JP7424335B2 - 加熱制御方法及び装置並びに熱延鋼板の製造方法、搬送予測モデル生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、粗圧延された被圧延材を仕上げ圧延する前に誘導加熱するときの加熱制御方法及び装置並びに熱延鋼板の製造方法、搬送予測モデル生成方法に関する。

鋼板の熱間圧延設備において、加熱炉により鋼片素材であるスラブが１２００℃程度に加熱された後、サイジングプレスを用いてスラブの板幅が調整される。その後、スラブは粗圧延機群により熱間圧延され、おおよそ３０～５０ｍｍ程度の板厚の粗バーと呼ばれる半製品の被圧延材が製造される。次に、被圧延材の先端部がクロップシャーにより切断された後、被圧延材が５～７スタンドの仕上げ圧延機により仕上げ圧延され、板厚１．２～２５ｍｍの熱延鋼板が製造される。熱延鋼板はランアウトテーブルの冷却装置によって冷却された後、巻取装置によって巻き取られる。

近年の熱間圧延設備では、生産性向上を図るため、スラブを長尺化する傾向がある。このため、粗圧延された被圧延材が仕上げ圧延機に搬送されるまでに、鋼板の長手方向において圧延温度が低下する場合がある。このため、従来から、誘導加熱により被圧延材を加熱して仕上げ圧延における鋼板温度の低下を抑制することが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。特許文献１には、仕上げ圧延機の出側の鋼板温度が長手方向で一定になるように、誘導加熱装置を用いて鋼板を全体的に加熱する方法が提案されている。特許文献２には、粗圧延された粗バーの板幅両端部に対向するＣ型鉄心を含む誘導加熱装置を用いて、粗バーの両端を加熱する方法が提案されている。

特開２００１－３５３５１２号公報 特開平１１－１４４８５３号公報

特許文献１、２は、１つの被圧延材に対して誘導加熱装置による加熱が行われる場合に関するものである。一方、熱間圧延設備においては、複数の被圧延材が搬送され順次圧延されていき、先行する被圧延材である先行材を仕上げ圧延している最中に、後行する被圧延材である後行材の粗圧延及び誘導加熱が行われる。この際、先行する被圧延材の仕上げ圧延が完了して次の被圧延材の圧延準備が整うまで後行材を待機させる場合があり、待機時間は先行する被圧延材の圧延状態等によって変わる。誘導加熱装置が待機時間の期間も誘導加熱装置を加熱可能な状態で待機させた場合、誘導加熱装置で電力が浪費されるとともに、誘導加熱装置の劣化が進んでしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、誘導加熱装置での電力の浪費を抑えるとともに装置寿命を延ばすことができる被圧延材の加熱制御方法及び装置並びに熱延鋼板の製造方法、搬送予測モデル生成方法を提供することを目的とする。

［１］ 粗圧延された被圧延材を誘導加熱装置により加熱し、加熱した前記被圧延材を搬送装置により搬送して仕上げ圧延機により仕上げ圧延することを、先行する被圧延材である先行材及び前記先行材の直後に仕上げ圧延する後行材に対し行う際に、前記誘導加熱装置を制御する被圧延材の加熱制御方法であって、
前記粗圧延機から前記誘導加熱装置へ搬送される前記後行材を検出する検出ステップと、
検出した前記後行材が前記誘導加熱装置まで搬送され加熱開始されるまでの搬送時間を、機械学習された搬送予測モデルに前記先行材の仕上げ圧延に関する情報を含む圧延操業データを入力し、前記搬送予測モデルから出力させる搬送予測ステップと、
出力した前記搬送時間に基づき、前記誘導加熱装置の発振開始タイミングを設定する設定ステップと、
を有する被圧延材の加熱制御方法。
［２］ 前記設定ステップにおいて、予測した前記搬送時間よりも前記誘導加熱装置での整定時間分だけ早く発振開始タイミングを設定する［１］に記載の被圧延材の加熱制御方法。
［３］ 前記圧延操業データは、前記先行材の前記仕上げ圧延機での圧延条件、もしくは仕上げ圧延前の前記先行材に関する情報を含む［１］又は［２］に記載の被圧延材の加熱制御方法。
［４］ 前記圧延操業データは、前記後行材の前記仕上げ圧延機での圧延条件、もしくは仕上げ圧延前の前記後行材に関する情報を含む［１］～［３］のいずれかに記載の被圧延材の加熱制御方法。
［５］ 前記誘導加熱装置は複数台直列に設置されており、
前記搬送予測ステップにおいて、前記誘導加熱装置毎に前記搬送時間を予測する［１］～［４］のいずれかに記載の被圧延材の加熱制御方法。
［６］ ［１］～［５］のいずれかに記載の被圧延材の加熱制御方法を用いて前記被圧延材の仕上げ圧延を行う熱延鋼板の製造方法。
［７］ 粗圧延された被圧延材を誘導加熱装置により加熱し、加熱した前記被圧延材を搬送装置により搬送して仕上げ圧延機により仕上げ圧延することを、先行する被圧延材である先行材及び前記先行材の直後に仕上げ圧延する後行材に対し行う際に、前記被圧延材への加熱を制御する被圧延材の誘導加熱制御装置であって、
前記後行材を前記誘導加熱装置へ搬送するとき、前記先行材の仕上げ圧延に関する情報を含む圧延操業データを機械学習された搬送予測モデルに入力し、前記後行材が前記誘導加熱装置まで搬送され加熱開始されるまでの搬送時間を前記搬送予測モデルの出力として取得する搬送時間予測部と、
前記搬送時間予測部において予測された前記搬送時間で前記誘導加熱装置へ前記被圧延材を搬送するように前記搬送装置を制御する搬送制御部と、
前記搬送時間予測部において予測された前記搬送時間に基づき、前記後行材に対する前記誘導加熱装置の発振開始タイミングを設定する加熱制御部と、
を有する被圧延材の誘導加熱制御装置。
［８］ ［１］～［７］のいずれかに記載の搬送予測モデルを生成する搬送予測モデル生成装置であって、
既に仕上げ圧延が行われた前記先行材の圧延操業データと、前記先行材の直後の前記後行材における搬送時間を含む搬送実績データとを取得し、
取得した前記圧延操業データと前記搬送実績データとを用いて前記搬送予測モデルを機械学習し、前記搬送予測モデルを生成する搬送予測モデル生成方法。
［９］ 前記搬送予測モデルは、ニューラルネットワーク、決定木学習、ランダムフォレスト、及びサポートベクター回帰から選択した機械学習により学習される請求項８に記載した搬送予測モデル生成方法。

本発明に係る加熱制御方法及び装置並びに熱延鋼板の製造方法、搬送予測モデル生成方法によれば、機械学習された搬送時間予測部において先行材の圧延操業データに基づいて搬送時間を予測する。これにより、誘導加熱装置の無駄な駆動による不要なコストの増加を抑え、誘導加熱装置の劣化を抑制できる。

本発明の誘導加熱制御装置が適用される熱間圧延設備の一例を示す模式図である。 本発明の誘導加熱制御装置の好ましい実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明の被圧延材の加熱制御方法の好ましい実施形態を示すタイミングチャートである。 本実施形態の搬送予測モデル生成装置の一例を示す機能ブロック図である。 従来の被圧延材の加熱制御方法の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の誘導加熱制御装置が適用される誘導加熱装置の一例を示す模式図である。

＜熱間圧延設備の構成＞
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の誘導加熱制御装置が適用される熱間圧延設備の一例を示す模式図である。図１の熱間圧延設備１は、加熱炉２、デスケーリング装置３、幅圧下装置４、粗圧延機５、仕上げ圧延機６、冷却装置７及び巻取装置８を備える。また、熱間圧延設備１は、仕上げ圧延機６の入側に設置され、粗圧延機５によって粗圧延された粗バーと呼ばれる被圧延材Ｓを加熱する誘導加熱装置２０と、粗圧延機５から誘導加熱装置２０へ被圧延材Ｓ１を搬送する搬送装置９とを有する。

搬送装置９は、例えば搬送ロールからなり、搬送ロール上に載置された被圧延材を誘導加熱装置２０から仕上げ圧延機６へ搬送する。誘導加熱装置２０は、誘導加熱によって被圧延材Ｓ１を加熱する。誘導加熱方式は、特に限定されず種々の手法を用いることができ、ソレノイド型であってもよいしトランスバース型であってもよい。また、誘導加熱装置２０は、被圧延材Ｓ１の幅方向及び長手方向の全体を加熱してもよいし、被圧延材Ｓ１の板幅端部を加熱するエッジヒータとして機能するものでもよい。

図１を参照して熱間圧延設備１の動作例について説明する。まず、スラブが加熱炉２に装入された後、所定の設定温度まで加熱される。加熱炉２から抽出されたスラブは、デスケーリング装置３によって表面に形成された１次スケールが除去された後、幅圧下装置４によって所定の設定幅まで幅圧下される。幅圧下されたスラブは、粗圧延機５において所定厚さまで圧延されることで、おおよそ３０～５０ｍｍ程度の板厚の粗バーと呼ばれる半製品の被圧延材Ｓ１が製造される。被圧延材Ｓ１は誘導加熱装置２０により加熱された後仕上げ圧延機６に搬送される。その後、例えば５～７スタンドの連続式圧延機を有する仕上げ圧延機６により、被圧延材Ｓ１は製品厚さまで圧延された鋼板が製造される。鋼板は、仕上げ圧延機６の下流に設置された冷却装置７で所定の温度まで冷却された後、巻取装置８によってコイル状に巻き取られる。

熱間圧延設備１は、粗圧延機５の出側に設置された粗出側温度センサ１１と、仕上げ圧延機６の入側に設置された仕上入側温度センサ１２とを有する。図１において、粗出側温度センサ１１及び仕上入側温度センサ１２は、例えば放射温度計からなり、粗出側温度センサ１１は粗圧延後の被圧延材Ｓ１の表面温度を測定し、仕上入側温度センサ１２は、誘導加熱後であって仕上げ圧延前の被圧延材Ｓ１の表面温度を測定する。なお、仕上入側温度センサ１２が誘導加熱装置２０と仕上げ圧延機６との間に配置されている場合について例示しているが、誘導加熱装置２０の上流側に配置してもよい。また、仕上入側温度センサ１２は誘導加熱装置２０と仕上げ圧延機６との間に複数の位置に配置していてもよい。

図２は、本発明の誘導加熱制御装置の好ましい実施形態を示す機能ブロック図である。誘導加熱制御装置３０は、搬送装置９及び誘導加熱装置２０の動作を制御するものであって、仕上げ圧延機６の動作を制御する圧延制御装置４０及び熱間圧延設備１全体を制御する設備制御装置（制御用計算機）５０と情報伝送可能に接続されている。なお、図２の誘導加熱制御装置３０、圧延制御装置４０及び設備制御装置５０の構成は、コンピュータ等のハードウェアからなっており、互いに有線もしくは無線によるネットワークによって接続されている。圧延制御装置４０は、圧延荷重、圧延トルク、スタンド間張力、ロールギャップ、ワークロールの周速度等の圧延条件に基づき仕上げ圧延機６を制御する。設備制御装置５０は、例えば、上述した粗出側温度センサ１１及び仕上入側温度センサ１２により検出された温度を取得し、取得した温度や被圧延材Ｓ１の板厚等の情報を用いて、仕上げ圧延機６の圧延条件の設定計算を行い、設定した圧延条件を圧延制御装置４０へ出力する。

誘導加熱制御装置３０は、誘導加熱装置２０へ搬送される被圧延材Ｓ１を検出する搬入検出センサ１３と、粗圧延された被圧延材Ｓ１を誘導加熱装置２０へ搬送する際に搬送装置９の動作を制御する搬送制御部３１と、誘導加熱装置２０を制御する加熱制御部３２とを有する。搬入検出センサ１３は、例えば被圧延材Ｓ１の温度を測定する放射温度計からなり、温度９００～１１００℃の被圧延材Ｓ１の検出位置Ｐの温度変化に基づいて被圧延材Ｓ１の先端部を検出する。なお、搬入検出センサ１３は、被圧延材Ｓ１の先端部を検出できるものであれば検出原理を問わず、例えば、放射温度計、距離計、板厚計、板幅計もしくはビデオカメラなど、被圧延材Ｓ１の先端部を検出可能な任意のセンサを用いることができる。

搬送制御部３１は、搬送時間Ｔを後述する搬送時間予測部３３から取得し、搬入検出センサ１３において被圧延材Ｓ１が検出されてから誘導加熱装置２０までの期間が搬送時間Ｔになるように搬送装置９を制御する。搬送時間Ｔは、被圧延材Ｓ１が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐから誘導加熱装置２０の加熱開始位置ＨＳへ搬送されるまでの期間をいう。この搬送時間Ｔは、加熱開始位置ＨＳの手前で被圧延材Ｓ１を待機させる待機時間Ｔｗと、被圧延材Ｓ１を誘導加熱装置２０へ移動させる移動時間Ｔｔとを加算した期間で表される。

搬送制御部３１は、被圧延材Ｓ１を移動させる際、被圧延材Ｓ１の搬送速度Ｖが設定搬送速度Ｖｒｅｆとなるように搬送装置９を制御する。よって、被圧延材Ｓ１の移動時間Ｔｔは、例えば、搬送装置９には、搬送ロールの回転数を計測する回転センサ（図示せず）が取り付けられており、搬送制御部３１は回転センサからの信号に基づいて搬送速度Ｖを測定する。なお、搬入検出センサ１３の検出位置Ｐからの搬送距離を測定するメジャーリングロール（図示せず）が配置され、搬送距離に基づいて搬送速度Ｖを計測してもよい。

設定搬送速度Ｖｒｅｆは、例えば６０～８０ｍ／ｍｉｎに設定される。被圧延材Ｓ１の重量は１５～２５トンであり、大きな慣性力を持つ。このため、搬送装置９の回転数は搬送過程において必ずしも一定ではない。そこで、搬送制御部３１は、搬送装置９の加減速を含めた平均の搬送速度Ｖを求め、この搬送速度Ｖが設定搬送速度Ｖｒｅｆになるように制御する。なお、搬送制御部３１が設定搬送速度Ｖｒｅｆで搬送されるように制御する場合について例示しているが、待機時間Ｔｗと移動時間Ｔｔとの合計が搬送時間Ｔになればよく、例えば待機時間Ｔｗを短くし搬送速度Ｖを低くして移動時間Ｔｔが長くなるように、搬送速度Ｖを変更するようにしてもよい。

また、搬送制御部３１による搬送時間の制御は、待機時間Ｔｗと移動時間Ｔｔ（＝Ｌ／Ｖｒｅｆ）を加算する方法によるものを例示しているが、上述したメジャーリングロールによって計測された被圧延材Ｓ１の搬送距離が、距離Ｌに一致するまでの時間が搬送時間Ｔになるように制御してもよい。さらに、搬送装置９が回転数を計測するセンサを備え、被圧延材Ｓ１が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐに到達してから、搬送装置９の回転数を時間積分して搬送距離を算出し、その値が距離Ｌに一致するまでの時間が搬送時間Ｔとなるように制御してもよい。

加熱制御部３２は、被圧延材Ｓ１を加熱するときに誘導加熱装置２０をＯＮ状態にし、加熱が完了したときに誘導加熱装置２０をＯＦＦ状態に制御する。加熱制御部３２は、被圧延材Ｓ１が加熱開始位置ＨＳまで搬送される搬送時間Ｔを後述する搬送時間予測部３３から取得し、搬送時間Ｔに基づいて発振開始タイミングを設定する。

ここで、被圧延材Ｓ１の加熱を確実に行うためには、被圧延材Ｓ１が誘導加熱される加熱開始位置ＨＳに搬送されたときには誘導加熱装置２０が作動している必要がある。一方、誘導加熱装置２０において発振開始から出力が安定するまで例えば２～５秒の整定時間τが必要になる。このため、被圧延材Ｓ１が誘導加熱装置２０の加熱開始位置ＨＳに到達してから加熱制御部３２が誘導加熱装置２０の発振を開始させた場合、被圧延材Ｓ１の先端側への加熱が十分に行うことができない。そこで、加熱制御部３２は、被圧延材Ｓ１が誘導加熱装置２０の加熱開始位置ＨＳに到達する前に発振を開始するように制御する。つまり、加熱制御部３２は、誘導加熱装置２０の発振開始タイミングを（搬送時間Ｔ―整定時間τ）に設定する。

熱間圧延設備１において、生産効率の向上のために、先行する被圧延材である先行材Ｓ１ｐに対し仕上げ圧延をしている間に、後行する被圧延材である後行材Ｓ１ｆの粗圧延及び誘導加熱が行われる。先行材Ｓ１ｐの仕上げ圧延が完了し、後行材Ｓ１ｆの仕上げ圧延の準備が完了するまで、後行材Ｓ１ｆを待機させる必要がある。仕上げ圧延機６の圧延準備が整わないうちに後行材Ｓ１ｆを搬送すると、操業上の問題が生じるからである。例えば、後行材Ｓ１ｆの仕上げ圧延条件が先行材Ｓ１ｐと異なり、仕上げ圧延機６での条件変更に時間を要する場合、又は先行材Ｓ１ｐの仕上げ圧延が予定よりも時間が掛かった場合等が挙げられる。

後行材Ｓ１ｆの待機時間を考慮せずに誘導加熱装置２０を作動させた場合、誘導加熱装置２０の発振開始タイミングが早すぎて、電力が無駄に消費され誘導加熱装置２０の装置寿命が短くなる場合がある。一方で、上述の通り、後行材Ｓ１ｆの待機時間は先行材Ｓ１ｐの仕上げ圧延条件等によって変動するため一律に設定することが難しい。そこで、誘導加熱制御装置３０は、先行材Ｓ１ｐに応じた搬送時間Ｔを予測する搬送時間予測部３３を有する。

搬送時間予測部３３は、搬入検出センサ１３が後行材Ｓ１ｆを検出したとき、機械学習された搬送予測モデルＭに先行材Ｓ１ｐの仕上げ圧延に関する情報を含む圧延操業データを入力し、搬送時間Ｔを搬送予測モデルＭの出力として取得する。搬送時間予測部３３は、取得した搬送時間Ｔを搬送制御部３１及び加熱制御部３２に出力する。すると、上述のように、搬送制御部３１は、予測した搬送時間Ｔになるように誘導加熱装置２０への後行材Ｓ１ｆの搬送を制御し、加熱制御部３２は、搬送時間Ｔに基づいて誘導加熱装置２０の発振開始タイミングを制御する。

搬送時間予測部３３は、圧延制御装置４０及び設備制御装置５０から圧延操業データを取得する。圧延操業データは、例えば、粗バー板厚、製品板厚、板幅、仕上げ入側温度、仕上げ出側温度等の先行材Ｓ１ｐ自体に関する情報、又は各圧延スタンドでの板厚、圧延荷重、圧延トルク、スタンド間張力、ロールギャップ、ワークロールの周速度等の先行材Ｓ１ｐの仕上げ圧延機６での圧延条件等を含む。さらに、圧延操業データは、仕上げ圧延前の先行材Ｓ１ｐの長さや重量を含んでいても良い。先行材の長さや重量は、後行材Ｓ１ｆの仕上げ圧延開始から圧延終了までに要する時間に影響を与えるものであり、これらが変わると先行材Ｓ１ｐの尾端部が仕上げ圧延機６の最終スタンドを抜けるタイミングが変わるからである。この先行材Ｓ１ｐに関する情報及び仕上げ圧延機６に関する情報等は、先行材Ｓ１ｐの先端部、定常部、尾端部の圧延時に取得されるこれらのデータのいずれのものを用いてもよい。このように、先行材Ｓ１ｐの圧延操業データを用いるのは、被圧延材Ｓ１が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐに到達して、誘導加熱装置の加熱開始位置ＨＳに搬送されまでの待機時間は、先行材Ｓ１ｐの仕上げ圧延に要する時間が変動することによるためである。

また、圧延操業データは、先行材Ｓ１ｐに関する情報に加え、例えば後行材Ｓ１ｆを圧延する際の仕上げ圧延機６での圧延条件等の後行材Ｓ１ｆに関する情報を含んでいても良い。仕上げ圧延機６でのロールギャップおよびロール周速度の設定変更量は、先行材Ｓ１ｐと後行材Ｓ１ｆとの関係で決まる。そこで、圧延操業データとして、後行材Ｓ１ｆについての情報も搬送予測モデルＭに入力して搬送時間Ｔを出力させることにより、搬送時間Ｔの予測を精度よく行うことができる。さらに、圧延操業データとして、後行材Ｓ１ｆについての情報を用いる場合には、後行材Ｓ１ｆの粗圧延機出側から誘導加熱装置の加熱開始位置ＨＳとの間で測定される温度を用いるのが好ましい。具体的には粗出側温度センサ１１により測定される後行材Ｓ１ｆの温度や、仕上入側温度センサ１２が誘導加熱装置２０の上流側に設置されている場合には仕上入側温度センサ１２により測定される後行材Ｓ１ｆの温度である。また、搬入検出センサ１３として放射温度計を用いる場合には、搬入検出センサ１３により測定される後行材Ｓ１ｆの温度を用いてもよい。

なお、先行材Ｓ１ｐの情報だけでなく後行材Ｓ１ｆの情報を圧延操業データとする場合、先行材の圧延操業データと後行材Ｓ１ｆの圧延操業データとは、同じ種類の圧延操業データを組み合わせて用いるのが好ましい。例えば、先行材Ｓ１ｐについてロールギャップを圧延操業データとするのであれば、後行材Ｓ１ｆについてもロールギャップを圧延操業データとするのが好ましい。すると、先行材から後行材Ｓ１ｆへの圧延条件の変化量（差分量）を用いることに相当し、仕上げ圧延機の各機器の設定変更時間と関連付けることができる。

搬送時間予測部３３は、例えば後行材Ｓ１ｆの先端部が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐに到達するタイミングで搬送時間Ｔを予測する。被圧延材Ｓ１の先端部が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐに到達するタイミングでは、既に先行材の仕上げ圧延が開始された後であり、先行材の圧延操業データの実績値を取得することができる。また、搬送予測モデルＭの入力として、被圧延材Ｓ１（後行材）の圧延操業データを用いる場合には、被圧延材Ｓ１の仕上げ圧延を実行するための設定計算値が設備制御装置５０から取得される。ただし、設備制御装置５０による被圧延材Ｓ１に対する設定計算が完了していない場合には、圧延材の寸法等の製造諸元に基づいて予め設定されるテーブル値を用いて被圧延材Ｓ１の圧延操業データを取得してもよい。

なお、搬送時間予測部３３は、必ずしも搬入検出センサ１３の検出位置Ｐに到達するタイミングで搬送時間Ｔの予測を行う必要はなく、検出位置Ｐを通過する前であっても通過した後であってもよい。搬入検出センサ１３の検出位置Ｐに到達する前であっても、先行材Ｓ１ｐの仕上げ圧延が開始していれば、少なくとも先行材Ｓ１ｐの圧延操業データの実績値を取得できる。また、被圧延材Ｓ１の先端部が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐを通過した後であっても、被圧延材Ｓ１の先端部が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐを通過してからの経過時間を考慮して誘導加熱装置２０の発振開始タイミングを調整できるからである。

さらに、圧延制御装置４０は、被圧延材Ｓ１の仕上げ圧延機６への進入に不都合がある場合に、後行材Ｓ１ｆの仕上げ圧延機６への進入を許可しない進入不可信号を誘導加熱制御装置３０に送信する。進入に不都合がある場合とは、例えば被圧延材Ｓ１の仕上げ圧延を開始する際に被圧延材Ｓ１に対する設定計算が終了していない場合、被圧延材Ｓ１の仕上げ圧延を行うための仕上げ圧延機６のロールギャップやロール周速度の設定変更が完了していない場合などが挙げられる。さらには、予測した搬送時間Ｔと実際の仕上げ圧延機６で圧延可能な状態になるまでの期間との間にずれが生じる場合がある。この場合には、予測した搬送時間Ｔに基づく制御よりも、実際の仕上げ圧延機６の状態を優先させる。

誘導加熱制御装置３０が進入不可信号を受信したとき、搬送制御部３１は後行材Ｓ１ｆの先端部が誘導加熱装置２０の加熱開始位置ＨＳよりも上流側で被圧延材Ｓ１を待機させるように制御する。これにより、被圧延材Ｓ１が圧延準備の整っていない仕上げ圧延機６に進入することによる操業トラブルを引き起こすリスクを回避することができる。また、後行材Ｓ１ｆの一部が誘導加熱装置２０の下流側で待機している場合、通過した部分は待機中に温度が低下してしまい、加熱エネルギーの無駄が生じる。誘導加熱装置２０内で後行材Ｓ１ｆが待機した場合、誘導加熱装置２０内に位置する部分が過加熱の状態となり、仕上げ圧延機６での操業トラブルや品質欠陥を引き起こす場合がある。一方、後行材Ｓ１ｆの先端が誘導加熱装置２０の開始位置ＨＳよりも上流側で待機している場合、仕上げ圧延機６に進入する被圧延材Ｓ１の温度管理を確実に行うことができる。

図３は、本発明の被圧延材の加熱制御方法の好ましい実施形態を示すタイミングチャートであり、図１～図３を参照して本発明の被圧延材の加熱制御方法について説明する。粗圧延された後行材Ｓ１ｆが搬入検出センサ１３により検出されたとき、搬送時間予測部３３に先行材Ｓ１ｐの圧延操業テータが入力され、圧延操業データに基づいて予測された後行材Ｓ１ｆの搬送時間Ｔが出力される。すると、搬送制御部３１の制御により、後行材Ｓ１ｆは搬送時間Ｔ後に誘導加熱装置２０の加熱開始位置ＨＳに搬送されるように、待機時間Ｔｗだけ誘導加熱装置２０の手前で待機する。

一方、加熱制御部３２において、被圧延材Ｓ１の先端部が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐを通過してからの経過時間がカウントされ、予測した搬送時間Ｔに基づき誘導加熱装置２０の発振開始タイミングを設定する。誘導加熱装置２０は、誘導加熱制御装置３０の制御により、予測された搬送時間Ｔから整定時間τを減じた時間経過時に発振を開始する。すると、後行材Ｓ１ｆは、搬送時間Ｔの経過後、誘導加熱装置２０へ進入し、これと同時に加熱される。その後、誘導加熱装置２０により加熱された後行材Ｓ１ｆは、仕上げ圧延機６に進入し、仕上げ圧延される。なお、誘導加熱装置２０の発振開始タイミングを設定する際に、搬送予測モデルＭによる搬送時間Ｔの誤差を考慮して、搬送予測モデルＭにより算出される搬送時間Ｔよりも０～２秒間程度の余裕代を予め設定し、搬送予測モデルＭにより算出される搬送時間Ｔよりも、余裕代分だけ早めに誘導加熱装置２０の発振開始タイミングを設定してもよい。これにより、搬送時間Ｔの誤差が生じても確実に後行材Ｓ１ｆの先端から加熱を開始することができる。

＜搬送予測モデル生成装置６０＞
図４は、本実施形態の搬送予測モデル生成装置の一例を示す機能ブロック図である。なお、図４の搬送予測モデル生成装置の構成は、コンピュータ等のハードウェアで構成されている。搬送予測モデル生成装置６０は、搬送時間予測部３３の搬送予測モデルＭを生成するものであって、搬送予測モデルＭを作成する機械学習部６１と、被圧延材Ｓ１に対し仕上げ圧延機６による圧延が行われた際の過去の圧延操業データ及び搬送実績データを記憶したデータベースＤＢとを備える。

データベースＤＢには、既に実施された過去の仕上げ圧延時に圧延制御装置４０又は各種センサで取得された圧延操業データが記憶されている。圧延操業データの種類は、搬送時間予測部３３で使用されるデータと同一であり、先行材Ｓ１ｐに関する圧延実績情報、さらには後行材Ｓ１ｆの圧延実績情報を含む。搬送実績データは後行材Ｓ１ｆを実際に搬送したときの搬送時間Ｔを意味する。搬送実績データは、搬送制御部３１による被圧延材Ｓ１への搬送制御に応じて、被圧延材Ｓ１の搬送速度Ｖの実績値や、メジャーリングロール等により計測された被圧延材Ｓ１の搬送距離が距離Ｌに一致するまでの時間の実績値により特定することができる。

圧延操業データは被圧延材Ｓ１の製造番号やコイル番号など、仕上げ圧延機６による圧延順を識別可能な情報と共にデータベースＤＢに蓄積される。上述の通り、熱間圧延設備１において被圧延材Ｓ１が順次搬送される。先行材Ｓ１ｐは直前に仕上げ圧延された被圧延材Ｓ１に対する後行材Ｓ１ｆになり、後行材Ｓ１ｆは直後に仕上げ圧延される被圧延材Ｓ１に対する先行材Ｓ１ｐになる。よって、製造番号等による被圧延材Ｓ１の仕上げ圧延の順番が分かれば、先行材Ｓ１ｐと後行材Ｓ１ｆとの関係を識別でき、搬送実績データとの対応付けを行うことができる。

圧延操業データ及び搬送実績データは、誘導加熱制御装置３０において収集されてもよいし、設備制御装置５０において収集されてもよいし、搬送情報を収集する専用の装置を用いて収集してもよい。収集された圧延操業データの実績データ及び搬送実績データはデータベースＤＢに蓄積される。

データベースＤＢに蓄積される実績データ数は、少なくとも１０個以上、好ましくは１００個以上、より好ましくは１０００個以上が好ましい。機械学習モデルの基礎となるデータ数が多いほど、搬送時間Ｔの予測精度が向上する。

機械学習部６１は、データベースＤＢの圧延操業データを学習用の入力データとし、搬送実績データを学習用の出力データとした機械学習により、搬送予測モデルＭを生成する。搬送予測モデルＭの機械学習の方法は公知の種々の学習方法を適用することができる。機械学習は、例えば、ディープラーニング、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）、リカレントニューラルネットワーク（ＲＮＮ）などを含むニューラルネットワークによる公知の機械学習手法を用いることができる。他の手法としては、決定木学習、ランダムフォレスト、サポートベクター回帰、ガウス過程などが例示できる。また、複数のモデルを組み合わせたアンサンブルモデルを用いてもよい。

なお、データベースＤＢには、仕上げ圧延が行われる度に、圧延操業データが逐次蓄積されていくようにしてもよい。この際、機械学習部６１は、例えば１か月に一度等のように定期的に搬送予測モデルＭを更新するようにしてもよい。これにより、搬送予測モデルＭの予測精度を向上させることができる。

上記実施の形態によれば、機械学習された搬送時間予測部３３において先行材Ｓ１ｐの圧延操業データに基づいて搬送時間Ｔを予測する。これにより、予め後行材Ｓ１ｆ寸法等に応じたテーブル値などにより搬送時間を設定しておくよりも、搬送時間の予測精度が向上するため、誘導加熱装置の無駄な駆動による不要なコストの増加を抑え、誘導加熱装置の劣化を抑制できる。

図５は、従来の加熱制御方法の一例を示すタイミングチャートである。図５において、後行材Ｓ１ｆが搬入検出センサ１３の検出位置Ｐに到達したタイミングを起点として、搬送距離Ｌ／搬送速度Ｖにより搬送時間Ｔが予測される。そして、予測した搬送時間Ｔよりも整定時間τだけ早く、誘導加熱装置２０の発振が開始される。例えば、Ｌは１２ｍ、Ｖが１ｍ／ｓ、整定時間τが２ｓの場合、被圧延材Ｓ１が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐに到達してから、１０秒後のタイミングで誘導加熱装置の発振が開始される。

しかしながら、仕上げ圧延機６による先行材Ｓ１ｐの仕上げ圧延に遅れが生じている場合、後行材Ｓ１ｆは待機状態になる。待機時間中にも誘導加熱装置２０の出力が維持された状態となるため、加熱エネルギーの無駄が生じる。さらに、仕上げ圧延機では鋼板の材質を制御するために、圧延中に速度変更を行い、仕上げ圧延機６の出側の鋼板温度を制御することから、被圧延材Ｓ１に応じて仕上げ圧延が終了するまでの時間は被圧延材毎に変動する。また、仕上げ圧延における板厚や板幅の変動によっても鋼板の長さに変化が生じ、結果として待機時間は先行材Ｓ１ｐによってばらつきが生じる。

さらに、先行材に対する仕上げ圧延時には、各圧延スタンドのロールギャップおよびロール周速度は、先行材に対応した設定値に制御されている。後行材Ｓ１ｆの仕上げ圧延を開始する前には、各圧延スタンドのロールギャップおよびロール周速度を、後行材Ｓ１ｆに対する設定値に変更しておく必要がある。特に電動圧下式の圧延スタンドでは、ロールギャップの設定変更にも一定の時間を要する場合がある。この設定変更が完了するまで後行材Ｓ１ｆは待機状態になる。待機時間中にも誘導加熱装置２０の出力が維持された状態となるため、加熱エネルギーの無駄が生じる。

そこで、後行材Ｓ１ｆが誘導加熱装置２０の入側で待機する待機時間を含む搬送時間Ｔを先行材Ｓ１ｐの圧延操業データに基づいて予測することにより、先行材Ｓ１ｐによって待機時間にばらつきが生じても精度よく搬送時間Ｔを予測し、誘導加熱装置２０での電力消費を抑制することができる。

図６は本発明の誘導加熱制御装置が適用される誘導加熱装置の別の一例を示す模式図である。なお、図６において、図２と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図２において１台の誘導加熱装置２０が設置されている場合について例示しているが、図６のように、２台以上の誘導加熱装置２０を直列に配置してもよい。

図６において、熱間圧延設備１００は、第１誘導加熱装置１２０ａと、第１誘導加熱装置１２０ａの後段に設置された第２誘導加熱装置１２０ｂとを有する。この場合、搬送時間予測部３３は、被圧延材Ｓ１が搬入検出センサ１３の検出位置Ｐから距離Ｌａだけ移動して第１誘導加熱装置１２０ａの加熱開始位置ＨＳａに到達する第１搬送時間Ｔａと、被圧延材Ｓ１が検出位置Ｐから距離Ｌｂだけ移動して誘導加熱装置１２０ｂの加熱開始位置ＨＳｂに到達する第２搬送時間Ｔｂとをそれぞれ予測する。そして、第２搬送時間Ｔａは第１搬送時間よりも長くなり、第１誘導加熱装置１２０ａと第２誘導加熱装置１２０ｂの発振開始タイミングは異なるものに設定される。なお、搬送予測モデルＭは、搬送時間Ｔａ、Ｔｂの両者を予測してもよいし、搬送時間Ｔａ、Ｔｂをそれぞれ予測するための２つの搬送予測モデルを生成しておいてもよい。この場合も図２と同様、誘導加熱装置２０における無駄な加熱エネルギーを一層低減できる。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、図１の熱間圧延設備１において、仕上げ圧延機６の入側に、被圧延材Ｓ１の表面に生成する２次スケールを除去するためのスケールブレーカーが配置されていてもよい。スケールブレーカーは、通常、誘導加熱装置２０の出側に配置される。また、被圧延材Ｓ１の先端および尾端の非定常部を切断して除去する不図示のクロップシャーが配置される。通常は、誘導加熱装置２０の上流側に配置されるが、誘導加熱装置２０の下流側に配置してもよい。

１、１００ 熱間圧延設備
２ 加熱炉
３ デスケーリング装置
４ 幅圧下装置
５ 粗圧延機
６ 圧延機
７ 冷却装置
８ 巻取装置
９ 搬送装置
１１ 粗出側温度センサ
１２ 仕上げ入側温度センサ
１３ 搬入検出センサ
２０ 誘導加熱装置
３０ 誘導加熱制御装置
３１ 搬送制御部
３２ 加熱制御部
３３ 搬送時間予測部
４０ 圧延制御装置
５０ 設備制御装置
６０ 搬送予測モデル生成装置
６１ 機械学習部
ＤＢ データベース
ＨＳ、ＨＳａ、ＨＳｂ 加熱開始位置
Ｍ 搬送予測モデル
Ｐ 検出位置
Ｓ 加熱開始位置
Ｓ１ 被圧延材
Ｓ１ｆ 後行材
Ｓ１ｐ 先行材
Ｔ、Ｔａ、Ｔｂ搬送時間

Claims (9)

1. 粗圧延機で粗圧延された被圧延材を誘導加熱装置により加熱し、加熱した前記被圧延材を搬送装置により搬送して仕上げ圧延機により仕上げ圧延することを、先行する被圧延材である先行材及び前記先行材の直後に仕上げ圧延する後行材に対し行う際に、前記誘導加熱装置を制御する被圧延材の加熱制御方法であって、
   前記粗圧延機から前記誘導加熱装置へ搬送される前記後行材を検出する検出ステップと、
   検出した前記後行材が前記誘導加熱装置まで搬送され加熱開始されるまでの搬送時間を、機械学習された搬送予測モデルに前記先行材の仕上げ圧延に関する情報を含む圧延操業データを入力し、前記搬送予測モデルから出力させる搬送予測ステップと、
   出力した前記搬送時間に基づき、前記誘導加熱装置の発振開始タイミングを設定する設定ステップと、
   を有する被圧延材の加熱制御方法。
2. 前記設定ステップにおいて、予測した前記搬送時間よりも前記誘導加熱装置での整定時間分だけ早く発振開始タイミングを設定する請求項１に記載の被圧延材の加熱制御方法。
3. 前記圧延操業データは、前記先行材の前記仕上げ圧延機での圧延条件、もしくは仕上げ圧延前の前記先行材に関する情報を含む請求項１又は２に記載の被圧延材の加熱制御方法。
4. 前記圧延操業データは、前記後行材に対する前記仕上げ圧延機の圧延条件の設定情報、もしくは仕上げ圧延前の前記後行材が前記誘導加熱装置に進入する際の温度に関する情報を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の被圧延材の加熱制御方法。
5. 前記誘導加熱装置は複数台直列に設置されており、
   前記搬送予測ステップにおいて、前記誘導加熱装置毎に前記搬送時間を予測する請求項１～４のいずれか１項に記載の被圧延材の加熱制御方法。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の被圧延材の加熱制御方法を用いて前記被圧延材の仕上げ圧延を行う熱延鋼板の製造方法。
7. 粗圧延された被圧延材を誘導加熱装置により加熱し、加熱した前記被圧延材を搬送装置により搬送して仕上げ圧延機により仕上げ圧延することを、先行する被圧延材である先行材及び前記先行材の直後に仕上げ圧延する後行材に対し行う際に、前記被圧延材への加熱を制御する被圧延材の誘導加熱制御装置であって、
   前記後行材を前記誘導加熱装置へ搬送するとき、前記先行材の仕上げ圧延に関する情報を含む圧延操業データを機械学習された搬送予測モデルに入力し、前記後行材が前記誘導加熱装置まで搬送され加熱開始されるまでの搬送時間を前記搬送予測モデルの出力として取得する搬送時間予測部と、
   前記搬送時間予測部において予測された前記搬送時間で前記誘導加熱装置へ前記被圧延材を搬送するように前記搬送装置を制御する搬送制御部と、
   前記搬送時間予測部において予測された前記搬送時間に基づき、前記後行材に対する前記誘導加熱装置の発振開始タイミングを設定する加熱制御部と、
   を有する被圧延材の誘導加熱制御装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の搬送予測モデルを生成する搬送予測モデル生成装置であって、
   既に仕上げ圧延が行われた前記先行材の圧延操業データと、前記先行材の直後の前記後行材の搬送時間を含む搬送実績データとを取得し、
   取得した前記圧延操業データと前記搬送実績データとを用いて前記搬送予測モデルを機械学習し、前記搬送予測モデルを生成する搬送予測モデル生成方法。
9. 前記搬送予測モデルは、ニューラルネットワーク、決定木学習、ランダムフォレスト、及びサポートベクター回帰から選択した機械学習により学習される請求項８に記載した搬送予測モデル生成方法。

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