JP2018015766A

JP2018015766A - 熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法

Info

Publication number: JP2018015766A
Application number: JP2016145445A
Authority: JP
Inventors: 祐樹松本; Yuki Matsumoto
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2018-02-01

Abstract

【課題】応答が速く、かつ十分な蛇行制御効果を得ることができる、熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法を提供する。【解決手段】鋼板の熱間仕上圧延において、鋼板の蛇行の制御が行われる対象圧延スタンド１０と、その上流側の第２の圧延スタンド１１との間に、鋼板の水平方向回転速度を検出する回転速度検出センサ５，６を設け、検出した鋼板の水平方向の回転速度を用いて鋼板の尾端の蛇行を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法に関する。

鋼板の圧延において、圧延条件によっては圧延材（鋼板）がロール幅方向中央に安定せず、圧延の進行とともにロール幅方向端部の方へ移動してしまう現象がよく知られており、この現象は「蛇行」と呼ばれている。

熱間仕上圧延機においては、このような蛇行を制御する必要があるが、従来実用化されている熱間仕上圧延の蛇行制御方法は、以下に示す２つの方法、または両者の組み合わせによるものである。

一つは、圧延機のドライブサイドとワークサイドの荷重差を用いて制御する方法であり、例えば特許文献１に開示されている。この方法は、一般に「差荷重方式蛇行制御」と呼ばれており、板の蛇行の緩やかな変化に対しては効果がある。

もう一つは、蛇行量を直接測定する方法であり、例えば特許文献２，３等に開示されている。この方法は、一般に「センサ方式蛇行制御」とよばれており、ミル直下の蛇行の原因となる鋼板の曲りを検出することができるので、蛇行制御が容易であり、高応答性で安定な制御系を容易に構成することができる。

また、これら２つの方法を組み合わせた方法が、特許文献４、５に開示されている。この方法は、鋼板の尾端部の通過位置に応じて、「センサ方式蛇行制御」と「差荷重方式蛇行制御」とを組み合わせるもので、鋼板尾端部が圧延機の上流側スタンドを抜けてから、制御対象スタンドを抜けるまで高応答でかつ安定した蛇行制御を行うことができる方法である。

特開昭６３−６８２０９号公報特開昭５９−１９１５１０号公報特開昭６３−２０１１７号公報特開平７−１４４２１１号公報特開２０１３−２１２５２３号公報

しかしながら、「センサ方式蛇行制御」で用いる「蛇行量」は、ウェッジ比率（ドライブサイドとワークサイドの板厚差（ウェッジ量）を板厚平均値で除した値）の変化により生じた鋼板の水平方向の回転速度が積分され「蛇行量」となったものであるため、「回転速度」が「蛇行量」として顕在化するまで必要な積分時間が、そのまま蛇行制御の遅れとなってしまう。

また、スタンド間の蛇行はサイドガイドにより拘束されているため、「回転速度」がある一定以上となると、蛇行量はある値で収束してしまい、精度良く蛇行量を検出することが困難である。

したがって、本発明は、応答が速く、かつ精度良く蛇行量を検出することができる、熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）〜（４）を提供する。

（１）鋼板の熱間仕上圧延において、鋼板の蛇行の制御が行われる対象圧延スタンドと、その上流圧延スタンドとの間に、鋼板の水平方向の回転速度を検出する回転速度検出センサを設け、検出した鋼板の水平方向の回転速度を用いて鋼板の尾端の蛇行を制御することを特徴とする、熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法。

（２）前記対象圧延スタンドと前記上流圧延スタンドとの間に、鋼板の蛇行を検出する複数の蛇行検出装置を、前記対象圧延スタンドの近傍と、当該位置より上流側に設け、該蛇行検出装置を鋼板の回転速度検出センサとして用いて鋼板の水平方向の回転速度を検出することを特徴とする、（１）に記載の熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法。

（３）検出した鋼板の水平方向の回転速度から、前記対象圧延スタンドで必要な、ドライブサイドとワークサイドのワークロール間のギャップ量を操作するレベリング操作量を算出することを特徴とする、（１）または（２）に記載の熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法。

（４）鋼板の尾端部が、前記回転速度検出センサを通過した後は、前記対象圧延スタンドのドライブサイドとワークサイドの荷重差を用いて蛇行制御を行うことを特徴とする、（１）から（３）のいずれかに記載の熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法。

本発明によれば、圧延スタンド間の鋼板の水平方向回転速度を用いて蛇行制御を行うので、「回転速度」が積分されて「蛇行量」が顕在化する前に、蛇行制御を行うことができる。このため、従来の蛇行量を用いた蛇行制御よりも、応答が速い蛇行制御が可能となる。

また、サイドガイドによる拘束により、蛇行量がある値で収束してしまうような場合でも、それに至るまでの水平方向の回転速度を用いて蛇行制御を行うので、十分な蛇行制御の効果を得ることが可能となる。

さらに、蛇行制御を実施する際の制御ゲインの設定根拠が明確であり、実用化時の調整が容易であり、かつ十分な蛇行制御の効果を得ることが可能となる。

ウェッジ比率変化による蛇行の生成メカニズムを示す図である。本発明に係る熱間仕上圧延における尾端蛇行制御方法が実施される蛇行制御設備の一例を示す側面図である。図２の設備において圧延材に蛇行が生じた状態を示す平面図である。図２の設備において用いられる蛇行検出装置の構成例を示す図である。２台の蛇行検出装置により圧延の水平方向回転速度の基となる圧延材の水平方向回転角度を測定する手法を説明するための図である。蛇行検出装置等の回転速度検出センサにより検出した圧延材の水平方向回転速度により、必要なレベリング操作量を算出する例における、数式の記号および添字の定義を示す図である。本発明の実施例および従来例における、当該スタンド直下の蛇行量を示す図である。本発明の実施例および従来例における、当該スタンドのレベリング制御量を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
最初に図１を参照して鋼板の蛇行生成メカニズムについて説明する。鋼板の蛇行は、圧延スタンドの入側と出側のウェッジ比率の変化が原因であることが知られている。

蛇行の第１段階（［Ｉ］段階）として、図１に示すウェッジ比率変化ΔΨによりスタンド入側の鋼板（ストリップ）に水平方向の回転速度Ωが生じる。
第２段階（［II］段階）として、水平方向回転速度が積分されて、スタンド入側の鋼板（ストリップ）が回転し、スタンド間（蛇行センサ位置）での蛇行ξｘが発生する。
第３段階（［III］段階）として、水平方向に回転した鋼板（ストリップ）が仕上ミル（Ｆｉスタンド）に進入することで、スタンド直下における蛇行（ミル直下蛇行）ξが発生する。

従来の「差荷重方式蛇行制御」は、第３段階において生じる圧延機のドライブサイドとワークサイドの荷重の差を用いて蛇行を制御する方法であり、最も応答性が悪い。また、従来の「センサ方式蛇行制御」は、第２段階において生じるスタンド間の蛇行を用いて制御する方法であり、「差荷重方式蛇行制御」よりも応答性が良い。

これに対し、本発明においては、第１段階において生じる鋼板の水平方向回転速度を用いて蛇行を制御する。このため、従来の２方式よりも応答性の高い蛇行制御を行うことができる。

以下、詳細に説明する。
図２は本発明に係る熱間仕上圧延における尾端蛇行制御方法が実施される蛇行制御設備の一例を示す側面図、図３は、図２の設備において圧延材に蛇行が生じた状態を示す平面図である。

図２中、１は圧延材（鋼板）、１０は制御対象である対象圧延スタンド（以下当該圧延スタンドと記す）、１１は上流側圧延スタンド、２は圧延材１の圧延を行うワークロールである。当該圧延スタンド１０と上流側圧延スタンド１１との間には、当該圧延スタンド１０の近傍に設置した従来の蛇行検出装置（蛇行センサー）６に加えて、さらに上流側圧延スタンド１１と蛇行検出装置６との間に設置した蛇行検出装置５がある。このように蛇行検出装置５，６を、当該圧延スタンド１０近傍と、その位置より上流側に設けることにより、鋼板の水平方向回転速度を検出することができ、これらは回転速度検出センサとして機能する。また、これらスタンド間には、圧延材１の幅方向端部をガイドするサイドガイド７が設けられている。当該圧延スタンド１０は、ロードセル４およびレベリング装置９を有している。また、蛇行制御設備は、制御演算装置８を有しており、この制御演算装置８は、ロードセル４からの信号、および蛇行検出装置５、６による水平方向回転速度の信号を受け、制御量演算を行う。

圧延材１の尾端は、図３に示すように、上流側圧延スタンド１１を抜け、当該圧延スタンド１０に至るが、これらの間で圧延材１に水平方向回転速度が生じると、蛇行検出装置５、６により水平方向回転速度が検出され、制御演算装置８により最適な制御量を算出し、その制御信号をレベリング装置９に与え、レベリング装置９が図３に示すワークロール２の左右のチョック３の圧下量を調整して、蛇行制御を行う。

また、圧延材１の尾端が蛇行検出装置５、６を抜けたら、ロードセル４によって検出される差荷重を基にして、制御演算装置８により最適な制御量を算出し、同様に、レベリング装置９により図３に示すロール２の左右のチョック３の圧下量を調整して、蛇行制御を行う。

次に、蛇行検出装置５、６の例について、図４および図５に基づいて説明する。
本例では、蛇行検出装置５（６）は、ライン下部に圧延材１の幅方向に設置した光源２１と、圧延材１の上方のドライブサイド（図中ＤＳ）に設けられた第１のＣＣＤカメラ２２と、圧延材１の上方のワークサイド（図中ＷＳ）に設けられた第２のＣＣＤカメラ２３とを有し、光源２１からの光を、第１のＣＣＤカメラ２２および第２のＣＣＤカメラ２３で測定する方式を採用している。すなわち、光源２１からの光が圧延材１によって遮蔽された部位を板エッジと判定し、ドライブサイドとワークサイドのエッジ位置の差により蛇行を検出する、という方法である。

蛇行検出装置を２台設置することにより、図５に示すように、従来の蛇行検出装置６の蛇行量：Ｄ_２、従来の蛇行検出装置６の上流側に設けた他方の蛇行検出装置５の蛇行量：Ｄ_１、蛇行検出装置間距離：Ｌとすると、これらを用いて、以下のように圧延材の水平方向回転角度θを算出することができ、さらに、圧延材の水平方向回転角度θの微分値が圧延材の水平方向回転速度Ωとなる。

蛇行検出装置は２台に限らず複数であればよい。また２台の蛇行検出装置を用いる代わりに、２台の蛇行検出装置と同等な広範囲を測定可能なカメラにより、圧延材の水平方向回転角度を測定してもよい。この場合も、圧延材の水平方向回転角度の微分値が圧延材の水平方向回転速度となる。

上述のように蛇行検出装置等の回転速度検出センサにより検出した圧延材の水平方向回転速度により、対象圧延スタンドにおける必要なレベリング操作量を算出する例について以下に説明する。なお、以下の説明において用いる数式の記号および添字の定義を図６に示す。

圧延材（鋼板）の水平方向回転速度は、スタンド（圧延機）入側のワークサイドの板速度（Ｖ_ＷＳ）とドライブサイドの板速度（Ｖ_ＤＳ）により、以下の（式１）のとおり示すことができる。

後進率（ｂｓ_ＷＳ，ｂｓ_ＤＳ）を含むように（式１）を変形すると、Ｖ_ＷＳ＝Ｖ_Ｒ（１−ｂｓ_ＷＳ）、Ｖ_ＤＳ＝Ｖ_Ｒ（１−ｂｓ_ＤＳ）、ｂ_ｓｄ＝ｂｓ_ＷＳ−ｂｓ_ＤＳとして、以下の（式２）に示すようになる。

ワークサイドとドライブサイドの板速度差、後進率差にて算出を進めるのであるが、実際には圧延材の幅方向へのメタルフローが生じるため、その分だけ回転速度を緩和させる。その幅方向へのメタルフローによる緩和分を幅流係数ηとし、上記（式２）に導入すると、以下の（式３）となる。

本発明においては、回転速度検出センサにて検出した水平方向の回転速度に対して、レベリング制御によりスタンド（圧延機）出側のウェッジを変化させることにより、打ち消す方向の水平方向回転速度を生成することで蛇行の発生を防止する。このため、以下の（式４）に示すように、スタンド出側ウェッジΔｈ_ｄと後進率差Δｂｓ_ｄの関係を求める。（式４）の偏微分の項は、例えば、各種圧延モデルによるシミュレーションにて出側板厚δｈ_ｄを微小に変化させたときの後進率の変化δｂｓ_ｄによる求めることができる。

またスタンド出側のウェッジ変化Δｈ_ｄとレベリング変化Δｓ_ｄとの関係は、板幅ｂとレベリング装置間距離ＬＳから以下の（式５）に示すようになる。

上記（３式）〜（５式）より、レベリングを変化させた場合に生成する水平方向回転速度の変化ΔΩは、以下の（式６）に示すようになる。

回転速度検出センサにて検出した水平方向回転速度と、レベリング制御による水平方向回転速度の和が０となれば、圧延材（鋼板）の蛇行を防止することができる。
すなわち、Ω＋ΔΩ＝０が成り立てばよい。これに（式６）を代入し、レベリングΔｓ_ｄについて解くと、以下の（式７）のようになる。

図２、３に示す設備を用いる場合は、回転速度検出センサとして用いる蛇行検出装置５、６により検出した回転速度により、制御演算装置８により、（式７）に基づいて制御量を算出し、レベリング装置９により図３に示すロールの左右のチョック３の圧下量を調整して、蛇行制御を行う。

このように蛇行制御を行うことにより、「水平方向の回転速度」が積分されて「蛇行量」が顕在化する前に、蛇行制御を行うことができる。このため、従来の蛇行量を用いた蛇行制御よりも、応答が速い蛇行制御が可能となる。

また、サイドガイドによる拘束により、蛇行量がある値で収束してしまうような場合でも、それに至るまでの水平方向回転速度を用いて蛇行制御を行うので、十分な蛇行制御の効果を得ることが可能となる。

さらに、蛇行制御を実施する際のゲインの設定根拠が明確であり、実用化時の調整が容易であり、かつ十分な蛇行制御の効果を得ることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形が可能である。例えば上記実施形態では、スタンド間に複数台の蛇行検出装置を用いて鋼板の水平方向回転速度を検出したが、これに限らず、鋼板の水平方向回転速度が検出できるものであればよい。

図７、図８は、本発明の制御による実施例と、従来の差荷重方式、センサ方式による制御結果を比較したものである。図７は当該スタンド直下の蛇行量、図８は当該スタンドのレベリング制御量を示したものである。

図７に示すように、制御なしの場合の当該スタンド直下の蛇行量を１００％とした場合に、従来の差荷重方式では５６％、センサ方式では３５％であったのに対し、本実施例では３％まで蛇行量を低減することができている。また、対象圧延スタンド近傍の従来の蛇行検出装置を抜けた後も、従来の差荷重方式蛇行制御を行うことにより、対象圧延スタンドを抜けるまで、よく安定していることがわかる。すなわち、本発明により、従来の差荷重方式、センサ方式よりも大きな蛇行制御効果が得られることが確認された。

また、本発明では、図８に示すようにレベリング制御の応答性も高い。

１圧延材（鋼板）
２ワークロール
３チョック
４ロードセル
５、６蛇行検出装置（回転速度検出センサ）
７サイドガイド
８制御演算装置
９レベリング装置
１０対象圧延スタンド
１１上流側圧延スタンド
２１光源
２２、２３ＣＣＤカメラ

Claims

鋼板の熱間仕上圧延において、鋼板の蛇行の制御が行われる対象圧延スタンドと、その上流圧延スタンドとの間に、鋼板の水平方向の回転速度を検出する回転速度検出センサを設け、検出した鋼板の水平方向の回転速度を用いて鋼板の尾端の蛇行を制御することを特徴とする、熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法。
前記対象圧延スタンドと前記上流圧延スタンドとの間に、鋼板の蛇行を検出する複数の蛇行検出装置を、前記対象圧延スタンドの近傍と、当該位置より上流側に設け、該蛇行検出装置を鋼板の回転速度検出センサとして用いて鋼板の水平方向の回転速度を検出することを特徴とする、請求項１に記載の熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法。
検出した鋼板の水平方向の回転速度から、前記対象圧延スタンドで必要な、ドライブサイドとワークサイドのワークロール間のギャップ量を操作するレベリング操作量を算出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法。
鋼板の尾端部が、前記回転速度検出センサを通過した後は、前記対象圧延スタンドのドライブサイドとワークサイドの荷重差を用いて蛇行制御を行うことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱間仕上圧延における鋼板尾端蛇行制御方法。