JP2968645B2 - 熱間圧延における板幅制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延機において連
続する２つの圧延スタンド間の張力を変更することによ
り被圧延材の板幅を調整，制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】板圧延機において、連続する２つの圧延
スタンド間張力を変更することにより被圧延材の板幅を
調整，制御する方法としては、例えば特開昭６３−９０
３１１号公報に開示されているように、圧延中の下流側
スタンドのロールクラウンと平均張力に基づいて張力の
板幅方向分布を推定し、これと上流スタンド出側の板幅
に基づいて下流スタンド出側の板幅を予測し、これが目
標板幅と一致するよう平均張力を制御する。また、特開
平１−２６２０１１号公報および特開平１−２６２０１
３号公報に開示されているように、平均張力，被圧延材
の波形状および板クラウン量変化から板幅変化量を推定
し、平均張力を操作する方法などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来法において
は、張力の板幅方向分布を板クラウン量変化もしくはロ
ールクラウン量で評価し、これらクラウン量と板幅の関
係を基に平均張力を変更して板幅制御を行っている。し
かしながら、実際の張力分布には後述するように被圧延
材の板厚の影響が含まれており、上述の従来法では精度
の良い板幅予測は行えず、特に、圧延後の板クラウン量
調整を目的として、圧延中に仕上圧延機内の中間圧延ス
タンドのクラウン制御手段を操作した場合、その影響は
全ての下流スタンドに及ぶため、板幅予測誤差が累積
し、圧延後の板幅予測精度は更に悪化する。

【０００４】また、板幅制御方法についても、特開昭６
３−９０３１１号公報に開示された方法では、圧延中に
生じる板幅変動への対応は、圧延荷重およびベンダー荷
重等の検出値の変動を検知した上でのフィードバック制
御のみで行われており、検出誤差，張力制御手段の応答
遅延等に起因した制御精度の低下が予測される。一方、
特開平１−２６２０１１号公報および特開平１−２６２
０１３号公報に開示された方法は、基本的には圧延前に
各スタンド出側の目標板幅を設定する、いわゆるセット
アップ方法であり、圧延中の変動に対しては、特開昭６
３−９０３１１号公報に開示された方法と同様に、出側
板幅実測値に基づくフィードバック制御で対応するた
め、上述した問題は回避されない。

【０００５】本発明は、叙上の従来技術における問題点
を解決し、従来法に比して、板幅変化の少ない板材をよ
り安価に製造する方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の方法においては、仕上圧延機において、圧
延スタンド内の板クラウン制御手段の操作量を変更する
に際して、該操作量の変更量および圧延条件に基づき該
圧延スタンドおよびその下流側圧延スタンド列における
板クラウン比率変化（圧延スタンド前後間の板クラウン
比率の差）の変動量と、該変動量から予想される仕上圧
延機出側における板幅変絢量を算出し、該板幅動量と各
圧延スタンドにおける板クラウン比率変化および圧延条
件に基づき、圧延スタンド間張力の変更量を設定し、該
圧延スタンド内の板クラウン制御手段の操作量の変更と
併せて圧延スタンド間の張力変更手段を操作する。

【０００７】または、上記圧延スタンド間張力の変更量
の設定と該張力変更手段の操作を、板クラウン制御手段
の操作量を変更する圧延スタンドの入側および／または
出側のみに適用し、上記圧延スタンド内の板クラウン制
御手段の操作と併せて張力変更手段を操作する。

【０００８】

【作用】従来法に示されているように、ロールバイト
（以下ＲＢと略す）近傍（ＲＢ内部を含む）の板幅変化
と板クラウン変化の関係は、被圧延材内部の圧延方向応
力の幅方向分布、いわゆる張力分布の変化に基づいて説
明される。この張力分布について、発明者らは３次元有
限要素法による解析等を通じて、例えば本発明者らが先
に出願した特願平４−８３５４１号に示したように、張
力分布の定量的評価は被圧延材の延伸比の板幅方向分布
に基づき成されるべきであり、従来法のように板クラウ
ン量の絶対値によるよりも、板クラウン量を板厚で除し
た板クラウン比率の圧延スタンド前後の差で定義される
板クラウン比率変化を用いて評価した方が良いことを明
らかにしている。

【０００９】即ち、第ｉ圧延スタンドにおける被圧延材
の板クラウン比率変化

【００１０】

【数０１】

【００１１】以下、特にことわらない限り上付き添字は
圧延スタンドの番号を表す）とＲＢ内およびＲＢ入り口
近傍の板幅変化量

【００１２】

【数０２】

【００１３】板厚，圧下率，入り出側張力等のいわゆる
圧延条件が与えられれば、図２に示すように実験等によ
って予め求めておくことができ、例えば次式のように表
されることを見い出している。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、

【００１６】

【数０３】

【００１７】ＲＢ内およびＲＢ入口近傍における板幅変
化量、

【００１８】

【数０４】

【００１９】ｋ_f は被圧延材の変形抵抗である。

【００２０】また、圧延スタンド間での板幅変化は、第
３５回塑性加工連合講演会講演論文集の２７７〜２８０
頁（１９８４）に述べられている様に、短時間で生じる
クリープ変形であると考えられ、第ｉ〜第ｉ＋１スタン
ド間板幅変化量、

【００２１】

【数０５】

【００２２】例えば次式のように表される。

【００２３】

【数２】

【００２４】ここで、Ｃは被圧延材の炭素含有量、Ｔは
被圧延材温度、

【００２５】

【数０６】

【００２６】は、第ｉ〜第ｉ＋１スタンド間通過時間で
ある。

【００２７】最終スタンド出側板クラウン量の変更を目
的に第ｊ圧延スタンドのクラウン制御手段、例えばロー
ルベンダー力

【００２８】

【数０７】

【００２９】ベンダー力変更前の第ｊスタンドにおける
クラウン比率変化

【００３０】

【数０８】

【００３１】変更時に予測されるその変動量

【００３２】

【数０９】

【００３３】例えば次のように表される。

【００３４】

【数３】

【００３５】ここで、

【００３６】

【数０１０】

【００３７】本発明者らは、この第ｊスタンドでのクラ
ウン（比率変化）変動は第ｊスタンドでの板幅変化のみ
に影響するのではなく、第ｊ＋１スタンド以降の下流ス
タンドに伝播し、これが下流スタンドにおけるクラウン
拳動を与え、より大きな板幅変動をもたらすことに着目
し、これらの影響をクラウン比率変化の変動で整理する
ことにより、より容易かつ正確に、これら板幅変動を予
測できることを知見した。

【００３８】即ち、第ｊ＋１番目以降の第ｉ圧延スタン
ドにおけるクラウン比率変化の変動量

【００３９】

【数０１１】

【００４０】当該スタンドにおけるベンダー力変更が無
い場合には入側板クラウン量の変動量

【００４１】

【数０１２】

【００４２】のみを考慮して、次式で求めることができ
る。

【００４３】

【数４】

【００４４】更に、第ｉスタンドにおける板クラウン比
率変化に変動が生じた場合、第ｉスタンド出側板幅の変
動量

【００４５】

【数０１３】

【００４６】（１）式に基づく次式により求められる。

【００４７】

【数５】

【００４８】Ｎ個の圧延スタンドを有する仕上圧延機に
おいて、第ｊ圧延スタンドのロールベンダー力

【００４９】

【数０１４】

【００５０】当該部位が第Ｎスタンドを通過した後に、
最終的に仕上圧延機の出側板幅に生じる変動量

【００５１】

【数０１５】

【００５２】次式で求められる。

【００５３】

【数６】

【００５４】この第ｊスタンドのロールベンダー操作に
よる板幅変動を、第ｉ〜第ｉ＋１スタンド間張力の変更
により補償するためには、前述した（１）および（２）
式に基づく下式を満たす張力変更量△Ｔｉだけの張力変
更を、例えばスタンド間ルーパートルクの変更により行
えばよいことがわかる。

【００５５】

【数７】

【００５６】上記張力変更区間ｉがロールベンダー力を
変更する第ｊスタンドから上流（もしくは下流）に離れ
ている場合には、その間の通過時間を圧延速度に基づい
て予測し、ロールベンダー操作に先だって（もしくは遅
れて）張力変更を行う。張力変更区間ｉをロールベンダ
ー力を変更する第ｊスタンドの入測もしくは出側、即
ち、第ｊ−１〜第ｊスタンド間もしくは第ｊ〜第ｊ＋１
スタンド間に設定すれば、上記通過時間の予測は不要で
あり、予測誤差に起因した板幅変動は解消される。

【００５７】複数の圧延スタンドでロールベンダー力変
更を行う場合には、ｊを例えばｊ¹、ｊ²のように複数個
設定し、下流側スタンド(例えば第ｊ²スタンド)入側板
クラウン量を上流側スタンド(ｊ¹)の影響を（５），
（６）式により考慮した上で、上述した方法をそれぞれ
について適用すればよい。より簡便には、ベンダー力変
更を行う最上流スタンド番号をｊとし、第ｊ＋１以降の
ベンダー力操作を行うスタンドの板クラウン比率変化の
変動量を、（４）および（５）式を組み合わせた下式に
よって算出し、これに基づいて張力変更量を決定しても
よいし、上述したｊを複数個設定する方法と併用するこ
とも可能である。

【００５８】

【数８】

【００５９】また、張力変更区間を複数区間に分割する
場合には、

【００６０】

【数０１６】

【００６１】例えば（９），（１０）式により得られる
張力変更量が各区間で均等になるように配分すればよ
い。

【００６２】張力変更により圧延荷重が変動し、板クラ
ウン量もしくはクラウン比率変化に影響することが予測
される場合には、例えば本明者らが先に出願した特願平
４−８５７８２号に開示した方法で、板クラウン比率変
化に与える張力変更の影響を補償してもよい。

【００６３】上述した式中のパラメータとして、（１）
式にロール半径Ｒおよび摩擦係数μを追加してもよい。

【００６４】（４），（５），（５’），（７）および
（１０）の各式は、各変動量の線形近似式で表現してい
るが、関数ｆ１，ｆ２およびｆ３が変動パラメータに対
して非線形性を有し、かつ各変動量の大きさに対応した
線形近似による誤差が無視し得ない場合には、上記４つ
の式を非線形関数で表しておいてもよい。板クラウン量
を定義する方法としては、板幅中央の板厚と板幅端から
一定距離位置の板厚との偏差で表してもよいし、幅方向
板厚分布の近似関数を求め、その近似関数で求められる
板厚偏差量で定義してもよい。スタンド間張力の変更方
法としては、連続する２つの圧延スタンド間のロール回
転速度差制御によるものでもよい。板クラウン制御手段
としては、ロールシフトによる方法，上下作業ロールを
圧延方向に対しクロスさせる方法，油圧等によりロール
クラウンを変化させる方法，分割した支持ロールの押し
込み量分布を変更する方法等の何れか、もしくはロール
ベンダー力を変更する方法も含め、複数の方法の組み合
わせでもよい。また、板クラウン制御手段および張力制
御手段の動特性が明かな場合には、これらを考慮して操
作量を設定してもよい。

【００６５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１に基づいて説明
する。被圧延材１０は、ルーパー５，５’によりスタン
ド間張力を、ロールベンダー３，３’，３”により板ク
ラウンを制御されながら、圧延スタンド２，２’，２”
により圧延され、コイラー９に捲き取られるが、その間
に、温度計１により被圧延材温度が、ロードセル４，
４’，４”により圧延荷重が、張力計６，６’によりス
タンド間張力が、板厚計７により圧延後の板厚が、ま
た、板幅計８により圧延後の板幅が測定され、各測定値
は演算装置１１に送られている。

【００６６】演算装置１１では、先ず、別途板クラウン
制御用計算機等により設定された圧延スタンド３，３，
３”の板クラウン変更量と、別途圧延条件として入力さ
れた被圧延材鋼種情報，各圧延スタンドの圧下率，ロー
ル径，圧延速度，入側板厚および入側板クラウン量と、
被圧延材温度，圧延荷重，スタンド間張力，出側板厚の
測定値およびロールベンダー力の現在の設定値から、各
圧延スタンドにおけるロールベンダー力の変更量、前
方，後方張力、被圧延材の変形抵抗、被圧延材の炭素含
有量、被圧延材温度およびスタンド間通過時間を算出
し、記憶する。

【００６７】次に、これらの数値を用い、［作用］の項
で述べた（３）から（７）式に基づいて、各圧延スタン
ドにおける板クラウン比率変化の変動量および板幅変動
量を算出し、更に、圧延スタンド２および２’のクラウ
ン変更に伴う最終スタンド（２”）出側板幅変動と、
２”スタンドのクラウン変更に伴う最終スタンド出側板
幅変動をそれぞれ（８）式に従って算出し、前者につい
ては２〜２’スタンド間張力で、後者については２’〜
２”スタンド間張力で修正することを前提に、（９）お
よび（１０）式を満足する両スタンド間張力を算出し、
スタンド間ルーパー５，５’のトルク変更量に変換した
上で一時記憶する。

【００６８】ベンダー３，３’，３”およびルーパー
５，５’操作量を、記憶されたロールベンダー力および
ルーパートルクの変更量に基づいて変更するに際して
は、発明者らが先に出願した特願平４−８５７８２号に
開示した方法により、２〜２’スタンド間張力変更量に
基づき圧延スタンド３のベンダー変更量を、２〜２’お
よび２’〜２”スタンド間張力変更量に基づき圧延スタ
ンド３’のベンダー力を、また、２’〜２”スタンド間
張力変更量に基づき圧延スタンド３”のベンダー力を、
張力変更が圧延荷重変化を介して板クラウン変化に与え
る影響を補償するべく調整した上で、ベンダー３，
３’，３”およびルーパー５，５’をスタンド間通過時
間を考慮しながら並行して操作する。

【００６９】なお、張力を変更する区間としては、張力
検出器を設置した圧延スタンドとコイラー間でもよい。
また、張力制御の操作端としては圧延スタンド２”とコ
イラー間の速度差制御に依るものでもよい。本実施例で
は３スタンド圧延について説明したが、２機もしくは４
機以上のスタンド数を有する連続圧延機においても本発
明を適用できることは容易に理解される。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、仕上圧延機内に途中ス
タンドのクラウン制御端の操作量変更により生じる下流
スタンドでの板クラウン変化を板クラウン比率変化挙動
として捉えた上で、これに着目した被圧延材の最終スタ
ンド出側板幅変化の正確な予測とこれを補償するに足る
スタンド間張力変更量の設定が可能となり、かつ張力変
更（制御）と板クラウン制御を、両制御系の動特性を考
慮した上で同時並行することが可能となるため、従来法
に比して高精度な板幅制御を実現でき、板幅変化が少な
い製品を安価に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を一態様で実施する装置構成を表すブ
ロック図である

【図２】 ロールバイト内およびロールバイト入り口近
傍における板幅変化量と板クラウン比率変化の関係を表
すグラフである。

【符号の説明】

１：温度計 ２，２’，
２”：圧延スタンド ３，３’，３”：ロ−ルベンダ− ４，４’，
４”：ロ−ドセル ５，５’：ル−パ− ６，６’：張力
計 ７：板厚計 ８：板幅計 ９：コイラ− １０：被圧延材 １１：演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石 井 篤 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平１−99710（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 37/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】仕上圧延機内において圧延スタンド内の板
   クラウン制御手段の操作量を変更するに際し、該操作量
   の変更量および圧延条件に基づき該圧延スタンドおよび
   その下流側圧延スタンド列における、圧延スタンド前後
   間の板クラウン比率の差である板クラウン比率変化の変
   動量と、該変動量から予想される仕上圧延機出側におけ
   る板幅変動量を算出し、該板幅変動量と各圧延スタンド
   における板クラウン比率変化および圧延条件に基づき、
   圧延スタンド間張力の変更量を設定し、該圧延スタンド
   内の板クラウン制御手段の操作量の変更と併せて圧延ス
   タンド間の張力変更手段を操作することを特徴とする熱
   間圧延における板幅制御方法。
2. 【請求項２】前記圧延スタンド間張力の変更量の設定と
   該張力変更手段の操作を、板クラウン制御手段の操作量
   を変更する圧延スタンドの入側および出側の少くとも一
   方に適用することを特徴とする請求項１記載の熱間圧延
   における板幅制御方法。