JP2016043415A - 厚鋼板の圧延方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、調整圧延および幅出圧延における平面形状を走間で測定し、圧延長手方向の両端部に付与する厚肉部の形状を再計算し、厚鋼板の平面形状の精度向上を図ることを課題とする。【解決手段】厚鋼板の調整圧延および幅出圧延の最終パスで圧延長手方向の両端部に厚肉部を付与し、その後仕上圧延する厚鋼板の圧延方法であって、前記最終パス前に走間幅長さ計によって厚鋼板の幅方向と長さ方向に走間で走査して得た平面形状に基づいて、仕上圧延後の厚鋼板が矩形となるように、前記最終パスで圧延長手方向両端部に付与する厚肉部の形状を決定する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧延材、特に厚鋼板の圧延における平面形状を制御する、厚鋼板の圧延方法および装置に関するものである。

一般に、厚鋼板（以下、鋼板または板とも記載する）の圧延工程は、３つの工程から構成されている。即ち、スラブ長手方向の板厚均一化を行う調整圧延工程、平面上で被圧延材を９０度回転して所定の製品幅を得る幅出圧延工程、再び９０度回転して所定の製品板厚を得る仕上圧延工程の３つである（図６参照）。

ここで仕上圧延後の最終圧延材における矩形にならない部分のロス（クロップロス、幅異形ロス）を軽減するために、これまでにＤＢＲ（Dog Bone Rolling）と呼ばれる平面形状制御方法が種々提案されている。なお、ＤＢＲ（Dog Bone Rolling）とは、調整圧延および幅出圧延の最終パスの圧延長手方向の板厚分布を変更し、主に板端部厚を厚くすることで、被圧延材の形状を矩形に近付ける技術である。

例えば、特許文献１には、圧延終了後の平面形状を予想して、調整圧延の最終パス、および幅出圧延の最終パスで圧延長手方向両端部に部分的に厚肉部を有する板厚分布を付与する（調整ＤＢＲおよび幅出しＤＢＲ、図６参照）ことにより被圧延材の形状を矩形に近づける厚鋼板の圧延方法が提案されている。

また、特許文献２には、平面形状を測定して制御に反映する手段として、圧延終了後の厚板の平面形状を測定する手順と、該平面形状の測定情報に基づいて、次材の厚板圧延における厚さ方向プロフィール変化量を補正する手順を含むことを特徴とする平面形状制御方法が提案されている。

さらに、特許文献３には、幅出圧延の最終パス前に被圧延材を静止させて平面形状プロフィールを測定し、該平面形状プロフィールの測定値に基づいて、幅出圧延最終パスで圧延長手方向両端部に形成すべき隆起量を決定する厚板圧延方法が提案されている。

特開２００５−１４０５５号公報 特開昭６２−２８０１４号公報 特開２００４−３５８４９２号公報

上記特許文献１〜３で提案された平面形状制御方法は、いずれも平面形状を予測するモデル（例えば、板厚隆起部を圧延した際の平面形状を予測するＤＢＲ圧延クロップ生成モデルやＤＢＲ圧延幅異形生成モデルがある。（特許文献３））を有し、これらのモデルを用いて制御量を決定するという制御方式を採用しているため、その平面形状の制御性能は用いているモデルの予測精度に依存するという問題がある。

そこで、特許文献２では、圧延終了後に平面形状を実測し、その結果を次材以降の圧下量の修正に用いる平面形状制御方法がとられ、特許文献３では幅出圧延完了直前の平面形状を、被圧延材を静止させて測定し、測定結果を幅出圧延の最終パスに反映する方法がとられている。なお、特許文献１では圧延中、圧延後とも平面形状の実測は行われていない。

しかしながら、特許文献２の平面形状の実測値は次材にしか反映できないという問題があり、特許文献３の平面形状の実測方法では、被圧延材を静止して測定する必要があり、静止測定による圧延能率の低下や調整圧延時は平面形状が実測されていないという問題がある。

そこで、本発明は、調整圧延および幅出圧延の両方で、各圧延の最終パス前に走間幅長さ計で走間測定した平面形状に基づいて、ＤＢＲ量（圧延長手方向両端部に付与する厚肉部の形状）を決定して平面形状の精度向上を図ることを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するために走間計測可能な幅長さ計を用いて、調整圧延および幅出圧延における平面形状を走間で測定し、圧延長手方向の両端部に付与する厚肉部の形状を再計算し、厚鋼板の平面形状を矩形に近づけるものである。

本発明の要旨は以下の通りである。

［１］ 厚鋼板の調整圧延および幅出圧延の最終パスで圧延長手方向の両端部に厚肉部を付与し、その後仕上圧延する厚鋼板の圧延方法であって、
前記最終パス前に走間幅長さ計によって厚鋼板の幅方向と長さ方向に走間で走査して得た平面形状に基づいて、仕上圧延後の厚鋼板が矩形となるように、前記最終パスで圧延長手方向両端部に付与する厚肉部の形状を決定することを特徴とする厚鋼板の圧延方法。

［２］ 上記［１］に記載の厚鋼板の圧延方法において、
前記平面形状を得るにあたっては、
センサカメラ、チルトミラー、ＰＬＧ、および画像処理装置を具備した走間幅長さ計を用い、
前記チルトミラーを前記ＰＬＧによって回転させて、厚鋼板の幅方向と長さ方向に走査した像をセンサカメラで撮像し、該撮像した画像を画像処理装置で画像処理することを特徴とする厚鋼板の圧延方法。

［３］ 厚鋼板の調整圧延および幅出圧延の最終パスで圧延長手方向の両端部に厚肉部を付与し、その後仕上圧延する厚鋼板の圧延装置であって、
前記最終パス前に厚鋼板の幅方向と長さ方向に走間で走査して平面形状を得る走間幅長さ計と、
得た平面形状に基づいて、仕上圧延後の厚鋼板が矩形となるように、前記最終パスで圧延長手方向両端部に付与する厚肉部の形状を決定し、圧延ロールの圧下装置に圧下指示を与える制御装置とを、
具備することを特徴とする厚鋼板の圧延装置。

［４］ 上記［３］に記載の厚鋼板の圧延装置において、
前記走間幅長さ計は、
センサカメラ、チルトミラー、ＰＬＧ、および画像処理装置を具備し、
前記チルトミラーを前記ＰＬＧによって回転させて、厚鋼板の幅方向と長さ方向に走査した像をセンサカメラで撮像し、該撮像した画像を画像処理装置で画像処理して平面形状を得ることを特徴とする厚鋼板の圧延装置。

本発明は、厚鋼板の幅と長さのプロフィールを、調整圧延および幅出圧延の両方で、走間測定するようにしたので、圧延能率を低下することなく、平面形状精度を向上させることができ、製造歩留の向上を図ることができる。

本発明に係る厚鋼板の圧延装置の構成例を説明する図である。 走間幅長さ計の構成例を示す図である。 厚鋼板の幅と長さ寸法の斜行補正を説明する図である。 （ａ）調整圧延、（ｂ）幅出圧延、（ｃ）仕上圧延の圧延方法と、幅と長さの測定を説明する図である。 ＤＢＲ形状の修正を説明する図である。 ＤＢＲ有無での断面形状、平面形状を説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図６は、厚鋼板の圧延工程において、最終圧延材におけるクロップロスや幅異形ロスを軽減するために調整圧延および幅出圧延の最終パスの圧延長手方向の板厚分布を変更し、主に板端部厚を厚くすることにより板形状を矩形に近付ける技術であるＤＢＲ（Dog Bone Rolling）と呼ばれる平面形状制御の方法を適用した例を示す図である。

調整圧延におけるＤＢＲは厚鋼板の幅形状の改善を目的としている。また、幅出圧延におけるＤＢＲは厚鋼板のクロップ形状の改善を目的としている。図６の断面形状、平面形状に示すように、Ｄｏｇ Ｂｏｎｅ形状の付け方により平面形状は異なってくる。これは、ＤＢＲにおいて、平面形状を予測するモデルを用いて制御量を決定する方式を採用していることに起因している。

図１は、本発明に係る厚鋼板の圧延装置の構成例を説明する図である。図中、１は厚鋼板、２は圧延ロール、３は圧下装置、４は走間幅長さ計、および５は制御装置をそれぞれ表す。

圧延工程において圧延中の厚鋼板１が圧延最終パスに入る直前に、厚鋼板１が停止することなく移動している最中（走間）に、厚鋼板１の幅・長さプロフィールを走間幅長さ計４で測定している様子を表している。演算装置５は、走間幅長さ計４で測定された厚鋼板１の幅・長さプロフィールに基づいて、目標の板幅となるような圧延ロール２のロールギャップを演算し、圧下装置３にロールギャップの指示値として与える。本発明では、圧延途中のパスで（走間で）圧延材の平面形状を実測して、その結果を次パスのＤＢＲ圧延に反映させる。

図２は、走間幅長さ計の構成例を示す図である。図中、４１ａ〜ｄはセンサカメラ、４２ａ〜ｄはチルトミラー、４３ａ〜ｄはＰＬＧ、４４は画像処理装置、Ｉａはセンサカメラ４１ａが取り込む像、Ｉｂはセンサカメラ４１ｂが取り込む像、Ｉｃはセンサカメラ４１ｃが取り込む像、およびＩｄはセンサカメラ４１ｄが取り込む像をそれぞれ表し、その他の符号は図１と同じである。なお、４１ｃおよび４１ｄのセンサカメラにそれぞれ付随する、チルトミラー４２ｃとＰＬＧ４３ｃおよびチルトミラー４２ｄとＰＬＧ４３ｄについては、図が見づらくなるため図示を省略している。

厚鋼板またはスラブ（以下、厚鋼板、鋼板、または板と記載する）の幅と長さを計測するセンサカメラが収納された走間幅長さ計のセンサユニットが圧延ラインの上方（例えば、約２４ｍ）の位置に設置されている。ここでは、４台のセンサカメラ（４１ａ〜ｄ）で厚鋼板の幅と長さを計測する例を示しているが、センサカメラの台数については、対象とする厚鋼板のサイズ、１台のセンサカメラで走査する範囲などにより決まる。これより多くなるまたは少なくなることもあり、これに限られるものでない。

センサカメラ４１ａ〜ｄは一次元ＣＣＤカメラであり、各カメラには厚鋼板の幅および長さ方向を走査するチルトミラー（高速走査ミラー）４２ａ〜ｄ、および各チルトミラーを回転させるＰＬＧ（パルスジェネレータ）４３ａ〜ｄが設置されている。

２台の幅測定用センサカメラ４１ａおよび４１ｂ、２台の長さ測定用センサカメラ４１ｃおよび４１ｄを高速走査ミラーでのミラー走査（４１ａおよび４１ｂは厚鋼板の搬送方向に、４１ｃおよび４１ｄは厚鋼板の幅方向にそれぞれ走査）により、測定視野範囲内の厚鋼板の幅プロフィールおよび長さプロフィールを走間で測定する。

それぞれのセンサカメラ４１ａ〜ｄで得られた画像信号は、画像処理装置４４に送られ、ここで微分処理し光強度の急変部を特定して、厚鋼板の端部を求め、さらに傾き補正処理などを行い、厚鋼板の幅プロフィールおよび長さプロフィールを演算する。

幅測定用センサカメラおよび長さ測定用センサカメラがそれぞれ２台づつあることから、厚鋼板の端部座標をもとに、走行中の厚鋼板の斜行角度を演算し、厚鋼板の幅および長さ寸法の斜行補正が可能となる。斜行補正することで真の幅および長さ寸法が演算できる。

次に、幅および長さ寸法の斜行補正の具体的方法について説明する。厚鋼板が搬送されてセンサカメラの視野に入ってくる時に、センサカメラの視野に対して厚鋼板は直角にあるとはかぎらないため、２つのセンサカメラ４１ａ、ｂの視野から求めた板の両エッジの座標のそれぞれの演算値は、厚鋼板の斜行角に応じた差が生ずることになる。

そこで、厚鋼板の斜行角を２台のカメラで検出した板両エッジ座標の２組のデータから、斜行角θを求めて長さを補正処理する。図３は、厚鋼板の幅と長さ寸法の斜行補正を説明する図である。

図２に示すように、２つのセンサカメラ４１ａ、ｂにより測定された２つの幅方向画像Ｉa、Ｉｂがあるとする。図３は、これらの２つの幅方向画像と厚鋼板の位置関係を示している。厚鋼板の搬送方向をｘ軸とし、厚鋼板の面内でｘ軸に垂直な方向にｙ軸を取る。ｙ軸は、ほぼ板幅方向であり、厚鋼板が斜行していない場合には板幅方向と完全に一致する。

２つの幅方向画像Ｉa、Ｉｂの間隔をｆ、１台目のセンサカメラ４１ａで検出した２つの板エッジ座標点をそれぞれＰ_１（ｘ_１，ｙ_１）、Ｐ’_１（ｘ’_１，ｙ’_１）、２台目のセンサカメラ４１ｂで検出した２つの板エッジ座標点をそれぞれＰ_２（ｘ_２，ｙ_２）、Ｐ’_２（ｘ’_２，ｙ’_２）とする。

さらに、点Ｐ_１と点Ｐ’_１の中点座標Ｐ”_１（ｘ”_１，ｙ”_１）、点Ｐ_２と点Ｐ’_２の中点座標Ｐ”_２（ｘ”_２，ｙ”_２）を求める。これら２つの点のｙ座標の差から、次式を用いて斜行角θを求める。

ｔａｎθ＝（ｙ”_２−ｙ”_１）／ｆ・・・・（１）
さらに、上記で求めた斜行角θと、線分Ｐ_１Ｐ’_１、Ｐ_２Ｐ’_２の長さｗ_１、ｗ_２から正確な厚鋼板の幅Ｗ_１、Ｗ_２を計算する。

Ｗ_１＝ｗ_１×ｃｏｓθ・・・・（２）
Ｗ_２＝ｗ_２×ｃｏｓθ・・・・（３）

厚鋼板の長さに関しても、２つのセンサカメラ４１ｃ、ｄの画像（Ｉｃ、Ｉｄ）から厚鋼板の先端、尾端を判定し、上記で求めた斜行角θを用い、上記の幅と同様の方法で、斜行補正することで、真の長さ寸法を演算する。センサカメラＣの画像から得られる長さをｌ_１、センサカメラＤの画像から得られる長さをｌ_２とすると、正確な長さＬ_１、Ｌ_２は次式で計算できる。

Ｌ_１＝ｌ_１×ｃｏｓθ・・・・（４）
Ｌ_２＝ｌ_２×ｃｏｓθ・・・・（５）

以上のようにして、幅のプロフィール（各長さ位置での幅）、長さのプロフィール（各幅位置での長さ）が得られる。前記のプロフィール測定は、プロフィール測定によりえられた鋼板の平面形状に基づいて、ＤＢＲの制御量を設定するため、ＤＢＲの前に行う必要がある。ＤＢＲの直前の厚鋼板の形状が最も重要であり、ＤＢＲの直前の圧延パス（ＤＢＲの１パス前）でプロフィール測定することが最も望ましいが、さらに前の、ＤＢＲの２パス前に行ってもよい。

図４は（ａ）調整圧延、（ｂ）幅出圧延、（ｃ）仕上圧延の圧延方法と幅長測定を説明する図である。

（ａ）調整圧延におけるＤＢＲ（図６調整ＤＢＲ参照）はスラブの幅形状の改善を目的とする圧延であり、調整圧延工程の最終パス前（調整ＤＢＲパス前）のパスで、走間幅長さ計でスラブの平面形状を測定し、その測定結果からＤＢＲ付加量を修正（図５参照）し、厚鋼板の幅形状を矩形に近づける圧延である。

（ｂ）幅出圧延におけるＤＢＲ（図６幅出ＤＢＲ参照）は、調整圧延を終了した厚鋼板を９０度回転して幅出圧延を行って厚鋼板のＴＢ（Ｔｏｐ、Ｂｏｔｔｏｍ）端のクロップ形状の改善を目的とする圧延であり、幅出ＤＢＲパス前のパスで、走間幅長さ計で厚鋼板の平面形状を測定し、その測定結果からＤＢＲ付加量を修正（図５参照）し、厚鋼板のＴＢ端のクロップ形状を矩形に近づける圧延である。

通常、平面形状予測モデルでは初期スラブ形状が矩形であるという前提で、ＴＢ端のＤＢＲ付加量を計算し、これをＴＢ端に対して対称に付加する。本発明は矩形ではなく、実測プロフィールからＤＢＲ付加量をＴＢ端各々で計算し、これをＴＢ端に対して非対称に付加することを特徴とする。

具体的には、以下に示すＤＢＲ付加量修正処理手順をとる。
[１] 走間幅長さ計で測定した幅・長さプロフィールデータから、幅方向・長手方向の分割部の代表値を算出する。例えば、測定ピッチを２０ｍｍ固定とすると、厚鋼板の幅、長さによっては点数が変化する（幅3000mm/20mm=150点、長さ5000mm/20mm＝250点）。
そこで、厚鋼板寸法によらないものにするために、５０分割の代表値とするために移動平均にて代表値を算出する。
[２] ＴＢ端各々で平圧延（ＤＢＲなし）にて圧延した場合の形状プロフィールを、平面形状モデルで算出し、矩形に足りないプロフィールを算出する。
[３]不足分の最大値を、ＤＢＲによって補う目標値とする。
[４]上記[３]を実現するＤＢの高さを計算し、形状プロフィールを再計算し、切捨面積（余長）が最小となるようにＤＢの長さを算出する。

（ｃ）仕上圧延では走間幅長さ計で、仕上圧延中の板幅の測定、クロップ形状の測定を行って、幅実績を元にしてその後のパスで仕上形状を調整したり、仕上圧延中にキャンバー測定を行ってレベリング制御（ワークサイド（ＷＳ）とドライブサイド（ＤＳ）の圧下差の調整によるキャンバー修正）を行ってもよい。

本発明に係る厚鋼板の圧延方法を適用した実施例について説明する。

本発明の走間計測を適用した場合を発明例とし、比較例として、厚鋼板を静止して鋼板の形状を測定しＤＢＲ制御量を決定した場合を比較例１、鋼板形状を測定せずモデルによる計算からＤＢＲ制御量を決定した場合を比較例２とした。いずれの例においても、調整圧延は３パス、幅出圧延は４パス、仕上圧延は９パスとした。

本発明例の方法、および、比較例１、２の方法により、板厚１０〜２０ｍｍ×幅３０００〜４０００ｍｍ×長さ２０〜４０ｍの厚鋼板を、それぞれ５０枚以上作成した。これらの厚鋼板の製造実績から、平均歩留、平均圧延時間を求めた。表１に、発明例の平均歩留、平均圧延時間を１とした場合の、比較例１、２の平均歩留、平均圧延時間を示す。

表１から、発明例は鋼板を静止して鋼板の形状を測定しＤＢＲ制御量を決定した比較例１と比べ、平均圧延時間が５％減少しており、圧延能率が向上していることがわかる。これは、発明例では走間で鋼板の形状を計測できるので、形状測定のために鋼板を静止する時間ロスがないためである。

また、鋼板形状を測定せずモデルによる計算によりＤＢＲ制御量を決定した比較例２と比べ、歩留まりが１％向上した。これは発明例が、比較例２よりも、より矩形に近い形状の鋼板が得られたため、製品とすることができる部分がより多くなったためである。

１ 厚鋼板
２ 圧延ロール
３ 圧下装置
４ 走間幅長さ計
４１ａ〜ｄ センサカメラ
４２ａ〜ｄ チルトミラー
４３ａ〜ｄ ＰＬＧ
４４ 画像処理装置
５ 制御装置
Ｉａ センサカメラ４１ａが取り込む像
Ｉｂ センサカメラ４１ｂが取り込む像
Ｉｃ センサカメラ４１ｃが取り込む像
Ｉｄ センサカメラ４１ｄが取り込む像

Claims (4)

1. 厚鋼板の調整圧延および幅出圧延の最終パスで圧延長手方向の両端部に厚肉部を付与し、その後仕上圧延する厚鋼板の圧延方法であって、
   前記最終パス前に走間幅長さ計によって厚鋼板の幅方向と長さ方向に走間で走査して得た平面形状に基づいて、仕上圧延後の厚鋼板が矩形となるように、前記最終パスで圧延長手方向両端部に付与する厚肉部の形状を決定することを特徴とする厚鋼板の圧延方法。
2. 請求項１に記載の厚鋼板の圧延方法において、
   前記平面形状を得るにあたっては、
   センサカメラ、チルトミラー、ＰＬＧ、および画像処理装置を具備した走間幅長さ計を用い、
   前記チルトミラーを前記ＰＬＧによって回転させて、厚鋼板の幅方向と長さ方向に走査した像をセンサカメラで撮像し、該撮像した画像を画像処理装置で画像処理することを特徴とする厚鋼板の圧延方法。
3. 厚鋼板の調整圧延および幅出圧延の最終パスで圧延長手方向の両端部に厚肉部を付与し、その後仕上圧延する厚鋼板の圧延装置であって、
   前記最終パス前に厚鋼板の幅方向と長さ方向に走間で走査して平面形状を得る走間幅長さ計と、
   得た平面形状に基づいて、仕上圧延後の厚鋼板が矩形となるように、前記最終パスで圧延長手方向両端部に付与する厚肉部の形状を決定し、圧延ロールの圧下装置に圧下指示を与える制御装置とを、
   具備することを特徴とする厚鋼板の圧延装置。
4. 請求項３に記載の厚鋼板の圧延装置において、
   前記走間幅長さ計は、
   センサカメラ、チルトミラー、ＰＬＧ、および画像処理装置を具備し、
   前記チルトミラーを前記ＰＬＧによって回転させて、厚鋼板の幅方向と長さ方向に走査した像をセンサカメラで撮像し、該撮像した画像を画像処理装置で画像処理して平面形状を得ることを特徴とする厚鋼板の圧延装置。

Images