JP2008511445A - 金属ストリップの矯正方法と矯正機 - Google Patents

Abstract

金属ストリップ（１）を、移送方向（Ｒ）に矯正機（２）を通して運搬し、それにより矯正する方法であって、矯正機（２）内で、金属ストリップ（１）に、一定数の矯正ロール（３）により金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対して矯正力（Ｆ）を加える、金属ストリップの矯正方法において、金属ストリップ（１）を矯正機（２）に投入する前に、金属ストリップ（１）の厚さ（ｄ）を検出して、検出した厚さ（ｄ）に従って、金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対する矯正ロール（３）の位置決め（ａ）を行うものである。

Description

この発明は、金属ストリップを、移送方向に矯正機を通して運搬し、それにより矯正する方法であって、矯正機内で、金属ストリップに、一定数の矯正ロールにより金属ストリップの表面と垂直な方向に対して矯正力を加え、金属ストリップを矯正機に投入する前に、金属ストリップの厚さを検出して、検出した厚さに従って、金属ストリップの表面と垂直な方向に対する矯正ロールの位置決めを行い、矯正機の出口側で、金属ストリップの表面と垂直な方向に対する矯正された金属ストリップの理想的な線からの湾曲傾向と偏差を検出する測定を行い、その湾曲傾向と偏差に従って、金属ストリップの表面と垂直な方向に対する矯正機の位置決めを行い、金属ストリップが矯正プロセス後に出来る限り平坦になるようにする、金属ストリップの矯正方法に関する。

鋼板を製造及び処理する設備では、鋼板は、通常更なる加工又は処理のためにコイルで設備に供給され、次に入口部分に投入されて、展開され、そのようにして処理のために設備内を通されている。金属ストリップは、アンコイラから設備内に移送される。そのためには、曲がったストリップの始端を真っ直ぐにして、ストリップの設備の入口部分への嵌入を可能にするとともに、場合によってはストリップの始端におけるスクラップ片を支障無く搬出することを可能にしなければならない。

その場合、ストリップ処理の品質とストリップのストリップとしての品質は、最初に巻き取られたストリップを平坦な、即ち、平らな状態に持って行くことを如何に巧く実行するかに掛かっている。そのために、一定数の矯正ロールを用いたストリップの押圧により、当初は未だでこぼこに延びていたストリップを平坦なストリップ状態に持って行く矯正機が知られている。

従って、矯正時の好適な手順によって、矯正プロセス後において、出来る限り高い平坦度が得られることを保証する必要が有る。ロール式矯正機として構成された矯正機では、大抵は三つから七つのロール又は圧延機が用いられている。ストリップ厚を調整するために、上記の矯正ロールは、金属ストリップの表面に対して垂直に調節又は設定することが可能である。そのために、電気式駆動機器又は機械式スピンドルストロークシステムが用いられ、時折偏心カムも用いられる。

特許文献１から、冒頭に述べた種類の方法が周知である。そこでは、金属ストリップが、矯正機に供給されて、そこで、出来る限り平坦になって再び矯正機から出て行くように、矯正されている。移送方向に対して矯正機の前で、板の厚さを測定している。矯正機の後には、金属ストリップのストリップ面と垂直な方向に対する湾曲を測定することができる距離測定器が配備されている。それにより、ストリップの平坦性に関する尺度を取得している。

同様な解決策が、特許文献２に記載されている。

特許文献３は、金属ストリップが通り抜けるストリップ処理装置を備えたストリップ加工ライン内で金属ストリップの横方向の曲がりを取り除く方法を開示している。その場合ストリップ加工ラインの領域で横方向の曲がりを検出して、その進入させる深さを調整することが可能な矯正ロールを用いて取り除いている。横方向の曲がりの除去は、ストリップ処理装置の直前のストリップ加工ラインの領域内で行われている。

特許文献４により、矯正機における金属ストリップの平坦性に関する偏差を矯正するための矯正ロールの位置制御変量の算出方法が周知である。そこに記載された方法は、先ずはストリップの平坦性に関する偏差の検出値から、ストリップ形状を示すのに適した形状関数の実際の係数を算出するものと規定している。次の、その実際の係数から、目標とする係数を計算する。最終的に、目標とする係数を矯正ロールの位置制御変量に変換している。

特許文献５は、ロール式矯正機の少なくとも一つの矯正ロールにおける矯正力を測定して、測定値にもとづき、矯正ロールの位置を調整する、金属ストリップの矯正方法を開示している。その場合、矯正ロール又はロール設備の回転軸に対して垂直な、或いは矯正機のフレームに作用する矯正力をそれぞれ測定することと、その測定値に応じて、生成される押圧力が変化する範囲内で矯正ロールを自動的に調整し直すこととを規定している。

特許文献６は、金属ストリップを上方と下方の互いにずらされた矯正ロールの間に移送して、その際交互に複数回曲げて、変形度合いを減少させる、金属ストリップの矯正方法を目指しており、その場合板の横断面と板の公称強度に応じて、所定の通り変形度合いを階段状に変化させるという意味において、矯正ロールを互いに位置決めすることが可能である。特に、矯正の間に、矯正ロールの矯正力を測定して、矯正力と板の横断面から、その時々の板の強度を算出し、その時々の板の強度に応じて矯正ロールの位置を持続的に補正するものと規定している。

その他の金属ストリップ用矯正機の構造に関する特別な解決策又はそれらの動作方法が、特許文献７〜１３から得られる。

これまで注目されなかった問題は、確かに矯正対象の金属ストリップの材料特性を考慮しているが、ストリップの厚さが変化するために、時として満足の行く矯正結果が得られていないということである。ストリップの始端又はストリップの終端が、ストリップの厚さに関する大きな変化を有するので、特に、圧延されないストリップの終端において、その矯正が問題である。一部には、金属ストリップの縦軸に渡って楔形又はそれどころか階段状の厚さの推移が存在し、その結果再現可能な矯正プロセスを実現することが非常に難しくなっている。
ドイツ特許公開第２１１７４８９号明細書 特開昭６２−２１４８２５号公報 欧州特許公開第１２７５４４６号明細書 ドイツ特許公開第１０２３０４４９号明細書 ドイツ特許公開第３８４００１６号明細書 ドイツ特許第３３０８６１６号明細書 欧州特許第０７６５１９６号明細書 欧州特許第１８２０６２号明細書 国際特許公開第０２／０７６６４９号明細書 ドイツ特許第３４１４４８６号明細書 ドイツ特許公開第４２１６６８６号明細書 欧州特許第００３５００９号明細書 特開平１１−１９２５１０号公報

以上のことから、この発明の課題は、簡単な手法で前述した欠点を克服する、即ち、縦軸に沿った金属ストリップの厚さの変化が大きい場合でも、高品質な矯正結果を保証することが可能である、冒頭に述べた種類の方法を実現することである。

この発明による課題の解決策は、湾曲傾向と偏差の検出を力の測定により行うことを特徴とする。

厚さの測定を簡単な手法で実行可能とするために、有利には、矯正ロールの前で十分な間隔を開けて測定を実施する。従って、改善構成は、移送方向に対して矯正ロールの前で厚さを測定する間隔と金属ストリップの移送速度を考慮して、時間を制御する形で矯正ロールの位置決めを行うものと規定する。即ち、ロール前での測定する間隔と移送速度により遅延時間を算出して、ロールの位置決めを制御する際に考慮するものである。

平坦度に関するストリップの高い最終品質を保証するために、矯正ロールの出口側で、金属ストリップの表面と垂直な方向に対して矯正された金属ストリップの理想的な線、即ち、理想的な中心面からの湾曲傾向と偏差を検出する測定を行うことと、その湾曲傾向と偏差に従って、金属ストリップの表面と垂直な方向に対する矯正ロールの位置決めを行って、金属ストリップを矯正プロセス後に出来る限り平坦にすることとを規定する。

湾曲傾向と偏差の検出を力の測定により行う場合、有利には、力の測定を、出口側に配置された矯正ロールにより行う。それに代わる解決策は、力の測定を、矯正ロールとは別の一つ以上のテンションローラによって行うものと規定する。

この発明による方法の別の改善構成は、矯正機での矯正プロセスの間に、矯正ロールによって加えられる矯正力の大きさを測定して、測定した矯正力に従っても、金属ストリップの表面と垂直な方向に対する矯正ロールの位置決めを行うことによって実現することができる。それにより、材料に依存した目標と実際の力の比較を実現することができる。

移送方向は、必要な場合逆転することができる。そのことは、矯正機後の矯正されたストリップが、所望の平坦性の要件を満たさない場合に有意義である。そのために、矯正機の入口側と矯正機の出口側の間で位置決め値を反転させて、移送方向を逆転させた場合に、位置決め値が、移送方向に対応するようにする。そうすることによって、ストリップの始端が、矯正機の入口側で最適な矯正結果となって現れるように、二回目に、逆転された移送方向において、その始端を矯正することができる。その場合、任意選択として、新ためて前方方向に三回目の矯正を行うか、或いは開いた機械を通して、ストリップの始端を転送することができる。

有利には、金属ストリップの表面と垂直な方向に対して矯正ロールを位置決めするのに好適な位置制御用アクチュエータを配備する。その場合、特に有利には、位置制御用アクチュエータを油圧式ピストン・シリンダーシステムとして構成するものと規定する。

最後に、矯正された金属ストリップの金属ストリップの表面と垂直な方向に対する理想的な線からの湾曲傾向と偏差を測定する手段を配備することができ、それらの手段は、移送方向に対して、金属ストリップが矯正機から排出された後に配置される。これらの手段は、矯正ロールとは別の一つ又は二つ（上，下）のテンションローラで構成することができる。

この発明によって、矯正対象の金属ストリップの厚さが大きく変化する場合でも、非常に良好な矯正結果を達成することが可能であり、そのことにより、製造された金属ストリップの品質全体が改善されるか、或いはストリップの製造が簡単化されて、プロセスが確かなものとなる。

この発明の実施例を図面に示す。

図１ａと１ｂで、矯正プロセスを受けるべき金属ストリップ１の側面図を見ることができる。圧延されていないストリップのストリップ始端の領域を図示している。移送方向Ｒと一致するストリップの縦軸に渡って金属ストリップ１の厚さｄが一定でないことが特徴的である。図１ａでは、金属ストリップ１が楔形に推移している場合を見ることができる。図１ｂは、ストリップ１の厚さが階段状に推移する場合を図示している。

このような金属ストリップの矯正は、極めて難しく、図２に図示したような矯正機２を用いて初めて効率的に行うことが可能となる。

金属ストリップ１は、移送方向Ｒに一定の速度ｖで矯正機２内を運搬される。矯正機２は、ロール式矯正機として構成されており、一定数の矯正ロール３を備えている。下に四つと上に三つの矯正ロール３が、それぞれ一つの支持体１５と１６に配置されている。両方の支持体は、金属ストリップ１の表面と垂直な方向Ｎに対して互いに相対的に動かすことができる。下方の支持体１６は、位置を固定して配置される一方、上方の支持体１５は、油圧式ピストン・シリンダーシステム形式の位置制御用アクチュエータ８により方向Ｎに動かすことができる。矯正ロール３の位置決めの動きは、符号ａで表されている。矯正ロール３を位置決めした場合、ロール間には、符号Ｆで示した力が作用し、その力が、金属ストリップ１の変形を引き起こし、その結果金属ストリップ１は、矯正機２から出た後高い平坦度を持つこととなる。

この場合、金属ストリップ１が、矯正機２の出口４後に実線で示した形状（理想的な線）となることを目指す。しかしながら、一般的に措置が十分でないと、金属ストリップ１は、理想的な線からの偏差ｘで表される、詳しくは破線で示された通りの上に反った、或いは下に反った湾曲傾向を持つことが予想される。

それを防止するためには、次の通り措置を実施する。移送方向Ｒに対して矯正機２の入口７の前に、好適な周知のセンサー形式の金属ストリップの厚さｄを測定する手段６を配置する。移送方向Ｒに対して測定した、センサー６と矯正ロールの中心間の間隔は、符号ｂで表されている。

センサー６は、金属ストリップ１の厚さｄを測定して、測定値をコントローラ９に転送する。測定した厚さｄに従って、アクチュエータ８による上方のロールの下方のロールに対する位置決めａを行う。この場合、金属ストリップ１が、測定された位置から矯正ロール３の位置に移動するまでに経過する遅延時間を考慮する。この遅延時間は、間隔ｂと移送速度ｖが分かれば容易に決定することができる。

位置決めａに関する正しい値を見い出すために、それに関するコントローラ９には、相応のアルゴリズムが保存されているか、或いは保存された曲線の推移にもとづき、正しい好適な弾性限界値とそれによりアクチュエータ８によって設定される位置決めａも決定される。

矯正機２の出口４には、金属ストリップ１の理想的な状態からの偏差ｘを検出するテンションローラ５が配置されている。測定した偏差値は、同様にコントローラ９に転送され、コントローラは、その内部に保存されているアルゴリズム又は曲線の推移により、それに対応して位置決めａを補正する。別個のテンションローラ５の代わりに、移送方向Ｒに対して最後の矯正ロール３’を用いて、この測定を行うこともできる。

図３では、矯正ロール３の位置決めａの制御に関する概略の制御構想を見ることができる。コントローラ９は、入力パラメータとして、センサー６から金属ストリップ１の測定された厚さｄを取得する。その他に、力又は圧力測定器１０により検出した矯正力Ｆもコントローラに導入される。コントローラ９は、別の入力パラメータとして、矯正機２の出口４で測定された、金属ストリップ１の表面と垂直な方向Ｎに対して測った金属ストリップ１の理想的な線からの測定偏差ｘを取得する。更に、コントローラ９は、データベース１７に保存されたストリップデータＤを利用することができることが示されている。

コントローラ９には、厚さｄ、偏差ｘ、矯正力Ｆ及びストリップデータＤに従って、最適な作業結果に必要な位置決めａを決定するアルゴリズム又はテーブルが保存されており、それは、関数による関係式ａ＝ｆ（ｄ，ｘ，Ｆ，Ｄ）で表されている。

それについて、図４で幾つかの制御技術に関する詳細を見ることができ、力又は圧力測定器１０が、油圧式アクチュエータ８に作用する圧力ｐを検出して、それを変換器１４により矯正力に変換することができる。データベース１７には、ストリップデータＤ、即ち、例えば、金属ストリップ１を構成する所定の材料に対する最適な変形値に関する情報が保存されている。データベース１７からの矯正力に関する最適な目標値は、測定値と比較され、その比較は、減算器１８で行われる。ゆっくりとした、例えば、オーバーライド式の力の制御器１１において、差分信号を処理し、次に、制限器１２を介して、別の減算器１９に供給する。力の制御器１１は、異なる動作状態を達成するために、停止可能な形で、例えば、力の制御器１１にスイッチを組み込むことにより実現することもできる。そこには、データベース１７からの目標とする位置決めａに関する最適値と位置決めａに関する測定値も入力される。差分信号は、制御器１３に供給されて、その制御器は、アクチュエータ８の位置決めａに関する設定値を出力する。

制御スキームに関する更なる詳細が、図５から得られる。この場合、データベース１７には、特に、金属ストリップ１の処理対象の材料の矯正プロセスに最適な弾性限界Ｓｔを与える曲線群とテーブルの両方が保存されている。データベース１７の左の領域には、所定のストリップ厚ｄに関して利用可能な弾性限界Ｓｔを規定する曲線群が示されている。この場合、熱間圧延ストリップの弾性限界は、冷間圧延プロセスの出発材料と冷間圧延ストリップの弾性限界から考慮することができる。センサー６は、金属ストリップ１の厚さｄの実際値（曲線群の考えられる始点と終点）を提供する。移送速度ｖと間隔ｂが分かると（図２参照）、金属ストリップ１が、厚さの測定位置から矯正ロール３の位置に達するまでの時間を決定することができる。そのことは、図５で速度ｖの関数としての遅延時間Ｔ_T により表されている。

厚さの実際値を用いて、データベース１７の左に図示された領域で最適な弾性限界を算出して、データベース１７の右に図示された領域に送る。保存されたデータ又は保存されたアルゴリズムにもとづき、所要の位置決めａと（移送方向Ｒと交差する向きに対する）金属ストリップ１の幅Ｂに関する矯正力Ｆを、厚さｄに従って決定することができる。

この値と実際の幅Ｂを乗算器２０で乗算すると、目標とする矯正力Ｆ_Sollが得られる。この値は、制御器２１に供給されて、減算器で実際の矯正力Ｆ_Ist を差し引かれる。それは、力又は圧力測定器１０と変換器１４により算出される。差分値は、制御器２２に供給され、その制御器は、その信号を制限器１２を介して減算器２３に供給する。

位置決めａの目標値は、データベース１７から出力されて、制限器２４を介して、同じく減算器２３に達する。そこには、その時点の位置決めａに関する測定値も入って来る。これらの信号の差分は、（主）制限器１３に供給されて、その制御器は、位置決めａに関する設定値を生成して、アクチュエータ８に伝達する。

この場合、一つのアクチュエータ８だけが図示されているが、有利には、支持体１５と１６の両方に、アクチュエータ８が一つずつ在る。この場合、回路構成は、二重化されている。

即ち、実施例では、ストリップ厚の連続的な測定が行われて、その結果が、説明した制御システムを介して、位置制御用油圧式シリンダーに供給される。その時点のストリップ厚は、厚さ測定用センサー６により検出されるとともに、それに必要な設定値は、位置制御用油圧式シリンダーにより提供されている。この閉じた制御ループは、矯正ロールの連続的な位置決めを保証して、それによりストリップ厚の影響を取り除いている。

金属ストリップ１の強度の影響を取り除くために、出口側での理想的な状態からの偏差も検出することを前提として、結果に応じた制御方法が用いられる。力又は圧力測定器１０の偏差又は加えられた圧力の測定から、最適な矯正結果を更に得るためには、どのようにしてフィードバック制御を実行しなければならないかという帰納的推理を行うことができる。それにより、矯正機２からの金属ストリップ１の極めて曲がりの無い出力が達成される。更に、油圧式シリンダーの位置決め用圧力を検出する。この圧力により、特に、ストリップ厚が分かっている場合に、材料特性に関する帰納的推理が可能となる。これらのデータも、位置制御に関して評価して、制御ループに組み入れることができる。

位置決め値とその推移は、データベース１７に集められ、それを用いて、別の金属ストリップ１の矯正時又は新しい設備の操業開始時に、矯正機２を予め設定するための開始値として使用することができる。

前記の（厚さｄ、偏差ｘ及び矯正力Ｆに関する）センサーの代わりに、その他の任意のセンサー、例えば、光学式測定器を用いることもできる。

金属ストリップの最終結果の側面の模式図 金属ストリップの最終結果の側面の模式図 金属ストリップを矯正するための矯正機の模式図 非常に重要な制御変量を図示した図２と同様の図面 矯正プロセスを実行するための制御ループの部分図 矯正プロセスを実行するための制御ループの詳細図

符号の説明

１ 金属ストリップ
２ 矯正機
３ 矯正ロール
３’ 矯正ロール
４ 出口側
５ テンションローラ
６ 厚さを測定する手段
７ 入口側
８ 位置制御用アクチュエータ
９ コントローラ
１０ 力又は圧力測定器
１１ ゆっくりとした力の制御器
１２ 制限器
１３ 制御器（Ｐ制御器）
１４ 変換器
１５ 支持体
１６ 支持体
１７ データベース
１８ 減算器
１９ 減算器
２０ 乗算器
２１ 制御器
２２ 制御器
２３ 減算器
２４ 制御器
Ｒ 移送方向
Ｎ 金属ストリップの表面と垂直な方向
Ｆ 矯正力
ｄ 金属ストリップの厚さ
ａ 矯正ロールの位置
ｂ 矯正ロール前の厚さを測定する間隔
ｖ 移送速度
ｘ 矯正された金属ストリップの偏差
Ｄ ストリップデータ（データベース）
ｐ 圧力
Ｓｔ 弾性限界
Ｂ 金属ストリップの幅

Claims (14)

1. 金属ストリップ（１）を、移送方向（Ｒ）に矯正機（２）を通して運搬し、それにより矯正する方法であって、矯正機（２）内で、金属ストリップ（１）に、一定数の矯正ロール（３）により金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対して矯正力（Ｆ）を加える、金属ストリップの矯正方法において、
   金属ストリップ（１）を矯正機（２）に投入する前に、金属ストリップ（１）の厚さ（ｄ）を検出して、検出した厚さ（ｄ）に従って、金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対する矯正ロール（３）の位置決め（ａ）を行うことを特徴とする方法。
2. 移送方向（Ｒ）に対する矯正ロール（３）前の厚さ（ｄ）を測定する間隔（ｂ）と金属ストリップ（１）の移送速度（ｖ）を考慮して時間を制御する形で、矯正ロール（３）の位置決めを行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 矯正機（２）の出口側（４）で、金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対する矯正された金属ストリップ（１）の理想的な線からの湾曲傾向と偏差（ｘ）を検出する測定を行うことと、
   その湾曲傾向と偏差（ｘ）に従って、金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対する矯正機（３）の位置決め（ａ）を行い、金属ストリップ（１）が矯正プロセス後に出来る限り平坦になるようにすることと、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 当該の湾曲傾向と偏差（ｘ）の検出を、出口側で金属ストリップ（１）に対して実施する距離測定により行うことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 当該の湾曲傾向と偏差（ｘ）の検出を、力の測定により行うことを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 当該の力の測定を、出口側に配置された矯正ロール（３’）により行うことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 当該の力の測定を、矯正ロール（３）とは別の少なくとも一つのテンションローラ（５）により行うことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 矯正機（２）での矯正プロセスの間に、矯正ロール（３）により加えられる矯正力（Ｆ）の大きさを測定して、測定した矯正力（Ｆ）に従って、金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対する矯正ロール（３）の位置決めを行うことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. 移送方向を逆転させた場合に、入口側と出口側の間で位置決め目標値を反転させて、その時点の移送方向に依存せずに、位置決め目標値を最適に設定することを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. 矯正機（２）が、金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対して矯正力（Ｆ）を加えることができる一定数の矯正ロール（３）を備えており、金属ストリップ（１）を、移送方向（Ｒ）に矯正機（２）を通して運搬し、それにより矯正する、金属ストリップの矯正機（３）において、
    移送方向（Ｒ）に対して金属ストリップ（１）の矯正機（２）への投入（７）前に、金属ストリップ（１）の厚さ（ｄ）を測定する手段を配置して、その結果を、矯正ロールの位置決め値を決定する際に利用することを特徴とする矯正機。
11. 金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対する矯正ロール（３）の位置決めに適した少なくとも一つの位置制御用アクチュエータ（８）を特徴とする請求項１０に記載の矯正機。
12. 位置制御用アクチュエータ（８）が、油圧式ピストン・シリンダーシステムとして構成されることを特徴とする請求項１１に記載の矯正機。
13. 移送方向（Ｒ）に対して金属ストリップ（１）の矯正機（２）からの出口（４）後に配置された、金属ストリップ（１）の表面と垂直な方向（Ｎ）に対する矯正された金属ストリップ（１）の理想的な線からの湾曲傾向と偏差（ｘ）を測定する手段を特徴とする請求項１０から１２までのいずれか一つに記載の矯正機。
14. 当該の湾曲傾向と偏差（ｘ）を測定する手段（５）が、矯正ロール（３）とは別の少なくとも一つのテンションローラから構成されることを特徴とする請求項１３に記載の矯正機。

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