JP2006289408A - 熱間圧延における圧延スケジュールの決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱炉からの圧延材の抽出に際し、粗圧延工程において温度制御が効率よく行われる圧延スケジュールを設定させる方法を検討して、加熱炉抽出後に圧延ピッチを最短にしつつ目標とする仕上げ圧延工程入り側温度の達成するための圧延方法を提供する。
【解決手段】加熱炉から抽出した圧延材を熱間圧延する圧延スケジュールの決定方法であって、前記圧延材を、熱間圧延ラインを構成する設備の許容最大速度で搬送したときのピッチが最大となる区間を選定する最大ピッチ区間選定工程と、前記熱間圧延ラインを構成する設備のうち、前記最大ピッチ区間にある設備および巻き取り設備を除いた１または２以上の設備において、前記圧延材の温度調整を行う温度調整工程と、次圧延材を前記最大ピッチで加熱炉から抽出する圧延材抽出工程とを有することにより、仕上圧延機の噛み込み温度が予め設定した温度となるように圧延材の温度調整を行うことを特徴とする熱間圧延における圧延スケジュールの決定方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱炉から抽出した圧延材を熱間圧延する圧延スケジュールの決定方法に関する。

熱間圧延ラインでは、加熱炉から圧延材が抽出され、その抽出された圧延材が順次、粗圧延工程及び仕上げ圧延機で圧延され、巻き取り設備にて巻き取られるようになっている。このとき、先行材と対象圧延材（自圧延材）とが衝突等の干渉を起こさないように、各圧延材を適当な時間ピッチで加熱炉から抽出する必要がある。また、熱間圧延における鋼板の製造は、一般に、加熱炉で加熱したスラブを、まず粗圧延機で複数パス粗圧延した後、得られた粗圧延材を仕上げ圧延機で複数パス仕上げ圧延して目的の板厚とした後で、巻き取り設備にて巻き取ることによって行われる。ここで、熱間圧延を行うに際しては、圧延材が高温になりすぎると表面にスケール疵が発生する確率が高くなる等、鋼板の表面品位に悪影響を及ぼす。そこで、従来、粗圧延工程では、圧延材が高温のままで仕上げ圧延されるのを防ぐために、粗圧延を途中で中断して圧延材の温度を下げたり、或いはロールへの抜熱により強制的に温度降下せるるためにパス数を増加するなどの対応をとっている。このため、所定温度まで温度を低下させ仕上げ圧延に適した板厚まですることはできるが、逆に粗圧延工程における搬送時間が長くなってしまい、圧延効率が低くなってしまうという問題があった。

このため、例えば特開平６―７８２３号公報や特開平８―３２３４０４号公報に記載された方法が実施されていた。特開平６―７８２３号公報においては、加熱炉在炉中に圧延スケジュール計算が行われて、抽出する圧延材の温度が加熱炉出側での目標温度よりも所定以上加熱さていれば抽出時刻を早めることで、抽出したその圧延材を、粗パス等で所定時間だけ待機させて仕上げ圧延機入側に到着するまでに所定温度まで温度降下させるようにしたり、一方特開平８―３２３４０４号公報においては、粗圧延工程においてオフラインにバッファゾーンを設けることにより、前後する圧延材同士が干渉しないように、スラブバーを放冷させる方法を実施していた。
特開平６―７８２３号公報 特開平８―３２３４０４号公報

しかし、前記従来の抽出時刻を早めて抽出した圧延材を粗圧延工程等で待機させて仕上げ圧延工程に搬送する方法（特許文献１）については、スラブバーを放冷させるだけでは冷速に限界があり目標とする温度降下量を得るためには時間がかかるにも関わらず、粗圧延工程における別の温度降下手段であるデスケーリングの本数や回転速度の変更、パス数の変更等の設定を変更する機能がないため、目標とする仕上出側温度を満たす粗圧延工程の条件下で加熱炉抽出から仕上圧延工程までの搬送時間が最小とはならず、生産性低下につながるという課題が残されていた。
また、設備に対する熱影響を考えると、粗搬送テーブル上において待機時間を多くとるということは、搬送ロールに対する熱負荷がかかることにより設備に悪影響を及ぼすとい問題もあった。
一方、粗圧延工程においてオフラインにバッファゾーンを設置する方法（特許文献２）については、新たにバッファゾーンを設置するための設備費が必要となると共に、オフラインへ搬送する時間自体がロスとなる問題があった。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、加熱炉からの圧延材の抽出に際し、粗圧延工程において温度制御が効率よく行われる圧延スケジュールを設定させる方法を検討して、加熱炉抽出後に圧延ピッチを最短にしつつ目標とする仕上げ圧延工程入り側温度の達成するための圧延方法を提供することを課題とする。

本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、熱間圧延における加熱炉からの圧延材抽出方法および熱間圧延粗工程圧延スケジュールの決定方法に想到したものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの以下のとおりである。
（１）加熱炉から抽出した圧延材を熱間圧延する圧延スケジュールの決定方法であって、熱間圧延ラインを構成する設備の許容最大速度で前記圧延材を搬送したときのピッチが最大となる区間を選定し、前記熱間圧延ラインを構成する設備のうち、前記最大ピッチ区間にある設備および巻き取り設備を除いた１または２以上の設備において、前記圧延材の温度調整を行うことを特徴とする熱間圧延における圧延スケジュールの決定方法。
（２）加熱炉から抽出した圧延材を熱間圧延する圧延スケジュールの決定方法であって、前記圧延材を、熱間圧延ラインを構成する設備の許容最大速度で搬送したときのピッチが最大となる区間を選定する最大ピッチ区間選定工程と、前記熱間圧延ラインを構成する設備のうち、前記最大ピッチ区間にある設備および巻き取り設備を除いた１または２以上の設備において、前記圧延材の温度調整を行う温度調整工程と、次圧延材を前記最大ピッチで加熱炉から抽出する圧延材抽出工程とを有することにより、仕上圧延機の噛み込み温度が予め設定した温度となるように圧延材の温度調整を行うことを特徴とする熱間圧延における圧延スケジュールの決定方法。

本発明のように圧延スケジュールを決定して圧延材を抽出させることにより、先行材との干渉がなく、粗圧延工程における設備に対する熱影響が最小に抑えることができることができる共に、目標とする仕上げ圧延工程入り側温度を達成でき、かつ、仕上げ圧延ピッチを最短にすることができるようになるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、本発明の圧延スケジュールの決定フローを例示する図である。
本発明は、加熱炉から抽出した圧延材を熱間圧延する圧延スケジュールの決定方法である。
まず、前記圧延材を、熱間圧延ラインを構成する設備の許容最大速度で搬送したときのピッチが最大となる区間を選定する（S-1）。
許容最大速度で搬送したときに、最も時間がかかる最大ピッチ区間を選定することによって、この区間で圧延材の温度調整を行わないようにすることができる。
次に、前記熱間圧延ラインを構成する設備のうち、前記最大ピッチ区間にある設備および巻き取り設備を除いた１または２以上の設備において、前記圧延材の温度調整を行う（S-2）。
許容最大速度で搬送したときに、最も時間がかかる最大ピッチ区間を除く設備で圧延材の温度調整を行うことによって、全体の圧延時間が延びないようにすることができる。
そして、次圧延材を前記最大ピッチで加熱炉から抽出する圧延材抽出工程とを有することにより、仕上圧延機の噛み込み温度が予め設定した温度となるように圧延材の温度調整を行う（S-3）。
以上の工程によって、仕上圧延機の噛み込み温度が予め設定した温度となるように圧延材の温度調整を行うことにより、仕上圧延工程入側温度を達成でき、かつ、仕上圧延ピッチを最短にすることができる。

図２においては一般的な熱間圧延ライン全体構成図を示し、スラブバーを加熱する加熱炉１から抽出されたスラブバーを、粗圧延工程２において水平圧下、幅圧下を行い、所定のスラブバー厚幅とし、さらに目標とする仕上圧延工程３の所望の入側温度になるように搬送する。粗圧延工程２より搬送されたスラブバーを仕上圧延工程３において水平圧下を行いコイル厚とし目標とする仕上出側温度で搬送された板を巻き取り装置４にて巻き取る。ここで粗圧延工程２においては、圧延ロール回転速度の変化、テーブル上にスラブバーを待機させることによりスラブバーの温度調整が可能である。また、図２には記載していないが、水スプレーによってスラブ表面のスケールを除去するデスケーリング装置を設置したラインにおいては、デスケーリング用のノズル本数の使用本数によっても、温度調整が可能である。

加熱炉、粗圧延工程、仕上げ圧延工程、巻き取り設備を有する熱間圧延ラインにおける、各圧延材の加熱炉からの抽出ピッチを決定するに際し、圧延材の加熱炉在炉中に、その圧延スケジュールおよびその圧延材が抽出される時点におけるライン上に既に抽出されているスラブバーの圧延スケジュールを計算することにより、加熱炉抽出時点から各設備、各パスを通過する搬送予測時刻や巻き取り設備において巻取るに要する時刻を求め、その搬送予測時刻をもとに各圧延材に対する加熱炉からの抽出時刻を決定するのが一般的である。
例えば、図３に加熱炉、粗圧延工程（Ｒ１〜Ｒ４の４台の圧延機の場合）、仕上げ圧延工程、巻き取り設備を有する熱間圧延ラインにおける加熱炉抽出後の仕上げ圧延工程入側までのスラブバー温度の経時変化の例を示すが、自圧延材(a)の圧延スケジュールの予測から、ライン各工程を通過するに要する時間t1（粗圧延工程のＲ１圧延開始Ｂ〜Ｒ２圧延開始Ｃ）、ｔ２（粗圧延工程のＲ２圧延開始Ｃ〜Ｒ３、Ｒ４圧延開始Ｄ）及びt3（粗圧延工程のＲ３、Ｒ４圧延開始Ｄ〜仕上圧延開始Ｅ）をそれぞれ求め、その中で最大となる時間(この場合t3)を次圧延材(b)の加熱炉からの抽出ピッチとし、(a)が抽出されたt3後に次圧延材(b)を抽出する。

図４（c）のように自圧延材、加熱炉からの抽出を予定温度Ｋ１通りに加熱炉から抽出できれば所定の仕上圧延温度Ｋ３で圧延を開始することができるため、最初に設定したスラブバーの圧延スケジュールを変更する必要はなく、次圧延材も同様に所定時刻で加熱炉を抽出すれば良い。しかしながら、図４（d）のように加熱炉からの抽出温度を予定よりも高い温度Ｋ２で抽出された場合には、該材の温度が仕上げ圧延工程入側において所定の目標温度Ｋ３を越える事が予測されることも多くあり、このときには当初の圧延スケジュールのままで圧延してしまうと仕上圧延温度が高くなりすぎて所望の製品材質が得られなくなってしまうため、従来は各オペレーターの判断で圧延ロール回転速度の変化、テーブル上にスラブバーを待機させる等を行うことにより、所定の仕上圧延温度で圧延することが行われていたが、これではオペレーターによって温度および圧延スケジュール決定後の抽出ピッチのばらつきが大きいものとなっていた。

そこで本発明においては、まず、自圧延材を各設備（粗圧延工程、仕上げ圧延工程、巻き取り設備）の許容最大速度で搬送したときの前記各設備において各設備区間の滞在時間である「ピッチ」を予め求め、さらに「最大ピッチ」となる区間を予め選択することとした。これは当初の圧延スケジュールのままで圧延してしまうと仕上圧延温度が高くなりすぎてしまう場合には、前記のように途中でスラブバー温度を適度に降下させる必要があるが、「最大ピッチ」となる区間における設備でこのような温度調整作業を実施してしまうと、当然のごとく自圧延材の加熱炉抽出から巻き取り完了までの時間が延長するだけでなく、図５（e）のように、例えば当初の予定では最大ピッチｔ３であった粗圧延工程のR3,Ｒ4圧延開始Ｃ〜仕上圧延開始Ｅの間で自圧延材の温度制御を実施することにより搬送時間Δｔ延長した場合には、圧延途中で自圧延材に次圧延材が追いついて衝突しないよう図５（f）のように次圧延材の抽出ピッチを当初のｔ３からΔｔ分だけ延長することが必要となり、次圧延材の仕上圧延工程、巻き取りまでの搬送タイミングが遅れ、結果的に圧延スケジュールが遅れてしまう恐れがある。

一方、「最大ピッチ」となる区間における設備を除いて温度制御を実施する場合には、図６（g）のように、例えば自圧延材が最大ピッチとなる粗圧延工程のR3,Ｒ4圧延開始Ｄ〜仕上圧延開始Ｅ以外の粗圧延工程のR1圧延開始Ｂ〜R2圧延開始Ｃの間で温度制御を実施して、この区間の自圧延材の搬送時間Δｔ'が延長したとしても、当初の圧延ピッチt3で抽出した次圧延材は圧延途中で自圧延材に追いついて衝突すること無いため、図６（h）のように自圧延材は圧延スケジュールジュールは遅れても、次圧延材の圧延スケジュールが遅れる可能性は無くなる。
従って、自圧延材において予め求めた「最大ピッチ」となる区間における設備を除いた設備で温度調整作業を行えば、次圧延材の加熱炉抽出の遅延による圧延スケジュールの遅れ等の悪影響小さくなると考える。但し、温度調整作業を行う設備としては「最大ピッチ」となる区間における設備と共に「巻き取り設備」も除く必要がある。この理由としては「巻き取り設備」は仕上圧延工程にて圧延材が圧延された後に巻き取る設備であるため、目的とする仕上圧延機噛み込み時の目標温度を得るためのアクチュエータとはならないからである。
このように、自圧延材において予め自圧延材が熱間圧延ラインを構成する各設備の許容最大速度で搬送したときの前記各設備区間の中でピッチが最大となる区間にある設備を選定し、該区間における設備および巻き取り設備を除いた１つまたは２以上の設備を用いて仕上圧延機噛み込み温度が予め設定した温度となるように温度調整を行うと共に、次圧延材は前記の最大ピッチで加熱炉から抽出することで圧延スケジュールを決定すればよい。

次に温度調整する設備の選定とその調整方法について説明する。図２に示したように一般的な熱間圧延ラインにおいては加熱炉、粗圧延工程、仕上げ圧延工程、巻き取り設備から構成され、本発明においては巻き取り設備を除いた設備を適宜選択し、その圧延速度や待機時間を制御することによって温度調整が可能である。さらには、前記設備に限らず、前記ように水スプレーによってスラブ表面のスケールを除去するデスケーリング装置を設置したラインではデスケーリングするスプレーの本数の設定や、仕上圧延工程の前にスラブバーを一旦巻き取り・巻き戻しを行う装置を設置したラインにおいては、その待機時間を制御するようにすることも可能である、各熱間圧延ライン毎に温度制御可能な設備を適宜有効に組み合わせることにより、目標とする仕上げ入り側温度にて仕上圧延工程へスラブバーを搬送させることが可能となる。

なお、本発明の実施に際して、自圧延材を各設備（粗圧延工程、仕上げ圧延工程、巻き取り設備 他）の許容最大速度で搬送したときの前記各設備区間において各設備区間の滞在時間である「ピッチ」を予め求める方法としては、特に限定する必要はない。即ち、圧延材の加熱炉在炉中に、その圧延スケジュールおよびその圧延材が抽出される時点におけるライン上に既に抽出されているスラブバーの圧延スケジュールを計算することにより、加熱炉抽出時点から各設備、各パスを通過する搬送予測時刻や巻き取り設備において巻取るに要する時刻を求める方法で決定して良い。また、「最大ピッチ」となる区間における設備と巻き取り設備を除いた１つまたは２以上の設備で温度調整を行う際には、該設備での温度調整を必ずしも自動制御で行う必要なく、「最大ピッチ」となる区間における設備と巻き取り設備を除いた１つまたは２以上の設備名をオペレーターにガイダンスさせて、オペレーターが適宜選択して温度調整しても構わない。

本発明を実機圧延に適用試験を行った結果を図７に示す。
本試験の熱間圧延ラインは、加熱炉、粗圧延機、デスケーリング装置、仕上圧延機、巻き取り装置から構成され、粗圧延機、デスケーリング装置、搬送テーブル上の放冷によって温度調整が可能であり、粗圧延機は圧延速度を変化、デスケーリング装置はノズル噴射本数の増減、搬送テーブル上の放冷は放冷時間の増減によって、それぞれ温度調整を行った。
本発明においては、圧延材毎に予め自圧延材が熱間圧延ラインを構成する各設備の許容最大速度で搬送したときの前記各設備区間の中でピッチが最大となる区間における設備を選定し、その設備を除いた設備をオペレーターにガイダンスすることで、仕上圧延機噛み込み温度が予め設定した温度となるようにオペレーターが適宜その設備を用いて適宜温度調整を行って温度調整を行なった。
一方、比較例として、本発明のように予め「ピッチ」を求めることなく、温度調整する設備の選定を含めて、全てオペレーターに対応を任せて操業を行った。
図７は、本発明例と比較例をそれぞれある圧延単位にて行った場合の、自圧延材が仕上圧延機を抜けてから次圧延材が噛み込むまでの仕上圧延機のアイドル時間を評価した結果を示す。本発明例においては比較例に比べてアイドル時間が大幅に短縮されており、目標とする仕上げ入り側温度の達成でき、かつ仕上げ圧延ピッチを最短にすることができるようになることがわかり、本発明の効果が確認された。

本発明の圧延スケジュールの決定フローを例示する図である。 熱間圧延ライン全体構成の一例を示す図である。 加熱炉抽出〜仕上圧延工程における自圧延材（ａ）と次圧延材（ｂ）とのスラブバー温度の経時変化を示す図である。 加熱炉抽出〜仕上圧延工程における加熱炉抽出温度が変化した場合のスラブバー温度の経時変化を示す図である。 加熱炉抽出〜仕上圧延工程における自圧延材を最大ピッチ設備で温度調整した場合の自圧延材と次圧延材のスラブバー温度の経時変化を示す図である。 加熱炉抽出〜仕上圧延工程における自圧延材を最大ピッチ設備以外で温度調整した場合の自圧延材と次圧延材のスラブバー温度の経時変化を示す図である。 本発明を実施したときの仕上圧延アイドル時間と従来実施例のアイドル時間との比較例を示す図である。

符号の説明

１ 加熱炉
２ 粗圧延工程（R1〜R4の４台の粗圧延機の場合）
３ 仕上圧延工程
４ 巻き取り装置
Ａ 加熱炉抽出時刻
Ｂ 粗圧延工程のR１圧延機の圧延開始時刻
Ｃ 粗圧延工程のR２圧延機の圧延開始時刻
Ｄ 粗圧延工程のR3、Ｒ4圧延機の圧延開始時刻
Ｅ 仕上圧延開始時刻
Ｋ１ 加熱抽出予定温度
Ｋ２ 予定温度よりも高い場合の加熱抽出温度
Ｋ３ 目標仕上入側温度

Claims (2)

1. 加熱炉から抽出した圧延材を熱間圧延する圧延スケジュールの決定方法であって、熱間圧延ラインを構成する設備の許容最大速度で前記圧延材を搬送したときのピッチが最大となる区間を選定し、前記熱間圧延ラインを構成する設備のうち、前記最大ピッチ区間にある設備および巻き取り設備を除いた１または２以上の設備において、前記圧延材の温度調整を行うことを特徴とする熱間圧延における圧延スケジュールの決定方法。
2. 加熱炉から抽出した圧延材を熱間圧延する圧延スケジュールの決定方法であって、
   前記圧延材を、熱間圧延ラインを構成する設備の許容最大速度で搬送したときのピッチが最大となる区間を選定する最大ピッチ区間選定工程と、
   前記熱間圧延ラインを構成する設備のうち、前記最大ピッチ区間にある設備および巻き取り設備を除いた１または２以上の設備において、前記圧延材の温度調整を行う温度調整工程と、
   次圧延材を前記最大ピッチで加熱炉から抽出する圧延材抽出工程とを有することにより、仕上圧延機の噛み込み温度が予め設定した温度となるように圧延材の温度調整を行うことを特徴とする熱間圧延における圧延スケジュールの決定方法。
   
   

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