JP2009541713A - 成形品上における補助物質の層を分析するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、成形プロセス、特に圧延プロセスの前及び／又は後に、成形品（４０）の表面、特に金属帯の表面における補助物質（５０）の層をさまざまな測定変数に関して分析するための方法に関する。本発明に係る方法では、前記補助物質（５０）の前記分析が、分光分析を用いてオンラインで実施される。また、本発明は、本発明に係る前記方法を実施するための装置に関する。

Description

本発明は、成形プロセス、特に圧延プロセスの前及び／又は後に成形品の表面、特に金属帯の表面における補助物質の層をさまざまな測定変数に関して分析するための方法に関する。また、本発明は、成形品の表面における補助物質の層に関するサンプリング信号を生成するための少なくとも１つの検出機構と、補助物質のさまざまな特定の測定変数に関して該検出機構によって生成されたサンプリング信号を分析するための分析機構とを具備する装置に関し、その際、この検出機構は、成形機構、特に圧延スタンドの前及び／又は後に配置されている。

一般的に、成形工程では、圧延品とロールとを十分に分離するために補助物質を用いる必要がある。この分離が所望の通り行えない場合、成形に関与する両者が金属接触し、互いに対して相対移動することによって、圧延品の所望の表面構造を実現することができない。

また、従来技術によって、この種の幾つかの方法が公知である。

特許文献１によって、熱間広幅ストリップ路又は冷間ストリップ路の圧延スタンドにおけるそれぞれ上部ロールと下部ロールとの間の摩擦比を制御するための装置及び方法が公知である。この方法の実質的な特徴は、圧延スタンドの流入側において、噴霧機構が圧延品のストリップ上面及びストリップ下面に所定量の液体を吹き付け、フィードバック制御機構が液体の定量及び放出をフィードバック制御し、その際、制御変数として、下部ロール及び／又は上部ロールの実際の圧延トルクについて事前に取得された変数又は算出された変数が用いられることである。この種の方法によって特に実現しようとしていることは、圧延品のストリップ上面と上部ロールとの間においても、圧延品のストリップ下面と下部ロールとの間においても、生じる摩擦比をほぼ等しくさせることによって、圧延プロセスの効率を向上させ、また、上部ロールと下部ロールとの摩耗を回避し、さらに、厚さの減少が比較的大きい場合にしばしば生じやすい振動傾向を低減させることである。

この方法及びその他の公知の方法では、基本的に、工程段階を節約することによって高品質の金属圧延ストリップの、より高い生産性を実現することが求められており、その際、より安定した圧延プロセス、特にロールギャップにける摩擦適合によって、ストリップの品質を向上させることが可能にならなければならない。そのために、本出願人による、古い優先権を有する、出願公開されていない特許文献２で提案されることは、流入側において、複数のプロセスデータに基づいて、高い水分を含まず、粘性の管理された最少量の純粋潤滑剤が、連続的にオンラインで物理計算モデルを通じて定量しながら塗布されることである。

これにより、より安定した圧延プロセスが得られ、特に、ロールギャップにおける摩擦適合が可能となる。また、有利には、後から残留オイルを除去する必要がなくなり、従って、それ以上の工程段階が省かれる。なぜなら、最少潤滑が意味することは、流入側において塗布される潤滑剤の量が、所望の生産品質を達成するために必要な量のみであり、また実際にその量しか圧延プロセス中に消費されないということだからである。さらに、油乳濁液の処理のための機構及びコストが不必要となる。

独国特許出願公開第１９７４４５０３号明細書 独国特許出願第１０２００５０４２０２０号明細書

従って、本発明の課題は、出願公開されていない前記特許文献２によって公知の方法と、この方法を実施するための適当な装置とを、従来の長所を維持しながら発展させて、具体的かつ適切な測定方法と、成形品上における補助物質を判定するための装置とを提示することである。

本発明において、この課題は、方法に関しては、補助物質の分析が分光分析を用いてオンラインで実施されることで解決される。また、本発明において、上記課題の装置に関しては、分析機構がオンラインの分光分析機構として構成されていることによって解決される。

補助物質という概念は、本明細書においては一貫して、成形プロセス、特に圧延プロセスにおいて、成形品と成形装置との間、特にワークロールとの間の十分な分離を保証するために用いられる物質を表す。

請求項１において、成形品上における補助物質を分析するための３つの異なった形態が請求される。すなわち、成形プロセス前の分析、成形プロセス後の分析、及び、成形プロセス前後の分析が請求される。

成形プロセスにおいて流入前に成形品上の補助物質を分析することによって、有利には、例えば、塗布を均一に、あるいは、場合によっては意図的に不均一に行うかどうか、といった点において、補助物質の塗布法の品質管理を行うことが可能となる。

成形プロセス後に成形品の表面に残っている残留量を一回のみ分析することで、有利には、一方では、この残留量が多すぎるか、少なすぎるか、許容できるかを判定でき、それに応じて、成形プロセス前に成形品に塗布される補助物質の量を低減、増大又は不変のままにすることができる。成形プロセス後に成形品上の補助物質の化学組成について分析した結果は、有利には、成形プロセス前に成形品へ塗布する際の補助物質の組成及び／又は補助物質の温度を所望通りに調整するために用いることができる。

上記の第３の形態、すなわち、成形プロセスの前及び後に補助物質を分析する形態によって、有利には、成形プロセス中の補助物質の消費について推定することができる。一方ではまた、こうして求められた補助物質消費量によって、成形プロセス中の温熱条件を推定することが可能となる。消費量以外に、この分析では、分光分析を用いることによって、成形前の補助物質の化学組成と成形後の補助物質の化学組成とを比較することも可能となる。その際、この比較は、補助物質の所定の成分、例えば添加剤の消費について推定すること、あるいは、成形プロセス中の反応生成物の形成について推定することを可能にする。突き止められたこのような事象が望ましい場合、すなわち、成形に重要な物質が初めて成形プロセス中に形成されるような場合、それらの事象の発生を意図的に支援することができる。あるいは、突き止められた事象に早期に対処することもできる。

最後に、請求項１の特に有利な特徴として注目すべきことは、補助物質の分光分析がオンラインで実施されるという点である。従って、補助物質の分光分析の結果は、リアルタイムに利用可能であり、直接、すなわち、まだ成形プロセスが進行している間に、この成形プロセスを制御するためにこの結果を用いることができる。この制御は、シーケンス制御技術又はフィードバック制御技術によって成形装置を意図的に制御することによって実施されるか、又は、既述のように、塗布される補助物質を制御することによって実施される。

本発明の好ましい実施形態では、分光分析は、レーザー誘起時間分解分光分析、又は、赤外線領域における分光分析である。この方法は、補助物質の層を分析するために特に適した測定方法である。

本発明の別の態様では、補助物質が、例えば、潤滑剤、冷却潤滑剤、調質圧延剤又は湿式調質圧延剤であることが想定されている。

好都合には、本発明の別の態様では、補助物質の、分析される測定変数が、例えば、単位面積当たりの補助物質の量、補助物質の組成、成形品上における補助物質の分布の均一性、及び／又は、補助物質の層厚である。この場合に得られる効果は、上述の諸形態の場合と同様である。

本発明の別の態様では、好ましくは、測定変数が、制御変数として少なくとも１つのフィードバック制御回路に供給され、このフィードバック制御回路が、所定の設定値に従って成形品への補助物質の塗布を実施する。その際、制御変数の設定値は、既知の成形プロセスに基づく場合、成形プロセス自体において所定の成形パラメータを調整できるように、及び／又は、成形された成形品においてそれぞれ所望のレベルの品質特性を実現できるように事前設定されている。制御可能な成形パラメータは、好ましい態様では、例えば、圧延力の大きさ又は成形機構におけるロールの振動の強さである。

本発明の別の態様では、補助物質について望ましくない組成、又は不良の組成、例えば汚染された組成が検知された場合に、フィードバック制御回路が、補助物質を構成しているさまざまな成分の入った貯蔵容器にアクセスし、それに続いて、補助物質の組成に関する所定の設定値に従って補助物質を混合することができるように、あるいは、成形プロセスの進行中に補助物質の組成を調整することができるように構成されている。

好都合には、本発明の別の態様では、設定値を算定するために、成形プロセスが数学モデルによってシミュレートされる。

本発明の別の態様では、成形された成形品に関する品質特性が、例えば、成形品の平面度、成形品の光沢又は成形品の組織、特にヘリンボーンパターンの不存在であることが想定されている。

本発明の本方法に関する別の態様では、目的に応じて、補助物質の個々の成分にマーカー物質又はトレーサー物質が添加されていることが想定されている。これらのマーカー物質及び／又はトレーサー物質は、所望通りに、補助物質の個々の成分に添加することができ、これにより、信号強度を適切に適合させることが可能である。

本発明の装置に関する１つの好ましい実施形態では、サンプリング中に成形品上における補助物質に照射を行うための少なくとも１つの照射手段が設けられている。この照射によって、マーカー物質あるいはトレーサー物質の作用が活性化又は増強されて、一般的に検出が改善され、従って、例えば、圧延方向に対して横方向における補助物質の量的分布又は組成分布に関する分光分析の結果も改善される。

検出機構又は照射源がそれぞれただ単に成形機構の前方及び／又は後方に存在し、成形品の幅と比較して小さい寸法を有するとき、有利であるのは、検出機構又は照射源が圧延方向に対して横方向に走行可能に構成されており、これにより、補助物質の検出及び分析が成形品の全幅にわたって可能である場合である。検出機構が複数の照射部材という形でロールギャップの前方及び／又は後方に構成されている場合、これらの照射部材は、必ずしも走行可能である必要はない。ただし、有利であるのは、これらの照射部材が、成形品の上方において圧延方向に対して横方向にも分散して配置されており、これにより、成形品の全幅にわたって補助物質の分析が行える場合であろう。検出機構又は検出部材は、好ましくは、スキャナーとして構成されている。

最後に、本発明のもう１つの態様では、分析機構が、本方法に関する請求項のいずれか１項に従って本方法を実施できるように構成されていることが想定されている。

本明細書には４つの図が添付されている。

本発明の第１の実施例を示す。 検出機構の構成に関する別態様を示す。 本発明の第２の実施例を示す。 本発明の第３の実施例を示す。

本発明について、以下において、実施例の上記図面を参照しながら詳述する。全ての図において、同じ技術部材には同一の符号が付されている。各符号の添字「−ｌ」又は「−ｒ」は、当該の部材が、圧延方向Ｒに向かって、成形機構２０の前方（−ｌ）又は後方（−ｒ）のいずれに配置されているのかを示す。簡略のために、具体的な状況を説明するために必須であると思われる場合を除き、原則として、以下の説明において符号はこれらの添字なしで用いる。

本発明は、広くは、成形プロセスに供給される成形品の表面における補助物質の層を分析するための方法及びそれに対応する装置に関する。

図１は、それの第１の実施例を示す。具体的には、図１には、成形機構２０が、圧延機として模式的に示されている。この成形機構２０には、成形のために、例えば厚さを低減するために、成形品４０が供給される。成形品４０は、圧延方向Ｒに成形機構２０の中を通過する。

成形プロセスを簡略化するために、及び、所定の品質特性、例えば平面度、光沢、組織又はヘリンボーンパターンの不存在などの特性に関して成形プロセス後の成形品４０の品質を改良するために、成形品４０には、成形機構２０へ入る前に、噴霧ノズル列３０によって補助物質５０が供給される。補助物質としては、例えば、潤滑剤、冷却潤滑剤、調質圧延剤又は湿式調質圧延剤などが考えられる。補助物質は、図１に示されているように、成形品４０の上面又は下面（下面については図示されていないが、これは、以下の全ての実施例について同様である）に塗布することができる。

本発明の、図１に示された第１の実施例では、成形品４０の表面に塗布された補助物質は、本発明に係る装置１０によって分析される。その後、補助物質は、成形品４０と共に成形機構２０の中へ入る。本発明に係る装置１０は、成形品４０の表面における補助物質５０の層に関するサンプリング信号を生成するための検出機構１２を備える。検出機構１２としては、例えば、スキャナーが考えられる。

図２は、検出機構１２の立体的な構成に関する実施例を示す。典型例として、そこでは、検出機構を、個々の検出素子１２’、１２”…で、好ましくはスキャナー素子で構成することができ、これらの素子は、圧延方向Ｒに対して横方向成分を有する線Ｌ上に位置固定して配置されている。あるいは、検出機構１２は、ただ１つのスキャナー素子で構成することもできる。しかし、この場合、スキャナー素子は、圧延方向Ｒに対して横方向成分を有して、従って、成形品４０の幅方向に走行可能であることが好ましい。どちらの構成も、例えば、圧延方向Ｒに対して横方向における補助物質の量的分布又は温度分布、あるいは補助物質の化学組成の分布を知るために用いられる。

さらに図１から分かるように、検出機構１２によって生成されたサンプリング信号は、分析機構１４に供給され、分析機構によって評価される。分析機構は、分光分析機構であり、例えば、赤外線領域において、又は、レーザー誘起時間分解蛍光分光分析の原理に従って動作する。分析機構１４は、検出機構１２が受信したサンプリング信号を、補助物質５０のさまざまな測定変数について評価する。分析されるこれらの測定変数は、例えば圧延方向Ｒに対して横方向についても含んだ、例えば、単位面積当たりの補助物質の量、補助物質の化学組成、成形品４０上における補助物質の分布の均一性、及び／又は、成形品４０上における補助物質５０の層厚である。

補助物質が成形機構２０の中へ入る前に、図１に示された第１の実施例に従って図２との関連で述べた検出機構を用いて補助物質５０を分析することによって、有利には、例えば、補助物質が、幅方向、すなわち圧延方向Ｒに対して横方向に所望通りに成形品４０の表面に塗布されているかどうかを管理することができる。一般的に、均一で同質の分布が望ましい。しかしまた、目的に応じて不均質な分布が望ましい場合もある。分布は、特に、塗布された補助物質５０の層厚に関係する。しかしまた、分布は、補助物質の局所的な組成に関連する場合もある。分析機構１４によって実施された分光分析から、所望の量的分布とは異なる分布であることが明らかになった場合、図１に示された配置では、例えば、噴霧ノズル列３０の個々の噴霧ノズルを選択的にオン又はオフに切り替えることによって、意図的に噴霧ノズル列３０に作用を与えることができる。必要であれば、塗布された補助物質の化学組成に作用を加えて調整することが可能である。これは、適当な貯蔵容器にアクセスすることを介して、この補助物質の各成分を補助物質に適当な量だけ添加することによって実施される。本発明ではサンプリング信号の分光分析がオンラインで実施されるので、例示した上記の調整介入を、成形プロセス中にもほぼリアルタイムに実施することができる。

サンプリング工程中に、成形品４０の表面の補助物質５０は、好ましくは、照射手段１６によって照射され、これにより、検出機構による補助物質の測定変数の検知を改良することができる。

図３は、本発明の第２の実施例を示す。この場合、本発明に係る装置１０は、圧延方向Ｒに向かって成形機構２０の後方にのみ配置されている。この位置に装置１０があることによって、成形プロセス経過後に成形品４０の表面の補助物質５０を分析することが可能となる。特に、成形プロセス後に表面に残る補助物質の残留量を求めることが可能である。この残留量の情報は、有利には、例えば、補助物質５０の量に関するフィードバック制御部に送ることができる。フィードバック制御部は、成形機構の前方において供給される補助物質の量を例えば最少量潤滑のために制御する。最少量潤滑が秀でている点は、成形機構２０の入口側において塗布される補助物質の量が、成形プロセスの間に必要とされる量のみであるということである。当然ながら、また、成形機構２０の後方で補助物質５０を分析することによって、補助物質５０の化学組成を分析することも可能となり、さらに、必要であれば、化学組成の調整を行うことも可能である。図１との関連で既に触れたように、化学組成は、当該の貯蔵容器にアクセスすることで、補助物質の個別成分の分量を目的に応じて調節することによって、所望通りに制御することができる。また、補助物質に汚染物が含まれていた場合、汚染物を即座に検知し、必要であれば、除去することが可能である。補助物質５０の汚染は、例えば、成形プロセス中に成形機構２０において補助物質５０と混合される圧媒液によって生じることがある。

また、成形プロセス後に成形品４０の表面に残る補助物質の残留物の化学組成に関する情報に基づいて、目的に応じて補助物質の温度に作用を加えることもできる。

最後に、図４は、本発明の第３の実施例を示す。この実施例は、実質上、第１の実施例と第２の実施例とを組み合わせたものである。この組み合わせが見て取れるのは、この第３の実施例では、本発明に係る装置１０が、成形機構２０の前方にも後方にも配置されているという点である。この装置が両側に配置されていることによって、補助物質５０に関する上述の測定変数を成形プロセスの前にも後にも求めることができ、さらにそれらを互いに比較することが可能となる。例えば、成形機構２０の前方及び後方において検出された補助物質５０の量から、成形プロセス中の補助物質の消費量を推定することができる。一方、この消費量によって、成形プロセス中の温熱条件を推定することが可能となり、この温熱条件によって、成形プロセスをより正確に知ることで、成形プロセスを通過した後の成形品４０の品質を推定すること、すなわち、成形品の光沢、平面度、組織又は粗度深さを推定することが可能となる。

成形機構２０の前及び後の補助物質５０の化学組成を比較することによって、成形プロセス中における所定の添加物の消費又反応生成物の形成について推定することが可能となる。このような事象に対抗措置を講ずることが可能であり、また、全く意図的にこのような事象を支援することも可能である。後者は、成形に重要な物質が初めて成形プロセス中に形成されるような場合に当てはまる。

今上で述べた比較動作を実施するために、及び、補助物質５０又は成形プロセスに対するそれぞれ適切な制御を実施するために、比較機構あるいはフィードバック制御機構が必要である。この機構は、図４において符号７０で示されている。

フィードバック制御機構７０は、特に、成形品４０に関する上述の事前に定められた品質特性について、成形プロセスの数学モデルに基づいて成形プロセス全体を適切にフィードバック制御できるように構成されている。これらの品質特性を実現するために、実際値を示す適切な測定変数が、フィードバック制御機構７０に供給され、通例、所定の設定値と比較される。また、本発明に係る評価機構１４によって得られた上記の測定変数、例えば、単位面積当たりの補助物質５０の量、補助物質の温度、補助部質の化学組成、又は成形品の表面における補助物質の分布などの測定変数が、フィードバック制御機構７０に供給され、成形プロセスの数学モデルを考慮しながら適切に評価される。図４の測定器６０は、フィードバック制御機構７０に対する入力変数としてのその他の測定変数を測定し、典型例としては、分析機構１４によって提供されない測定変数を提供する。成形品の所望の品質特性を実現するために、フィードバック制御機構７０は、受け取った測定変数を評価した後、成形プロセスの数学モデルを用いて適切に成形プロセスに作用を与えるように構成されている。この作用は、従来、特に、成形機構２０における圧延力を調整することによって加えられるが、この制御は、本発明では、既に諸実施例を参照しながら述べたように、塗布される補助物質５０の量、化学組成、分布又は温度に関する制御であってもよい。

Claims (15)

1. 成形プロセス、特に圧延プロセスの前及び／又は後に、成形品（４０）の表面、特に金属帯の表面における補助物質（５０）の層をさまざまな測定変数に関して分析するための方法において、
   前記補助物質（５０）の前記分析が、分光分析を用いてオンラインで実施されることを特徴とする方法。
2. 前記分光分析が、レーザー誘起時間分解蛍光分光分析又は赤外線領域における分光分析であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記補助物質（５０）が、例えば、潤滑剤、冷却潤滑剤、調質圧延剤又は湿式調質圧延剤であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記補助物質（５０）の、前記分析される測定変数が、例えば、単位面積当たりの該補助物質の量、該補助物質の温度、該補助物質の組成、前記成形品（４０）上における該補助物質の分布の均一性、及び／又は、該補助物質の層厚であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記測定変数が制御変数として少なくとも１つのフィードバック制御回路に供給され、該フィードバック制御回路が、前記成形品（４０）上における前記補助物質（５０）の塗布を、事前設定された設定値（Ｓｏｌｌ）に従って実施し、その際、該設定値は、既知の成形プロセスに基づく場合、成形プロセス自体において所定の成形パラメータを調整できるように、及び／又は、成形された成形品においてそれぞれ所望のレベルの品質特性を実現できるように事前設定されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記制御可能な成形パラメータが、例えば、圧延力の大きさ又はロールの振動の強さであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記補助物質について望ましくない組成、又は不良の組成、例えば汚染された組成が検知された場合に、前記フィードバック制御回路が、前記補助物質を構成しているさまざまな成分の入った貯蔵容器にアクセスし、それに続いて、前記補助物質の組成に関する前記事前設定された設定値に従って補助物質を混合することができるように構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記設定値を算定するために、前記成形プロセスが数学モデルによってシミュレートされることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 成形された前記成形品に関する品質特性が、例えば、該成形品の平面度、該成形品の光沢又は該成形品の組織、特にヘリンボーンパターンの不存在であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記補助物質の個々の成分に、目的に応じて、マーカー物質又はトレーサー物質が添加されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 成形品（４０）の表面、特に金属帯の表面における補助物質（５０）の層に関するサンプリング信号を生成するための少なくとも１つの検出機構（１２）を具備し、その際、該検出機構（１２）が、成形機構（２０）、特に圧延スタンドの前方及び／又は後方に配置されており、及び、
    前記検出機構（１２）によって生成されたサンプリング信号を、前記補助物質（５０）に対するさまざまな特定の測定変数に関して分析するための分析機構（１４）を具備する装置において、
    前記分析機構（１４）がオンライン分光分析機構として構成されていることを特徴とする装置（１０）。
12. 前記サンプリング中に前記成形品（４０）上における前記補助物質に照射を行うための少なくとも１つの照射手段（１６）を有することを特徴とする請求項１１に記載の装置（１０）。
13. 前記検出機構（１２）が複数の検出素子（１２’、１２”）を有し、該検出素子が、前記成形品上において、圧延方向（Ｒ）に対して横方向成分を有する方向に延びる線（Ｌ）上に配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置（１０）。
14. 前記検出機構（１２）がセンサであることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の装置（１０）。
15. 前記分析機構（１４）が、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法を実施できるように構成されていることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の装置（１０）。

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