JP2004500245A - 熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取る方法と装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属帯板、特に熱間圧延帯板を、駆動ローラ付き駆動装置を経て巻取り装置に送り、制御器を経て駆動ローラを、駆動ローラの隙間を変化させるために操作部により相対傾斜させ、駆動装置の手前における金属帯板の縁部の位置を制御器に測定量および目標指令量として入力する巻取り装置で熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取る方法に関し、内容的に関連している独国特許出願第10014813.1−32号の優先権を請求する。
【0002】
また本発明は、熱間圧延帯板を巻取り装置に導入する相対傾斜可能な駆動ローラを備えた駆動装置、駆動ローラの隙間を変化させて熱間圧延帯板の横位置を制御する制御器と操作部および駆動装置の手前で熱間圧延帯板の縁部を測定してその測定値を制御器に入力する測定装置とを備えた巻取り装置で、金属帯板、特に熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取るための装置に関する。
【0003】
一般に知られているように、熱間圧延の際、完成した熱間圧延帯板は、圧延機ラインの最終圧延機から抜け出た後、送り出しころコンベヤにより冷却領域、特に水噴射装置を経て巻取り装置に搬送される。その熱間圧延帯板は、巻取り装置によって束(コイル)の形に巻き取られる。この巻取り装置の手前の範囲で、熱間圧延帯板は送り出しころコンベヤ上においてその横側縁部に油圧で押し当てられる横側案内片より案内され、その熱間圧延帯板は巻取り装置に入れるべく整列させられる。それに応じて、巻取り過程中、横側案内片は熱間圧延帯板の横側縁部に接触している。
【0004】
送り出しころコンベヤの終端に駆動装置が配置されている。この装置は、主に巻取り装置の架台に支持された下側駆動ローラと、駆動揺りリンクに支持された上側駆動ローラから成る。上側駆動ローラは、駆動ローラ間の隙間を調整するべく油圧シリンダを経て揺動できる。帯板の走行を安定させる目的で、外周面を断面皿形にした下側駆動ローラ又は中央部が円筒状をなし両端が円錐状をした駆動ローラが利用される。駆動装置の機能はその伝動部を含め、最終圧延機から到来する熱間圧延帯板の始端をぴんと張り、入り込む帯板先端を巻取り装置の方向に案内しかつ巻回過程中に巻取り装置に対する引込み力を保障することにある。
【0005】
巻取り装置の主な構成要素は、熱間圧延帯板を巻き取るための押し広げ可能な心棒、押圧ローラ、巻回過程中に熱間圧延帯板を案内する案内殻および心棒駆動装置である。心棒の自由端(コイル抜き出し側端)は通常、巻取り過程中に揺動可能な軸受で支持されている。
【0006】
巻回過程を開始するため、最終圧延機から到来する熱間圧延帯板の先端は、駆動ローラ対により送り出しころコンベヤの平面から下向きに巻取り心棒に向けて転向される。そして巻取り装置の押圧ローラと案内殻が、帯板始端を回転心棒の周りを何度も案内する。その心棒は複数のセグメントから成り、これらセグメントは、帯板先端の衝突直後に、帯板が互いに固く接するコイルターンの形に力強く巻き取られる迄連続して押し広げられる。巻取り装置の主な機能は、帯板始端と心棒との摩擦結合を保障し、巻回中に生ずるコイルを支持し、巻回中に帯板に所定の引張り力を与えることにある。
【0007】
更に、独国特許出願公開第3828356号明細書により、駆動ローラ対を経て巻取り装置に導かれる熱間圧延帯板の位置を制御する方法と、この方法を実施するための駆動装置が既に知られている。その帯板位置制御方法の場合、巻取り装置における帯板案内は専ら、揺動可能な上側駆動ローラにより駆動ローラ隙間を非対称にすることで行われる。そのため、上側駆動ローラは駆動揺りリンクに支持され、該リンクは油圧式調整およびバランス調整に利用される。またこの結果、巻取り過程中に横側案内片が開かれることになる。
【0008】
熱間圧延帯板に関する駆動装置の調整作用は、上側駆動ローラの揺動による帯板引張り力の作用点の場所的な変位およびそれにより生ずる帯板の不均一で弾性的な伸び(曲がり)に基づく。上側駆動ローラの揺動は駆動ローラ隙間の片側を開き、この結果、駆動ローラが帯板に与える押圧力の作用点を変位させる。そして、駆動ローラ隙間が対称である場合に設備中心に位置する力作用点は、設備中心から駆動ローラ隙間の閉じている側の方向に或る距離だけ変位する。そのために、駆動装置の制動トルクによる生ずる帯板引込み力も、設備中心に対し間隔を隔てて、そこ迄なお中央を走る帯板に作用する。上側駆動ローラの揺動/傾斜により引起こされるこの力導入状態から、なお中央を走る帯板に与えられるトルクが生じ、そのトルクが帯板の弾性横曲げを引起こす。この帯板変形のために、駆動装置の範囲における帯板長手繊維は、設備中心軸線に対し角度を成して、或いは駆動ローラ軸線に対し角度を成して方向づけられる。これによって、駆動ローラを経て摩擦結合で案内される帯板は、接触範囲においてローラ外周点の軌道曲線に追従しようとする。ここではそれは、帯板がほぼ帯板繊維長手方向に沿って駆動装置を通過せず、その瞬間に接触範囲に存在する帯板点が、接触個所におけるローラ周速ベクトルの方向に、即ち設備長手軸線の方向に搬送されることを意味する。この結果、駆動装置において帯板の横変位が生ずる。帯板のこの変位により、駆動引込み力の作用点とコイルにおける帯板入口個所の引張り中心との距離の漸増が生ずる。しかし上側駆動ローラの傾斜が大きい場合、設備中心に対する間隔が発生する帯板横変位よりもかなり大きいので、それにより生ずる設備中心に対する距離の変化の影響は無視できる。
【0009】
上述の独国特許出願公開第3828356号明細書で公知の帯板位置調整装置は、主に帯板縁部検出装置と、帯板位置調整器と、上側駆動ローラの力と傾斜を調整する液圧式操作装置とから成る。帯板位置の制御は、上述の機械的基礎に応じた上側駆動ローラの揺動/傾斜により行われる。帯板縁部の走査により検出されるその瞬間の帯板縁部位置および帯板幅と設備寸法とから求められる位置目標値から、帯板位置調整器に対する制御偏差が形成される。帯板位置調整器の出力量は駆動ローラの操作に対して与えられる駆動ローラ傾斜の目標値である。横側案内片が開かれている場合にその横側案内片と帯板とが接触しないので、横側案内片の通常の摩耗並びに横側案内片による帯板縁部の損傷が防止される。
【0010】
運転試験の結果、横側案内片が開かれている際駆動装置により、熱間圧延帯板の場合、基本的に約5mmの厚さ迄案内可能であることを確認している。しかしこの方法では巻回状態についての質的要件が完全に満足されない。コイル端面の輪郭は限られてはいるが許容できない残留波形となってしまった(その変動幅は約±10mm)。最終圧延機から抜け出る際、巻回段差が生ずる。この欠陥に対して即ちコイルターンの横ずれに対して、次のことが大きな原因となっている。
【0011】
帯板位置調整に対する操作部としての駆動装置の機能にとって重要なことは、帯板の送り出し角度(帯板中心線と駆動ローラ軸線との角度)の制御にある。湾曲された(サーベル形の)帯板の場合、その湾曲によって引起こされる角度は害乱作用を有し、即ち帯板湾曲からの角度は、操作量を発生する際に考慮されず、操作量をまず未知の大きさに狂わせる。
【0012】
駆動ローラ駆動部の電機子電流が上位の駆動制御装置によって制御され、従って制限もされるので、過小の電流制限が与えられた場合、心棒と駆動装置との間において帯板に生ずる引張り力は、帯板を目標位置まで駆動するために望まれる上側駆動ローラの揺動による調整作用を達成できない。
【0013】
また帯板が最終圧延機から抜け出る際、変動の激しい引張り荷重が生じ、これは駆動ローラ隙間に滑り過程を起し、これによりコイル内に巻回段差を生ずる。
【0014】
更に独国特許第19709992号明細書に、光源によって熱間圧延帯板表面に線を形成してその帯板の表面幾何学形状を測定する方法が記載されている。この方法によって、帯板平面度を圧延パラメータおよび巻取りパラメータの微細調整のために利用するために、その帯板平面度を簡単且つ効果的に検出しようとしている。測定表面、熱間圧延帯板からコイル形成中に生ずる端面に、ダイア投射器(Diaprojektor)を経て線模様が投射され、この線模様がCCD(電荷結合素子)カメラによって検出される。その投射器は熱間圧延帯板の上側に配置され、線模様を熱間圧延帯板の表面に垂線に対して角度を成して投射する。従って、その線は特に帯板表面に対して直角に延び、これによって帯板全幅を検出する。
【0015】
そのCCDカメラは帯板表面にわたって直角に延びる線を検出する。完全な帯板平面度の場合、一定した線間隔の直線による一様な模様が生ずる。帯板表面の理想的表面からのずれは、平らでない範囲において線間隔を変化させる。カメラがこの変化を検出し、基準模様との比較によって計算で簡単に高さ差に換算される。走行する帯板における平面度測定と同じようにして、巻取り中に測定装置によって端面の平面度が監視される。巻取り中に形成されるコイルの端面は帯板表面に相当する。この測定方法は帯板表面の実際高さ差の迅速なオンライン検出を可能にし、そのようにして、連続する帯板部分の実時間検出および実時間調整を可能にする。これは、測定結果が非平坦性の発生直後に圧延パラメータおよび又は巻取りパラメータの適合を可能にするという利点を有する。これによって、帯板の横膨らみも検出できる。通常の測定装置は帯板繊維長しか検出しない。測定線はその強さおよび線太さについて種々の条件に適合させられる。
【0016】
従って要約すれば、熱間圧延帯板の巻取り中、巻き取るべき熱間圧延帯板の横運動によりコイル巻回の横ずれが生じ、コイル端面は平坦さを失う。このコイルの再加工と搬送に関し、突出した帯板縁部は損傷を受け易い。この損傷のため再加工時に付加的な経費が生じ又は利点の一部が失われる。更に、巻取り中の横側案内片による熱間圧延帯板の上記通常の案内法では、横側案内片が案内すべき熱間圧延帯板の縁部による強い摩耗に曝されるので、非常に高い保守費用を伴う。
【0017】
本発明の課題は、熱間圧延帯板コイルの巻回結果の最適化が達成されるような巻取り装置において熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取る方法を提供することにある。特に、巻取り中における熱間圧延帯板の個々のコイルターンの横ずれが防止され、巻回されたコイルがDIN規格に応じて固く巻き取られ、できるだけ丸くなり、且つ縁部がぴったり揃っているようにしようとしている。
【0018】
この課題は、巻取り装置で熱間圧延帯板を、位置を揃えて巻き取る方法において、金属帯板の表面幾何学形状を測定量として求め、制御器に入力することで解決される。巻取り装置で金属帯板、特に熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取る装置に関し、本発明の課題は、駆動装置の手前の範囲に、熱間圧延帯板の表面幾何学形状を検出する測定装置を配置し、その測定量を制御器に入力することにより解決される。本発明に基づく方法又は装置についての有利な実施態様は、従属請求項2〜6および8〜10に記載してある。
【0019】
本発明に基づく巻取り装置において、熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取る方法と装置は、予制御器付きの多変数帯板位置制御装置が、主に帯板表面幾何学形状および帯板縁部位置を検出するための測定装置、帯板引張り力および帯板位置に対する多変数制御器、入り込む帯板の表面幾何学形状の影響を考慮に入れる予制御器、コイル上における帯板位置および駆動装置と心棒との間における帯板引張り力を評価するための監視器、並びに上側駆動ローラの力と傾斜を調整するための液圧式操作部から成るように形成されている。
【0020】
巻取り装置で熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取る方法と装置は、既存の設備に現存の操作部(駆動ローラの操作、駆動装置および心棒の駆動)および帯板位置と帯板表面幾何学形状を検出するための測定装置を利用して追加装備できる。
【0021】
特に、駆動装置の帯板引張り力に対する指令量が、圧延機ラインの最終圧延機から抜け出る際に駆動装置による完全な引込み力引き受けが突然に行われず、最終圧延機から抜け出る前に既に完全な引張り引き受け迄微分可能な定常的増加が生ずるよう決められる。この結果、コイルにおける巻回段差を防止できる。
【0022】
本発明に基づく方法と装置の主な利点は、巻取り装置に入り込む際に帯板表面幾何学形状を予制御器により予測的に考慮し、コイル上での帯板の位置を監視器により検査可能な物理的模様を利用して評価し、帯板引張り力を入り込む帯板表面幾何学形状とその瞬間の帯板位置を考慮して最適化できることにある。
【0023】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【0024】
図1は送り出しころコンベヤ1の終端部を概略的に斜視図で示す。この送り出しころコンベヤ1は、入口側が熱間圧延機ラインの最終圧延機(図示せず)に接続されている。完成した熱間圧延帯板2は、送り出しころコンベヤ1上を巻取り装置3の方向に駆動装置4によって搬送される。熱間圧延帯板2は、巻取り装置3によりコイル5の形に巻き取られる。送り出しころコンベヤ1の終端に配置された駆動装置4は、下側駆動ローラ6と上側駆動ローラ7とから成っている。これら上下両駆動ローラ6、7間の隙間を調整するために、上側駆動ローラ7は油圧ピストンシリンダ装置(図示せず)を経て、下側駆動ローラ6の方向に変位調整でき且つ横に傾斜できる。図2は駆動装置4の上下両駆動ローラ6、7を詳細に示し、かつこの図2は、傾斜された上側駆動ローラ7並びにくさび状駆動ローラ隙間17も示している。専ら上下両駆動ローラ6、7相互の傾き調整に基づく巻取り装置3の方向に進む熱間圧延帯板2の整列並びにこれに伴い生ずる駆動ローラ隙間内での熱間圧延帯板2の横変位の機械的基礎につき、既に冒頭に述べた独国特許出願公開第3828356号明細書で詳しく評価されている。従ってこの独国特許出願公開明細書も本発明の説明部分となっている。帯板の走行を安定すべく補助的に、下側駆動ローラ6は外周面が断面皿形に形成されている。
【0025】
駆動装置4は伝動部(図示せず)を含めて、巻取り装置3の方向に進む熱間圧延帯板2を案内して整列するという上述した課題のほかに、最終圧延機からやって来る熱間圧延帯板2の始端をぴんと張り、進行する熱間圧延帯板2の先端を巻取り装置3の方向に案内し、巻回過程中における巻取り装置3に対する熱間圧延帯板2の引込みを保障するという課題を有している。
【0026】
巻取り装置3は主に、熱間圧延帯板2を巻き取るべく駆動される押し広げ可能な心棒8と、押圧ローラ(図示せず)と、巻回過程中に熱間圧延帯板2を案内する案内殻とから成る。巻回を開始すべく、熱間圧延帯板2の先端は駆動ローラ6と7により送り出しころコンベヤ1の平面から下向きに巻回心棒8に向けて転向される。そして巻取り装置3の押圧ローラと案内殻が、帯板先端を回転心棒8の周りを何度も案内し、その際、心棒8のセグメントが、熱間圧延帯板2が互いに固く接するコイル状に巻き取られる迄連続して押し広げられる。巻取り装置3の主な機能は、熱間圧延帯板2と心棒8の摩擦結合を保障し、巻回中に生ずるコイル5を支持し、巻回中に熱間圧延帯板2に所定の引張り力を与えることにある。
【0027】
更に、熱間圧延帯板2の始端を巻取り装置3に入れるべく整列させるため、送り出しころコンベヤ1の終端範囲で、送り出しころコンベヤ1のころ9の両側端に各々横側案内片11を配置し、これら横側案内片11に横から熱間圧延帯板2の両側縁部10が当たる。横側案内片11は、巻取り過程中は開いている。
【0028】
送り出しころコンベヤ1の終端範囲に、熱間圧延帯板2の縁部位置を検出する測定装置12と、熱間圧延帯板2の表面幾何学形状を検出するため、特に熱間圧延帯板2の万一の「サーベル形状」を認識する測定装置13も配置される。これら測定装置12、13は、好適には、横側案内片11の前および送り出しころコンベヤ1の経路における冷却領域(図示せず)の後ろに配置される。熱間圧延帯板2の表面幾何学形状を検出する装置13は投射器18とカメラ19とを有し、その機能は、独国特許第19709992号明細書の評価に関連して既に詳細に説明した。従ってこの独国特許明細書も本発明の説明の一部分をなす。
【0029】
図3は、巻取り装置3の範囲で熱間圧延帯板2の位置を多変数制御する制御回路をブロック図で示す。この図から明らかなように、駆動ローラ調整(目標駆動ローラ傾斜)および駆動ローラの駆動(目標帯板引張りモーメント)に対する制御量が、多変数調整器14によって決定される。その場合、帯板表面幾何学形状の影響、特にいわゆる「サーベル形状」が予制御器15によって補償される。この予制御器15で、帯板表面幾何学形状の検査結果および帯板引張り力から、帯板表面幾何学形状に基づく圧延帯板2の横変位を防止すべく、上側駆動ローラ6の相応した傾斜により補償する仮定的な横曲げモーメントが求められる。
【0030】
圧延運転中に実現可能な、コイル上での帯板位置の測定方法は従来知られていない。コイル上での帯板位置および駆動装置4と心棒8との間における帯板引張り力は、監視器16(測定量からの測定不能な量のモデル支援による検出)によって評価され、制御偏差を形成すべくフィードバックされる。そのため、帯板縁部位置が測定装置12により駆動装置の前で検出される。
【0031】
多変数制御器14に指令量として、目標帯板縁部位置と目標帯板引張り力が入力される。駆動装置4の帯板引張り力に対する指令量は、圧延機ラインの最終圧延機から圧延帯板2が抜き出される際に駆動装置4による完全な引込みの引き受けが突然には行われず、完全な引張り力引き受け迄、微分可能な定常的な増加が生ずるよう設計される。該増加は帯板端が抜き出される前に既に始まる。
【0032】
帯板引張り力の実際値のモデルの支援下での検出(監視器16)に対し、駆動ローラ6、7の回転数、駆動ローラ6、7を駆動するモータの界磁電流、界磁電圧、電機子電流、電機子電圧、駆動ローラの押圧力および駆動ローラの周りにおける帯板の曲げモーメントを関与させるとよい。
【0033】
実際帯板縁部位置の、モデルの支援の下での検出(監視器16)に対し、帯板引張り力、駆動ローラ傾斜、帯板速度、駆動装置の前における帯板位置、圧延帯板の表面幾何学形状を関与させるのが望ましい。
【0034】
心棒8の駆動装置の制御は、従属的なトルクおよび電流制御を伴う回転数制御により行われる。モータトルクを制御するため、特別な帯板データが予め与えられる。この結果、帯板引張り力が帯板横断面積に合わされ、帯板長さにわたり一定になる。駆動ローラ6、7の駆動制御は、電流制御を従属して速度制御で行われる。上側駆動ローラ7の油圧式操作は力と傾斜の制御により行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
熱間圧延帯板に対する送り出しころコンベヤの終端部の概略斜視図。
【図2】
駆動装置の駆動ローラの詳細図。
【図3】
巻取り装置で熱間圧延帯板の位置を多変数制御する制御回路のブロック図。
【符号の説明】
1 送り出しころコンベヤ
2 圧延帯板
3 巻取り装置
4 駆動装置
5 コイル
6、7 駆動ローラ
12、13 測定装置
14 多変数制御器
15 予制御器
Claims (14)
- 金属帯板、特に熱間圧延帯板を、駆動ローラ付き駆動装置を経て巻取り装置に送り、制御器を経て駆動ローラを、該ローラの隙間を変化させるために操作部により相対傾斜させ、駆動装置の手前における金属帯板の縁部の位置を制御器に測定量および目標指令量として入力する巻取り装置で熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取る方法において、金属帯板(2)の表面幾何学形状を測定量として求め、制御器(14)に入力することを特徴とする巻取り装置における金属帯板の巻取り方法。
- 熱間圧延帯板(2)の求めた表面幾何学形状を予制御器(15)に入力し、該予制御器(15)を制御器(14)に後置接続し、駆動ローラの隙間(17)を変化させる駆動ローラ(6、7)の操作部の制御装置に前置接続することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 熱間圧延帯板(2)の表面幾何学形状を、該帯板(2)の駆動装置(4)への導入前に求めることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- 多変数制御器(14)として形成した制御器に、別の指令量として駆動ローラ(6、7)と巻取り装置(3)間の帯板目標引張り力を入力し、該入力に基づき制御器(14)により、駆動ローラの駆動と駆動ローラの隙間(17)の調整とを行うことを特徴とする請求項1から3の1つに記載の方法。
- 駆動装置(4)に前置接続した最終圧延機から熱間圧延帯板(2)を抜き出す前に、巻取り装置(3)により巻き取る金属帯板(2)に対する駆動ローラ(6、7)の引込み力が、金属帯板(2)の最終圧延機からの抜き出し後における引込み力の完全な引き受け迄連続して増大するように、目標帯板引張り力を予め選定して変化させることを特徴とする請求項4記載の方法。
- 駆動ローラ(6、7)と巻取り装置(3)間の帯板引張り力の実際値を、測定可能な量からモデルの支援の下で求めて検出し、多変数制御器(14)に測定量として入力することを特徴とする請求項4又は5記載の方法。
- 帯板引張り力の実際値のモデルの支援の下での検出(監視器16)に対し、駆動ローラ(6、7)の回転数、駆動ローラ(6、7)を駆動するモータの界磁電流、界磁電圧、電機子電流、電機子電圧、駆動ローラの押圧力および駆動ローラの周りにおける帯板の曲げモーメントを関与させることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 巻取り装置(3)で巻き取る帯板の縁部の実際位置を、測定可能な量からモデルの支援の下に検出し(監視器16)、多変数制御器(14)に測定量として入力することを特徴とする請求項1から7の1つに記載の方法。
- 帯板縁部の実際位置の、モデルの支援下での検出(監視器16)に対し、帯板引張り力、駆動ローラ傾斜、帯板速度、駆動装置の前での帯板の位置、熱間圧延帯板の表面幾何学形状を関与させることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 駆動ローラ隙間(17)を、駆動ローラ(6、7)の力と傾斜の制御により調整することを特徴とする請求項1から9の1つに記載の方法。
- 熱間圧延帯板を巻取り装置に導入する、相対傾斜可能な駆動ローラを備えた駆動装置、駆動ローラ隙間を変化させて熱間圧延帯板の横位置を制御させる制御器と操作部および駆動装置の手前で熱間圧延帯板の縁部を測定してその測定値を制御器に入力する測定装置を備えた、請求項1から10の1つに記載の方法を実施するための巻取り装置で金属帯板、特に熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取る装置において、駆動装置(4)の手前の範囲に、熱間圧延帯板(2)の表面幾何学形状を検出する測定装置(13)が配置され、その測定量が制御器(14)に入力されることを特徴とする巻取り装置において金属帯板、特に熱間圧延帯板を位置を揃えて巻き取るための装置。
- 制御器が、目標帯板縁部位置と目標帯板引張り力が入力される多変数制御器(14)として形成されたことを特徴とする請求項11記載の装置。
- 制御器(14)が監視器(16)に連結され、該監視器(16)を経て測定可能な量からモデルの支援の下、駆動ローラ(6、7)と巻取り装置(3)との間の帯板引張り力の実際値が検出されることを特徴とする請求項11又は12記載の装置。
- 制御器(14)が監視器(16)に連結され、該監視器(16)を経て測定可能な量からモデルの支援の下、巻取り装置(3)で巻き取られる帯板(2)の縁部(9)の実際位置が検出されることを特徴とする請求項11から13の1つに記載の装置。
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