JPS629712A - 棒鋼、線材の熱間連続圧延における圧延材の断面内平均温度の推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、棒鋼、線材の熱間連続圧延における圧延材の
断面内平均温度の推定方法に関する。

（従来の技術） 加熱炉で加熱されたビレ・ノドを粗圧延機列から中間圧
延機を経て仕上圧延機列に達する多数の圧延機を通して
棒鋼、線材等の圧延材を連続して圧延する熱間連続圧延
においては、中間圧延機列の後で圧延材を強制水冷する
制御圧延と、仕上圧延機列の後で圧延材を強制水冷する
制御冷却とが行われて、圧延材の材質改善が行われる。

ところで、従来においては、制御圧延時あるいは制御冷
却後の水冷上り温度等については、主として放射温度計
による表面温度の把握のみであって、仕上り温度等の温
度制御は表面温度に基づいてなされており、圧延材の品
質確保には重要な断面内平均温度を把握した上での各種
制御（主トシて水冷制御）はなされていなかった。

即ち、従来においては、表面温度のみによっ。

圧延材の温度を把握しており、この実測表面温度に基づ
いて、制御圧延時及び制御冷却後の水冷上り温度等を把
握していた。

（発明が解決しようとする問題点） 然し乍ら、熱間連続圧延工程では、ビレット及び圧延材
に関しては、加工発熱、ロールとの接触、強制水冷等に
よる冷却及びその後の復熱と云うような工程の繰り返し
であるため、圧延材はその断面内において温度分布を有
し、又、その表面温度は、熱間連続圧延ラインにおける
測定位置、即ち、復熱時間等に影響される。　　゛ 従って、圧延材の表面温度は、圧延材の温度を代表する
ものではなく、この実測表面温度に基づいた各種制御は
、目標とする品質を得る上で充分なものではない。

このことは、特に、制御圧延、制御冷却時に重要である
。

即ち、制御圧延、制御冷却では、目標仕上り温度や水冷
上り温度を得るために、通常、強制水冷を用いるが、強
制水冷後の圧延材の水冷上り温度に関しては、圧延材の
断面内での温度分布における温度差が大きく、又、圧延
材の表面温度は復熱時間と共に急激に変化する。

従って、上記の場合、圧延材の表面温度の把握のみでは
、圧延材の材質コントロール上極めて不充分なものとな
り、常時、目標とする材質を得ることは極めて困難とな
る。

そこで、圧延材の表面温度から、断面内平均温度を推定
して、この温度を圧延材の代表温度として把握すること
が考えられるのであり、このようにすれば、目標とする
材質を得ることが極めて容易となる。

ところで、圧延材の表面温度と断面内平均温度との関係
は、圧延材断面内の温度分布によって異なる。

そして、圧延材断面内の温度分布は、圧延材のパススケ
ジュール（圧延材寸法）、加熱炉からのビレットの抽出
温度、圧延速度、制御圧延や制御冷却時の冷却条件によ
って変化する。

従って、上記のような各種の操業条件から、その都度、
圧延材断面内の温度分布を算出して、表面温度と断面内
平均温度の関係を求めることは、オンラインでは、計算
時間、操作の繁雑さ等の問題から極めて難しい。

又、実測表面温度から簡易式等を用いて断面内平均温度
を求める方法も考えられる。

然し乍ら、熱間連続圧延においては、各種操業条件が広
範であるので、上記のような簡易式等を用いて、断面内
平均温度を算出することは、精度上、適切とは言えない
。

本発明は上記問題を解決できる棒鋼、線材の熱間連続圧
延における圧延材の断面内平均温度の推定方法を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の特徴とする処は、
加熱炉２０から抽出したビレットを圧延機１〜１６を通
して棒鋼、線材等の圧延材に熱間連続圧延すると共に、
中間圧延機２２と仕上圧延機列２３の間、及び仕上圧延
機列２３の後に設けた冷却装置２７．２８により圧延材
を強制水冷した場合において、強制水冷後の圧延材の断
面内平均温度を推定する方法であって、予定される複数
のパススケジュールの内の一つのパススケジュールにお
いて、加熱炉２０からのビレットの抽出温度と圧延速度
の代表的な値を組合せた複数の代表的な操業条件下で圧
延材の代表的な表面温度と断面内平均温度との関係を表
わすテーブルＡ、Ｂを予じめ作成しておき、実際に測定
した加熱炉２０からのビレットの抽出温度、圧延速度及
び圧延材の表面温度に基き、上記テーブルＡ、Ｂから、
復熱時間を考慮して圧延材の断面内平均温度を推定する
点にある。

（実施例） 以下、図示の実施例について本発明を詳述すると、第１
図は熱間連続圧延ラインを示し、２０はビレットを加熱
する加熱炉で、この後段には粗圧延機列２１、中間圧延
機列２２、仕上圧延機列２３が直列状に設けられている
。これら圧延機列２１，２２．２３は、第１から第１６
の圧延機１〜１６により構成されている。２４は中間圧
延機列２２と仕上圧延機列２３との間に設けられた前段
冷却帯、２５は仕上圧延機列２３と冷却床２６との間に
設けられた後段冷却帯であり、これら冷却帯２４．２５
には圧延材に冷却水を供給する冷却装置２７．２８が設
けられ、その各冷却装置２７゜２８はプロセスコントロ
ールコンピュータ２９を含む制御装置により冷却水量が
制御される。３０は第９圧延機９０入側で圧延材の表面
温度を測定する温度計、３１は仕上圧延機列２３の出側
で強制水冷後の圧延材の表面温度を測定する温度計、３
２は後段冷却帯２５の出側で強制水冷後の圧延材の表面
温度を測定する温度計である。

棒鋼、線材等の圧延に際しては、コンピュータ２９によ
る自動制御によって中間冷却帯２４で圧延材に冷却水を
供給して温度を制御する制御圧延、この制御圧延後の製
品に後段冷却帯２５で冷却水を供給して冷却する制御冷
却を夫々行い、圧延材の材質等を改善するのであるが、
これらの場合に、所望の材質を得るためには、制御圧延
時や制御冷却後の圧延材の水冷上り温度を正しく把握す
る必要がある。

而して、従来の熱間連続圧延では、圧延材の表面温度の
みを把握していた。

然し乍ら、圧延材においては、その断面内に温度分布を
有しているため、この実測表面温度は、圧延材の温度を
代表するものではない。

しかも、表面温度は、熱間連続圧延ラインの測定位置、
即ち、復熱時間等によって大きく異なるものであるから
、制御圧延、制御冷却により、常時目標とする材質を得
るためには、表面温度の把握だけでは極めて不充分であ
る。

このため、制御圧延時や制御冷却後に圧延材の代表温度
、即ち、断面円平均温度を把握する必要がある。

次に、後段冷却帯２５において、制御冷却を実施した場
合の強制水冷後の水冷仕上り断面円平均温度を求める方
法について説明する。

まず、後段冷却帯２５の冷却装置２８の冷却ゾーンが単
−又は使用する冷却ゾーン数が常時同一である場合、即
ち、冷却帯出側から測温位置までの復熱時間の相違を考
慮せずともよい場合について説明する。

制御冷却後の圧延材の水冷上り温度は、後段冷却帯２５
人側での圧延材の温度、各種冷却条件（冷却水流量、冷
却時間）によって決まるのであるが、この場合において
、圧延材の断面内での水冷上がり温度分布状態は、後段
冷却帯２５人側での圧延材の温度、冷却水流量、冷却時
間によって決まる。

又、後段冷却帯２５人側での圧延材の温度は、圧延材の
パススケジュール（圧延材寸法）、加熱炉からのビレッ
トの抽出温度、圧延速度により、更に、冷却時間も、圧
延速度により、夫々決まる。

従って、圧延材の１つのパススケジュールにおいては、
制御冷却後の圧延材の断面内での水冷上り温度分布状態
を、抽出温度と圧延速度及び冷却水流量とによって知る
ことができるのであり、そ１？７故、上記水冷上り温度
分布状態を知った上で、圧延材の表面温度を測定すれば
、圧延材の水冷上り断面円平均温度を正確に推定できる
。

第２図は、圧延材の水冷上り断面円平均温度を推定する
ための基本テーブルで、インプットデータとしての圧延
材のパススケジュールＤ、と、加熱炉２０から抽出する
ビレットの平均温度、即ち、抽出温度〒ｄと、実際の圧
延速度Ｖｆｍと、温度計３２により測定した圧延材の実
際の表面温度ｊｆｆｆｉと、実際の冷却水流量Ｗ１とか
ら、圧延材の水冷上り断面円平均温度〒、推定するもの
である。

ところで、熱間連続圧延ラインにおけるパススケジュー
ルは多数種類あるので、その各スケジュール毎に独立し
て、第２図の基本テーブルＡに示すような索引テーブル
■を作成し、又、その各パススケジュールの索引テーブ
ルＴの多値を組合わせた各操業条件下毎に推定テーブル
■を作成する。

まず、索引テーブルＩでは、例えば、３つの代表的な抽
出温度〒ｄ、〜Ｔ　ｄ　３と、代表的な３つの圧延速度
の最大圧延速度に対する比率を百分率で表したＶｒ＋〜
ｖｒｓとを組合わせた■〜■の操業条件を設定している
。

又、上記■〜■の操業条件夫々について推定テーブル■
が作成され、推定テーブル■では、４つの代表的な圧延
材の表面温度ｔｆｌ〜ｔｆ４と、表面温度が上記の多値
である場合における圧延材の水冷上り断面円平均温度〒
、１〜〒ｆ４及び冷却水流量Ｗ、〜Ｗ４とが表示されて
いる。

尚、表面温度ｔ　ｆｌ””　ｔ　ｆ４、断面円平均温度
〒ｆ。

〜〒ｆ４、冷却水流量Ｗ１〜Ｗ４においては、ｔｆｌ＞
１．、＞１．、＞１．、、〒ｆｌ＞〒、２〉〒ｆ３＞〒
、４、Ｗ　ｌ＜Ｗｚ＜Ｗ３＜Ｗａ　とされている。

次に、基本テーブルＡの索引テーブル■の■〜■の各操
業条件下で、圧延材の表面温度から断面円平均温度を推
定する手順について説明する。

まず、実測表面温度ｔｅａが推定テーブル■の表面温度
ｔｆ＋−ｔ　（４のいずれかである場合には、断面円平
均温度を直ちに推定できるのであるが、多くの場合はそ
うではない。

そこで、実測表面温度ｔｆＭが上記表面温度ｔｆｌ〜ｔ
ｆ４の値でない場合には、下記のような一次補間により
、断面円平均温度〒ｔｍを推定する。

即ち、今、例えば、ｔ　ｆｉｌ＜ｔ　ｆｌＩ＜　ｔ　ｆ
２とすると、Ｗａ　＜Ｗ、＜Ｗ３となるが、この場合の
断面円平均温度〒ｆＭは、下記式で求められる。

ｔｆ２　　　ｔｒｏｔ 次に、後段冷却帯２５の冷却装置２８の使用される冷却
ゾーン数が常時同一でない場合、即ち、復熱時間の相違
を考慮する必要がある場合について説明する。

例えば、上記のように一次補間する場合において、基本
テーブルＡの索引テーブル■の冷却水流量Ｗ、　、Ｗ、
の場合における使用される冷却ゾーン数が異なるときに
は、測温位置までの復熱時間の関係で、基本テーブルＡ
の推定テーブル■における冷却水装置Ｗ２、Ｗ、と対応
するテーブル値（ｔｒｉ、〒１２）、　（ｔｆ：ｌ、〒
ｆ３）からの補間では、実測表面温度ｔｌ＋＋に対応す
る断面円平均温度〒１Ｍを正確に推定できない。

そこで、実測表面温度ｔｆ、が索引テーブル■のテーブ
ル値（ｔｆｌ〜ｔｆ４）間の値であって、補間に用いる
２組のテーブル値の場合における使用冷却ゾーン数が異
なる際には、第３図に示すような補正テーブルＢを推定
テーブル■と併せて用いて、補間を行うのである。

第３図の補正テーブルＢは、後段冷却帯２５の冷却装置
２日が第４図に示すように構成されている場合のもので
ある。

即ち、第４図では、後段冷却帯２５の冷却装置２８は、
第１〜第３冷却ゾーン３４．３５．３６により構成され
、各冷却ゾーン３４ｘ３５．３６に流量計３７．３８．
３９を介して冷却水が供給される。

そして、後段冷却帯２５では、圧延材を冷却する冷却水
流量が少ない場合には、第１冷却ゾーン３４のみを使用
し、冷却水流量が増加するに従って、第１・第２の２冷
却ゾーン３４．３５の使用、第１〜第３の３冷却ゾーン
３４．３５．３６の使用を行うようにするのである。

ところで、補正テーブルＢでは、Ｗ、ば、第１冷却ゾー
ン３４のみを使用する際の冷却水流量範囲と、第１・第
２両冷却ゾーン３４．３５を使用する際の冷却水流量範
囲との境界冷却水流量を示し、ＷＢ２は、第１・第２両
冷却ゾーン３４．３５を使用する際の冷却水流量範囲と
、第１〜第３の３冷却ゾーン３４，３５．３６を使用す
る際の冷却水流量との境界冷却水流量を示している。

又、ｔｏ。〜ｔ０４、〒ｆ、。〜〒ｆｂ４は、冷却水流
量がＯ，Ｗ□、ＷＢ□である場合の各使用冷却Ｚｏｎｅ
に関する表面温度と断面円平均温度とを夫々示している
。

尚、補正テーブルＢも、索引テーブル■の■〜■の各操
業条件毎に作成する。

これは、抽出温度、圧延速度が異なれば、後段冷却帯２
５人側での圧延材の断面内温度分布状態が異なるものと
なると共に、同一冷却水流量、使用する冷却ゾーン数が
同一であっても、圧延速度により、冷却時間も異なり、
従って、強制水冷後の断面内温度分布状態が大きく異な
るものとなるからである。

今、例えば、実測表面温度Ｌｆｍ　　が、推定テーブル
■のｔｆｌとｔｒｉＯ間にあり　（即ち、１，２＜１ｆ
ｍ〈ｊ　ｆｌ）　、ｊ　ｆｌに対応する冷却水流量Ｗ、
が第１°冷却ゾーン３４のみを使用した場合の冷却水流
量範囲にあり（即ち、Ｗ＋　＜Ｗｅ＋　）、ｔｒｚに対
応する冷却水流量Ｗ２が、第１・第２両冷却ゾーン３４
゜３５を使用した場合の冷却水範囲にあり（即ち、ＷＢ
、＜Ｗ２＜Ｗ、□）にあり、実測表面温度ｊｆｎである
場合の冷却水流量Ｗ１が第１・第２両冷却ゾーン３４．
３５を使用した場合の冷却水流量範囲にあるとする場合
（尚、ｔｏ＜ｔｆｌＩ＜ｔｆ、であるのでＷ□＜Ｗ、＜
Ｗ、、である）、この実測表面温度ｊｆｎに対応する断
面円平均温度〒ｆｍ　　は下記のようにして求める。

即ち、上記の場合には、断面円平均温度〒、Ｈは、推定
テーブル■のテーブル値（１１い〒ｆｌ）と（ｔｒｚ、
〒、２）とから補間するのではなく、復熱時間の相違を
考慮して、推定テーブルＨのテーブル値（ｔｔｚ、〒ｆ
Ｚ）と補正テーブルＢにおいて、第１冷却ゾーン３４と
第１・第２両冷却ゾーン３４，３５【”）使用冷却水流
量範囲の境界冷却水流量Ｗｌ＋を第１・第２両冷却ゾー
ン３４．３５で使用した場合のテーブル値（１１，□、
↑７、ｔ）とから、上記（１）式と同様の式により、−
次補間によって・推定する・上記のように、実測表面温
度が、推定テーブル■において、使用する冷却ゾーン数
が異なる表面温度間に位置した場合でも、補正テーブル
Ｂを用いることによって、冷却ゾーン数が同じの２組の
テーブル値からの補間が可能となり、実測表面温度から
断面円平均温度を正確に推定できる。

又、推定テーブル■に記載した冷却水流量は、復熱時間
の相違を考慮する必要がない操業条件下で断面円平均温
度を推定する場合には、あまり重要性がないが、復熱時
間の相違を考慮する必要がある操業条件下で断面円平均
温度を推定する場合には、推定テーブル■に記載した冷
却水流量を境界冷却水流量と比較することにより、推定
テーブル■の表面温度が、どの冷却ゾーン３４，３５．
３６を使用した場合の値であるかを判定することに使用
するので、重要なものとなる。

尚、基本テーブルＡと補正テーブルＢの各テーブル値は
、熱間圧延ラインの温度分布解析モデル及び強制水冷時
の冷却能の実験式を用いて算出する。

ところで、実際の圧延時の抽出温度〒６、圧延速度Ｖｆ
ｍの最大圧延速度ｖｆｍ＊ｘ　　に対する比率を百分率
で表した場合のｖｌ、”が索引テーブル■の基準の操業
条件以外の場合、例えば、〒４□＜　Ｔ　ａく〒ｄ３、
ｖｆｍ　＜ｖｆｍ”　＜Ｖ　ｆ：Ｉのときには、牽引テ
ーブル■の■■■■に対応する各推定テーブル■と、必
要であるならば、索引テーブル■の■■■■に対応する
各補正テーブルＢとを用いて、実測表面温度ｔｆ、、、
に対応する４つの断面円平均温度を求める。

次に、上記４つの断面円平均温度を、更に、抽出温度、
圧延速度に関して、夫々補間することにより、実際の圧
延条件（抽出温度〒ｄ、圧延速度ｖｒｓ）時の実測表面
温度ｔ０に対応した正しい断面円平均温度〒ｆＭを求め
ることができる。

尚、実際の操業において、断面円平均温度を推定する場
合には、プロセスコントロールコンピュータ２９の補助
記憶装置に、基本テーブルＡと補正テーブルＢの各テー
ブル値を記憶させておき、実測した抽出温度、圧延速度
及び圧延材の表面温度等を上記コンピュータに入力して
、上記のような計算方法で、圧延材の断面円平均温度を
推定させる。

尚、実施例では、後段冷却帯２５において、制御冷却を
実施した場合の強制水冷後の水冷上り断面円平均温度を
求める方法について説明したが、本発明は、前段冷却帯
２４において、制御圧延を実施した場合の強制水冷後の
仕上り断面円平均温度を求める方法に対しても適用可能
である。

上記のように、熱間連続圧延工程における制御圧延、制
御冷却のための強制水冷後の表面温度の実測値から、こ
れに対応する断面円平均温度を正確且つ容易に求めるこ
とが可能であり、従って、上記断面円平均温度に基いて
、水冷制御等の各種制御を行うようにすれば、圧延材の
材質を目標とする材質とできる。

尚、実施例においては、索引テーブルでは、代表的な抽
出温度と、代表的な圧延速度の最大圧延速度に対する比
率を百分率で表わした値とを組合わせて、複数の代表的
な操業条件を設定したが、上記代表的な圧延速度の最大
圧延速度に対する比率を百分率で表わした値に代えて、
代表的な圧延速度自体を用いてもよい。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、予定される複数
のパススケジュールの内の一つのバススケジュールにお
いて、加熱炉からのビレットの抽出温度と圧延速度の代
表的な値を組合せた複数の代表的な操業条件下で圧延材
の代表的な表面温度と断面円平均温度との関係を表わす
テーブルを予じめ作成しておき、実際に測定した加熱炉
からのビレットの抽出温度、圧延速度及び圧延材の表面
温度に基き、上記テーブルから、復熱時間を考慮して圧
延材の断面円平均温度を推定するので、強制水冷後の圧
延材の代表温度である断面円平均温度を正確且つ容易に
短時間で推定でき、従って、オンラインであっても何ら
問題は無く、又、この断面円平均温度を水冷制御等の各
種制御に活用することにより、棒鋼、線材の熱間速続圧
延工程における制御圧延制御冷却による圧延材の材質コ
ントロールを良好に行え、圧延材の品質の向上及び品種
の拡大に寄与できる。本発明は上記利点を有し、実益大
である。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の一実施例を示し、第１図は熱間連続圧延
ラインの概略図、第２図及び第３図の各図は圧延材の断
面円平均温度を推定するためのテーブルを示す図、第４
図は後段冷却帯の概略図である。 １〜１６−第１〜第１６圧延機、２〇−加熱炉、２１，
２２．２３　−　　粗・中間・仕上圧延機列、２４．２
５−・・前段・後段冷却帯、２７．２８−・−冷却装置
、３４．３５．３６−第１〜第３冷却ゾーン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加熱炉２０から抽出したビレットを圧延機１〜１６
   を通して棒鋼、線材等の圧延材に熱間連続圧延すると共
   に、中間圧延機列２２と仕上圧延機列２３との間及び仕
   上圧延機列２３の後に設けた冷却装置２７、２８により
   圧延材を強制水冷した場合において、強制水冷後の圧延
   材の断面内平均温度を推定する方法であって、予定され
   る複数のパススケジュールの内の一つのパススケジュー
   ルにおいて、加熱炉２０からのビレットの抽出温度と圧
   延速度の代表的な値を組合せた複数の代表的な操業条件
   下で圧延材の代表的な表面温度と断面内平均温度との関
   係を表わすテーブルＡ、Ｂを予じめ作成しておき、実際
   に測定した加熱炉２０からのビレットの抽出温度、圧延
   速度及び圧延材の表面温度に基き、上記テーブルＡ、Ｂ
   から、復熱時間を考慮して圧延材の断面内平均温度を推
   定することを特徴とする棒鋼、線材の熱間連続圧延にお
   ける圧延材の断面内平均温度の推定方法。