KR101889668B1 - 압연 시뮬레이션 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정밀도가 높은 압연 시뮬레이션을 실현할 수 있는 압연 시뮬레이션 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 압연 라인과 설정 계산기를 구비한 압연 시스템에 접속되는 압연 시뮬레이션 장치를 구비한다. 압연 시뮬레이션 장치는, 압연 라인에서 가상 금속 재료를 가열하여 압연하고 냉각해서 반송하는 가상 조업에 있어서의 제품 품질이나 조업 조건에 관한 시뮬레이션 조건을 설정하는 시뮬레이션 조건 설정부를 갖는다. 또한, 설정 계산기가 갖는 제1 모델 식과 마찬가지의 제2 모델 식을 사용하여, 시뮬레이션 조건을 달성하도록, 압연 라인에 설치된 액추에이터군의 제어 목표값과 가상 금속 재료의 상태 예측값을 산출하는 가상 압연 라인 설정 계산부를 갖는다. 또한, 제1 모델 식의 모델 파라미터군이 갱신된 경우에, 제1 모델 식의 모델 파라미터군에 기초하여, 제2 모델 식의 모델 파라미터군을 갱신하는 파라미터 갱신부를 구비한다.

Description

압연 시뮬레이션 장치{ROLLING SIMULATION DEVICE}

본 발명은 금속 제품을 제조하는 압연 라인 및 압연 조업을 모의하여, 금속 재료의 치수나 합금 조성, 가열, 압연, 냉각의 목표값 및 프로세스를 변경한 경우의, 조업 안정성, 프로세스 중간 재질, 제품 품질을 예측하는, 압연 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.

강을 비롯한 금속 재료에 있어서, 기계적 특성(강도, 성형성, 인성 등), 전자기적 특성(투자율 등) 등의 재질은, 그 합금 조성, 가열 조건, 가공 조건 및, 냉각 조건에 따라 변화한다. 합금 조성은, 성분 원소의 첨가량을 제어함으로써 조정하는데, 성분 조정 시에는 예를 들어 100톤 전후의 용강을 유지할 수 있는 성분 조정 로를 사용하는 등, 하나의 로트 단위가 크다. 그로 인해, 15톤 전후가 되는 개개의 제품마다 첨가량을 변경하는 것은 불가능하다. 따라서, 원하는 재질의 제품을 제조하기 위해서는, 가열 조건, 가공 조건 및, 냉각 조건을 적정하게 하여, 재질을 만들어 넣는 것이 중요하다. 또한, 이들 프로세스 조건은, 재질뿐만 아니라 제품 치수나 형상 등의 제품 품질이나, 안정된 조업의 실현에도 중요하다.

열간 압연 프로세스에 있어서는, 제품 품질이나 조업 조건에 관한 프로세스 조건인 다양한 프로세스 파라미터의 목표값을 변경함으로써, 제품을 구분 제작하고 있다. 프로세스 파라미터에는, 예를 들어 마무리 입측 온도, 마무리 출측 온도, 권취 온도 등으로 대표되는 압연 라인 상의 각 포인트에 있어서의 목표 온도나, 각 패스의 판 두께 스케줄이나, 압연기에 구비되어 있는 디스케일러의 패스마다의 사용 필요 여부나, 연속 압연기의 스탠드 간에 배치된 인터 스탠드 쿨링의 사용 필요 여부 및 사용 초기 유량이나, 마무리 압연기에서 사용하는 윤활유량이나, 런아웃 테이블에서 사용하는 냉각 패턴 등이 있다.

목표한 제품 품질을 달성하도록, 즉, 상기 각종 프로세스 파라미터의 목표값을 달성하도록, 설정 계산기에 의한 프로세스 제어가 이루어진다.

설정 계산기는, 가열, 압연, 냉각, 반송 등의 각 프로세스의 물리 현상을 표현한 모델 식을 사용하여, 상기 각종 프로세스 파라미터의 목표값을 달성하도록, 설정 계산을 행한다. 설정 계산에서는, 각종 액추에이터의 제어 목표값의 계산과, 프로세스의 각 단계에 있어서의 압연재(금속 재료) 상태의 예측 계산을 반복하여 행한다.

설정 계산에서 사용되는, 압연 하중, 변형 저항, 롤 갭, 온도, 입경 등의 물리량을 계산하는 모델 식은, 입력 변수, 기계 상수, 조정항, 학습항을 입력으로 한 함수로 표시된다.

특허문헌 1이나 특허문헌 2에는, 설정 계산기가, 모델 예측값과, 압연 라인에 설치된 센서로부터 얻어진 온도, 형상, 판 두께, 판 폭, 압연 하중 등의 실적값을 비교하여, 모델 식의 학습항을, 미리 자동으로 학습하고, 모델 식의 정밀도 및 그것을 사용한 제어 정밀도를 향상시키는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 압연재의 마이크로 조직의 변화 및 최종 제품의 기계적 성질을 예측하는 재질 예측 모델에 대해서, 일부의 제품 코일에 대하여 실시되는 인장 시험이나 조직 관찰 등 기계적 성질의 측정 시험 결과에서 얻어지는 기계적 성질의 실적값을 사용하여 모델 학습하는 방법이 제안되어 있다. 일반적으로, 모델 파라미터(기계 상수, 조정항, 학습항)는 모델 오차가 발생하기 쉬운 인자, 예를 들어 강종, 목표 판 두께, 목표 판 폭, 목표 온도 등으로 구분된 층별 테이블을 사용하여, 설정 계산기에 속하는 데이터 베이스 내에서 관리된다.

또한, 출원인은, 본 발명에 관련되는 것으로서, 상기 문헌을 포함하여, 이하에 기재하는 문헌을 인식하고 있다.

일본 특허 제4119684호 공보 일본 특허 제4402502호 공보 일본 특허 공개 제2010-172962호 공보 일본 특허 공개 제2001-25805호 공보

소성 가공 기술 시리즈 7판 압연(코로나사) 198 내지 229페이지 제173, 174회 니시야마 기념 기술 강좌 「열연 강재의 조직 변화 및 재질의 예측」((사단 법인)일본 철강 협회 간행) 125 페이지

종래, 압연 조업의 프로세스 파라미터는, 제품 사양마다 오랜 세월에 걸친 경험에 기초하여 결정되고, 이것을 달성하도록, 온도 제어 및 치수 제어를 행하는 방법이 일반적이었다. 그런데, 최근 들어, 제품 사양에 대한 요구의 고도화, 다양화가 현저하여, 경험에 기초하는 방법으로는 이들 목표값을 반드시 적정하게 정할 수는 없어, 원하는 치수나 기계적 성질과 같은 목표한 최종 품질을 달성할 수 없는 경우가 있다. 또한, 프로세스 파라미터의 목표값을, 기존의 설비로 달성할 수 있을지 판단이 어려운 경우가 있다.

이로 인해, 어느 합금 조성 및 프로세스 파라미터 하에서 제조된 제품이 원하는 제품 품질을 얻는지를 사전 검토하기 위해, 가열, 가공 및, 냉각의 각 제조 공정을 모델화한 프로세스 모델을 사용하여, 제조 공정을 오프라인에서 시뮬레이션하는 장치가 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 4). 시뮬레이션 장치는, 시시각각의 금속 재료의 치수, 온도, 제조 라인 상의 위치 등의 상태를 예측하고, 금속 재료의 합금 조성의 정보 및 제조 공정의 시뮬레이션으로부터 얻어진 가공 이력 및 온도 이력의 정보를 입력값으로 하여, 마이크로 조직 예측 모델에 의해 시시각각의 압연재의 마이크로 조직의 변화 및 최종 제품의 기계적 성질을 예측한다. 또한, 시뮬레이션 장치는, 원하는 품질을 얻는 합금 조성 및 프로세스 파라미터의 목표값을 알아내기 위해서도 사용된다.

시뮬레이션에서는, 실조업의 설정 계산에서 사용되는 모델과 같은 모델, 간이화된 모델, 또는, 일부를 보다 물리 현상에 충실하게 모델화한 고정밀도의 모델 등이 사용된다. 시뮬레이션에는, 실조업에 사용되는 설정 계산기나, 상기 프로세스 파라미터나 모델 파라미터가 관리되는 데이터베이스는 사용되지 않고, 시뮬레이션 전용의 계산기 및 데이터베이스가 별도로 준비된다. 실제의 압연 조업을 모의하는 용도로 시뮬레이션하고, 실조업의 설정 계산에서 사용되는 모델 식과 같은 함수를 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 이것은, 시뮬레이션을 위한, 계산이나 데이터베이스에 대한 판독 기입에 의한 부하가, 실조업에 영향을 미치는 일이 있어서는 안되기 때문이다.

실조업에서는, 하나의 압연재에 대하여, 가열로 재로 중에는 설정 계산의 시험 계산, 가열로 추출 시에는 설정 계산, 추출 후에는 압연 중에 수시 수집된 실적값에 기초하여, 수회로부터 수십회의 설정 계산이 반복하여 실행된다. 사용되는 파라미터, 수집되는 실적값, 설정 계산의 출력은, 방대하며 또한 데이터의 교환이 빈번하기 때문에, 데이터베이스에 대한 판독 기입의 부하가 크다. 또한, 당해 압연재 전후의 몇개의 압연재에 대해서도, 같은 설정 계산이나 데이터베이스에 대한 판독 기입이 행해진다. 계산 부하의 급격한 증가나, 데이터베이스에 대한 고빈도의 판독 기입에 의해, 실조업의 설정 계산에 문제가 발생하면, 압연 조업을 정지할 수 밖에 없어, 큰 손실이 된다. 실조업의 설정 계산에서는, 그 설비의 압연 피치나 수집 데이터 점수 등에 기초하여, 계산 타이밍이나 데이터베이스에 대한 액세스 방법이나 타이밍이 면밀하게 설계되어 있다.

그런데, 시뮬레이션의 경우, 모의된 프로세스를 오프라인에서 계산하기 때문에, 실제의 압연 조업의 프로세스 제어와 상이하게, 프로세스의 각처에 설치한 센서에서 얻어지는 하중이나 온도, 치수의 실적값이나 제품 코일의 기계적 성질의 실적값을 얻을 수 없다. 따라서, 시뮬레이션과 동일한 조건에서 실제의 압연을 행했을 경우에, 프로세스 파라미터의 목표값, 나아가서는, 목표한 제품 품질이 달성될지는, 시뮬레이션으로부터는 완전히 확인할 수는 없다. 또한, 실적값에 기초한 압연 중의 피드 포워드, 피드백, 다이내믹 등의 각종 제어는 실시되지 않기 때문에, 모델 예측 오차가 발생한 경우에는, 그것이 축적되어, 프로세스의 후단일수록, 프로세스 파라미터의 목표값과 실적값의 차가 커져, 제품 품질이 정확하게 예측되지 않는다. 따라서, 시뮬레이션에서 사용되는 프로세스의 모델 식의 정밀도(특히, 모델 파라미터의 정밀도) 그 자체가, 시뮬레이션의 정밀도, 즉, 실제의 압연 조업을 어느 정도 모의할 수 있을지에, 현저하게 관련된다.

그러나, 제조 라인 및 금속 재료는 시뮬레이터 상의 모델에서 모의된 것이며, 또한, 실조업의 설정 계산과는, 계산기나 그것에 속하는 데이터베이스를 공유하고 있지 않으므로, 모델 식 내의 조정항이나 학습항, 각 액추에이터의 기계 특성을 나타내는 기계 상수가 갱신되지 않는다. 특허문헌 4에서는, 설비 갱신이 되었을 경우에도 실기 압연 라인을 모의할 수 있도록, 설비에 관한 모델 파라미터를 용이하게 수정할 수 있는 고안이 되어 있다. 그러나, 모델의 학습항, 조정항은, 파라미터의 종류가 방대하며, 게다가, 압연마다 또는 조정마다와 같이 빈번히 갱신되기 때문에, 변경할 때마다 파라미터를 적절히 수정하는 것은 어렵다. 그 경우, 실조업의 제어나 예측에 사용하는 계산기에 내재되는 모델과는 상이하게, 실제 압연 프로세스를 고정밀도로 모의할 수 없기 때문에, 시뮬레이션에서 사용한 합금 조성이나 프로세스 파라미터를 실조업에 적용해도, 기대한 제품 품질을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 실조업의 설정 계산기와는 상이한 계산기상에서, 실조업의 압연 라인을 사용한 가상 금속 재료의 압연 과정을 정밀도 높게 시뮬레이션할 수 있는 압연 시뮬레이션 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

제1 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 금속 재료를 가열하여 압연하고 냉각해서 반송하는 액추에이터군 및 상기 액추에이터군의 제어 실적값 및 상기 금속 재료의 상태 실적값을 검출하는 센서군을 갖는 압연 라인과, 상기 액추에이터군의 제어 목표값이나 상기 금속 재료의 상태 예측값을 산출하는 설정 계산기를 구비한 압연 시스템에 접속되는 압연 시뮬레이션 장치이며,

상기 설정 계산기는,

상기 압연 라인에 있어서의 가열, 압연, 냉각, 반송의 각 프로세스의 물리 현상을 표현한 모델 식이며 입력 변수와 모델 파라미터군을 입력으로 하는 함수로 표시되는 제1 모델 식을 갖고,

상기 제1 모델 식을 사용하여, 실조업에 있어서의 제품 품질이나 조업 조건에 관한 프로세스 조건을 달성하도록, 상기 액추에이터군의 제어 목표값과 상기 금속 재료의 상태 예측값을 산출하고,

상기 제어 목표값 및 상기 상태 예측값과, 상기 센서군이 검출한 상기 제어 실적값 및 상기 상태 실적값을 비교한 비교값에 기초하여, 상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군을 수시로 갱신하고,

상기 압연 시뮬레이션 장치는,

상기 압연 라인에서 가상 금속 재료를 가열하여 압연하고 냉각해서 반송하는 가상 조업에 있어서의 제품 품질이나 조업 조건에 관한 시뮬레이션 조건을 설정하는 시뮬레이션 조건 설정부와,

상기 제1 모델 식과 마찬가지의 제2 모델 식을 갖고, 상기 제2 모델 식을 사용하여, 상기 시뮬레이션 조건을 달성하도록, 상기 액추에이터군의 제어 목표값과 상기 가상 금속 재료의 상태 예측값을 산출하는 가상 압연 라인 설정 계산부와,

상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군이 갱신된 경우에, 상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군에 기초하여, 상기 제2 모델 식의 상기 모델 파라미터군을 갱신하는 파라미터 갱신부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2 발명은, 제1 발명에 있어서,

상기 파라미터 갱신부는,

실조업에 있어서 상기 설정 계산기에 의해 계산이 실행되지 않는 타이밍을 지정하는 갱신 타이밍 지정부와,

상기 타이밍에 있어서, 상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군을, 상기 제2 모델 식의 상기 모델 파라미터군에 카피하는 파라미터 카피부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제3 발명은, 제1 발명에 있어서,

상기 파라미터 갱신부는,

상기 제2 모델 식의 상기 모델 파라미터군 중, 상기 가상 압연 라인 설정 계산부에 있어서의 상기 시뮬레이션 조건을 사용한 모델 계산에 필요한 일부의 모델 파라미터군을 선택하는 갱신 파라미터 선택부와,

상기 갱신 파라미터 선택부에 의해 선택된 상기 일부의 모델 파라미터군에 대해서만, 상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군으로부터 카피하는 파라미터 카피부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 의하면, 제1 모델 식의 모델 파라미터군이 갱신된 경우에, 제1 모델 식의 모델 파라미터군에 기초하여, 제2 모델 식의 모델 파라미터군을 갱신한다. 이에 의해, 압연 시뮬레이션 장치의 모델 파라미터를, 실조업의 설정 계산기에 있어서의 최신의 데이터로 갱신할 수 있다. 이로 인해, 제1 발명에 의하면, 실조업의 설정 계산기와는 상이한 계산기상에서, 실조업의 압연 라인을 사용한 가상 금속 재료의 압연 과정을 정밀도가 높게 시뮬레이션할 수 있다.

제2 또는 제3 발명에 의하면, 실조업의 설정 계산기에 있어서의 계산에 부여하는 부하 증대를 억제하면서, 압연 시뮬레이션 장치의 모델 파라미터를, 실조업의 설정 계산기에 있어서의 최신의 데이터로 갱신할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 열간 박판 압연 라인의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연 시뮬레이션 장치(24)의 기능을 도시하는 블록도이다.
도 4는 가상 금속 재료의 화학 성분을 입력하는 입력 화면이다.
도 5는 가열로(11) 내에서의 슬래브 승온 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 런아웃 테이블(17)에서의 냉각 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 런아웃 테이블(17)에서의 냉각 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 가상 압연 라인 설정 계산부(32)가 갖는 모델군과 모델 파라미터 테이블군을 도시하는 도면이다.
도 9는 파라미터 갱신부(33)가 실행하는 처리에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 파라미터 갱신부(33)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 11은 압연 시뮬레이션 장치(24)에서 사용되는 모델 파라미터를 최신의 상태로 갱신하기에 적합한 갱신 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 12는 시뮬레이션 실행 지령을 받은 경우에, 시뮬레이션에 필요한 조정항 및 학습항을 최신의 상태로 갱신하는 처리 중 하나의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 13은 가상 압연 라인 설정 계산부(32)에 내재되는 각 모델의 파라미터를, 실조업에서 사용되는 최신의 파라미터와 동일한 값으로 갱신하는 처리 루틴의 흐름도이다.
도 14는 압연 시뮬레이션 장치(24)를 사용하여, 합금 조성 및 제조 조건을 검토하는 하나의 수순을 나타내는 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통되는 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다.

실시 형태 1.

[실시 형태 1의 시스템 구성]

(압연 라인)

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 열간 박판 압연 라인의 일례를 도시하는 도면이다. 이후의 설명 대상은, 도 1에 도시한 열간 박판 압연 라인을 모의한 시뮬레이터로 한다. 또한, 본 시뮬레이터는, 다른 압연 라인에도 적용 가능하다.

압연 라인은, 가열 장치, 압연기, 냉각 장치, 권취 장치, 이것들을 연결하는 반송 테이블을 구비한다. 이들 장치는, 전동기나 유압 장치 등의 액추에이터에 의해 구동된다. 구체적으로는, 도 1에 도시하는 압연 라인(1)은 반송 테이블(10)의 상류 측부터 순서대로 가열로(11), 조압연기(12), 바 히터(13), 마무리 압연기 입측 온도계(14), 마무리 압연기(15), 마무리 압연기 출측 온도계(16), 런아웃 테이블(17), 권취기 입측 온도계(18), 권취기(19)를 구비한다.

가열로(11)는 슬래브를 가열하기 위한 로이다. 가열로(11)는 원하는 슬래브 승온 패턴, 가열로 추출 온도를 얻도록 제어된다. 조압연기(12)는 단수 또는 복수의 스탠드를 포함하고, 도 1에 도시하는 예에서는, 하나의 스탠드를 포함하는 가역식 조압연기이다. 바 히터(13)는 압연 제품(슬래브로부터 제품으로서 완성할 때까지의 도중의 상태도 포함, 이하 마찬가지)의 온도를 제어하기 위해서, 전자기 유도 가열 등에 의해, 압연 제품을 승온하는 장치이다. 마무리 압연기(15)는 단수 또는 복수의 스탠드를 포함하고, 도 1에 도시하는 예에서는, 7개의 스탠드를 포함하는 탠덤식 마무리 압연기이다. 런아웃 테이블(17)은, 압연 제품의 온도를 제어하기 위해서, 냉각수에 의해 압연 제품을 냉각하는 냉각 장치이다. 또한, 압연 라인(1)은 냉각 장치로서 냉각 테이블, 강제 냉각 장치 등을 구비해도 된다. 권취기(19)는 압연 제품을 권취하고, 반송 용이한 형상으로 하기 위한 장치이다. 반송 테이블(10)은 각 공정에서의 압연 제품을 다음 공정으로 반송하기 위한 장치이다. 이들 장치는 전동기나 유압 장치 등의 액추에이터에 의해 구동된다.

도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연 시스템을 도시하는 블록도이다. 도 2에 도시하는 압연 시스템(20)은 레벨 0부터 레벨 3까지의 계층 구조를 갖는다. 레벨 0은 압연 라인(1)의 각 장치를 구동하는 전동기를 제어하는 드라이브 제어 장치나, 압연 라인(1)의 각 장치를 구동하는 유압 장치를 포함한다. 레벨 1은 제어용 컨트롤러(21)를 포함한다. 레벨 2는 설정 계산기(23)를 포함한다. 또한, 설정 계산기(23) 대신에 프로세스 컨트롤러를 사용하는 구성으로 해도 된다. 레벨 3은 생산 관리용 상위 계산기(25)를 포함한다. 압연 시뮬레이션 장치(24)는 실조업의 압연에는 영향을 미치지 않지만, 파라미터 갱신을 위해서, 설정 계산기(23)와 접속된다.

(설정 계산기)

실조업의 열간 압연 프로세스에 있어서는, 제품 품질이나 조업 조건에 관한 프로세스 조건, 즉, 상술한 각종 프로세스 파라미터의 목표값을 변경함으로써 제품을 구분 제작하고 있다. 목표한 제품 품질을 달성하도록, 즉, 상기 각종 프로세스 파라미터의 목표값을 달성하도록, 설정 계산기(23)에 의한 프로세스 제어가 이루어진다.

프로세스 파라미터의 목표값은, 레벨 2의 설정 계산기(23)의 상위에 있는 레벨(3)의 상위 계산기(25)로부터 지정되는 경우가 있다. 그 밖에, 프로세스 파라미터의 목표값은, 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스에 테이블을 갖고, 강종, 판 두께, 판 폭 등이 키로서 지정되는 경우가 있다. 또한, 프로세스 파라미터의 목표값은, 오퍼레이터에 의해 압연 중에 변경되는 경우가 있다.

설정 계산기(23)는 압연 라인(1)에 있어서의 가열, 압연, 냉각, 반송 등의 각 프로세스의 물리 현상을 표현한 모델 식(이하, 설정 계산기(23)가 갖는 모델 식을 「제1 모델 식」이라고도 기재함)을 갖는다. 설정 계산기(23)는 제1 모델 식을 사용하여, 실조업에 있어서 상기 각종 프로세스 파라미터의 목표값(프로세스 조건)을 달성하도록, 설정 계산을 행한다. 설정 계산에서는, 각종 액추에이터의 제어 목표값의 산출과, 프로세스의 각 단계에 있어서의 압연재의 상태(금속 재료의 상태 예측값)의 산출을 반복해서 행한다.

액추에이터의 제어 목표값이란, 압연기의 롤 갭이나, 압연 속도, 반송 속도, 디스케일러나 각종 스프레이의 유량, 런아웃 테이블의 밸브의 ON/OFF 등이다. 프로세스의 각 단계에 있어서의 압연재의 상태(금속 재료의 상태 예측값)란, 치수나 형상, 온도, 마이크로 조직 등이다.

제어용 컨트롤러(21)는 설정 계산기(23)로부터 설정 계산 결과를 수취하고, 제어 목표값을 추종하도록, 각종 액추에이터를 제어한다. 실조업의 열간 압연 프로세스에서는, 압연 라인의 도처에 각종 센서가 설치되어, 온도, 형상, 판 두께, 판 폭, 압연 하중 등, 프로세스 제어에 영향을 미치는 파라미터의 실적값을 감시, 수집한다.

이들 실적값은, 프로세스 제어나 모델 식(제1 모델 식)의 정밀도 향상, 품질 관리에 사용된다. 프로세스 파라미터의 목표값과, 각종 센서에서 취득한 실적값이나, 실적값과 계산값으로부터 재계산된 실적 계산값을 비교하여, 프로세스 파라미터의 목표값이 달성되지 않은 경우, 다시 설정 계산한다. 그 결과에 기초하여, 피드 포워드 제어나, 피드백 제어나, 다이내믹 제어 등의 각종 제어가 이루어진다.

설정 계산에서 사용되는, 압연 하중, 변형 저항, 롤 갭, 온도, 입경 등의 물리량을 계산하는 모델 식(제1 모델 식)은, 입력 변수, 모델 파라미터군(기계 상수, 조정항, 학습항)을 입력으로 한 함수로 표시된다. 입력 변수는, 모델 출력에 상관이 있는 물리량이다. 예를 들어, 모델 출력이 압연 하중인 경우, 변형 저항, 압연재의 폭, 압하량 등이 입력 변수에 해당한다. 기계 상수는, 압연롤의 롤 직경, 밀 커브, 스프레이 유량 등, 액추에이터의 기계 특성을 나타내는 물리량이다. 기계 상수는, 롤 교체나 설비의 수선이나 조정, 경년 변화에 따라 변화하기 때문에, 수시로 갱신된다. 조정항이나 학습항은, 모델 식의 예측 정밀도를 높이기 위한 항이다.

프로세스의 모델 식이, 물리 현상을 아무리 잘 모의하는 경우라도, 현실적으로는 모델 예측 오차가 발생한다. 따라서, 엔지니어가 모델 식 내의 각 항에 관한 계수나 상수를 미세 조정하고, 모델 식의 예측 정밀도를 높이고 있다. 조정항은, 모델 식 내의 각 항의 계수나 상수이며, 모델 오차가 발생하기 쉬운 인자, 예를 들어 강종, 목표 판 두께, 목표 판 폭, 목표 온도 등으로 구분된 층별 테이블을 사용하여, 층별마다 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스 내에서 관리된다. 조정항은, 조업 구동 시 외에는, 주로, 새로운 강종의 압연 시나, 새로운 프로세스 파라미터의 조합으로 압연될 경우에 조정된다. 조정항은, 엔지니어가 경험이나 수치 해석 결과에 기초하여 조정되는 경우나, 최근에는, 신경망 등의 통계적 수법을 사용하여 반자동 조정되는 경우가 있다. 학습항은, 모델 출력과, 실제의 프로세스 출력의 오차를 메우기 위해, 모델 식에 대하여 승산 및 가산되는 항이다.

(압연 시뮬레이션 장치)

도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연 시뮬레이션 장치(24)의 기능을 도시하는 블록도이다. 압연 시뮬레이션 장치(24)는, 도 1에 도시한 열간 박판 압연 라인에 있어서의 각 프로세스를 모의하고, 금속 재료의 치수나 합금 조성, 가열, 압연, 냉각의 목표값 및 프로세스를 변경한 경우의, 조업 안정성, 프로세스 도중의 압연재의 상태, 제품 품질을 예측한다. 압연 시뮬레이션 장치(24)는, 시뮬레이션 조건 설정부(31)와, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)와, 파라미터 갱신부(33)를 구비한다. 또한, 압연 시뮬레이션 장치(24)는 연산 처리 장치, 기억 장치, 입출력 장치를 구비하는 계산기이다. 기억 장치는, 상기 각 부의 처리 내용을 기술한 프로그램을 기억하고 있다. 상기 각 부는, 기억 장치로부터 로드된 프로그램이 연산 처리 장치에 실행됨으로써 실현된다.

((시뮬레이션 조건 설정부))

시뮬레이션 조건 설정부(31)는, 압연 라인(1)에서 가상 금속 재료를 가열하여 압연하고 냉각해서 반송하는 가상 조업에 있어서의 제품 품질이나 조업 조건에 관한 시뮬레이션 조건을 설정한다. 이하, 상세하게 설명한다.

시뮬레이션 조건 설정부(31)는, 압연 조업 프로세스의 파라미터를 시뮬레이션 조건으로 하여 압연 시뮬레이션 장치(24)에 설정한다. 여기서, 압연 조업 프로세스의 파라미터는, 예를 들어 실조업에서는 상위 계산기(25)로부터 부여되는 압연재의 합금 조성과 치수, 목표 판 두께, 목표 판 폭, 가열로 내에서의 슬래브 승온 패턴, 가열로 출측 온도, 마무리 출측 목표 온도, 마무리 입측 목표 온도, 냉각 패턴, 권취 목표 온도 등이다. 또한, 압연 조업 프로세스의 파라미터는, 예를 들어 실조업에서는 설정 계산기(23)에 미리 강종마다 또는 목표 판 두께 구분마다 설정되거나, 또는, 오퍼레이터에 의해 HMI로부터 부여되는, 각 패스의 압하량이나 압하율 배분, 통판 속도나 가속률 등이다.

각 시뮬레이션 조건은, 실조업의 상위 계산기(25)나 설정 계산기(23) 등에 보존되고 있는 실조업에서 압연되거나, 또는, 압연 예정인 금속 재료의 조업 조건을, 통신 LAN이나 기억 매체 등을 통하여 카피하여 사용할 수 있다. 그 밖에, 손 입력으로 전부 또는 일부의 조건을 설정하는 것이 가능하다. 또한, 과거에 압연 시뮬레이션 장치에서 사용한 시뮬레이션 조건의 재이용이나, 일부를 변경한 이용이 가능하다.

도 4는 가상 금속 제품(가상 금속 재료)의 화학 성분을 입력하기 위한 입력 화면이다. 실제의 조업에서는, 하나의 로트 단위가 크고, 15톤 전후가 되기 때문에, 제품마다 합금 성분의 첨가량을 변경하는 것은 불가능하다. 따라서, 시뮬레이션 조건 설정부(31)에서는, 합금 조성을 변경한 경우의 제품 품질의 변화를 용이하게 계산할 수 있도록, 가상 금속 제품 하나하나에, 예를 들어 도 4와 같이 각 화학 성분의 함유량(wt％)을 입력하여 설정한다. 실조업에서 압연된 금속 제품의 합금 조성이나 과거의 시뮬레이션에서 사용한 합금 조성을 참고값으로 불러내어, 그 일부를 변경해서 시뮬레이션하는 것도 가능하다.

도 5는 가열로(11) 내에서의 슬래브 승온 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 가열로(11) 내에서의 슬래브 승온 패턴이나 가열로 추출 온도도, 제품 재질 및 품질에 영향을 미친다. 예를 들어 슬래브가 충분히 가열되지 않은 경우에는, 마이크로 얼로이의 고용량을 충분히 얻을 수 없어, 고용 마이크로 얼로이에 의한 Solute drag 효과가 감소하거나, 추출 후, 압연 중 및 냉각 중의 석출량이 감소하여, 석출물에 의한 pinning 효과가 감소할 것이 염려된다. 또한, 저온의 압연재를 압연하는 것은, 단단한 재료를 압연하게 되므로, 압연기에서의 압연 하중 증가에 의한 압연 조업의 불안정화나, 압연용 전동기의 소비 전력 증가가 염려된다. 시뮬레이션 조건 설정부(31)는, 도 5와 같이 가열로(11) 내에서의 슬래브 승온 패턴을 설정한다. 온도 패턴이 품질에 영향을 미치지 않는 경우나 간이한 계산을 하고자 하는 경우에는, 가열로 추출 온도의 목표값만이 설정된다.

실조업에서는, 압연 중의 압연재의 온도를 관리하기 위해서, 마무리 출측 목표 온도, 마무리 입측 목표 온도, 권취 목표 온도 등의 프로세스 파라미터의 목표값이, 상위 계산기(25) 또는 HMI를 개재하여 오퍼레이터로부터 부여되고, 그 목표값을 추종하도록, 압연 속도, 압연 라인 도중의 가열 장치의 승온 패턴, 각종 스프레이, 런아웃 테이블(17)에서의 냉각 패턴이 제어된다. 냉각 패턴에 대해서는, 상위 계산기(25)로부터 지정되는 경우도 있다. 시뮬레이션 조건 설정부(31)에서는, 압연 중의 온도 이력을 변화시켰을 경우의, 제품 품질이나 압연 조업에 대한 영향을 시뮬레이션에 의해 확인할 수 있도록, 시뮬레이션 조건으로서, 마무리 출측 목표 온도, 마무리 입측 목표 온도, 권취 목표 온도, 런아웃 테이블(17)에서의 냉각 패턴을 설정한다. 도 6과 도 7은 런아웃 테이블(17)에서의 냉각 패턴의 설정예를 설명하기 위한 도면이다. 런아웃 테이블(17)에서의 냉각 패턴에는, 도 6에 도시하는 상류측 냉각 설비를 우선 사용하는 전단 냉각, 하류측 냉각 설비를 우선 사용하는 후단 냉각, 모든 냉각 설비를 사용하는 완냉각의 3패턴 중 어느 하나를 선택하고, 또한 수냉각하는 존의 냉각 속도나, 공냉각하는 시간을 목표값으로 설정하는 방법이 있다. 또한, 런아웃 테이블(17)에서의 냉각 패턴에는, 도 7에 도시하는 냉각 설비의 상류측 및 하류측에서 수냉 냉각하고, 중류에서는 공냉각하는 패턴을 선택하고, 예를 들어 상류측의 수냉각 속도와, 공냉 시간과, 런아웃 테이블 중간점에서의 온도를 목표값으로서 설정하는 방법이 있다.

실조업에서 사용하는 설정 계산기(23)에서는, 안정된 압연이나 통판을 위해서, 각 패스의 압하량이나 압하율 배분, 통판 속도나 가속율 등의 프로세스 파라미터의 목표값을, 미리 강종마다 또는 목표 판 두께 구분마다 데이터베이스에 기억시켜 둔다. 또는, 오퍼레이터가 프로세스 파라미터의 목표값을 입력한다. 한편, 가상 조업에서 사용하는 압연 시뮬레이션 장치(24)에서는, 시뮬레이션 조건 설정부(31)는 각 패스의 압하량이나 압하율 배분, 통판 속도나 가속율 등을 변화시켰을 경우의, 제품 품질이나 압연 조업에 대한 영향을 간단하게 계산할 수 있도록, 시뮬레이션 조건을 설정한다.

((가상 압연 라인 설정 계산부))

가상 압연 라인 설정 계산부(32)는, 제1 모델 식과 마찬가지의 모델 식(제2 모델 식이라고 칭함)을 갖고, 제2 모델 식을 사용하여, 시뮬레이션 조건을 달성하도록, 액추에이터군의 제어 목표값이나 가상 금속 재료의 상태 예측값을 산출한다. 이하, 상세하게 설명한다.

가상 압연 라인 설정 계산부(32)는, 시뮬레이션 조건 설정부(31)에서 부여되는 각 목표값을 추종하도록, 가상 압연 라인에서 가상 금속 재료를 압연하기 위한 각 프로세스의 설정값 및, 시시각각의 금속 재료의 치수, 위치, 온도를 계산한다.

도 8은 가상 압연 라인 설정 계산부(32)가 갖는 모델군과 모델 파라미터 테이블군을 도시하는 도면이다. 가상 압연 라인 설정 계산부(32)는, 모델군으로서 프로세스 모델, 반송 모델, 온도 모델, 재질 모델을 갖는다. 프로세스 모델은, 가열 장치, 압연 장치, 냉각 장치 등의 각 압연 프로세스의 설정값을 계산한다. 반송 모델은, 각 시각에 있어서의 가상 금속 재료의 위치를 계산한다. 온도 모델은, 각 장소의 각 시각에 있어서의 가상 금속 재료의 온도를 계산한다. 재질 모델은, 합금 조성, 가공 이력, 온도에 기초하여, 가상 압연 라인 상의 각 장소의 각 시각에 있어서의 금속 재료의 마이크로 조직 및 최종 제품 재질을 예측한다. 또한, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)는, 상기 각 모델의 파라미터를 보존하는 모델 파라미터 테이블군을 기억하는 데이터베이스 등의 기억 장치를 갖고, 각 모델 식을 연성 계산한다.

프로세스 모델은, 반송 모델이 부여하는 각 장소의 각 시각에 있어서의 가상 금속 재료의 위치, 및 온도 모델이 부여하는 각 장소의 각 시각에 있어서의 가상 금속 재료의 온도 정보를 사용하여, 시뮬레이션 조건 설정부(31)가 부여하는 목표값을 추종하는, 가열로(11)의 설정 온도 패턴, 압연의 패스 스케줄, 롤 갭, 시시각각의 가상 금속 재료의 가공 이력, 치수 및 형상, 압연 속도, 각종 스프레이의 ON/Off 설정 및 유량 설정, 런아웃 테이블(17)의 냉각 설정을 계산한다.

반송 모델은, 각 프로세스 간의 거리나 프로세스 모델이 부여하는 패스 스케줄을 사용하여, 각 장소의 각 시각에 있어서의 가상 금속 재료의 위치를 계산한다. 또한, 반송 모델은, 온도 모델이 부여하는 가상 금속 재료의 온도 정보를 사용하여, 각 목표 온도를 추종하는 반송 속도를 계산한다.

온도 모델은, 각 프로세스에 있어서의 가상 금속 재료의 치수 정보, 기계 제원의 정보와, 시뮬레이션 조건 설정부(31)나 프로세스 모델로부터 부여되는 패스 스케줄, 롤 갭, 압연 속도, 반송 속도, 압연 라인 도중의 가열 장치에 대한 승온 패턴 등의 지령값의 정보 등으로부터, 가상 압연 라인 상의 각 장소의 각 시각에 있어서의 가상 금속 재료의 온도를 계산한다.

재질 모델은, 프로세스 모델이 부여하는 가상 금속의 가공 이력 및 온도 모델이 부여하는 온도 이력의 정보를 사용하여, 압연 프로세스 중 및 권취 후의 가상 금속 재료의 마이크로 조직을 예측한다. 예측되는 마이크로 조직은, 예를 들어 입경, 전위 밀도, 오스테나이트, 페라이트, 펄라이트 등의 각 조직의 분율이다. 또한, 마이크로 조직 예측 결과를 기초로 항복 응력이나 인장 강도 등의 기계적 성질에 관련된 파라미터를 계산한다. 야금 현상을 수식화한 마이크로 조직 예측 모델로는, 다양한 것이 제안되어 있고, 정적 회복, 정적 재결정, 동적 회복, 동적 재결정, 입성장 등을 표현하는 수식군을 포함하는 것이 널리 알려져 있다. 일례가, 소성 가공 기술 시리즈 7판 압연(코로나사) 198 내지 229페이지에 게재되어 있다. 금속 조직 정보 및 합금 조성으로부터, 항복 응력이나 인장 강도 등의 기계적 성질로 대표되는 재질을 예측할 수 있음이 널리 알려져 있다. 일례가, 제173, 174회 니시야마 기념 기술 강좌 「열연 강재의 조직 변화 및 재질의 예측」((사단 법인)일본 철강 협회 간행)의 125페이지에 게재되어 있다.

상기 프로세스 모델, 반송 모델, 온도 모델, 재질 모델은, 열간 압연의 실조업에 사용되는 설정 계산기(23)에 내재되는 모델 식(제1 모델 식)과 같은 함수로 표시된다. 예를 들어, 최근에는, 가상 계산기 환경(Virtual Machine)에 의해, 계산기의 아키텍쳐를 모두 카피하고, 상이한 계산기상에 가상적으로 실현하는 방법이 널리 사용되고 있다. 이것에 의하면, 실조업에 사용되는 설정 계산기(23)의 모델 식(제1 모델 식), 및 그 모델 파라미터를 관리하는 데이터베이스 구조를, 압연 시뮬레이션 장치(24)에 이식할 수 있다. 그로 인해, 압연 시뮬레이션 장치(24)는, 제1 모델 식과 마찬가지의 모델 식(제2 모델 식)을 갖는다. 모델 식은, 입력 변수, 기계 상수, 조정항을 입력으로 한 함수로, 이하의 식으로 표시된다.

여기서,

f: 학습항을 포함하지 않는 모델 식

Y: 학습항을 포함하지 않는 모델 식의 출력

X_i: 모델 식 f에 관련된 입력 변수

m_i: 기계 상수

a_j: 조정항

입력 변수는, 모델 출력에 상관이 있는 물리량이다. 예를 들어, 모델 출력이 압연 하중인 경우, 변형 저항, 압연재의 폭, 압하량 등이 입력 변수에 해당한다. 기계 상수는, 압연롤의 롤 직경, 밀 커브, 스프레이 유량 등, 기계 특성을 나타내는 물리량이다. 기계 상수는, 롤 교체, 정기 수리, 설비 갱신, 경년 변화 등에 따라 변화한다. 실조업에서는, 기계 상수는, 실조업에 사용되는 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스의 테이블로 관리되고, 상기 변화에 수반하여, 수시 수정된다. 조정항은, 모델 식의 예측 정밀도를 높이기 위한 항이다. 조정항은, 모델 오차 축소를 위해 마련되고, 보정이 허용되고 있는 계수나 상수이다. 조정항은, 모델 오차가 발생하기 쉬운 인자, 예를 들어 강종, 목표 판 두께, 목표 판 폭, 목표 온도 등으로 구분된 층별 테이블을 사용하여 층별마다 실조업에 사용되는 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스 내에 관리된다. 조정항은, 실조업에 있어서는, 조업 구동 시의 외에는, 주로, 새로운 강종의 압연 시나, 새로운 프로세스 파라미터의 조합으로 압연되는 경우에 조정된다. 엔지니어가 경험이나 실조업의 수치 해석 결과에 기초하여 조정하는 경우나, 최근에는, 신경망 등의 통계적 수법도 사용하여, 반자동 조정되는 경우가 있다.

실조업의 열간 압연 프로세스에서는, 압연 라인(1)의 도처에 각종 센서를 설치하고, 온도, 형상, 판 두께, 판 폭, 압연 하중 등 프로세스 제어에 영향을 미치는 파라미터의 실적값을 감시, 수집한다. 이들 실적값은, 프로세스 제어나 모델 식(제1 모델 식)의 정밀도 향상, 품질 관리에 사용된다. 설정 계산의 모델 예측값과, 각종 센서에서 취득한 실적값이나, 실적값과 계산값으로부터 재계산된 실적 계산값을 비교하여, 모델 식을 학습시켜서, 모델 식의 정밀도와 모델 식을 사용한 제어 정밀도를 향상시키는 방법이 사용되고 있다. 학습항은, 모델의 출력과, 실제의 프로세스 출력의 오차를 메우기 위해서, 모델 식에 대하여 승산 또는 가산된다. 승산형과 가산형은, 각각 이하와 같이 표시된다.

승산형:

가산형:

여기서,

Y_L: 학습된 모델 식의 예측 결과

Y: 학습항을 포함하지 않는 모델 식의 출력

Z_p: 승산형 학습항

Z_A: 가산형 학습항

학습항은, 모델 식의 출력에 해당하는 파라미터의 실적값을, 센서 등으로 얻어서 갱신된다. 예를 들어, 승산형에서는, 이하와 같이 학습항이 갱신된다.

여기서,

Z_P ^ACT: 실적값에 기초하여 계산한 승산형 학습항

Y^ACT: 모델 식 출력에 준하는 파라미터의 실적값

Y: 학습항을 포함하지 않는 모델 식 출력

Z_P ^NEW: 갱신 후의 승산형 학습항

Z_P ^OLD: 갱신 전의 승산형 학습항

α: 평활화 게인

학습항은, 모델 오차가 발생하기 쉬운 인자, 예를 들어 강종, 목표 판 두께, 목표 판 폭, 목표 온도 등으로 구분된 층별 테이블을 사용하여 층별마다, 자동으로 갱신된다. 압연재의 마이크로 조직의 변화 및 최종 제품의 기계적 성질을 예측하는 마이크로 조직의 재질 예측 모델에 대해서는, 일부의 제품 코일에 대하여 실시되는 인장 시험이나 조직 관찰 등 기계적 성질의 측정 시험 결과로 얻어지는 기계적 성질의 실적값을 사용하여 모델을 학습한다. 실조업의 설정 계산에 사용되는 모델 식(제1 모델 식)의 모델 파라미터, 즉, 기계 상수, 조정항, 학습항은, 실조업의 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스로 관리된다.

도 8의 압연 시뮬레이션 장치(24)의 가상 압연 라인 설정 계산부(32)가 내재하는 프로세스 모델, 반송 모델, 온도 모델, 재질 모델의 모델 식(제2 모델 식)에는, 열간 압연의 실조업에 사용되는 설정 계산기(23)에 내재되는 모델 식(제1 모델 식)과 같은 정의의 함수가 사용된다. 또한, 기계 상수, 조정항, 학습항의 각 파라미터가 층별로 저장되는 모델 파라미터 테이블군은, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)에 속하는 데이터베이스로 관리된다. 가상 압연 라인 설정 계산부(32)에 속하는 데이터베이스의 테이블은, 실조업에 사용되는 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스 내의, 기계 상수, 조정항, 학습항을 저장하는 테이블과 동일한 구조를 갖는다.

((파라미터 갱신부))

도 9는 파라미터 갱신부(33)가 실행하는 처리에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 파라미터 갱신부(33)는, 제1 모델 식의 모델 파라미터군이 갱신된 경우에, 제1 모델 식의 모델 파라미터군에 기초하여, 제2 모델 식의 모델 파라미터군을 갱신한다. 이하, 상세하게 설명한다.

파라미터 갱신부(33)에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)의 모델 식의 모델 파라미터, 즉, 기계 상수, 조정항, 학습항을, 실조업의 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스의 파라미터 테이블군에 저장되어 있는 파라미터에 기초하여 갱신한다. 시뮬레이션에서는, 실제의 압연 조업의 프로세스 제어와 상이하게, 프로세스의 각처에 설치한 센서에서 얻어지는 하중이나 온도, 치수의 실적값이나 제품 코일의 기계적 성질의 실적값을 얻을 수 없다. 시뮬레이션에 의한 계산이나 데이터베이스에 대한 판독 기입에 의한 부하가, 실조업의 설정 계산에 영향을 미치지 않도록 할 필요가 있다. 그로 인해, 시뮬레이션에서는, 실조업에 사용되는 설정 계산기(23)나 그 데이터베이스는 사용되지 않고, 시뮬레이션 전용의 계산기 및 데이터베이스가 사용된다. 그로 인해, 제2 모델 식 내의 기계 상수, 조정항, 학습항은, 실조업에 사용되는 설정 계산기(23)의 제1 모델 식과 동일한 타이밍에는 갱신되지 않는다. 파라미터 갱신부(33)는 실조업의 설정 계산에 영향을 미치지 않고, 또한, 실조업의 설정 계산과 동등한 모델 정밀도가 확보되도록, 시뮬레이션의 가상 압연 라인 설정 계산부(32)의 제2 모델 식의 모델 파라미터, 즉, 기계 상수, 조정항, 학습항을 갱신한다.

도 10은, 파라미터 갱신부(33)의 구성을 도시하는 블록도이다. 파라미터 갱신부(33)는 도 10에 도시하는 바와 같이, 갱신 타이밍 지정부(41), 갱신 파라미터 선택부(42), 파라미터 카피부(43)를 구비한다. 갱신 타이밍 지정부(41)는 시뮬레이터의 파라미터를 갱신하는 타이밍을 자동으로 지정한다. 예를 들어, 실조업에 있어서 설정 계산기(23)로 계산이 실행되지 않는 타이밍을 지정한다. 갱신 파라미터 선택부(42)는 갱신하는 파라미터를 선택한다. 예를 들어, 제2 모델 식의 모델 파라미터군 중, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)에 있어서의 시뮬레이션 조건을 사용한 모델 계산에 필요한 일부의 모델 파라미터군을 선택한다. 파라미터 카피부(43)는 갱신 타이밍 지정부(41)로부터 얻은 갱신 타이밍에, 갱신 파라미터 선택부(42)에서 선택된 일부의 모델 파라미터군에 대해서만, 실조업의 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스에 저장되어 있는 제1 모델 식의 모델 파라미터군으로부터 카피한다.

그런데, 실조업의 설정 계산에서는, 압연 조업 중에는, 하나의 압연재에 대하여 가열로 재로 중에는 설정 계산의 시계산이 실행되고, 가열로 추출 시에 액추에이터의 셋업을 위한 설정 계산이 실행되고, 추출 후에도 실적값을 수집하면서 그 값에 기초하여, 수회 내지 수십회의 설정 계산이 반복하여 실행된다. 사용되는 파라미터, 수집되는 실적값, 설정 계산의 출력도 방대하며 또한 빈번하기 때문에, 데이터베이스에 대한 판독 기입의 부하가 크다. 또한, 당해 압연재 전후의 몇개의 압연재에 대해서도 마찬가지의 설정 계산이나 데이터베이스에 대한 판독 기입이 행해지기 때문에, 그 설비의 압연 피치, 수집 데이터 점수 등에 기초하여, 계산 타이밍이나 데이터베이스에 대한 액세스 방법이나 타이밍은 면밀하게 설계되어, 관리되고 있다.

그러나, 압연 라인이 정지하는 시간, 예를 들어 수시간마다의 빈도로 수십분간 라인을 정지시키는 롤 교체의 기간이나, 수일 내지는 수주일마다의 빈도로 수시간 내지 수십시간 라인을 정지시키는 정기 수리의 기간은, 설정 계산기(23)의 계산 부하나 데이터베이스에 대한 판독 기입이 없어지거나, 또는, 부하나 판독 기입의 빈도가 현저하게 저하된다. 압연 시뮬레이션 장치(24)의 파라미터 갱신부(33)에 내재되는 갱신 타이밍 지정부(41)에 의해, 상기 실조업에서의 롤 교체, 정기 수리, 설비 갱신의 기간을, 압연 시뮬레이션 장치(24)의 모델 파라미터의 갱신 타이밍으로서 선택하면, 실조업의 설정 계산에 영향을 주지 않는다.

실조업의 설정 계산에 사용되는 모델 파라미터(기계 상수, 조정항, 학습항)는 각각 갱신되는 타이밍이 상이하다. 예를 들어, 기계 상수 중, 압연롤의 초기 롤 직경은, 수시간 간격의 롤 교체마다 변경된다. 기계 상수에서도, 압연기의 신장의 지표가 되는 밀 커브는, 수개월 내지는 수년단위의 비교적 장기 스팬으로 갱신된다. 각종 스프레이의 유량은, 경년 변화하지만, 변화량이 완만하고, 또한, 유량계가 미리 설치되어 있지 않은 경우, 유량을 계측하는 것은 어렵다. 그로 인해, 각종 스프레이의 유량은, 문제가 발생한 경우나 설비를 갱신하는 경우 등, 특별한 사정이 없는 한 계측되지 않는다. 조정항은, 조업 가동 시의 외에는, 주로, 새로운 강종의 압연 시나, 새로운 프로세스 파라미터의 조합으로 압연되는 경우에 조정된다. 학습항은, 이들 중, 가장 갱신 빈도가 높다. 학습항은, 모델 오차가 발생하기 쉬운 인자, 예를 들어 강종, 목표 판 두께, 목표 판 폭, 목표 온도 등으로 구분된 층별 테이블로 압연마다 관리되고 있으며, 압연마다, 당해 압연에 관련된 모델 식이 해당하는 층의 학습항이 갱신된다. 실조업에 사용되는 모델 파라미터의 갱신 빈도와 동등한 빈도로, 압연 시뮬레이션 장치(24)에서 사용되는 모델 파라미터를 갱신하면, 실조업의 압연을 고정밀도로 모의할 수 있다.

도 11은, 압연 시뮬레이션 장치(24)에서 사용되는 모델 파라미터를 최신의 상태로 갱신하기에 적합한 갱신 타이밍을 도시하는 도면이다. 예를 들어, 도 11에 도시하는 타이밍에, 압연 시뮬레이션 장치(24)에서 사용되는 각 파라미터에, 실조업의 파라미터와 동일한 값을 카피한다. 실조업에 있어서는, 조정항이나 학습항은, 각각 정기 수리 시 및 롤 교체 시보다도 높은 빈도로, 또는, 상이한 타이밍에 갱신될 가능성이 있다. 그러나, 이들 파라미터의 수는 방대하기 때문에, 모든 파라미터의 자동 갱신은, 실조업의 압연이 정지되어 있는 타이밍에 해야 한다. 한편, 압연 시뮬레이션 장치(24)에서는, 시뮬레이션 조건 설정부(31)에서 부여하는 시뮬레이션 대상의 압연재의 치수나 합금 조성, 목표 제품 치수나 재질이나, 압하율 배분이나 냉각 패턴 등의 압연 조업 프로세스의 파라미터 등을 포함하는 시뮬레이션 조건으로부터, 실행하는 시뮬레이션에 필요한 모델 파라미터가 명확하다. 따라서, 시뮬레이션 실행 시에, 시뮬레이션에 필요한 조정항 및 학습항을 최신의 상태로 갱신하면, 그 조건에서의 실조업의 압연을 고정밀도로 모의할 수 있다.

도 12는, 시뮬레이션 실행 지령을 받은 경우에, 시뮬레이션에 필요한 조정항 및 학습항을 최신의 상태로 갱신하는 처리 중 하나의 구체예를 도시하는 도면이다. 먼저, 시뮬레이션 조건 중 합금 조성, 목표 판 두께 등으로부터, 시뮬레이션에 사용할 가상 압연재의 강종과 판 두께 구분을 식별한다. 도 12에 도시하는 예에서는, 시뮬레이션 조건 설정부(31)는 시뮬레이션 조건으로서 강종=C, 0.1≤판 두께<0.3을 설정한다.

실조업의 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스의 테이블군과, 압연 시뮬레이션 장치(24)에 속하는 데이터베이스의 테이블군은, 동일한 테이블 구조를 갖고, 데이터베이스 간에서 데이터를 카피할 수 있다. 데이터베이스는, 조정항의 테이블군, 학습항의 테이블군, 기계 상수의 테이블군을 갖는다. 도 12에 도시하는 예에서는, 갱신 파라미터 선택부(42)는 양쪽의 테이블군으로부터, 강종=C, 또한, 0.1≤판 두께<0.3인 파라미터를 갱신 파라미터로서 선택한다. 갱신 파라미터는, 갱신 타이밍 지정부(41)와 파라미터 카피부(43)에 통지된다. 갱신 타이밍 지정부(41)는 선택된 파라미터의 갱신이, 실조업의 설정 계산에 영향을 미치지 않음을 확인한다. 영향을 미치지 않는 경우에는, 갱신 타이밍을 지정하여 파라미터 카피부(43)에 통지한다. 그리고, 파라미터 카피부(43)는 지정된 갱신 타이밍에, 선택된 갱신 파라미터를, 실조업의 설정 계산기(23)에 속하는 데이터베이스로부터, 압연 시뮬레이션 장치(24)에 속하는 데이터베이스에 카피한다.

(흐름도)

도 13은, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)에 내재되는 각 모델의 파라미터를, 실조업에서 사용되는 최신의 파라미터와 동일한 값으로 갱신하는 처리 루틴의 흐름도이다. 이 처리 루틴은, 파라미터 갱신부(33)에 의해 반복 실행된다.

스텝 S131에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는 압연 라인(1)이 정기 수리 중인지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 갱신 타이밍 지정부(41)는 제어용 컨트롤러(21) 또는 설정 계산기(23)에, 압연 라인(1)이 정기 수리 중인지를 문의한다. 갱신 타이밍 지정부(41)는 문의 결과에 기초하여, 압연 라인(1)이 정기 수리 중인지 여부를 판정한다. 정기 수리 중인 경우에는, 스텝 S132의 처리가 실행된다. 정기 수리 중이 아닐 경우에는, 스텝 S133의 처리가 실행된다.

스텝 S132에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는 모든 모델 파라미터를 갱신 파라미터로서 선택한다. 정기 수리 시에는, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)에 내재되는 모든 파라미터를, 실조업 설정 계산기(23)에서 사용되고 있는 최신의 파라미터와 동일한 값으로 갱신하는 것이 바람직하다. 그로 인해, 갱신 파라미터 선택부(42)는 정기 수리 시에는 전체 파라미터를 선택한다.

스텝 S133에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는 롤 교체가 행해졌는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 갱신 타이밍 지정부(41)는 제어용 컨트롤러(21) 또는 설정 계산기(23)에, 압연 라인(1)의 운전 모드가 롤 체인지 모드인지 여부를 문의한다. 갱신 타이밍 지정부(41)는 문의 결과에 기초하여, 롤 체인지 모드인지 여부를 판정한다. 롤 체인지 모드인 경우에는, 스텝 S134의 처리가 실행된다. 롤 체인지 모드가 아닐 경우에는, 스텝 S135의 처리가 실행된다.

스텝 S134에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는 롤에 관한 기계 상수 및 모든 학습항을 갱신 파라미터로서 선택한다. 구체적으로는, 갱신 파라미터 선택부(42)는 롤에 관한 기계 상수 및 모든 학습항을 갱신해야 할 모델 파라미터로서 선택한다.

스텝 S135에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는 시뮬레이션 실행 지령이 이루어졌는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 파라미터 갱신부(33)의 갱신 타이밍 지령부(41)는, 시뮬레이션 조건 설정부(31)에, 시뮬레이션 조건이 입력되어 시뮬레이션 실행 지령이 이루어졌는지 여부를 문의한다. 파라미터 갱신부(33)는 문의 결과에 기초하여, 시뮬레이션 실행 지령이 이루어졌는지 여부를 판정한다. 시뮬레이션 실행 지령이 이루어졌을 경우에는, 스텝 S136의 처리가 실행된다.

스텝 S136에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는 시뮬레이션의 계산 실행 전에, 시뮬레이션 조건에 관련된 학습항, 조정항을 갱신 파라미터로서 선택한다. 구체적으로는, 갱신 파라미터 선택부(42)는 시뮬레이션 조건에 관련된 학습항, 조정항을 갱신해야 할 모델 파라미터로서 선택한다.

스텝 S137에 있어서, 파라미터 갱신부(33)의 갱신 타이밍 지정부(41)는, 갱신 파라미터 선택부(42)가 선택하고 있는 파라미터의 갱신이, 실조업의 설정 계산에 영향을 주지 않는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 갱신 타이밍 지정부(41)는 갱신 파라미터 선택부(42)가 선택하고 있는 파라미터를 실조업의 설정 계산기(23)로부터 취득할 때, 설정 계산기(23)에 부여하는 부하를 계산한다. 또한, 갱신 타이밍 지정부(41)는 설정 계산기(23)의 부하 상황을 확인한다. 이것들에 기초하여, 갱신 타이밍 지정부(41)는, 파라미터 취득에 의한 부하가 발생해도, 실조업의 설정 계산에 영향을 미치지 않는 것을 확인한다. 파라미터 갱신이 실조업의 설정 계산에 영향을 주지 않는다고 판단한 경우에는, 스텝 S139의 처리가 실행된다. 파라미터 갱신이 실조업의 설정 계산에 영향을 준다고 판단한 경우에는, 스텝 S138의 처리가 실행된다.

스텝 S138에 있어서, 스텝 S137의 판정 처리의 실행 횟수가 상한 횟수보다 적은지를 판정한다. 판정 조건이 성립되는 경우에는, 지정 시간 경과 후에, 스텝 S137의 처리가 재실행된다. 판정 조건이 성립되지 않을 경우에는, 본 루틴의 처리는 종료된다.

스텝 S139에 있어서, 파라미터 카피부(43)는 갱신 파라미터 선택부(42)에 의해 선택된 모델 파라미터를, 실조업의 설정 계산기(23)에서 사용되고 있는 최신의 파라미터와 동일한 값으로 갱신한다.

도 14는, 압연 시뮬레이션 장치(24)를 사용하여, 합금 조성 및 제조 조건을 검토하는 하나의 수순을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 스텝 S141에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는, 정기 수리 시에 모든 모델 파라미터를 갱신한다. 스텝 S141에 있어서의 처리는, 상술한 도 13의 스텝 S131, 스텝 S132의 처리와 마찬가지이다.

스텝 S142에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는 롤에 관한 기계 상수 및 모든 학습항을 갱신한다. 스텝 S142에 있어서의 처리는, 상술한 도 13의 스텝 S133, 스텝 S134의 처리와 마찬가지이다.

스텝 S143에 있어서, 유저는, 압연 시뮬레이션 장치(24)의 입출력 장치를 사용하여, 시뮬레이션 조건을 입력한다. 구체적으로는, 유저는, 시뮬레이션에 사용할 가상 금속의 초기 슬래브 정보(치수, 합금 조성), 각종 목표값(가열로 추출 목표 온도, 마무리 입측 목표 온도, 마무리 출측 목표 온도, 권취 목표 온도, 조압연 출측 목표 판 두께, 조압연 출측 목표 판 폭, 목표 판 폭, 목표 판 두께, 목표 크라운 비율, 목표 평탄도 등), 게다가 더욱 상세한 조건(예를 들어 가열로 슬래브 승온 패턴, 조압연 출측 목표 온도, 각 패스의 압하량이나 압하율 배분, 통판 속도나 가속율, 런아웃 테이블에서의 냉각 패턴, 각종 스프레이 설정, 마무리 압연 벤더 및 워크 롤 쉬프트 등)을 필요에 따라서 입력한다. 입력된 시뮬레이션 조건은, 시뮬레이션 조건 설정부(31)에 설정된다.

스텝 S144에 있어서, 파라미터 갱신부(33)는 시뮬레이션의 계산 실행 전에, 시뮬레이션 조건에 관련된 학습항, 조정항을 갱신한다. 구체적으로는, 갱신 파라미터 선택부(42)는 시뮬레이션 조건에 관련된 학습항, 조정항을 갱신해야 할 모델 파라미터로서 선택한다. 파라미터 카피부(43)는 선택된 모델 파라미터를, 실조업에 사용되는 최신의 파라미터와 동일한 값으로 갱신한다.

스텝 S145에 있어서, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)는, 설정된 시뮬레이션 조건에 기초하여 가상 압연 라인에서 가상 금속 재료를 압연했을 경우의, 각 프로세스의 설정값 및 각 시각의 금속 재료의 치수, 위치, 온도를 프로세스 모델, 반송 모델, 온도 모델을 사용하여 계산한다. 또한, 가상 압연 라인 설정 계산부(32)는 재질 모델을 사용하여, 부여되는 가상 금속의 가공 이력 및 온도 이력의 정보를 입력값으로 하여, 최종 제품 재질을 예측한다. 또한, 금속 조직 예측 모델을 사용하여, 가상 금속의 가상 압연 중의 금속 조직 변화가 예측된다. 또한, 기계적 성질 예측 모델을 사용하여, 최종적으로 계산되는 가상 금속 제품의 조직과 합금 조성을 입력값으로 하여, 항복 응력이나 인장 강도 등의 기계적 성질 등의 재질이 예측된다.

스텝 S146에 있어서, 유저는, 스텝 S145에서의 계산 결과에 기초하여 가상 금속 제품의 품질을 확인한다. 스텝 S147에 있어서, 유저는, 각 프로세스의 설정값을 확인한다. 또한, 스텝 S148에 있어서, 필요에 따라 시뮬레이션 조건을 변경하여 스텝 S144 내지 스텝 S147의 처리를 반복한다. 스텝 S149에 있어서, 유저는, 시뮬레이션 결과의 실조업에 대한 적용을 검토한다.

이러한 수순에 의하면, 실조업 압연에 영향을 미치는 일이 없고, 또한, 실조업 압연을 모의한 정밀도가 좋은 시뮬레이션이 가능하다. 또한, 시뮬레이션 조건을 변경하여 상기 시뮬레이션을 반복해서 실시하고, 그 결과를 분석함으로써, 실조업의 가열, 압연 및 냉각 조건이나 슬래브 합금 조성을 개선한다는 지침이 얻어진다.

1: 압연 라인
10: 반송 테이블
11: 가열로
12: 조압연기
13: 바 히터
14: 마무리 압연기 입측 온도계
15: 마무리 압연기
16: 마무리 압연기 출측 온도계
17: 런 아웃 테이블
18: 권취기 입측 온도계
19: 권취기
20: 압연 시스템
21: 제어용 컨트롤러
23: 설정 계산기
24: 압연 시뮬레이션 장치
25: 상위 계산기
31: 시뮬레이션 조건 설정부
32: 가상 압연 라인 설정 계산부
33: 파라미터 갱신부
41: 갱신 타이밍 지정부
42: 갱신 파라미터 선택부
43: 파라미터 카피부

Claims (3)

1. 금속 재료를 가열하여 압연하고 냉각해서 반송하는 액추에이터군과, 상기 액추에이터군의 제어 실적값 및 상기 금속 재료의 상태 실적값을 검출하는 센서군을 갖는 압연 라인과, 상기 액추에이터군의 제어 목표값이나 상기 금속 재료의 상태 예측값을 산출하는 설정 계산기를 구비한 압연 시스템에 접속되는 압연 시뮬레이션 장치이며,
   상기 설정 계산기는,
   상기 압연 라인에 있어서의 가열, 압연, 냉각, 반송의 각 프로세스의 물리 현상을 표현한 모델 식이며 입력 변수와 모델 파라미터군을 입력으로 하는 함수로 표시되는 제1 모델 식을 갖고,
   상기 제1 모델 식을 사용하여, 상기 금속 재료를 실제로 압연하는 실조업에 있어서의 제품 품질이나 조업 조건에 관한 프로세스 조건을 달성하도록, 상기 액추에이터군의 제어 목표값과 상기 금속 재료의 상태 예측값을 산출하고,
   상기 제어 목표값 및 상기 상태 예측값과, 상기 센서군이 검출한 상기 제어 실적값 및 상기 상태 실적값을 비교한 비교값에 기초하여, 상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군을 수시로 갱신하고,
   상기 압연 시뮬레이션 장치는,
   상기 압연 라인에서 상기 금속 재료와는 다른 가상적으로 설정한 가상 금속 재료를 가상적으로 가열하여 압연하고 냉각해서 반송하는 가상 조업에 있어서의 제품 품질이나 조업 조건에 관한 시뮬레이션 조건을 설정하는 시뮬레이션 조건 설정부와,
   상기 제1 모델 식과 마찬가지의 제2 모델 식을 갖고, 상기 제2 모델 식을 사용하여, 상기 시뮬레이션 조건을 달성하도록, 상기 액추에이터군의 제어 목표값과 상기 가상 금속 재료의 상태 예측값을 산출하는 가상 압연 라인 설정 계산부와,
   상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군이 갱신된 경우에, 상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군에 기초하여, 상기 제2 모델 식의 상기 모델 파라미터군을 갱신하는 파라미터 갱신부를 구비하고,
   상기 파라미터 갱신부는,
   상기 모델 파라미터군을 취득할 때에 실조업의 상기 설정 계산기에 부여하는 부하가 상기 설정 계산기의 설정 계산에 영향을 미치지 않는 타이밍인 것을 확인하는 갱신 타이밍 지정부와,
   상기 타이밍에 있어서, 상기 제1 모델식의 상기 모델 파라미터군을, 상기 제2 모델식의 상기 모델 파라미터군에 카피하는 파라미터 카피부
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 압연 시뮬레이션 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 파라미터 갱신부는,
   상기 제2 모델 식의 상기 모델 파라미터군 중, 상기 가상 압연 라인 설정 계산부에 있어서의 상기 시뮬레이션 조건을 사용한 모델 계산에 필요한 일부의 모델 파라미터군을 선택하는 갱신 파라미터 선택부와,
   상기 갱신 파라미터 선택부에 의해 선택된 상기 일부의 모델 파라미터군에 대해서만, 상기 제1 모델 식의 상기 모델 파라미터군으로부터 카피하는 파라미터 카피부
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 압연 시뮬레이션 장치.
3. 삭제

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