JP2010184277A - 圧延機での振動防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延機において、生産性が低下することを回避しつつ異常振動を抑制する。
【解決手段】圧延機１００は、帯板１を巻き取り、巻き戻しする巻回リール６と、デフレクタロール４を経た帯板１を圧延するワークロール２と、ワークロール２をバックアップするバックアップロール３と、ロールを駆動するモータＭと、圧延速度を制御する速度制御装置８と、速度制御装置８に入力される目標速度を繰り返し増減させるための変動速度生成装置１０とを備え、圧延機１００の異常振動が検出されると、又は異常振動の発生を未然に防ぐべく、圧延速度を所定の振幅で増減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧延機における圧延時（特に高速圧延時）に発生する異常振動を抑制する方法に関するものである。

一般に、帯板、棒材等の圧延は、単スタンドのリバース式圧延機や、多スタンドのタンデム式圧延機で行なわれる。その場合、ワークロールによって圧延材に圧下荷重をかけるとともに、圧延材の前後方向に張力を付与しながら圧延する。また、通常は、潤滑油をワークロール及び圧延材に供給することにより、潤滑及び冷却を行なっている。
その際、圧延材の前後方向の張力と潤滑状態によっては、チャタリングと呼ばれる異常振動が発生し、圧延材の長手方向に一定周期の変動が生じる場合がある。チャタリングが生ずる原因としては、前後の張力のアンバランスや潤滑不良等が考えられ、チャタリングが生じた場合には、圧延機のオペレータは圧延張力を変化させたり、圧延速度を変化させたりしてチャタリングを収束させる対策をとっている。

しかしながら、チャタリングが発生してからオペレータがチャタリングを収束させる対策を実施したのでは、対策が遅れて圧延材の不良部が長くなったり、振動が拡大して圧延材が破断に至ったりするという問題が生じる。また、それを防止するためオペレータが操作盤を離れることなく常に監視していなければならず、オペレータ全体の負荷が大きくなるという問題もある。
このような問題に対して、特開平６−７１３２０号公報（特許文献１）は、帯板の圧延において、圧延機の振動を検出し、その信号に基づいて帯板の圧延張力を閉ループ制御によって変化させることを特徴とする帯板の圧延方法を開示する。さらに、この特許文献１は、圧延張力を変化させた後に、圧延速度を閉ループ制御によって変化させることを特徴とする帯板の圧延方法も開示する。

この圧延方法によると、圧延機の振動を検出して、その信号に基づいて閉ループ制御によって圧延張力を変化させるようにしているため、チャタリング等の異常振動が発生した場合に、即座にそれを検出して振動を抑えるという対策を自動的に行なうことができる。このときに、圧延張力を変化させてそれでも振動が収束しない場合には圧延速度を下げることによりチャタリングを収束させている。

特開平６−７１３２０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された圧延方法を実際の現場に採用した場合には、異常振動を検出して自動的に圧延速度を下げるために、異常振動自体を回避できたとしても、圧延速度の低下により生産性が低下するという問題を回避できなくなる。例えば、特許文献１においては、４００ｍ／ｍｉｎの圧延速度を１００ｍ／ｍｉｎまで落として振動を収束させている。これでは生産性が著しく低下してしまう。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、圧延機での振動防止方法であって、生産性を低下させることを回避して、チャタリング等の異常振動が発生するのを抑制することができる圧延機での振動防止方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる圧延機での振動防止方法は、圧延材を通板中の圧延機で発生する異常振動を抑えるべく、前記圧延材の圧延速度を、圧延速度目標値を基にして繰り返し増減させることを特徴とする。
この振動防止方法によると、圧延速度を増加させても、圧延機の異常振動である自励振動現象が発生する不安定領域から一旦離脱させて振動を収束させることができる。しかしながら、圧延速度を増加させて一旦振動が小さなレベルに収束しても、条件が不安定な領域にある以上、振動はまた増加し始めるので、次に圧延速度を減少させて、振動を小さくする。これを繰返し実行する。これにより、総合的に振動レベルを問題とならないレベルに抑えることができる。圧延速度を一方的に下げるだけでなく、圧延速度の増減を交互に行なうことにより、目標圧延速度を満足させ、生産性を低下させないようにすることが可能となる。

なお、「圧延材の圧延速度を、圧延速度目標値を基にして繰り返し増減させる」は、「圧延速度目標値を中心として、圧延材の圧延速度の増減を繰り返す」ことを当然含むが、これには限定されず、「圧延速度目標値を中心値とせず且つ圧延速度目標値を含む速度範囲内で、圧延材の圧延速度の増減を繰り返す」ことも含む。
好ましくは、前記圧延速度を増減するに際しては、圧延速度の増減をステップ状に与え、その増減量を、圧延機の仕様及び圧延材の板厚精度に収まる範囲で与えるとよい。
自励振動である異常振動を一旦減少させるためには、条件の変化が急峻であるほど効果が発現し易いため、圧延速度の変化はステップ状（階段状）に与えつつ、速度の増減量は、圧延機の仕様及び圧延材の仕上精度に収まる範囲で与えるとよい。こうすることで、製品の生産性及び品質を確保することができる。

また、前記圧延速度の増減周期を、前記圧延機に発生する異常振動自体の周期よりは長く、前記異常振動の振幅が許容値を超える周期よりは短くするとよい。
このようにすると、異常振動が問題となるレベルまで増加する前に、再び圧延速度を変化させるので、自励的な異常振動を確実に抑えることができる。
また、前記圧延機の異常振動が検出された時点で、前記圧延速度の増速又は減速を行ってもよい。
このようにすると、速度変動の回数を少なくしつつも自励的な異常振動を確実に抑えることができる。

本発明の振動防止方法によると、生産性を低下させることを回避して、圧延機に異常振動が生ずるのを確実に抑制することができる。

本発明が適用される圧延機の概略を示す図である。 手動で圧延速度を変化させた場合の異常振動の時間変化を示す図である。 連続的に圧延速度を変化させた場合の異常振動の時間変化を示す図である。 本発明の実施形態の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。また、以下の説明では圧延材を帯板とするがそれに限定はされない。棒材又は線材であっても構わない。
図１に、本実施形態に係る圧延方法が行なわれる圧延機１００の構成の一例として、リバース式の圧延機の概略を示す。帯状の圧延材１（帯板）は両方向（紙面の左から右、右から左）に走行可能であり、所定の板厚になるまで、走行方向を変えながら繰り返し圧延される。なお、本実施形態に係る圧延方法が行なわれる圧延機１００は、圧延機が複数並ぶタンデム型圧延機であっても構わない。

図１に示すように、帯板１は、巻回リール６（巻き取りリール、巻き戻しリール）で巻き取り及び巻き戻しされながらデフレクタロール４を経て圧延機１００のワークロール２により圧延される。ワークロール２はバックアップロール３によってバックアップされており、モータＭにより駆動される。図１に示す帯板１に対しては、実際には速度制御だけでなく張力制御等も行なわれているが、ここでは簡略化のためにその記載を省略している。
さらに、本発明の圧延機１００には、巻回リール６、ワークロール２，２の回転数を連動して制御する速度制御装置８が備えられ、この速度制御装置８には、速度指令値を繰り返し変動させるための変動速度生成装置１０が備えられている。

速度制御装置８、変動速度生成装置１０は、プロセスコンピュータにより構成されている。変動速度生成装置１０は、当該変動速度生成装置１０に入力される圧延速度の目標値（一定値）を基に、その数％程度で増減を繰り返す速度指令値を作成し、かかる速度指令値を速度制御装置８に与える。速度制御装置８は入力された速度指令値を基に、巻回リール６（巻き取りリール、巻き戻しリール）及びワークロール２，２を駆動するモータＭを制御する。変動速度生成装置１０は、タイマとリレー要素からも構成できる。
ところで、圧延機１００の異常振動（チャタリングと表現することもある）は、一般的に自励振動現象である。自励振動は、振動的な外力がなくても、自らの固有振動により外部のエネルギを振動外力に変換して、除々に振動が大きく成長する現象である。このことを鑑み、本発明者らは、数々の実験や過去の操業実績の検証した。その結果、圧延機１００においてチャタリングが起こった際に、圧延速度を下げることでチャタリングを抑制できることを知見した。さらに、圧延速度を上げても、チャタリングが一旦収束する場合があることを見出した。

圧延速度の上昇時にチャタリングが収まる理由としては、チャタリングのような自励振動は、圧延速度を含めた各種圧延条件（張力や潤滑状態などのその他条件）が不安定領域に入った時に発生する。圧延条件が不安定領域にあり且つほとんど変化しないと、振動が徐々に振幅を増して問題となるレベルにまで成長する。圧延速度を上げることは、外部のエネルギは大きくなるものの、圧延条件を変化させることに相当し、その条件変化により振動が一旦収まるものと考えられる。
ところが、圧延速度を上げて一旦振動が小さなレベルに収束しても、条件が不安定な領域にある以上、振動はまた増加し始める。その場合、振動が大きくなるまでに圧延速度を変化させて（圧延速度を下げて）、振動を小さくすることにより、総合的に振動レベルを問題とならないレベルに抑えることができる。つまり、圧延速度を上げる又は下げるの一方だけでなく、圧延速度の増減を交互に行なうことにより、目標圧延速度を満足させ、生産性を低下させないようにすることが可能となる。

図２には、手動で圧延速度を変化させた場合の圧延機１００の振動の時間変化が示してあり、図３には、連続的に圧延速度を変化させた場合の圧延機１００の振動の時間変化を示している。
図２から明らかなように、最初、一定速度で圧延中に、急激に圧延機１００の振動が増大した場合、圧延速度を下げることにより振動が一旦収まっている様子が確認できる。しかし、その後、振動が大きくなりだしている。圧延速度を下げても振動が収まらなかったことから、途中から圧延速度を上げ、手動で圧延速度の目標値を増減させながら運転を行なった。この圧延速度を上げるという操作により、圧延機１００の振動が小さく抑えられることが確認された。

図３は図２に示した実験の結果を踏まえて、ステップ状に連続的に圧延速度を変化させた場合の圧延機１００の振動の時間変化を示している。ここでは、約６秒毎に、目標圧延速度の約５％の大きさで、圧延速度を交互に増減させている。圧延機１００の振動は小さいレベルに抑制されていることが確認できる。
なお、圧延速度の増減量は、圧延機の仕様及び圧延後の板厚精度（仕上板厚の製品仕様）に収まる範囲とすることが好ましく、目標速度の約５％の大きさはそれを満たすものとなっている。

また、圧延速度の増減周期を、前記圧延機に発生する異常振動自体の周期よりは長く、前記異常振動の振幅が許容値を超える周期よりは短くすることは好ましく、約６秒毎に速度を交互に増減させることは、この条件を満たすものとなっている。
さらには、自励振動であるチャタリングを一旦減少させるためには、条件の変化が急峻であるほど効果的である。緩やかな変化では、圧延機１００の振動状態が圧延条件の変化に追従し、振動があまり小さくならないことが確認されている。そのため、圧延速度の変化をステップ状に与えることは好ましい。

とはいえ、圧延速度を変化させる増減周期と増減量の適正値は、圧延機１００やチャタリングの種類によって異なると考えられ、実験によりそれらの値を設定するのが望ましい。圧延速度変化における急峻の度合いは、圧延機１００の能力に依存するとともに、圧延時の板厚精度に悪影響を及ぼさない範囲とすることが好ましい。
図４には、本発明の実施形態の変形例が示されている。本変形例では、圧延機１００の異常振動を振動センサ９により計測し、その振動情報を変動速度生成装置１０に与える構成となっている。そうすることで、振動センサ９で計測したチャタリングが問題となるレベルに達した時又は達する直前に、圧延速度を増減させることができる。この方法により、板厚精度に少なからず影響を与える圧延速度変動の回数を少なくすることができる。

なお、本変形例では、振動センサ９をバックアップロール３の軸受けに取り付けた構成としているが、チャタリングを捉えられる箇所であれば、いずれであっても構わない。例えば、ハウジングの振動や、帯板の振動、張力計の信号等をピックアップできるセンサを、最も振動を検知しやすい場所に設置すればよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 圧延材（帯板）
２ ワークロール
３ バックアップロール
４ デフレクタロール
６ 巻回リール
８ 速度制御装置
９ 振動センサ
１０ 変動速度生成装置
１００ 圧延機

Claims (4)

1. 圧延材を通板中の圧延機で発生する異常振動を抑えるべく、前記圧延材の圧延速度を、圧延速度目標値を基にして繰り返し増減させることを特徴とする圧延機での振動防止方法。
2. 前記圧延速度を増減するに際しては、圧延速度の増減をステップ状に与え、その増減量を、圧延機の仕様及び圧延材の板厚精度に収まる範囲で与えることを特徴とする請求項１に記載の圧延機での振動防止方法。
3. 前記圧延速度の増減周期を、前記圧延機に発生する異常振動自体の周期よりは長く、前記異常振動の振幅が許容値を超える周期よりは短くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧延機での振動防止方法。
4. 前記圧延機の異常振動が検出された時点で、前記圧延速度の増速又は減速を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧延機での振動防止方法。

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