JP7298645B2 - 形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法に関する。

Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、山形鋼、溝形鋼等の形鋼は、主として熱間圧延により製造されている。形鋼の製造工程では、素材となる鋼片が予め加熱された上で、複数の圧延機により、粗圧延、中間圧延、仕上圧延を含む熱間圧延を施されて、所定の断面寸法を有する形鋼に成形される。例えば、Ｈ形鋼の熱間圧延では、粗圧延において、複数の孔型が設けられた上下一対のロールを有する粗圧延機により、素材となる鋼片が複数パスで圧延され、Ｈ形鋼製品の断面寸法に近づくように大まかに成形される。次に、中間圧延において、上下一対の水平ロールおよび左右一対の竪ロールを有する粗ユニバーサル圧延機、ならびに上下一対の水平ロールを有するエッジャ圧延機により、複数パスでさらに圧延が行われて、Ｈ形鋼製品のウェブ厚、フランジ厚、ウェブ高さ、フランジ幅にさらに近づけられる。最後に、仕上圧延において、上下一対の水平ロールおよび左右一対の竪ロールを有する仕上ユニバーサル圧延機により、通常は１パスの圧延が行われて、Ｈ形鋼製品の断面寸法に成形される。

日本工業規格ＪＩＳＧ３１９２（熱間圧延形鋼の形状、寸法、質量及びその許容差）や、これに対応する外国・国際規格では、形鋼の断面寸法、具体的には、形鋼の高さおよび幅または辺長、ならびに形鋼の各部位の厚さの代表値およびその許容差が規定されている。例えば、Ｈ形鋼については、図１に示すように、断面寸法として、ウェブ厚ｔｗ、上下フランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、フランジ幅Ｂ等の各寸法の代表値およびその許容差が規定されており、これら全ての寸法が上記代表値から許容差の範囲内となるように制御することが要求されている。

そこで、熱間圧延後の形鋼の断面寸法を測定し、断面寸法の測定値が上記代表値から上記許容差の範囲内とならない場合には、各圧延機のロール隙等の圧延条件を修正して、形鋼製品の断面寸法を規格内に修正することが行われている。

特許文献１に開示される技術では、粗ユニバーサル圧延機によりＨ形鋼のリバース圧延を行う際に、ウェブ厚およびフランジ厚の変化量に対する水平ロールと垂直ロールの圧下修正量の影響係数を、水平ロールと垂直ロールの相互作用を考慮して予め定めている。そして、リバース圧延終了後のウェブ厚およびフランジ厚の測定値の目標値からの偏差に対応する、水平ロールおよび垂直ロールの圧下修正量を求め、次材に対する水平ロールと垂直ロールの圧下設定位置を修正している。ウェブ厚およびフランジ厚の変化量に対する水平ロールと垂直ロールの圧下修正量の影響係数は、計算機シミュレーションおよび実機実験により求めることが開示されている。また、水平ロールの圧下修正量および垂直ロールの圧下修正量を複数パス相互間で略同一として、形状不良を防止することが開示されている。

また、特許文献２に開示される技術では、粗ユニバーサル圧延機によりＨ形鋼のリバース圧延を行う際に、各パスで圧延形材に与えるべき目標板厚を求め、所定の測定パスにおける圧延形材の目標板厚と実測板厚との差分に応じて圧下修正量を求め、これ以降の制御パスにおける目標板厚、すなわち水平ロールおよび垂直ロールの開度を、上記圧下修正量により補正している。また、測定パスで測定された上下左右４点のフランジ厚に差が生じている場合には、制御パスにおいて、水平ロールの軸方向位置、水平ロールの上下パスライン、および垂直ロールの開度差を修正して、フランジ厚のばらつきを解消している。ウェブ厚およびフランジ厚の偏差に対する、水平ロールおよび垂直ロールの開度、水平ロールの軸方向相対位置、水平ロールの上下パスライン（竪ロールの高さ方向位置に対する水平ロールの高さ方向相対位置）、ならびに竪ロールと水平ロール側面間の開度差の影響係数を用いて、圧下修正量を求めている。

また、特許文献３に開示される技術では、粗圧延機、粗ユニバーサル圧延機および粗エッジャ圧延機による粗圧延、中間ユニバーサル圧延機および中間エッジャ圧延機による中間圧延、ならびに仕上ユニバーサル圧延機による仕上圧延により形鋼を製造する際に、中間圧延の粗ユニバーサル圧延機の入側と出側の少なくとも一方、および仕上圧延の仕上ユニバーサル圧延機の出側に寸法計を設け、この寸法計の測定データを基に、各圧延機の圧下設定値、水平ロールの軸方向位置等を、パス間またはバー間で最適制御している。

特公平５－８６２９６号公報 特開平１０－２９６３１１号公報 特許３５５５２８９号公報

しかし、特許文献１～３に開示される技術では、次のような問題点がある。

特許文献１に開示される技術では、ウェブ厚およびフランジ厚の変化量に対する水平ロールと垂直ロールの圧下修正量の影響係数は、計算機シミュレーションおよび実機実験により求めると記載されるのみであり、影響係数を具体的にどのように求めるかについては全く開示されていない。形鋼の熱間圧延では、例えば２０パス程度の複数パスでの圧延が行われ、各圧延パスにおける圧延材の温度や寸法も多様に変化する。よって、水平ロールと垂直ロールの相互作用を考慮した形式で、ウェブ厚およびフランジ厚の変化量に対する水平ロールと垂直ロールの圧下修正量の影響係数を予め定めておくことは、多大な労力を要する。また、上記影響係数は、形鋼の断面寸法や鋼種によって変わるが、実際には、形鋼の断面寸法や鋼種によらず影響係数として固定値を用いる等、圧下修正量の精度を犠牲として操業を行わざるを得ない。よって、特許文献１に記載の技術では、断面寸法の精度は、必ずしも十分に高められていない。

特許文献２に開示される技術でも、水平ロールおよび垂直ロールの開度、水平ロールの軸方向位置、水平ロールの上下パスライン、ならびに垂直ロールの開度差に対する、ウェブ厚およびフランジ厚の偏差の影響係数を、どのように設定するかについては、全く開示されておらず、特許文献１と同様の問題を有する。

特許文献３に開示される技術では、圧延設備内に複数の寸法計を設け、この寸法計の測定結果に基づいて、圧延操業条件を最適制御しているが、この最適制御の方法について、具体的な開示が全くない。最適制御では、水平ロールや垂直ロールの圧下位置等の変化が、ウェブ厚およびフランジ厚等に与える影響を、影響係数として線形化した物理モデル等が用いられるものと考えられる。よって、特許文献３に開示される技術も、影響係数の設定に関して、特許文献１、２と同様の問題を有する。また、特許文献３では、オンラインの寸法計として複数設ける必要があるため、圧延設備が高価になるという問題もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、鋼片をユニバーサル圧延機により複数パスで熱間圧延して形鋼を連続して製造するときに、形鋼の断面寸法の精度を確保するための、水平ロールや垂直ロールの圧下位置等の圧延操業パラメータの修正を、高精度かつ容易に行うことができ、結果として形鋼の断面寸法の精度を向上できる、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。

［１］ 加熱炉により加熱された鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときの、前記複数パスから選択された寸法同定パスにおける圧延操業パラメータを、前記形鋼の先行圧延材と後行圧延材の各々について取得し、前記熱間圧延により製造された前記形鋼の断面寸法を、前記先行圧延材と前記後行圧延材の各々について測定し、前記先行圧延材と前記後行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータの差分と、前記先行圧延材と前記後行圧延材の前記断面寸法の差分との関係を含む複数のデータセットを用いて機械学習を行い、前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータの修正量に対応する前記断面寸法の変化量を予測する予測モデルを生成する、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。

［２］ 前記熱間圧延は、粗圧延機による粗圧延、粗ユニバーサル圧延機およびエッジャ圧延機による中間圧延、ならびに仕上ユニバーサル圧延機による仕上圧延を含み、前記寸法同定パスは、前記中間圧延の圧延パスから選択された複数のパスである、［１］に記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。

［３］ 前記形鋼の断面寸法は前記形鋼のウェブ厚およびフランジ幅を含み、前記寸法同定パスは前記中間圧延の圧延パスから選択された複数のパスであり、前記圧延操業パラメータは前記粗ユニバーサル圧延機の水平ロール間の開度および前記粗ユニバーサル圧延機の竪ロールと水平ロール側面間の開度を含む、［２］に記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。

［４］ 前記機械学習では、ニューラルネットワーク、決定木、ランダムフォレスト、サポートベクター回帰、ガウス過程、近傍法から選択されたアルゴリズムが用いられる、［１］～［３］のいずれかに記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。

［５］ 前記圧延操業パラメータは、前記寸法同定パスにおける圧延ロール位置の設定値、前記寸法同定パスにおける圧延時間、前記寸法同定パスにおけるパス間時間、前記寸法同定パスにおける前記鋼片の前記加熱炉からの抽出後の経過時間のうち少なくとも一つである、［１］～［４］のいずれかに記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。

［６］ 加熱炉により加熱された鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときの、前記複数パスから選択された寸法同定パスにおける圧延操業パラメータを、前記形鋼の先行圧延材と後行圧延材の各々について取得する圧延操業パラメータ収集部と、前記熱間圧延により製造された前記形鋼の断面寸法を、前記先行圧延材と前記後行圧延材の各々について取得する断面寸法収集部と、前記先行圧延材と前記後行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータの差分と、前記先行圧延材と前記後行圧延材の前記断面寸法の差分との関係を含む複数のデータセットを用いて機械学習を行い、前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータの修正量に対応する前記断面寸法の変化量を予測する予測モデルを生成する断面寸法変化量予測モデル生成部と、を備える、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置。

［７］ 鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときに、［１］～［５］のいずれかに記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法により生成された前記予測モデルを用いて、前記先行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータ、前記先行圧延材の前記断面寸法の測定値、および前記後行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータから、前記後行圧延材の前記断面寸法を予測する、形鋼の断面寸法の予測方法。

［８］ 鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときに、［７］に記載の形鋼の断面寸法の予測方法により予測される前記後行圧延材の前記断面寸法の予測値が、前記形鋼の前記断面寸法の目標値に対して所定の許容差内に収まるように、前記後行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータを修正する、形鋼の断面寸法の制御方法。

［９］ ［８］に記載の形鋼の断面寸法の制御方法を用いた、形鋼の製造方法。

本発明の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法によれば、複数パスの圧延のうち、寸法同定パスにおける先行圧延材と後行圧延材の圧延操業パラメータの差分と、熱間圧延後の先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分との関係を機械学習させることで、上記寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの修正量に対応する熱間圧延後の形鋼の断面寸法の変化量を、高精度かつ容易に予測できる。

よって、相互に影響し合う多種類の圧延操業パラメータが適切に制御され、形鋼の断面寸法の精度を向上できるとともに、圧延操業パラメータの修正に要する多大な労力を軽減することができる。

形鋼の断面寸法の一例を示す図である。 形鋼の圧延設備の一例を示す図である。 本発明の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法を実施するシステムの全体構成の一例を示すブロック図である。 本発明の形鋼の断面寸法の予測方法および形鋼の断面寸法の制御方法の処理の流れの一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法の一実施形態について、具体的に説明する。

本実施形態の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法は、加熱炉により加熱された鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法のＨ形鋼（形鋼）を連続して製造するときに、所定のパスにおける圧延操業パラメータを修正してＨ形鋼の断面寸法の精度を向上させるために用いられる。

図１に、Ｈ形鋼の断面寸法を示す。本実施形態では、Ｈ形鋼の断面寸法として、ウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂを制御対象とする。また、本実施形態では、同一断面寸法とは、Ｈ形鋼のウェブ厚ｔｗ、フランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、フランジ幅Ｂの各々が、日本工業規格ＪＩＳＧ３１９２に規定される標準寸法から、同規格に規定される許容差内に収まっていることを意味するものとする。

通常、鋼片を熱間圧延して形鋼を製造するときは、同一断面寸法の形鋼を複数まとめて連続して圧延する。形鋼の熱間圧延では、製品の断面寸法に応じた専用の圧延ロールを用いるなど、断面寸法が異なる製品を圧延する際に圧延ロールを交換する場合が多く、同一断面寸法の形鋼を複数まとめて圧延しないと効率的でないからである。また、目標とする製品の断面寸法に対応した圧延ロールに交換した際には、圧延機のハウジングとロールチョック部との接触状態が変化するなどにより、圧延機の剛性も変化する場合が多い。したがって、圧延ロールを交換した後に、最初に圧延される形鋼から良好な断面寸法の製品を得ることが難しい場合がある。最初に圧延された形鋼の断面寸法が、標準寸法から許容差内に収まっていない場合や、許容差内に収まっていても許容差の限度に近い場合には、以降の圧延において圧延操業パラメータを修正し、形鋼の断面寸法の精度を高めることが行われる。従来の方法では、所定の断面寸法の形鋼を製造する際に、製品の許容差内に収まるようにするには、最初に圧延される形鋼を含めて２、３本の形鋼を圧延しながら圧延条件の調整が必要であった。また、過去の製造実績が少ない断面寸法の形鋼を圧延する場合や、より高精度な断面寸法を得るためには、３～５本を圧延する際に圧延条件の調整が必要となる場合があった。特に、鋼板の熱間圧延と異なり、形鋼の熱間圧延では、複数の部位の寸法を同時に所定範囲に制御する必要があること、および圧延パス数が鋼板の熱間圧延に比べて大きいという特徴があるため、圧延ロールを交換した後の１本目の圧延から許容差内に収めることが困難である。

さらに、Ｈ形鋼のように断面寸法が異なる製品群を求められる場合に、ウェブ厚ｔｗとフランジ厚ｔｆが異なる複数の断面寸法の製品が存在し、これらを圧延ロールの交換を行うことなく、作り分ける場合がある。例えば、ウェブ高さＨ６００ｍｍ、フランジ幅Ｂ３００ｍｍの外法一定Ｈ形鋼には、ウェブ厚ｔｗとフランジ厚ｔｆの組合せとして、１２ｍｍと１９ｍｍ、１２ｍｍと２２ｍｍ、１６ｍｍと２８ｍｍのように複数の断面寸法の製品がある。このような形鋼を圧延する場合には、同一の断面寸法の形鋼を連続して圧延し、次の断面寸法の形鋼を製造する際には、圧延ロールの交換を行うことなく、圧延パス数や各圧延パスにおけるロール開度の設定を変更して圧延を行う。このため、断面寸法が異なる製品の圧延に移行した際には、各パスの圧延材の温度や圧下率が変化するため、異なる断面寸法の製品に移行した際の１本目からは、良好な寸法精度の製品を得ることが難しい場合がある。このように圧延ロールを交換することなく、圧延パス数や各圧延パスにおけるロール開度の設定変更によって、断面寸法が異なる製品の圧延に移行する場合には、それ以降の圧延で同一断面寸法の形鋼を連続して圧延することになる。

一方、同一の断面寸法の形鋼であっても、製造する製品の鋼種を変更する場合がある。同一の鋼種の形鋼を一定数連続的に圧延した後に、同一の断面寸法であって他の鋼種の形鋼を連続的に圧延する場合もある。この場合、形鋼の鋼種が変わると、圧延時に変形抵抗および圧延荷重が変化して圧延パス数が増減する場合がある。この場合に、同一断面寸法であっても鋼種が変更されることにより圧延パス数が増減する製造条件に移行する場合には、ここでは「同一断面寸法の形鋼を複数まとめて連続して圧延する場合」には該当しないものとして、鋼種が変更されてから同一の圧延パス数の下で同一断面寸法の形鋼を連続して圧延する場合に、本実施形態に係る形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法等が適用される。

本実施形態の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法は、このような同一断面寸法の形鋼を複数まとめて連続して圧延する場合に用いられる。
＜形鋼の製造工程＞
まず、本実施形態の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法が適用される、Ｈ形鋼の製造工程について説明する。

図２に、本実施形態の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法が適用される、Ｈ形鋼の圧延設備１０のレイアウトを、模式的に示す。

素材となる鋼片は、加熱炉（図示せず）により、所定の加熱温度（例えば１１００～１３００℃程度）に予め加熱された上で、粗圧延、中間圧延、仕上圧延を含む熱間圧延を施されて、所定の断面寸法を有する形鋼に成形される。本実施形態のような、Ｈ形鋼の熱間圧延では、素材が粗圧延機１により断面Ｈ形状に粗造形され、粗造形材が中間圧延機群２、３により中間圧延され、さらに仕上圧延機４で仕上圧延されて、製品の断面寸法に成形される。

粗圧延では、複数の孔型が設けられた、上下一対の孔型ロールを有する粗圧延機１により、５～３０パス程度の粗圧延が施される。

中間圧延では、中間圧延機群として、図２に示すように、粗ユニバーサル圧延機２とエッジャ圧延機３のそれぞれ１台以上の組み合わせが用いられることが多く、５～３０パス程度のリバース圧延を行い、概ね製品の断面寸法となるまで成形される。

粗ユニバーサル圧延機２は、水平な軸心に対して回転するように駆動される上下一対の水平ロールと、垂直な軸心に対して自由回転する左右一対の竪ロールの、計四本のロールを有する。粗ユニバーサル圧延機２は、Ｈ形鋼のウェブ厚とフランジ厚を同時に圧下する機能を有しており、例えばフランジが外側に最大１０°程度傾斜する状態に圧延する。水平ロールは、Ｈ形鋼のウェブ高さに対応する幅を有するものが選択されて、ユニバーサル圧延機２に組み込まれる。水平ロールの直径は、例えば５００～１５００ｍｍ程度であり、竪ロールの直径は、例えば４００～１０００ｍｍ程度である。水平ロールおよび竪ロールの圧下位置は修正可能な構造となっており、上下の水平ロール間の間隔、水平ロールの軸方向相対位置や、水平ロール側面と竪ロールとの間隔を任意に調整できる。代表例としては、上下の水平ロール間の間隔は０～２００ｍｍの範囲で調整でき、水平ロールの軸方向相対位置は－５０～＋５０ｍｍの範囲で変位させることができ、水平ロール側面と竪ロールとの間隔は０～３００ｍｍの範囲で調整できる。

エッジャ圧延機３は、水平な軸心に対して回転するように駆動される上下一対の水平ロールを有する。エッジャ圧延機３の水平ロールの直径は、例えば８００～１５００ｍｍ程度である。各水平ロールには孔型が設けられ、フランジの先端を上下から圧下することでフランジ幅を修正する。

仕上圧延では、仕上圧延機４により、中間圧延された圧延材を通常は１パスで圧延して、ウェブ厚ｔｗ、フランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、フランジ幅Ｂ等の断面寸法を、Ｈ形鋼製品の断面寸法に仕上げる。仕上圧延機としては、粗ユニバーサル圧延機２と略同様の構成を有する仕上ユニバーサル圧延機４が用いられる。仕上ユニバーサル圧延機４では、仕上圧延後のフランジが垂直になるように、水平ロールの側面と竪ロールの角度がほぼ垂直に設定されている。

同一断面寸法のＨ形鋼（形鋼）を連続して圧延するときは、粗圧延、中間圧延、仕上圧延の各々の圧延工程における圧延パス数は変化しない。

上述の熱間圧延により製造されたＨ形鋼は、仕上圧延機４の下流に設置された熱間寸法計５により、断面寸法が測定される。このとき、Ｈ形鋼の全長にわたって、できるだけ小さい間隔で断面寸法を測定することが好ましい。
＜形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法＞
次に、本実施形態の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法について説明する。

本実施形態の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法では、鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときの、複数パスから選択された寸法同定パスにおける圧延操業パラメータを、形鋼の先行圧延材と後行圧延材の各々について取得する。また、熱間圧延後の形鋼の断面寸法を、先行圧延材と後行圧延材の各々について測定する。そして、先行圧延材と後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの差分と、熱間圧延後の先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分との関係を機械学習させて、寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの修正量に対応する熱間圧延後の形鋼の断面寸法の変化量を予測する予測モデルを生成する。
（寸法同定パス）
ここで、圧延操業パラメータを取得する寸法同定パスは、熱間圧延における粗圧延、中間圧延、仕上圧延の全ての圧延パスから選択された、一つまたは複数のパスである。

粗圧延機１による粗圧延、中間圧延機群２、３による中間圧延、および仕上圧延機４による仕上圧延を含む熱間圧延のうち、特に中間圧延では、粗造形材が複数パスで圧延されて、概ね製品の断面寸法となるまで成形されるため、中間圧延における圧延操業パラメータの制御は、Ｈ形鋼製品の断面寸法の精度に大きく影響する。したがって、「寸法同定パス」は、中間圧延機群、すなわち粗ユニバーサル圧延機２およびエッジャ圧延機３による中間圧延の圧延パスから選択された複数のパスであることが好ましい。

さらに、寸法同定パスは、中間圧延機群２、３のうち、Ｈ形鋼のウェブ厚とフランジ厚を同時に圧下する粗ユニバーサル圧延機２による圧延パスから選択された複数のパスであることが特に好ましい。
（圧延操業パラメータ）
圧延操業パラメータとは、加熱炉（図示せず）から、図２に示す形鋼の圧延設備１０の仕上圧延機４による圧延が終了するまでの間に、圧延材の寸法に影響を与え得る操業条件の指標をいう。例えば、各圧延パスにおけるロール隙間の設定値は圧延材の寸法に影響を与え、圧延荷重は圧延機の弾性変形（例えばミルストレッチ）を通じて圧延材の寸法に影響を与える。さらに、圧延材の温度は圧延材の変形抵抗を通じて圧延荷重および圧延材の寸法に影響を与える。ただし、圧延操業パラメータはこれらに限定されず、圧延機に併設される高圧水を用いたデスケーリング装置の噴射条件は、圧延材の表面に生成する酸化物の厚みなどを変化させることにより、圧延ロールと圧延材との界面における摩擦状態に影響を与えることにより圧延荷重および圧延材の寸法に影響を与える。

そのため、本実施形態における圧延操業パラメータとしては、寸法同定パスにおける圧延ロール位置の設定値、寸法同定パスの各パスにおける圧延時間（圧延材の先端がロールに噛みこんでから抜けるまでの時間）、寸法同定パスにおけるパス間時間（圧延材の尾端がロールから抜けてから次パスの先端が噛みこむまでの時間）、寸法同定パスにおける鋼片の加熱炉からの抽出後の経過時間等、寸法同定パスにおける圧延操業状態を示す各種パラメータを用いることができる。ここで、本実施形態において、圧延材の先端とは各圧延パスの進行方向の圧延材の先端部を指し、圧延材の尾端とは各圧延パスの進行方向の圧延材の後端部を指す。リバース圧延では、進行方向が変わる毎に圧延材の先端と尾端が入れ替わる。また、圧延パスにおける上流とは、一連の圧延工程において、相対的に先に実行される圧延パスを指す。このとき、各圧延パスが同一の圧延機で実行されるか否かに関係はない。

圧延操業パラメータとして用いる、圧延ロール位置の設定値としては、粗圧延の各パスにおける水平ロール間の開度および水平ロールの軸方向相対位置、中間圧延の粗ユニバーサル圧延機の各パスにおける水平ロール間の開度、水平ロールの軸方向相対位置および竪ロールと水平ロール側面間の開度、中間圧延のエッジャ圧延機の各パスにおける水平ロール間の開度、水平ロールの軸方向相対位置および竪ロールの高さ方向位置に対する水平ロールの高さ方向相対位置、ならびに仕上圧延の仕上ユニバーサル圧延機における水平ロール間の開度、竪ロールと水平ロール側面間の開度および水平ロールの軸方向位置が挙げられる。

具体的には、粗圧延の各パスにおける水平ロール間の開度は、粗圧延終了時の圧延材の断面寸法に直接的に影響する。また、水平ロールの軸方向相対位置を変更すると、圧延材の断面の上下に水平方向のずれを引き起こし、圧延材の断面寸法を変化させる。

中間圧延の粗ユニバーサル圧延機でも、各パスにおける水平ロール間の開度および竪ロールと水平ロール側面間の開度が、圧延材の断面寸法に直接的に影響する。また、水平ロールの軸方向相対位置および竪ロールの高さ方向位置に対する水平ロールの高さ方向相対位置は、特許文献２に記載されるとおり、上下左右四ヶ所のフランジ厚のばらつきに影響する。このとき、形鋼の圧延では断面内の位置により厚さや圧下率が異なることになるが、形鋼の長手方向には圧延材が連続していることに起因して、断面内の位置ごとの変形が他の位置の変形に影響を与えるという特徴がある。そのため、Ｈ形鋼のウェブでの塑性変形が、フランジ幅に対して影響を与えるといった、形鋼の断面内の特定の位置での変形と、他の位置での変形に相互作用が存在するため、圧延操業パラメータとしては、２以上のパラメータを用いて断面寸法変化を予測するようにするのが好ましい。例えば、粗ユニバーサル圧延機の上下の水平ロール間の開度および水平ロール側面と竪ロールとの開度を共に圧延操業パラメータとするのが好ましい。

中間圧延のエッジャ圧延機の各パスにおける上下の水平ロール間の開度はフランジ幅に影響する。また、エッジャ圧延機の水平ロールの水平方向の傾き（圧延機の作業側と駆動側のロール軸心の高さ方向の変位差）は、レベリング量とも呼ばれ、左右フランジを圧下する位置でのロール開度に左右の差を生じさせるため、左右フランジ幅のばらつきに影響する。さらに、水平ロールの軸方向相対位置は、左右フランジ幅の寸法を不揃いにする場合がある。

仕上ユニバーサル圧延機は、一般的には、軽圧下の圧延で圧延材を製品の断面寸法に成形する役割を担っているが、製品の断面寸法に仕上げる最後の圧延であり、粗ユニバーサル圧延機と同様に、水平ロール間の開度、竪ロールと水平ロール側面間の開度および水平ロールの軸方向位置が、製品の断面寸法に直接的に影響する。

また、寸法同定パスの各パスにおける圧延時間、寸法同定パスにおけるパス間時間および鋼片の加熱炉からの抽出後の経過時間は、寸法同定パスの各パスにおける圧延材の温度や内部の温度分布に影響を与えることにより、製品の断面寸法に影響を与えるため、本実施形態における圧延操業パラメータに含むものとする。

なお、圧延操業パラメータとして、鋼片の重量、鋼片の加熱前の寸法、鋼片の加熱温度（加熱炉の温度）、鋼片の加熱時間（加熱炉内での在炉時間）を含めてもよい。鋼片の重量や加熱前の鋼片の寸法は、寸法同定パスの各パスにおける圧延時間に影響を与え、加熱温度や加熱時間も、寸法同定パスの各パスにおける圧延材の温度や内部の温度分布に影響を与えることから、これらも圧延操業パラメータに用いることができる。

具体的には、各パスにおける圧延材の温度は、圧延材の変形抵抗を変化させるため、圧延荷重に影響を与え、さらに圧延荷重の大小が圧延機のロール開度を変化させるので、結果的に製品の断面寸法に影響する。また、加熱温度や加熱時間は、圧延材の表面に生成する酸化スケールの厚さ組成および構造を変化させる要因であり、酸化スケールの性状は圧延時の摩擦係数に影響するため、圧延荷重の増減を引き起こし、結果的に製品の断面寸法に影響する。

寸法同定パスの各パスにおける圧延材の温度を測定可能な場合には、寸法同定パスの各パスにおける圧延材の温度を圧延操業パラメータに含めてもよい。
（圧延操業パラメータの差分）
圧延操業パラメータの差分とは、先行圧延材の圧延時と後行圧延材の圧延時の、寸法同定パスにおける同一種類の圧延操業パラメータの差分を意味する。例えば、先行圧延材の中間圧延の粗ユニバーサル圧延機の所定のパスにおける、水平ロール間の開度または竪ロールと水平ロール側面間の開度と、後行圧延材の中間圧延の粗ユニバーサル圧延機の対応するパスにおける、水平ロール間の開度または竪ロールと水平ロール側面間の開度との差分である。

圧延操業パラメータとして、寸法同定パスにおける圧延ロール位置の設定値、寸法同定パスの各パスにおける圧延時間、寸法同定パスにおけるパス間時間、または寸法同定パスにおける鋼片の加熱炉からの抽出後の経過時間を用いる場合は、これらの圧延操業パラメータの差分は、各圧延機の圧下位置や圧延速度等をオペレータが随時設定変更することによって発生する。

形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成においては、後述のとおり、圧延操業パラメータをそのまま用いるのではなく、圧延操業パラメータの差分を用いて、機械学習を行う。これは、形鋼の熱間圧延では、圧延ロールを必要に応じて組み替えるため、先行圧延材の圧延操業パラメータの値をそのまま用いて後行圧延材の圧延を行っても、同じ圧延結果が得られない場合が多いためである。

例えば、圧延ロールの組み替えを行う前と後では、同一の設定値とした場合であっても、実際には設定値の基準となる基準状態（例えばゼロ点の設定状態）が変化してしまうため、圧延操業パラメータをそのまま用いると、同一の断面寸法が得られない場合が多い。また、圧延ロールの組み替えをしない場合であっても、異なる断面寸法の形鋼に対する圧延ロールの開度設定が変化することにより、圧延機のミルストレッチ挙動や、ハウジングとロールチョック間での摩擦特性が変化して、圧延ロールの開度と圧延荷重との関係に非線形な特性が生じる場合がある。このような場合に、圧延ロールの開度設定の値が同一であっても、形鋼の断面寸法がばらつくことが多い。

これに対して、圧延ロールの組み替えや異なる断面寸法に設定変更する際の基準状態の変化があっても、同一の断面寸法を連続して圧延する場合に限定して、圧延操業パラメータの差分を用いることによって、高い再現性を有する断面寸法変化量予測モデルを生成することができる。すなわち、先行圧延材の圧延操業パラメータを基準とし、先行圧延材と後行圧延材の圧延操業パラメータの差分を用いることで、圧延操業パラメータの修正量に対応する熱間圧延後の形鋼の断面寸法の変化量を、より正確に予測できる。

一方、圧延操業パラメータとして、鋼片の重量、鋼片の加熱前の寸法、鋼片の加熱温度、鋼片の加熱時間を用いる場合には、圧延操業パラメータの差分はそれぞれ、先行圧延材と後行圧延材の鋼片の重量の差分、先行圧延材と後行圧延材の鋼片の加熱前の寸法の差分、先行圧延材と後行圧延材の鋼片の加熱温度の差分、先行圧延材と後行圧延材の鋼片の加熱時間の差分である。鋼片の重量または鋼片の加熱前の寸法についての差分は、圧延材毎のばらつきにより発生する。また、鋼片の加熱温度または鋼片の加熱時間の差分は、先行材の生産能率等によって発生する。

ただし、鋼片の加熱温度、鋼片の加熱時間については、必ずしも寸法同定パスにおける圧延操業パラメータとして用いなくてもよく、本実施形態における先行圧延材と後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの差分とは別に、独立した操業パラメータとして、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの入力値に用いてもよい。
（熱間圧延後の先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分）
Ｈ形鋼の断面寸法の制御は、通常、ウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂを対象として行われ、本実施形態でも同様に行う。これら各寸法には、上述のとおり、目標値となる標準寸法および許容差が規定されている。したがって、ウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂの全てを測定して、その測定値を後述する形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成に用いることが好ましい。ただし、必要に応じて、ウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂから一つまたは二つ以上を選択して用いてもよい。

図２に示す形鋼の圧延設備１０において、仕上圧延機４の下流に設置された熱間寸法計５によって測定されるＨ形鋼の断面寸法は、熱間における寸法であるので、Ｈ形鋼製品が室温まで冷却されると熱収縮により断面寸法が変わる。そこで、熱間寸法計５自体により、または熱間寸法計５の近傍に別途温度計を設置して、Ｈ形鋼の断面寸法の測定と同時に温度も測定し、この温度と線膨張係数を用いて冷却による熱収縮を予測し、室温における断面寸法に換算してもよい。

形鋼の断面寸法としては、例えば、Ｈ形鋼の全長にわたり所定間隔で測定された複数の断面寸法の平均値を用いることができる。あるいは、Ｈ形鋼の先端と尾端から数メートルの範囲の非定常部以外において、Ｈ形鋼の長さ方向に所定間隔で測定された断面寸法の平均値を用いてもよい。または、Ｈ形鋼の長さ方向の所定の複数の位置で測定された断面寸法の平均値を用いてもよく、Ｈ形鋼の長さ方向の所定の位置一ヶ所（例えば長さ方向中央位置）で測定された断面寸法を用いてもよい。

熱間圧延後の先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分は、ウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂの各寸法のうち、同じ部位の寸法の差分である。例えば、先行圧延材のウェブ厚と後行圧延材のウェブ厚の差分である。

熱間圧延後の先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分は、上述の先行圧延材と後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの差分と対応付けられる。すなわち、先行圧延材と後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの差分を取得し、これと同じ先行圧延材と後行圧延材について、先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分を取得し、両者を対応付けて入力することで、先行圧延材と後行圧延材の圧延操業パラメータの差分と、先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分との関係を機械学習させる。

ただし、先行圧延材と後行圧延材の圧延操業パラメータの差分を実績値として取得する場合に、先行圧延材と後行圧延材とで長手方向における実績値の取得位置は必ずしも同一である必要はない。例えば、先行圧延材の圧延操業パラメータとして、先行圧延材の先端から１０ｍ離れた位置で取得した圧延操業パラメータの実績値と、後行圧延材の先端から１５ｍ離れた位置で取得した圧延操業パラメータの実績値との差分を用いてもよい。圧延材の長手方向における定常部で取得した実績値であれば、圧延操業パラメータの実績値を取得する位置までは同一位置にする必要はなく、先行圧延材と後行圧延材の圧延操業状態を代表するパラメータの差分を用いてもよい。
（他の入力値）
形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成のための機械学習に用いられる入力値としては、先行圧延材と後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの差分と、先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分に加えて、形鋼の材料属性パラメータを用いてもよい。形鋼の材料属性パラメータとは、熱間圧延後の形鋼の断面寸法の精度に影響を与えるが、同一断面寸法の形鋼を連続して圧延するときの先行圧延材と後行圧延材との圧延操業パラメータの差分としては現われないパラメータを指し、例えば、熱間圧延における形鋼の断面寸法の目標値、形鋼の鋼種、成分組成等が挙げられる。

形鋼の断面寸法の目標値が変わると、熱間圧延のパススケジュールも変化して、熱間圧延後の形鋼の断面寸法に影響する。また、形鋼の鋼種や成分組成は、変形抵抗を変化させる要因であるとともに、加熱により圧延材の表面に生成する酸化スケールの厚さ組成および構造を変化させる要因であり、酸化スケールの性状は圧延時の摩擦係数に影響するため、圧延荷重の増減を引き起こし、結果的に製品の断面寸法に影響する。

具体的には、各パスにおける圧延材の温度が変わると、圧延材の変形抵抗が変化するため、圧延荷重に影響を与え、さらに圧延荷重の大小が圧延機のロール開度も変化するので、結果的に製品の断面寸法に影響する。また、加熱温度や加熱時間は、圧延材の表面に生成する酸化スケールの厚さ組成および構造を変化させる要因であり、酸化スケールの性状は圧延時の摩擦係数に影響するため、圧延荷重の増減を引き起こし、結果的に製品の断面寸法に影響する。

形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成のための機械学習に用いられる入力値として、形鋼の材料属性パラメータを含めることにより、異なる断面寸法を有する多種類の形鋼に対して汎用的に適用可能な断面寸法変化量予測モデルを生成できる。したがって、多種類の形鋼の各々について個別に断面寸法変化量予測モデルを生成するよりも、断面寸法変化量予測モデルの適用範囲を拡大できる。

形鋼の材料属性パラメータとしては、予め設定された目標値を用いてもよく、素材となる鋼片の製造段階で測定された化学成分等の実績値を用いてもよい。
（断面寸法変化量予測モデルの生成装置）
図３に、本実施形態の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法、形鋼の断面寸法の予測方法、形鋼の断面寸法の制御方法、および形鋼の製造方法を実行するために用いられる形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置１５を含むシステムの全体構成を示す。

図３に示すように、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置１５は、圧延操業パラメータ収集部３１と、断面寸法収集部４１と、断面寸法変化量予測モデル生成部２０とを備えて、構成されている。

圧延操業パラメータ収集部３１は、先行圧延材の圧延時に、圧延工程において、各圧延機１～４および各圧延機１～４の制御用コンピュータから、圧延操業パラメータを収集する。圧延操業パラメータとして、鋼片の重量、鋼片の加熱前の寸法、鋼片の加熱温度、鋼片の加熱時間を用いる場合には、圧延操業パラメータ収集部３１は、加熱炉（図示せず）および加熱炉の制御用コンピュータ等から、これらの情報も収集する。

圧延操業パラメータ収集部３１により収集された圧延操業パラメータは、圧延操業パラメータ差分計算部３２に送られ、先行圧延材の圧延操業パラメータの実績値として、いったん記憶される。次いで、後行圧延材の圧延が行われると、先行圧延材の圧延時と同様に、圧延操業パラメータ収集部３１により、後行圧延材の圧延操業パラメータが収集され、圧延操業パラメータ差分計算部３２に送られる。

圧延操業パラメータ差分計算部３２は、先行圧延材と後行圧延材の圧延が、同一断面寸法の形鋼を製造するためのものであったか否かを判定する。この判定は、先行圧延材と後行圧延材の材料属性パラメータが同一であるか否かや、寸法同定パスにおける圧延パス数が先行圧延材と後行圧延材で同じであるか否か等に基づいて行われる。形鋼の材料属性パラメータは、例えば、上位計算機７０に格納されているものを取得して用いることができる。

先行圧延材と後行圧延材の圧延が同一断面寸法の形鋼の圧延であると判定された場合には、圧延操業パラメータ差分計算部３２により、先行圧延材と後行圧延材の圧延操業パラメータの差分が計算され、断面寸法変化量予測モデル生成部２０内のデータベース２１に送られる。

先行圧延材と後行圧延材の圧延が同一断面寸法の形鋼の圧延ではないと判定された場合には、圧延操業パラメータ差分計算部３２は、先行圧延材と後行圧延材の圧延操業パラメータの差分の計算は行わない。そして、後行圧延材は、新たな断面寸法の形鋼の圧延であったものとして、その圧延操業パラメータは、新たな断面寸法の形鋼の圧延における先行圧延材の圧延操業パラメータの実績値として、圧延操業パラメータ差分計算部３２にいったん記憶される。

また、仕上圧延機４の下流に設置された熱間寸法計５によって測定された、先行圧延材の断面寸法の測定値は、断面寸法収集部４１に送られ、熱間圧延後の形鋼の断面寸法の実績値としていったん記憶される。同様に、熱間寸法計５によって測定された、後行圧延材の断面寸法の測定値も、断面寸法収集部４１に送られ、熱間圧延後の形鋼の断面寸法の実績値としていったん記憶される。そして、断面寸法差分計算部４２は、上述の圧延操業パラメータ差分計算部３２による処理を利用して、先行圧延材と後行圧延材の圧延が、同一断面寸法の形鋼を製造するためのものであったか否かを判定する。

先行圧延材と後行圧延材の圧延が同一断面寸法の形鋼の圧延であると判定された場合には、先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分が計算されて、断面寸法変化量予測モデル生成部２０内のデータベース２１に送られる。

断面寸法変化量予測モデル生成部２０、圧延操業パラメータ収集部３１、圧延操業パラメータ差分計算部３２、断面寸法収集部４１、断面寸法差分計算部４２は、例えば、汎用パーソナルコンピュータに、上述の各処理を実行可能なプログラムをインストールすることにより実現される。

データベース２１には、実績値として、圧延操業パラメータの差分と断面寸法の差分とが対応付けられた複数組のデータセットが蓄積される。このデータセットには、先行圧延材と後行圧延材とで共通する材料属性パラメータが含まれてもよい。データベース２１には、少なくとも１００組以上、好ましくは５００組以上、より好ましくは７００組以上のデータセットが蓄積されることが好ましい。断面寸法変化量予測モデルの入力値として、形鋼の材料属性パラメータも含める場合には、３０００組以上のデータセットが蓄積されることが好ましい。

次いで、上述のようにしてデータベース２１に格納されたデータセットは、断面寸法変化量予測モデル生成部２０の機械学習部２２に入力される。そして、断面寸法変化量予測モデル生成部２０は、機械学習部２２において、先行圧延材と後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの差分と、先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分との関係を機械学習して、寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの修正量に対応する断面寸法の変化量を予測する予測モデルを生成する。

機械学習においては、公知のアルゴリズム、例えば、ニューラルネットワーク等を用いることができる。特に、深層学習を用いると、多重共線性の問題を考慮せず自由に入力値を選択できるため、寸法同定パスにおける複数の圧延パスでの圧下位置等を全体的に変更した場合のデータが含まれていても、断面寸法変化量を精度よく予測することができる。また、圧延操業パラメータの変化に対する断面寸法変化量の変化が非線形の特性を有していても、予測精度が悪化することがない。

機械学習の他のアルゴリズムとしては、例えば、決定木学習、ランダムフォレスト、サポートベクター回帰、ガウス過程、近傍法等も用いることができる。形鋼の断面寸法変化量予測モデルは、最新の学習結果により、随時更新される。
＜形鋼の断面寸法の予測方法＞
上述のようにして生成された形鋼の断面寸法変化量予測モデルをオンラインに適用して、先行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータ、熱間圧延後の先行圧延材の断面寸法の測定値、および後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータから、熱間圧延後の後行圧延材の断面寸法を予測する。具体的には、断面寸法変化量予測モデル生成部２０により生成された断面寸法変化量予測モデル、および圧延操業パラメータ収集部３１により収集された後行圧延材の圧延操業パラメータが、断面寸法予測部５０に送られ、この断面寸法予測部５０において、後行圧延材の断面寸法の予測が行われる。

後行圧延材の断面寸法の予測に用いる断面寸法差分予測モデルは、断面寸法の予測対象とする後行圧延材と同一断面寸法の先行圧延材の形鋼の実績値を用いて生成されたものを用いる。ただし、形鋼の材料属性パラメータを入力値として用いて生成された断面寸法差分予測モデルは、断面寸法が異なる形鋼にも適用できる。

図４に、断面寸法予測部５０による、後行圧延材の断面寸法の予測の処理の流れの一例を示す。後行圧延材の断面寸法の予測は、先行圧延材の断面寸法が熱間寸法計５により測定された後のタイミングで行われる。すなわち、先行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータおよび断面寸法の測定値が、断面寸法予測部５０に送られて記憶された後のタイミングで、後行圧延材の断面寸法の予測が行われる。

後行圧延材の断面寸法の予測を行うタイミングは、後行圧延材の圧延が開始される前に限られず、後行圧延材の圧延途中であってもよい。ただし、後行圧延材の圧延途中で、後行圧延材の断面寸法の予測を行う場合は、後行圧延材における寸法同定パスの最終パスの圧延が終了する前とする。図４に示す例では、後行圧延材の寸法同定パスが１～Ｎパスであるものとして、後行圧延材の圧延がＫパス（ただし、Ｋ＜Ｎ）まで進行したタイミングで、後行圧延材の断面寸法の予測を行っている。

このタイミングで、圧延操業パラメータ収集部３１は、後行圧延材の寸法同定パスの１～Ｋパスにおいて収集した圧延操業パラメータの実績値とともに、Ｋ＋１～Ｎパスまでの圧延操業パラメータの設定値を記憶している。圧延操業パラメータの設定値は、各パスの圧延操業条件の初期値として設定されたものであり、上位計算機７０または各圧延機１～４の制御用コンピュータにより予め定められた設定値が、圧延操業パラメータ収集部３１に記憶されている。本実施形態では、Ｋ＋１～Ｎパスまでの圧延操業パラメータの設定値として、先行圧延材のＫ＋１～Ｎパスまでの圧延操業パラメータの実績値を用いている。

続いて、後行圧延材の１～Ｋパスまでの圧延操業パラメータの実績値と、Ｋ＋１～Ｎパスまでの圧延操業パラメータの設定値を合わせたものと、先行圧延材における１～Ｎパスまでの圧延操業パラメータの実績値との差分が、圧延操業パラメータ差分計算部３２によって計算される。この計算値、すなわち、１～Ｋパスまでの圧延操業パラメータ差分の実績値およびＫ＋１～Ｎパスまでの圧延操業パラメータ差分の設定値と、断面寸法変化量予測モデルとから、断面寸法予測部５０によって、断面寸法変化量の予測値が算出される。そして、断面寸法変化量の予測値が、既に測定された先行圧延材の断面寸法の測定値に合計されて、後行圧延材の断面寸法の予測値が計算される。

このようにして、後行圧延材の圧延が終了する前のタイミングで、後行圧延材の断面寸法の予測値が得られ、この後行圧延材の断面寸法の予測値が、例えばガイダンスとして操作室に表示される。そして、ガイダンスを見たオペレータが、必要に応じて、後行圧延材におけるＫ＋１～Ｎパスまでの圧延操業パラメータの設定値を適宜修正する操作を行うことで、後行圧延材の断面寸法が、目標値に対して所定の許容差内に収まるようにすることができる。

このように、後行圧延材の圧延操業パラメータを手動で修正する場合には、後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延が、少なくとも二パス以上残っているタイミングで、後行圧延材の断面寸法の予測を行うことが好ましい。これは、操作室に表示されるガイダンスを見たオペレータが、圧延操業パラメータの設定値を修正する必要があるか否かの判断を行った上で、圧延操業パラメータの設定値を修正する操作を行うのに、一定の時間を要するためである。
＜形鋼の断面寸法の制御方法＞
あるいは、後行圧延材の圧延操業パラメータの修正を、オペレータの手動操作で行うのではなく、これに代えて、後述のとおり自動的に行ってもよい。

この場合は、断面寸法予測部５０によって予測された後行圧延材の断面寸法の予測値が、断面寸法制御部６０に送られる。そして、断面寸法制御部６０の断面寸法判定部６１において、上位計算機７０に予め設定されているＨ形鋼の目標寸法範囲、すなわち、Ｈ形鋼の標準寸法等の目標値から所定の許容差の範囲と比較される。形鋼の断面寸法の許容差は、形鋼の断面寸法、鋼種、製造条件、規格等に応じて個別に設定され、Ｈ形鋼の場合は、例えば、日本工業規格ＪＩＳＧ３１９２に規定される許容差を用いることができる。

断面寸法判定部６１により、後行圧延材の断面寸法の予測値が、目標値から所定の許容差内に収まっていると判定された場合には、既に設定されているＫ＋１～Ｎパスの圧延操業パラメータの値がそのまま、各圧延機１～４の制御コンピュータに送られる。

断面寸法判定部６１により、後行圧延材の断面寸法の少なくとも一つ、すなわちウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂの少なくとも一つの予測値が、これら各寸法の目標値から所定の許容差内に収まっていないと判定された場合には、断面寸法制御部６０の圧延操業パラメータ修正部６２により、後行圧延材の断面寸法の予測値が、目標値に対して所定の許容差内に収まるように、後行圧延材の圧延操業パラメータの設定値が修正される。

ここで、圧延操業パラメータの修正対象とする圧延パスは、上述のＫ＋１～Ｎパスの中から選択されたパスとする。圧延操業パラメータの修正対象とする圧延パスは、一つでもよく、二つ以上でもよく、上述のＫ＋１～Ｎパスの全てであってもよい。複数の圧延パスを対象として、圧延操業パラメータの修正を行う場合には、複数の圧延パスにおける圧下位置の修正量を同程度としたり、前段パスから後段パスに進むにつれて圧下位置の修正量を徐々に小さくしたりする等、一定の制約条件を加えて、圧延操業パラメータの修正を行ってもよい。
＜形鋼の製造方法＞
上述のようにして生成された断面寸法変化量予測モデルを用いて、上述のとおりＨ形鋼の断面寸法の予測および断面寸法の修正を行いながら、Ｈ形鋼が製造される。

これにより、後行圧延材の断面寸法を、目標値から所定の許容差内に収めることができ、不良品の発生が防止されて、Ｈ形鋼の製造における歩留と生産性が向上する。

なお、修正された圧延操業パラメータの値を、断面寸法変化量予測モデルの入力値として用いて、改めて後行圧延材の断面寸法の予測値を算出し、後行圧延材の断面寸法の再予測値が目標値から所定の許容差内に収まっているか否かを再判定して、圧延操業パラメータを修正してもよい。このような判定および修正を繰り返し行うことで、目標断面寸法の範囲が狭い場合であっても、圧延操業パラメータを適切に修正でき、形鋼を高精度で効率良く製造することが可能となる。

図２と同様の圧延設備により、鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法のＨ形鋼を連続して製造するときに、上述のとおり断面寸法変化量予測モデルを生成しＨ形鋼の断面寸法の修正に用いて、１００本のＨ形鋼を製造した（本発明例）。また、断面寸法変化量予測モデルを用いずに、他は上記本発明例と同じ圧延条件で、１００本のＨ形鋼を製造した（比較例）。そして、本発明例と比較例のＨ形鋼の断面寸法の精度を比較して、本発明の効果を検証した。なお、本発明例による１００本のＨ形鋼の製造では、その間に８回の圧延ロールの組み替えを行った。比較例による１００本のＨ形鋼の製造でも、その間に８回の圧延ロールの組み替えを行った。また、本発明例、比較例とも、圧延ロールの組み替え後に、数本から十数本の同一断面寸法の形鋼を連続して圧延を行った。その際、圧延ロールの組み替え直後の１本目の圧延材を除く、本発明例、比較例とも、９２本の圧延材について製品寸法の評価を行った。

本発明例のＨ形鋼を製造する前には、ウェブ高さＨが４００～９００ｍｍ、フランジ幅Ｂが２００～４００ｍｍの複数種類の鋼種のＨ形鋼９００本の熱間圧延を行い、同一断面寸法の形鋼を連続して圧延を行った際に取得した先行圧延材と後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの差分と、先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分との関係を機械学習させて、寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの修正量に対応する断面寸法の変化量を予測する断面寸法変化量予測モデルを予め生成した。そして、この断面寸法変化量予測モデルを用いて、断面寸法の予測および修正を行いながら、本発明例のＨ形鋼を製造した。

断面寸法変化量予測モデルの生成においては、圧延操業パラメータとして、粗圧延機１の各パスロール開度と水平ロールの軸方向相対位置、粗ユニバーサル圧延機２と仕上ユニバーサル圧延機４の各パス水平ロールおよび竪ロールの開度と上下水平ロールの軸方向相対位置、エッジャ圧延機３の各パスのロール開度とレベリング量および水平ロールの軸方向相対位置の実績値を収集し、これら全てを、断面寸法変化量予測モデルを生成するための機械学習の入力値として用いた。

また、材料属性パラメータとして、Ｈ形鋼のウェブ厚ｔｗ、フランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨおよびフランジ幅Ｂ、ならびにＨ形鋼の鋼種も、断面寸法変化量予測モデルを生成するための機械学習の入力値として用いた。

仕上ユニバーサル圧延機４の下流に設置された熱間寸法計５では、ウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨおよび左右二つのフランジ幅Ｂを熱間で測定し、線膨張係数を用いて室温での寸法に換算して、これら各寸法の実績値とし、上位計算機７０に格納した。このとき圧延材の各寸法の実測値は、先端から１０ｍの位置における値を用いた。

そして、９００本分のＨ形鋼の製造実績から得られた、同一断面寸法の形鋼を連続して圧延を行った際に取得した圧延操業パラメータ差分と断面寸法の差分、さらには材料属性パラメータが対応付けられた多数組のデータセットを入力値として、先行圧延材と後行圧延材の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの差分と、先行圧延材と後行圧延材の断面寸法の差分との関係を機械学習させて、寸法同定パスにおける圧延操業パラメータの修正量に対応する断面寸法の変化量を予測する予測モデルを生成した。

機械学習のアルゴリズムとしては、ニューラルネットワークを用い、ニューラルネットワークの中間層は３層、ノード数は５個ずつとした。活性化関数にはシグモイド関数を用いた。

本発明例では、上述のようにして生成された断面寸法変化量予測モデルを用いて、先行圧延材の圧延操業パラメータ、先行圧延材の断面寸法の測定値、および後行圧延材の圧延操業パラメータから、次の後行圧延材の断面寸法、すなわちウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂを予測した。

そして、後行圧延材のウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂの予測値の全てが、Ｈ形鋼の断面寸法の目標値に対して許容差内に収まるように、後行圧延材の圧延操業パラメータを修正して、後行圧延材の圧延を行った。Ｈ形鋼の断面寸法の許容差は、日本工業規格ＪＩＳＧ３１９２に規定される値の１／２とした。

本発明例では、製造された１００本のＨ形鋼の断面寸法および長さにはいくらかのばらつきがあり、評価対象とした９２本についても圧延条件、圧延パス数、加熱条件および素材重量も異なっていたが、９２本のＨ形鋼の全てにおいて、ウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂが、目標値に対して上記許容差内に十分収まっており、Ｈ形鋼の断面寸法を高い精度で確保できることが確認された。

これに対し、比較例では、評価対象とした９２本のうち６本のＨ形鋼において、ウェブ厚ｔｗ、上下左右四ヶ所のフランジ厚ｔｆ、ウェブ高さＨ、左右二つのフランジ幅Ｂのいずれかが、上記許容差に収まらず、追加の寸法修正工程や再製造が必要となった。

さらに、本発明例および比較例の各々において、それぞれ８回の圧延ロールの組み替え直後から、同一断面寸法の形鋼を連続して圧延する際に、製品の断面寸法の精度が圧延順によって変化する様子を評価した。その結果、圧延ロールの組み替え直後の１本目を除いて、本発明例では、２本目以降の圧延で製造された形鋼の断面寸法がすべて許容差内となった。一方、比較例においては、圧延ロールの組み替え直後の１本目を除いて、製造する形鋼の断面寸法が許容差内となるまでには、平均１．８本の圧延を要した。以上から、本発明によれば、同一断面寸法の形鋼を連続して製造する場合に、形鋼の断面寸法の精度が向上するとともに、圧延ロールの組み替え後に必要であった操業条件の調整を迅速に行えることが確認された。

１ 粗圧延機
２ 粗ユニバーサル圧延機（中間圧延機）
３ エッジャ圧延機（中間圧延機）
４ 仕上ユニバーサル圧延機（仕上圧延機）
５ 熱間寸法計
１５ 形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置
２０ 断面寸法変化量予測モデル生成部
３１ 圧延操業パラメータ収集部
４１ 断面寸法収集部
Ｈ ウェブ高さ（断面寸法）
Ｂ フランジ幅（断面寸法）
ｔｗ ウェブ厚（断面寸法）
ｔｆ フランジ厚（断面寸法）

Claims (9)

1. 加熱炉により加熱された鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときの、前記複数パスから選択された一つまたは複数の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータを、前記形鋼の先行圧延材と後行圧延材の各々について取得し、
   前記熱間圧延により製造された前記形鋼の断面寸法を、前記先行圧延材と前記後行圧延
   材の各々について測定し、
   前記先行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータと、対応する前記寸法同定パスにおける前記後行圧延材の前記圧延操業パラメータとの差分と、前記先行圧延材と前記後行圧延材の前記断面寸法の差分との関係を含む複数のデータセットを用いて機械学習を行い、前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータの修正量に対応する前記断面寸法の変化量を予測する予測モデルを生成する、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。
2. 前記熱間圧延は、粗圧延機による粗圧延、粗ユニバーサル圧延機およびエッジャ圧延機による中間圧延、ならびに仕上ユニバーサル圧延機による仕上圧延を含み、前記寸法同定パスは、前記中間圧延の圧延パスから選択された複数のパスである、請求項１に記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。
3. 前記形鋼の断面寸法は前記形鋼のウェブ厚およびフランジ幅を含み、前記寸法同定パスは前記中間圧延の圧延パスから選択された複数のパスであり、前記圧延操業パラメータは前記粗ユニバーサル圧延機の水平ロール間の開度および前記粗ユニバーサル圧延機の竪ロールと水平ロール側面間の開度を含む、請求項２に記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。
4. 前記機械学習では、ニューラルネットワーク、決定木、ランダムフォレスト、サポートベクター回帰、ガウス過程、近傍法から選択されたアルゴリズムが用いられる、請求項１～３のいずれかに記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。
5. 前記圧延操業パラメータは、前記寸法同定パスにおける圧延ロール位置の設定値、前記寸法同定パスにおける圧延時間、前記寸法同定パスにおけるパス間時間、前記寸法同定パスにおける前記鋼片の前記加熱炉からの抽出後の経過時間のうち少なくとも一つである、請求項１～４のいずれかに記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法。
6. 加熱炉により加熱された鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときの、前記複数パスから選択された一つまたは複数の寸法同定パスにおける圧延操業パラメータを、前記形鋼の先行圧延材と後行圧延材の各々について取得する圧延操業パラメータ収集部と、
   前記熱間圧延により製造された前記形鋼の断面寸法を、前記先行圧延材と前記後行圧延材の各々について取得する断面寸法収集部と、
   前記先行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータと、対応する前記寸法同定パスにおける前記後行圧延材の前記圧延操業パラメータとの差分と、前記先行圧延材と前記後行圧延材の前記断面寸法の差分との関係を含む複数のデータセットを用いて機械学習を行い、前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータの修正量に対応する前記断面寸法の変化量を予測する予測モデルを生成する断面寸法変化量予測モデル生成部と、
   を備える、形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成装置。
7. 鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときに、請求項１～５のいずれかに記載の形鋼の断面寸法変化量予測モデルの生成方法により生成された前記予測モデルを用いて、前記先行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータ、前記先行圧延材の前記断面寸法の測定値、および前記後行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータから、前記後行圧延材の前記断面寸法を予測する、形鋼の断面寸法の予測方法。
8. 鋼片を複数パスで熱間圧延して、同一断面寸法の形鋼を連続して製造するときに、請求項７に記載の形鋼の断面寸法の予測方法により予測される前記後行圧延材の前記断面寸法の予測値が、前記形鋼の前記断面寸法の目標値に対して所定の許容差内に収まるように、前記後行圧延材の前記寸法同定パスにおける前記圧延操業パラメータを修正する、形鋼の断面寸法の制御方法。
9. 請求項８に記載の形鋼の断面寸法の制御方法を用いた、形鋼の製造方法。

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