圧延ラインでは、キャンバー量が８０ｍｍを超えると通板トラブルが発生した。本発明例では、キャンバー量を６０ｍｍ以内に制御できた。本発明例によるキャンバー量の標準偏差（σ）は１３ｍｍであったの対して、従来例によるキャンバー量の標準偏差（σ）は２１ｍｍであり、本発明例によってキャンバー量のばらつきを約３７％低減できることが確認された。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１熱間圧延ライン
２加熱炉
３幅プレス装置
４粗圧延機
５仕上圧延機
６ランアウトテーブル
７水冷装置
８コイラー
１０制御装置
１１レベリング量設定部
１２圧下制御部
Ｓ被圧延材

Claims

加熱炉で加熱された被圧延材を圧延機で圧延する際の圧延機の制御方法であって、
前記加熱炉の均熱帯における前記被圧延材の滞在時間である前記被圧延材の加熱炉在炉時間、加熱炉内で隣接する被圧延材との間隔、及び被圧延材の幅に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御ステップを含むことを特徴とする圧延機の制御方法。
前記制御ステップは、被圧延材の幅をＷ、被圧延材の加熱炉在炉時間をＴ_total、加熱炉内で隣接する被圧延材との間隔をΔＳＬとしたとき、前記圧延機のレベリング量ΔＳを以下に示す数式（１）を用いて算出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の圧延機の制御方法。

ここで、αは加熱炉毎に設定するチューニング率を示す。
加熱炉で加熱された被圧延材を圧延機で圧延する際の圧延機の制御装置であって、
前記加熱炉の均熱帯における前記被圧延材の滞在時間である前記被圧延材の加熱炉在炉時間、加熱炉内で隣接する被圧延材との間隔、及び被圧延材の幅に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御手段を備えることを特徴とする圧延機の制御装置。
加熱炉で加熱された被圧延材を圧延機で圧延することによって鋼板を製造する鋼板の製造方法であって、
前記加熱炉の均熱帯における前記被圧延材の滞在時間である前記被圧延材の加熱炉在炉時間、加熱炉内で隣接する被圧延材との間隔、及び被圧延材の幅に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御ステップを含むことを特徴とする鋼板の製造方法。