JP2006026808A - 連続熱間圧延ラインにおけるシャー切断制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続熱間圧延ラインに粗バー誘導加熱装置を配置し、仕上圧延機入り側の粗バーの圧延温度を確保して熱間圧延操業を行う場合に、粗バーの通板速度低下に起因する生産性低下を抑制するために、クロップシャーの切断時間を短縮して、粗バーの通板間隔を狭めることを目的とする。
【解決手段】 仕上圧延機の入側に、圧延材の先端及び後端を切断除去するためのドラム型クロップシャーを設けた熱間圧延ラインにおけるシャー切断制御方法において、後行材の先端切断起動時に先端用刃の先端カット待機位置を、後行材搬送速度に応じて可変とすることを特徴とする熱間圧延ラインにおけるシャー切断制御方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、鋼帯などの連続熱間圧延ラインにおいて、粗圧延されて次々に搬送されてくる圧延材（粗バー）の先端部及び後端部のクロップを切断するクロップシャー（クロップ切断機）の駆動制御方法に関し、特に、先端部切断に要する時間を短縮して生産性を向上させることができるシャー切断制御方法に関するものである。

連続熱間圧延ラインにおいては、粗圧延機で中間板厚まで圧延された圧延材（粗バー）は、次々に搬送テーブル上を搬送され仕上げ圧延機入り側で先端部及び後端部をクロップシャーで切断された後、仕上げ圧延機で製品板厚まで圧延され、ランアウトテーブル上で冷却されて巻取機で巻き取られて、コイル製品となる。

従来の連続熱間圧延ラインにおける粗圧延後の粗バーは長さ５０〜１００ｍのものが主体であり、粗バー先端が最終クロップシャー直前の所定区間（例えば１０ｍ）を通過する間、２ｍ／ｓの速度で搬送し、先行材と後行材の間隔を８ｍ以上確保して仕上げ圧延機に導入している。

この間隔は、加熱炉でのスラブ払い出しの間隔、粗圧延での間隔、最終クロップシャーでの切断間隔、および仕上圧延での間隔により決まる。

最近の連続熱間圧延操業においては、加熱炉操業の高効率化から燃料原単位の削減が図られ、スラブ加熱温度の低下や均熱不足によって生じる粗バーの低温部を加熱して温度上昇させるために、搬送ラインに粗バー誘導加熱装置を適用している。しかし、粗バー誘導加熱装置による温度上昇代は、粗バーが誘導加熱装置を通過する時の速度に反比例するため、経済的効果が得られるよう温度上昇代を確保するためには、粗バーの通過速度をほぼ半減し、１ｍ／ｓ程度にしなければならない。このため、生産性の低下が避けられないという問題が生じる。

仕上圧延機入り側での粗バー搬送速度低下に伴う生産性低下を抑制するには、搬送する粗バーの先行材後端と後行材先端の間隔を狭めることが有効である。このためには、最終クロップシャーでの切断間隔（時間）を短縮する必要があるが、従来のクロップシャーの切断制御方法では、切断間隔（時間）を短縮することができない。

すなわち、従来のクロップシャーの切断制御方法には、粗バーの先後端部のクロップエンド部を精度よく切断することを目的とする制御方法（例えば、特許文献１参照）や、鋼材を目標切断点で正確に切断することを目的とする制御方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されているが、クロップシャーの切断時間を短縮する制御方法はこれまで提案されていないのが現状である。

特開平８−２５７８３１号公報 特開昭５６−５６３２４号公報

連続熱間圧延ラインに粗バー誘導加熱装置を配置し、仕上圧延機入り側の粗バーの圧延温度を確保して熱間圧延操業を行う場合に、誘導加熱装置の特性上、通板速度の低下による生産性の低下が避けられない。

そこで、本発明はこのような誘導加熱装置や高圧デスケ装置等に必要とされる粗バーの通板速度低下に起因する生産性低下を抑制するために、クロップシャーの切断時間を短縮して、粗バーの通板間隔を狭めることができる連続熱間圧延ラインにおけるクロップシャー切断制御方法を提供することを解決課題とするものである。

仕上圧延機入り側での搬送速度低下に伴う生産性低下を抑制するには、搬送する先行材後端と後行材先端の間隔を狭めることが有効である。搬送速度を低下させる際、切断速度も搬送速度に同期させて低下させる必要があるため、先端切断待機位置を固定にしておくと、切断起動から下死点通過までに要する時間が増大することになる。その結果、クロップシャーの切断間隔（時間）は増大し、粗バー間隔を狭めることができない。

本発明者は、粗バー搬送速度に応じて、クロップシャーの先端切断待機位置を可変として、切断起動から下死点通過迄に要する時間を短縮することで、切断時間が短縮でき、搬送する先行材後端と後行材先端の間隔を狭めることができることを見い出して本発明を完成した。

本発明の要旨は、次の通りである。

（１） 仕上圧延機の入側に、圧延材の先端及び後端を切断除去するためのドラム型クロップシャーを設けた熱間圧延ラインにおけるシャー切断制御方法において、後行材の先端切断起動時の先端用刃の先端カット待機位置を、後行材搬送速度に応じて可変とすることを特徴とする熱間圧延ラインにおけるシャー切断制御方法。

（２） 前記先端カット待機位置を後行材板厚によって補正することを特徴とする上記（１）記載のシャー切断制御方法。

（３） 前記先端カット待機位置の角度が２８度を超える角度であることを特徴とする請求項１または２記載のシャー切断制御方法。

（４） 前記クロップシャーの上流側もしくは下流側に圧延材加熱装置を設けた熱間圧延ラインのシャー切断制御方法に適用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシャー切断制御方法。

本発明によれば、鋼帯などの連続熱間圧延ラインにおいて、最終クロップシャーでの切断間隔（時間）を狭めることができるので、粗圧延されて次々に搬送されてくる粗バーの先行材と後行材との間隔を狭めることが可能となり、誘導加熱装置や高圧デスケ装置等に必要とされる粗バーの搬送速度低下に起因する生産性の低下を抑制することができる。

本発明の対象とする連続熱間圧延ラインは、図１に例示するように、粗圧延機１で中間板厚まで圧延された粗バーを、搬送ローラー９、１０、１１により１本ずつ順次搬送して、仕上圧延機４で製品板厚まで圧延するもので、仕上圧延機４の入側にドラム型クロップシャー５を設けている。

図１の例は、ドラム型クロップシャー５の入側に、粗バー誘導加熱装置１４および高圧デスケ装置１５を設けている。本発明は、粗バー誘導加熱装置１４と高圧デスケ装置１５の一方または双方を設けたラインを対象とすることもできる。

図１において、粗バーの先行材３は仕上圧延機４で圧延されつつあり、後端がドラム型クロツプシャー５の入側、本例では高圧デスケ装置１５の位置にあって、この後、該シャー５によリクロップが切り離される。後行材２は、先端が粗バー誘導加熱装置１４の出側にあって、先行材３の後端と後行材２の先端との間隔がｄとなっている。

このような連続熱間圧延ラインにおいて、後行材２を先行材３に接近させ、仕上圧延機４で圧延されている先行材３の後端がクロップシャー５から上流側、好ましくは１５ｍ以内の範囲に位置するときの上記間隔ｄを３ｍ以下とすることで、粗バーの単位時間あたりの通過重量が増加でき生産性の低下が抑制できる。

間隔ｄを好ましくは３ｍ以下とする制御を行う搬送ライン上の位置は、先行材３の後端および後行材２の先端を含む粗バーの単位時間あたりの通過重量を増加させたい位置である。粗バー加熱装置１４や高圧デスケ１５をクロップシャー５の直前に設置したときは、該装置位置を通過するときの粗バーの搬送速度が低下する。そこで単位時間あたりの粗バーの通過重量を増加するために、先行材３と後行材２の間隔ｄを狭めるのが有効である。この場合、間隔ｄを検出してから後行材２の搬送速度を制御して間隔ｄを３ｍ以下の好ましい範囲とするには、先行材２の後端がクロップシャー５から上流側にあること、好ましくはｌ５ｍ以内の範囲にあればよい。

この間隔ｄは、先行材３の後端クロップおよび後行材２の先端クロップが切断される前の間隔である。したがってクロップシャー５の出側では、両クロップが切断除去され、間隔ｄは広がるので、先行材３と後行材２が衝突するおそれはなくなる。また最終クロツプシャー５の入側で搬送速度を低下させて加熱やデスケなどの処理を行う場合、後行材２のクロップシャー５通過速度は、仕上圧延に同期している先行材３の搬送速度よりも遅くなり、クロップシャー５出側で間隔ｄは広がることとなるため、先行材３と後行材２が衝突するおそれはない。

クロップシャー５から上流側１５ｍ以内の範囲で間隔ｄを３ｍ以下に狭めることは、粗圧延機１による圧延ピッチを高めて、従来よりも短い間隔で圧延材（粗バー）を送り出すと共に、図２の制御ブロック図の一部を使用して制御することで実現できる。

すなわち、先行材３および後行材２のトラッキング情報１７、ピンチロール６による後行材２の速度、ピンチロール７による先行材３の速度、クロップシャー５用の先・後端検出器（図示せず）などの情報から、演算制御器１６により後行材２の先端位置および、先行材３の後端位置を求め、搬送ローラー９、１０，１１およびピンチロール６を調整して後行材２を搬送することで制御できる。後行材２の搬送速度は、ピンチロール６の代わりにレーザー速度計１８にて検出することもできる。

また、レーザー型材料検出器１２、１３により、先行材３の後端および後行材２の先端、を検出して、演算制御器１６に入力し、ピンチロール６による後行材２の搬送速度、ピンチロール７による先行材３の搬送速度から演算制御器１６により後行材２の先端位置および先行材３の後端位置を求め、搬送ローラー１０、１１を単独制御することで、より確実に精度良く間隔ｄを制御することができる。

なお、図２においてトラッキング情報１７は、スラブ重量、粗バーの幅および中間板厚、粗圧延機１出側の粗バー速度、先行材３と後行材２の粗圧延間隔、幅射光検出型材料検出器の情報、粗圧延機１から図１の搬送ローラー９までの各種情報などから得られる。

搬送する粗バーの先行材後端と後行材先端の間隔を狭めるには、クロップシャーでの切断時間を確保しなければならない。すなわち、搬送される粗バーの間隔が狭くなるに対応してクロップシャーの切断時間を短くすることが要求される。

本発明者は、クロップシャーの切断時間を短くすることについて鋭意研究し、その結果、粗バー後行材先端を切断する際に、切断起動時の刃待機位置を粗バー搬送速度に応じて可変とすることで、先端切断刃加速後の切断速度（定速）の時間を短縮でき、クロップシャーの切断時間を短縮することができることを見いだした。

図３は、ドラム型シャーで先行材後端及び後行材先端を切断する場合の従来例の動きを示す図である。

図３に示すように、ドラム型シャーは後端用刃と先端用刃とをドラムの対称位置に備えていて、搬送される粗バーの上下に対になって配置されている（図では上側のドラムを示している）。

この従来例Ａでは、後端用刃は、角度θが２０８度である後端カット待機位置に固定されていて、先行材の後端切断（カット）する場合には、後端カット待機位置（図３ａ）から、後端カット速度へ最大加速トルクで加速する。この加速完了位置（図３ｂ）は２４７度である。

刃移動速度はカット速度に対して行き過ぎ（オーバーシュート）が生じるが、速度制御によりカット速度に戻され、このカット速度が維持されている間に噛込み位置３３８度（図３ｃ）で粗バーを噛込み、下死点位置０度（図３ｄ）を通過して粗バー後端をカットする。カット後は、噛み放し位置２２度（図３ｅ）から残片振り払いのための加速を行い、その後、最大制動トルク（フルインバータ）で停止させる。ここで、停止位置は後端カット速度により変化することとなるが、本例では１４８度（図３ｆ）で停止している。

後行材の先端を切断するため、フルインバータ停止位置から逆回転（スイングバック）させて、先端用刃を先端カット待機位置２８度（図３ｇ）に待機させる。後行材の先端をカットする場合は、先端カット待機位置２８度（図３ｇ）から、先端カット速度へ最大加速トルクで加速する。この加速完了位置（図３ｈ）は１３６度である。加速完了後はカット速度が維持され噛込み位置１５８度（図３ｉ）で先端を噛込み、下死点位置１８０度（図３ｊ）を通過して先端をカットし、噛み放し位置２０２度（図３ｋ）迄回転する。このような一連の動作によって粗バー先後端の切断を行っている。

図４は、後行材の搬送速度を低下させて、ドラム型シャーで後行材の先端を切断する場合の従来のドラム型シャーの動き（上段）、及び本発明のドラム型シャーの動き（下段）を並列して示す図である。なお、図４中の符号は、図３に対応する位置を示していて、先行材の後端を切断する動きは同じ動きとなっている。

図４の上段に示す従来例Ｂでは、先行材後端を切断した後にフルインバータ停止位置１４８度（ｆ）から逆回転させて先端カット待機位置２８度（ｇ’）に待機させる。この待機位置は従来例Ａと同一位置である。その後、後行材先端の搬送に合わせて先端カットを起動し、先端カット速度へ最大トルクで加速する。加速完了位置５５度（ｈ’）で加速を完了し、定速となって噛込み位置１５８度（ｉ）で先端用刃が先端を噛込み、下死点通過１８０度（ｊ）で切断し、噛放し位置２０２度（ｋ）から残片振り払い加速を開始する。

これに対して、図４の下段に示す本発明例では、先行材後端を切断した後にフルインバータ停止位置１４８度（ｆ）から逆回転させる点では従来例と相違していないが、先端カット待機位置１０９度（ｇ’）に逆回転させる待機位置が相違している。後行材の先端を切断する場合には、先端カット待機位置１０９度（ｇ’）から先端カット速度へ最大加速トルクで加速する。加速完了位置１３６度（ｈ）で加速を完了し、定速となって噛込み位置１５８度（ｉ）で先端用刃が先端を噛込み、下死点通過１８０度（ｊ）で切断し、噛放し位置２０２度（ｋ）から残片振り払い加速を開始する。

先端用刃を噛込み前までに加速完了させるのは、加速によって切断に必要な運動エネルギーを確保すると共に、搬送される後行材の板速度と同期して切断可能となるようにクロップシャーを駆動させる必要があるからである。従来のドラム型シャーの動きとしては、粗バーの搬送速度が一定であったので、切断刃の先端カット待機位置は２８度の一定の位置に固定されていた。

一方、本発明では、先端刃カット待機位置は、粗バー搬送速度に応じ可変としてあり、後行材搬送速度６０ｍｐｍでの待機位置を加速完了位置１３６度となるように設定すると先端刃カット待機位置は１０９度（図４ｇ’）となる。

後行材先端を切断するに要する時間は、各方法とも噛込み位置以降は同じ動きをしているので、その所要時間は変わらないが先端カット待機位置から噛込み位置までの動きが異なり切断所要時間に影響を与えている。

図５は、後行材先端を切断する場合の図３及び図４中に示すドラム回転角度（θ）とクロップシャー速度（ｍ／ｓ）との関係を示す図である。

図５に示すように、従来法Ａは、先端カット速度が２ｍ／ｓであり、先端カット待機位置２８度（ｇ）から加速完了位置１３６度（ｈ）迄１０６度の範囲内を加速し、その後はカット速度を維持している。また、従来法Ｂは、先端カット速度が１ｍ／ｓであり、先端カット待機位置２８度（ｇ）から加速完了位置５５度（ｈ’）迄２７度の範囲内を加速し、その後はカット速度を維持している。

これに対して、本発明例は、先端カット速度が１ｍ／ｓであり、先端カット待機位置１０９度（ｇ’）から２７度の範囲内を加速して加速完了位置を従来法Ａと同じ１３６度としている。

従来法Ａ・従来法Ｂ・本発明法とも、クロップシャー駆動用モーター能力（最大トルク）は同一としてあり、加速スピードは同じであるが、従来法Ｂと本発明法とを比較すると、従来法Ｂは定速のカット速度を維持する時間が本発明法よりも長時間となっている。

つまり、後行材先端の搬送速度を低下させた場合、本発明法は従来法でのカット速度維持時間を短縮することができるので、後行材先端を切断するに要する時間を短縮することができる。

次に、本発明の先端刃カット待機位置制御について説明する。

図６は、本発明の先端刃カット待機位置の制御のフローチャートを示す図である。

図６に示すように、次に搬送されて来る後行材の搬送速度から先端カット速度を求め、先端カット速度とするに必要な加速に要する角度（β）をクロップシャー駆動用モーター最大トルク及び機械系慣性モーメントを基礎にして演算する。一方、後行材の粗バー厚によって噛込み位置が変動する（板厚が厚いほど噛込み位置が手前になる：本例では位置角度が小さくなる）ので、粗バー厚に基づく噛込み位置（θ_１）を演算する。加速完了位置（θ_２）は、式
θ_２＝θ_１−α（α：切断位置制御に必要な角度常数）
で演算によって求めることができる。この加速完了位置の角度（θ_２）及び加速を要する角度（β）から、待機位置（θ３）は、式
θ_３＝θ_２−β
で演算によって求めることができる。

なお、切断位置制御は、切断のタイミングを制御する従来公知の制御方法を適用することができる。

粗圧延され、搬送テーブル上を搬送されている粗バー後行材（板厚：３０ｍｍ）の先端を図３及び図４に示す従来法Ａ、従来法Ｂ及び本発明法のドラム型シャーの動きにより切断した。

各方法の後端通過速度及び先端通過速度は表１に示す通板条件で行った。

従来法Ａ及び従来法Ｂの先端カット待機位置は、２８度に固定してある。本発明法の先端カット待機位置は、後行材搬送速度６０ｍｐｍであるので加速に要する角度は２７度であり、加速完了位置が１３６度となるよう待機位置を１０９度に設定した。

各方法の動作時間は表２に示す通りであった。

表２に示すように、先端刃カット待機位置を可変とする本発明法は、先端刃カット待機位置が固定となっている従来法Ａに対して１．００秒、また従来法Ｂに対して１．４４秒の先端カット時間の短縮となっていた。

従来法Ｂに比較すると、本発明法は４０００ｔｏｎ／月の生産性向上効果を生じていた。

連続熱間圧延ラインの概要を示す図である。 短い間隔で圧延材（粗バー）を搬送する制御ブロック図である。 ドラム型シャーで先行材後端及び後行材先端を切断する場合の従来例の動きを示す図である。 後行材の搬送速度を低下させて、ドラム型シャーで後行材の先端を切断する場合の通常のドラム型シャーの動き（上段）、及び本発明のドラム型シャーの動き（下段）を並列して示す図である。 後行材先端を切断する場合の図３及び図４中に示すドラム回転角度（θ）とクロップシャー速度（ｍ／ｓ）との関係を示す図である。 本発明の先端刃カット待機位置の制御のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１ 粗圧延機
２ 後行材
３ 先行材
４ 仕上圧延機
５ ドラム型クロップシャー
６、７、８ ピンチロール
９、１０、１１ 搬送ローラー
１２、１３ レーザー型材料検出器
１４ 粗バー加熱装置
１５ 高圧デスケ
１６ 演算制御器
１７ トラッキング情報
１８ レーザー速度計
１９ クロップシャー
２０ コイルボックス
ｄ 間隔

Claims (4)

1. 仕上圧延機の入側に、圧延材の先端及び後端を切断除去するためのドラム型クロップシャーを設けた熱間圧延ラインにおけるシャー切断制御方法において、後行材の先端切断起動時に先端用刃の先端カット待機位置を、後行材搬送速度に応じて可変とすることを特徴とする熱間圧延ラインにおけるシャー切断制御方法。
2. 前記先端カット待機位置を後行材板厚によって補正することを特徴とする請求項１記載のシャー切断制御方法。
3. 前記先端カット待機位置の角度が２８度を超える角度であることを特徴とする請求項１または２記載のシャー切断制御方法。
4. 前記クロップシャーの上流側もしくは下流側に圧延材加熱装置を設けた熱間圧延ラインのシャー切断制御方法に適用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシャー切断制御方法。

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