JP5928721B2

JP5928721B2 - ランアウト冷却歪による形状不良の予測方法および予測装置

Info

Publication number: JP5928721B2
Application number: JP2012181425A
Authority: JP
Inventors: 佳正三村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: JP2014036993A

Description

この発明は、熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良の発生を予測する方法および装置に関するものである。

一般に熱間圧延における鋼板の形状不良は二つの種類に分類される。一つが仕上げ圧延における形状不良であり、従来は、ベンダーのセットアップやランアウトでの形状測定機等で品質制御（ＱＣ）、品質保証（ＱＡ）ともに対策をとってきた（例えば、特許文献１参照）。

もう一つが巻取前の冷却歪による形状不良であり、低温巻取材（巻取温度（ＣＴ）≦６００℃）で多く発生し、仕上げ圧延機の出側（仕上げ出側）の形状によらず、仕上げ圧延機に繋がるランアウトでの冷却の際の冷却歪により、スキンパス（ＳＫＰ）や酸洗で巻戻したときに形状不良が発生するものである。この形状不良は仕上げ出側の形状によらず発生するため、仕上げ出側の形状測定機等ではその最終形状を予測することができない。

従来、このような低温巻取材の形状不良に対しては、上述のように圧延後の形状を予測することが困難であるため、ある確率で客先の要求レベルを満たさない場合は全量一律にＳＫＰで巻きなおすという対応をとっていた。

特開平１１−３４７６２９号公報

過去の知見では、コイラーでの巻取前にランアウトで低温巻取材の板エッジに残留応力（引張応力）が生じて塑性歪が発生し、これが低温巻取材を常温で巻戻したときに形状不良（耳波）になるといわれていた。この板エッジの残留応力の原因としては、
（１）巻取り温度（ＣＴ）や鋼種成分による硬度の差、
（２）低温巻取材の幅方向のセンターと板エッジとの温度差による熱膨張差、
などが考えられるが、それらを定量的に整理して、次工程で巻き戻す前に板形状を予測することは困難であった。

ところで本発明者の研究によれば、従来、冷却歪によって形状が悪いとされていた低温巻取材（低ＣＴ材）では、ランアウトでの冷却中に板最エッジから１０ｍｍ以内の範囲で板エッジ温度が２００℃程度下がっていることが判明した。これは、低温巻取材の幅方向端部である板エッジで、中間部よりも冷却され易いため冷却水の沸騰形状が膜沸騰からより低温の遷移沸騰へ変わって過冷却になるのが原因と推定され、この過冷却により板エッジに塑性歪が生じるため、圧延後に形状不良が発生していることが判明した。

また、ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面を観察すると、板エッジで表面が水濡れしている現象が見られることが判明した。この水濡れは、板エッジの温度が遷移沸騰領域になって冷却水がストリップ表面に水蒸気膜を介さず直接接触することから生じるものと推定される。

本発明は上述した知見に鑑みて、板エッジの水濡れの有無を調べることにより熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良の発生を予測する方法および装置を提供し、従来はある確率で客先の要求レベルを満たさない場合に全量一律にＳＫＰで巻きなおす更正を行っていた低温巻取材を、形状不良の予測されたもののみ更正を行うようにして低温巻取材の生産効率を高めることを目的とするものである。

前記課題を解決する本発明のランアウト冷却歪による形状不良の予測方法は、
熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良を予測するに際し、
ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面における板エッジの明るさを所定比較対象の明るさと対照し、
板エッジにその最エッジに沿って比較対照より明るさが暗い部分が帯状に存在する場合は、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測することを特徴としている。

また、前記課題を解決する本発明のランアウト冷却歪による形状不良の予測装置は、
熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良を予測する装置において、
ランアウト上のストリップ表面を撮像するカメラと、
前記カメラが撮像した画像中のストリップ表面における板エッジの明るさを測定する明るさ測定部と、
前記明るさ測定部が測定した板エッジの明るさを所定比較対象の明るさと対照し、板エッジの明るさが所定比較対象の明るさに対し所定閾値以上低い場合に、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測し、その予測結果を出力する形状不良予測部と、
を具えることを特徴としている。

本発明のランアウト冷却歪による形状不良の予測方法によれば、熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良を予測するに際し、ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面における板エッジの明るさを所定比較対象の明るさと対照し、板エッジにその最エッジに沿って比較対照より明るさが暗い部分が帯状に存在する場合は、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測するので、その予測結果から低温巻取材への形状不良の発生の有無を正確に判断することができ、これにより形状不良の発生が予測された低温巻取材のみ更正を行えばよいので、低温巻取材の生産効率を高めることができる。

また、本発明のランアウト冷却歪による形状不良の予測装置によれば、熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良を予測するに際し、カメラが、ランアウト上のストリップ表面を撮像し、明るさ測定部が、前記カメラが撮像した画像中のストリップ表面における板エッジの明るさを測定し、形状不良予測部が、前記明るさ測定部が測定した板エッジの明るさを所定比較対象の明るさと対照し、板エッジの明るさが所定比較対象の明るさに対し所定閾値以上低い場合に、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測し、その予測結果を出力するので、その予測結果から低温巻取材への形状不良の発生の有無を正確に判断することができ、これにより形状不良の発生が予測された低温巻取材のみ更正を行えばよいので、低温巻取材の生産効率を高めることができる。

なお、前記ランアウト冷却歪による形状不良の予測方法においては、ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面における板エッジの明るさを所定比較対象の明るさと対照するために、ランアウト上のストリップ表面を撮像したカメラの画像を用いてもよく、このようにすれば、明るさの対照の際に画像表示装置と観察者あるいは画像中の明るさの測定器を良好な環境中に配置し得て、それら観察者あるいは測定器の負担を減らすことができる。

ここで、前記ランアウト冷却歪による形状不良の予測方法においては、前記所定比較対象として、ランアウト上の当該低温巻取材のストリップ表面における幅方向両端部（両板エッジ）の間の中間部を用いる。これにより、板エッジと中間部との相対的な明るさを対照できるため、巻取温度の設定が変更されても比較対象の明るさを変更する必要がない。

また、前記ランアウト冷却歪による形状不良の予測装置においては、ランアウト上の低温巻取材のストリップの表面における板エッジの温度と前記所定比較対象の温度とを測定する放射温度計を具え、前記形状不良予測部が、前記放射温度計が測定した板エッジの温度と前記所定比較対象の温度とを比較し、板エッジの温度が前記所定比較対象の温度に対し所定閾値以上低い場合であってかつ、板エッジの明るさが前記所定比較対象の明るさに対し所定閾値以上低い場合に、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測するようにしてもよく、このようにすれば、ランアウト冷却歪による形状不良の予測精度を高め得て、低温巻取り材の形状不良の更正に要する工数および費用をより低減させることができる。

ここで、前記ランアウト冷却歪による形状不良の予測装置においては、前記所定比較対象として、ランアウト上の当該低温巻取材のストリップ表面における幅方向両端部（両板エッジ）の間の中間部を用いる。これにより、板エッジと中間部との相対的な明るさを対照できるため、巻取温度の設定が変更されても比較対象の明るさを変更する必要がない。

本発明の熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良の予測方法の一実施例に用いられる本発明の熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良の予測装置の一実施例を適用した低温巻取材の熱間圧延ラインのホットラン冷却設備における、放射温度計によるランアウト入側の鋼板熱間圧延終了温度（ＦＴ）およびランアウト出側の鋼板巻取温度（ＣＴ）の測定位置並びにサーモビュアによるランアウト出側の鋼板巻取温度（ＣＴ）の測定位置を示す説明図である。（ａ）および（ｂ）は、上記サーモビュアによる通常の鋼板と低温巻取材との巻取温度（ＣＴ）の測定結果をそれぞれ示すサーモグラフィであり、（ｃ）は、上記放射温度計による温度測定結果を示すグラフである。（ａ）は、上記実施例の装置で測定した通常の鋼板と低温巻取材との幅方向センターと板エッジとの温度差の、コイル長手方向の温度分布を示すグラフであり、（ｂ）はそれらの鋼板の耳波高さ実績を示すグラフである。通常の二種類の鋼板と低温巻取材との上記ランアウト上のストリップ表面の状態をそれぞれ示す画像である。通常の二種類の鋼板と低温巻取材との耳波高さ実績を示すグラフである。（ａ）〜（ｅ）は、図５中の耳波高さのＡ〜Ｅの箇所にそれぞれ対応する上記ランアウト上のストリップ表面の状態を示す略線図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、本発明の熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良の予測方法の一実施例に用いられる本発明の熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良の予測装置の一実施例を適用した低温巻取材の熱間圧延ラインのホットラン冷却設備における、放射温度計によるランアウト入側の鋼板熱間圧延終了温度（ＦＴ）およびランアウト出側の鋼板巻取温度（ＣＴ）の測定位置並びにサーモビュアによるランアウト出側の鋼板巻取温度（ＣＴ）の測定位置を示す説明図である。また、図２（ａ）および（ｂ）は、上記サーモビュアによる通常の鋼板と低温巻取材との巻取温度（ＣＴ）の測定結果をそれぞれ示すサーモグラフィであり、図２（ｃ）は、上記放射温度計による温度測定結果を示すグラフである。

図２（ｃ）の温度測定結果は、鋼板巻取り温度（ＣＴ）の測定位置で放射温度計により鋼板の真上から温度計測を行ったものであり、ＣＴが低い５６０℃の低温巻取材（ＣＴ５６０℃）では板最エッジ（端縁）からその約１０ｍｍ内側までの間の板エッジで温度が約２００℃低下している。これは板エッジの温度がある領域を境に膜沸騰領域から遷移沸騰領域へと推移し、急激に温度低下が進んだ結果だと考えられる。このときのセンター部と板最エッジとの温度差をΔＴとし、図３（ａ），（ｂ）に、コイル長手方向のΔTの推移と、実際の耳波高さの長手方向推移をそれぞれ示す。図示のように、ΔＴと耳波高さには相関があり、冷却歪による形状不良はΔＴが支配的であることがわかる。

このように板エッジ１０ｍｍの鋼板表面温度が支配的になる状態では、板最エッジの温度を正確に評価することが極めて重要であるが、従来の測定方法では、
(1)放射温度計の測定間隔が大きい（約１０〜２０ｍｍ毎に一点）、
(2)板エッジ付近の温度勾配が急な領域においてどこが板最エッジか判断することが困難である、
といった理由から測定が困難であった。

一方、先に述べたように板エッジの温度が低下している領域では、沸騰形式が膜沸騰から遷移沸騰へと変化しているため、図４の右端の写真に示すように、鋼板表面が板最エッジ（写真の右端の黒っぽい部分）に沿って帯状に水濡れした様相（写真の右端の黒っぽい部分の内側のグレーの部分）を呈している。ここで、図４の右端の表面温度：５６０℃の低温巻取材の写真中、右端の縦長の黒っぽい部分が板エッジの外側の空間、従ってその黒っぽい部分の左側端縁が板最エッジであり、その黒っぽい部分の内側の帯状のグレーの部分が水濡れ部分であり、そのグレーの部分の内側の広くて白っぽい部分が低温巻取材のストリップ表面の中間部である。

それゆえ、この実施例のランアウト冷却歪による形状不良の予測方法では、ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面を観察し、もしも板エッジが水濡れしているようであれば、冷却歪による板形状不良が発生する可能性が極めて高いと判断する。また、現在はランアウト上に表面欠陥計を備えている熱間圧延ラインが多いため、この実施例のランアウト冷却歪による形状不良の予測装置では、その表面欠陥計のカメラを用い、そのカメラが撮像したランアウト上の低温巻取材のストリップ表面の画像を確認することで、板形状不良が発生するかどうかを予測する。

具体的には、この実施例のランアウト冷却歪による形状不良の予測装置は、図１では図示しないが、表面欠陥計のカメラを兼ねてランアウト上の低温巻取材のストリップ表面を撮像するカメラと、そのカメラが撮像した画像中のストリップ表面における板エッジの明るさを測定する明るさ測定部と、その明るさ測定部が測定した板エッジの明るさを、所定比較対象としての同じ低温巻取材のストリップ表面の両板エッジ間の中間部の明るさと対照し、板エッジの明るさが中間部の明るさに対し所定閾値以上低い場合に、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測し、その予測結果を画面表示装置の画面上に出力する形状不良予測部と、を具えており、ここで、明るさ測定部と形状不良予測部とは、上記カメラの出力ケーブルを接続されるとともに通常の画像処理等のプログラムに基づき作動する通常のコンピュータが、それらの機能を果たす。

なお、上記実施例のランアウト冷却歪による形状不良の予測方法も、画像表示装置に表示出力された図３に示す如き低温巻取材のストリップ表面の画像を人が観察し、板エッジの明るさと中間部の明るさとを対照して、例えば両者の間に明るさの境界線が見える等の基準により板エッジの水濡れの有無を判断しても良いが、上記実施例のランアウト冷却歪による形状不良の予測装置が、低温巻取材のストリップ表面の画像から、板エッジの明るさと中間部の明るさとを対照して板エッジの水濡れの有無を判断しても良い。

図５は、ＣＴ：６２０℃および６５０℃の通常の二種類の鋼板とＣＴ：５６０℃の低温巻取材との耳波高さ実績を示すグラフであり、図６（ａ）〜（ｅ）は、図５中の耳波高さのＡ〜Ｅの箇所にそれぞれ対応する上記ランアウト上のストリップ表面の状態を示す略線図である。これら図５，６から明らかなように、板エッジの水濡れ幅が広いほど、耳波量が大きくなっている。

従って、この実施例の予測方法および予測装置によれば、低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測するので、その予測結果から低温巻取材への形状不良の発生の有無を正確に判断することができ、これにより形状不良の発生が予測された低温巻取材のみ更正を行えばよいので、低温巻取材の生産効率を高めることができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載の範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、所定比較対象はあらかじめ設定したサンプルでもよく、また所定比較対象の明るさは、あらかじめ設定した閾値でもよい。

かくして本発明の予測方法および予測装置によれば、低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生することを予測するので、その予測結果から低温巻取材への形状不良の発生の有無を正確に判断することができ、これにより形状不良の発生が予測された低温巻取材のみ更正を行えばよいので、低温巻取材の生産効率を高めることができる。

ＣＴ巻取温度
ＦＴ鋼板熱間圧延終了温度
ＳＫＰスキンパス

Claims

熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良を予測するに際し、
ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面における板エッジの明るさを所定比較対象の明るさと対照し、
前記所定比較対象としてランアウト上の当該低温巻取材のストリップ表面における幅方向両端部の間の中間部を用い、
板エッジにその最エッジに沿って前記所定比較対象より明るさが暗い部分が帯状に存在する場合は、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測することを特徴とする、ランアウト冷却歪による形状不良の予測方法。
ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面における板エッジの明るさを前記所定比較対象の明るさと対照するために、ランアウト上のストリップ表面を撮像したカメラの画像を用いることを特徴とする、請求項１記載のランアウト冷却歪による形状不良の予測方法。
熱間圧延における低温巻取材のランアウト冷却歪による形状不良を予測する装置において、
ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面を撮像するカメラと、
所定比較対象としてランアウト上の当該低温巻取材のストリップ表面における幅方向両端部の間の中間部を用い、前記カメラが撮像した画像中のストリップ表面における板エッジの明るさと前記所定比較対象の明るさとを測定する明るさ測定部と、
前記明るさ測定部が測定した板エッジの明るさを前記所定比較対象の明るさと対照し、板エッジの明るさが前記所定比較対象の明るさに対し所定閾値以上低い場合に、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測し、その予測結果を出力する形状不良予測部と、
を具えることを特徴とする、ランアウト冷却歪による形状不良の予測装置。
ランアウト上の低温巻取材のストリップ表面における板エッジの温度と前記所定比較対象の温度とを測定する放射温度計を具え、
前記形状不良予測部が、前記放射温度計が測定した板エッジの温度と前記所定比較対象の温度とを比較し、板エッジの温度が前記所定比較対象の温度に対し所定閾値以上低い場合であってかつ、板エッジの明るさが前記所定比較対象の明るさに対し所定閾値以上低い場合に、板エッジの水濡れが有ると判断して、その低温巻取材にランアウト冷却歪による形状不良が発生すると予測することを特徴とする、請求項３記載のランアウト冷却歪による形状不良の予測装置。