JP7626256B2 - Method for controlling width of rough rolled material and method for manufacturing hot rolled steel sheet - Google Patents
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Description
本発明は、熱延ラインにおける粗圧延材の幅予測方法、粗圧延材の幅制御方法、熱延鋼板の製造方法、及び粗圧延材の幅予測モデルの生成方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting the width of rough rolled material in a hot rolling line, a method for controlling the width of rough rolled material, a method for manufacturing hot rolled steel plate, and a method for generating a width prediction model for rough rolled material.
熱延ラインでは、まず、鋼片素材であるスラブを加熱炉により加熱し、幅圧下プレス装置(サイジングプレス)によりスラブの幅を調整し、1又は2基以上の粗圧延機による粗圧延によりおおよそ30~50mm程度の板厚の粗バーと呼ばれる半製品の鋼板(以下、粗圧延材と呼ぶ)を製造する。次に、クロップシャーにより粗圧延材の先尾端部を切断した後、連続圧延可能な5~7基の圧延スタンドからなる仕上圧延機により粗圧延材を仕上圧延し、1.0~25.0mm程度の板厚の鋼板(以下、仕上圧延材と呼ぶ)を製造する。そして最後に、高温状態にある仕上圧延材は、ランアウトテーブルの冷却装置によって冷却された後、コイラー(巻取機)によって巻き取られて熱延鋼板となる。熱延ラインでは、幅圧下プレス装置、粗圧延機、仕上圧延機において鋼板の厚み方向及び幅方向への塑性変形が付与されるため、熱延鋼板の製造工程において鋼板の幅は複雑に変動する。一方、熱延鋼板の幅精度は、製品歩留まりに直接的な影響を与える。このため、熱延ラインでは、粗圧延が終了し仕上圧延機に装入する前の段階における粗圧延材の幅を制御(粗幅制御)すると共に仕上圧延機を通過する過程で鋼板の幅を制御(仕上幅制御)する。In a hot rolling line, first, a slab, which is a steel material, is heated in a heating furnace, the width of the slab is adjusted by a width reduction press (sizing press), and one or more rough rolling mills are used for rough rolling to produce a semi-finished steel plate called a rough bar with a thickness of approximately 30 to 50 mm (hereinafter referred to as rough rolled material). Next, the head and tail ends of the rough rolled material are cut off by a crop shear, and the rough rolled material is finish rolled by a finishing mill consisting of 5 to 7 rolling stands capable of continuous rolling, producing a steel plate with a thickness of approximately 1.0 to 25.0 mm (hereinafter referred to as finish rolled material). Finally, the finish rolled material, which is in a high temperature state, is cooled by a cooling device on the run-out table, and then wound by a coiler (winder) to become a hot-rolled steel plate. In a hot rolling line, the width of a steel sheet varies in a complex manner during the manufacturing process of the hot rolled steel sheet, since the steel sheet is plastically deformed in the thickness direction and width direction in the width reduction press, rough rolling mill, and finish rolling mill. On the other hand, the width accuracy of the hot rolled steel sheet has a direct effect on the product yield. For this reason, in a hot rolling line, the width of the rough rolled material is controlled (rough width control) at the stage after rough rolling and before being charged into the finish rolling mill, and the width of the steel sheet is controlled (finish width control) during the process of passing through the finish rolling mill.
熱延ラインにおいては、種々の原因によって鋼板の幅が変化することから、熱延鋼板の幅精度を向上させるための様々な技術が提案されている。例えば特許文献1には、粗圧延機で圧延されるスラブの幅と温度の測定値に基づいて構成された予測モデルを用いてスラブの圧延前後の幅変化量を予測し、予測した幅変化量に基づいてエッジャーの開度を設定する方法が記載されている。また、特許文献1には、エッジャーの開度設定に対して電動機による開度設定と油圧による開度調整とを組み合わせることにより幅圧下の設定精度を向上させると共に、スラブの幅の実績値に基づいて予測モデルのパラメータをオンライン適応修正することが記載されている。In hot rolling lines, the width of steel sheets changes due to various causes, so various techniques have been proposed to improve the width accuracy of hot-rolled steel sheets. For example, Patent Document 1 describes a method of predicting the amount of width change before and after rolling of a slab using a prediction model constructed based on the measured values of the width and temperature of the slab rolled by a rough rolling mill, and setting the opening of the edger based on the predicted amount of width change. Patent Document 1 also describes a method of improving the setting accuracy of the width reduction by combining the opening setting by an electric motor and the opening adjustment by hydraulic pressure for the opening setting of the edger, and adaptively correcting the parameters of the prediction model online based on the actual value of the slab width.
また、特許文献2には、粗圧延されるスラブの幅をエッジャーにより制御し、仕上圧延材の幅を目標値に制御する目的で、スラブの幅及び圧延過程を表す実績データと仕上圧延材の幅の関係を示す幅予測モデルを用いて、仕上圧延材の幅を推定する方法が開示されている。また、特許文献2には、直近に圧延された被圧延材について、仕上圧延後の被圧延材の幅の推定値と実測値の偏差を蓄積し、次回圧延されるスラブの仕上圧延後の幅の目標値を補正する方法が記載されている。特許文献2によれば、これにより、連続鋳造後のスラブの幅のばらつきに応じて被圧延材の幅を精度よく制御できるとされている。
また、特許文献3には、熱延ラインの粗圧延機を対象として、エッジャーの入側での圧延材の情報と、エッジャー及び水平圧延機の各ロール径情報、エッジャー圧延後の幅及び水平圧延後の厚みの各実績値と、水平圧延後の幅の実績値との関係を学習する学習手段と、学習手段によって得られた知識に従って水平圧延後の圧延材の幅の予測値を演算する予測手段と、を備え、予測手段によって予測される水平圧延後の幅の予測値と目標値との差がゼロになるようにエッジャーの開度を設定する方法が記載されている。また、特許文献3には、学習手段がニューラルネットワークにより構成され得ることが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載の方法は、予測モデルとして、エッジャーと水平圧延機によって生じるスラブの幅広がり挙動を予測する物理モデルを用いている。このため、スラブの幅の予測値としてスラブの幅の代表値が算出され、スラブの幅のばらつきまでも予測することはできない。また、特許文献1にはエッジャーの設定開度と実績値との誤差によってスラブの幅がばらつくことが記載されているものの、エッジャーの設定開度の推定精度に起因するもの以外の要因によるスラブの幅のばらつきは考慮されていない。このため、粗圧延材が有する温度等のばらつきによって粗圧延材の幅が過小又は過大になることが避けられない。However, the method described in Patent Document 1 uses a physical model as a prediction model to predict the slab width spread behavior caused by the edger and horizontal rolling mill. Therefore, a representative value of the slab width is calculated as the predicted value of the slab width, and it is not possible to predict the variation in the slab width. Furthermore, although Patent Document 1 describes that the slab width varies due to the error between the set edger opening and the actual value, it does not take into account the variation in the slab width due to factors other than those caused by the estimated accuracy of the set edger opening. Therefore, it is inevitable that the width of the rough rolled material will be too small or too large due to the variation in the temperature, etc. of the rough rolled material.
一方、特許文献2には、エッジャーによる幅縮み量と水平圧延機による幅広がり量を表す物理モデルを用いて粗圧延機におけるスラブの幅変化を推定することが記載されている。しかしながら、物理モデルは、スラブの幅の代表値を算出するものであり、スラブの幅のばらつきまでも予測するものではない。また、特許文献2には、仕上圧延後の被圧延材の幅の推定値と実測値との偏差に基づいて次回圧延されるスラブの圧延後の幅の目標値を補正する方法が記載されている。しかしながら、粗圧延材の幅のばらつきは、連続鋳造後のスラブの幅のばらつきに起因するものだけでなく、他の要因によっても発生する。このため、粗圧延材の幅のばらつきを解消することはできず、粗圧延材の幅が過小又は過大になることが避けられない。On the other hand,
また、特許文献3には、エッジャーと水平圧延機との操業実績データに基づいてニューラルネットワーク等の学習手段により粗圧延材の幅を予測することが記載されている。しかしながら、粗圧延材の幅の予測手段は、粗圧延材の幅の代表値を算出するものであり、粗圧延材の幅のばらつきまでも予測するものではない。このため、粗圧延材の温度等のばらつきによって、粗圧延材の幅が過小又は過大になることが避けられない。
以上のように、従来の粗幅制御では、粗圧延材の幅のばらつきの原因となる特定の事象に着目し、そのばらつきを抑えることによって粗圧延材の幅精度を向上させるという方法がとられていた。しかしながら、粗圧延材の幅のばらつきは例えばスラブの温度や変形抵抗のばらつき等によっても発生するため、粗圧延材の幅のばらつきを完全に解消することは難しい。このため、粗圧延材の幅が過小又は過大になることがあり、粗圧延材の幅精度不良や製品歩留まりの低下が生じることを避けられない。As described above, conventional coarse width control focuses on specific phenomena that cause width variation in the roughly rolled material, and improves the width accuracy of the roughly rolled material by suppressing that variation. However, since width variation in the roughly rolled material also occurs due to, for example, variations in the temperature and deformation resistance of the slab, it is difficult to completely eliminate the width variation in the roughly rolled material. For this reason, the width of the roughly rolled material may become too small or too large, which inevitably leads to poor width accuracy of the roughly rolled material and a decrease in product yield.
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、粗圧延材の幅のばらつきを含む統計情報を予測可能な粗圧延材の幅予測方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、粗圧延材の幅のばらつきを考慮して粗圧延材の長手方向の幅を精度よく制御可能な粗圧延材の幅制御方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、熱延鋼板の製品歩留まりを向上可能な熱延鋼板の製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、粗圧延材の幅のばらつきを含む統計情報を予測する幅予測モデルを生成可能な粗圧延材の幅予測モデルの生成方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a rough rolled material width prediction method capable of predicting statistical information including the width variation of the rough rolled material. Another object of the present invention is to provide a rough rolled material width control method capable of accurately controlling the longitudinal width of the rough rolled material taking into account the width variation of the rough rolled material. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method for hot rolled steel sheet capable of improving the product yield of the hot rolled steel sheet. Another object of the present invention is to provide a rough rolled material width prediction model generation method capable of generating a width prediction model that predicts statistical information including the width variation of the rough rolled material.
本発明に係る粗圧延材の幅予測方法は、スラブを加熱する加熱炉と、加熱後のスラブを粗圧延して粗圧延材を製造する粗圧延機と、前記粗圧延材を仕上圧延して仕上圧延材を製造する仕上圧延機と、を含む熱延ラインにおける前記粗圧延材の幅を予測する粗圧延材の幅予測方法であって、前記粗圧延機の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを入力データとして含み、前記粗圧延材の幅の統計情報を出力データとする、ガウス過程回帰の手法によって学習された幅予測モデルを用いて、前記粗圧延材の幅の統計情報を予測する予測ステップを含む。The method for predicting the width of rough rolled material according to the present invention is a method for predicting the width of rough rolled material in a hot rolling line including a heating furnace for heating slabs, a rough rolling mill for rough rolling the heated slab to produce rough rolled material, and a finishing rolling mill for finish rolling the rough rolled material to produce finished rolled material, and includes a prediction step of predicting statistical information of the width of the rough rolled material using a width prediction model learned by a Gaussian process regression technique, which includes one or more operational parameters selected from the operational parameters of the rough rolling mill as input data and has statistical information of the width of the rough rolled material as output data.
前記熱延ラインは、前記粗圧延機の上流側に配置された、前記加熱炉によって加熱された後のスラブを間欠的に幅圧下する幅圧下プレス装置を含み、前記幅予測モデルは、入力データとして前記幅圧下プレス装置の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを含むとよい。The hot rolling line includes a width reduction press device arranged upstream of the rough rolling mill, which intermittently reduces the width of the slab after it has been heated by the heating furnace, and the width prediction model may include one or more operating parameters selected from the operating parameters of the width reduction press device as input data.
前記幅予測モデルは、入力データとして前記加熱炉の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを含むとよい。The width prediction model may include one or more operating parameters selected from the operating parameters of the heating furnace as input data.
前記幅予測モデルは、入力データとして前記スラブの属性情報から選択した1つ以上のパラメータを含むとよい。The width prediction model may include one or more parameters selected from attribute information of the slab as input data.
本発明に係る粗圧延材の幅制御方法は、本発明に係る粗圧延材の幅予測方法を用いて前記粗圧延材の幅の統計情報を予測し、予測された統計情報に基づいて、前記粗圧延材の幅が前記粗圧延材の目標幅を下回る確率が小さくなるように前記粗圧延機の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを再設定する再設定ステップを含む。The rough rolled material width control method of the present invention includes a resetting step of predicting statistical information of the width of the rough rolled material using the rough rolled material width prediction method of the present invention, and resetting one or more operating parameters selected from the operating parameters of the rough rolling mill based on the predicted statistical information so as to reduce the probability that the width of the rough rolled material falls below the target width of the rough rolled material.
前記粗圧延材の幅の統計情報は、前記粗圧延材の幅の平均値Wm及び標準偏差Wσを含み、前記再設定ステップは、前記粗圧延材の目標幅Wtが以下の数式(1)に示す関係を満足するように、粗圧延機の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを設定するステップを含むとよい。 The statistical information on the width of the rough rolled material includes an average width Wm and a standard deviation Wσ of the width of the rough rolled material, and the resetting step may include a step of setting one or more operation parameters selected from operation parameters of a rough rolling mill so that the target width Wt of the rough rolled material satisfies the relationship shown in the following formula (1).
本発明に係る熱延鋼板の製造方法は、本発明に係る粗圧延材の幅制御方法を用いて熱延鋼板を製造するステップを含む。The method for manufacturing hot-rolled steel sheet according to the present invention includes a step of manufacturing hot-rolled steel sheet using the width control method for rough rolled material according to the present invention.
本発明に係る粗圧延材の幅予測モデルの生成方法は、スラブを加熱する加熱炉と、加熱後のスラブを粗圧延して粗圧延材を製造する粗圧延機と、前記粗圧延材を仕上圧延して仕上圧延材を製造する仕上圧延機と、を含む熱延ラインにおける前記粗圧延材の幅を予測する幅予測モデルを生成する粗圧延材の幅予測モデルの生成方法であって、前記粗圧延機の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データと、前記粗圧延材の幅の実績データと、を含む、複数の学習用データを取得する学習用データ取得ステップと、前記学習用データ取得ステップで取得した複数の学習用データを用いて、前記粗圧延機の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データを入力実績データとして含み、前記粗圧延材の幅の統計情報を出力データとする、ガウス過程回帰の手法を用いて前記幅予測モデルを生成するステップを含む。The method for generating a width prediction model of rough rolled material according to the present invention is a method for generating a width prediction model for predicting the width of the rough rolled material in a hot rolling line including a heating furnace for heating slabs, a rough rolling mill for rough rolling the heated slab to produce a rough rolled material, and a finishing rolling mill for finish rolling the rough rolled material to produce a finish rolled material, and includes a learning data acquisition step for acquiring multiple learning data including one or more operational performance data selected from operational performance data of the rough rolling mill and performance data on the width of the rough rolled material, and a step for generating the width prediction model using a Gaussian process regression technique using the multiple learning data acquired in the learning data acquisition step, the input performance data including one or more operational performance data selected from the operational performance data of the rough rolling mill, and output data including statistical information on the width of the rough rolled material.
本発明に係る粗圧延材の幅予測方法によれば、粗圧延材の幅のばらつきを含む統計情報を予測することができる。また、本発明に係る粗圧延材の幅制御方法によれば、粗圧延材の幅のばらつきを考慮して粗圧延材の長手方向の幅を精度よく制御することができる。また、本発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、熱延鋼板の製品歩留まりを向上させることができる。また、本発明に係る粗圧延材の幅予測モデルの生成方法によれば、粗圧延材の幅のばらつきを含む統計情報を予測する幅予測モデルを生成することができる。 According to the rough rolled material width prediction method of the present invention, it is possible to predict statistical information including the width variation of the rough rolled material. Furthermore, according to the rough rolled material width control method of the present invention, it is possible to accurately control the longitudinal width of the rough rolled material taking into account the width variation of the rough rolled material. Furthermore, according to the hot rolled steel sheet manufacturing method of the present invention, it is possible to improve the product yield of the hot rolled steel sheet. Furthermore, according to the rough rolled material width prediction model generation method of the present invention, it is possible to generate a width prediction model that predicts statistical information including the width variation of the rough rolled material.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である粗圧延材の幅予測方法、粗圧延材の幅制御方法、熱延鋼板の製造方法、及び粗圧延材の幅予測モデルの生成方法について詳しく説明する。 Below, with reference to the drawings, a method for predicting the width of rough rolled material, a method for controlling the width of rough rolled material, a method for manufacturing hot-rolled steel plate, and a method for generating a width prediction model for rough rolled material, which are one embodiment of the present invention, are described in detail.
〔熱延ライン〕
まず、図1~図6を参照して、本発明が適用される熱延ラインの構成について説明する。
[Hot rolling line]
First, the configuration of a hot rolling line to which the present invention is applied will be described with reference to Figs.
図1は、本発明が適用される熱延ラインの構成例を示す模式図である。図1に示すように、本発明が適用される熱延ライン1は、加熱炉2、デスケーリング装置3、幅圧下プレス装置4、粗圧延機5、仕上圧延機6、冷却装置7、及びコイラー(巻取機)8を備えている。不図示の鋳造スラブは、加熱炉2に装入された後、所定の設定温度まで加熱され、熱間スラブとして加熱炉2から抽出される。加熱炉2から抽出された熱間スラブは、デスケーリング装置3によって表面に形成された1次スケールが除去された後、幅圧下プレス装置4によって所定の設定幅まで幅圧下される。そして、幅圧下されたスラブは、粗圧延機5において所定厚さまで圧延されることで粗圧延材となり、仕上圧延機6に搬送される。仕上圧延機6では、粗圧延材は5~7基の圧延スタンドにより構成される連続式圧延機により製品厚さまで圧延されて仕上圧延材となる。仕上圧延機6の下流側にはランアウトテーブルと呼ばれる設備に冷却装置7が備えられており、仕上圧延材は、所定の温度まで冷却された後、コイラー8によってコイル状に巻き取られる。また、熱延ライン1の搬送工程の途中には幅測定手段として幅計が複数設置されている。図1に示す例では、粗圧延機5の出側に粗出側幅計11が設置され、仕上圧延機6の出側に仕上出側幅計12が設置されている。また、冷却装置7の出側には、巻取り前の鋼板の幅を測定するコイラー前幅計(コイラー入側幅計)13が設置されている。以下では、粗出側幅計11によって測定される粗圧延材の幅を粗出側幅、仕上出側幅計12によって測定される仕上圧延材の幅を仕上出側幅、コイラー前幅計13によって測定される鋼板の幅をコイラー前幅と呼ぶことがある。
Figure 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a hot rolling line to which the present invention is applied. As shown in Figure 1, the hot rolling line 1 to which the present invention is applied is equipped with a
熱延ライン1は、熱延ライン1を構成する各機器を制御する制御用コントローラ(PLC)90、制御用コントローラ90に制御指令を与える制御用計算機(プロセスコンピュータ)91、及び熱延ライン1に製造指示を与える上位計算機92を備えている。熱延ライン1における鋼板の幅制御は、上位計算機92又は上位計算機92からの製造指示に基づき制御用計算機91が、粗出側幅の制御目標値(粗制御目標幅)、仕上出側幅の制御目標値(仕上制御目標幅)、コイラー前幅の制御目標値(コイラー前制御目標幅)を設定し、粗圧延機5及び仕上圧延機6の操業条件を設定することにより実行される。具体的には、上位計算機92又は制御用計算機91は、熱延鋼板の製品仕様から決定されるコイラー前目標幅(コイラー前狙い幅)に基づき、仕上圧延機6出側からコイラー前幅計13までの間に生じる鋼板の幅変化量を考慮して仕上圧延材の目標幅(仕上狙い幅)を設定する。さらに、上位計算機92又は制御用計算機91は、設定された仕上目標幅に基づき、仕上圧延機6における鋼板の幅変化量を考慮して粗圧延材の目標幅である粗狙い幅(以下では単に狙い幅と呼ぶことがある)を設定する。この場合、幅制御の目標値(粗制御目標幅、仕上制御目標幅、コイラー前制御目標幅)は、粗狙い幅、仕上狙い幅、及びコイラー前狙い幅に対して予め余幅(マージン)を設けて設定されることがある。そして、上位計算機92又は制御用計算機91は、粗出側幅が粗制御目標幅に一致するように、粗圧延の各パスにおける圧延条件を設定する。また、上位計算機92又は制御用計算機91は、仕上出側幅が仕上制御目標幅に一致するように、仕上圧延機6の各圧延スタンドにおける圧延条件を設定する。さらに、上位計算機92又は制御用計算機91は、コイラー前幅がコイラー前制御目標幅に一致するように、仕上圧延機6とコイラー8との間の張力や冷却装置7の冷却条件を設定する場合がある。この場合、仕上圧延機6では粗出側幅や仕上出側幅の実測値を参照しながら、動的な幅制御を実行する場合もある。制御用コントローラ90は、熱延ライン1に設置されている幅計から取得される情報の他、各種センサ(板厚計、温度計等)から取得される情報を所定のサンプリング周期で収集し、それらを制御用計算機91に出力する機能を有している。The hot rolling line 1 is equipped with a programmable logic controller (PLC) 90 that controls each device constituting the hot rolling line 1, a control computer (process computer) 91 that gives control commands to the
本発明の一実施形態である粗圧延材の幅予測方法は粗出側幅を予測する方法である。また、本発明の一実施形態である粗圧延材の幅制御方法は、粗出側幅が粗狙い幅に対して所定の関係を満たすように粗圧延材の幅を制御する方法である。One embodiment of the present invention, a method for predicting the width of a rough rolled material, is a method for predicting the rough exit side width. Another embodiment of the present invention, a method for controlling the width of a rough rolled material, is a method for controlling the width of a rough rolled material so that the rough exit side width satisfies a predetermined relationship with respect to a rough target width.
〔加熱炉〕
図2は、図1に示す加熱炉2の構成例を示す模式図である。図2に示すように、本実施形態では、スラブSAは、図2の左側から加熱炉2内に装入される。加熱炉2内に装入されるスラブSAの温度は、鋳造後スラブヤードで室温程度まで冷やされている場合や、冷却途中で600℃程度の温度になっている場合がある。また、スラブSAは、鋳造後にスラブヤードを介さず600~800℃ほどの温度で装入される場合もある。加熱炉2の内部は複数の帯域に区切られており、一般に上流側には2~8個の帯域に区切られた加熱帯と1~3個の均熱帯が設けられている。図2に示す例では、5個の加熱帯と1個の均熱帯が設けられており、ここでは両者を合わせて「加熱炉帯」と呼ぶ。個々の加熱炉帯は、加熱炉2内に装入されたスラブSAの平均温度が徐々に昇温して所定の目標加熱温度(加熱炉2から抽出される際のスラブSAの平均温度の目標値)になるように、それぞれ異なる雰囲気温度に設定されている。また、いずれの加熱炉帯の上部には加熱炉帯内の雰囲気温度を計測する温度計21が設置されている。
[Heating furnace]
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the
図3は、図1に示す加熱炉2の内部を上方からみた模式図である。図3に示すように、加熱炉2内に装入されたスラブSAは、加熱炉2の内部でウォーキングビーム22と呼ばれる搬送設備によって順次各加熱炉帯を通過する。また、加熱炉2内には複数のスラブSAが同時に装入されており、加熱炉2に装入された順番で加熱炉2の抽出側出口から抽出され、熱間圧延が行われる。ウォーキングビーム22の内部は水冷されており、スキッドと呼ばれるスラブSAと直接接触する部材によってスラブSAの昇温が局所的に阻害される部分が生じる。スキッドと接しているスラブSA部分は、スキッドマークと呼ばれ、スキッドと接していない部分と比較して温度が低くなる。スキッドマークは、粗出側幅にばらつきが生じる原因の一つとなる。
Figure 3 is a schematic diagram of the inside of the
〔幅圧下プレス装置〕
図4は、図1に示す幅圧下プレス装置4の構成例を示す模式図である。加熱炉2によって加熱されたスラブSAは、デスケーリング装置3によって表面に形成された1次スケールが除去された後、幅圧下プレス装置4によって所定の設定幅まで幅圧下される。図4に示すように、幅圧下プレス装置4は、一対の幅圧下用金型41を備えている。幅圧下用金型41は、スラブSAを幅方向から圧下する。幅圧下プレス装置4は、スラブSAを搬送させながら駆動装置42により幅圧下用金型41を駆動させ、スラブSAの幅方向の両側から間欠的にスラブSAを幅圧下する。
[Width reduction press device]
Fig. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of the width
幅圧下プレス装置4では、ピンチロール43等を用いてスラブSAが搬送される。幅圧下プレス装置4は、ピンチロール43の駆動量を変更することにより、幅圧下パス間のスラブSAの送りピッチを変更することができる。送りピッチとは、幅圧下プレス装置4における幅圧下1パス毎のスラブSAの搬送距離を意味する。ピンチロール43の駆動量の制御は、幅圧下プレス装置4を制御する制御用コントローラ90によって行われる。幅圧下用金型41のスラブSAと接する面には、スラブSAの搬送方向に平行な平行部41aと、スラブSAの搬送方向の逆方向に向かって幅方向に広がる傾斜部41bとが、スラブSAの搬送方向先端側から順に形成されている。幅圧下用金型41では、スラブSAに対するスリップの発生を抑制するために、傾斜部41b間に平行部41aが一つ又は複数設けられている場合がある。幅圧下用金型41の形状は、スラブSAの変形状態を変化させ、粗出側幅に影響を与える。In the width
〔粗圧延機〕
図1に戻る。粗圧延機5は、リバース圧延可能な可逆式圧延機5aと、下流側への搬送方向のみの圧延が可能な非可逆式圧延機5bと、を備えている。図1に示す粗圧延機5の下に図示した矢印(実線)は圧下パス(厚みを薄くする圧延パス)を表している。可逆式圧延機5aでは、通常、5~11程度の圧下パスが可逆方向に(上流側から下流側又は下流側から上流側に)行われる。最終の圧下パスでは、圧延と次の圧延機への搬送とを同時に実施するため、可逆式圧延機の圧延パス回数は必ず奇数となり、圧延をしつつ下流側にある圧延機へ鋼板を搬送する。このとき、現圧下パスにおいて鋼板の尾端部が圧延機を抜けてから圧延方向が逆転し、次の圧下パスで圧延機に鋼板が噛込まれるまでの時間を可逆パスのパス間時間と呼ぶ。また、可逆パスの最終圧延パスにおいて、鋼板の尾端部が可逆式圧延機5aを抜けてから非可逆式圧延機5bに噛込まれるまでの時間を連続パスのパス間時間と呼ぶ。さらに、可逆パスのパス間時間と連続パスのパス間時間を合わせてパス間空冷時間と呼ぶ。パス間空冷時間は、スラブが搬送中に空冷される時間を表し、鋼板の温度変化に影響を与える。
[Roughing mill]
Return to FIG. 1. The
図5は、図1に示す粗圧延機5の構成する圧延スタンドの構成を示す模式図である。図5に示すように、粗圧延機5は、鋼板SBの厚みを減厚する水平圧延機51と、鋼板SBの幅を減ずるエッジャー(竪型圧延機)52と、を備えている。エッジャー52は、一対のロールを縦向きに配置した圧延機であり、水平圧延機51に隣接して設置されている。エッジャー52を用いた鋼板SBの幅圧下(幅圧延)は、粗圧延の各圧延パスにおいて水平圧延の前に行われるのが通常である。そのため、可逆式圧延機5aに対して1基のエッジャー52が配置される場合、エッジャー52による幅圧下は順方向すなわち奇数パスだけで行い、偶数パスすなわち逆方向パスでは行わない。但し、可逆式圧延機5aの両側にエッジャー52が配置される場合には、いずれの圧延パスにおいても幅圧下が行われてよい。粗圧延の各パスにおける水平圧延機51のロール開度(ロールギャップ)及びエッジャー52の開度は制御用計算機91によって設定される。粗圧延機5には、鋼板SBに向けてデスケーリング水を噴射するためのデスケーリングヘッダーが設置され、水平圧延機51の入側においてデスケーリングが行われる。但し、粗圧延の全ての圧延パスでデスケーリング水を噴射するとは限らず、例えば1パス目だけ噴射するとか、奇数パス目だけ噴射するとか、鋼板SBの材質等に応じて所定のデスケーリングパターンが設定される。粗圧延機5により予め設定された全ての圧延パスが終了した状態の鋼板SBを粗バー又はシートバーと呼び、本明細書中では粗圧延材という。
Figure 5 is a schematic diagram showing the configuration of the rolling stand constituting the
〔幅計〕
図1に戻る。熱延ライン1における鋼板の幅は、粗出側幅計11、仕上出側幅計12、及びコイラー前幅計13によって測定される。これらの幅計には、光学式の幅測定方法が用いられることが多い。光学式の幅測定方法は、鋼板が搬送されるパスラインの下方に光源、上方にイメ-ジセンサを配置し、鋼板が通過中に光源から発せられた光線の鋼板による幅方向の陰影長に基づいて鋼板の幅を測定するものである。また、幅計には、カメラにより鋼板の幅方向端部の位置を特定して幅を測定するものもある。図6(a),(b)は、カメラを用いた粗出側幅計の構成例を示す模式図である。図6(a)に示す例では、粗出側幅計に設けられた一組のカメラ15a,15bが、鋼板SBの幅方向端部を含む鋼板SBの画像を撮影する。カメラ15a,15bにはCMOSもしくはCCDセンサが用いられる。そして、粗出側幅計に設けられた画像処理部が、カメラ15a,15bが撮影した画像から鋼板SBの幅方向端部の位置を特定し、カメラ15a,15bの設置間隔に基づいて鋼板Sの幅Wを算出する。図中の符号14はパスラインを示す。しかしながら、この幅計は鋼板SBの幅方向端部を斜め方向から撮像するため、鋼板SBがパスライン14から浮き上がると幅の測定誤差が生じやすい。従って、幅計は、鋼板SBのパスラインからの浮き上がりに対応して、幅の測定誤差を補正する機能を備えることが多い。具体的には、図6(b)に示すように、鋼板SBがパスライン14から浮き上がり量Hの高さで搬送されている場合、次のようにして幅の測定誤差を補正する。すなわち、まず、鋼板SBの幅方向に配置される一組のカメラ15a,15bが鋼板SBの幅方向両端部を特定し、これにより幅の測定値W1を特定する。次に、鋼板SBの幅方向に配置される他の一組のカメラ15c,15dも鋼板SBの幅方向両端部を特定し、これにより幅の測定値W2を特定する。そして、二組のカメラの位置関係(図6(b)に示す例では、カメラ15a,15bの幅方向の間隔Dとカメラ15a(15b)とカメラ15c(15d)との幅方向の間隔L)に基づいて、鋼板SBの実際の幅Wが以下に示す数式(2)により算出され、鋼板SBの幅の測定値となる。
[Width meter]
Return to FIG. 1. The width of the steel sheet in the hot rolling line 1 is measured by a rough-exit
但し、別の幅測定方法として、鋼板の幅方向に向けてレーザー光を出射し、鋼板の端面からの反射光を受光し、鋼板の両端面までの距離に基づいて鋼板の幅を測定する方法が用いられることもある。幅計には、鋼板の温度に基づいて冷却後の鋼板の幅に換算する熱膨張補正機能を備えるものもある。鋼板の幅は、鋼板の搬送過程において幅計を用いて測定されるため、幅計により得られる鋼板の幅測定値は、幅計のサンプリングピッチに対応した時系列の数値情報となる。また、鋼板が幅計の位置を通過する際の鋼板の搬送速度の情報を用いて、鋼板の長手方向の位置と鋼板の幅の実績値との関係に変換される。そして、制御用計算機91において、取得された鋼板の幅の実測値に基づいて鋼板の幅の代表値が算出される。鋼板の幅の代表値には、鋼板の長手方向における鋼板の幅の平均値(平均幅)、鋼板の先尾端部を除く定常部における鋼板の幅の実測値(定常幅)、鋼板の先端部における鋼板の幅の実測値(先端幅)、鋼板の尾端部における鋼板の幅の実測値(尾端幅)等が用いられる。また、鋼板の長手方向における鋼板の幅の最小値(最小幅)や最大値(最大幅)等が算出されることがある。幅計によって測定される鋼板の幅は予め設定された目標幅との偏差により表されることもある。However, as another width measurement method, a method is sometimes used in which a laser beam is emitted in the width direction of the steel plate, the reflected light from the end faces of the steel plate is received, and the width of the steel plate is measured based on the distance to both end faces of the steel plate. Some width gauges are equipped with a thermal expansion correction function that converts the width of the steel plate after cooling based on the temperature of the steel plate. Since the width of the steel plate is measured using a width gauge during the steel plate transportation process, the width measurement value of the steel plate obtained by the width gauge becomes time-series numerical information corresponding to the sampling pitch of the width gauge. In addition, the relationship between the longitudinal position of the steel plate and the actual value of the width of the steel plate is converted using information on the transport speed of the steel plate when it passes the position of the width gauge. Then, in the
〔ガウス過程回帰〕
本発明の一実施形態である粗圧延材の幅予測方法は、上記熱延ライン1において粗出側幅を予測する。本発明の一実施形態である粗圧延材の幅予測方法は、粗圧延機5の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを入力データとして含み、粗出側幅の統計情報を出力データとする、ガウス過程回帰の手法によって学習された幅予測モデルを用いる。以下では、本発明の一実施形態である粗圧延材の幅予測方法に適用するガウス過程回帰の手法について説明する。
[Gaussian process regression]
A rough rolled material width prediction method according to one embodiment of the present invention predicts the rough exit side width in the hot rolling line 1. The rough rolled material width prediction method according to one embodiment of the present invention uses a width prediction model trained by a Gaussian process regression technique, which includes one or more operation parameters selected from the operation parameters of the
ガウス過程回帰は、ガウシアン過程回帰やガウシアンプロセス等とも呼ばれ、入力変数から出力変数への関数を推定する非線形回帰モデルの一種である。出力は確率分布とし、平均値と分散の2つのパラメータにより特定されるガウス分布を用いることをガウス過程と呼び、ベイズ推定の手法を利用して確率分布を求め、推定の信頼性及び不確実性を表すことができる。例えば幅予測モデルの入力としてm個の変数を選択した場合の入力変数を入力ベクトルxにより表す。また、学習用データとして入力ベクトルxに対応付けられた出力変数をyとする。以下、n個の学習用データx(1)~x(n),y(1)~y(n)を用いて、ガウス過程回帰の手法により新たな入力ベクトルx*に対する粗出側幅の統計情報y*を得る方法について具体的に説明する。入力ベクトルxを構成するm個の変数は、それぞれ異なる物理量を代表することから、予めm個の変数に対して標準化(正規化)を行ってよい。具体的には、m個のそれぞれの変数について、n個の学習用データから平均値と標準偏差とを計算し、計算された平均値と標準偏差とを用いて、それぞれの変数を標準化してよい。予めm個の変数を標準化しておくことにより、後述するハイパーパラメータの学習が効率化されるからである。この場合、m個の変数を物理量に換算するには、計算された平均値と標準偏差を用いて逆変換すればよい。 Gaussian process regression, also called Gaussian process regression or Gaussian process, is a type of nonlinear regression model that estimates a function from an input variable to an output variable. The output is a probability distribution, and the use of a Gaussian distribution specified by two parameters, the mean value and the variance, is called a Gaussian process, and the probability distribution can be obtained using a Bayesian estimation technique to represent the reliability and uncertainty of the estimation. For example, when m variables are selected as inputs to a width prediction model, the input variables are represented by an input vector x. Also, the output variable associated with the input vector x as learning data is represented by y. Hereinafter, a method of obtaining statistical information y * of the rough output side width for a new input vector x * by the Gaussian process regression technique using n pieces of learning data x (1) to x (n) , y (1) to y(n) will be specifically described. Since the m variables constituting the input vector x each represent a different physical quantity, the m variables may be standardized (normalized) in advance. Specifically, for each of the m variables, the mean value and standard deviation may be calculated from the n pieces of learning data, and each variable may be standardized using the calculated mean value and standard deviation. This is because standardizing the m variables in advance makes learning of hyperparameters, which will be described later, more efficient. In this case, to convert the m variables into physical quantities, it is sufficient to perform an inverse conversion using the calculated mean value and standard deviation.
ガウス過程回帰では、入力変数xから出力変数yを表す関数f(x)を推定し、これにガウスノイズに加えるという確率モデルを用いる。例えば確率モデルは以下に示す数式(3)のように表される。この場合、関数f(x)は多変量ガウス分布に従うものと仮定する。また、ガウスノイズε(i)は、平均値がゼロ、分散がσe (i)2のガウス分布に従うものと仮定する。但し、ガウスノイズε(i)は、n個の学習用データx(1)~x(n)に依存する値としてもよく、n個の学習用データx(1)~x(n)によらず一定のノイズであってもよい。 In Gaussian process regression, a probability model is used in which a function f(x) representing an output variable y is estimated from an input variable x, and Gaussian noise is added to this. For example, the probability model is expressed as the following formula ( 3 ). In this case, it is assumed that the function f(x) follows a multivariate Gaussian distribution. It is also assumed that the Gaussian noise ε (i) follows a Gaussian distribution with a mean value of zero and a variance of σ e (i)2. However, the Gaussian noise ε (i) may be a value that depends on the n pieces of training data x (1) to x (n) , or may be a constant noise that does not depend on the n pieces of training data x (1) to x (n) .
ガウス分布とは、確率密度Nが以下に示す数式(4)で表される分布をいう。数式(4)において、μは平均値を示し、σは標準偏差(σ2が分散)を示す。すなわち、ガウス分布は、平均値μと標準偏差σ又は分散σ2によって特定される確率密度である。ガウス過程回帰はこのようなガウス分布を多次元に拡張した多変量正規分布を用いる。 The Gaussian distribution refers to a distribution whose probability density N is expressed by the following formula (4). In formula (4), μ indicates the mean value, and σ indicates the standard deviation ( σ2 is the variance). In other words, the Gaussian distribution is a probability density specified by the mean value μ and the standard deviation σ or variance σ2 . Gaussian process regression uses a multivariate normal distribution, which is a multidimensional extension of such a Gaussian distribution.
ガウス過程回帰では、多変量ガウス分布を表す平均関数(平均ベクトル)を定数(例えばゼロ)として、共分散行列をカーネル関数によって表す。カーネル関数は、データの類似度を計算するための関数である。カーネル関数は、引数として入力ベクトルx(i),x(j)とを用いてk(x(i),x(j))のように表され、入力ベクトルx(i)と入力ベクトルx(j)の類似度を出力する。カーネル関数には、ホワイトカーネル、線形カーネル、多項式カーネル、ガウシアンカーネル、Maternカーネル等の公知のカーネル関数を用いることができる。幾つかのカーネル関数を例示すると、パラメータθを用いて以下に示す数式(5)~(7)のように表される。数式(5)は線形カーネル、数式(6)は2次の多項式カーネル、数式(7)はガウシアンカーネルを示す。 In Gaussian process regression, the mean function (mean vector) representing the multivariate Gaussian distribution is a constant (for example, zero), and the covariance matrix is expressed by a kernel function. The kernel function is a function for calculating the similarity of data. The kernel function is expressed as k(x( i) , x (j) ) using input vectors x( i) and x (j ) as arguments, and outputs the similarity between input vectors x (i) and x (j) . Known kernel functions such as a white kernel, a linear kernel, a polynomial kernel, a Gaussian kernel, and a Mater kernel can be used as the kernel function. Some examples of kernel functions are expressed as shown in the following formulas (5) to (7) using a parameter θ. Formula (5) shows a linear kernel, formula (6) shows a quadratic polynomial kernel, and formula (7) shows a Gaussian kernel.
以上の仮定により、入力変数xから出力変数yを表す関数f(x)は、確率密度Nを用いて、以下に示す数式(8)のように表される。 Based on the above assumptions, the function f(x) that represents the output variable y from the input variable x is expressed as shown below in equation (8) using the probability density N.
この場合、ガウスノイズが学習用データによらず一定の値σe 2である場合、カーネル関数によって特定される共分散行列Knとガウスノイズを含む共分散行列Σnを以下に示す数式(9),(10)により定義すると、数式(8)は以下に示す数式(11)又は数式(12)のように表される。但し、Iは単位行列を表す。 In this case, when the Gaussian noise is a constant value σ e 2 regardless of the learning data, if the covariance matrix K n specified by the kernel function and the covariance matrix Σ n including the Gaussian noise are defined by the following formulas (9) and (10), formula (8) can be expressed as the following formula (11) or formula (12), where I represents a unit matrix.
数式(11),(12)の右辺に含まれる共分散行列Kn,Σnには入力となる学習用データx(1)~x(n)が含まれ、数式(11),(12)の左辺には出力となる学習用データy(1)~y(n)が含まれる。このため、数式(11)又は数式(12)に示す関係が成り立つようにカーネル関数に含まれるハイパーパラメータ(パラメータθとガウスノイズσe 2)を決定すればよい。ハイパーパラメータの決定方法は公知の方法の中から選択すればよい。例えば学習用データの尤度関数を算出し、算出した尤度関数の対数により表される対数尤度を最大化することによりハイパーパラメータを算出してよい。この場合、対数尤度を最大化する計算方法としては、モンテカルロ法や共役勾配法等の最適化手法を用いることができる。また、交差検証法や周辺尤度最大化等の手法を用いてもよい。 The covariance matrices K n and Σ n included in the right-hand sides of the formulas (11) and (12) include the learning data x (1) to x (n) that are input, and the left-hand sides of the formulas (11) and (12) include the learning data y (1) to y (n) that are output. Therefore, the hyperparameters (parameter θ and Gaussian noise σ e 2 ) included in the kernel function may be determined so that the relationship shown in the formula (11) or the formula (12) holds. The method of determining the hyperparameters may be selected from among known methods. For example, the hyperparameters may be calculated by calculating the likelihood function of the learning data and maximizing the log-likelihood represented by the logarithm of the calculated likelihood function. In this case, the calculation method for maximizing the log-likelihood may be an optimization method such as the Monte Carlo method or the conjugate gradient method. In addition, a method such as a cross-validation method or a marginal likelihood maximization method may be used.
次に、カーネル関数のハイパーパラメータが決定された関数f(x)を用いて、新たな入力ベクトルx*に対する粗出側幅の統計情報y*を推定する方法について説明する。学習用データに含まれていない未知の入力ベクトルx*に対する推定値はベイズ推定を適用して以下に示す数式(13)のように表すことができる。この場合、新たに特定するカーネル関数k*のベクトルを以下に示す数式(14)のように定義する。 Next, a method for estimating statistical information y * of the rough output width for a new input vector x * using a function f(x) for which the hyperparameters of the kernel function have been determined will be described. An estimate for an unknown input vector x * that is not included in the learning data can be expressed by applying Bayesian estimation as shown in the following formula (13). In this case, a vector of a newly specified kernel function k * is defined as shown in the following formula (14).
これにより、数式(13)は以下に示す数式(15)のように表すことができる。そして、入力ベクトルx*に対する粗出側幅の統計情報y*は、平均値をWm、分散をWσとして、以下に示す数式(16),(17)により算出することができる。ガウス過程回帰の手法についての詳細は、公知の文献(例えば非特許文献1)等を参照するとよい。 As a result, formula (13) can be expressed as formula (15) shown below. Then, statistical information y * of the coarse output side width for the input vector x * can be calculated by formulas (16) and (17) shown below, with the average value being Wm and the variance being Wσ . For details about the Gaussian process regression technique, refer to known literature (e.g., Non-Patent Document 1).
本実施形態では、上記数式(11)又は数式(12)の関係を表すようにハイパーパラメータを特定するステップをモデル生成ステップと呼ぶ。具体的には、モデル生成ステップでは、図7に示すように、まず、データベース等に蓄積されたデータセットからn個の学習用データx(1)~x(n),y(1)~y(n)を取得する(ステップS1)。次に、機械学習に用いるカーネル関数を例えば数式(5)~(7)の中から選択する(ステップS2)。次に、ガウスノイズε(i)として平均値がゼロ、分散がσe 2のガウス分布を設定する(ステップS3)。次に、数式(9),(10)を用いてカーネル関数によって特定される共分散行列Kn,Σnを計算する(ステップS4)。そして、学習用データの入力と出力との関係を表す数式(11),(12)を用いて、尤度関数を用いた学習方法によりハイパーパラメータとしてパラメータθとガウスノイズσe 2を決定する(ステップS5)。このようにして決定されたハイパーパラメータにより、学習用データの入出力関係を表すカーネル関数が特定される。決定されたハイパーパラメータは、モデル生成ステップを実行する計算機の記憶装置に保存するとよい。一方、モデル生成ステップによって決定されたハイパーパラメータを用いて、入力ベクトルx*に対する粗出側幅の統計情報y*として平均値Wm、標準偏差Wσを算出するステップを予測ステップと呼ぶ。具体的には、予測ステップでは、図8に示すように、まず、新たな入力ベクトルx*を取得する(ステップS11)。次に、モデル生成ステップを実行する計算機の記憶装置に保存されているハイパーパラメータを取得し、数式(14)を用いて新たな入力ベクトルx*に対するカーネル関数k*を特定する(ステップS12)。そして、数式(16)及び数式(17)に示す関係を用いて、入力ベクトルx*に対する粗出側幅の統計情報y*の予測値を平均値Wm及び標準偏差Wσとして算出する。 In this embodiment, the step of specifying the hyperparameters so as to express the relationship of the above formula (11) or formula (12) is called the model generation step. Specifically, in the model generation step, as shown in FIG. 7, first, n pieces of learning data x (1) to x (n) , y (1) to y (n) are acquired from a data set stored in a database or the like (step S1). Next, a kernel function to be used for machine learning is selected from, for example, formulas (5) to (7) (step S2). Next, a Gaussian distribution with a mean value of zero and a variance of σ e 2 is set as the Gaussian noise ε(i) (step S3). Next, the covariance matrices K n and Σ n specified by the kernel function are calculated using formulas (9) and (10) (step S4). Then, using formulas (11) and (12) that express the relationship between the input and output of the learning data, the parameter θ and the Gaussian noise σ e 2 are determined as hyperparameters by a learning method using a likelihood function (step S5). A kernel function that expresses the input/output relationship of the learning data is specified by the hyperparameters determined in this way. The determined hyperparameters may be stored in a storage device of a computer that executes the model generation step. On the other hand, a step of calculating an average value W m and a standard deviation W σ as statistical information y * of the rough output side width for the input vector x * using the hyperparameters determined by the model generation step is called a prediction step. Specifically, in the prediction step, as shown in FIG. 8, a new input vector x * is first obtained (step S11). Next, the hyperparameters stored in the storage device of the computer that executes the model generation step are obtained, and a kernel function k * for the new input vector x * is specified using Equation (14) (step S12). Then, using the relationship shown in Equation (16) and Equation (17), a predicted value of the statistical information y * of the rough output side width for the input vector x * is calculated as an average value W m and a standard deviation W σ .
〔幅予測モデルの生成方法〕
次に、本発明の一実施形態である粗圧延材の幅予測モデルの生成方法として、上記のガウス過程回帰の手法を適用した実施形態について説明する。
[Method of generating width prediction model]
Next, an embodiment in which the above-mentioned Gaussian process regression technique is applied will be described as a method for generating a width prediction model for a roughly rolled material according to one embodiment of the present invention.
図9は、本発明の一実施形態である幅予測モデル生成部の構成を示すブロック図である。図9に示すように、本実施形態の幅予測モデル生成部100は、データベース部101と機械学習部102を備えている。データベース部101には、粗圧延機5の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データと粗出側幅の実績データが蓄積される。データベース部101は、必要に応じて、幅圧下プレス装置4の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データ、加熱炉2の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データ、スラブSAの属性情報の実績データから選択した1つ以上の実績データを蓄積してもよい。データベース部101に蓄積する具体的な実績データについては後述する。
Figure 9 is a block diagram showing the configuration of a width prediction model generation unit according to one embodiment of the present invention. As shown in Figure 9, the width prediction model generation unit 100 of this embodiment includes a database unit 101 and a machine learning unit 102. The database unit 101 accumulates one or more operation performance data selected from the operation performance data of the
データベース部101に蓄積する実績データは、制御用コントローラ90、制御用計算機91、又は、上位計算機92から適宜取得することができる。また、これらの実績データを収集するためにデータ取得部103を設け、データ取得部103において実績データを一旦保存し、複数種の実績データを対応付けたデータセットを生成した後に、データベース部101に蓄積してもよい。データベース部101に蓄積するデータはそれぞれ取得タイミングが異なる場合があるため、データ取得部103において複数種の実績データを対応付けることにより、互いに対応関係にあるデータセットを構成することが容易になる。データベース部101に蓄積するデータセットについては、一つのスラブから製造される一つの鋼板に対して少なくとも一つ実績データが取得される。例えば粗出側幅の実績データとして鋼板の平均幅を用いる場合には、粗圧延機5の操業実績データは代表値を実績データとすればよい。この場合、幅圧下プレス装置4の操業実績データ、加熱炉2の操業実績データ、スラブSAの属性情報の実績データについても1つの鋼板に対する代表値を実績データとすればよい。The performance data stored in the database unit 101 can be appropriately acquired from the
一方、データ取得部103において、1つのスラブから製造される1つの鋼板に対して複数のデータセットを生成し、それらをデータベース部101に蓄積してもよい。例えば粗出側幅の実績データとして粗圧延材の先端部、定常部、及び尾端部の3ヶ所の幅に関する実績データを取得する場合には、粗圧延機5の操業実績データについては、粗圧延材の先端部、定常部、及び尾端部においてそれぞれ取得される操業実績データを対応する位置の粗出側幅の実績データに対応付けてよい。但し、スラブの属性情報の実績データのように粗圧延材の長手方向の位置とは無関係に特定される実績データについては、粗圧延材の先端部、定常部、及び尾端部における粗出側幅の実績データに対して同一の属性情報の実績データを対応付ける。On the other hand, the data acquisition unit 103 may generate multiple data sets for one steel plate manufactured from one slab, and store them in the database unit 101. For example, when acquiring performance data on the width of three locations, the front end, steady state, and tail end of the rough rolled material, as performance data on the rough exit side width, the operation performance data acquired at the front end, steady state, and tail end of the rough rolled material may be associated with the performance data on the rough exit side width at the corresponding positions for the operation performance data of the
さらに、データ取得部103において、一つの粗圧延材に対して長手方向に区分された位置毎に粗出側幅の実績データを取得し、粗圧延材の長手方向の位置毎に取得される操業実績データを、それぞれの位置で測定される粗出側幅の実績データに対応付けてデータベース部101に蓄積してもよい。すなわち、粗圧延材の長手方向の分割数を例えば20~200程度に設定し、各分割区間における粗出側幅の実績データとそれぞれの位置に対応する操業実績データを割り当てる。この場合、粗圧延機5により粗圧延される鋼板SBの長さは粗圧延パス毎に変化するものの、粗圧延材の長手方向における分割に対応する位置での操業実績データが取得されれば、データ取得部103において、各分割区間に対応したデータセットを構成できる。データベース部101に粗圧延材の長手方向に分割された複数の位置に対応したデータセットが蓄積される場合には、機械学習部102では粗圧延材の長手方向の位置毎に異なる幅予測モデルを生成することもできる。
Furthermore, the data acquisition unit 103 may acquire actual data on the rough exit side width for each position divided in the longitudinal direction for one rough rolled material, and the operational performance data acquired for each position in the longitudinal direction of the rough rolled material may be stored in the database unit 101 in association with the actual data on the rough exit side width measured at each position. That is, the number of divisions in the longitudinal direction of the rough rolled material is set to, for example, about 20 to 200, and the actual data on the rough exit side width in each division section and the operational performance data corresponding to each position are assigned. In this case, although the length of the steel plate SB rough rolled by the
幅予測モデル生成部100は、熱延ライン1による鋼板の製造を制御するための制御用計算機91に設けることができる。また、幅予測モデル生成部100は、制御用計算機91に製造指示を与える上位計算機92に設けてもよく、他の機器と通信可能である独立の計算機に設けてもよい。また、機械学習部102は、データベース部101に蓄積されたデータセットを受信可能な装置を用いてデータベース部101とは別の装置に構成してもよい。データベース部101には、100個以上のデータセットが蓄積される。好ましくは10000個以上、より好ましくは100000個以上のデータセットがデータベース部101に蓄積されるとよい。データベース部101に蓄積されるデータについては、必要に応じてスクリーニングが行われる場合がある。The width prediction model generating unit 100 can be provided in a
機械学習部102は、データベース部101に蓄積されたデータセットを用いて、ガウス過程回帰の手法による機械学習によって幅予測モデルMを生成する。機械学習部102が用いる学習用データは、データベース部101に蓄積された、粗圧延機5の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データと粗出側幅の実績データを含む、複数のデータセットである。機械学習部102は、それらの学習用データを用いて、粗圧延機5の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データを入力実績データとして含み、粗出側幅の統計情報を出力データとする、ガウス過程回帰の手法による機械学習を実行し、幅予測モデルMを生成する。また、機械学習部102は、データベース部101に蓄積されるデータセットを用いて、入力実績データとして、幅圧下プレス装置4の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データ、加熱炉2の操業実績データから選択した1つ以上の操業実績データ、スラブSAの属性情報の実績データから選択した1つ以上の実績データを用いてガウス過程回帰の手法による機械学習を実行し、幅予測モデルMを生成してもよい。The machine learning unit 102 uses the data set stored in the database unit 101 to generate a width prediction model M through machine learning using the Gaussian process regression technique. The learning data used by the machine learning unit 102 are multiple data sets including one or more operation performance data selected from the operation performance data of the
この場合の機械学習は、図7に示すモデル生成ステップにより、ガウス過程回帰に適用されるハイパーパラメータを特定することをいう。また、幅予測モデルMとは、このようにして特定されたハイパーパラメータのことをいう。ハイパーパラメータが特定されることにより、学習用データの入出力関係が特定され、未知の入力に対する粗出側幅の統計情報を予測可能になるからである。また、本実施形態において、ガウス過程回帰によって学習された幅予測モデルMの出力となる粗出側幅の統計情報とは、粗圧延材の幅の平均値の予測結果とそのばらつきを表す指標である標準偏差又は分散を含む。これにより、粗出側幅の平均値と共に粗出側幅のばらつきを予測することができる。In this case, machine learning refers to identifying hyperparameters to be applied to Gaussian process regression by the model generation step shown in FIG. 7. The width prediction model M refers to the hyperparameters identified in this manner. By identifying the hyperparameters, the input/output relationship of the learning data is identified, and it becomes possible to predict statistical information on the rough exit side width for an unknown input. In this embodiment, the statistical information on the rough exit side width that is the output of the width prediction model M learned by Gaussian process regression includes the predicted result of the average value of the width of the rough rolled material and the standard deviation or variance, which is an index representing the variance thereof. This makes it possible to predict the variance of the rough exit side width together with the average value of the rough exit side width.
一方、従来技術は、例えば特許文献3に記載されているように、粗圧延材の幅変化量に関する実績データを用いて生成されたデータベースに基づいて、粗圧延材の幅変化量の平均値あるいは代表値を予測する。しかしながら、従来技術では、粗圧延材の幅変化量のばらつきに関する情報を得ることができない。このため、予め設定された余幅(余裕代)を加えて、粗圧延材の幅の目標値を設定せざるを得ない。具体的には、従来の幅制御方法は、図10に示すように粗出側幅の目標幅(狙い幅)Wtに対して予め余幅(マージン)Wrを設定し、狙い幅Wtと余幅Wrとの和を粗出側幅の制御目標値Wcとして設定する。余幅Wrを設定する理由は、粗出側幅には一定のばらつきが発生することから、粗出側幅が狙い幅Wtを下回らないようにするためである。粗出側幅が狙い幅Wtを下回ると、仕上圧延後の鋼板の幅が製品目標幅を下回ることがあり、幅不足により製品を採取できない。そのため、製造した熱延鋼板をスクラップとしたり、製品の出荷先を変更したりする等して、製品歩留まりの低下や納期遅れ等をもたらすことがある。一方で、設定する余幅Wrが過大であると、仕上圧延後の鋼板の幅が製品目標幅に比べて過大になるため、製品を得るために鋼板の耳切(トリミング)を行う必要が生じ、これにより製品歩留まりが低下する。すなわち、熱延鋼板として幅不足の発生を防止しようとすると粗出側幅が過大となり、耳切による歩留まり低下を抑制しようとすると幅不足が発生しやすくなる。このため、従来技術では、熱延鋼板の厚みや幅の区分毎に粗出側幅の実績データを採取し、そのばらつきに応じて予め余幅を設定し、工場担当者が余幅の設定が妥当であるかを定期的に監視している。
On the other hand, in the conventional technology, as described in
これに対して、本実施形態によれば、入力となる熱延ラインの操業条件に応じて、粗出側幅の平均値及び統計的なばらつきを予測できるので、従来技術のように熱延鋼板の厚みや幅の区分毎ではなく、個々の粗圧延材の操業条件に応じて適切な余幅を設定することができる。これにより、粗出側幅のばらつきによって生じていた熱延鋼板の幅不足や幅余剰による製品歩留まりの低下を抑制することができる。In contrast, according to the present embodiment, the average value and statistical variation of the rough exit width can be predicted according to the input operating conditions of the hot rolling line, so that an appropriate excess width can be set according to the operating conditions of each rough rolled material, rather than for each thickness or width category of the hot rolled steel sheet as in the conventional technology. This makes it possible to suppress a decrease in product yield due to insufficient width or excess width of the hot rolled steel sheet caused by the variation in the rough exit width.
〔スラブの属性情報〕
幅予測モデルMの入力に用いることができるスラブの属性情報とは、幅圧下プレス装置4や粗圧延機5におけるスラブの幅変化に影響を与えるスラブ寸法に関する情報とスラブの成分組成に関する情報をいう。スラブ寸法に関する情報とは、スラブの厚み、幅、長さ、重量に関する情報である。スラブの成分組成に関する情報とは、スラブが含有する成分の含有量に関する情報であり、例えばスラブのC含有量、Si含有量、Mn含有量、P含有量、S含有量、Nb含有量、Ti含有量、Cu含有量、Ni含有量、Mo含有量、B含有量等が挙げられる。スラブ寸法に関する情報は、熱延ライン1におけるスラブの温度変化に影響を与えるため、粗出側幅のばらつきに影響する。また、スラブの成分組成に関する情報は、スラブの変形抵抗やスラブの表面に生成される酸化被膜の組成や厚みに影響を与える。これにより、圧延ロールとスラブとの界面における摩擦力に影響を与え、スラブの変形状態が変化することから、粗出側幅のばらつきに影響を与える。
[Slab attribute information]
The attribute information of the slab that can be used as an input for the width prediction model M refers to information on the slab dimensions that affect the width change of the slab in the width
〔加熱炉の操業パラメータ〕
幅予測モデルMの入力に用いることができる加熱炉の操業パラメータとは、加熱炉2においてスラブを加熱する際の加熱炉2の操業条件を表すパラメータであり、幅圧下プレス装置4及び粗圧延機5におけるスラブの幅変化に影響を与える情報をいう。加熱炉2の操業パラメータには、加熱炉2へ装入される際のスラブの温度、加熱炉2内の特定の加熱炉帯におけるスラブの在炉時間、加熱炉2の最終の加熱炉帯の雰囲気温度、加熱炉2から抽出されるスラブの温度を用いることができる。これらのパラメータによりスラブの粗圧延中の温度降下が影響をうけることから、これらのパラメータは粗出側幅に影響を与える。
[Heating furnace operating parameters]
The operation parameters of the heating furnace that can be used as inputs to the width prediction model M are parameters that represent the operation conditions of the
また、加熱炉2内におけるスラブの装入位置や、加熱炉2内におけるスラブの他のスラブとの間の位置関係等の情報を用いてもよい。加熱炉2内におけるスラブの装入位置とは、図3に示すように、加熱炉2の一方の端部に位置するウォークキングビーム22とスラブSAの長手方向端部との間の距離を表す炉内装入位置Pについての情報を用いてよい。炉内装入位置Pによって、スラブSAの長手方向におけるスキッドマークの位置が変わり、スラブSAの長手方向における幅変動が影響を受け、これにより粗出側幅のばらつきが影響を受ける。スラブSAの装入位置には、スラブSAの長手方向端部と加熱炉2の炉壁との間の距離D1、スラブSAが装入された加熱炉2のウォーキングビーム(固定スキッド)22や移動スキッド23の間隔を代表するパラメータを用いてよい。また、加熱炉2内におけるスラブとの他のスラブとの間の位置関係の情報として、加熱炉2内で隣接する他のスラブとの間の距離(装入間隔)D2を用いることができる。加熱炉2内で装入間隔D2が変わると、スラブSAの端面の温度が変化する。これにより、熱延ライン1におけるスラブSAの温度分布が影響を受け、粗出側幅のばらつきが影響を受ける。加熱炉2内におけるスラブと他のスラブとの間の位置関係の情報には、他のスラブの長さや厚み、予測対象のスラブの先端部及び他のスラブの先端部における加熱炉の炉壁までの間の距離の差等を用いてよい。
Information on the charging position of the slab in the
〔幅圧下プレス装置の操業パラメータ〕
幅予測モデルMの入力に用いることができる幅圧下プレス装置4の操業パラメータとは、加熱されたスラブに対して幅圧下を行う際の操業条件をいう。幅圧下プレス装置4の操業パラメータには、スラブに対する幅圧下量に関する操業パラメータを用いることができる。スラブに対する幅圧下量に関する操業パラメータは、スラブの長手方向における代表位置の幅圧下量と幅圧下パス間のスラブの送りピッチを含む。スラブに対する幅圧下量に関する操業パラメータは、スラブの先端部に対する最初の幅圧下パスにおいて幅圧下用金型41の平行部41aがスラブと接触する長さである幅圧下開始位置を含んでよい。スラブの幅圧下量に関する操業パラメータは、幅圧下後のスラブに形成されるドッグボーン(幅方向の厚み分布)形状に影響を与え、これにより粗出側幅のばらつきに影響を与える。また、スラブの幅圧下量がスラブの長手方向で一定であっても、スラブの定常部、先端部、及び尾端部ではドッグボーン形状が異なる。これにより、粗出側幅の平均値が変動し、粗出側幅のばらつきが影響を受ける。また、幅圧下パス間のスラブの送りピッチが一定である場合にも、スラブの定常部と先尾端部とでドッグボーン形状に差が生じる。これにより、粗出側幅のばらつきが影響を受ける。
[Operation parameters of width reduction press device]
The operation parameters of the width
さらに、幅圧下プレス装置4の操業パラメータには、幅圧下プレス装置4に適用される金型形状に関する操業パラメータを用いることができる。金型形状に関する操業パラメータは、スラブの長手方向に対して固定された代表値である。例えば図4に示す幅圧下用金型41の平行部41aの長さや傾斜部41bの角度を用いてよい。幅圧下用金型41の形状によって、スラブの変形状態に違いが生じ、粗出側幅のばらつきが影響を受ける。また、幅圧下プレス装置4の操業パラメータには、幅圧下用金型41をオフラインで研削した後に幅圧下プレス装置4に組み込み、組み込んだ幅圧下用金型41を用いて幅圧下を行ったスラブの総重量やスラブ長さの累積値を用いてもよい。スラブの総重量やスラブ長さの累積値が増加することにより幅圧下用金型41の摩耗や損傷が進行し、幅圧下量の設定値と実績値との間に誤差が生じることにより、粗出側幅にばらつきが生じるからである。
Furthermore, the operation parameters of the width
〔粗圧延機の操業パラメータ〕
幅予測モデルMの入力に用いる粗圧延機の操業パラメータとは、粗圧延機5による粗圧延の任意の圧延パスにおける鋼板の幅に影響を与える圧延操業条件を意味する。粗圧延機5の操業パラメータには、粗圧延機5を構成する水平圧延機51及びエッジャー52による圧延条件を含めるのが好ましい。水平圧延機51の圧延条件としては、任意の圧延パスにおけるロール開度、ワークロール径、入側板厚、出側板厚、圧下率、粗目標幅、圧延荷重、鋼板温度を用いてよい。これらは、水平圧延における鋼板の幅広がり挙動に影響を与えることにより、粗出側幅のばらつきに影響を与えるからである。エッジャー52の圧延条件としては、任意の圧延パスにおけるエッジャー開度、エッジャーロール径、板厚、幅圧下率、幅圧下荷重を用いてよい。これらの圧延条件は、鋼板の水平圧延における幅広がり挙動に影響を与え、粗出側幅のばらつきに影響を与える。また、幅圧延の操業条件が一定であっても、鋼板の定常部と先尾端部とではドッグボーンの形成挙動に違いが生じるため、鋼板の長手方向の幅分布が影響を受け、これにより粗出側幅のばらつきが影響を受ける。
[Roughing mill operating parameters]
The operation parameters of the roughing mill used to input the width prediction model M refer to the rolling operation conditions that affect the width of the steel plate in any rolling pass of the roughing rolling by the
また、粗圧延機5の操業パラメータには、水平圧延機51に用いられるワークロールやエッジャー52に用いられるエッジャーロールをオフラインで研削した後に粗圧延機5に組み込み、組み込んだワークロールやエッジャーロールを用いて粗圧延を行った鋼板の総重量や長さの累積値を用いてもよい。鋼板の総重量や長さの累積値が増加することによりワークロールやエッジャーロールの摩耗や損傷が進行し、水平圧延における圧下率やエッジャーによる幅圧下量の設定値と実績値との間に誤差が生じることにより、鋼板の幅にばらつきが生じるからである。粗圧延機5の操業パラメータである圧延条件は、鋼板の幅に対する影響が大きいため、粗圧延工程の全ての圧延パスの操業パラメータから選択した操業パラメータを幅予測モデルMの入力に用いるのが好ましい。具体的には、粗圧延機5の操業パラメータには、粗圧延の第1パスから最終パスまでの出側板厚の設定値又は実績値を粗圧延機5の操業パラメータに含めるとよい。いわゆる粗圧延のパススケジュールのことである。パススケジュールが異なると、粗パス間で搬送される際の鋼板の厚みが変化することにより空冷時の温度分布が変化する。これにより、鋼板の長手方向の位置によって鋼板の幅方向の変形挙動に違いが生じ、粗出側幅のばらつきが影響を受ける。さらに、粗圧延機5の操業パラメータには、粗圧延の圧延パス間の空冷時間や任意の圧延パスにおけるデスケーリング水の噴射の有無に関する情報を含めてもよい。鋼板の温度の変動は、粗出側幅のばらつきに影響を与えるからである。
In addition, the operation parameters of the
〔粗圧延材の幅予測方法〕
本発明の一実施形態である粗圧延材の幅予測方法は、以上のようにして生成された幅予測モデルMを用いて、粗出側幅の統計情報を予測する予測ステップを含む。予測ステップを実行する幅予測部は、熱延ライン1を制御するための制御用計算機91に設けることができる。また、幅予測部は、制御用計算機91に製造指示を与える上位計算機92に設けてもよく、他の機器と通信可能である独立の計算機に設けてもよい。以下、図11を参照して、本発明の一実施形態である幅予測部の動作について説明する。
[Width prediction method for rough rolled material]
The method for predicting the width of a roughly rolled material according to one embodiment of the present invention includes a prediction step of predicting statistical information of the rough delivery side width using the width prediction model M generated as described above. The width prediction unit that executes the prediction step can be provided in a
図11に示す幅予測部110の動作は、熱延ライン1において製造される鋼板について、粗出側幅計11により粗出側幅が測定される以前に実行される。幅予測部110の動作は、例えば予測対象の鋼板がスラブとして加熱炉2に装入されている段階で実行することができる。スラブが加熱炉2に装入されて段階では、スラブの属性情報としてスラブ寸法やスラブの成分組成に関する情報が上位計算機92で特定されている。また、スラブが加熱炉2に装入される段階では、熱延鋼板の製造諸元が設定され、これに対応する標準的な操業パラメータが特定されているからである。従って、スラブの属性情報の実績データと熱延鋼板の製造諸元に対応する標準条件として特定される他の操業パラメータの設定値を入力とすることで予測ステップを実行できる。また、予測ステップは、予測対象の鋼板がスラブとして加熱炉2から抽出された段階で実行することができる。この場合、加熱炉2の操業パラメータの実績データが取得可能であり、幅予測モデルMの入力に用いることができる。さらに、予測ステップは、例えば予測対象の鋼板が幅圧下プレス装置4によって幅圧下された後の段階で実行することができる。幅圧下後のスラブについて幅圧下プレス装置4の操業パラメータの実績データが制御用計算機91又は上位計算機92により取得される。そして、取得した実績データが幅予測モデルMの入力に用いられると共に、粗圧延機5の操業パラメータの設定値が制御用計算機91により設定されているため幅予測モデルMの入力が特定されるからである。
The operation of the width prediction unit 110 shown in FIG. 11 is performed before the rough-out side width of the steel plate manufactured in the hot rolling line 1 is measured by the rough-out
幅予測部110の動作は、例えば粗圧延機5による鋼板の圧延パスの途中に実行することができる。現時点の圧延パスよりも前の圧延パスにおける粗圧延機5の操業パラメータの実績データが制御用計算機91又は上位計算機92により取得されており、現時点よりも後の圧延パスにおける粗圧延機5の操業パラメータの設定値が制御用計算機91又は上位計算機92により取得できるからである。いずれにしても、幅予測部110は、現時点の工程よりも上流側の工程又はパスにおける操業パラメータの実績値と粗圧延が終了するまでの間の操業パラメータの設定値とを幅予測モデルMに入力することにより粗出側幅の統計情報を予測することができる。The operation of the width prediction unit 110 can be performed, for example, during the rolling pass of the steel plate by the
図11に示す幅予測部110の入力データ取得部111は、以上のようにして制御用計算機91又は上位計算機92が保持する熱延ライン1の操業パラメータの実績値又は設定値を取得する。幅予測部110は、入力データ取得部111が取得した入力データを予測部112に入力する。予測部112は、幅予測モデル生成部100で決定されたハイパーパラメータを取得する。そして、予測部112は、図8に示す予測ステップにより入力データ(新たな入力ベクトル)に対するカーネル関数を計算し、出力データである粗出側幅の統計情報を算出する。上記の通り、幅予測部110の動作は、鋼板が熱延ライン1の粗圧延機5の出側までの各工程を通過する段階毎に実行できるので、1つの鋼板を製造する過程で複数回実行してもよい。以上のようにして出力される粗出側幅の統計情報は、幅予測部110に接続されたモニター等に表示されるようにしてよい。粗出側幅の統計情報の出力表示に基づき、粗圧延機5及び仕上圧延機6の操業パラメータの少なくとも一方を再設定し、熱延鋼板の幅不良が発生することを抑制できる。
The input data acquisition unit 111 of the width prediction unit 110 shown in FIG. 11 acquires the actual values or set values of the operation parameters of the hot rolling line 1 held by the
〔粗圧延材の幅制御法〕
本発明の一実施形態である粗圧延材の幅制御方法は、上記のようにして予測した粗出側幅の統計情報に基づいて、粗出側幅が狙い幅Wtを下回る確率が小さくなるように粗圧延機5の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを再設定する。上記の粗圧延材の幅予測方法において、幅予測モデルMの出力である粗出側幅の統計情報は、例えば粗出側幅の平均値Wmと標準偏差Wσとして特定される。この場合、粗出側幅Wは、以下の数式(18)に示す確率密度分布g(W)に従うと予測される。
[Width control method for rough rolled material]
In one embodiment of the present invention, the width control method for rough rolled material resets one or more operation parameters selected from the operation parameters of the
図12は、幅予測モデルMにより予測される粗出側幅Wの確率密度分布g(W)を狙い幅Wtと共に模式的に示した例である。図12に示す例では、狙い幅Wtよりも幅予測モデルMにより予測される粗出側幅Wの平均値Wmが小さいことと、粗出側幅Wのばらつきから粗出側幅Wが高い確率で狙い幅Wtよりも小さくなることが予測されている。すなわち、この場合、現時点において設定されている熱延ライン1の操業条件からは粗出側幅Wが高い確率で幅不足となることが予測される。従って、本例では、粗出側幅Wの予測値Wが狙い幅Wtを下回る確率が小さくなるように粗圧延機5の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを再設定する。具体的には、図12に実線で示す確率密度分布g(W)が破線で示す確率密度分布となるように粗圧延機5の操業パラメータを修正する。この場合、再設定する粗圧延機5の操業パラメータとしては、現時点において圧延が行われていない圧延パスにおける操業パラメータを選択する。また、再設定する操業パラメータとしては、幅予測モデルMの入力に用いる操業パラメータから選択するのが好ましい。図12に示す例では、再設定された粗圧延機5の操業パラメータを改めて幅予測モデルMの入力として粗出側幅Wの統計情報を出力し、出力された粗出側幅Wの統計情報が狙い幅Wtを下回る確率が小さくなるかどうかを確認する。これにより、適正な操業条件が再設定されているかを判定することができる。
FIG. 12 is an example that shows a schematic diagram of a probability density distribution g(W) of the rough exit side width W predicted by the width prediction model M together with the target width Wt . In the example shown in FIG. 12, the average value Wm of the rough exit side width W predicted by the width prediction model M is smaller than the target width Wt , and it is predicted that the rough exit side width W will be smaller than the target width Wt with a high probability due to the variation of the rough exit side width W. That is, in this case, it is predicted that the rough exit side width W will be insufficient with a high probability from the operation conditions of the hot rolling line 1 set at the present time. Therefore, in this example, one or more operation parameters selected from the operation parameters of the
また、図13に示すように、幅予測モデルMにより予測される粗出側幅Wの確率密度分布g(W)より狙い幅Wtを下回る確率が高いと予測される場合、粗出側幅Wが狙い幅Wtを下回る確率が小さくなるように、粗幅制御の制御目標値Wcを設定してもよい。これにより、設定された制御目標値Wcを用いて熱延ライン1の粗幅制御を実行することにより、粗出側幅Wにばらつきがあっても狙い幅Wtに対して幅不足になる確率を低減することができる。さらに、狙い幅Wtが以下に示す数式(1)を満足するように、粗圧延機5の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを再設定するのが好ましい。
13, when the probability density distribution g(W) of the rough exit width W predicted by the width prediction model M predicts that the rough exit width W is more likely to fall below the target width Wt , the control target value Wc for the rough width control may be set so that the probability of the rough exit width W falling below the target width Wt is reduced. By performing the rough width control of the hot rolling line 1 using the set control target value Wc , the probability of the rough exit width W being insufficient for the target width Wt can be reduced even if there is variation in the rough exit width W. Furthermore, it is preferable to reset one or more operation parameters selected from the operation parameters of the
図14は、幅予測モデルMにより予測される粗出側幅の確率密度分布g(W)と狙い幅Wtとの関係を示す模式図である。上記数式(1)は、狙い幅Wtが幅予測モデルMから出力される粗出側幅Wの平均値Wmと標準偏差Wσにより特定されるWm-2.5WσとWm-1.5Wσの範囲にあることを意味している。この場合、狙い幅Wtを一定として幅予測モデルMから出力される粗出側幅Wの確率密度分布g(W)が上記数式(1)を満足するように粗圧延機5の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを再設定するとよい。図15は、粗出側幅Wの狙い幅Wtからの偏差と鋼板の切り捨て量との関係を示す図である。図15からわかるように、粗出側幅Wが狙い幅Wtに対して過大又は過小であっても、鋼板の切り捨て量が増加し、熱延鋼板の製品歩留まりが低下することがわかる。詳しくは、粗出側幅Wが狙い幅Wtに対して過大であると、熱延鋼板が幅の仕様を満たすために後工程において耳切を行う必要がある。一方、粗出側幅Wが狙い幅Wtに対して過小であると、鋼板製品とすることができず、一部はスクラップ処理とする必要が生じる。しかしながら、鋼板の切り捨て量は、粗出側幅Wが狙い幅Wtに対して過小となる場合よりも過大となる場合の方が抑制されている。このため、上記数式(1)は、狙い幅Wtに対して粗出側幅Wのばらつきが生じても、粗出側幅Wが過小になる確率が低くなるように粗圧延機5の操業パラメータを設定するものである。すなわち、数式(1)の狙い幅Wtに対する下限値は粗出側幅Wが過小になる確率を小さくするためであり、狙い幅Wtに対する上限値は粗出側幅Wが狙い幅Wtに対して過大になり過ぎないようにするためである。
FIG. 14 is a schematic diagram showing the relationship between the probability density distribution g(W) of the rough exit side width predicted by the width prediction model M and the target width Wt . The above formula (1) means that the target width Wt is in the range of Wm -2.5Wσ and Wm - 1.5Wσ specified by the average value Wm and standard deviation Wσ of the rough exit side width W output from the width prediction model M. In this case, it is preferable to reset one or more operation parameters selected from the operation parameters of the rough rolling mill 5 so that the probability density distribution g(W) of the rough exit side width W output from the width prediction model M satisfies the above formula (1) with the target width Wt being constant. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the deviation of the rough exit side width W from the target width Wt and the amount of cut-off of the steel plate. As can be seen from FIG. 15, even if the rough exit side width W is too large or too small for the target width Wt, the amount of cut-off of the steel plate increases and the product yield of the hot-rolled steel plate decreases. In detail, if the rough-side width W is excessively large relative to the target width Wt , it is necessary to perform edge trimming in a subsequent process so that the hot-rolled steel sheet meets the width specification. On the other hand, if the rough-side width W is excessively small relative to the target width Wt , it is not possible to produce a steel sheet product, and some of the steel sheet must be scrapped. However, the amount of cut-off of the steel sheet is suppressed more when the rough-side width W is excessively large relative to the target width Wt than when it is excessively small relative to the target width Wt . For this reason, the above formula (1) sets the operation parameters of the
本実施形態における粗圧延材の幅制御方法は、スラブの鋼種やサイズ、熱延鋼板の製品寸法等の区分だけでなく、それぞれの粗圧延材に対する異なる操業条件に対応して粗出側幅の統計情報を出力するので、粗圧延材毎の粗出側幅のばらつきを予測することができる。これにより、従来技術のように、鋼板の鋼種やサイズ区分に従って予め余幅を設定する必要がなく、熱延ラインで製造する粗圧延材毎に適切な余幅を付与し、熱延鋼板の製品歩留まりを向上させることができる。 The rough rolled material width control method in this embodiment outputs statistical information on the rough output width in response to different operating conditions for each rough rolled material, in addition to classifications such as the steel type and size of the slab and the product dimensions of the hot-rolled steel plate, so that it is possible to predict the variation in the rough output width for each rough rolled material. This eliminates the need to set the extra width in advance according to the steel type and size classification of the steel plate, as in the conventional technology, and allows an appropriate extra width to be applied to each rough rolled material produced in the hot rolling line, thereby improving the product yield of the hot-rolled steel plate.
〔実施例1〕
本発明の実施例として、加熱炉2の下流側に配置された幅圧下プレス装置4と、4基の可逆式圧延機5aと1基の非可逆式圧延機1bから構成される粗圧延機5と、7基の圧延スタンドにより構成される仕上圧延機6と、を含む熱延ライン1において粗圧延材の幅予測及び幅制御を行った。本実施例では、上記熱延ライン1により、スラブ厚250~270mm、スラブ幅600~1600mmのスラブを加熱炉2により加熱し、粗圧延機5出側の板厚30~35mm及び仕上圧延機6出側の板厚2~3mmの熱延鋼板を製造した。また、熱延ライン1は粗出側幅計11、仕上出側幅計12、及びコイラー前幅計13を備えている。
Example 1
As an embodiment of the present invention, a rough rolled material width prediction and width control were performed in a hot rolling line 1 including a width
熱延ライン1の制御用計算機91及び上位計算機92は熱延ライン1で製造する粗圧延材の操業パラメータの実績値を収集しており、データ取得部103が実績データを取得した。データ取得部103は、粗圧延機5の操業実績データとして粗圧延の全圧延パスにおけるエッジャー開度、エッジャーロールの直径、及びエッジャーロールの研削後の総圧延長を取得した。また、粗圧延機5の操業実績データとして、粗圧延の全圧延パスにおける水平圧延機のワークロール径、入側板厚、出側板厚、ワークロールの研削後の総圧延長を取得した。さらに、データ取得部103は、スラブの属性情報の実績データとして、スラブの厚みと幅のデータを取得した。The
一方、データ取得部103は、粗出側幅計11によって測定される粗出側幅の実績値から定常部の平均幅を算出し、これを粗出側幅の実績データとした。粗出側幅の実績データは、データ取得部103によって上記の操業実績データと対応付けられることにより1つの粗圧延材に対して一つのデータセットを構成し、データベース部101に蓄積された。そして、データベース部101に30000個のデータセットが蓄積された段階で、これらのデータセットを学習用データ20000個とテスト用データ10000個に分割し、学習用データを用いて機械学習部102により幅予測モデルMを生成した。本実施例では、ガウス過程回帰のカーネル関数として動径基底関数(RBF)カーネルを用いた。また、ガウスノイズとして学習用データによらず一定の分散σe
2を有するノイズを用いた。本実施例に用いたカーネル関数は以下に示す数式(19)で表される。但し、||x(i)-x(j)||は、入力ベクトル間のユークリッド距離を表す。
On the other hand, the data acquisition unit 103 calculated the average width of the steady part from the actual value of the rough-exit side width measured by the rough-exit
本実施例では、学習用データを用いたガウス過程回帰の手法により、幅予測モデルMのハイパーパラメータを特定した。そして、テスト用データの操業実績データを幅予測部110の予測部112に入力し、幅予測モデルMの出力である粗出側幅Wの平均値Wmと標準偏差Wσを求めた。また、テスト用データである粗出側幅Wの実績データWaと平均値Wmとの偏差からRMSE(二乗平均平方根誤差)を算出した。さらに、粗出側幅Wの実績データWaがWm±Wσの範囲及びWm±1.96Wσの範囲となるテスト用データの数をそれぞれ求め、それらの範囲に入るテスト用データの数の全てのテスト用データに対する比率を算出した。 In this embodiment, the hyperparameters of the width prediction model M were specified by a Gaussian process regression method using the learning data. Then, the operation record data of the test data was input to the prediction section 112 of the width prediction unit 110, and the average value Wm and standard deviation Wσ of the rough exit side width W, which is the output of the width prediction model M, were obtained. In addition, the RMSE (root mean square error) was calculated from the deviation between the actual data Wa of the rough exit side width W, which is the test data , and the average value Wm . Furthermore, the number of test data pieces in which the actual data Wa of the rough exit side width W falls within the range of Wm ± Wσ and the range of Wm ± 1.96Wσ was obtained, and the ratio of the number of test data pieces falling within these ranges to all the test data pieces was calculated.
その結果、粗出側幅Wの実績データWaと平均値Wmとの偏差から算出されるRMSEは0.1mmと良好であった。さらに、粗出側幅WがWm±Wσの範囲に入る確率は67.3%であり、Wm±1.96Wσの範囲に入る確率は95.3%であった。このことは、粗出側幅Wのばらつきが正規分布に従うと仮定した場合には、確率はそれぞれ68.3%、95.0%となることから、本実施例の幅予測モデルMにより粗出側幅Wのばらつきを精度よく予測できることを意味する。一方、上記のようにして生成した幅予測モデルMを幅予測部110の予測部112に記憶し、スラブ幅が1000~1200mmの範囲である粗圧延材に対して幅制御を実施した。この場合、鋼板毎にスラブが加熱炉2から抽出されるタイミングで幅予測モデルMを用いて粗出側幅Wの統計情報を算出し、鋼板毎に設定される粗圧延材の狙い幅Wtが数式(1)に示す関係を満足するように粗圧延機5の操業パラメータを再設定した。再設定する粗圧延機5の操業パラメータとしては、粗圧延機5のエッジャー開度を選択した。このようにして粗圧延が行われた粗圧延材に対しては、引き続き仕上圧延が行われ、熱延鋼板を製造した。製造した熱延鋼板は400コイルであった。その結果、熱延鋼板の幅がコイラー前狙い幅を下回るコイルの割合は予め余幅を設定する従来例に比べて35%低減した。また、コイラー前狙い幅よりも幅が過大になることにより切り捨てていた耳切代が本実施例により平均で0.8mm低減した。以上のことから、本実施例により粗出側幅の統計情報が予測できること及び予測された粗出側幅の統計情報を粗圧延材の幅制御に適用することにより、熱延鋼板の幅不良が低減し、製品歩留まりを向上できることが確認された。
As a result, the RMSE calculated from the deviation between the actual data W a and the average value W m of the rough exit side width W was 0.1 mm, which was good. Furthermore, the probability that the rough exit side width W was within the range of W m ±W σ was 67.3%, and the probability that it was within the range of W m ±1.96W σ was 95.3%. This means that if the variation in the rough exit side width W is assumed to follow a normal distribution, the probabilities are 68.3% and 95.0%, respectively, and therefore the variation in the rough exit side width W can be accurately predicted by the width prediction model M of this embodiment. On the other hand, the width prediction model M generated as described above was stored in the prediction section 112 of the width prediction section 110, and width control was performed on a rough rolled material having a slab width in the range of 1000 to 1200 mm. In this case, the statistical information of the rough output width W was calculated using the width prediction model M at the timing when the slab was extracted from the
〔実施例2〕
本発明の実施例として、粗圧延材の幅予測方法の他の例について説明する。上記実施例1においては、データベース部101に実績データを蓄積する際に、データ取得部103が、幅圧下プレス装置4の操業実績データ及び加熱炉2の操業実績データを取得し、粗圧延機5の操業実績データ及びスラブの属性情報の実績データと対応付けて蓄積した。本実施例は、このようにしてデータベース部101に蓄積された実績データを用いて、幅予測モデルMに用いる入力データを変更して、粗圧延材の幅予測精度を評価した。
Example 2
As an embodiment of the present invention, another example of the width prediction method for rough rolled material will be described. In the above embodiment 1, when the performance data is accumulated in the database unit 101, the data acquisition unit 103 acquires the operation performance data of the width
データベース部101に蓄積された幅圧下プレス装置4の操業実績データは、スラブの幅圧下量SPW、幅圧下パス間のスラブの送りピッチSPP、及び幅圧下開始位置SPSである。スラブの幅圧下量SPW及び幅圧下パス間のスラブの送りピッチSPPとして、スラブの定常部における幅圧下量と送りピッチを用いた。また、データベース部101に蓄積された加熱炉2の操業実績データは、スラブが加熱炉2に装入されてから加熱炉2から抽出されるまでの在炉時間IFT、加熱炉2から抽出されるスラブの温度(抽出温度)ET、及び加熱炉2におけるスラブの装入位置に関する操業パラメータであるスラブの長手方向端部と加熱炉2の炉壁との距離D1である。The operational performance data of the width
本実施例においても、データベース部101に30000個のデータセットが蓄積された段階で、これらのデータセットを学習用データ20000個とテスト用データ10000個に分割し、学習用データを用いて機械学習部102により幅予測モデルMを生成した。この場合、機械学習部102は、幅予測モデルMの入力データに用いる変数を変更して機械学習を実行し、それぞれの条件に対応した幅予測モデルMを生成した。いずれの条件においても、ガウス過程回帰のカーネル関数として動径基底関数(RBF)カーネルを用いた。In this embodiment, when 30,000 data sets were accumulated in the database unit 101, these data sets were divided into 20,000 pieces of training data and 10,000 pieces of test data, and the machine learning unit 102 generated a width prediction model M using the training data. In this case, the machine learning unit 102 performed machine learning by changing the variables used in the input data of the width prediction model M, and generated a width prediction model M corresponding to each condition. In all conditions, a radial basis function (RBF) kernel was used as the kernel function for Gaussian process regression.
表1は、それぞれの幅予測モデルに使用した入力データを示す。表1中No.1~3の幅予測モデルは、いずれも入力データとして、粗圧延機5の操業パラメータを含む。粗圧延機5の操業パラメータとしては、エッジャー粗圧延の全圧延パスにおける定常部のエッジャー開度EGとエッジャーロールの直径EDを用いた。さらに、粗圧延機5の操業パラメータとして、粗圧延の全圧延パスにおける定常部の入側板厚HI、出側板厚HO、及び水平圧延機のワークロール径HWDを用いた。但し、本実施例では、幅予測モデルMの入力データとして、スラブの属性情報のパラメータは使用しなかった。
Table 1 shows the input data used for each width prediction model. All of the width prediction models No. 1 to 3 in Table 1 include the operation parameters of the
表1に記載したNo.1の幅予測モデルは、入力データとして、上記の粗圧延機5のパラメータのみを用いた。No.2の幅予測モデルは、入力データとして、粗圧延機5のパラメータに加えて、幅圧下プレス装置の操業パラメータを用いた。使用した幅圧下プレス装置の操業パラメータは、幅圧下量SPW、送りピッチSPP、及び幅圧下開始位置SPSである。No.3の幅予測モデルは、入力データとして、粗圧延機5のパラメータに加えて、加熱炉2の操業パラメータを用いた。使用した加熱炉2の操業パラメータは、在炉時間IFT、抽出温度ET、及び装入位置を表す炉壁との距離D1である。The width prediction model No. 1 listed in Table 1 used only the parameters of the
本実施例では、学習用データを用いたガウス過程回帰の手法により、No.1~3の幅予測モデルのハイパーパラメータを特定した。そして、テスト用データの操業実績データを幅予測部110の予測部112に入力し、幅予測モデルの出力である粗出側幅Wの平均値Wmと標準偏差Wσを求めた。また、テスト用データである粗出側幅Wの実績データWaと平均値Wmとの偏差からRMSE(二乗平均平方根誤差)を算出した。さらに、粗出側幅Wの実績データWaがWm±Wσの範囲となるテスト用データの数をそれぞれ求め、それらの範囲に入るテスト用データの数の全てのテスト用データに対する比率を算出した。In this embodiment, the hyperparameters of the width prediction models No. 1 to 3 were identified by a Gaussian process regression method using the learning data. Then, the operation performance data of the test data was input to the prediction section 112 of the width prediction section 110, and the average value Wm and standard deviation Wσ of the rough exit side width W, which is the output of the width prediction model, were obtained. In addition, the RMSE (root mean square error) was calculated from the deviation between the actual data Wa of the rough exit side width W, which is the test data, and the average value Wm. Furthermore, the number of test data in which the actual data Wa of the rough exit side width W falls within the range of Wm ± Wσ was obtained, and the ratio of the number of test data falling within these ranges to all test data was calculated.
表1に予測精度の結果を示す。No.1では、粗出側幅Wの実績データWaと平均値Wmとの偏差から算出されるRMSEは1.0mmであった。また、粗出側幅WがWm±Wσの範囲に入る確率は70.0%であり、粗出側幅Wのばらつきが正規分布に従うと仮定した場合の確率68.3%に近い値となった。No.2では、RMSEは0.1mmとなって、No.1よりも予測精度が向上した、一方、粗出側幅WがWm±Wσの範囲に入る確率は66.3%であり、粗出側幅Wのばらつきが正規分布に従うと仮定した場合の確率68.3%に近い値となった。No.3では、RMSEは0.0mmとなり、粗出側幅Wの平均値について高い予測精度が得られた。また、粗出側幅WがWm±Wσの範囲に入る確率は66.0%であり、粗出側幅Wのばらつきが正規分布に従うと仮定した場合の確率68.3%に近い値となった。以上から、いずれの幅予測モデルも、粗出側幅の統計情報である粗出側幅の平均値Wmと標準偏差Wσとを精度よく予測できることが確認された。Table 1 shows the results of the prediction accuracy. In No. 1, the RMSE calculated from the deviation between the actual data Wa of the rough exit side width W and the average value Wm was 1.0 mm. In addition, the probability that the rough exit side width W falls within the range of Wm ± Wσ was 70.0%, which is close to the probability of 68.3% when it is assumed that the variation of the rough exit side width W follows a normal distribution. In No. 2, the RMSE was 0.1 mm, which improved the prediction accuracy compared to No. 1, while the probability that the rough exit side width W falls within the range of Wm ± Wσ was 66.3%, which is close to the probability of 68.3% when it is assumed that the variation of the rough exit side width W follows a normal distribution. In No. 3, the RMSE was 0.0 mm, and high prediction accuracy was obtained for the average value of the rough exit side width W. In addition, the probability that the rough-side width W falls within the range of Wm±Wσ was 66.0%, which is close to the probability of 68.3% when it is assumed that the variation of the rough-side width W follows a normal distribution. From the above, it was confirmed that any of the width prediction models can accurately predict the average value Wm and standard deviation Wσ of the rough-side width, which are statistical information of the rough-side width.
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Although the above describes an embodiment of the invention made by the present inventors, the present invention is not limited by the description and drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. In other words, other embodiments, examples, and operational techniques made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.
本発明によれば、粗圧延材の幅のばらつきを含む統計情報を予測可能な粗圧延材の幅予測方法を提供することができる。また、本発明によれば、粗圧延材の幅のばらつきを考慮して粗圧延材の長手方向の幅を精度よく制御可能な粗圧延材の幅制御方法を提供することができる。また、本発明によれば、熱延鋼板の製品歩留まりを向上可能な熱延鋼板の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、粗圧延材の幅のばらつきを含む統計情報を予測する幅予測モデルを生成可能な粗圧延材の幅予測モデルの生成方法を提供することができる。According to the present invention, a method for predicting the width of rough rolled material can be provided, which is capable of predicting statistical information including the variation in the width of the rough rolled material. According to the present invention, a method for controlling the width of rough rolled material can be provided, which is capable of precisely controlling the longitudinal width of the rough rolled material, taking into account the variation in the width of the rough rolled material. According to the present invention, a method for manufacturing hot rolled steel sheet can be provided, which is capable of improving the product yield of the hot rolled steel sheet. According to the present invention, a method for generating a width prediction model of rough rolled material can be provided, which is capable of generating a width prediction model that predicts statistical information including the variation in the width of the rough rolled material.
1 熱延ライン
2 加熱炉
3 デスケーリング装置
4 幅圧下プレス装置
5 粗圧延機
5a 可逆式圧延機
5b 非可逆式圧延機
6 仕上圧延機
7 冷却装置
8 コイラー(巻取機)
11 粗出側幅計
12 仕上出側幅計
13 コイラー前幅計(コイラー入側幅計)
14 パスライン
15a,15b,15c,15d カメラ
21 温度計
22 ウォーキングビーム(固定スキッド)
23 移動スキッド
41 幅圧下用金型
41a 平行部
41b 傾斜部
42 駆動装置
43 ピンチロール
51 水平圧延機
52 エッジャー(竪型圧延機)
90 制御用コントローラ
91 制御用計算機
92 上位計算機
100 幅予測モデル生成部
101 データベース部
102 機械学習部
103 データ取得部
110 幅予測部
111 入力データ取得部
112 予測部
M 幅予測モデル
SA スラブ
SB 鋼板
REFERENCE SIGNS LIST 1
11 Rough
14
23 Moving
90
Claims (5)
前記粗圧延材の幅の統計情報は、前記粗圧延材の幅の平均値W m 及び標準偏差W σ を含み、前記再設定ステップは、前記粗圧延材の目標幅W t が以下の数式(1)に示す関係を満足するように、粗圧延機の操業パラメータから選択した1つ以上の操業パラメータを設定するステップを含む、粗圧延材の幅制御方法。
The statistical information on the width of the rough rolled material includes an average value Wm and a standard deviation Wσ of the width of the rough rolled material , and the resetting step includes a step of setting one or more operation parameters selected from operation parameters of a rough rolling mill so that the target width Wt of the rough rolled material satisfies the relationship shown in the following formula (1). A rough rolled material width control method.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赤穂昭太郎,ガウス過程回帰の基礎,システム/制御/情報,日本,システム制御情報学会,2018年10月15日,Vol.62, No.10,pp.390-395 |
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