JP3587579B2 - タンデム冷間圧延機における金属帯のプロフィール制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被圧延材の断面形状を制御するためのタンデム冷間圧延機における金属帯のプロフィール制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷間圧延された金属帯の板厚精度に対する需要家の要求は、次第に厳しくなってきており、金属帯の圧延方向の板厚精度ばかりでなく、板幅方向の板厚精度も要求されるようになってきている。図５は、冷間圧延後の金属帯のプロフィールを示す概念図である。金属帯のプロフィール、すなわち板幅方向の板厚分布は、板幅中央部の板厚Ｔが最も大きく、板端部に向かって緩やかに減少し、板端部近傍において急激に減少している。前者の緩やかな板厚減少領域はセンタクラウン領域Ｃと呼ばれ、後者の板端部近傍における急激な板厚減少領域はエッジドロップ領域Ｅと呼ばれている。前記センタクラウン領域Ｃにおいては、金属帯のプロフィールは冷間圧延前の素材プロフィールと相似形となる。このため冷間タンデム圧延機でのプロフィールの改善量は非常に小さい。一方エッジドロップ領域Ｅにおいては、タンデム冷間圧延時の塑性流動によってエッジドロップが生ずるので、冷間圧延条件によって金属帯のプロフィールが変動する。このため金属帯のプロフィール制御は、事実上エッジドロップ領域のプロフィール制御を意味する。なおエッジドロップ領域Ｅにおいては、金属帯の塑性流動によって局部的に板幅端部寄りの板厚が板幅中央部寄りの板厚よりも厚くなる、いわゆるエッジアップと呼ばれる現象が生ずることがある。エッジアップは金属帯をコイル状に巻取る際、その部分で局部的な巻太りが生じ、コイルの形状を悪化させるので、その発生を防止する必要がある。前記エッジドロップおよびエッジアップは、金属帯の板幅方向の板厚精度を大幅に低下させるので、従来からその改善が強く望まれている。金属帯のプロフィールを改善する方法としては、次のような先行技術が開示されている。
【０００３】
特開平６−２６９８２０号公報に開示されている先行技術は、上下一対のワークロール、軸線方向にシフト可能な中間ロールおよびバックアップロールを備える６重冷間圧延機を少なくとも１基含むタンデム冷間圧延機において、６重圧延機の中間ロールシフト、ワークロールベンダおよび中間ロールベンダを用いて金属帯のプロフィールを改善する方法である。この方法は、ベンディング力によって板端部近傍のワークロール間隔を調整して金属帯の板端部近傍の塑性流動を減少させることができるので、プロフィールが改善される。
【０００４】
なお前記先行技術におけるプロフィール制御のための板厚検出位置としては、通常板幅中央部と板幅端部の複数の位置とが用いられている。すなわち板幅中央部と板幅端部の複数の位置との板厚差をパラメータとして金属帯のプロフィール制御が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにタンデム冷間圧延機において、板幅中央部と板幅端部の複数の位置との板厚差により、金属帯のプロフィール制御を行う場合、次のような問題がある。すなわちプロフィール検出手段として金属帯の板幅方向に往復走行可能なトラバース式Ｘ線板厚測定装置を用いる場合、板幅端部の測定タイミングと板幅中央部の測定タイミングには、プロフィール検出手段が板幅端部から板幅中央部まで移動する時間分だけ時間的なずれが生ずる。この間、金属帯は走行しているので、板幅中央部と板幅端部の走行方向板厚測定位置が大きくずれ、走行方向の板厚変動によって金属帯のプロフィール制御の精度が低下する。この問題は、板幅中心部と板幅端部とにＸ線板厚測定装置をそれぞれ個別に設けることで解決できるけれども、この場合には設備費の大幅な増大を招く。
【０００６】
本発明の目的は、前記問題を解決し、プロフィール検出手段がトラバース式であっても、金属帯のプロフィール制御の精度向上を図ることのできる金属帯のプロフィール制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プロフィール調整手段を備える６重冷間圧延機を少なくとも１基含むタンデム冷間圧延機における金属帯のプロフィール制御方法において、
プロフィール調整手段の制御量を金属帯のプロフィールが予め定める範囲を満たすように制御する際、
６重冷間圧延機の下流側に設けられた金属帯のトラバース式プロフィール検出手段によって、金属帯の板幅端部から１００〜２００ｍｍの範囲内に設定された内側検出位置の板厚と、内側検出位置よりも板幅端部側に設定された外側検出位置の板厚とを検出し、内側検出位置と外側検出位置との板厚差が予め定める範囲を満たすように制御することを特徴とするタンデム冷間圧延機における金属帯のプロフィール制御方法である。
また本発明は、前記外側検出位置が板幅端部から３０ｍｍ以内であることを特徴とする。
さらにまた本発明の前記板厚の検出は、金属帯の板幅方向に往復走行可能なトラバース式Ｘ線板厚測定装置によって行うことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明に従えば、タンデム冷間圧延機においてトラバース式プロフィール検出手段によって検出された金属帯の板幅端部から１００〜２００ｍｍの範囲内に設定された内側検出位置の板厚と、内側検出位置よりも板幅端部側に設定された外側検出位置の板厚との板厚差が予め定める範囲を満たすように金属帯のプロフィール制御が行われる。このように板厚の検出位置である内側検出位置と外側検出位置との板幅方向の間隔が非常に短く設定されているので、プロフィール検出手段が金属帯の板幅方向に往復走行して板厚を測定するトラバース式であっても、内側検出位置と外側検出位置との測定タイミングの時間的なずれが短くなり、金属帯のプロフィール制御の精度を大幅に向上することができる。
【０００９】
また本発明に従えば、板厚の検出位置である外側検出位置は、板幅端部から３０ｍｍ以内の位置に設定される。この位置はエッジアップおよびエッジドロップの生じやすい位置であるので、プロフィール制御によってエッジアップおよびエッジドロップを確実に改善することができる。
【００１０】
また本発明に従えば、板厚の検出は、金属帯の板幅方向に往復走行可能なトラバース式Ｘ線板厚測定装置によって行われるので、複数個のプロフィール検出手段を板幅方向に設けなくても、金属帯のプロフィール制御を確実に行うことができる。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明の金属帯のプロフィール制御方法を好適に適用することができるタンデム冷間圧延機の系統図であり、図２は図１に示すタンデム冷間圧延機の初段スタンドを上流側から見た簡略化された正面図であり、図３は図２に示す初段スタンドの中間ロール近辺の簡略化された構成を示す側面図である。
【００１２】
タンデム冷間圧延機５は、複数たとえば４基のスタンドを有し、少なくとも１基の６重冷間圧延機を含む。本実施例では全スタンドが６重冷間圧延機であり、初段スタンド１、第２スタンド２、第３スタンド３、最終スタンド４をこの順序に直列に配列して構成される。鋼帯などの金属帯１０は、上流側から搬送され、ルーパ１２を経て、タンデム冷間圧延機５で冷間圧延され、最終スタンド４の下流側に設けられているトラバース式プロフィール検出手段９でプロフィールを測定された後、巻取りリール１６でコイル状に巻取られる。タンデム冷間圧延機５には、金属帯１０のプロフィール制御装置１１が備えられている。
【００１３】
プロフィール制御装置１１は、金属帯１０のプロフィールを検出するトラバース式プロフィール検出手段９と、各スタンド１〜４に設けられ、金属帯１０のプロフィールを調整するプロフィール調整手段８と、金属帯１０のプロフィール制御を行うプロセスコンピュータ７とを含む。
【００１４】
上位コンピュータ６には、入力手段２４から金属帯１０の素材情報や冷間圧延条件などが事前に入力されている。実際に冷間圧延する際には、プロセスコンピュータ７にこれらの情報が入力され、プロセスコンピュータ７はこれらの情報に基づいて各スタンド１〜４毎に冷間圧延条件をプリセットする。また冷間圧延中には、プロフィール検出手段９の測定値がプロセスコンピュータ７に入力され、プロセスコンピュータ７は、これらの測定値に基づいてプロフィール調整手段８の制御量を算出し、金属帯１０のプロフィールが予め定める範囲を満たすようにプロフィール調整手段８を駆動して金属帯１０のプロフィール制御を行う。
【００１５】
金属帯１０の板幅方向に往復走行可能なトラバース式プロフィール検出手段９は、たとえばトラバース式Ｘ線板厚測定装置であり、Ｘ線源を走行する金属帯１０の板幅方向に全幅にわたって往復走行させ、金属帯１０の板幅方向の板厚分布を検出することができる。なおトラバース式Ｘ線板厚測定装置のトラバース速度は、たとえば５０ｍｍ／秒であり、金属帯１０の板幅はたとえば１０００ｍｍである。このため、Ｘ線源が金属帯１０の板幅一端部から他端部までトラバースするのに２０秒を要する。
【００１６】
金属帯１０のプロフィール制御を行うための板厚検出位置としては、基準点となる内側検出位置が金属帯１０の板幅端部から１００〜２００ｍｍの範囲内に設定され、エッジドロップやエッジアップの検出点となる外側検出位置が内側検出位置よりも板幅端部側である金属帯１０の板幅端部から３０ｍｍ以内に設定される。基準点となる内側検出位置を金属帯１０の板幅端部から１００〜２００ｍｍの範囲に設定した理由は、１００ｍｍ未満では、内側検出位置が板幅の急激に減少するエッジドロップ領域に設定されることになり、安定した板厚が要求される基準点として好ましくないからであり、一方２００ｍｍを越えると、板厚の内側検出位置と外側検出位置との板幅方向の間隔が大きくなり、トラバース式プロフィール検出手段９による内側測定位置と外側測定位置との板厚測定タイミングの時間的ずれが大きくなるからである。
【００１７】
本実施例では、板厚検出の基準点である内側検出位置としては、金属帯１０の板幅端部から１００ｍｍの位置が設定される。また外側検出位置としては、前記エッジドロップの検出位置として金属帯１０の板幅端部から１０ｍｍの位置が設定され、前記エッジアップの検出位置として金属帯１０の板幅端部から３０ｍｍの位置が設定される。なお金属帯１０の板幅端部から３０ｍｍの位置は、エッジドロップを制御して減少させるとき、経験的にエッジアップの生じやすい位置に相当する。
【００１８】
これによって、板幅中央部を基準点とする従来技術と比較して、本実施例では内側測定位置と外側測定位置における板厚の測定タイミングの時間的ずれが約１０秒から約２秒に極めて大幅に短縮される。このため金属帯１０の走行に伴う走行方向板厚測定位置のずれが小さくなり、走行方向の板厚変動によるプロフィールの検出誤差が小さくなり、金属帯のプロフィール制御の精度向上を図ることができる。
【００１９】
前記エッジドロップＥ１０およびエッジアップＥ３０は、金属帯１０の板端部から１０ｍｍ，３０ｍｍ，１００ｍｍの位置における板厚をそれぞれｈ１０，ｈ３０，ｈ１００とすれば、次式（１），（２）でそれぞれ表される。
【００２０】
Ｅ１０ ＝ ｈ１００ − ｈ１０ …（１）
Ｅ３０ ＝ ｈ１００ − ｈ３０ …（２）
本実施例では、前記エッジドロップＥ１０，エッジアップＥ３０によって金属帯１０のプロフィール制御を行う。
【００２１】
タンデム冷間圧延機５の初段スタンド１は、図２に示すように金属帯１０の上下にワークロール１３ａ，１３ｂ、中間ロール１４ａ，１４ｂおよびバックアップロール１５ａ，１５ｂがそれぞれ配置されて構成される。ワークロール１３ａ，１３ｂとバックアップロール１５ａ，１５ｂとは、それらの軸線方向には変位しないように構成されており、中間ロール１４ａ，１４ｂは、それらの軸線方向に油圧シリンダ２２，２３によって往復変位可能に構成されている。なお本実施例で用いられるワークロール１３ａ，１３ｂはロール胴部を直円柱状に研削した、いわゆるフラットロールである。
【００２２】
図３に示すように、初段スタンド１の金属帯１０の走行位置上方には、案内突部１７，１８が設けられており、この案内突部１７，１８には、シフトブロック１９が図３の紙面に垂直方向に変位可能に嵌合されている。シフトブロック１９には、ロールチョック２０が油圧シリンダ２１を介して保持されており、ロールチョック２０には、中間ロール１４ａが図３の紙面に垂直方向の軸線まわりに回転自在に支持されている。油圧シリンダ２１は、ロールチョック２０を上下に変位可能であり、中間ロール１４ａにベンディング力を付与することができる。これら油圧シリンダ２１およびロールチョック２０は、中間ロールベンダ装置を形成する。またシフトブロック１９には、油圧シリンダ２２が設けられており、油圧シリンダ２２はシフトブロック１９、ロールチョック２０および中間ロール１４ａを中間ロール１４ａの軸線方向、すなわち図３の紙面に垂直方向に往復変位させることができる。これら油圧シリンダ２２およびシフトブロック１９は、中間ロールシフト装置を形成する。なお初段スタンド１の金属帯１０の走行位置下方にも同一構成の中間ロールベンダ装置および中間ロールシフト装置が金属帯１０の板幅方向断面の中心点Ｏを中心に点対称に配置されている。またワークロール１３ａ，１３ｂには、前記中間ロールベンダ装置と同一構成のワークロールベンダ装置が設けられている。なお第２スタンド２、第３スタンド３、最終スタンド４の構成は、前記初段スタンド１の構成と全く同一である。
【００２３】
プロフィール調整手段８は、前記ワークロールベンダ装置、中間ロールベンダ装置および中間ロールシフト装置からなり、たとえばワークロール１３ａ，１３ｂおよび中間ロール１４ａ，１４ｂへのベンディング力の付与ならびに中間ロールシフト位置の変位によって、上下一対のワークロール１３ａ，１３ｂの軸線方向ロール間隙分布を特に板端部近辺において変化させることができる。このためプロフィール調整手段８の駆動によって、金属帯１０のプロフィールが調整される。なお本実施例においては、タンデム冷間圧延機５を構成する４スタンド１〜４のうち、最終スタンド４を除く各スタンド１〜３において金属帯１０のプロフィール制御を行い、最終スタンド４において金属帯１０の平坦度制御を行う。
【００２４】
図４は、本発明にかかわる金属帯のプロフィール制御方法を説明するためのフローチャートである。ステップｓ１では、プロセスコンピュータ７に上位コンピュータ６から金属帯１０の素材情報や冷間圧延条件などが入力される。素材情報としては、素材プロフィール、素材の材質、寸法およびプロフィール制御の要否などが入力される。
【００２５】
ステップｓ２では、金属帯１０がプロフィール制御対象材であるか否かが判断される。この判断が否定であれば、ステップｓ３に進み、非プロフィール制御用、すなわちエッジドロップの改善を行わない圧延条件が設定される。これには、たとえばエッジドロップが有効に活用されている溶融めっき用原板などが該当する。ステップｓ３における圧延条件設定後、ステップｓ８に進み、圧延条件を固定してタンデム冷間圧延が行われる。ステップｓ２における判断が肯定であれば、ステップｓ４に進む。
【００２６】
ステップｓ４では、プロフィール制御用圧延条件が設定される。圧延条件の設定に際しては、プロセスコンピュータ７によって前記素材情報と製造品種毎に予め求められている影響係数に基づき初段スタンド１から第３スタンド３におけるエッジドロップの最適改善量が算出され、それに応じてプロフィール調整手段８の制御量が設定される。すなわちエッジドロップＥ１０が予め定める範囲を満たすように初段スタンド１〜第３スタンド３におけるワークロールベンディング力、中間ロールベンディング力および中間ロールシフト位置の制御量がそれぞれプリセットされる。
【００２７】
ステップｓ５では、冷間圧延後の金属帯１０のプロフィールがトラバース式プロフィール検出手段９によって測定される。金属帯１０のプロフィール測定値はプロセスコンピュータ７に入力され、前記エッジドロップＥ１０およびエッジアップＥ３０が（１），（２）式に基づき算出される。前述のように本実施例では、基準点である内側検出位置と、エッジドロップやエッジアップの検出点である外側検出位置におけるトラバース式プロフィール検出手段９による板厚の測定タイミングの時間的ずれが従来技術に比べて非常に短いので、金属帯１０の走行に伴う走行方向板厚検出位置のずれが小さくなり、走行方向の板厚変動による金属帯１０のプロフィールの検出誤差が小さくなる。このため前記エッジドロップＥ１０やエッジアップＥ３０の算出を高精度に行うことができる。
【００２８】
ステップｓ６では、エッジアップＥ３０が予め定める目標範囲内か否かが判断される。この判断が否定であれば、エッジアップが発生していると判断され、ステップｓ７に進む。
【００２９】
ステップｓ７では、圧延条件の変更が行われる。圧延条件の変更は、エッジアップが解消されるようにプロフィール調整手段８の制御量を変更することによって行われる。すなわち、プロフィール調整手段８のワークロールベンディング力を変更する場合には、エッジドロップを改善するために上下のワークロール１３ａ，１３ｂ間を離反させる方向に付与されているいわゆるインクリースワークロールベンディング力が上下のワークロール１３ａ，１３ｂ間を近接させ、エッジアップを解消させるために低減される。またプロフィール調整手段８の中間ロールシフト位置を変更する場合には、中間ロール１４ａ，１４ｂの胴端部を金属帯１０の板幅端部側に変位させ、すなわち図２において上中間ロール１４ａを右方に、下中間ロール１４ｂを左方に油圧シリンダ２２，２３によって変位させて、前記インクリースワークロールベンディング力が付与されても上下のワークロール１３ａ，１３ｂ間を離反しにくくしてエッジアップを解消させる。
【００３０】
ステップｓ７における圧延条件の変更後、処理ステップは再度ステップｓ５に戻り、金属帯１０のプロフィールの測定が行われる。このステップｓ５，ｓ６，ｓ７をめぐる処理ループは、ステップｓ６の判断が肯定になるまで繰返される。ステップｓ６における判断が肯定であれば、エッジアップが発生していないと判断され、ステップｓ８に進み、圧延条件を固定して、金属帯１０の全長のタンデム冷間圧延を行う。
【００３１】
またエッジドロップについては、ステップｓ４におけるプリセット制御のみが行われ、フィードバック制御は行われない。これはプリセットで設定した圧延条件からさらにエッジドロップを改善しようとすれば、金属帯１０の板端部における張力が過大となり、金属帯１０に破断の生ずるおそれがあるためである。なおステップｓ５において求められたエッジドロップＥ１０の算出値は、学習効果によってプリセット精度を高めるために用いられる。
【００３２】
このように本実施例では、プリセットによってエッジドロップの改善条件が設定され、金属帯１０の頭部においてエッジアップの発生が認められる場合のみエッジアップ回避のためのフィードバック制御を行い、エッジアップ解消後は冷間圧延条件を固定して全長の冷間圧延を実施する。このため短時間の制御によって、金属帯１０の全長にわたって良好なプロフィールを得ることができる。
【００３３】
また本実施例では、前述のように前記板厚の内側検出位置と外側検出位置の間隔が非常に短く設定されているので、プロフィール検出手段が金属帯１０の板幅方向に往復走行して板厚を測定するトラバース式プロフィール検出手段９であっても金属帯１０のプロフィールの検出誤差が非常に小さくなる。このため前記エッジドロップＥ１０やエッジアップＥ３０の算出を高精度に行うことができ、金属帯１０のプロフィール制御の大幅な精度向上を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、タンデム冷間圧延機において金属帯のプロフィール制御は、板厚の検出位置である内側検出位置と外側検出位置との板幅方向の間隔を非常に短く設定して行われる。これによって内側検出位置と外側検出位置における測定タイミングの時間的なずれが短くなるので、金属帯のプロフィール制御の精度が大幅に向上する。このため金属帯の板幅方向の板厚精度が向上し、製品歩留りを高めることができる。
【００３５】
また本発明によれば、エッジアップおよびエッジドロップの生じやすい位置において金属帯のプロフィール制御が行われるので、エッジアップおよびエッジドロップを確実に改善することができ、エッジアップによるコイルの局部的巻太りを防止することができる。
【００３６】
また本発明によれば、板厚の検出は金属帯の板幅方向に往復走行して行われるので、複数個のプロフィール検出手段を板幅方向に設けなくても、金属帯のプロフィール制御を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属帯のプロフィール制御方法を好適に適用することができるタンデム冷間圧延機の系統図である。
【図２】図１に示すタンデム冷間圧延機の初段スタンドを上流側から見た簡略化された正面図である。
【図３】図２に示す初段スタンドの中間ロール近辺の簡略化された構成を示す側面図である。
【図４】本発明にかかわる金属帯のプロフィール制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】冷間圧延後の金属帯のプロフィールを示す概念図である。
【符号の説明】
５ タンデム冷間圧延機
７ プロセスコンピュータ
８ プロフィール調整手段
９ トラバース式プロフィール検出手段
１０ 金属帯
１１ プロフィール制御装置
１３ａ，１３ｂ ワークロール
１４ａ，１４ｂ 中間ロール
１９ シフトブロック
２０ ロールチョック
２１，２２，２３ 油圧シリンダ

Claims (3)

1. プロフィール調整手段を備える６重冷間圧延機を少なくとも１基含むタンデム冷間圧延機における金属帯のプロフィール制御方法において、
   プロフィール調整手段の制御量を金属帯のプロフィールが予め定める範囲を満たすように制御する際、
   ６重冷間圧延機の下流側に設けられた金属帯のトラバース式プロフィール検出手段によって、金属帯の板幅端部から１００〜２００ｍｍの範囲内に設定された内側検出位置の板厚と、内側検出位置よりも板幅端部側に設定された外側検出位置の板厚とを検出し、内側検出位置と外側検出位置との板厚差が予め定める範囲を満たすように制御することを特徴とするタンデム冷間圧延機における金属帯のプロフィール制御方法。
2. 前記外側検出位置が板幅端部から３０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１記載のタンデム冷間圧延機における金属帯のプロフィール制御方法。
3. 前記板厚の検出は、金属帯の板幅方向に往復走行可能なトラバース式Ｘ線板厚測定装置によって行うことを特徴とする請求項１または２記載のタンデム冷間圧延機における金属帯のプロフィール制御方法。

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