JPH0671315A - 熱間圧延における鋼板の圧延温度予測方法 - Google Patents

熱間圧延における鋼板の圧延温度予測方法

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JPH0671315A
JPH0671315A JP22578992A JP22578992A JPH0671315A JP H0671315 A JPH0671315 A JP H0671315A JP 22578992 A JP22578992 A JP 22578992A JP 22578992 A JP22578992 A JP 22578992A JP H0671315 A JPH0671315 A JP H0671315A
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steel sheet
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rolling
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thickness direction
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JP22578992A
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Yuichi Yasuda
雄一 安田
Kenichi Oe
憲一 大江
Tokuo Mizuta
篤男 水田
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、TMCP鋼板等の熱間圧延鋼板の圧
延温度を、圧延工程においてオンラインで予測する方法
に関し、鋼板先端部の圧延温度の高精度に予測できるよ
うにして、鋼板先端部の圧延荷重を高精度に予測可能に
するとともに、鋼板全長での材質特性を予測したり制御
できるようにすることを目的とする。 【構成】そこで、熱伝導方程式の弱表現式を用いて鋼板
の板厚方向温度分布を算出するとともに、算出された該
板厚方向温度分布に基づいて鋼板の板長手方向温度分布
を算出してから、先端部から圧延履歴によって定まる長
さを除外した領域で鋼板の代表位置を少なくとも一つ設
定して、該代表位置における鋼板の表面温度を温度計測
手段により計測し、該計測温度に基づいて鋼板の板厚方
向温度分布および板長手方向温度分布を修正することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、TMCP鋼板等の熱間
圧延鋼板の圧延温度を、圧延工程においてオンラインで
予測する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、鋼構造物の大型化と使用環境の過
酷化に伴って、厚板製品の重要特性である強度,じん
性,溶接性等に対する要求はますます厳しくなってきて
いる。そこで、TMCP(Thermo Mechanical Control P
rocess)が適用され、圧延工程でオンライン冷却を施し
て各種のじん性,溶接性に優れた高張力鋼板(例えば、
加速冷却鋼板,直接焼入れ鋼板)が製造されている。
【0003】これらのTMCP鋼板の材質の安定化や板
厚精度および平坦度の向上に際して(つまりは熱間圧延
鋼板についての形状制御,板厚制御,制御圧延に際し
て)、圧延工程での圧延温度予測の高精度化は極めて重
要な要素である。従来の圧延温度予測手段は、鋼板の板
厚方向における平均温度もしくは温度分布を求めるもの
であり、温度予測を行なうことができる位置は、鋼板内
の温度変化が板厚方向にのみ生じる領域に限定されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このため、従来の圧延
温度予測手段では、板長手方向の熱流れが大きく影響す
る鋼板先端部の圧延温度を予測することができず、その
結果、以下に記すような問題があった。
【0005】ミルセッティングや周知の技術であるゲ
ージメータ方式AGC(Automatic Gauge Control)ある
いは絶対値AGCを高度化する上で重要となる鋼板先端
部の圧延荷重を高精度に予測できないため、AGCロッ
クオン位置を先端に近づけることができない。 鋼板先端部の圧延温度の予測や管理が行なえないこと
から、鋼板全長での材質特性を予測したり制御すること
ができない。
【0006】そこで、近年、差分法に基づく圧延温度予
測モデルが実用化されているが、計算機の規模や負荷が
大きくなるという課題がある。
【0007】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、鋼板先端部の圧延温度を高精度に予測できる
ようにして、鋼板先端部の圧延荷重を高精度に予測可能
にするとともに、鋼板全長での材質特性を予測したり制
御できるようにした、熱間圧延における鋼板の圧延温度
予測方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の熱間圧延における鋼板の圧延温度予測方法
(請求項1)は、鋼板の温度を計測する温度計測手段をそ
なえ、熱伝導方程式の弱表現式を用いて前記鋼板の板厚
方向温度分布を算出するとともに、算出された該板厚方
向温度分布に基づいて前記鋼板の板長手方向温度分布を
算出してから、先端部近傍の温度分布を有する領域とそ
れ以外の領域とのそれぞれについて代表位置を少なくと
も一つ設定して、該代表位置における前記鋼板の表面温
度を前記温度計測手段により計測し、該計測温度に基づ
いて前記鋼板の板厚方向温度分布および板長手方向温度
分布を修正することを特徴としている。
【0009】また、圧延工程での冷却形態にのみ支配さ
れる前記鋼板の板厚方向の第1の温度分布と、前記鋼板
内での復熱挙動を表わす前記鋼板の板厚方向の第2の温
度分布とを、それぞれ、熱伝導方程式に基づく連立偏微
分方程式からなる初期値境界値問題の解として求めるべ
く、前記連立偏微分方程式について弱表現式を用いるこ
とにより該連立偏微分方程式を時間の連立常微分方程式
系に帰着させ、該連立常微分方程式を解くことにより前
記の第1および第2の温度分布を求めた後、所定初期温
度分布を有する鋼板を所定冷却形態下で冷却した場合に
前記鋼板の板厚方向分布を、前記第1の温度分布と前記
第2の温度分布とを重畳したものとして算出してもよ
い。
【0010】
【作用】上述した本発明の熱間圧延における鋼板の圧延
温度予測方法では、圧延工程での種々の冷却形態でのオ
ンライン圧延温度予測モデルが、熱伝導方程式の弱表現
式を用いることにより、熱伝導方程式に基づいて物理的
意味をもたせながら構築されるので、そのモデルによ
り、鋼板の板厚方向温度分布を高精度に算定することが
できる。
【0011】さらに、上述のごとく算出された鋼板の板
厚方向温度分布に基づいて鋼板の板長手方向温度分布が
算出された後、先端部から圧延履歴によって定まる長さ
を除外した領域で設定された鋼板の代表位置における鋼
板の表面温度が計測され、その計測温度に基づいて鋼板
の板厚方向温度分布および板長手方向温度分布が修正さ
れて、鋼板先端部の圧延温度を高精度に予測できる。
【0012】
【実施例】本発明では、圧延工程における種々の冷却形
態での圧延温度予測を熱伝導方程式に基づいて、物理的
意味をもたせながら高精度に構築するために、熱伝導方
程式の弱表現式を用いることにより、板厚方向の温度分
布を以下のように算定している。なお、熱伝導方程式の
弱表現式については、B.A.Finlayson:The Methodof We
ighted Residuals and Variational Principle(1972,Ac
ademic Press)や、O.C.Zienkiewicz:The Finite Eleme
nt Method(1977,McGraw-Hill)に記載されている。
【0013】圧延温度予測モデルの構築に際しての前提
として下記(a)〜(d)の仮定を設定することにより、圧
延工程での温度予測モデルは、各冷却形態下における板
厚方向の熱伝導に関する初期値境界値問題の解を導出す
ることによって構築される。 (a)加熱炉抽出時におけるスラブの板厚方向温度分布は
一様である。 (b)圧延工程における鋼板上下面の熱伝達係数は同一で
ある。 (c)圧延中の塑性加工による加工発熱は板厚方向に一様
である。 (d)ロール接触時の鋼板の板厚は入出側の平均厚であ
る。
【0014】以上の仮定のもと、以下のごとく、一次元
圧延温度予測モデルを定式化し、鋼板の長手方向位置y
における板厚方向温度分布Ty(x,t)を算出する。つま
り、初期温度分布φ0(x)を有する鋼板を一定の冷却形態
下で冷却した場合、図1に示すように、長手方向位置y
における板厚方向温度分布Ty(x,t)は、次の連立偏微分
方程式(2),(3)からなる初期値境界値問題の解U,Vを
重畳した(1)式のような形で表わすことができる。 Ty(x,t)=U(x,t)+V(x,t) (1)
【0015】
【数1】
【0016】ここで、上式(2),(3)において、λ,c,
ρはそれぞれ鋼板の熱伝導率,比熱,密度、αは熱伝達
係数、hは鋼板の板厚、T0は雰囲気温度、tは時間、
xは鋼板の板厚方向位置である。
【0017】この時、Vは冷却形態にのみ支配される温
度分布を表わし、Uは鋼板内での復熱挙動を表わす温度
分布である。U,Vを定式化するに際して、初期値境界
値問題(3)式における鋼板表面での境界条件は、モデル
の簡略化のために、次式(4),(5)のように近似化した。
【0018】
【数2】
【0019】圧延工程での各冷却形態における鋼板の板
厚方向の温度分布は、板厚方向位置xの巾乗の関数とし
て表わされるとする。今、解析対象とする冷却工程の前
履歴の冷却工程数をkとおけば、初期温度分布φ0(x)
は、板厚方向位置xの冪乗の関数として次式(6)のよう
に表示することができる。
【0020】
【数3】
【0021】この時、初期値境界値問題(2),(3)式の解
U,Vは次式(7),(8)のように表わすことができる。
【0022】
【数4】
【0023】次に、連立偏微分方程式(2),(3)につい
て、弱表現式を用いることにより、
【数5】 を未知関数とする時間の連立常微分方程式系に帰着させ
ることができ、各々の未知関数を解析的に求めることに
より、U,Vを具体的に導出でき、初期値境界値問題
(2),(3)式の解U,Vは定式化され、長手方向位置yに
おける板厚方向温度分布Ty(x,t)が算出される。
【0024】つまり、本実施例では、圧延工程での冷却
形態にのみ支配される鋼板板厚方向の第1の温度分布V
と、鋼板内での復熱挙動を表わす鋼板板厚方向の第2の
温度分布Uとを、それぞれ、熱伝導方程式に基づく連立
偏微分方程式(2),(3)からなる初期値境界値問題の解と
して求めるべく、連立偏微分方程式(2),(3)について弱
表現形式を用いることにより連立偏微分方程式(2),(3)
を時間の連立常微分方程式系に帰着させる。
【0025】この連立常微分方程式系を解くことによ
り、温度分布U,Vを求めた後、所定初期温度分布φ
0(x)を有する鋼板を所定冷却形態下で冷却した場合にお
ける鋼板の板厚方向温度分布Ty(x,t)が、(1)式により
温度分布UとVとを重畳して算出される。
【0026】そして、鋼板の鋼板の板長手方向温度分布
T(x,y,t)が、前述のごとく算出した板長手方向位置(圧
延方向位置)yにおける板厚方向温度分布Ty(x,t)を用
いて、下式(9)のごとく算出され、この(9)式により鋼板
先端部近傍の圧延温度を算出することができる。
【0027】
【数6】
【0028】デスケーリングタイミング等によって温度
分布が大きく変化する最先端部を除いた長手方向に温度
分布を有する先端部領域と、それ以外の領域とにおい
て、それぞれ代表位置A1,A2を少なくとも一つ設定し
て、その位置A1,A2での表面温度を所定の温度計測手
段(例えば、周知の技術である位置対応可能な温度計)に
より計測する。最先端部の除外する領域としては、種々
の二次元熱伝導解析の結果、先端から50mmを除外すれ
ば十分である。
【0029】上述した代表位置での計測温度に基づい
て、(9)式により算出された鋼板の板厚方向および板長
手方向の温度分布T(x,y,t)を、下式(10)のごとく修正
して、修正温度分布T′(x,y,t)を算出し、この(10)式
による温度分布T′(x,y,t)に基づいて鋼板先端部近傍
の温度分布(圧延温度)を高精度に予測することができ
る。 T′(x,y,t)=T(x,y,t)+f(y,ΔT1,ΔT2) (10)
【0030】ただし、ΔT1は代表位置A1での計測温度
と予測温度との差、ΔT2は代表位置A2での計測温度と
予測温度との差、f(y,ΔT1,ΔT2)は修正関数であ
る。例えば、修正関数の関数形としては、オフラインで
計測した長手方向の温度分布と予測した長手方向の温度
分布とから決定することができる。
【0031】ここで、上述した本発明の方法を用いて熱
間圧延された鋼板先端部の温度予測を行ない、実測値と
の比較を行なった結果を以下に説明する。なお、圧延温
度の予測には上述の(9)式を用いた。仕上げ圧延開始前
に位置対応可能な赤外線放射温度計を用いて圧延材の先
端からの距離が100mmの位置と500mmの位置とを温
度計測の代表位置として温度計測を行なった。
【0032】その結果、計測温度と予測温度との差は、
500mm位置で4℃、100mm位置で12℃あった。そ
の後、予測温度を修正せずにそれに続く圧延工程での温
度の予測計算を行なった場合、計測温度と予測温度との
差は、それぞれ6℃,15℃であり、高精度に圧延温度
を予測できる。さらに、圧延温度の予測値を(10)式を用
いて修正を行ない、それに続く圧延工程での温度を予測
計算するとそれぞれの位置で計測温度と予測温度との差
は、−2℃,3℃であり、極めて高精度に圧延温度を予
測できる。このことから、本発明の効果が明確になっ
た。
【0033】なお、精度比較における圧延条件として
は、鋼板の規格を溶接構造用鋼板、スラブサイズを厚さ
280mm×幅1170mm×長さ3640mm、仕上がりサ
イズを厚さ40mm×幅1170mm×長さ25500mm、
加熱温度を1180℃、仕上がり温度を820℃とす
る。
【0034】このように、本実施例の方法によれば、こ
れまでオンラインで予測できなかった鋼板先端部近傍の
圧延温度を高精度に推定することが可能となり、鋼板先
端部の圧延荷重を高精度に予測でき、ゲージメータ方式
AGCあるいは絶対値AGCの高度化に寄与しうるほ
か、鋼板先端部の圧延温度の予測や管理を行なえるた
め、鋼板全長での材質特性を予測したり制御することが
できる。
【0034】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の熱間圧延
における鋼板の圧延温度予測方法によれば、熱伝導方程
式の弱表現式を用いて鋼板の板厚方向温度分布を算出す
るとともに、その板厚方向温度分布に基づいて鋼板の板
長手方向温度分布を算出してから、先端部近傍の温度分
布を有する領域とそれ以外の領域とのそれぞれについて
代表位置を少なくとも一つ設定して、該代表位置におけ
る鋼板の表面温度を計測し、該計測温度に基づいて鋼板
の板厚方向温度分布および板長手方向温度分布を修正す
るように構成したので、鋼板先端部近傍の圧延温度を高
精度に推定することが可能となり、鋼板先端部の圧延荷
重を高精度に予測できゲージメータ方式AGCあるいは
絶対値AGCを高度化できるほか、鋼板先端部の圧延温
度の予測や管理を行なえ鋼板全長での材質特性を予測し
たり制御できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての熱間圧延における鋼
板の圧延温度予測方法を説明すべく鋼板板厚方向の温度
分布例を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱間圧延における鋼板の圧延温度を予測
    する方法において、 前記鋼板の温度を計測する温度計測手段をそなえ、 熱伝導方程式の弱表現式を用いて前記鋼板の板厚方向温
    度分布を算出するとともに、算出された該板厚方向温度
    分布に基づいて前記鋼板の板長手方向温度分布を算出し
    てから、 先端部近傍の温度分布を有する領域とそれ以外の領域と
    のそれぞれについて代表位置を少なくとも一つ設定し
    て、該代表位置における前記鋼板の表面温度を前記温度
    計測手段により計測し、 該計測温度に基づいて、前記鋼板の板厚方向温度分布お
    よび板長手方向温度分布を修正することを特徴とする熱
    間圧延における鋼板の圧延温度予測方法。
  2. 【請求項2】 圧延工程での冷却形態にのみ支配される
    前記鋼板の板厚方向の第1の温度分布と、前記鋼板内で
    の復熱挙動を表わす前記鋼板の板厚方向の第2の温度分
    布とを、それぞれ、熱伝導方程式に基づく連立偏微分方
    程式からなる初期値境界値問題の解として求めるべく、
    前記連立偏微分方程式について弱表現式を用いることに
    より該連立偏微分方程式を時間の連立常微分方程式系に
    帰着させ、 該連立常微分方程式を解くことにより前記の第1および
    第2の温度分布を求めた後、 所定初期温度分布を有する鋼板を所定冷却形態下で冷却
    した場合に前記鋼板の板厚方向分布を、前記第1の温度
    分布と前記第2の温度分布とを重畳したものとして算出
    することを特徴とする請求項1記載の熱間圧延における
    鋼板の圧延温度予測方法。
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