JPS608886B2 - 熱間圧延における圧延板材の温度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、たとえばホットストリップミルのような、
熱間圧延設備における圧延材の温度測定装置に関する。

従来、熱間圧延における圧延材の温度管理、温度制御、
圧延機設定計算等の基礎となる圧延材の温度を検出する
手段として、ミルラィンの要所要所に温度計を設置し、
この温度計によって圧延材の温度を把握することがなさ
れてきた。第１図に示すホットストリップミルによる鋼
帯の熱間圧延の場合についてこれを説明すると、鋼スラ
ブは加熱炉Ｆで加熱された後、熱片として抽出され、竪
ロールスタンドＶＳＢを経て第１粗圧延機Ｒ，に噛込ま
れるまでに、加熱条件や、抽出後温度計Ｔ，によって測
定された表面温度等から、最終仕上圧延機折７出側まで
その温度変化が予測され、温度計Ｔ４で測定される仕上
温度が所定の範囲に入るように、かつ各圧延機における
負荷制約も考慮してロール間隙、圧延速度、仕上圧延機
列Ｆ，〜Ｆ７入側における待機時間、ミルラィィンにお
ける冷却時間等が設定され、この条件下で圧延されて行
く。

上に述べた圧延条件下での鋼スラブの粗圧延Ｒ，〜Ｒ５
が終了した後に、最終相圧延機Ｒ５出側に設置した温度
計Ｔ２により材料温度を測定し、事前に予測した温度と
前記測定した温度とを比較し、差があれば実測温度に基
づき予測温度を修正し、温度計Ｔ２から温度計Ｔ４に至
る間の材料の温度変化を再予測し、仕上圧延機列出側に
おける材料温度、即ち仕上温度が確保されるように仕上
圧延機列における各圧延機のロール間隙、圧延速度、待
機時間および材料に対する冷却条件を再設定し圧延を行
なう。

その際、再予測した温度の予測精度が、仕上圧延機列に
おける反力推定精度を大きく左右し、この反力推定精度
が圧延製品の板厚精度に大きな影響を及ぼす。一方、予
側仕上温度の精度の高低は、鋼スラブの加熱ェネルギに
密接に関係する。即ち、仕上温度の予測精度が低ければ
、所要の仕上温度を確保するために余裕をみて加熱炉か
らの鋼スラブ抽出温度をいくらか高くしておく必要を生
じ、加熱コストを高くする。このようにして、材料の温
度予測および就中粗圧延終了後仕上圧延機列出側までの
材料温度予測精度は、製品品質ならびに製造コストと密
接な関係がある。圧延材料の温度予測精度は、一つは予
測モデルに依存することは勿論であるけれど、もつ一つ
重要なことは、前記粗圧延終了時点における材料温度の
検出精度である。従来の、粗圧延終了時点における材料
温度の検出手段は、第１図に示すホットストリップミル
についてみると、粗圧延機Ｒ５の出側８肌の位置に非接
触型の表面温度計Ｔ２を設置し、それによって測定した
材料表面温度をその時刻における圧延材の平均温度とみ
なして、或は、表面温度計によって測定した材料表面温
度に後で述べる経験的補正を行なうものであり、こうし
て得られた材料温度に基づいて以降の圧延過程における
材料温度の変化を予測し、仕上圧延温度が所定の範囲に
入るような圧延条件を求める、所言胃仕上圧延機列の設
定計算を行なうものである。

上に述べた従来の圧延材料の測定手段によって得られる
圧延材料の側溢精度を、第１図り示すホットストリップ
ミルにおける圧延について発明者等が検証してみた処、
かなりの誤差があった。

即ち、厚さ２０４肌の鋼スラブを１２７０ｑ０に加熱し
た後、粗圧延機Ｒ５出口厚さ４４．７脚まで粗圧延した
ときの、加熱炉抽出からの材料表面、厚さ方向中心およ
び平均温度の変化を計算によって求めてみた処、第２図
に示すように、粗圧延機Ｒ５における圧延終了後の材料
表面温度と平均温度とは約３５００の差がある。つまり
粗圧延後の材料温度を把握するためには、実測表面温度
に何らかの補正をする必要がある。従来、加熱炉におけ
る鋼スラブの装入および抽出時の温度は、ほぼ一定であ
り（常温で装入され、抽出温度も一定の値であった）、
また粗圧延における圧延速度、粗圧延機列における圧延
機間テーブル速度、粗圧延終了時点での板厚等の圧延条
件も一定（ワンパターン）であり、僅かに、加熱炉から
抽出される材料（鋼スラブ）の厚さに応じて粗圧延初期
１〜２パスにおけるロール間隙を変えるだけである。

このように、粗圧延過程での材料温度変化は、加熱炉か
ら抽出される材料厚さ毎に決ったパターンとなるから、
経験的な補正により粗圧延後の材料温度を精度よく把握
することが可能であった。

しかし、近年加熱ェネルギを能う限り少ならしめるため
に、連続鋳造或は分塊圧延によって得られた鋼スラブの
保有する顕熱を有効に利用すべ〈、高温のまま加熱炉に
袋入する所謂ホットチャーシを行なう比率が増大してき
た。一方、加熱炉における鋼スラブの加熱後抽出温度を
低い水準とする低温抽出操業が一般化しつつある。その
際、鋼スラブ抽出温度は、一連の圧延計画の中で前後の
圧延製品厚や幅のとり合せにより常に一定であるとは限
らず、仕上圧延完了時の温度が確保できかつ加熱ヱネル
ギが最４・となるように決められる。このような背景か
ら、粗圧延完了時点での圧延材板厚は、仕上圧延完了時
点での材料温度を確保するための操作パラメータ（変数
）として扱われる。近年の鉄鋼業界における傾向として
は、仕上圧延完了時点での材料温度を確保するとともに
、加熱炉からの鋼スラブ抽出温度を能う限り低い水準と
するために、粗圧延完了時点での圧延材の厚さを大きく
する方向にある。たとえば、最終圧延製品厚さ（ホット
コイル）が３柳である場合仕上圧延機列前段（粗圧延完
了時点）における圧延材の厚さを３比肋から６仇肌吾こ
厚くすると、加熱炉からの鋼スラブ抽出温度を１５００
０低い水準にもってつくることができ、ホットコイル製
造コストを３００〜４００円／のｎ低下せしめ得る。ま
た、連続鋳造或は分塊圧延によって得られた鋼スラブを
高温のまま加熱炉に装入する所謂ホットチャージを行な
うと、たとえば連続鋳造プロセスからの鋼スラブアウト
プットシーケンスに規定されて、同一サイズ（最終圧延
製品厚さ、幅）をまとめて連続的に圧延するという計画
的圧延がやりづらくなる。上に述べた理由により、加熱
炉から抽世される鋼スラブの抽出温度は時々刻々変化し
、粗圧延完了時点の圧延材厚さも１本毎に変るから、従
来のように圧延ロットサイズが大きく、圧延材表面温度
から傾向をつかみ経験的補正を加える粗圧延終了時の圧
延材の温度把握法が探れなくなった。その結果、仕上圧
延完了時点での材料温度の予測精度が低下し、仕上材料
温度を保証するために加熱炉からの鋼スラブ抽出温度を
低い水準にもって行くことができず。加熱ェネルギを低
くすることができない。さらに、圧延材温度に密接に関
連する圧延荷重の予測精度が低下するため圧延製品板厚
精度も低下する。

この発明は、上に述べた従来の、ミルラィンにおける圧
延材料温度の予測精度に起因する省エネルギ化への聡路
或は、製品ゲージ精度の低下といった問題を解決するこ
とを目的としてなされた。

その特徴とする処は、圧延機に板材が噛込まれたときに
信号を発する噛込信号発信器と、圧延機出側における板
材の表面温度を検出する温度計と、前言己噛込信号発信
器からの信号によって計時を開始するとともに板材が前
記温度計の位置に達するまでの時間を測定する計時装置
と、圧延機出側における板材の厚さを測定する手段と、
前記温度計によって測定された板材表面温度、前記計時
装置によって測定された板材が圧延機に噛込まれてから
温度計によってその表面温度が検出されるまでの時間お
よび前記板厚測定手段によって測定された板厚とから復
熱完了後の板材表面温度８ｓｃを８ｓｃ＝８ｓ＾＋Ｑ（
ｔ）ＨＢによって演算するとともに、板材厚さ方向にお
ける温度分布ＦｘをＦｘ＝ＡＦＡと＝８（ｅ，−ｅ２８
−ｅ３８２ ）および８ｃ−ａｃ−８ｓｃａＳＣ＝ａ＋
ｂＨ８十（Ｃ＋凪Ｂ）ａＳＣ・６＝希１こよって演算す
る演算装置を備えるにある。

但し、 ｏｓｃ；復熱完了後の板材表面温度 ８ｓ＾；実測板材表面温度 Ｑ：係数、圧延後側塩までの時間により定まる。

ｔ：圧延後側溢までの時間ＨＢ；圧延後の板材厚さ Ｆｘ；板材厚さ方向温度分布 ｘ；板材厚さ方向の表面からの距離 ８ｘ：ｘの位置の温度 ８ｃ；板厚中心（ｘ＝日Ｂノ２）の温度 ｅ，〜ｅ３；圧延後の板厚ＨＢによって決まる定数ａ、
ｂ、ｃ、ｄ：ミルレィアウトにより決まる係数である。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明は、たとえば粗圧延後における圧延材の実測表面
温度とそのときの圧延材の厚さから圧延材の厚さ方向の
温度分布ならびに平均温度を高精度に測定するものであ
る。

本発明を第１図に示すホットストリップミルにおける圧
延に適用する場合に関して以下説明する。

粗圧延機列の最終圧延機Ｒ５出側における材料表面温度
を計算により求めると、第２図に示すように「圧延材は
ロールとの接触によってその表面は一時的に過冷され、
ロールから離脱すると内部（板厚方向中心部）からの熱
伝導により上昇（いわゆる復熱）し、圧延後４〜６秒間
で最高に達し、以後雰囲気流体（たとえば大気）への対
流および放射により表面温度が低下し始める。圧延材表
面温度がロールとの接触により降下し復熱が完了するま
での時間は、粗圧延完了時の板厚や、加熱炉からの鋼ス
ラブ抽出温度によっては殆んど変化せず４〜６秒間であ
る。従って、５秒後としても表面温度と復熱による最高
到達表面温度との差は、±１℃以内である。本発明者等
は、圧延過程における圧延材温度を高精度に把握するた
めに、上に述べた圧延材表面温度の挙動と材料厚さ方向
における温度分布の関連について解明を行なった。

圧延材がロールに接触し離脱するときの、熱的に極端な
非定常変化過程である復熱現象が終る時点（第２図に示
す例では圧延から５秒後）の圧延材厚さ方向における温
度分布を計算によって求め、これを解析した結果、圧延
材の表面温度ａｓｃと厚さ方向中心温度８ｃ間の差は、
粗圧延完了後の圧延材厚さ（板厚）ＨＢにより次の【１
’式で表わし得ることを解明した。

８Ｃ−ＯＳＣ＝ａ＋ｂＨＢ＋（ｃ十ｑＨＢ）８ＳＣ……
ｔｌ｝なおａ、ｂ、ｃおよびｄは、ホットストリップミ
ルのライン構成により変化する定数であって、第１図に
示すホットストリップミルの場合には、ａ＝３３．８ｂ
＝−３．６７ Ｃ＝−０．０３７１ ｄ＝０．００５２７ である。

これらの定数は、ホットストリップミルのライン構成が
与件として定まったら、テーフル速度等を織込んだ厳密
な伝熱過程の計算によって定められる。上に述べた発明
者等の解析によって、圧延材厚さ方向における温度の分
布形状は、次の■式で表わせることを解明した。

ＦＸ＝６（ｅ「ｅ２８−ｅ３３２）……（２｝ここでＦ
Ｘ＝浩器、８＝金、。

≦Ｘ≦もｘ：圧延材表面からの厚さ方向深さ ａｘ；深さｘの位置の温度 である。

またｅ，、ｅ２およびｅ３は圧延材厚さＨＢにより変る
定数であって、圧延材厚さがＨＢ＝５０柳の場合ｅ，＝
３．２５ｅ２：１．０、ｅ３：３．０である。以上述べ
たように、粗圧延完了時点での圧延材厚さ方向の温度分
布は、｛１｝式および■式により、そのときの圧延材表
面温度と粗圧延完了時点の圧延厚さ（板厚）ＨＢとから
求めることができる。圧延材の厚さ方向における温度分
布かわかれば平均温度８Ｍは、次の｛３｝式により容易
に求めることができる。８Ｍ＝２′三やＧＸｄ８川““
（３’ このようにして求めた、圧延材厚さ方向の温度分布を用
いて、以後の圧延材の温度変化を高精度に予測し得、仕
上圧延条件を求めることができる。

この発明を実施するに際して、圧延後複熱が終了する位
置（第２図では圧延５秒後）に表面温度計を設置できな
い場合、また、圧延から復熱までの間に圧延材表面に酸
化スケールが発生し、圧延材表面温度の測定に際しその
精度に問題がある場合は、復熱過程の途中で側溢し、こ
れに基づいて復熱完了時点における温度に換算すること
によりこの点は問題なくなる。

たとえば、第１図に示すホットストリップミルレィアウ
トの場合、最終段粗圧延機Ｒ５における圧延から５秒後
とｔ秒後の圧延材表面温度の差は、次伽４｝式で示され
る。ａｓ｛５）−８ｓｍ＝Ｑ（ｔ）ＨＢ……〔４’（Ｑ
は時間ｔによって変わる定数）従って、たとえば圧延後
２秒間で材料先端が表面温度計の位置に到達した場合に
は、表面温度計によって測定した表面温度８ｓ■を｛４
）式によって復熱後の表面温度８ｓ■に換算できる。

さらに、圧延機出側に設ける温度計の位置を圧延速度に
対応して変化させる必要かないように、圧延ロールによ
る圧延材噛込み後胤塩タイミング（たとえば５秒後）ま
せの圧延速度パターンを常に一定にしておくようにして
もよい。

この発明は、以上の知見を基礎にして構成されたもので
ある。

図面を参照しながらその好ましい一実施例に基づいてさ
らに詳細に説明する。第３図に、その−実施例を示す。
第３図において、１は圧延機であり、たとえば４重式粗
圧延機である。２は圧延材、３は温度計であり圧延材２
の表面温度を測定する。

４は油圧圧下装置であり、この油圧圧下装置の一部にた
とえば油圧検出装置が組込まれた圧延材２がロールによ
って噛込まれたときに圧延荷重の変化を検出しこれを噛
込信号として出力する。

５は自動板厚制御装置（ＡＧＣ）でありゲージメータ方
式（ＢＩＳＲＡ方式）の自動板厚制御を行なうとともに
時々刻々の圧延機１出側における圧延材の厚さを出力す
る。

６は計時装置であり油圧圧下装置４からの噛込信号が入
力されて計時を開始し温度計３による側温開始までの時
間を計時する。

７は演算装置であり、温度計３による圧延材表面温度８
ｓＡ、計時装置６によってカウントされた圧延ロールに
よる圧延材噛込みから表面温度測定までの時間ｔ、およ
び自動板厚制御装置５によって出力される圧延機１出側
における板厚ＨＢとから既に述べた（１｝〜（４によっ
て復熱完了時点の圧延材表面温度８ｓｃ、圧延材厚さ方
向中心温度８ｃ、圧延材厚さ方向における温度分布Ｆｘ
、圧延材厚さ方向における平均温度ａＭ等を演算々出す
る。

８は、仕上圧延機列における圧延条件を設定する設定演
算装置であり、演算装置７から出力される粗圧延機列を
出た圧延材の温度情報が入力されて、仕上圧延機列にお
ける各圧延機のロール関度、仕上圧延過程における圧延
材冷却条件等を演算し設定指令を出力する。

本発明は以上述べたように構成されるものであるが、そ
の作用について以下に説明する。

圧延材２が粗圧延機列の最終段圧延機１に噛込まれると
、油圧圧下装置４から噛込信号４ａが発せられて計時装
置６に入力され、それに従って計時装置６が計時を開始
する。

圧延材２が進行して温度計３の直下に到達したときに発
せられる渡り温信号３ａによって噛込信号発生から預り
温信号発生までの時間をカウントする。一方、自動板厚
制御装置５から粗圧延機１出側における圧延材厚さ（板
厚）ＨＢ信号５ａが出力される。温度計３からの圧延材
表面温度８ｓ＾信号３ａ、計時装置６からの噛込信号か
ら洩り温信号までの時間ｔ信号６ａおよび自動板厚制御
装置５からの圧延材厚さ（板厚）ＨＢ信号５ａが演算装
置７に入力され、既に述べた【１｝〜【４｝式によって
、復熱完了後の圧延材表面温度８ｓｃ、圧延材厚さ方向
中心温度ｏｃ、圧延材厚さ方向における温度分布ＦＸ、
および圧延材厚さ方向における平均温度８Ｍを演算々出
する。この発明になる圧延板材の温度測定装置を適用し
たときの効果を、仕上圧延完了時の圧延材温度の予測精
度について第４ａ図および第４ｂ図に示す。第４ａ図に
示すのは、従来の温度測定手段によって予測したときの
精度であるが、仕上圧延製品板厚が薄いときには特に予
測精度が低い。

第４ｂ図に示すのは、本発明になる圧延板材温度測定装
置によって測定した圧延材温度に基づいて仕上圧延後の
板材の温度を予測したときの精度である。

これらの結果から明らかなように、本発明によれば、従
来技術に比し格段に高い予測精度が可能になるとともに
製品板厚水準による精度低下が全くない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ホットストリップミルラィンの一例を示す概
要図、第２図は、ホットストリップミルにおける粗圧延
過程での圧延材の表面温度、圧延材厚さ方向中心温度お
よび平均温度の動向を示すグラフ、第３図はこの発明に
なる熱間圧延における圧延板材の温度測定装置の構成を
示すブロック図、第４ａ図は従来の圧延材側温手段の榎
Ｕ温結果に基づく仕上圧延後の圧延材の温度予測精度を
示すグラフ、第４ｂ図はこの発明になる熱間圧延におけ
る圧延板材の温度測定装置によって側溢した結果に基づ
く仕上圧延後の圧延材の温度予測精度を示すグラフであ
る。 １：圧延機、２：圧延材、３：温度計、４：油圧圧下装
置、４ａ：噛込み信号、５：ＡＧＣ装置、５ａ：圧延材
厚さ信号、６：計時装置、６ａ：時間信号、７：演算装
置、７ａ：温度情報、８：演算装置、Ｔ，〜Ｔ４：温度
計、ＶＳＢ：竪ロールスタンド、Ｒ，〜Ｒ５：組圧延機
、Ｆ，〜Ｆ７：仕上圧延機。 第１図 第２図 第３図 第４凶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧延機に板状が噛込まれたときに信号を発する噛込
   信号発信器と、圧延機出側における板材の表面温度を検
   出する温度計と、前記噛込信号発信器からの信号によっ
   て計時を開始するとともに板材が前記温度計の位置に達
   するまでの時間を測定する計時装置と、圧延機出側にお
   ける板材の厚さを測定する手段と、前記温度計によって
   測定された板材表面温度、前記計時装置によって測定さ
   れた板材が圧延機に噛込まれてから温度計によってその
   表面温度が検出されるまでの時間および前記板厚測定手
   段によって測定された板厚とから復熱完了後の板材表面
   温度θ＿Ｓ＿Ｃをθ＿Ｓ＿Ｃ＝θ＿Ｓ＿Ａ＋α（ｔ）Ｈ
   ＿Ｂによって演算するとともに、板材厚さ方向における
   温度分布Ｆ＿ＸをＦ＿Ｘ＝（θ＿Ｘ−θ＿Ｓ＿Ｃ）／（
   θ＿Ｃ−θ＿Ｓ＿Ｃ）＝β（ｅ＿１−ｅ＿２β−ｅ＿３
   β＾２）およびθ＿Ｃ−θ＿Ｓ＿Ｃ＝ａ＋ｂＨ＿Ｂ＋（
   ｃ＋ｄＨ＿Ｂ）θ＿Ｓ＿Ｃ、β＝ｘ／（Ｈ＿Ｂ）によっ
   て演算する演算装置とよりなる熱間圧延における圧延板
   材の温度測定装置。 但し、 θ＿Ｓ＿Ｃ；復熱完了後の板材表面温度 θ＿Ｓ＿Ａ；実測板材表面温度 α；係数、圧延後測温までの時間により定まるｔ；圧延
   後測温までの時間Ｈ＿Ｂ；圧延後の板材厚さ Ｆ＿Ｘ；板材厚さ方向温度分布 ｘ；板材厚さ方向の表面からの距離 θ＿Ｘ；ｘの位置の温度 θ＿Ｃ；板厚中心（ｘ＝（Ｈ＿Ｂ）／２）の温度ｅ＿１
   〜ｅ＿３；圧延後の板厚Ｈ＿Ｂによって決まる定数ａ、
   ｂ、ｃ、ｄ；ミルレイアウトにより決まる係数。