JP2006159220A - 冷間圧延設備および冷間タンデム圧延方法 - Google Patents

冷間圧延設備および冷間タンデム圧延方法 Download PDF

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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=aλ+aλ+a(1)
a1〜a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=2aΔλ+a(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}/2a (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}/2a (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、42 PLG 44、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 (8)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
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