(57)【要約】  本発明は、コンピュータ支援の動的特性予測制御モデル（ＤＰＰＣ）を使用して、連続処理された圧延鋼ストリップを製造するための、アニーリング工程を含む連続処理ラインを操作する方法に関する。
2020526667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ支援の動的特性予測制御モデル（ＤＰＰＣ）を使用して、連続して処理された圧延鋼ストリップを製造するための、アニーリング工程を含む連続処理ライン（ＣＰＬ）を操作する方法であって、
前記ＤＰＰＣは、材料特性モデル（ＭＰＭ）及び動的プロセスモデル（ＤＰＭ）を含み、ここで、
前記ＭＰＭは、一連のプロセスの仮設定値（ＰＰＳ）を予測し、ここで、前記ＰＰＳにより、ストリップのセグメントに関する目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性が、前記ＭＰＭに従って取得可能であり、
前記ＤＰＭは、前記ＰＰＳが前記ＣＰＬにおいて実現可能であるか否かを決定し、
前記ＭＰＭの出力は、前記ＤＰＭの入力パラメータとして使用され、それにより、前記ＤＰＭは、プロセスの最終設定値（ＦＰＳ）を前記ＣＰＬに提供することができ、
前記ＭＰＭの入力パラメータは、
・ストリップが連続して製造される製造スケジュールの１つ以上の要素であって、各ストリップが、独自の一連の特性、例えば、ストリップの寸法、化学組成、事前のプロセスによって生じた進入時の状態及びストリップ内の空間的不均一性、目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性を有する、製造スケジュールの１つ以上の要素
・新たに進入する圧延ストリップのセグメントのための、機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性に関する目標値
・事前のプロセスの状態並びに／又は前記セグメントの機械的特性、表面特性及び／もしくは幾何学的特性の予測結果もしくは測定結果のうちの１つ以上のパラメータ
・（場合により）前記鋼ストリップの前記セグメントの化学組成の１つ以上の要素
・（場合により）前記新たに進入する圧延ストリップの前記セグメントの１つ以上のミクロ組織のパラメータ
・（場合により）設備の状態のパラメータ
・（場合により）前記新たに進入する圧延ストリップのオンライン特性測定結果からのフィードバックパラメータ
・（場合により）オフライン特性測定結果からのフィードバックパラメータ
を含み、
前記ＤＰＭの前記入力パラメータは、
・前記ＭＰＭの前記出力と、
・設備の状態のパラメータ
・前記ＭＰＭの１つ以上の前記入力パラメータ
・（場合により）オンラインＣＰＬプロセス測定結果からのフィードバック
のうちの１つ以上と
を含み、
それにより、前記ＤＰＰＣは、前記鋼ストリップの前記セグメントに関する前記ＦＰＳを生成し、ここで、前記セグメントに関する前記ＦＰＳが、コンピュータによりプロセスが自動化された前記ＣＰＬに提供され、
それにより、前記鋼ストリップの前記セグメントが、目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性を満たして製造される、方法。
【請求項２】
前記セグメントに関する前記ＦＰＳが、反復プロセスにおいて最適化され、前記セグメントの目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性と、前記セグメントの達成可能な機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性との差がプリセットの最小値に到達するまで、前記ＤＰＭの出力が、次の反復のために前記ＭＰＭにフィードバックされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記新たに進入する圧延ストリップが、熱間圧延ストリップである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記新たに進入する圧延ストリップが、冷間圧延ストリップである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記連続処理ラインが、
・連続アニーリング工程
・第１のコーティングプロセス工程
・調質圧延及び／又はテンションレベリングプロセス工程
・第２のコーティングプロセス工程
・後処理工程
のうちの１つ以上を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び／又は第２のコーティング工程が、溶融めっきプロセス又は電気めっきプロセスである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＰＰＣが、コーティング層の厚み制御の前記自動化されたＣＰＬに関する前記ＦＰＳも提供する、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び／又は第２のコーティング工程が、有機コーティング工程である、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び／又は第２のコーティング工程が、無機コーティング工程、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）である、請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記製造スケジュール又は前記ＤＰＰＣに関する前記入力パラメータが変更される場合、プロセスの設定値の再計算が実行される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記プロセスの設定値の前記再計算が、少なくとも３０分に１回実行される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
連続処理ラインのための、コンピュータによるプロセスの自動化であって、前記プロセスの自動化が、動作中に、それが請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実行するように具体化されるプロセスの自動化。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコンピュータによるプロセスの自動化により制御される連続処理ライン。
【請求項１４】
連続処理ラインであって、前記連続処理ラインにおいて、動作中に、新たに進入する鋼ストリップのセグメントに関する前記ＦＰＳが、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の前記コンピュータによりプロセスが自動化されたＣＰＬにより、決定、設定及び実現され、目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性を満たす前記鋼ストリップのセグメントの製造を可能にする、連続処理ライン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続処理ラインを操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続処理ライン（continuous processing line）（ＣＰＬ）は、様々なプロセス工程からなり、そのプロセス工程は、通常、特定の順序なしに、アニーリング、溶融めっき、調質圧延及びテンションレベリングを含む。全体で、これらのプロセス工程は、複数の処理目的に役立ち、中間状態及び最終状態の両方において、良好な機械的特性、表面特性及び幾何学的特性を有するストリップ製品を実現する。中間状態を満たさないと、後続のプロセス及び関連する特性が危うくなる。最終製品への懸念及び経済的ペナルティのため、格下げ又は廃棄（rejection）となる。そこで、プロセスの設定値（setting）の制御がますます重要になっており、それにより、最終製品の最終特性を制御しようと試みられている。最近、焦点は、プロセスの制御のみから最終製品の特性の制御に移行している。結果的に、プロセスの設定値と、結果として生じる特性とを関連づける制御モデルは、ますます重要になっており、通常、これらの制御モデルは、センサの入力に依存し、センサは、１つ以上のプロセスのパラメータ（温度又は厚み等）を測定する。
【０００３】
ＷＯ２０１４１８７８８６に開示されるように、プロセスの区分の終わりに設置されたセンサの測定に基づく特性制御は、制御ループに大きなむだ時間を生じ、それは、ラインを通しての非常に長い通り道におけるストリップの搬送のためである。それにより、実質的な材料損失が引き起こされた後に、制御装置が偏差を検出し、修正する可能性がある。状況によっては、例えば、短尺のストリップが、すでに臨界の熱処理温度のレジーム（regime）を通過した後で、ストリップの先端が特性測定ポイントに到達する。したがって、制御は効果的ではなく、作動が間に合わない。
【０００４】
モデル予測に基づいた特性制御は、ＥＰ２７４２１５８に開示されるように、制御ループにおけるむだ時間を平衡させるソルーションを提供する。特性モデルを使用して、プロセスの履歴（history）に基づいて特性をオンライン予測し、ライン内の残りのプロセスを調整し、必要に応じて、予測に基づく、その他の品質の偏差を修正する。しかしながら、それは、予定されるストリップのトランジション（transition）によって課せられる、今後のプロセスの動態、制約及び外乱を考慮していない。製造慣行から、これらの操作パラメータが、特性モデル又は経験的ルーチンによって決定されたプロセスのプリセット（pre-set）が、現実的かつ達成可能であるか否かについての重要因子になり得ることが知られている。したがって、今後のプロセスの状況を考慮しないで、特性モデルによってのみ決定される制御アクションは、不十分に判定され、実行不可能であり、不安定な操作を引き起こす可能性がある。例えば、厚いストリップＡに続いて薄いストリップＢをアニーリングするには、ラインの速度を上昇させて、それにより、厚みのトランジションにおいて生じる温度のオーバーシュート（overshoot）を平衡させ、ヒートバックル（heating buckle）のリスクを最小限にする必要がある。しかし、アニーリングに続く亜鉛めっきプロセスでは、コーティング厚の厚い同一のストリップＡから、コーティング厚の薄いストリップＢに向けてライン速度を低下させる必要があり、それは、ワイピング（wiping）プロセスのガス圧の制限のため、あるいは、電気めっきの場合には、めっき層の厚みにおける所望の差のためである。このような不一致は、特性モデルでは十分に解決可能ではない。
【０００５】
連続処理ラインの原材料は、例えば、その最終製品は、自動車市場又は包装市場に供給され、ストリップの寸法、材料の化学的性質、事前のプロセスによって生じた進入時の状態（entry condition）及びストリップ内の空間的不均一性、最終製品の特性、したがって、プロセスの要件（requirement）に関して多様である。これら全ての因子の可能な組合せは、注文ごと、さらにはストリップごとに変動するプロセスの要件において無限のバリエーションを形成する。ジャストインタイムの供給が一般的である時代では、個々の注文サイズは縮小する。したがって、かなりの程度まで連続処理ラインにおけるプロセスは、一過性の状態であり、そのため、動的な状態であることが一般的である。製品の特性に対する一過性のプロセスの状態についての影響を軽減する目的には、熟練したオペレーター及びそのオペレーターの絶え間ない注意を必要とする。プロセスの今後の動態を、適切に考慮しない、あるいは、さらに好ましくないことに予測さえしない制御の方法又は自動化システムは、不適切な制御情報（control advice）、不適切な制御アクション、したがって、最適ではない結果をもたらす可能性がある。
【０００６】
現在のプロセス制御システムに関する問題は、従来のセットアップモデル及びフィードバックモデルは、ほぼ同一の材料が大量に製造される状況でのみ適切であることである。この場合、後続のコイル間の変化は、機械的特性、表面特性及び幾何学的特性に関して最小限である。しかしながら、略述した動向を受けて、バッチサイズは、単一のストリップがますます製造される程度に縮小し、その単一のストリップは、全長にわたって一過性の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性さえも有する可能性がある。従来のセットアップ及びフィードバックでは、これは、例えば、アニーリング温度の変化がストリップの先端に間に合わないことを意味する。この長いむだ時間は、製品の格下げの可能性をもたらし、そのため製造量の損失をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、連続処理ラインのプロセス制御における、むだ時間を短縮する方法を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、連続して処理された最終製品を、製造量を改善して製造することができる方法を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性に関するより厳密な許容範囲を有する、連続して処理された最終製品を製造することができる方法を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、連続して処理された鋼の現代的な製造におけるプロセス制御の動態に対処することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つ以上のこれらの目的は、コンピュータ支援の動的特性予測制御モデル（dynamic property predictive control model）（ＤＰＰＣ）を使用して、連続して処理された圧延鋼ストリップを製造するための、アニーリング工程を含む連続処理ライン（ＣＰＬ）を操作する方法であって、
ＤＰＰＣは、材料特性モデル（material property model）（ＭＰＭ）及び動的プロセスモデル（dynamic process model）（ＤＰＭ）を含み、ここで、
ＭＰＭの出力は、ＤＰＭの入力パラメータとして使用され、ＤＰＭは、プロセスの最終設定値（final process settings）（ＦＰＳ）をＣＰＬに提供することができ、
ＭＰＭの入力パラメータは、
・製造スケジュールの１つ以上の要素
・新たに進入する（incoming）圧延ストリップのセグメントのための、機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性に関する目標値
・事前の（prior）プロセスの状態並びに／又はセグメントの機械的特性、表面特性及び／もしくは幾何学的特性の予測結果もしくは測定結果のうちの１つ以上のパラメータ
・（場合により）鋼ストリップのセグメントの化学組成の１つ以上の要素
・（場合により）新たに進入する圧延ストリップのセグメントのミクロ組織の１つ以上のパラメータ
・（場合により）設備の（installation）状態のパラメータ
・（場合により）新たに進入する圧延ストリップのオンライン特性測定結果からのフィードバックパラメータ
・（場合により）オフライン特性測定結果からのフィードバックパラメータ
を含み、
ＤＰＭの入力パラメータは、
・ＭＰＭの出力と、
・設備の状態のパラメータ
・ＭＰＭの１つ以上の入力パラメータ
・（場合により）オンラインＣＰＬプロセス測定結果からのフィードバック
のうちの１つ以上と
を含み、
それにより、ＤＰＰＣは、鋼ストリップのセグメントに関するＦＰＳを生成し、ここで、セグメントに関するＦＰＳが、コンピュータによりプロセスが自動化されたＣＰＬに提供され、
それにより、鋼ストリップのセグメントが、目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性を満たして製造される、方法によって達成される。
【００１２】
事前のプロセスの状態についての例としては、セグメントの巻取り温度、又は冷間圧延機における圧下（reduction）があり得る。
【００１３】
新たに進入する圧延ストリップのセグメントの機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性が、正確に予測又は測定される場合、ＭＰＭは、化学組成又は事前のプロセスの状態又はミクロ組織のパラメータに関する入力を必要としない場合があることに留意すべきである。ＭＰＭの出力に加えて、設備の状態の１つ以上のパラメータ、ＭＰＭの１つ以上の入力パラメータ（例えば、スケジュール）、及び（場合により）オンラインＣＰＬプロセス測定結果からのフィードバックを、ＤＰＭに提供して、それにより、ＤＰＭによってＦＰＳを予測する。
【００１４】
好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１５】
本発明の方法により、制御ループのむだ時間問題に効果的に対処する。予定されるストリップのトランジションによって課せられる今後のプロセスの動態、制約及び外乱についての情報及び予測に加えて、予定されるストリップのトランジションによって課せられる今後のプロセス動態、制約及び外乱の影響についての情報及び予測も、効果的に含まれる。特性目標及び操作目標に対して特性の予測及びプロセスの予測を反復して（iteratively）試験することにより、プロセス制御が最適化される。アニーリング並びにオプションのコーティング、オプションの調質圧延、オプションのテンションレベリングプロセス及びオプションのコーティングプロセスの統合により、ＣＰＬは優れた品質（機械的特性、表面特性及び幾何学的特性等）を有するストリップを製造することができる。本発明の方法は、ストリップのセグメントに関するプロセスの設定値の決定に基づく。このようなセグメントの長さは、ストリップごとに異なる場合がある。１つのストリップは、１つのセグメントのみ、又は複数のセグメントを含んでいてもよい。ストリップ当たり必要なセグメントの数は、個々の場合に応じてＤＰＰＣによって決定され、あるいは、それ以前のプロセスによって実現される。例えば、ＤＰＰＣは、先行する熱間圧延プロセスと同一のセグメントを使用してもよい。
【００１６】
プロセスのスケジュールとは、ストリップが連続して製造されることである。各ストリップは、独自の一連の特性、例えば、ストリップの寸法（例えば、幅、長さ、厚み）、化学組成、事前のプロセス（熱間圧延、酸洗及び冷間圧延等）によって生じた進入時の状態及びストリップ内の空間的不均一性、目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性を有する。目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性に到達するために、連続処理ラインに関するプロセスの設定値を慎重に選択する必要があり、また、先行する設備の状態及び先行するプロセスの状態も考慮に入れる必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、連続処理ライン（破線のボックス）の概略図である。
【図２】図２は、動的特性予測制御（ＤＰＰＣ）モデルの概略図である。
【図３】図３は、ＤＰＰＣモデルの概略図であって、プリセットの最小値に到達しない限り、破線で描かれた反復（iteration）が繰り返されることを示す概略図である。
【図４】図４は、ＤＰＰＣモデルの概略図であって、ＤＰＰＣを、破線で描かれた反復とともに示しており、ＤＰＰＣへの追加の入力ソースを示す概略図である。
【図５】図５は、長さを標準化した多数のストリップの巻き取り温度を示す図である。
【図６】図６は、ＤＰＰＣによって提示された、ストリップのアニーリング温度を示す概略図である。
【図７】図７は、連続処理ラインから製造された亜鉛めっき高強度鋼種の降伏応力（yield stress）（Ｒｐ）の測定結果を示す図である。
【図８】図８は、連続処理ラインから製造された亜鉛めっき高強度鋼種の引張強度（tensile strength）（Ｒｍ）の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、連続処理ライン（破線のボックス）の概略図を示す。ＣＰＬは、そこに示されるプロセス工程の組合せを含んでいてもよく、ストリップのセグメントは、左から右に移動する。その最も限定された実施形態において、ＣＰＬは、連続アニーリング工程のみからなる。しかしながら、通常、このような連続アニーリング工程には、調質圧延工程及び／又は後処理工程（オイル塗布又は潤滑剤等）が続く。多くの場合、連続してアニーリングされたストリップは、溶融めっきプロセス又は電気めっきプロセスにおいてコーティングされ、その後、調質圧延され、かつ／あるいは、有機又は無機コーティングによりコーティングされてもよい。本発明による方法の柔軟性によって、ＤＰＰＣは各ＣＰＬに調整可能である。
【００１９】
なお、図１の順序は、プロセス工程の一般的な順序であるが、本発明の方法は異なる順序も可能である。金属コーティングによるコーティングが、第１のコーティング工程で実施され、その後、調質圧延、そして、有機コーティング又は無機コーティングによる第２のコーティング工程が実施されてもよく、あるいは、金属コーティングの後に有機コーティング、続いて、調質圧延が実施されてもよいことが想定可能である。
【００２０】
図１は、必須のアニーリング工程及びオプションの後続プロセス工程、
・連続アニーリング工程（必須）
・第１のコーティングプロセス
・調質圧延及び／又はテンションレベリングプロセス
・第２のコーティングプロセス
・後処理工程
を示す。
【００２１】
一実施形態において、第１及び／又は第２のコーティング工程は、溶融めっきプロセス又は電気めっきプロセスである。
【００２２】
一実施形態において、ＤＰＰＣは、溶融めっき層の厚み制御についてのＣＰＬ自動化に関するＦＰＳも提供する。
【００２３】
一実施形態において、第１及び／又は第２のコーティング工程は、有機コーティング工程である。
【００２４】
一実施形態において、第１及び／又は第２のコーティング工程は、無機コーティング工程である。好ましい実施形態において、無機コーティング工程は、物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを含むか、あるいは、それからなる。
【００２５】
後処理工程は、不動態化、オイル塗布等のプロセスを含んでいてもよい。
【００２６】
図２に、動的特性予測制御（ＤＰＰＣ）モデルを概略的に示す。関連する、事前のプロセスのパラメータ、目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性、製造スケジュール、ミクロ組織、化学的性質等を入力することにより、材料特性モデル（ＭＰＭ）は、一連のプロセスの仮設定値（preliminary process settings）（ＰＰＳ）を予測する。これらのＰＰＳによって、ストリップのセグメントに関する目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性が、ＭＰＭに従って取得可能である。これらのＰＰＳ（図２〜４において太く黒い矢印で表される）は、動的プロセスモデル（ＤＰＭ）に提供され、ＤＰＭは、これらのＰＰＳがＣＰＬにおいて実現可能であるか否かを決定する。これが実現できる場合には、次いで、これらのＰＰＳは、プロセスの最終設定値（ＦＰＳ）としてＤＰＰＣからＣＰＬの制御システムに伝達される。図２〜４において「ａ」とタグ付けされたラインは、ＤＰＭが、ＦＰＳの計算においてＭＰＭに関する１つ以上の入力パラメータを使用する場合があることを示す。
【００２７】
ＤＰＭが、ＭＰＭによって提示された所望のプロセスの設定値が、ＣＰＬにおいて実現可能でないと決定する場合、反復プロセス（iterative process）が開始される。ここで、ＭＰＭが、実現可能なことに基づいて、ＤＰＭに新しい一連のプロセスのパラメータを提示し、最適なソリューションに到達しさえすれば、その最適なソルーションは、ＣＰＬの制御システムに伝達される。最適なソリューションとは、目標の特性と達成可能な特性との差がプリセットの最小値よりも低いソリューションである。このプリセットの最小値に到達しない限り、図３において破線で描かれた反復が繰り返される。最小値に全く到達しない場合、２つの妥当なストリップ間のスケジュールにダミーの（dummy）ストリップを導入することが、ＤＰＰＣにより推奨される場合がある。この場合、ダミーのストリップは、犠牲となる（sacrificial）ストリップとして機能し、ダミーのストリップが、ＣＰＬを通じて通過する間に、プロセスの状態にいくらかの過渡期間（transience）を実現することができ、次のストリップの最初のセグメントが、ＣＰＬに進入すると、ＦＰＳは、セグメントの目標の特性の実現に最適となる。
【００２８】
ＤＰＭは、今後のプロセスの状態を予測するために使用される。このモデルは、設備及びプロセスの状態及び動態（アニーリングの間の熱伝達、ストリップ表面上のガス−金属反応、並びに、該当する場合、溶融めっきプロセス、溶融めっき後のワイピングプロセス、調質圧延、及び／又はテンションレベリング等）を説明する。
【００２９】
ＭＰＭは、プロセスの状態の入力に基づいて、ストリップの特性（機械的特性（粒径（grain size）、降伏強度、引張強度、伸長、相分率等）、溶融めっきに関する外部／内部の酸化及び表面の湿潤性、並びに／又は幾何（表面粗さ、形状）等）の中間状態及び最終状態を予測するために使用される。
【００３０】
これらの計算は、リアルタイムで実行され、それにより、所与の製造スケジュールに関するプロセス及び特性の予測に基づいてプロセスの設定値（及び許容範囲）を決定する。
【００３１】
プロセスの設定値を最適化する必要があり、それにより、順次、複数のストリップについての目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性が、許容可能な一貫性において実現可能であり、プロセスの設定値により要求されるプロセスの変動及び動態が、実行可能であり、操作目標を満たすことができる。
【００３２】
要件のいずれかに違反する（violate）場合、例外（exception）又は警告が発生して逸脱を通知する。経済的に有益な場合、製造シーケンスのスケジュール変更、又はダミーもしくは制約のないストリップの要求が生じる場合がある。これは、例えば、アニーリング温度の非常に大きな差が、あるストリップから次のストリップまでに必要な場合に当てはまる。スケジュール変更が不可能な場合は、これらの２つのストリップの間にダミーのストリップを挿入してもよく、ダミーのストリップは犠牲となるストリップとして機能する。
【００３３】
本発明は、製造スケジュールが与えられると、プロセスモデル及び特性モデルの両方を使用して、それにより、今後の製造（複数のストリップ及び連続的なトランジション等）を予測する。本発明は、できる限り現実に近いプロセスの経過を予測し、その上で、プロセスの設定値を最適化し、制御アクションを計算して、それにより、複数の処理目的及び製造目標を同時に満たすことができる唯一の方法である。そうすることにより、上記製造のヒット率（hit rate）を最大化して、優れた特性を有するストリップ製品を得ることができる。
【００３４】
図４では、ＤＰＰＣが、破線で描かれた反復とともに示されており、それはまた、ＤＰＰＣへの追加の入力ソース、例えば、オフライン製品試験の結果、オンラインプロセス測定及びオンライン製品測定の結果、並びに設備の状態を示している。これらの結果により、ＤＰＭ及びＭＰＭの両方を改善することができる。
【００３５】
本発明による動的特性予測制御（ＤＰＰＣ）を含む方法において、以下の工程：
ａ）入力を収集して受信する工程；
ｂ）プロセスの仮設定値と、必要な場合、製造スケジュール、目標の特性、及びその他の入力を考慮して、結果と生じる中間特性及び最終特性とを計算及び予測する工程；
ｃ）製造スケジュール、設備の状態、及びその他の入力を考慮して、プロセスの仮設定値を計算し、検証し、必要に応じて、調整する工程；
ｄ）工程ｂ）及びｃ）を反復して、プロセスの仮設定値を最適化し、それにより、特性目標及び操作目標の達成度を最大化し、かつ、目標違反（target violation）が予測されるとともに、回避することができない場合に、例外通知を生成する工程；
ｅ）今後のストリップ及びトランジションに関するプロセスの最終設定値を計算する工程；
ｆ）場合により、プロセス及び特性の測定結果を収集及び受信し、必要に応じて、ＤＰＰＣモデルを調整して、ＤＰＰＣモデルの精度、又は、ＭＰＭもしくはＤＰＭのいずれか１つの精度を向上させる工程
は際立っている。
【００３６】
リアルタイム制御アプリケーションのような周期的な操作において、それは、工程ａ）から始まり、製造スケジュール、事前のプロセスにより生じた供給材料（ストリップ）の特性及び状態、並びに、最終製品の特性要件、並びに、機器の状態及びメンテナンス、利用可能な製造量（capacity）等に関する入力を収集し、それらを、反復計算のためにＭＰＭ及びＤＰＭに提供する。計算には、工程ｂ）、ｃ）、ｄ）が含まれ、それにより、特性目標及び操作目標の達成度を最大化する。所与の製造スケジュールに関するプロセスの設定値は、計算の成果の１つである。プロセスの最終設定値は、ラインの自動化計装（instrumentation）システム及び／又はラインの制御計装システムに送信される。例外通知は、製造ユニットに送信され、その製造ユニットは、妥当なアクション又はスケジュールの修正のために、製造スケジュールを生成する。プロセスの状態の測定結果、並びに、中間特性及び最終特性の測定結果（オフライン及びオンライン）が、定期的に収集されて、ＭＰＭ及びＤＰＭのパラメータを調整する。好ましくは、周期的な操作は、少なくとも３０分に１回、好ましくは１分に１回〜１秒に１回の範囲で実行される。
【００３７】
従来のプロセス制御計装が、ＣＰＬに存在し、それにより、プロセスパラメータ、例えば、ラインの速度及び温度を測定して、ＦＰＳが実現されていることを確認する。
【００３８】
プロセスの設定値は、ストリップごと、及びストリップ内のセグメントごとに異なり得る。特定のストリップ又はストリップのセグメントについてのプロセスの設定値の計算は、ストリップがライン入口においてデコイラー（de-coiler）に乗せられる前に、好ましくはストリップの製造シーケンスが確認される前に完了される。プロセスの設定値の再計算は、製造スケジュール又は入力が変更される場合、あるいは、実際のプロセスが予期しない機器の故障、処理速度に対する手動介入等により、プロセスの設定値の最新の値の許容範囲を超えて逸脱する場合に、必要である。
【００３９】
本発明は、アニーリング炉の連続処理ラインを制御して、優れた特性を有する金属ストリップを製造する方法に関する。それは、
−データ入力（例えば、製造指図書に記載された複数のストリップを含む製造スケジュール、並びに、それについての、ストリップの寸法、材料の化学的性質、事前のプロセス（熱間圧延、酸洗、冷間圧延等）によって生じた進入時の状態及びストリップ内の空間的不均一性、最終製品の特性、したがって、プロセスの要件）、
−設備及びプロセスの状態及び動態（アニーリングの間の熱伝達、ストリップ表面上のガス−金属反応、コーティングプロセス（溶融亜鉛めっき、電気めっき等）、コーティング層の厚み制御（亜鉛めっき後の亜鉛ワイピングプロセス又は電流密度等）、調質圧延及び／又はテンションレベリング等）を説明及び予測するプロセスモデル、
−プロセスモデルにより提供される条件を使用して、ストリップの特性（機械的特性、溶融めっきもしくは電気めっきに関する外部／内部の酸化及び表面の湿潤性、並びに／又は幾何等）の中間状態及び最終状態を、説明及び予測する材料特性モデル、
−プロセスの予測及び特性の予測を反復して試験することにより、所与の製造スケジュールに関するプロセスの設定値を生成するための最適化アルゴリズムの実行であって、プロセスの設定値は、ストリップごと、及びストリップ内のセグメントごとに異なり得る。特定のストリップ又はストリップのセグメントについてのプロセスの設定値の計算は、ストリップがライン入口でデコイラーに乗せられる前に、好ましくはストリップの製造シーケンスが確認される前に完了される、最適化アルゴリズムの実行
−データ出力（例えば、ラインの自動化計装システム及び／又はラインの制御計装システムに送信されるプロセスの設定値であって、そのシステムは、設定値を実装し、目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性を有する鋼ストリップのセグメントを製造する、プロセスの設定値）
を含むコンピュータによるシステムを操作する。
【００４０】
非限定的な例によって、以下の記載はＤＰＰＣの機能の実例として役立つ。
【００４１】
アニーリングに関して、設定値は、機械的特性のノルマの要求によって決定される最高温度及び最低温度と、より均一な特性を得るための目標温度とを規定する。このとき、材料の化学的性質、事前のプロセス（熱間圧延機、酸洗ライン、冷間圧延機等）によって生じた進入時の状態及びストリップ内の空間的不均一性、並びに処理速度及び加速（減速）度の予測を考慮する。最低温度及び最高温度の設定値には、コーティングプロセス前の形状及び表面特性の要求、並びにストリップのトランジション時の熱の動態等によって規定される制約も伴う。
【００４２】
処理（又はストリップ）速度に関して、設定値は、目標速度と、上限及び下限とを規定する。それらは、コーティングの厚みの要求及びその制御、機械的特性の要求及びその温度−時間制御の要求、表面粗さの要求、調質圧延圧下及びその制御等によって決定される。
【００４３】
コーティングの厚みに関して、設定値は、ワイピングガス媒体の圧力、ガスジェット出口とストリップとの距離、ガスコンプレッサーヘッドの圧力を規定する。それらは、コーティングのタイプ及び厚みの要求、調質圧下及びレベリングによる伸長の要求、処理速度及び加速（減速）度の予測等によって決定される。
【００４４】
亜鉛めっき前の表面の状態に関して、設定値は、燃焼の空気燃料流入比、酸化噴射（oxidation injection）の酸素濃度、炉の雰囲気の露点等を規定する。それらは、材料の化学的性質、亜鉛めっき浴の化学的性質の要求、温度変化の予測、処理速度の予測等によって決定される。
【００４５】
コーティング前のストリップ形状に関して、設定値は、（急速な）加熱及び冷却に関する温度制限及び最大勾配、ストリップ幅にわたる加熱及び冷却のフラックス（flux）分布、ラインテンション、非平坦性の許容範囲等を規定する。それらは、ストリップの寸法（厚みと幅との比）、搬送ロールの寸法、機械的特性及びその温度−時間制御の要求、処理速度の予測、コーティングの厚み及びその制御の要求等によって決定される。
【００４６】
調質圧延及び／又はテンションレベリングに関して、設定値は、主要な品質を最大化するためにストリップ全体の最適な圧下及び／又は伸長を規定する。このとき、アニーリングプロセスの予測、処理速度の予測、インライン形状予測、材料の寸法、機械的特性の要求、幾何学的特性の要求及び表面特性の要求についての情報を考慮する。
【００４７】
新たに進入する圧延ストリップは、熱間圧延ストリップでも、あるいは、冷間圧延ストリップでもよいことに留意すべきである。熱間圧延ストリップは、通常、さらなるアニーリングに供されないが、特定の場合には必要になり得る。例えば、熱間圧延ストリップを溶融めっきする予定の場合、浸漬前にストリップを加熱し、金属浸漬浴が動作温度以下に冷えないようにする必要がある。これは通常、ヒート・トゥ・コート（heat-to-coat）プロセスと呼ばれる。冷間圧延ストリップの再結晶化アニーリング及び／又はオーステナイト化アニーリングのように、ストリップを加熱して特性に影響を及ぼす必要はない。一方、マルテンサイト等の特定のミクロ組織を含む熱間圧延鋼、又は溶解した成分のために析出硬化の可能性を依然として有する熱間圧延鋼に関して、アニーリング処理は、マルテンサイトを調質して、鋼の延性を改善するため、あるいは、沈殿を促進して、鋼の強度を改善するために有益であり得る。
【００４８】
好ましい実施形態において、新たに進入する鋼ストリップは、冷間圧延鋼である。これは、本発明のＣＰＬにおいてアニーリングされる最も一般的な形態であり、これらの鋼は、絶えず厳格化する許容範囲と、許容される欠陥の数、機械的特性、表面品質並びに寸法及び寸法公差に関して絶えず増加する要求とに備えて製造される必要がある。
【００４９】
リアルタイム制御アプリケーションのような周期的な操作において、所与の製造スケジュールに関するプロセスの設定値が、自動的に計算され、ラインの自動化計装システム及び／又はラインの制御計装システムに送信される。目標違反が予測されると、例外通知が生成され、製造スケジュールを生成するスケジューリングユニットに送信される。
【００５０】
好ましくは、製造スケジュール又は入力が変更された場合、あるいは、予期しない機器の故障、処理速度への手動介入等のために、実際のプロセスが、プロセスの設定値の最新の値の許容範囲を超えて逸脱する場合、プロセスの設定値の再計算が自動的に始動される。
【００５１】
本発明はまた、連続処理ラインのための、コンピュータによるプロセスの自動化に具体化され、ここで、プロセスの自動化は、動作中に本発明による方法を実行するように具体化される。
【００５２】
本発明はまた、コンピュータによるプロセスの自動化により制御される、本発明の連続処理ラインに具体化され、並びに、連続処理ラインであって、連続処理ラインにおいて、動作中に、新たに進入する鋼ストリップのセグメントのＦＰＳが、本発明のコンピュータによりプロセスが自動化されたＣＰＬにより、決定、設定及び実現され、目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性を有する鋼ストリップのセグメントの製造を可能にする連続処理ラインに具体化される。
【実施例】
【００５３】
本発明の有用性は、以下の非限定的な実施例及び図面により実証される。
【００５４】
図７及び８は、連続処理ラインから製造された亜鉛めっき高強度鋼種の機械的特性の測定結果を示す。薄い灰色において、ＤＰＰＣ無しの結果を示す。黒色において、ＤＰＰＣを有するバージョンによって製造された同一の鋼の結果を示す。示されている機械的特性は、降伏応力（Ｒｐ）及び引張強度（Ｒｍ）である。ＤＰＰＣ無しの場合の特性は、許容範囲（破線の縦線）外にかなりの程度の測定結果を有する広い分布を示す。３５％はＲｐ（図７）に関して排除され、３０％はＲｍ（図８）に関して排除された。ＤＰＰＣにより、熱間圧延機（ＨＳＭ）のランアウトテーブル冷却において実現される巻き取り温度レジームを考慮して、アニーリングレジームを適応させることにより、大幅な改善が行われると予測した。
【００５５】
制御された巻き取り温度を使用して、熱間圧延ストリップの先端及び後端を、より高い温度で巻き取り、それにより、熱間圧延コイルの外側のラップ（outer wrap）における、より速い冷却速度を平衡させた。図５は、長さを標準化した多数のストリップの巻き取り温度を示す。これらの熱間圧延され、冷却されたＵ型（U-type）のストリップを、その後、酸洗し、冷間圧延した。それに加えて、事前のプロセスの工程によって生じたストリップ内の空間的不均一性を考慮することにより、ＤＰＰＣは、ストリップの中央セグメントと比較して、これらの熱間圧延コイルの冷間圧延ストリップの先端及び後端に関して、より低いアニーリング温度を提示した。これを図６に概略的に示す。約７０５℃における横線は、ストリップの全長にわたって等しいアニーリング温度である従来技術による慣行を表す。処理ラインにおけるアニーリング工程の急速加熱炉は、その後、この温度レジームを冷間圧延ストリップに課し、最終製品の結果は図７及び８に黒色において示される。これらの値は、分布の幅の大幅な縮小と、許容範囲に対してはるかに優れたパフォーマンスとを示す。Ｒｐの排除率は５％に、Ｒｍの排除率は２％に低下した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月12日(2020.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ支援の動的特性予測制御モデル（ＤＰＰＣ）を使用して、連続して処理された圧延鋼ストリップを製造するための、アニーリング工程を含む連続処理ライン（ＣＰＬ）を操作する方法であって、
前記ＤＰＰＣは、材料特性モデル（ＭＰＭ）及び動的プロセスモデル（ＤＰＭ）を含み、ここで、
前記ＭＰＭは、一連のプロセスの仮設定値（ＰＰＳ）を予測し、ここで、前記ＰＰＳにより、ストリップのセグメントに関する目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性が、前記ＭＰＭに従って取得可能であり、
前記ＤＰＭは、前記ＰＰＳが前記ＣＰＬにおいて実現可能であるか否かを決定し、
前記ＭＰＭの出力は、前記ＤＰＭの入力パラメータとして使用され、それにより、前記ＤＰＭは、プロセスの最終設定値（ＦＰＳ）を前記ＣＰＬに提供することができ、
前記ＭＰＭの入力パラメータは、
・ストリップが連続して製造される製造スケジュールであって、各ストリップが、独自の一連の特性、例えば、ストリップの寸法、化学組成、事前のプロセスによって生じた進入時の状態及びストリップ内の空間的不均一性、目標の機械的特性、表面特性及び幾何学的特性を有する、製造スケジュール
・新たに進入する圧延ストリップのセグメントのための、機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性に関する目標値
・事前のプロセスの状態並びに／又は前記セグメントの機械的特性、表面特性及び／もしくは幾何学的特性の予測結果もしくは測定結果のうちの１つ以上のパラメータ
・（場合により）前記鋼ストリップの前記セグメントの化学組成の１つ以上の要素
・（場合により）前記新たに進入する圧延ストリップの前記セグメントの１つ以上のミクロ組織のパラメータ
・（場合により）設備の状態のパラメータ
・（場合により）前記新たに進入する圧延ストリップのオンライン特性測定結果からのフィードバックパラメータ
・（場合により）オフライン特性測定結果からのフィードバックパラメータ
を含み、
前記ＤＰＭの前記入力パラメータは、
・前記ＭＰＭの前記出力と、
・設備の状態のパラメータ
・前記ＭＰＭの１つ以上の前記入力パラメータ
・（場合により）オンラインＣＰＬプロセス測定結果からのフィードバック
のうちの１つ以上と
を含み、
それにより、前記ＤＰＰＣは、前記鋼ストリップの前記セグメントに関する前記ＦＰＳを生成し、ここで、前記セグメントに関する前記ＦＰＳが、前記ＣＰＬのコンピュータによるプロセスの自動化に提供され、
それにより、前記鋼ストリップの前記セグメントが、目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性を満たして製造される、方法。
【請求項２】
前記セグメントに関する前記ＦＰＳが、反復プロセスにおいて最適化され、前記セグメントの目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性と、前記セグメントの達成可能な機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性との差がプリセットの最小値に到達するまで、前記ＤＰＭの出力が、次の反復のために前記ＭＰＭにフィードバックされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記新たに進入する圧延ストリップが、熱間圧延ストリップである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記新たに進入する圧延ストリップが、冷間圧延ストリップである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記連続処理ラインが、
・連続アニーリング工程
・第１のコーティングプロセス工程
・調質圧延及び／又はテンションレベリングプロセス工程
・第２のコーティングプロセス工程
・後処理工程
のうちの１つ以上を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び／又は第２のコーティング工程が、溶融めっきプロセス又は電気めっきプロセスである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＰＰＣが、コーティング層の厚み制御の前記自動化されたＣＰＬに関する前記ＦＰＳも提供する、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び／又は第２のコーティング工程が、有機コーティング工程である、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び／又は第２のコーティング工程が、無機コーティング工程、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）である、請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記製造スケジュール又は前記ＤＰＰＣに関する前記入力パラメータが変更される場合、プロセスの設定値の再計算が実行される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記プロセスの設定値の前記再計算が、少なくとも３０分に１回実行される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
連続処理ラインのための、コンピュータによるプロセスの自動化であって、前記プロセスの自動化が、動作中に、それが請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実行するように具体化されるプロセスの自動化。
【請求項１３】
請求項１２に記載の前記コンピュータによるプロセスの自動化により制御される連続処理ライン。
【請求項１４】
連続処理ラインであって、前記連続処理ラインにおいて、動作中に、新たに進入する鋼ストリップのセグメントに関する前記ＦＰＳが、請求項１２に記載の前記コンピュータによるプロセスの自動化により、決定、設定及び実現され、目標の機械的特性、表面特性及び／又は幾何学的特性を満たす前記鋼ストリップのセグメントの製造を可能にする、連続処理ライン。
【国際調査報告】
2020526667.tif 000011
2020526667.tif 000012