JP2006231395A - 熱間タンデム圧延機の張力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間タンデム圧延機にて鋼板を圧延する際に、粗圧延のように被圧延材の板厚が厚い領域でも、適切に張力制御を行うことができる熱間タンデム圧延機の張力制御方法を提供する。
【解決手段】Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクの変化と、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度の変化に基づいて、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４間の張力が所定の値になるように、Ｒ４圧延機１２の回転速度を調整する。
【選択図】図７

Description

本発明は、熱間タンデム圧延機にて鋼板を圧延する際の張力制御方法に関するものである。

熱間タンデム圧延機にて鋼板を圧延する際には、圧延機間の圧延速度（ロール回転速度）の不整合等があると、圧延中の被圧延材に張力が作用するため、その張力が所定の値（一般的には、無張力）になるように、張力制御が行われる。その張力制御方法としては、以下の方法がある。

（１）圧延機間に設置されたルーパのモータトルク実績か、それに設置された張力計実績等から被圧延材に負荷されている張力を測定し、その張力が所定の値になるように圧延機のロール回転速度を調整して張力を制御する方法（張力を直接測定する直接的方法、例えば、特許文献１参照。）。

（２）当該圧延機とその下流側圧延機の間で引張り力（正の張力）が作用すると、当該圧延機の圧延荷重・圧延トルクが減少し、押込み力（負の張力）が作用すると、当該圧延機の圧延荷重・圧延トルクが増加することから、下流側圧延機に被圧延材が噛み込む前に当該圧延機の圧延荷重・圧延トルクをロックオンし、下流側圧延機に噛み込んだ後の当該圧延機の圧延荷重・圧延トルクとロックオン時の圧延荷重・圧延トルクとを比較して、その差に基づいて当該圧延機等のロール回転速度を調整して張力を制御する方法（張力を直接測定しない間接的方法）。

一般的に、（１）の方法は、被圧延材の板厚が比較的薄い領域（仕上圧延機等）で適用され、（２）の方法は、被圧延材の板厚が厚い領域（粗圧延機）で適用される。
特開平０６−３３５７１８号公報

通常、粗圧延では、幅圧下装置（エッジャ）によって被圧延材を板幅方向に圧下して所定の板幅に圧延するが、その際に、被圧延材の板幅端部近傍が局部的に盛り上がって、ドッグボーンと呼ばれる形状になり、その後の板厚圧下によって、ドッグボーン部が板幅方向に戻る現象が生じる。そして、被圧延材に作用する張力が変動すると、その幅戻り量が変化し、板幅精度が悪化してしまうという問題がある。

この問題に対して、上記（１）の張力を直接測定する直接的方法による張力制御方法は、ルーパ設備が必要である上に、粗圧延のように被圧延材の板厚が厚くなると、被圧延材の自重が増し、張力の測定が困難になって、適用することができなくなる。

一方、上記（２）の張力を直接測定しないで、圧延荷重・圧延トルクの変化から間接的に張力を算出する張力制御方法は、粗圧延のように被圧延材の板厚が厚い領域でも適用することができるが、圧延荷重・圧延トルクの変化は、圧延機間のロール速度の不整合による張力変化に基づく場合以外に、被圧延材の温度変化による変形抵抗の変化や、圧延ロールの熱膨張によるロール径の変化（ロール隙の変化）によっても生じ、それぞれ張力変化への影響の仕方が異なることから、適切な張力制御を行うためには、圧延機間の圧延速度の不整合に基づく圧延荷重・圧延トルクの変化と、被圧延材の温度変化による圧延荷重・圧延トルクの変化と、圧延ロールの熱膨張による圧延荷重・圧延トルクの変化とを切り分けて、張力制御を行う必要がある。しかし、従来、その切り分けがなされておらず、適切な張力制御とはなっていなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、熱間タンデム圧延機にて鋼板を圧延する際に、粗圧延のように被圧延材の板厚が厚い領域でも、適切に張力制御を行うことができる熱間タンデム圧延機の張力制御方法を提供することを目的とするものである。

発明者らは、上流側の第１圧延機と、下流側の第２圧延機と、第１圧延機の入側の幅圧下装置（エッジャ）とを備えた熱間タンデム圧延機を前提にして、上記の問題について鋭意検討した結果、圧延機間のロール速度の不整合による張力変化に基づいて第１圧延機の圧延荷重・圧延トルクが変化した場合と、被圧延材の温度変化による変形抵抗の変化に基づいて第１圧延機の圧延荷重・圧延トルクが変化した場合と、第１圧延機の圧延ロールの熱膨張によるロール径の変化に基づいて第１圧延機の圧延荷重・圧延トルクが変化した場合とは、以下に述べるように、エッジャのロール回転速度の変化に基づいて切り分けることができることを見出した。

まず、圧延機間のロール速度の不整合による張力変化に基づいて第１圧延機の圧延荷重・圧延トルクが変化した場合は、マスフローバランス自体は崩れないので、第１圧延機の上流側にある幅圧下装置のロール回転速度には影響を及ぼさない。

これに対して、被圧延材の温度変化による変形抵抗の変化に基づいて第１圧延機の圧延荷重・圧延トルクが変化した場合、例えば、被圧延材の温度降下（サーマルダウン）による変形抵抗の上昇に基づいて第１圧延機の圧延荷重・圧延トルクが上昇した場合は、第１圧延機出側での被圧延材の板厚が増加し、それに伴って、第１圧延機入側の被圧延材の速度が速くなることから、エッジャのロール周速（すなわち、回転速度）も速くなる。その際、第２圧延機の圧延荷重・圧延トルクも第１圧延機と同様に上昇し、第２圧延機のロール隙も大きくなるが、板厚が薄いほど、変形抵抗変化の影響が大きいので、第１圧延機の出側板厚の増加割合に比べて、第２圧延機の出側板厚の増加割合が大きくなり、その分だけわずかにマスフローバランスが崩れて、第１圧延機と第２圧延機の間の張力は微増する。

また、第１圧延機の圧延ロールの熱膨張によるロール径の変化に基づいて第１圧延機の圧延荷重・圧延トルクが上昇した場合は、第１圧延機のロール隙が狭くなっているので、第１圧延機出側での被圧延材の板厚が減少し、それに伴って、第１圧延機入側の被圧延材の速度が遅くなることから、エッジャのロール周速（すなわち、回転速度）も遅くなる。その際、第２圧延機入側の板厚が減少することで、マスフローバランスが崩れ、第１圧延機と第２圧延機間の張力が増加する。

つまり、第１圧延機の圧延荷重・圧延トルクが増加した場合でも、圧延機間のロール速度の不整合によって圧延荷重・圧延トルクが増加した場合は、第１圧延機と第２圧延機間で被圧延材を圧縮する方向（押込み方向）に働く力（負の張力）が生じるが、被圧延材の温度降下によって圧延荷重・圧延トルクが増加した場合は、被圧延材を引張る方向に働く力（正の張力）がわずかに生じ、また、圧延ロールの熱膨張によって圧延荷重・圧延トルクが増加した場合は、被圧延材を引張る方向に働く力（正の張力）が生じることになり、それぞれの場合で、被圧延材に作用する張力の方向や大きさが異なることになる。そして、そのような張力の発生要因の違いによって生じる、張力の方向や大きさの違いは、エッジャのロール回転速度の変化に基づいて区別することができることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、以下の特徴を有している。

［１］上流側の第１圧延機と、下流側の第２圧延機と、第１圧延機の入側の幅圧下装置とを備えた熱間タンデム圧延機における張力制御方法であって、
第１圧延機の圧延荷重および／または圧延トルクの変化と、幅圧下装置のロール回転速度の変化に基づいて、第１圧延機と第２圧延機の間の張力が所定の値となるように、第１圧延機の回転速度を調整することを特徴とする熱間タンデム圧延機の張力制御方法。

本発明においては、第１圧延機の圧延荷重および／または圧延トルクの変化と、幅圧下装置の回転速度の変化に基づいて張力制御を行うので、圧延機間のロール速度の不整合、被圧延材の温度降下、圧延ロールの熱膨張といった張力の発生要因の違いによって生じる、張力の方向や大きさの違いを切り分けて、適切な張力制御を行うことができる。その結果、幅圧下後に板厚圧下した際の被圧延材の幅戻り量の変動が抑止され、良好な板幅精度を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態において用いる熱間タンデム圧延機の構成を示したものである。この実施形態において用いる熱間タンデム圧延機は、上流側のＲ４圧延機１２と、下流側のＲ５圧延機１４と、Ｒ４圧延機１２の入側のエッジャ（Ｅ４）１１と、Ｒ５圧延機１４の入側のエッジャ（Ｅ５）１３とを備えている。そして、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４でのタンデム圧延によって鋼板１０を板厚方向に圧下するとともに、Ｅ４エッジャ１１、Ｅ５エッジャ１３で鋼板１０を板幅方向に圧下するようになっている。なお、Ｅ５エッジャ１３は必ずしも備えている必要はない。

図２〜図６は、本発明の一実施形態における張力制御の基本的考え方を示した図である。図２〜図４において、（ａ）はＲ４圧延機１２入側での鋼板温度、（ｂ）および（ｃ）はＲ４圧延機１２における圧延荷重および圧延トルクの実測値、（ｄ）はＥ４エッジャ１１のロール回転速度の実測値、（ｅ）はＲ４圧延機１２とＲ５圧延機１４との間の張力の推定値、（ｆ）はＲ４圧延機１２の回転速度の制御目標変更量を示している。

まず、図２は、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４間のロール速度の不整合による張力変化に基づいてＲ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクが変化した場合である。

この場合は、図２（ａ）に示すように、Ｒ４圧延機１２での鋼板１０の温度は一定であるが、鋼板１０がＲ４圧延機１２を通過した後、Ｒ５圧延機１４に噛み込んだ時に、Ｒ５圧延機１４の回転速度が相対的に遅いと、図２（ｅ）に示すように、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４の間で押込み力（負の張力）が発生する。その結果、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重と圧延トルクが増加する。なお、図２（ｄ）に示すように、Ｒ４圧延機１２の上流側にあるＥ４エッジャ１１のロール回転速度は変化しない。

したがって、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重と圧延トルクが増加し、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度が変化しない場合は、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４間のロール速度が不整合であると判断でき、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４の間で負の張力が作用しているので、図２（ｆ）に示すように、Ｒ４圧延機１２の回転速度を下げて、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４の間が無張力となるように制御する。

なお、図２では、鋼板１０がＲ５圧延機１４に噛み込んだ時について図示したが、定常圧延中に何らかの理由によりＲ４圧延機１２とＲ５圧延機１４間のロール速度に不整合が生じた場合でも、同様の考え方が適用できる。

一方、図３は、鋼板１０の温度変化による変形抵抗の変化に基づいてＲ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクが変化した場合である。

この場合は、図３（ａ）に示すように、Ｒ４圧延機１２での鋼板１０の温度が下降すると、鋼板１０の変形抵抗の上昇によって、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクが上昇する。その結果、Ｒ４圧延機１２のロール隙が大きくなって、Ｒ４圧延機１２出側での鋼板１０の板厚が増加し、それに伴って、Ｒ４圧延機１２入側での鋼板１０の速度が速くなることから、図３（ｄ）に示すように、Ｅ４エッジャ１１のロール周速（すなわち、回転速度）も速くなる。その際、Ｒ５圧延機１４の圧延荷重・圧延トルクもＲ４圧延機１２と同様に上昇し、Ｒ５圧延機１４のロール隙も大きくなるが、板厚が薄いほど、変形抵抗変化の影響が大きいので、Ｒ４圧延機１２の出側板厚の増加割合に比べて、Ｒ５圧延機１４の出側板厚の増加割合が大きくなり、その分だけマスフローバランスが崩れて、図３（ｅ）に示すように、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４間の張力が微増する。

したがって、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重と圧延トルクが増加して、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度が増加した場合は、鋼板１０の温度変化により変形抵抗が変化したと判断でき、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４の間でわずかに正の張力が作用しているので、図３（ｆ）に示すように、Ｒ４圧延機１２の回転速度をわずかに下げて、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４の間が無張力となるように制御する。

また、図４は、Ｒ４圧延機１２の圧延ロールの熱膨張によるロール径の変化（ロール隙の変化）に基づいてＲ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクが上昇した場合である。

この場合は、図４（ａ）に示すように、Ｒ４圧延機１２での鋼板１０の温度は一定であるが、圧延ロールの熱膨張によってＲ４圧延機１２のロール隙が狭くなり、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクが上昇する。そして、Ｒ４圧延機１２出側での鋼板１０の板厚が減少するので、それに伴って、Ｒ４圧延機１２入側の鋼板１０の速度が遅くなることから、図４（ｄ）に示すように、Ｅ４エッジャ１１のロール周速（すなわち、回転速度）も遅くなる。その際、Ｒ５圧延機１４入側の板厚が減少することになるので、マスフローバランスが崩れ、図４（ｅ）に示すように、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４間の張力が増加する。

したがって、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重と圧延トルクが増加して、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度が低下した場合は、Ｒ４圧延機１２の圧延ロールの熱膨張によりロール径が変化したと判断でき、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４の間で正の張力が作用しているので、図４（ｆ）に示すように、Ｒ４圧延機１２の回転速度を上げて、Ｒ４圧延機１２とＲ５圧延機１４の間が無張力となるように制御する。

図５は、上述したような、ロール速度の不整合、被圧延材の温度降下、圧延ロールの熱膨張という張力の発生要因別に、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクの変化と、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度の変化に対して、想定されるＲ４圧延機１２とＲ５圧延機１４間の張力の変化と、それに基づいて行うＲ４圧延機１２の回転速度の変更とを模式的に示したものである。

そして、上記に基づいて、図６に示すような制御則が得られる。図６は、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクが増加した場合（Ｒ４荷重・圧延トルク変化＋）、減少した場合（Ｒ４荷重・圧延トルク変化−）と、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度が増加した場合（Ｅ４回転速度変化＋）、変化しなかった場合（Ｅ４回転速度変化０）、減少した場合（Ｅ４回転速度変化−）の各組み合わせに対応した、Ｒ４圧延機１２の回転速度（Ｒ４回転速度）の変更を模式的に示したものであり、下記のような制御則となる。すなわち、（Ｒ４荷重・トルク変化，Ｅ４回転速度変化）が、
（１）（＋，＋）の場合は、Ｒ４回転速度を微増する。
（２）（＋，０）の場合は、Ｒ４回転速度を減少する。
（３）（＋，−）の場合は、Ｒ４回転速度を増加する。
（４）（−，＋）の場合は、Ｒ４回転速度を減少する。
（５）（−，０）の場合は、Ｒ４回転速度を増加する。
（６）（−，−）の場合は、Ｒ４回転速度を微減する。

図７は、本発明の一実施形態における制御フローを示した図であり、上記のような基本的考え方に基づいて、以下のような手順によって張力制御を行う。

（Ｓ１）Ｒ４圧延機１２の圧延荷重等によって、鋼板１０がＲ４圧延機１１に噛み込んだことを検知する。

（Ｓ２）そこで、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクを測定して、その値をロックオンするとともに、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度を測定して、その値をロックオンする。

（Ｓ３）次に、Ｒ５圧延機１４の圧延荷重等によって、鋼板１０がＲ５圧延機１４に噛み込んだことを検知する。

（Ｓ４）そして、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクを測定して、（Ｓ２）でロックオンした圧延荷重・圧延トルクと比較して、その偏差を算出する。

（Ｓ５）同時に、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度を測定して、（Ｓ２）でロックオンした回転速度と比較して、その偏差を算出する。

（Ｓ６）次に、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクの偏差量と、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度の偏差量から、前述の基本的考え方に基づいて、Ｒ４圧延機１２の回転速度の補正量を演算する。

（Ｓ７）そして、（Ｓ６）で求めた回転速度の補正量で、Ｒ４圧延機１２の回転速度を補正する。

上記のようにして、この実施形態においては、Ｒ４圧延機１２の圧延荷重・圧延トルクの変化と、Ｅ４エッジャ１１のロール回転速度の変化に基づいて張力制御を行うので、圧延機間のロール速度の不整合、被圧延材の温度降下、圧延ロールの熱膨張といった張力の発生要因の違いによって生じる、張力の方向や大きさの違いを切り分けて、適切な張力制御を行うことができる。その結果、幅圧下後に板厚圧下した際の鋼板１０の幅戻り量の変動が抑止され、良好な板幅精度を得ることが可能となる。

上記の実施形態によって、熱間タンデム圧延機で鋼板を粗圧延した結果、粗圧延終了後の鋼板（粗バー）内の板幅偏差の平均が、従来は３ｍｍであったものが、１．５ｍｍに改善された。

本発明の一実施形態で用いる熱間タンデム圧延機の構成を示した図である。 本発明の一実施形態における張力制御の基本的考え方を示した図である。 本発明の一実施形態における張力制御の基本的考え方を示した図である。 本発明の一実施形態における張力制御の基本的考え方を示した図である。 本発明の一実施形態における張力制御の基本的考え方を示した図である。 本発明の一実施形態における張力制御の制御則を示した図である。 本発明の一実施形態における制御フローを示した図である。

符号の説明

１０ 鋼板
１１ Ｅ４エッジャ
１２ Ｒ４圧延機
１３ Ｅ５エッジャ
１４ Ｒ５圧延機

Claims (1)

1. 上流側の第１圧延機と、下流側の第２圧延機と、第１圧延機の入側の幅圧下装置とを備えた熱間タンデム圧延機における張力制御方法であって、
   第１圧延機の圧延荷重および／または圧延トルクの変化と、幅圧下装置のロール回転速度の変化に基づいて、第１圧延機と第２圧延機の間の張力が所定の値となるように、第１圧延機の回転速度を調整することを特徴とする熱間タンデム圧延機の張力制御方法。

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