JP2011147967A - 熱間圧延機の板厚制御方法 - Google Patents

熱間圧延機の板厚制御方法 Download PDF

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【課題】鋼板の変形抵抗に応じて板厚ネッキングが生じる場合のみ板厚ネッキング補償を実行して、変形抵抗の板厚不良による歩留まりロスを低減する。
【解決手段】ストリップS先端がコイラー20に到達した際の最終仕上圧延スタンドF7噛み込み部からコイラー20までのストリップ長手方向各位置の変形抵抗を計算し、最終仕上圧延スタンドF7噛み込み部の変形抵抗が最も小さくなった場合にのみ最終仕上圧延スタンドF7のロール間ギャップを開く方向に制御する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、最終仕上圧延スタンド出側の鋼板の板厚が、コイラーに噛み込む際の張力の影響により薄くなることを抑制する板厚制御方法に関する。
図3(a)は熱間圧延ラインの概略構成図であり、加熱された鋼片を粗圧延機(図示せず)で圧延した後、例えば第1スタンドF1〜第7スタンドF7で構成される仕上圧延機23で順次圧延して所定厚さの薄板(ストリップ)Sに仕上げ、水冷エリア10で冷却し、コイラー20のピンチロール21とコイラーマンドレル22でコイル状に巻き取る。なお、図3(a)中、24は第7スタンドF7を出たストリップをコイラー20まで移送するホットランテーブル、25はコイラー前HMD(Hot Metal Detector;熱塊検出器)である。
図3(a)の熱間圧延ラインにおいて、最終仕上圧延スタンドである第7スタンド(以下、単に「第7スタンド」という。)F7を出たストリップの先端がコイラー20に噛み込む際のストリップに生じる張力により、第7スタンドF7直下のストリップの板厚が、局所的に薄くなる現象がある。この現象を板厚ネッキングと呼び、製品の板厚公差の下限が狭い板厚精度厳格材では、板厚不良(公差外れ)による歩留まりロス(格落ち又はスクラップ)となる。
図5(a)はその例を示すものであり、公差上限が65μmで公差下限が30μmの板厚精度厳格材の場合、板厚ネッキングにより板長200m付近の所で目標板厚から45μmほど板厚が薄くなっている。このような場合は公差下限に収まらないため、板厚不良となり、ストリップ先端から板厚不良部までの約200mがスクラップとして切り落とされる。板厚不良による歩留まりロスを低減するにはこの板厚ネッキングの防止が必要である。
板厚ネッキングはストリップに張力が発生することにより最終スタンドの圧延荷重が減少し、圧延機の弾性変形量(ミル伸び)が減少するためにスタンドの出側板厚が減少する現象とされる。このスタンド出側張力の変化に起因する板厚変化を小さく抑える技術として、特許文献1には、タンデム圧延機の何れかのスタンドにおいて、被圧延材の先端が下流側のスタンドまたは巻取装置に到達した際に当該スタンド出側に張力が発生することに起因する当該スタンドの圧延荷重変化及び出側板厚変化を予測し、これら予測値に基づき出側板厚の変化を相殺するように当該スタンドのロールギャップを出側張力の発生タイミングに合わせて操作するタンデム圧延機の板厚制御方法が開示されている。
特開2006−224154号公報
前掲の特許文献1に開示されたタンデム圧延機の板厚制御方法では、張力が生じた場合には圧延荷重は常に小さくなるため、必ずロールギャップを開く方向に操作することになる。しかし実際には、低炭材(C≦0.1質量%)では板厚ネッキングが生じにくい等、張力が発生しても板厚ネッキングが生じない場合もあるため、この方法では無用に板厚変動を発生させてしまうという問題があった。
本発明は、ストリップ先端がコイラーに噛み込む際の張力の影響により、板厚ネッキングが生じる場合のみ圧延スタンドのロールギャップを開く方向に制御する板厚ネッキング補償制御を実行して、無用な板厚変動の発生を回避し、板厚不良による歩留まりロスを低減することを目的とする。
本発明者らは、ストリップ先端がコイラー20に噛み込む際の張力の発生により板厚ネッキングが生じる場合と生じない場合について詳細に調査した。その結果、ストリップ先端がコイラー20に噛み込んだ際に、ストリップに張力が発生し第7スタンドF7の圧延荷重が減少することだけでなく、第7スタンドF7とコイラー20間のストリップの板長方向で変形抵抗の最も低い部分が第7スタンドF7の噛み込み部である場合に板厚ネッキングが発生することを明らかにした。
この現象を、図7(a)の中炭材と(b)の低炭材における鋼板温度−変形抵抗特性のグラフを用いて説明する。まず、図7(a)のグラフに示しているように、中炭材のAr3変態温度は750℃である。一般にフェライトはオーステナイトよりも強度が低いためAr3変態温度で図に示すような変形抵抗の変曲点を持つ。第7スタンドF7の出口温度FT7を850℃とすると、鋼板温度−変形抵抗特性の曲線において、変態温度Ar3における変曲点での変形抵抗と、第7スタンドF7の出側温度FT7における変形抵抗とでは後者の方が低い。第7スタンドF7を出たストリップの温度はコイラーに近づくほど低くなっていくので、第7スタンドF7でストリップの変形抵抗は最も小さくなる。この場合、ストリップ先端がコイラーに噛み込んで張力が発生した際に、第7スタンドF7の噛み込み部でストリップは変形を生じるが、噛み込み部ではストリップは幅方向にはロールで拘束されているために変形しにくく、板厚が薄くなる板厚ネッキングが生じる。
一方、図7(b)のグラフに示す低炭材のAr3変態温度は850℃であり、第7スタンドF7の出口温度FT7を900℃とすると、変態温度Ar3における変曲点での変形抵抗と、第7スタンドF7の出口温度FT7における変形抵抗とでは、前者の方が低い。したがってAr3の箇所で変形を生じるが、その箇所のストリップはロールで拘束されていないので、板幅方向に変形が生じて板厚変化は非常に小さくなることになり、板厚ネッキングは生じない。
このように、ストリップ長手方向の変形抵抗が第7スタンドF7のロール噛み込み部で最も小さくなった場合にのみ板厚ネッキングが発生するため、本発明では、その条件でのみロールギャップを開く方向に制御する板厚ネッキング補償制御を行うこととしたものである。
本発明は、複数のスタンドで鋼板を圧延して所定の厚みのストリップを製造し、最終仕上圧延スタンドを出たストリップをホットランテーブルで搬送しながら冷却し、コイラーにより巻き取る熱間圧延ラインの熱間圧延機の板厚制御方法において、
ストリップ先端がコイラーに到達した際の最終仕上圧延スタンド噛み込み部からコイラーまでのストリップ長手方向各位置の変形抵抗を計算し、最終仕上圧延スタンド噛み込み部の変形抵抗が最も小さくなった場合にのみ最終仕上圧延スタンドのロール間ギャップを開く方向に制御することを特徴とする熱間圧延機の板厚制御方法である。
さらにこの板厚制御を実施する際に、最終仕上圧延スタンドのロール間ギャップを開く方向に制御すると同時にマスフローバランスが保たれるように上流のスタンドを通過する鋼板を増速させることを特徴とする熱間圧延機の板厚制御方法である。
本発明によれば、ストリップ先端がコイラーに到達した際に板厚ネッキングが生じる場合のみ板厚ネッキング補償を実行するので、無用な板厚変動を発生させてしまうことなく、板厚不良による歩留まりロスを効果的に低減することができる。
さらにこの板厚制御を実施する際に、最終仕上圧延スタンドのロール間ギャップを開く方向に制御すると同時にマスフローバランスが保たれるように上流のスタンドを通過する鋼板を増速させることにより、マスフローバランス崩れおよび、過張力の防止を図ることができる。
本発明の実施の形態における板厚ネッキング補償の実施の可否を判断するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る板厚ネッキング補償方法を示すブロック図である。 (a)は本発明の実施の形態に係る熱間圧延ラインの構成を示す概略図であり、(b)は(a)の各点における変形抵抗予測計算結果のプロット図である。 本発明を実施した実際の第7スタンドF7のロール間ギャップの動作を示すタイムチャートである。 本発明による板厚ネッキング対策前と対策後の板厚チャートである。 本発明による板厚ネッキング補償前後の格落ち本数の変化を表すグラフである。 第7スタンドF7とコイラー間のネッキング現象を説明する温度と変形抵抗との関係を示すグラフであり、(a)は中炭材、(b)は低炭材の場合を示す。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明の実施の形態においては、例えば図1に示すステップで板厚ネッキング補償を実施するか否かの判定を行う。
ステップS100
ストリップ先端が粗圧延機の出側のHMD28を通過後、仕上圧延機の上下ワークロールギャップ間隔を設定し板厚を所定の板厚とするための仕上げ噛込設定計算(FSU:Finisher Set Up)プログラムの実行が開始される。
ステップS110
粗圧延機出側の温度計でストリップの温度を読み込む。
ステップS120
仕上げ噛込設定計算プログラムにて、仕上圧延機の各スタンドのパススケジュール、圧延速度が決定される。ここで、仕上げ噛込設定計算プログラムとは、圧延する鋼板の成分(炭素、マンガン等)、製品厚、温度等をパラメータとする計算プログラムである。
一般的にストリップの粗出側温度から第7スタンドF7出側の温度までを予測し次いで、第1スタンドF1〜第7スタンドF7の圧延荷重,ミルストレッチを予測し、上下ワークロールギャップ間隔を設定する。
温度計算の例を以下に示す。
粗圧延機の出側での鋼板(粗バー)の表面の温度計測定結果から、粗バーの厚み方向の温度プロフィールを予測する。
厚み方向T0=測定温度
厚み方向T1=f1(T0,H,M1)



厚み方向Tn=f1(T0,H,Mn)
ここで、T:温度(添字0は表面、1は厚み方向n分割の表面から1番目、nは裏面を示す。)、f1は厚み方向温度分布を放物線近似等とした関数、Hは粗バー厚、Mは厚み方向位置である。
次に、厚み方向にn分割したそれぞれの位置の温度からストリップが粗圧延機の出側の温度計通過時から仕上圧延機の入り側まで、t時間経過後のストリップ温度を下記の計算式の微小時刻△Tの繰り返し計算によって求める。
厚み方向T0=f2(T´0,H,α,Ta,ε,t,ρs,Cs)
厚み方向T1=f2(T´1,H,α,Ta,ε,t,ρs,Cs)



厚み方向Tn=f2(T´n,H,α,Ta,ε,t,ρs,Cs)
ここで、f2はフーリエの熱伝導方程式を例えば厚み方向1次元方程式で微分方程式とし差分法で差分近似して数値的に解く関数、T´nはΔT時間前の厚み方向nの温度、αは熱伝達係数、Taは雰囲気温度、εは輻射率、tは経過時間、ρsはストリップ密度、Csはストリップ比熱である。
ストリップが粗圧延機の出側の温度計通過時から仕上圧延機出側の直後の温度計の通過時の温度までのT0〜Tnを計算するが、ストリップが空冷状態にある場合には熱伝達係数、雰囲気温度は空冷値を、デスケやスタンド間スプレー等、ストリップが水冷状態にある場合には熱伝達係数、雰囲気温度は水冷値を与える。
また仕上圧延時にはバイト部の板とワークロールの接触によるロール接触熱損失Tr,摩擦発熱Tm,加工発熱Tkを考慮する。
Tr=f3(Cr,ρr,h,w,ρs,Cs,N,Ld)
Tm=f4(h,V,r,R)
Tk=f5(hin,hout,k,Ld)
ここで、f3はロール接触熱損失を求める関数、f4はロールとの摩擦発熱を求める関数、f5は加工発熱を求める関数、Crはロール比熱,ρrはロール比重,hは板厚,wは板幅,Nはロール周速,Ldは接触弧長,Vは圧延速度、rは圧下率、Rはロール径、hinは入側板厚、houtは出側板厚、kは変形抵抗である。
以上の温度計算結果をもとに、第1スタンドF1〜第7スタンドF7の圧延荷重,ミルストレッチを予測し、上下ワークロールギャップ間隔を設定する。
ステップS130
仕上げ噛込設定計算プログラムにて、第7スタンドF7出側からコイラーまでのストリップの温度計算を実施する。温度計算の計算式の例を次に示す。
第7スタンドF7からコイラーまでは,空冷または、水冷のみであるためストリップ速度から空冷時間及び、水冷時間を求めストリップ温度を下記の計算式の微小時刻△Tの繰り返し計算によって求める。
厚み方向T0=f2(T´0,H,α,Ta,ε,t,ρs,Cs)
厚み方向T1=f2(T´1,H,α,Ta,ε,t,ρs,Cs)



厚み方向Tn=f2(T´n,H,α,Ta,ε,t,ρs,Cs)
ステップS140
第7スタンドF7からコイラーまでのホットランテーブル内の各点での変形抵抗計算を実施する。この計算に必要なパラメータ、ストリップの温度、C量等は、ステップS130での計算結果、成分実績値である。この変形抵抗計算における変形抵抗kfの計算式の例を次に示す。
ここで、C:炭素量(%)、TK:鋼板の温度である。
この変形抵抗の式を用いて第7スタンドF7からコイラー22までの各点における変形抵抗をプロットしたのが、図3(b)に示す(i)、(ii)のカーブである。
ステップS150
前記ステップS140で計算された、第7スタンドF7からコイラー20間のストリップの各点での変形抵抗のうち、第7スタンドF7噛み込み部で変形抵抗が最も小さくなるかどうかを判断する。図3に示す(i)のカーブでは、第7スタンドF7噛み込み部で変形抵抗が最も小さくなるので板厚ネッキングが生じる。(ii)のカーブでは、第7スタンドF7とコイラー20の中間で変形抵抗が最も小さくなるので、板厚ネッキングが発生しない。
ステップS160
前記ステップS150での判断がYesであれば、第7スタンドF7のロール間ギャップを開く方向に制御する。
ステップS170
前記ステップS150での判断がNoであれば、板厚ネッキングを抑制するためのロールギャップ制御を実施しない。
このフローチャートの各ステップを実行するためのハードウエア(データ、数式を格納するメモリと、それを引き出して演算するブロック等)を図2に基づいて説明する。
ストリップS1先端が粗圧延機26の出側の温度計27を通過したタイミングをHMD(熱塊検出器)28によって赤外線を検知して把握し信号を光ケーブル等によって計算機30に知らせる。同時に温度計27の読み取り値が光ケーブル等によって計算機30に伝送される。HMD28のトリガー信号によって計算機30内の仕上げ噛込設定計算プログラムが起動し、計算機30内のプロセスデータエリアから計算に必要なデータ(コイルNo,ストリップの炭素、粗バー厚,目標厚幅,ストリップの粗圧延機出側温度又は仕上圧延機入り側温度等)が、読み込まれる。次いで粗圧延機出側温度の測定結果を基に第7スタンドF7まで温度を求め、第1スタンドF1〜第7スタンドF7の圧延荷重,ミルストレッチを予測し、上下ワークロールギャップ間隔が設定される。次いで、第7スタンドF7からコイラー20までの各点の温度を計算し、第7スタンドF7からコイラー20までのストリップ長手方向の各点での変形抵抗が計算される。ここで、第7スタンドF7噛み込み部の変形抵抗が最も小さいかどうかを判断する。以上の計算機30の処理は全て主メモリで行われ、第7スタンドF7の変形抵抗が最も小さいと判断された場合、ロールギャップ変更値が光ケーブル等で電気シーケンサー(DQC計算機)31に伝送される。電気シーケンサー31の上下ワークロールギャップ間隔操作指令は光ケーブル等で油圧圧下制御盤32に伝送されF7油圧サーボバルブ33を介して第7スタンドF7の圧下装置の油圧シリンダーに反映される。
ロールギャップ変更値は、板厚変化量の実績値を基に経験的に決めた数値を計算機30の記憶領域に設けたテーブルに記憶させておき、被圧延材のTS,板厚をキーとして読み出す。
実際の第7スタンドF7のロール間ギャップの動作を図4に示す。図4(a)は第7スタンドF7出側の板厚実績であり左がストリップのフロント、右がストリップのテールである。本法によって有効な板厚ネッキング補償を実施し、板厚ネッキングが皆無である。また図4(b)は第7スタンドF7の上下ワークロールギャップ動作を示す。○部で本法の板厚ネッキング補償を実施し上下ワークロールギャップ間隔を250μm開く方向に制御している。図4(c)はF6・F7間張力実績であるが、板厚ネッキング補償を実施する際に、第7スタンドF7のロール間ギャップを開く方向に制御すると同時にマスフローバランスが保たれるように上流のスタンドを通過する鋼板を増速させているため、マスフローバランス崩れが防止され過張力は発生していない。具体的にはロール間ギャップの制御による板厚の増の変化率に比例させるように上流のスタンドを通過する鋼板を増速させる。
図5は板厚チャートを示すものであり、(a)はネッキング補償対策前の板厚ネッキングが生じている状態、(b)は本発明のネッキング補償対策を施した後の状態を示している。図5(b)に示されているように、板厚偏差は公差上限の65μm、公差下限の30μm以内に収まっており、厳格材においても歩留まりロスが解消されることがわかる。
図6は板厚ネッキング補償を開始する前後の格落ち本数の実績データを示すグラフであり、対策前は月に10本内外の格落ち本数が有ったのに対し、板厚ネッキング補償開始後は、格落ちは生じなかった。
本発明は、鋼板の変形抵抗に応じて板厚ネッキングが生じる場合のみ板厚ネッキング補償を実行することにより、コイラーの噛込み時の張力によって生じる板厚不良による歩留まりロスを効果的に低減することができる板厚ネッキング補償方法であり、特に低炭材の熱間圧延に好適に利用することができる。
Fn 第nスタンド(n=1〜6)
F7 第7スタンド(最終仕上圧延スタンド)
S ストリップ
10 水冷エリア
20 コイラー
21 ピンチロール
22 コイラーマンドレル
23 仕上圧延機
24 ホットランテーブル
25 コイラー前HMD
26 粗圧延機
27 温度計
28 HMD
30 計算機
31 電気シーケンサー
32 油圧圧下制御盤
33 F7油圧サーボバルブ

Claims (2)

  1. 複数のスタンドで鋼板を圧延して所定の厚みのストリップを製造し、最終仕上圧延スタンドを出たストリップをホットランテーブルで搬送しながら冷却し、コイラーにより巻き取る熱間圧延ラインの熱間圧延機の板厚制御方法において、
    ストリップ先端がコイラーに到達した際の最終仕上圧延スタンド噛み込み部からコイラーまでのストリップ長手方向各位置の変形抵抗を計算し、最終仕上圧延スタンド噛み込み部の変形抵抗が最も小さくなった場合にのみ最終仕上圧延スタンドのロール間ギャップを開く方向に制御することを特徴とする熱間圧延機の板厚制御方法。
  2. 前記板厚制御を実施する際に、前記最終仕上圧延スタンドのロール間ギャップを開く方向に制御すると同時にマスフローバランスが保たれるように上流のスタンドを通過する鋼板を増速させることを特徴とする請求項1記載の熱間圧延機の板厚制御方法。
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