JP2006159220A

JP2006159220A - 冷間圧延設備および冷間タンデム圧延方法

Info

Publication number: JP2006159220A
Application number: JP2004351254A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Shiraishi; 利幸白石; Yoshihisa Takahama; 義久高濱; Shigeru Ogawa; 茂小川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: JP4516834B2

Abstract

【課題】冷間圧延工程における板幅制御能力の拡大を図り、トリム代削減や幅マージン減少による歩留まり向上効果や製造コストの低減が得られる冷間圧延設備を提供する。
【解決手段】押し込み量制御手段１５、４８を有するレベリングユニット５の入側に張力制御手段２６、４８を有する入側ブライドルロール２０を、出側に張力制御手段３６、４８を有する出側ブライドルロール３０をそれぞれ備えたテンションレベラー５を酸洗設備１と冷間タンデム圧延機５０との間に設けている。必要に応じて板幅及び通板速度を測定し、伸び率を制御することによって板幅を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷間圧延設備および冷間タンデム圧延方法に関する。

金属ストリップを製造する冷間圧延工程において、金属ストリップの板幅精度は板厚精度と同様に重要な品質である。しかしながら、冷間圧延工程に供給される熱間圧延後の金属ストリップ自体に既に板幅変動があり、さらに冷間圧延工程でも若干の板幅変化が生じることが知られている。このため、鋼種やサイズ毎に基準板幅に板幅変動代を見込んだ幅マージン（余裕代）を加えた板幅設計が行われている。

現状ではこの幅マージンを大きくとってあり、特に板幅厳格材では冷間圧延工程の最終工程で製品板幅が公差内に収まるようにトリムを行うため、歩留り低減をもたらし製造コストの増大をもたらしている。

上述の理由から、熱間タンデム圧延工程や冷間タンデム圧延工程において金属ストリップの板幅を制御する圧延方法が積極的に検討され提案されている。冷間タンデム圧延に関しては、加減速時の圧延速度に起因した板幅変動を防止するためにスタンド間張力に基づく板幅変動制御方法（例えば、特許文献１参照）や、加減速時の圧延荷重変動に起因したスタンド間板形状変化に基づく板幅変動制御方法（例えば、特許文献２参照）や、テーパーワークロールを用いた際のロールバイト入側でのプレデフォメーション現象を利用した板幅制御方法（例えば、特許文献３参照）等がある。

これらの板幅制御方法は、それぞれ効果はあるものの、スタンド間張力を板厚制御の操作量としている冷間タンデム圧延機では板幅制御と板厚制御の干渉が生じることがあり、冷間タンデム圧延機で板形状およびプレデフォメーション現象を利用した板幅制御能力（板幅制御範囲）は小さい等の問題があった。

また、生産性の観点からみると、冷間タンデム圧延機入側のストリップの板形状が悪い場合には、絞りや板破断が多発するため、圧延速度を上げることができず生産性が低下するという問題があった。このような問題を防ぐため、酸洗設備の前に酸洗効率を上げるためと板形状を矯正するために圧延機やテンションレベラーを配置した冷間圧延設備がある（例えば、特許文献４参照）。この冷間圧延設備では、圧延機の場合形状矯正はできても基本的に板幅の制御はできないし、テンションレベラーの場合は板幅制御と形状矯正は可能であるが、酸洗前にテンションレベラーで伸び率を大きく取ると、熱延後の板表面についているスケールを押し込んでしまい、酸洗ムラや傷を発生させる原因となるので十分な板幅制御ができないという問題があった。また、冷間タンデム圧延機の後にレベラーを配置した冷間圧延設備もある（例えば、特許文献５参照）。この冷間圧延設備では板幅に応じて板幅を制御すると板厚精度の悪化を招いたり、冷間タンデム圧延後の金属ストリップは伸びが小さいので大きな伸び率を取れず十分な板幅制御ができないという問題がある。
特開平０５−７６９１６号公報特開平１０−２９６３１２号公報特開昭６３−６３５１１号公報特開昭６１−２０９７０４号公報特開平６−３１３２７号公報

本発明は上述したような従来法の問題点を解決するものであり、冷間圧延工程における板幅制御能力の拡大を図り、その結果、トリム代削減や幅マージン減少による歩留まり向上効果や製造コストの低減が得られる冷間圧延設備および冷間タンデム圧延方法を提供することを課題としている。

本発明の請求項１は、酸洗設備および冷間タンデム圧延機を備えた冷間圧延設備において、押し込み量制御手段を有するレベリングユニットの入側に張力制御手段を有する入側ブライドルロールを、出側に張力制御手段を有する出側ブライドルロールをそれぞれ備えたテンションレベラーを前記酸洗設備と冷間タンデム圧延機との間に設けことを特徴とする冷間圧延設備である。

本発明の請求項２は、請求項１記載の冷間圧延設備において、前記入側ブライドルロールの入側若しくは出側に金属ストリップの板幅を検出する板幅検出器を配置し、入側ブライドルロール及び出側ブライドルロールに通板速度を検出する速度検出器を配置したことを特徴とする冷間圧延設備である。

本発明の請求項３は、前記出側ブライドルロールの入側若しくは出側に金属ストリップの板幅を検出する板幅検出器を配置し、入側ブライドルロール及び出側ブライドルロールに通板速度を検出する速度検出器を配置したことを特徴とする冷間圧延設備である。

本発明の請求項４は、入側ブライドルロール及び出側ブライドルロールの入側若しくは出側に金属ストリップの板幅を検出する板幅検出器を配置し、入側ブライドルロール及び出側ブライドルロールに通板速度を検出する速度検出器を配置したことを特徴とする冷間圧延設備である。

本発明の請求項５は、請求項２または４記載の冷間圧延設備において、前記入側ブライドルロールの入側で検出した入側板幅Ｗiと予め設定した板幅目標値Ｗrefの偏差△Ｗiを演算し、予め実験によって求めた伸び率と該偏差△Ｗiとの関係式に基づき、該テンションレベラーにおいて金属ストリップの伸び率をフィードフォワード制御することを特徴とする冷間タンデム圧延方法である。

本発明の請求項６は、請求項３または４記載の冷間圧延設備において、前記出側ブライドルロールの出側で検出した出側板幅Ｗｏと前記板幅目標値Ｗrefの偏差△Ｗｏに基づき、該テンションレベラーにおいて伸び率をフィードバック制御することを特徴とする冷間タンデム圧延方法である。

本発明の請求項７は、請求項４記載の冷間圧延設備において、前記入側ブライドルロールの入側で検出した入側板幅Ｗiと予め設定した板幅目標値Ｗrefの偏差△Ｗiを演算し、予め実験によって求めた伸び率と該偏差△Ｗiとの関係式に基づき、該テンションレベラーにおいて金属ストリップの伸び率をフィードフォワード制御し、前記出側ブライドルロールの出側で検出した出側板幅Ｗｏと前記板幅目標値Ｗrefの偏差△Ｗｏに基づき、該テンションレベラーにおいて伸び率をフィードバック制御して、追加制御することを特徴とする冷間タンデム圧延方法である。

本発明の請求項８は、鋼種及び圧下スケジュール毎に予め実験によって求めたコイル長手方向の冷間タンデム圧延機で変化する板幅変化の関係を用いて、上記冷間タンデム圧延機で変化する板幅を相殺するように同一コイル内の前記板幅目標値Ｗrefをコイル内で修正することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の冷間タンデム圧延方法である。

請求項１の発明では、酸洗設備と冷間タンデム圧延機との間にテンションレベラーを設けたことにより、冷間圧延工程での金属ストリップの板幅制御が可能となり、歩留り向上と製造コストの低減を達成することができる。

請求項２〜４の発明は下記請求項５〜８の発明を実現するための装置であり、請求項５〜８が実施されたときにその効果が発揮される。

請求項５および請求項６の発明では、入側ブライドルロールの入側または出側ブライドルロールの出側で検出した板幅に基づいて板幅をフィードフォワード制御またはフィードバック制御を行うので、所要の板幅の金属ストリップを冷間タンデム圧延機に供給することができる。

請求項７の発明では、入側ブライドルロールの入側および出側ブライドルロールの出側で検出した板幅に基づいて板幅をフィードフォワード制御およびフィードバック制御を行うので、更に高精度な板幅制御を行うことができる。

請求項８の発明では、加減速時の冷間タンデム圧延機で変化する板幅に応じて冷間タンデム圧延機に供給する金属ストリップの板幅目標値を修正するので、加減速時の板幅寸法外れがなくなり、更に歩留まり向上を図ることができる。

以下、本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を実施する圧延機設備の一例を示す構成図である。

図１において、酸洗設備１と冷間タンデム圧延機５０との間にテンションレベラー５が配置されている。テンションレベラー５は、レベリングユニット１０、入側ブライドルロール２０および出側ブライドルロール３０からなっている。入側ブライドルロール２０はレベリングユニット１０の入側に、出側ブライドルロール３０は出側にそれぞれ配置されている。

レベリングユニット１０は、下ワークロール群１２および上ワークロール群１３を備えている。下ワークロール群１２は、油圧シリンダー、および偏心軸またはウォームジャッキなどからなるロール押し込み装置１５により昇降される。下ワークロール群１２の押し込み量は、ロール押し込み装置１５に取り付けられたロール押し込み量検出装置１７により検出される。

入側ブライドルロール２０はロール２１〜２３からなり、出側ブライドルロール３０はロール３１〜３３からなっている。これらロール２１〜２３、３１〜３３はモーター２５でそれぞれ駆動される。入側ブライドルロールのロール２１〜２３の駆動系には、差動可変速装置２６が設けられている。差動可変速装置２６の回転速度は、ストレッチングモーター２８で調整される。ロール２３、３１にはそれぞれロール回転速度を検出するＰＬＧ４１、４２が取り付けられている。これらのＰＬＧ４１、４２から検出したレベリングユニット１０の入出側の板速度差に基づき、マスフロー一定則から金属ストリップＳの伸びを検出し、伸び率を求める。

入側ブライドルロール２０の出側に板幅検出器４４が配備され、さらにレベリングユニット１０の出側に板幅検出装置４５が配備されている。板幅検出器４４、４５は非接触式の光学方式のものが採用されており、レベリングユニット１０の入側および出側の金属ストリップＳの板幅を検出する。

テンションレベラー５には、板幅制御装置４８が設けられている。レベリングユニット１０の入出側における板速度差に基づく伸び率の演算式、実験で求めた板幅と伸び率との関係式、加減速度と加減速時の冷間タンデム圧延機で変化する板幅変化との関係式、板幅偏差に基づく伸び率のフィードフォワード制御およびフィードバック制御の制御則などが、板幅制御装置４８に格納されている。板幅制御装置４８はロール押し込み量検出装置１７、ＰＬＧ４１、４２および板幅検出装置４４、４５からの検出信号に基づいて、ロール押し込み装置１５およびストレッチングモーター２８の操作量を演算し、これら装置１５、２８に出力する。テンションレベラー５において、レベリングユニット１０におけるワークロール群１２の押し込み量、並びに、入側ブライドルロール２０及び出側ブライドルロール３０によって付加される張力により、金属ストリップＳに付与する伸びが調整される。

実際の制御法として、１）ＰＬＧ４１、４２及び板幅検出装置４４からの検出信号に基づいて、押し込み量及び／または張力を制御して伸び率をフィードフォワードする方法、２）ＰＬＧ４１、４２及び板幅検出装置４５からの検出信号に基づいて、押し込み量及び／または張力を制御して伸び率をフィードバックする方法、３）１）の方法に２）の方法を追加制御として加える方法がある。

テンションレベラー５の出側には冷間タンデム圧延機５０が配備され、その出側には冷間タンデム圧延機５０で圧延された金属ストリップＳを巻き取るカローゼルリール７０が配備されている。冷間タンデム圧延機５０は、ワークロール５６およびバックアップロール５７からなる４Ｈｉ圧延機５１〜５５からなっている。この例では５スタンド・４Ｈｉであるが、スタンド数および圧延機型式はこれに限定されるものではない。これらの４Ｈｉ圧延機５１〜５５は、形状制御端としてワークロールベンダー６１〜６５を具備している。この例では全ての圧延スタンドは４重圧延機の場合を示してあるが、形状制御端を有する圧延機であればどのような圧延機を適用しても良く、例えばワークロールベンダーと中間ロールシフトを有する６Ｈｉ圧延機や、ワークロールベンダーと中間ロールシフトと中間ロールベンダーを有する６Ｈｉ圧延機や、Ｓ次カーブを付与したワークロールのワークロールシフトとワークロールベンダーを有する４Ｈｉ圧延機や、上下のワークロールとバックアップロールを個別にあるいはペアでクロスさせる装置とワークロールベンダーを有する４Ｈｉ圧延機や、分割バックアップロールと中間ロールとワークロールからなるクラスター圧延機でも良い。

金属ストリップＳは入側ブライドルロール２０の上流に配置された溶接機（図示しない）によって連続的に供給される。なお、該溶接機と入側ブライドルロール２０にルーパー設備（図示しない）があることは云うまでもない。本発明では入側板幅検出器４４の検出値と予め設定した板幅の基準値との偏差量に応じてテンションレベラー５における伸び率をフィードフォワード制御するので、伝送時間がネックになる場合には入側板幅検出器４４を入側ブライドルロール２０よりも上流に配置しても良い。例えば、溶接機前の酸洗工程で金属ストリップＳのストリップ位置と板幅を検出し、トラッキングを行ってテンションレベラー５に供給される金属ストリップＳの板幅を計算して使用しても良い。

テンションレベラーにおける伸び率と板幅の関係は予め鋼種、サイズ毎に実験を行い板幅Ｗの実験式を作成する。たとえば板幅Ｗと伸び率λの関係を２次式で近似する。
Ｗ＝ａ_１λ^２＋ａ_２λ＋ａ_３（１）
a₁〜a_３は綱種およびサイズ毎に異なる定数であり、実験で求める。
上式からテンションレベラーの伸び率をΔλだけ変化させた際の板幅変化量ΔＷは
ΔＷ＝２ａ_１Δλ＋ａ_２（２）
となる。

テンションレベラー入側で検出された板幅Ｗi、目標板幅Ｗrefとすると、テンションレベラーで制御すべき板幅△Ｗは次式で示される。
△Ｗ＝Ｗｉ−Ｗref （３）
式（２）および式（３）より、テンションレベラーでの伸び率修正量△λ
△λ＝｛（Ｗｉ―Ｗref）−ａ_２｝／２ａ_１（４）
が求まる。これを用いて、テンションレベラーの伸び率をフィードフォワード制御すればよい。

なお、上記フィードフォワードの板幅制御であっても、式（１）の精度が悪い場合や、材質に外乱がある場合にはこの板幅制御の精度が悪くなる場合がある。そこで、テンションレベラー出側で検出された板幅（Ｗｏ）、目標板幅（Ｗref）とするとテンションレベラーで追加制御すべき板幅（△Ｗo）は次式で示される
△Ｗｏ＝Ｗｏ−Ｗref （５）
これに伴う伸び率の追加制御をすべき修正量は
△λ＝｛（Ｗo―Ｗref）−ａ_２｝／２ａ_１（６）
で求まる。これを用いて、テンションレベラーの伸び率をフィードバック制御すればよい。

上記の発明ではＷrefは一定すなわち冷間タンデム圧延機のコイル内の板幅変動はないものとして制御している。しかしながら、冷間圧延の加減速をする非定常状態のときに、冷間タンデム圧延機のコイル内変動は無視できない場合がある。これを改善する方法として、コイル内での冷間タンデム圧延機の幅変動を予め考慮し、それに応じてＷrefをコイル内で変化させる方法がある。例えば加速中にはスタンド間張力が増加するのでＷrefを大きくし、減速中にはスタンド間張力が減少するので、Ｗrefを小さくする。当然のことながらこの際コイル内のトラッキングを行いその位置に応じたＷrefとすることはいうまでもない。

例えば，鋼種および圧下スケジュール毎にスリットをした板幅一定の試験コイルを用いて予め実験を行いコイル長手方向の冷間タンデム圧延機における板幅変化を調査する。その結果、コイルの接合部，加速部，定常部，減速部，接合部において冷間タンデム圧延後の圧延されたコイルの板幅が長手方向にどのように変化するかを把握することができる。接合部、加速部、定常部、減速部および接合部の速度パターンは一定であるので、圧下スケジュールが分かればそれに対応する圧延前のコイルの長手方向のどの位置が圧延後のどの位置に対応するかは容易に推定できる。従って、上記の板幅一定のコイルを冷間タンデム圧延した際に生じる板幅変化分だけ、テンションレベラーで逆方向に板幅を修正することによって冷間タンデム圧延後に一定の板幅のコイルを容易に製造することができるようになる。

本発明は鋼、またはアルミニウム、チタン、銅などもしくはこれらの合金からなる金属ストリップの冷間タンデム圧延に適用される。また、上記形態に限られるものではない。例えば、入出側ブライドルロールの回転速度を調整してテンションレベラー入出側の板速度差を与え、伸び率を調整するようにしても良い。ＰＬＧに代えて接触式または非接触式板速度計で伸び率差を検出してもよい。また、板幅検出器は入側ブライドルロールの入側に、あるいは出側ブライドルロールの出側に設けてもよい。

使用した冷間圧延設備は、図１と同じものである。使用した材料は、板厚２．８ｍｍの熱延鋼板を酸洗し、板幅両端をトリムしていない、製品板幅１２５０ｍｍの金属ストリップ（耳付き材）である。この金属ストリップの板幅は圧延方向に片側で約±５ｍｍ（実板幅１２５５ｍｍ〜１２６５ｍｍ）の長周期的な変動を有している。

従来技術として、上記テンションレベラーを使用せずに冷間タンデム圧延機で圧延した。その結果、冷間タンデム圧延機出側の板幅は片側で約±６ｍｍ（実板幅１２５４ｍｍ〜１２６６ｍｍ）の長周期的な変動を有していることが分かった。

本発明として、テンションレベラーの入側で板幅Ｗiを検出し、予め設定した板幅基準値Ｗrefとの偏差△Ｗ＝Ｗref−Ｗiに基づいて、テンションレベラーにおける該金属ストリップの伸び率をフィードフォワード制御した。その結果、冷間タンデム圧延後の金属ストリップの板幅は圧延方向に片側で約±２ｍｍ（実板幅１２５４ｍｍ〜１２５８ｍｍ）の長周期的な変動に制御されていることが分かった。

さらに、上記フィードフォワード制御しているレベラーに対して、テンションレベラーの出側で板幅Ｗoを検出し、予め設定した板幅基準値Ｗrefとの偏差△Ｗ＝Ｗref−Ｗoに基づいて、テンションレベラーにおける該金属ストリップの伸び率のフィードバック制御を追加制御した。その結果、冷間タンデム圧延後の金属ストリップの板幅は圧延方向に約±１．５ｍｍ（実板幅１２５４ｍｍ〜１２５７ｍｍ）の長周期的な変動に制御されていることが分かった。

一方、上記幅の金属ストリップについて、従来、通板速度の増減によって３ｍｍの板幅の差が生じていたが、本発明のＷrefをコイル内で変化させる方法によって、通板速度の増減によっての板幅の差は０．５ｍｍ程度まで制御できた。
したがって、従来では１２５０ｍｍの製品を製造する際にトリム代が単純平均で１０ｍｍであったものが、本発明によってトリム代は単純平均で６ｍｍ以下に減少させることが可能となり、歩留りを０．３２％（３／１２５０）以上向上させることができた。

本発明の冷間圧延設備の一例を模式的に示す設備構成図である。

符号の説明

１酸洗設備５テンションレベラー
１０レベリングユニット１２下ワークロール群
１３上ワークロール群１５ロール押し込み装置
１７ロール押し込み量検出装置２０入側ブライドルロール
２１〜２３入側ブライドルロールを構成するロール
２５ブライドルロール駆動モーター２６差動可変速装置
２８ストレッチングモーター３０出側ブライドルロール
３１〜３３出側ブライドルロールを構成するロール
４１、４２ＰＬＧ４４、４５板幅検出装置
４８板幅制御装置５０冷間タンデム圧延機
５１〜５５圧延スタンド５６ワークロール
５７バックアップロール６１〜６５ワークロールベンダー
７０カローゼルリール

Claims

酸洗設備および冷間タンデム圧延機を備えた冷間圧延設備において、押し込み量制御手段を有するレベリングユニットの入側に張力制御手段を有する入側ブライドルロールを、出側に張力制御手段を有する出側ブライドルロールをそれぞれ備えたテンションレベラーを前記酸洗設備と冷間タンデム圧延機との間に設けたことを特徴とする冷間圧延設備。
前記入側ブライドルロールの入側若しくは出側に金属ストリップの板幅を検出する板幅検出器を配置し、入側ブライドルロール及び出側ブライドルロールに通板速度を検出する速度検出器を配置したことを特徴とする請求項１記載の冷間圧延設備。
前記出側ブライドルロールの入側若しくは出側に金属ストリップの板幅を検出する板幅検出器を配置し、入側ブライドルロール及び出側ブライドルロールに通板速度を検出する速度検出器を配置したことを特徴とする請求項１記載の冷間圧延設備。
前記入側ブライドルロール及び出側ブライドルロールの入側若しくは出側に金属ストリップの板幅を検出する板幅検出器を配置し、入側ブライドルロール及び出側ブライドルロールに通板速度を検出する速度検出器を配置したことを特徴とする請求項１記載の冷間圧延設備。
請求項２または４記載の冷間圧延設備において、前記入側ブライドルロールの入側で検出した入側板幅Ｗiと予め設定した板幅目標値Ｗrefの偏差△Ｗiを演算し、予め実験によって求めた伸び率と該偏差△Ｗiとの関係式に基づき、該テンションレベラーにおいて金属ストリップの伸び率をフィードフォワード制御することを特徴とする冷間タンデム圧延方法。
請求項３または４記載の冷間圧延設備において、前記出側ブライドルロールの出側で検出した出側板幅Ｗｏと前記板幅目標値Ｗrefの偏差△Ｗｏに基づき、該テンションレベラーにおいて伸び率をフィードバック制御することを特徴とする冷間タンデム圧延方法。
請求項４記載の冷間圧延設備において、前記入側ブライドルロールの入側で検出した入側板幅Ｗiと予め設定した板幅目標値Ｗrefの偏差△Ｗiを演算し、予め実験によって求めた伸び率と該偏差△Ｗiとの関係式に基づき、該テンションレベラーにおいて金属ストリップの伸び率をフィードフォワード制御し、前記出側ブライドルロールの出側で検出した出側板幅Ｗｏと前記板幅目標値Ｗrefの偏差△Ｗｏに基づき、該テンションレベラーにおいて伸び率をフィードバック制御して、追加制御することを特徴とする冷間タンデム圧延方法。
鋼種及び圧下スケジュール毎に予め実験によって求めたコイル長手方向の冷間タンデム圧延機で変化する板幅変化の関係を用いて、上記冷間タンデム圧延機で変化する板幅を相殺するように同一コイル内の前記板幅目標値Ｗrefをコイル内で修正することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の冷間タンデム圧延方法。