JP2017500208A - 熱間圧延方法 - Google Patents

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Abstract

少なくとも2つの作業ロールを備えた少なくとも1つの圧延機スタンド内で半仕上げ金属製品の熱間圧延法のパラメータ(α)の少なくとも1つを調節する方法であって、該調節方法は以下の工程:以下の式によって前進スリップ率(FWS)を計算する工程であって、
Figure 2017500208

式中、Vexitは、それぞれのスタンドの出口での半仕上げ製品の速度であり、Vstandは作業ロールの線速度である工程;スタンド内の作業ロールの圧下力(F)の測定値および予め計算された前進スリップ率(FWS)の関数として推定摩擦係数(μreal)を計算する工程;および計算された推定摩擦係数(μreal)に基づいてパラメータ(α)の少なくとも1つを調節する工程を含む調節方法。

Description

本発明は冶金製品の熱間圧延に関する。より具体的には、本発明は熱間圧延方法の少なくとも1つのパラメータを調節する方法に関する。
本発明は、他の冶金製品、特にアルミニウムまたはその合金の熱間圧延に適用可能であるが、以下では鋼帯の熱間圧延を例にとる。
熱間圧延鋼帯は、通常、以下の方法に従って製造される:
− 200から260mmの範囲の厚さを有するスラブを連続鋳造し;
− 約1100から1200℃の温度までスラブを再加熱し;
− 約30から50mmの厚さを有するストリップを得るために、単一の反転可能なスタンドまたは次々に一列に配置された複数の独立したスタンド(例えば、5つ)を備えた粗圧延機にスラブを通し;
− ストリップに約1.5から10mmの厚さを与えるために、その中にストリップが同時に存在する複数のスタンド(例えば、6つまたは7つ)を備えた仕上げ圧延機にストリップを通し、その後ストリップをらせん状に巻く。
その後、このようにして得られた熱間圧延帯は、それに最終的な特性を与える熱的または機械的処理を施すことができ、または熱間圧延帯は、最終的な熱的または機械的処理の実行前に、その厚さをさらに減少させる冷間圧延を受けることができる。
鋼帯の熱間圧延の間、仕上げラインの各スタンドでは、鋼帯は、作業ロールと、ロール間の間隙内のストリップとの間の摩擦によって影響される、正確に決定された一連の熱的および機械的操作(減少、温度)に供される。この一連の操作は、ストリップの品質(表面外観および冶金特性)に大きな影響を与える。
従って、ロール隙間内の摩擦を測定および制御することができることが最も重要である。高すぎる摩擦係数は、過度なエネルギー消費、ロールの急激な劣化およびストリップ上の表面欠陥をもたらす。逆に、低すぎる摩擦係数は、滑り問題およびストリップの誘導に関する問題ならびにスタンド内でのストリップのスレッディング(threading)の問題を引き起こす。
摩擦係数を調整することは、特に潤滑方法によって確実にされる。
現在、注油は、一般に、間隙の位置でロール上に、水および潤滑流体、通常は油から構成されたエマルジョンを噴射することにより、圧延機の各スタンドの位置で行われる。例えば、US−A−3605473号を参照されたい。
効果的な注油を有する必要性は、新しいVHS(高強度、一般に450から900MPaの間)またはUHS(超高強度、一般に900mPaより大きい)等級の鋼および/または新しいフォーマット、例えば、3mm未満のストリップ厚さの圧延に伴ってさらに大きくなる。USIBOR(R)または二相鋼のようなこれらの鋼は当然より硬く、より大きな圧延力の適用を必要とし、そのことは圧延機の容量を低下させる。これらの鋼は、また、より少ないカラミン(通常は最初の潤滑要素として働く)を有する表面組成を有していてもよい。
また、現在の圧延方法では、摩擦係数が高すぎる結果、ロール間隙内のストリップの非スレッディングのリスクを回避するために、潤滑エマルジョンの噴射は、ストリップの始まり部分の圧延の間は無効化される。同様に、ロール上の潤滑エマルジョンの存在のために次のストリップが適切なスレッディングをし損なうことを防止するため、潤滑エマルジョンの噴射は、前のストリップの最後尾端の圧延の間は無効化される。従って、潤滑剤なしで圧延されるこれら2つの部分は、それらが必要な厚さを有さないため、廃棄されなければならず、そのことは数メートルのストリップ(スタンド当たり5から10メートルのストリップ)の無駄、そのため生産性についての重大な損失を表す。
効果的な注油を確保し、その結果として摩擦係数を調節し、滑りまたはストリップが適切なスレッディングをし損なうことのような圧延事故を回避するために多くの解決策が提案されている。
JP−A−2008264828号は、摩擦係数の特定の値を確保するために、作業ロールが特定の組成を有するコーティングによって被覆された熱間圧延方法を記載する。
JP−A−2005146094号は、特別な組成を有する潤滑油を使用することによって、ストリップが滑ることを防止する熱間圧延方法を記載する。
しかし、これらの解決策は、圧延時の摩擦係数を連続的に調整することを可能にはしない。摩擦係数は、とりわけ、圧延されるストリップを構成する材料の種類、作業ロールの条件(粗さ、劣化、スケール等)、圧延速度および達成されるべき減少率の関数である。また、注油の有効性はランの最初と終わりの間で、さらにはあるラインから別のラインヘ、および同じライン上のあるスタンドから別のスタンドへ非常に異なる場合がある。しかし、提案された解決策は、これらのパラメータのばらつきを工程中に考慮に入れることを可能にしない。
JPH−A−1156410号は、圧延機のロールによって加えられた絞り力がセンサーによって測定され、その後噴射された潤滑油の量が、測定された圧延力が目標値と等しくなるように調整される方法を記載する。
この解決策の目的は工程中、摩擦係数を調整することであるが、摩擦係数を支配するパラメータの全てを考慮していない。この解決策はあまり効果的ではない。また、必要な力を達成するために大量の潤滑剤が添加されるべき場合、この解決策は速度またはけん引力のばらつきのような圧延工程中の不安定性の重大なリスクを伴う。
米国特許第3605473号明細書 特開2008−264828号公報 特開2005−146094号公報 特開平10−156410号公報
従って、本発明の目的は、圧延事故を防止し、最適な生産量を達成するために、摩擦係数が製造中に確実かつ効果的に調節される圧延方法を提供することである。本発明の目的は、また、好ましくは、圧延方法の不安定性を低減し、ストリップにその全長にわたり潤滑油を塗ることを可能にする方法を提供することである。
この目的を達成するために、本発明の第一の目的は、請求項1に記載の調節方法である。
この調節方法は、単独でまたは組み合わせて考慮される請求項2から7に記載された特徴を含むことができる。
本発明の追加の目的は請求項8に記載の圧延方法である。
この圧延方法は、単独でまたは組み合わせて考慮される請求項9から13の特徴を含むことができる。
本発明の追加の目的は請求項14に記載の熱間圧延機である。
この圧延機は、また、請求項15の特徴を含むことができる。
本発明の追加の目的は請求項16に記載のコンピュータプログラムである。
本発明の他の特徴および利点は以下の説明を読むことから明らかになるであろう。
本発明を例示するために、試験が行われ、非限定的実施例によって、特に添付の図面を参照しながら説明される。
本発明に係る調節装置の一実施形態を備えた2つのスタンドを有する圧延機を示す。 本発明の調節方法の一実施形態で使用される異なる変形例を示す。 本発明の第1の実施形態による制御図を示す。 本発明の第2の実施形態による制御図を示す。 本発明に係る調節方法を利用する試験中の時間の関数としての油の噴射開始およびモータートルクを示す。 本発明に係る調節方法を利用する試験中の時間の関数としてのスタンドからの出口における圧延ストリップの厚さを示す。
図1は、その中でストリップBが、例えば、鋼帯の熱間圧延のための仕上げ圧延機に同時に従事される2つのスタンド1、2を備える圧延機で圧延中の金属ストリップBを示す。この種の圧延機は、一般に、5つ、6つまたは7つのスタンドを含む。スタンド1、2の各々は、慣習的に、2つの作業ロール1a、1a’および2a、2a’ならびに2つのバックアップロール1b、1b’および2b、2b’を含む。各スタンドは、1対のモーターC、C(図示せず)によって活性化される。2つの作業ロール、それぞれ1a−1a’および2a−2a’の間の距離は間隙S(図示せず)と呼ばれ、圧下機構7によって調節される。
ロールには、例えば、油および水のエマルジョンを噴霧することを可能にする噴霧ノズルのような噴射装置3によってスタンドの各々の位置で潤滑油が塗られる。
本発明の一実施形態によれば、速度測定装置4はストリップの走行方向において最初のスタンドからの出口に配置され、この装置4はストリップがスタンドを出るときのストリップの速度Vexitを測定することを可能にする。この装置は、一例として、レーザ速度計等の光学測定装置とすることができる。この速度測定は、以下の式に基づいて、リアルタイムでFWS(前進スリップ率)を計算することを可能にする。
Figure 2017500208
式中、
− Vexitは、例えば、装置4を用いて測定された、スタンドからの出口におけるストリップの速度である。
− Vstandは、以下の式に従って計算された作業ロールの線速度である:
stand=ωR (式2)
式中、Rは作業ロールの半径であり、ωは、例えば、パルス発生器によって測定された作業ロールの角速度である)
速度VexitおよびVstandは、速度のあらゆる単位で表すことができるが、それらは両方ともこの同じ単位で表されなければならない。同様に、角速度ωが表される単位はVstandが表される単位と一致しなければならない。
さらに、本発明の一実施形態によれば、リアルタイムで作業ロールの圧下力Fを測定することを可能にする力測定装置5も、各スタンドの位置に設けられる。これらの装置は当業者には周知であり、例えば、スタンドの支柱上または圧下機構7の下に設置された歪ゲージとすることができる。
圧下力Fおよび出口でのストリップの速度Vexitの測定データは、例えば、潤滑剤エマルション噴射ノズル3または圧下機構7に、その後、これらの測定値および他の予め記録されたパラメータの関数として、設定値を送信することができる処理装置6に送信される。
本発明の調節方法の1つの実施形態を実現することを可能にする処理装置6を、図3を参照して以下に説明する。
スタンドからの出口でのストリップの速度Vexitおよび作業ロールの角速度ωは、一列に測定され、それらの値は第1のコンピュータ8に送られる。この第1のコンピュータ8は作業ロールの半径Rの値を記憶する少なくとも1つの内部メモリを含み、それにより作業ロールの線速度Vstand、その後式1に従って前進スリップ率FWSの値を算出することが可能となる。
計算値FWSは、その後、入力データとして、センサー5によりリアルタイムで測定された圧下力Fの値も受信する第2のコンピュータ9に送られる。この第2のコンピュータはパラメータPを記憶する少なくとも1つの内部メモリを含む。これらのパラメータPは、摩擦係数μrealの計算のために選択されたモデルの関数である。
異なる簡略化したモデルを、前進スリップ率FWSおよび圧下力Fの値から摩擦係数μrealの計算値を得るために適合させることができる。これらのモデルはそれらの概要が知られているが、本発明に記載されたそれらの特定の用途においては知られていない。
一例として、我々は、SIMS又はブランド&フォードモデルのような、当業者に知られている他のモデルと同様に、オロワンモデルの本発明の目的のための利用を以下に説明する。これら3つのモデルの各々の一般的な理論は、例えば、オロワンモデルに対し「The calculation of roll pressure in hot and cold flat rolling」、E. Orowan、機械学会の議事録、1943年6月、150巻、No.1、140から167頁、シムズモデルに対し「The calculation of roll force and torque in hot rolling mills」、R.B. Sims、機械学会の議事録、1954年6月、168巻、No.1、191から200頁、ブランド&フォードモデルに対し「The Calculation of Roll Force and Torque in Cold Strip Rolling with Tensions」、D.R. BlandおよびH. Ford、機械学会の議事録、1948年6月、149巻、144頁に記載されている。
オロワンモデルを使用してリアルタイムで摩擦係数μrealを計算するために、パラメータPは、ストリップの入口厚さeentryおよび出口厚さeexit、ストリップの入口張力σentryおよび出口張力σexitであり、この例ではこれらのパラメータは圧延の開始時に設定されるだけでなく、推定またはリアルタイムで測定することもできる。これらのパラメータは図2に示される。
このデータに基づいて、第2のコンピュータ9は摩擦係数μrealを計算し、そのデータはプロセッサ10に送信される。μrealの計算時間は100ミリ秒以下であり、好ましくは50ミリ秒以下である。
プロセッサ10の入力データはμreal、圧延ストリップの鋼の等級の関数として、チャートまたはモデリングに基づいて決定された摩擦係数の目標値μtarget、検討中の設備上で圧延されたストリップのキロメートル数、ロールの摩耗、使用された油の種類等、およびパラメータαである。このパラメータは、摩擦係数μrealを調節するために使用されるであろう方法パラメータαの初期値である。
このパラメータは、一例として、潤滑油の噴射流量Qoilとすることができる。初期値は、例えば、チャートによってまたはモデリングによって決定することができる。
次いで、摩擦係数μrealの値は摩擦係数の目標値μtargetと比較される。これらの2つの値の差の絶対値
Figure 2017500208
が所定の値Δより大きい場合、パラメータαの新しい値が計算され、計算された摩擦係数摩擦μrealの値が目標値μtargetに近い値になるように適用され、その目的は、ストリップが適切なスレッディングをし損なうことを防止し、μreal<μtargetの場合スリップを防止することであり、そうでない場合は作業ロールの時期尚早の摩耗および表面欠陥を防止することである。例えば、潤滑油の噴射流量Qoilを減少または増加させることができる。ロールの冷却の熱の考慮事項に対しエマルジョン中の水の流量を一定にし、噴射されたエマルジョンがロールの大部分を覆うことを保証するための適切な操作を維持することが好ましい。
ストリップの出口速度Vexitの測定と設定αの受信の間に経過する時間は、500ミリ秒以下であり、好ましくは150ミリ秒以下である。
測定、計算および調節のこの連続はまた、検討中のストリップの圧延の終了までおよび圧延ランの終了まで繰り返すことができる。
図4は、本発明の第2の実施形態による制御図を示す。
上述され、図3に示される第1の実施形態との違いは、それぞれコンピュータ8および9によって計算されたFWSの値およびμrealの値が第2のプロセッサ11に送信されることである。従って、この第2のプロセッサの入力データは、FWS、μrealおよび一連のパラメータPである。これらのパラメータPは、摩擦係数μrealの計算のために選択されたモデルの関数である。
前の実施形態のようにオロワンモデルを使用する場合、パラメータPは、ストリップの入口厚さeentryおよび出口厚さeexit、ストリップの入口張力σentryおよび出口張力σexit、ロールの半径Rであり、この例ではこれらのパラメータは圧延の開始時に設定されるが、推定またはリアルタイムで測定することもできる。Pは、検討中の圧延機スタンドの変形係数Mも含む。この係数は一般にt/mmで表されるが、圧延力に関連したスタンドの弾性変形を特徴とする。
このデータに基づいて、プロセッサは、例えば、厚さeexitを得るために適用されなければならない圧延力F’の値を算出する。
パラメータαの新しい値は他のパラメータに対する変更を引き起こし、そのため、例えば、スタンドからの出口で不十分な厚さのような問題を生じる場合がある。
噴射された油の流量Qoilが変更される場合、摩擦係数μrealが変更され、その結果としてロールによってストリップに加えられる力Fが変更される。図5に示されるように、それはひいてはスタンドからの出口でのストリップの厚さeexitの変更によって変換される。従って、スタンドからの出口で不十分な厚さを得ることができる。この問題が発生する場合、μrealを計算するのに使用されたものと同じモデルを使用できるが、逆方向で使用できる。オロワンモデルのこの場合には、入力厚さeentry、eexit、張力σentry、σexit、直径D、目標摩擦係数μtarget、および計算された前進スリップ率のパラメータが入力され、それによりストリップに適用されるべき力F’が得られ、以下の式3に従う間隙ΔSの必要な変化、および間隙を定義する圧下機構7の位置が結果として変更される。
Figure 2017500208
式中、
− F’はプロセッサ11によって計算された圧延力の値である。
− Fはセンサー5によって測定された圧延力の値である。
− Mは検討中のスタンドの変形係数である。
これらの3つの変数の単位はそれらの間で一致していなければならず、例えば、力FおよびF’にはニュートン、変形係数MにはN/mmとすることができる。
逆モデルによるこの同じ計算原理は圧延方法の他のパラメータ、例えば、スタンドの上流および下流の張力σentry、σexitを制御して圧延からの出口でのストリップの速度の乱れを防止するのに使用できる。
図3および4を参照して上述した処理装置は、計算機またはプロセッサのような異なる要素を含むが、異なる計算および設定値操作を実行することを可能にする1つの同じプロセッサ、または計算および設定値工程を可能にする任意の他の可能な構成を考えることもできる。
試験
本発明の熱間圧延方法はDWI(Drawn and Wall Ironed)鋼帯を用いて実行され、使用された潤滑油は標準の市販油であった。
結果を図5および6に示す。
図5に示すように、噴射流量Qoilは、ストリップの先端の圧延の間はゼロである。この試験は主にストリップの最後尾の注油に向けたものであるため、それは計画的な選択である。
他方、油噴射流量Qoilはストリップの圧延が終了するまで調節され、そのことはストリップの最後尾端も潤滑剤の存在下で圧延されたことを意味し、これは従来技術ではそうではなかった。
図6は、圧延時間の関数としてのスタンド出口でのストリップの厚さeexitを表す。10秒後にこの厚さeexitの低下があることが注目される。この低下は上で説明したものに対応する。噴射された油流量Qoilの変更により、適用された力Fの変更が生じ、この場合ストリップがスタンドを出るときにストリップの厚さeexitの主な低下が生じる。図4に示した調節のおかげで、新たな圧下力F’が計算され、その結果間隙Sが変更されて、顧客の期待に合致する出口厚さeexitを得る。厚さeexitの 増加および維持がこの図6で見られる。
次のストリップの前進スリップもいかなるミススレッディングもこの試験の間起きず、そのことは摩擦係数が確実かつ効果的に調節されたことを意味する。また、次のストリップの圧延へのいかなる影響もなく、潤滑剤の存在下でストリップの後端を圧延することができた。

Claims (16)

  1. 少なくとも2つの作業ロールを備えた少なくとも1つの圧延機スタンド内で半仕上げ金属製品の熱間圧延法のパラメータ(α)の少なくとも1つを調節する方法であって、該調節方法は以下の工程
    − 以下の式によって前進スリップ率(FWS)を計算する工程であって、
    Figure 2017500208
    式中、Vexitは、それぞれのスタンドの出口での半仕上げ製品の速度であり、Vstandは作業ロールの線速度である工程;
    − スタンド内の作業ロールの圧下力(F)の測定値および予め計算された前進スリップ率(FWS)の関数として推定摩擦係数(μreal)を計算する工程;および
    − 計算された推定摩擦係数(μreal)に基づいてパラメータ(α)の少なくとも1つを調節する工程
    を含む該調節方法。
  2. − 推定摩擦係数(μreal)を計算する工程の間、摩擦係数の目標値(μtarget)が予め決定され、摩擦係数(μreal)がリアルタイムで計算され、
    − 調節工程の間、
    Figure 2017500208
    が所定値(Δ)よりも大きい場合、対応する方法パラメータ(α)が
    Figure 2017500208
    が所定値(Δ)以下になるように調節される請求項1に記載の調節方法。
  3. 前進スリップ率の計算の前に、スタンドからの出口での半仕上げ製品の速度(Vexit)が測定され、(Vexit)の測定と摩擦係数(μreal)の計算の間の時間が100ミリ秒以下である請求項1または2に記載の調節方法。
  4. exitの測定とμrealの計算の間の時間が50ミリ秒以下である請求項3に記載の調節方法。
  5. exitの測定と熱間圧延方法のパラメータ(α)の少なくとも1つの調節の間の時間が500ミリ秒以下である請求項1から4のいずれか一項に記載の調節方法。
  6. 方法のパラメータ(α)の少なくとも1つの調節工程の後に、前進スリップ率(FWS)および摩擦係数(μreal)の計算値の関数として圧下力Fを調節することからなる補正工程を含む請求項1から5のいずれか一項に記載の調節方法。
  7. 方法のパラメータ(α)の少なくとも1つの調節工程の後に、前進スリップ率(FWS)および摩擦係数(μreal)の計算値の関数としてストリップの入口張力(σentry)および出口張力(σexit)を調節することからなる補正工程を含む請求項1から6のいずれか一項に記載の調節方法。
  8. 少なくとも2つの作業ロールを備えた少なくとも1つの圧延機スタンド内で半仕上げ金属製品を熱間圧延する方法であって、方法のパラメータ(α)の少なくとも1つが請求項1から7のいずれか一項に記載の調節方法によって調節される圧延方法。
  9. 油および水から構成された潤滑エマルジョンが作業ロール間の間隙の位置で噴射され、方法パラメータαの少なくとも1つが油の噴射流量(Qoil)である請求項8に記載の圧延方法。
  10. 圧延された金属半仕上げ製品がアルミニウム帯である請求項8または9のいずれか一項に記載の圧延方法。
  11. 圧延された金属半仕上げ製品が鋼帯である請求項8または9のいずれか一項に記載の圧延方法。
  12. 圧延された鋼帯が高強度(Very High Strength)または超高強度(Ultra High Strength)鋼帯である請求項11に記載の圧延方法。
  13. 圧延された鋼帯が3mm以下の圧延終了時の厚さを有する請求項11または12に記載の圧延方法。
  14. 請求項8から11のいずれか1項に記載の圧延方法を実施するための熱間圧延機。
  15. 圧延機スタンドからの出口での半仕上げ製品の速度Vexitがレーザ速度計によって測定される請求項12に記載の熱間圧延機。
  16. ソフトウェア命令を含むコンピュータプログラム製品であって、該ソフトウェア命令は、該ソフトウェア命令がコンピュータによって実行されるときに、請求項1から7のいずれか一項に記載の調節方法を実施するコンピュータプログラム製品。
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