JP2014000578A

JP2014000578A - ロール形状決定装置及びロール形状決定方法

Info

Publication number: JP2014000578A
Application number: JP2012136146A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamaguchi; 亮山口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: JP5915402B2

Abstract

【課題】圧延後の圧延鋼板の板クラウンを目標板クラウンに精度良く調整可能なワークロールのロール形状を決定する。
【解決手段】圧延前の板クラウンと上記圧延機のワークロール１のロール形状Ｃｗｒとをパラメータとして含む板クラウン形状予測モデルを用いて、各パス毎の圧延後の板クラウンを順番に計算して、最終パス出側での板クラウンを計算板クラウンとして算出する。そして、計算板クラウンと目標板クラウンとの偏差が予め設定した許容偏差範囲以内に収まっていないと判定すると、上記偏差が小さくなる方向に、上記パラメータとしてのロール形状を設定変更して、上記計算板クラウンの算出を再実行する。そして、許容偏差範囲以内に収まるロール形状を決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、リバース圧延に使用される圧延機のワークロールのロール形状（軸方向ロール径変化）を決定する技術に関する。

圧延機のワークロールのロール形状は、圧延鋼板の形状に大きな影響を与える因子の一つである。このワークロールのロール形状（軸方向のプロフィール形状）には、形状の良い鋼板を得るためにクラウンがついている。また、圧延中の熱膨張、摩耗によりロール形状は刻々と変化しており、良好な板形状を得るためにもワークロールの形状の決定は重要である。

被圧延板の板クラウン及び板形状は、圧延後の目標板クラウン、板形状を得るために圧延条件が与えられた時点で圧延時に生じる板クラウン、板形状を表現する板クラウン形状予測モデルを用いた計算によって制御される。
例えば、特許文献１に記載の技術では、圧延機入側の板クラウン形状と圧延ロールのロール形状から決まるメカニカルクラウンとその影響度とを用いた板クラウン予測モデルを使用して、順次、圧延パスの板クラウンを予測し、これを必要パス分繰り返すことで、最終板クラウン形状を予測し、これによって、目標の板クラウンを得る。また、特許文献１に記載の技術では、所定の圧延パスにおける実際の板クラウンと算出したメカニカルクラウンに基づき、次の圧延パスでのメカニカルクラウンを補正する。

また特許文献２には、ワークロールとバックアッブロール間の線荷重のロール胴長方向分布、圧延後板長さ、およびバックアッブロール直径を用いて算出されるロール間負荷Ｑｂを使用して、バックアップロールの摩耗量のロール胴長方向分布を求めることで、板クラウンを精度よく予測することが記載されている。
また特許文献３には、圧延機出側の板クラウンを、ワークロールのロールクラウン（イニシャルクラウン、サーマルクラウン、摩耗クラウン）、バックアッブロールの摩耗量、板幅、圧延荷重、出側板厚、入側板厚、入側板クラウン、ワークロールの半径、バックアッブロールの半径を用いた板クラウン予測モデルにより求めることが記載されている。そして、１ロールチャンスの被圧延板の板クラウンを予測して、良好な板クラウンを得るための圧延パス設定を行っている。

特開２００２−２６３７１９号公報特開２００４−１０９０号公報特開平１１−１６９９２９号公報

しかし、特許文献１では、ワークロールとバックアッブロール間の線荷重のロール胴長方向分布から板クラウンを予測しているが、ワークロールの形状影響を考慮できない。
同様に、特許文献２でも、ワークロールに関してはクラウン量しか考慮しておらず、目標板クラウンを達成できていない鋼板がある時のワークロール形状変更による修正は、板クラウンヘの影響度が不明なため難しい。

特許文献３に記載の技術は、ワークロール交換後から次の交換の間の１ロールチャンスにおける予め定められた圧延順に基づき、各スラブ圧延時に目標としたクラウンを確保できるか否かを判定し、目標とするクラウンを満足するスラブが最も多くなるようにワークロールのイニシャルクラウンを変更するものである。しかしながら、これらの処理は、非常に複雑かつ手間の掛かる作業となる。また、これまでに製造実績のない鋼種・サイズの鋼板を対象とした場合等にあっては、圧延するときの摩耗クラウンやサーマルクラウンなど、多数の変動因子や不確定因子による影響が避けられないため、特許文献３に記載の技術では、すべて因子を厳密に盛り込んで計算することは、現実問題として難しい。このため、特許文献３に記載の技術には、手間を掛けたほどには高い精度が得られないおそれがあるという課題もあった。

このため、もっと簡便で、かつ、必要にして十分な精度を有する、ワークロールのロール形状決定方法が求められる。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、ワークロールのロール形状の変更による板クラウンヘの影響を考慮することで、圧延後の圧延鋼板の板クラウンを目標板クラウンに精度良く調整可能な上記ロール形状を決定することを目的とする。

上記課題を決定するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、リバース圧延可能な圧延機にて複数パスの圧延を実施して、被圧延板を目標板クラウンに圧延を実施する際における、上記圧延機のワークロールのロール形状を決定するロール形状決定装置であって、
圧延前の板クラウンと上記圧延機のワークロールのロール形状とをパラメータとして含む板クラウン形状予測モデルを用いて、リバース圧延前の被圧延板の板クラウンを初期値として、各パス毎の圧延後の板クラウンを順番に計算して、最終パス出側での板クラウンを計算板クラウンとして算出する計算板クラウン算出部と、
上記計算板クラウン算出部が算出した計算板クラウンと目標板クラウンとの偏差を求める偏差算出部と、
上記偏差算出部が算出した偏差が予め設定した許容偏差範囲以内に収まるか否かを判定するロール形状確認部と、
上記ロール形状確認部が上記偏差が許容偏差範囲以内に収まっていないと判定すると、上記偏差が小さくなる方向に、上記パラメータとしての上記ワークロールのロール形状を設定変更するロール形状設定変更部と、
上記ロール形状設定変更部が上記ロール形状を設定変更したと判定すると、上記計算板クラウン算出部を再実行させる再計算指令部と、
を備えることを特徴とする。

次に、請求項２に記載した発明は、リバース圧延可能な圧延機にて複数パスの圧延を実施して、被圧延板を目標板クラウンに圧延を実施する際における、上記圧延機のワークロールのロール形状を決定するロール形状決定方法であって、
圧延前の板クラウンと上記圧延機のワークロールのロール形状とをパラメータとして含む板クラウン形状予測モデルを用いて、リバース圧延前の被圧延板の板クラウンを初期値として、各パス毎の圧延後の板クラウンを順番に計算して、最終パス出側での板クラウンを計算板クラウンとして算出し、
上記算出した計算板クラウンと目標板クラウンとの偏差が、予め設定した許容偏差範囲以内に収まるか否かを判定し、
上記ロール形状確認部が上記偏差が許容偏差範囲以内に収まっていないと判定すると、上記偏差が小さくなる方向に、上記パラメータとしての上記ワークロールのロール形状を設定変更して、上記偏差が、予め設定した許容偏差範囲以内に収まるまで、上記計算板クラウンの算出処理を繰り返すことを特徴とする。

本発明によれば、ワークロールのロール形状を変えた影響だけを評価して、目標板クラウンとするために最適な上記ワークロールのロール形状を求めることが出来る。

リバース圧延を説明する模式図である。使用する圧延機のワークロールのロール形状の例を示す図である。ロール形状決定処理を説明する図である。ワークロールのロール形状変更例を示す図である。

次に、本発明に基づく実施形態について図面を参照して説明する。
（予測モデルについて）
まず、板クラウン予測モデル（予測式）について説明する。
１圧延パスを行うことによる圧延後の板クラウン形状（圧延機出側の板クラウン）は、圧延機入側の板クラウン形状と、圧延ロールのロール形状から決まるメカニカルクラウンと、それぞれの影響度とをパラメータとした、下記（１）式で示される板クラウン形状予測モデルによって予測することが出来る。ここで、上記メカニカルクラウンは、ワークロールのロール形状が完全に板に転写されたときに生じる板のクラウンである。
Ｃ_ｎ＝α_ｎ・Ｃｍ_ｎ＋β_ｎ・Ｃ_ｎ−１・・・（１）
ここで、
Ｃ_ｎ：出側クラウン
Ｃ_ｎ−１：入側クラウン
Ｃｍ_ｎ：メカニカルクラウン
α_ｎ：転写率
β_ｎ：遺伝係数
である。
添字ｎは、ｎパス目の圧延であることを意味している。

また、（１）式中の転写率αｎ及び遺伝係数βｎは、被圧延板の板の厚み、圧延機の圧下荷重、ベンディングカ、ロール特性から各パス毎に実績値として求められるものである。
また、上記メカニカルクラウンＣｍ_ｎは、公知のロールプロフィールモデル及びロール変形モデルに従って、下記（２）式に基づき算出することが出来る。
Ｃｍ_ｎ＝δｎ＋ξｎ＋Ｃｗｒ＋ΔＣｗｒ・・・（２）
ここで、
δｎ：ワークロールの弾性変形量
ξｎ：ワークロールのサーマルクラウン
Ｃｗｒ：ワークロールのイニシャルクラウン
ΔＣｗｒ：ワークロールのイニシャルクラウンからの摩耗量
である。

上記ワークロールの弾性変形量δｎは、バックアップロールとワークロールとの間に生じる荷重と、ロール剛性とから計算される変形量である。例えば、上記弾性変形量δｎは、荷重がロール接線方向（軸方向）に均一に分布すると仮定して、軸方向の座標毎にロール剛性から計算する。なお、各パス毎の弾性変形量δｎとして、同じ値を使用しても良い。

また、上記サーマルクラウンξｎは、圧延中にワークロール自体が熱膨張して変形することに起因するクラウンのことであり、ワークロールの温度が分かれば計算することが出来る。各パス毎のサーマルクラウンξｎとして、同じ値を使用しても良い。
Ｃｗｒは、ワークロールの無負荷状態でのイニシャルクラウン（ロール形状）である。ワークロールはロール表面の摩耗や肌荒れが直接製品の表面品質に影響を及ぼすため、定期的にロール組替えを行い、表面を研削する。そして、所定の形状に研削されたロールが、あらためて、圧延機に設置される。イニシャルクラウンとは、圧延機に設置するために前記所定の形状に研削されたロールの形状をさすものである。一方、ΔＣｗｒは、ワークロールのイニシャルクラウンからの摩耗量である。よって、（Ｃｗｒ＋ΔＣｗｒ）は、現在のワークロールのクラウン（ロール形状）に相当する。

イニシャルクラウンの状態のロール形状について検討する場合には、ΔＣｗｒをゼロとして本発明に基づく実施形態のロール形状決定方法を実施すればよい、また、実際の使用によってイニシャルクラウンの状態から摩耗しているワークロールのロール形状について検討する場合には、対象ロールのΔＣｗｒを代入して本発明の本発明のロール形状決定方法を実施すればよい。
なお、上記ワークロールの弾性変形量δｎ、サーマルクラウンξｎ、イニシャルクラウンＣｗｒ、摩耗量ΔＣｗｒは、それぞれ軸方向分布のデータとして表現される。

（ロール形状決定方法について）
次に、ロール形状決定方法について説明する。
リバース圧延可能な圧延機は、例えば、図１に示すように、一対のワークロール１とバックアップロール２とを備える。ワークロール１は、たとえば、図２のような形状を有するものである。従来から採用されているワークロール形状としては、端部と中央部とが単調な曲線で結ばれているもの（たとえば、コサインカーブなど）が多いが、本願発明ではそれに限定されることなく、ロールプロフィールが多数の曲線が連続して構成される曲線であってもかまわない。そしてリバース圧延は、図１に示すような圧延機を使用して、１圧延パス毎に被圧延板２の圧延方向を正逆反転させて、予め設定したパス数だけ圧延を繰り返すことで、目標の板厚まで圧延を実施する。このとき、各パス毎に圧延後の目標板厚を設定して徐々に最終的な目標板厚まで圧延を実行する。

このとき、各パスでの板クラウンを、上記（１）式で表される板クラウン予測モデル（予測式）を用いて表現すると、下記式のようになる。下記式では、最終パスをｎパス目とする。
１パス：Ｃ_１＝α_１・Ｃｍ_１＋β_１・Ｃ_０
２パス：Ｃ_２＝α_２・Ｃｍ_２＋β_２・Ｃ_１
３パス：Ｃ_３＝α_３・Ｃｍ_３＋β_３・Ｃ_２
・・・・
（ｎ−１）パス：Ｃ_ｎ−１＝α_ｎ−１・Ｃｍ_ｎ−１＋β_４・Ｃ_ｎ−２
ｎパス：ＣＦ＝Ｃ_ｎ＝α_ｎ・Ｃｍ_ｎ＋β_４・Ｃ_ｎ−１
すなわち、被圧延板２の最初の板クラウンをＣ_０とすると、１圧延パスごとに被圧延板２に形成される板クラウンがＣ１、Ｃ２・・と順番に計算されて、最終パス後の板クラウンＣＦを計算で求めることが出来る。
ここで、上記計算に使用するαｎ、βｎ、δｎ、ξｎについては、使用する圧延機での圧延条件や被圧延板２の材質等から演算しても良いし、実際に一本の被圧延板２についてリバース圧延を実施して、上記αｎ、βｎ、δ、ξの値の一部若しくは全部を実測で求めても良い。

そして、目標とする目標板クラウンＣ^＊と上記モデル式から求めた最終パス後の板クラウンＣＦとを比較し、目標板クラウンＣ^＊と板クラウンＣＦとの偏差が、予め設定した許容偏差範囲内の場合には、上記計算式で使用したワークロール１のイニシャルクラウンＣｗｒを有するワークロール１を使用して、実際のリバース圧延を実施する。
ここで、目標板クラウンＣ^＊は、例えば軸方向に沿ってフラットなプロフィールに設定する。

一方、目標板クラウンＣ^＊と板クラウンＣＦとの偏差が、予め設定した許容偏差範囲外の場合には、上記偏差が許容偏差範囲に近づくように、上記イニシャルクラウンＣｗｒを変更して、上記（１）式による計算を再度実施する。この上記イニシャルクラウンＣｗｒを変更して再計算する処理を、目標板クラウンＣ^＊と板クラウンＣＦとの偏差が、予め設定した許容偏差範囲内に収まるまで実行する。

そして、上記目標板クラウンと板クラウンＣＦとの偏差が、予め設定した許容偏差範囲内に収まったときのイニシャルクラウンＣｗｒと同じロール形状を有するロールを、実際のリバース圧延に使用するワークロール１としてセットアップして、リバース圧延を行う。
上記ロール形状決定の処理は、コンピュータで処理するプログラムソフトとして用意しておき、最適なイニシャルクラウンＣｗｒを自動計算させるようにしても良い。

上記コンピュータで実行されるロール形状処理装置の処理を、図３を参照して説明する。
ロール形状処理装置は、起動すると、ステップＳ１０にて初期値の入力を促す。初期値の入力があると、ステップＳ２０に移行する。
上記初期値としては、リバース圧延する被圧延板２の初期の板クラウン情報などである。尚、これらの情報は、不図示のセンサ等による取得値であっても良い。

次に、ステップＳ２０では、上記モデル式を使用して、１パス目から最終パスまで、圧延後の板クラウンを順番に演算することで、最終パス出側の板クラウンＣＦを求める。
次に、ステップＳ３０では、ステップＳ２０で求めた板クラウンＣＦと、目標板クラウンＣ＊とを比較し、その板クラウン間の偏差が許容偏差範囲内か否かを判定する。例えば、軸方向に沿って予め設定した間隔毎に、板クラウンＣＦと目標板クラウンＣ^＊との偏差が、予め設定した許容値以下か判定し、一つでも許容値を超えるものがある場合には、許容偏差範囲外と判定する。

そして、許容偏差範囲外と判定した場合にはステップＳ４０に移行する。一方、許容偏差範囲内と判定した場合にはステップＳ５０に移行する。
ステップＳ４０では、上記板クラウンＣＦと目標板クラウンＣ＊との偏差が小さく方向に、Ｃｗｒの値を設定変更して、ステップＳ２０に移行する。そして、上記ステップＳ２０及びＳ３０の処理を再実行する。

ここで、板クラウンＣＦと目標板クラウンＣ^＊との偏差が小さくする方向への、Ｃｗｒの値の変更方法は公知である。その例を図４に示す。この図４は、ロール形状変化例を示す図である。この例では、ロール軸方向中央部の形状を変えずに、端部の径を中央部の径に近づけることで、ロール端部で圧下される幅広鋼板の幅端部圧下量を増加させ、幅広材において幅端部で板厚が厚くなりやすいところを従来よりも大きな圧下量を確保することにより板クラウンＣＦを目標板クラウンＣ^＊に近づけることを目標としたロール形状の変更である。このように、Ｃｗｒについて、上記偏差が小さくなる方向に調整可能である。

またステップＳ５０では、上記モデル式の計算に使用したクラウンＣｗｒをワークロール１のロール形状の情報として、不図示の表示部に表示する。また、ワークロール１のデータベース（不図示）を参照して、上記モデル式の計算に使用したクラウンＣｗｒに一番近いワークロール１を検索したりしても良い。
ここで、ステップＳ２０は、計算板クラウン算出部を構成する。ステップＳ３０は、偏差算出部及びロール形状確認部を構成する。ステップＳ４０は、ロール形状設定変更部及び再計算指令部を構成する。

（作用効果など）
本発明によれば、ワークロール１のロール形状を変えた影響だけを評価して、目標板クラウンとするために最適な上記ワークロール１のロール形状を求めることが出来る。特に、板幅全体にわたって目標板クラウンを達成することが困難な、幅広材に適用することにより、この効果がより顕著に発揮されるので好ましい。

また、一度、被圧延板２をリバース圧延した実圧延データを元にワークロール形状のデータのみを変更して、上記予測モデルに基づき圧延後の板クラウンを計算すると、ワークロール１のイニシャルクラウン、ワークロール１・バックアッブロール間の接触量変化による荷重変動によるロール弾性変形量を試算でき、ロール形状変更による板クラウン変動をより精度良く予測できる。つまり、目標クラウンと差異のある鋼板の板クラウンが改善するようにロール形状（ロール径）を変化することで全ての鋼板寸法で目標板クラウンを得ることができる。

１ワークロール
２バックアップロール
３被圧延板
Ｃ^＊目標板クラウン
Ｃ_０圧延前の板クラウン（実績値）
ＣＦ計算でもとめた最終の板クラウン（計算板クラウン）

Claims

リバース圧延可能な圧延機にて複数パスの圧延を実施して、被圧延板を目標板クラウンに圧延を実施する際における、上記圧延機のワークロールのロール形状を決定するロール形状決定装置であって、
圧延前の板クラウンと上記圧延機のワークロールのロール形状とをパラメータとして含む板クラウン形状予測モデルを用いて、リバース圧延前の被圧延板の板クラウンを初期値として、各パス毎の圧延後の板クラウンを順番に計算して、最終パス出側での板クラウンを計算板クラウンとして算出する計算板クラウン算出部と、
上記計算板クラウン算出部が算出した計算板クラウンと目標板クラウンとの偏差を求める偏差算出部と、
上記偏差算出部が算出した偏差が予め設定した許容偏差範囲以内に収まるか否かを判定するロール形状確認部と、
上記ロール形状確認部が上記偏差が許容偏差範囲以内に収まっていないと判定すると、上記偏差が小さくなる方向に、上記パラメータとしての上記ワークロールのロール形状を設定変更するロール形状設定変更部と、
上記ロール形状設定変更部が上記ロール形状を設定変更したと判定すると、上記計算板クラウン算出部を再実行させる再計算指令部と、
を備えることを特徴とするロール形状決定装置。
リバース圧延可能な圧延機にて複数パスの圧延を実施して、被圧延板を目標板クラウンに圧延を実施する際における、上記圧延機のワークロールのロール形状を決定するロール形状決定方法であって、
圧延前の板クラウンと上記圧延機のワークロールのロール形状とをパラメータとして含む板クラウン形状予測モデルを用いて、リバース圧延前の被圧延板の板クラウンを初期値として、各パス毎の圧延後の板クラウンを順番に計算して、最終パス出側での板クラウンを計算板クラウンとして算出し、
上記算出した計算板クラウンと目標板クラウンとの偏差が、予め設定した許容偏差範囲以内に収まるか否かを判定し、
上記ロール形状確認部が上記偏差が許容偏差範囲以内に収まっていないと判定すると、上記偏差が小さくなる方向に、上記パラメータとしての上記ワークロールのロール形状を設定変更して、上記偏差が、予め設定した許容偏差範囲以内に収まるまで、上記計算板クラウンの算出処理を繰り返すことを特徴とするロール形状決定方法。