JP3599013B2 - 圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置及び圧延装置 - Google Patents
圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置及び圧延装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延装置に関し、例えば、圧延によって熱延鋼帯を製造する際に発生するキャンバ形状を、熱延鋼帯の圧延中に正確に測定することができる熱延鋼帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属帯を圧延によって製造する場合（以降の説明では「熱延鋼帯」を例にとる）、直近の圧延機におけるロールギャップの初期設定に生じる誤差、圧延機に投入される被圧延材の幅方向両端側に存在する板厚差（ウェッジ）、さらには被圧延材の幅方向両端側に発生する温度差に基づく変形抵抗の偏差等の各種の要因に起因して、圧延機の出側において熱延鋼帯の幅方向の両端側において不均一な伸びが発生することがある。熱延鋼帯の幅方向の両端側にこの不均一な伸びが生じると、圧延機の出側を走行する熱延鋼帯には、全体が水平面内で圧延機を中心として略円弧状に湾曲する形状（本明細書では「キャンバ形状」という）が発生してしまう。熱延鋼帯の圧延に際してその系を安定させるためには、発生したキャンバ形状に迅速に対応して、熱延鋼帯の中心ラインとパスラインの中心とを可及的に一致させるように通板制御を行うことが重要となる。このためには、圧延によって熱延鋼帯に発生したキャンバ形状を正確に測定する必要がある。
【０００３】
そこで、特開平５−７９８３２号公報には、どの走行方向にも間隔をおいて少なくとも３点で同時に、かつ鋼帯が一定距離走行する度に繰り返して測定を行い、得られた全ての３点の相対位置関係が維持される近似曲線を算出することによりキャンバ形状を求める発明が提案されている。この発明によれば、キャンバ形状は３点の相対位置関係に基づくため、３点の測定値の同時性が保たれていればキャンバ形状を測定できる。
【０００４】
また、特開昭５８−６８６０５号公報には、鋼帯の走行方向の１点に設けたカメラを用いて連続して走行中の鋼帯の画像を一定間隔で撮影し、連続して得られた画像を比較することにより、鋼帯のキャンバ形状を正確に算出する発明が提案されている。
【０００５】
さらに、特開平５−１１８８４０号公報には、鋼帯の走行方向の１点に設けたカメラに装着されたアナモフィックレンズを用いて走行中の鋼板の全体を同時に撮影する発明が提案されている。通常、鋼帯は幅に比較して長さが極端に長いため、通常の撮影方法で鋼帯全体を視野に収めようとすると、キャンバ形状を計測するために重要となる幅方向位置分解能が低下する。このため、この発明では、鋼帯の幅方向と長手方向とについて互いに異なる焦点距離を有する特殊光学系（アナモフィックレンズ）を用いることにより、鋼帯の幅方向位置分解能の向上を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−７９８３２号公報により提案された発明では、数ｍ間隔で３台以上の板幅計または板端部計測機を設置する必要がある。そのため、圧延ライン内での計測機の設置場所の確保や３台もの計測機の設置に要する費用等の点で問題があり、現実に実施することは難しい。
【０００７】
また、特開昭５８−６８６０５号公報により提案された発明では、隣接する画像の間で補正を行うために、この補正に伴う誤差が鋼帯の長手方向に積分されてしまい、正確なキャンバ形状を求めることはできない。
【０００８】
さらに、特開平５−１１８８４０号公報に記載された発明は、特殊な光学系を用いる必要があるため、設備費が嵩んでしまう。また、計測器の設置台数は一台で賄えるものの、鋼板全体を撮影するためにはカメラの視野を十分に確保する必要があり、実際的の圧延ラインにおいてかかるスペースが確保されるようにカメラを設置することは難しい。
【０００９】
このように、従来の技術では、圧延によって熱延鋼帯を製造する際に発生するキャンバ形状を、熱延鋼帯の圧延中に正確にかつ低コストで測定することはできなかった。
【００１０】
本発明は、従来の技術が有するかかる課題に鑑みてなされたものであり、圧延によって例えば熱延鋼帯等の圧延金属帯を製造する際にこの圧延金属帯に発生するキャンバ形状を、圧延金属帯の圧延中に正確にかつ低コストで測定することができる圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述したように、熱延鋼帯の圧延素材に圧延を行うと、幅方向両端側における伸び差が発生し、圧延機を通過した熱延鋼帯はこの圧延機を固定点として水平面内で略円弧状に湾曲する。本発明者らはこの湾曲状の変形の発生状況について再度根本的かつ詳細に検討した。その結果、本発明者らは、湾曲状の変形は、圧延中、熱延鋼帯の長手方向へ一定の曲率で生じるものではなく、初期に最も大きく発生した後に圧延の進行に伴ってその増加量は徐々に減少し、あるタイミングを経過すると、湾曲状の変形の増加量は零となることを知見した。
【００１２】
すなわち、熱延鋼帯の先端部では幅方向両端側における伸び差により湾曲状の変形が発生する。しかし、圧延が進行すると、既圧延部分、すなわち圧延機を通過した部分の長さおよび重量が増加するため、熱延鋼帯が略円弧状に湾曲することに対する抵抗が大きくなり、この抵抗の増加により、その後の圧延時における幅方向両端側における伸び差が低減されていく。このため、圧延が進行する程、湾曲状の変形の単位時間当たりの増加量は減少し、ある時点において圧延時における幅方向両端側における伸び差が零となって新たな湾曲状の変形の増加量は零となる。
【００１３】
そこで、本発明者らは、圧延に伴う湾曲状の変形の発生状況に関するかかる新規な知見に基づいてさらに検討を重ねた結果、圧延がある程度まで進行して湾曲状の変形の増加量が略零となった時点以降に、熱延鋼帯の端部の幅方向位置を長手方向に繰り返し検出して熱延鋼帯の幅方向の端部線あるいは中央線を求めることによって熱延鋼帯の形状を測定することとすれば、その測定がたとえ熱延鋼帯の走行方向の一点に配置された測定機で行われたとしても、熱延鋼帯のキャンバ形状を圧延時に正確かつ低コストで測定できることを知見して、本発明を完成した。
【００１４】
本発明は、金属帯を圧延によって製造する際に、圧延された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零または零になった時以降であって金属帯の後端部がこの金属帯に前記圧延を行う圧延機を抜ける前に、金属帯のキャンバ形状を測定することを特徴とする圧延金属帯のキャンバ形状測定方法である。
【００１５】
この本発明にかかる圧延金属帯のキャンバ形状測定方法では、金属帯のキャンバ形状の測定が、金属帯の走行方向に関する１箇所に配置された測定器を用いて行われることが、例示される。
【００１６】
別の観点からは、本発明は、圧延を行われて製造された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零または零になった時以降であって金属帯の後端部が金属帯に前記圧延を行う圧延機を抜ける前における金属帯の先端部の存在位置に一致する位置に設けられた幅方向位置測定装置と、この幅方向位置測定装置の出力値に基づいて金属帯のキャンバ形状を演算するキャンバ演算装置とを備えることを特徴とする圧延金属帯のキャンバ形状測定装置である。
【００１７】
この本発明にかかる圧延金属帯のキャンバ形状測定装置では、幅方向位置測定装置が、金属帯の走行方向に関する１箇所に配置されることが、例示される。
これらの本発明にかかる圧延金属帯のキャンバ形状測定装置では、幅方向位置測定装置が、金属帯の幅方向端部位置の一方もしくは双方を測定することが、例示される。
【００１８】
さらに別の観点からは、本発明は、金属帯を圧延する圧延機と、圧延を行われて製造された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零または零になった時以降であって金属帯の後端部が圧延機を抜ける前における金属帯の先端部の存在位置に一致する位置に設けられる幅方向位置測定装置と、この幅方向位置測定装置の出力値に基づいて金属帯のキャンバ形状を演算するキャンバ演算装置とを備えることを特徴とする圧延金属帯の圧延装置である。
【００１９】
この本発明にかかる圧延金属帯の圧延装置では、幅方向位置測定装置が、金属帯の走行方向に関する１箇所に配置されることが、例示される。
これらの本発明にかかる圧延金属帯の圧延装置では、幅方向位置測定装置が、金属帯の幅方向端部位置の一方もしくは双方を検出することが、例示される。
【００２０】
これらの本発明にかかる圧延金属帯の圧延装置では、金属帯が熱延鋼帯であり、圧延機が粗圧延機であり、さらに、幅方向位置測定装置が、この粗圧延機とこの粗圧延機の下流に配置された仕上圧延機との間であって、製造される熱延鋼帯のうちの最大板幅をＷ（ｍｍ）とした場合に粗圧延機から、Ｌ≧｛（５２３０Ｗ−２６８７５００）／（１．５７×１０−６Ｗ）｝１／２ によって求められる距離Ｌ（ｍｍ）だけ、離間した位置に設けられることが、例示される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延金属板の圧延装置の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、金属帯が熱延鋼帯であるとともに、幅方向位置検出装置が粗圧延機とこの粗圧延機の下流に配置された仕上圧延機との間に設けられる場合を例にとる。
【００２２】
図１は、本実施の形態のキャンバ形状測定装置１を組み込まれた熱延鋼帯２の圧延装置３を示す説明図であって、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。
【００２３】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の圧延装置３は、粗圧延機４と、幅方向位置測定装置５およびキャンバ演算装置６により構成されるキャンバ形状測定装置１と、仕上圧延機７とを有している。以下、この圧延装置３のこれらの構成要素について、順次説明する。
【００２４】
［粗圧延機４］
本実施の形態の圧延装置３は、粗圧延機４を有する。この粗圧延機４は、一対の小径のワークロール対４ａと、一対の大径のバックアップロール対４ｂとを備えており、圧延素材に粗圧延を行って熱延鋼帯２を製造する。本実施の形態では、この粗圧延機４が本発明における「圧延機」に相当する。
【００２５】
粗圧延機４は、周知慣用のものであればよく、特定の型式のものには限定されないため、粗圧延機４に関するこれ以上の説明は省略する。
本実施の形態では、粗圧延機４は以上のように構成される。
【００２６】
［キャンバ形状測定装置１］
本実施の形態の圧延装置３は、上述したように、キャンバ形状測定装置１を組み込まれているが、このキャンバ形状測定装置１は、幅方向位置測定装置５およびキャンバ演算装置６により構成され、また幅方向位置測定装置５は、粗圧延機４と仕上圧延機７との間の所定の位置に配置される。そこで、キャンバ形状測定装置１のこれらの構成要素について以下に分説する。
【００２７】
（ｉ）幅方向位置測定装置５
本実施の形態では、幅方向位置測定装置５として、上述した粗圧延機４と後述する仕上圧延機７との間に板幅計５を設置した。この幅方向位置測定装置５を用いて、熱延鋼帯２の幅方向端部位置を、熱延鋼帯２の先端２ａから長手方向へ向けて順次測定する。
【００２８】
本実施の形態における幅方向位置測定装置５は、熱延鋼帯２の上方に配置した二基のカメラ（若しくはラインセンサ等）５ａ、５ｂにより、熱延鋼帯２の幅方向端部を撮影し、撮影画像から熱延鋼帯２の幅方向端部の位置を信号処理で算出するものであるが、かかる測定装置５に限定されるものではなく、熱延鋼帯２の幅方向位置を測定することができるものであれば、如何なる形式のものであってもよい。
【００２９】
すなわち、本実施の形態における幅方向位置測定装置５は、熱延鋼帯２の例えば幅方向中心位置や幅方向端部位置の一方もしくは双方を検出することができ、この検出値に基づいて熱延鋼帯２の幅方向位置を検出することができる装置であれば、等しく適用される。例えば、▲１▼熱延鋼帯２の左右の側面にレーザ距離計を配置し、配置したレーザ距離計により熱延鋼帯２の側面までの距離を測定するレーザ式、▲２▼熱延鋼帯２の上方に走査器を内蔵した光検出部を設けるとともに上方へ光を放つ光源を下方に設けておき、光検出部を幅方向に走査しながら、熱延鋼帯２の端部近傍の映像に基づいて熱延鋼帯２の端部を認識する方式（例えば、光検出器を両端部の上方に配置することにより両端部の位置を検出する光電管式）、さらには▲３▼熱延鋼帯２の上方にＣＣＤイメージセンサを内蔵したカメラを設けて幅方向端部を撮影し、映像信号を画像処理することにより熱延鋼帯２の両端部を認識する方式（例えば、２台のカメラを両端部の上方に配置して、両方の端部を検出できるＣＣＤカメラ式）等の公知の各種の端部検出手段を用いることができる。
【００３０】
この幅方向位置測定装置５による熱延鋼帯２の両端部位置の検出は、熱延鋼帯２の搬送距離を、適宜手段、例えば搬送テーブルに取り付けたパルスジェネレータを用いて、測定し、熱延鋼帯２が一定間隔だけ進む度に、熱延鋼帯２の幅方向の両端部の位置を、熱延鋼帯２の長手方向について繰り返し検出することにより、行われる。
【００３１】
また、本実施の形態における幅方向位置測定装置５は、粗圧延機４によって圧延された熱延鋼帯２に生じる湾曲状の変形の増加量が略零になった時以降におけるこの熱延鋼帯２の先端部２ａの存在位置に一致する位置に設けられている。
【００３２】
すなわち、本実施の形態では、「熱延鋼帯２の先端部２ａの存在位置に一致する位置」は、圧延された熱延鋼帯２に生じる湾曲状の変形の増加量が略零または零になった時以降であって熱延鋼帯２の後端部が粗圧延機４を抜ける前に、先端部２ａが存在する位置に一致する位置を意味しており、具体的には、製造される熱延鋼帯２のうちの最大板幅をＷ（ｍｍ）とした場合に、圧延機から下記（１）式によって求められる距離Ｌ（ｍｍ）だけ離間した位置とした。
【００３３】
Ｌ≧｛（５２３０Ｗ−２６８７５００）／（１．５７×１０−６Ｗ） ｝１／２ ・・・・・・・（１）
ここで、距離Ｌとは、本実施の形態では、粗圧延機４と幅方向位置測定装置５との間の距離を意味しており、粗圧延機４のワークロール４ａの中心と幅方向位置測定装置５で検知される熱延鋼帯２の端部との間の長手方向への距離を意味する。
【００３４】
また、幅方向位置測定装置５は、粗圧延機４を抜ける前における熱延鋼帯２の先端部２ａの存在位置に一致する位置に設けられる。すなわち、幅方向位置測定装置５は、熱延鋼帯２に対して粗圧延機４により粗圧延が行われている際に測定を行うために、粗圧延機４から、熱延鋼帯２の最大長さよりも短い距離だけ離れて配置されている。
【００３５】
幅方向位置測定装置５を粗圧延機４から距離Ｌだけ離して配置する理由は、以下の通りである。本発明者らは、粗圧延機４と仕上圧延機７との間で熱延鋼帯２に生じるキャンバ形状が測定結果に及ぼす影響が極小さい位置に、１台の端部計測機を設けて熱延鋼帯２のキャンバ形状を測定すれば、キャンバ形状を正確かつ簡単に測定できるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、実際に発生している熱延鋼帯２のキャンバ形状および搬送挙動を詳細に調査および考察した結果、以下の事項（１）〜（４）がわかった。
【００３６】
（１）粗圧延機４の最終スタンドの圧延中は、少なくともこの最終スタンドの直下では板寄りは小さく、熱延鋼帯２の先端および尾端において僅かに湾曲する程度である。これは、最終スタンド直前に幅圧下のための垂直ミル（図１においては省略してある）が並設されており、熱延鋼帯２の幅方向へのずれが拘束されているためである。
【００３７】
（２）粗圧延機４の圧延において左右非対象な圧下状態になっている場合、左右で伸び差が生じるため、出側の熱延鋼帯２は略円弧状に湾曲してキャンバ形状を呈する。仮に、圧延に伴って粗圧延機４の直下を始点とした正確な円弧形状が成長するとすれば、粗圧延機４から遠ざかるにつれて熱延鋼帯２の先端２ａにおける幅ぶれ量は２次関数的に増加することになる。別の見方をすれば、熱延鋼帯２の形状を搬送中の幅ぶれ量の定点観測のみで測定するには、粗圧延後の熱延鋼帯２の長さ以上に粗圧延機４から離れた位置に測定機を配して測定を行わざるを得ないこととなる。しかし、実際には、粗圧延機４と仕上げ圧延機７との間の距離制約や、何らかの既設設備が存在することから、粗圧延機４から十分離れた位置で測定することは、事実上困難であることが多い。
【００３８】
（３）しかしながら、現実に発生したキャンバ形状を詳細に調査した結果、熱延鋼帯２に発生するキャンバ形状は、その先端２ａ付近で最もきつく（曲率半径小）発生し、圧延とともに次第に緩く（曲率半径大）と変化する傾向があり、さらには先端２ａから数１０ｍ離れた部分では殆ど発生しなくなることが判明した。
【００３９】
この原因について研究した結果、熱延鋼帯２の圧延長さがある程度以上長くなると、既圧延部の自重による出側テーブルローラーとの摩擦抵抗のため、粗圧延機４の最終パスにおける圧延変形部の出口において左右の伸び差が生じ難くなるためであることが判明した。すなわち、前述したように、左右の伸び差により円弧形状が成長していくと、熱延鋼帯２の先端２ａ付近では次第に板幅方向への速度成分が大きくなり、熱延鋼帯２は搬送テーブルローラの軸方向へ滑るようになる。そこでの摩擦抵抗は、曲げモーメントとして圧延変形部に作用し、伸びが大きいほうに圧縮力として、また伸びが小さいほうに引張力としてそれぞれ作用するため、次第に伸び差が生じなくなる。この伸び差抑制効果は圧延が進むにつれて大きくなるために直ぐに集束状態、すなわち伸び差０の状態に至る。
【００４０】
すなわち、熱延鋼帯２の板厚、板幅さらにはキャンバ形状の発生要因である左右非対称圧下状態の強度等によって多少は変化するものの、熱延鋼帯２の先端２ａが粗圧延機４から所定距離以上遠ざかった時点以降では、熱延鋼帯２の湾曲状の変形は新たには発生しなくなり、固定位置で熱延鋼帯２の長手方向移動量と幅ぶれ量とを測定することによって、熱延鋼帯２のキャンバ形状を正確に測定できることになる。
【００４１】
（４）熱延鋼帯２の尾端部の形状測定時には、熱延鋼帯２は粗圧延機４の最終スタンドを抜けているため、熱延鋼帯２の全体を新たに幅方向速度が加わることはなく、定点観測手法で十分な精度で平面形状を把握することができる。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、これらの新規な知見事項（１）〜（４）に基づき、キャンバ形状を正確に測定することができる幅方向位置測定装置５の設置位置を、以下のようにして定める。
【００４３】
前述したように、粗圧延機４の最終スタンドを通過中の熱延鋼帯２に生じるキャンバ形状の主な要因は、前述したように、粗圧延機４の最終スタンドの直下において、熱延鋼帯２のウェッジや左右温度差等の左右非対称な圧下状態により生じる左右の伸び差である。本明細書では、この左右の伸び差を抑制するために必要な矯正力を「キャンバ矯正必要モーメント」という。
【００４４】
まず、本発明者らは、粗圧延機４の最終スタンドにおける前述した左右非対称条件により発生するキャンバ矯正必要モーメントが、最大どの程度に達し得るかに関して鋭意研究を重ねた。その結果、キャンバ矯正必要モーメントは、主に粗圧延機４の板幅の影響を受けることがわかった。また、圧延が進行して熱延鋼帯２の左右の伸び差が零になる圧延長さは、左右伸び差が零となるために必要な水平面内のモーメントであるキャンバ矯正必要モーメントＭ１と、左右伸び差抑止モーメントであるキャンバ抑止モーメントＭ２との関係、すなわちＭ１≦Ｍ２から得られる。
【００４５】
ここで、キャンバ矯正必要モーメントＭ１は、粗圧延機４の出側で水平面内の曲げモーメントを与えて長手方向応力の幅方向分布を変更することにより、左右非対称圧延により生じる左右の伸び差を零とするようにした塑性応力解析から得られる。また、キャンバ抑止モーメントＭ２は、粗圧延機４の出側の熱延鋼帯２と搬送装置との間に作用する摩擦力により得られる。
【００４６】
図２は、一般的な熱間圧延の粗圧延機の最終スタンドの圧延条件を用いて、圧延される熱延鋼帯の板幅と、キャンバ矯正必要モーメントの予測値との関係を、計算機シュミレーションにより得た結果を示すグラフである。なお、図２のグラフは、粗圧延機の最終スタンドの圧下率：２５％以上、粗圧延機の出側板厚：２０〜５０ｍｍ、板温度：９００℃以上という圧延条件において最も厳しい条件で求めている。このため、この圧延条件の範囲内であれば、後述する（５）式の関係は常に成り立つ。
【００４７】
図２にグラフで示すように、キャンバ矯正必要モーメントＭ１（Ｎ・ｍ）と板幅Ｗ（ｍｍ）との関係は、ｔを板厚（ｍｍ）とすると、一次関数によって略近似することができることを知見した。
【００４８】
Ｍ１＝（２５． ６Ｗ−１３１６９）ｔ ・・・・・（２）
一方、前述のように、熱延鋼帯２の圧延長さがある程度以上長くなると、既圧延部の自重による出側テーブルローラとの摩擦抵抗のため、粗圧延機４の最終スタンドにおける圧延変形部の出口において左右の伸び差が生じ難くなる。この摩擦抵抗は、曲げモーメントとして圧延変形部に作用し、伸びが大きいほうに圧縮力として、伸びが小さいほうに引張力としてそれぞれ作用する。本明細書では、この力を「キャンバ抑止モーメント」という。
【００４９】
キャンバ抑止モーメントＭ２は、次式（３）で表すことができる。
Ｍ２（Ｎ・ｍ）＝９．８×１０−３・μ・ρ・ｔ・Ｗ・Ｌ２ ／２・・・・・（３）
ただし、（３）式において、Ｌは粗圧延機４の最終スタンドを通過した部分の熱延鋼帯２の長さ（ｍｍ）を示し、ρは熱延鋼帯２の密度（ｋｇ／ｍｍ３ ）を示し、μは熱延鋼帯２と搬送テーブルとの間の摩擦係数を示し、Ｗは熱延鋼帯２の幅（ｍｍ）を示し、さらにｔは熱延鋼帯２の厚さ（ｍｍ）を示す。
【００５０】
粗圧延機４の最終スタンドを通過した後の熱延鋼帯２がキャンバ形状を呈さない条件は、キャンバ矯正必要モーメントがキャンバ抑止モーメント以下となること、すなわちＭ１≦Ｍ２を満たすことである。この条件は、（２）式および（３）式を用いて、粗圧延機４の最終スタンドを通過した熱延鋼帯２の長さＬに関して書き換えると、次式で表すことができる。
【００５１】
Ｌ≧｛（５２３０Ｗ−２６８７５００）／（μ・ρ・Ｗ）｝１／２ ・・・・・（４）
また、摩擦係数μは、熱間圧延機の場合は０．２程度であると推定される。また、熱延鋼帯２の密度ρは、熱間圧延機での一般圧延材の場合で７．８５×１０−６（ｋｇ／ｍｍ３ ）である。このため、（４）式は、（５）式のように、熱延鋼帯２の幅の関数として表すことができる。
【００５２】
Ｌ≧｛（５２３０Ｗ−２６８７５００）／（１．５７×１０−６Ｗ）｝１／２ ・・・・・（５）
すなわち、（５）式を満足する位置に、キャンバ測定用の幅方向位置測定装置５を設置して、粗圧延機４の出側を走行する圧延中の熱延鋼帯２を測定すれば、熱延鋼帯２のキャンバ形状を正確に測定することができる。
【００５３】
（ｉｉ）キャンバ演算装置６
本実施の形態では、キャンバ測定装置１は、上述した幅方向位置測定装置５とともにキャンバ演算装置６を有する。このキャンバ演算装置６は、幅方向位置検出装置５の出力値に基づいて熱延鋼帯２に発生するキャンバ形状を演算するための装置である。
【００５４】
具体的には、キャンバ演算装置６は、内臓されたプログラムによって、繰り返し測定される熱延鋼帯２の幅方向位置の情報と、熱延鋼帯２の搬送距離の情報とから、熱延鋼帯２の幅方向の片方の端部線を求め、求めた端部線から熱延鋼帯２のキャンバ形状を求めるものである。しかしながら、キャンバ演算装置６による演算手法はかかる形態に限定されるものではなく、他の手法に基づいてもよい。例えば、幅方向の両方の端部位置の情報に基づいて幅中心線を求め、幅中央位置と熱延鋼帯２の搬送距離との情報から幅中央線を求め、これにより、熱延鋼帯２のキャンバ形状を求めるようにしてもよい。この方法によれば、長手方向の幅変動の影響を除去することが可能となり、先述した方法に比較して、熱延鋼帯２のキャンバ形状をさらに正確に測定することができる。
【００５５】
［仕上圧延機７］
本実施の形態の圧延装置３は、仕上圧延機７を有する。この仕上圧延機７は、粗圧延機４から所定距離離れて下流に配置されており、一対の小径のワークロール対７ａと、一対の大径のバックアップロール対７ｂとを備える。仕上圧延機７は、粗圧延機４によって粗圧延を行われた熱延鋼帯２に仕上圧延を行って、製品である熱延鋼帯２を製造する。
【００５６】
この仕上圧延機７は、周知慣用のものであればよく、特定の型式のものには限定されないため、仕上圧延機７に関するこれ以上の説明は省略する。
本実施の形態では、仕上圧延機７は以上のように構成される。
【００５７】
本実施の形態のキャンバ測定装置１を組み込まれた熱延鋼帯２の圧延装置３は、以上のように構成される。次に、この圧延装置３により熱延鋼帯２に圧延を行う状況を説明する。
【００５８】
粗圧延機４の最終スタンドの圧下を行うと、熱延鋼帯２の幅方向両端側には不均一な伸びが生じるため、熱延鋼帯２には湾曲状の変形が発生する。しかし、圧延の進行に伴って熱延鋼帯２のうちで粗圧延を行われた先端２ａ側が徐々に増加するため、湾曲状の変形量自体は圧延時間の増加とともに累積的に増加するものの、湾曲状の変形の増加量自体は圧延時間の増加とともに経時的に減少していく。
【００５９】
そして、熱延鋼帯２の先端２ａが粗圧延機４から距離Ｌだけ離れた位置、すなわち位置Ａに到達すると、湾曲状の変形の増加量は０となる。また、この位置Ａには、前述したように、幅方向位置測定装置５が設置されている。
【００６０】
このため、この幅方向位置測定装置５を用いて長手方向に順次熱延鋼帯２の幅方向の端部線あるいは中央線を求めることによって熱延鋼帯２の形状を測定することとすれば、その測定がたとえ熱延鋼帯２の走行方向の一点に配置された測定機で行われたとしても、熱延鋼帯２に発生したキャンバ形状を、圧延時に正確かつ低コストで測定することができる。
【００６１】
【実施例】
さらに、本発明を実施例を参照しながら詳細に説明する。
図３は、前述した図１の圧延装置３の構成を示す側面図である。なお、図３における８はテーブルローラを示し、９はパルスジェネレータを示す。
【００６２】
本実施例では、図１および図３に示すように、粗圧延機４および仕上圧延機７（ともに図示しない）を備える熱延鋼帯２の圧延装置３において、粗圧延機４と仕上圧延機７との間に、粗圧延機４からの距離が異なる複数の位置に、幅方向位置測定装置５（熱延鋼帯２の両端部を撮影するための２台のカメラ５ａ、５ｂ）を設置した。
【００６３】
２台のカメラ５ａ、５ｂを用いて熱延鋼帯２の両端部を撮影し、撮影した映像信号を画像処理して両端部の幅方向位置を求め、この両端部の幅方向位置から幅中心位置を求め、この幅中心位置と熱延鋼帯２の搬送距離の情報とから、熱延鋼帯２の幅中心位置の長手方向分布、すなわち幅中心線を求めた。熱延鋼帯２の搬送距離は、熱延鋼帯２の搬送ローラに設けたパルスジェネレータ用いて測定した。
【００６４】
（５）式を満足するＬの最小値と、熱延鋼帯４の板幅との関係を図４にグラフで示す。なお、熱延鋼帯４とテーブルローラ８との間の摩擦係数はμ＝０．２とし、熱延鋼帯４の密度はρ＝７．８５×１０−６ｋｇ／ｍｍ３ とし、粗バーの板幅は最小７００ｍｍ、最大１６７０ｍｍであった。
【００６５】
図４にグラフで示すように、熱延鋼帯２の板幅Ｗの増加に伴い、距離Ｌも増加する。したがって、対象となる圧延設備で製造される熱延鋼帯２の最大板幅の場合を、距離Ｌの最大値として設定すればよい。図４にグラフで示す場合にば、Ｗ：１６７０ｍｍ以下とすると、Ｌ：４８．８ｍ以上となる。
【００６６】
すなわち、粗圧延機４の最終スタンドから仕上圧延機７方向に、およそ４９ｍ以上離れた位置で、熱延鋼帯２の幅方向端部位置（一方あるいは両方の端部位置）を測定すれば、一台の幅方向位置測定器５を用いても、熱延鋼帯２のキャンバ形状を正確に測定することが可能となる。そこで、以下のようにして、実際の熱間圧延ラインにおいて検証を行った。
【００６７】
すなわち、粗圧延機４の後方に、最終スタンドからの距離が異なる複数の位置に、複数個の熱延鋼帯２の幅方向位置測定装置５を設けた。具体的には、粗ミル最終スタンドから、４５ｍ、５５ｍ、６５ｍの距離に設置した。この装置は、熱延鋼帯２の先端から尾端までの幅中心位置を、テーブルローラに取り付けられたパルスジェネレータによる粗バー搬送距離計測装置に同期しながら、粗バーが一定距離走行する度に測定を行った。測定結果の一例を図５（１）〜図５（３）にグラフで示す。
【００６８】
この結果、幅１６７０ｍｍ、厚さ３１ｍｍの熱延鋼板２について、５５ｍおよび６５ｍの位置でそれぞれ得られた幅中心位置の変化（図５（２）、（３））は、ほぼ同じ形状であり、熱延鋼帯２のキャンバ形状を略正確に測定できたことがわかる。
【００６９】
これに対し、４５ｍの位置で得られた結果（図５（１）は、先端部の形状が他の二つのデータと異なっており、５５ｍ以上離れた位置に幅方向位置測定装置５を設置して熱延鋼帯２の形状を測定しなければ、熱延鋼帯２のキャンバ形状を正確に測定できないことがわかる。
【００７０】
また、幅方向位置測定装置５の設置位置が粗圧延機４から離れ過ぎると、幅方向位置測定装置５が仕上圧延機７の第１スタンドに接近することになり、長尺の熱延鋼帯２の場合には、仕上圧延機７に噛み込んだ状態で測定することになる。そのため、仕上圧延機７の第１スタンドでの左右非対称圧延条件の影響を受ける可能性があり、前述の（４）式を満たす範囲でできるだけ粗圧延機４に近接した位置に測定器を設けることが望ましい。
【００７１】
なお、本実施例におけるキャンバ形状の測定結果を、仕上圧延機７の圧延条件の設定に活用するような用途においては、仕上圧延機７のセットアップに間に合う位置に幅方向位置測定装置５を設けることが望ましい。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、圧延によって例えば熱延鋼帯等の圧延金属帯を製造する際にこの圧延金属帯に発生するキャンバ形状を、圧延金属帯の圧延中に正確にかつ低コストで測定することができる圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延装置を提供することができた。
【００７３】
具体的には、本発明によれば、一台の幅方向位置測定装置だけで、正確にキャンバ形状を測定することができる。また、この幅中心位置測定装置に従来の技術のように特殊な光学系を用いる必要もない。したがって、本発明によれば、装置導入コストの低減を図ることも可能である。
【００７４】
かかる効果を有する本発明の意義は、極めて著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のキャンバ形状測定装置を組み込まれた熱延鋼帯の圧延装置を示す説明図であって、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。
【図２】一般的な熱間圧延の粗圧延機の最終スタンドの圧延条件を用いて、圧延される熱延鋼帯の板幅と、キャンバ矯正必要モーメントの予測値との関係を、計算機シュミレーションにより得た結果を示すグラフである。
【図３】実施例で用いた圧延装置の構成を示す説明図である。
【図４】（５）式を満足するＬの最小値と、熱延鋼帯の板幅との関係を示すグラフである。
【図５】実施例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ キャンバ形状測定装置
２ 熱延鋼帯
３ 圧延装置
４ 粗圧延機
５ 幅方向位置測定装置
６ キャンバ演算装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延装置に関し、例えば、圧延によって熱延鋼帯を製造する際に発生するキャンバ形状を、熱延鋼帯の圧延中に正確に測定することができる熱延鋼帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属帯を圧延によって製造する場合（以降の説明では「熱延鋼帯」を例にとる）、直近の圧延機におけるロールギャップの初期設定に生じる誤差、圧延機に投入される被圧延材の幅方向両端側に存在する板厚差（ウェッジ）、さらには被圧延材の幅方向両端側に発生する温度差に基づく変形抵抗の偏差等の各種の要因に起因して、圧延機の出側において熱延鋼帯の幅方向の両端側において不均一な伸びが発生することがある。熱延鋼帯の幅方向の両端側にこの不均一な伸びが生じると、圧延機の出側を走行する熱延鋼帯には、全体が水平面内で圧延機を中心として略円弧状に湾曲する形状（本明細書では「キャンバ形状」という）が発生してしまう。熱延鋼帯の圧延に際してその系を安定させるためには、発生したキャンバ形状に迅速に対応して、熱延鋼帯の中心ラインとパスラインの中心とを可及的に一致させるように通板制御を行うことが重要となる。このためには、圧延によって熱延鋼帯に発生したキャンバ形状を正確に測定する必要がある。
【０００３】
そこで、特開平５−７９８３２号公報には、どの走行方向にも間隔をおいて少なくとも３点で同時に、かつ鋼帯が一定距離走行する度に繰り返して測定を行い、得られた全ての３点の相対位置関係が維持される近似曲線を算出することによりキャンバ形状を求める発明が提案されている。この発明によれば、キャンバ形状は３点の相対位置関係に基づくため、３点の測定値の同時性が保たれていればキャンバ形状を測定できる。
【０００４】
また、特開昭５８−６８６０５号公報には、鋼帯の走行方向の１点に設けたカメラを用いて連続して走行中の鋼帯の画像を一定間隔で撮影し、連続して得られた画像を比較することにより、鋼帯のキャンバ形状を正確に算出する発明が提案されている。
【０００５】
さらに、特開平５−１１８８４０号公報には、鋼帯の走行方向の１点に設けたカメラに装着されたアナモフィックレンズを用いて走行中の鋼板の全体を同時に撮影する発明が提案されている。通常、鋼帯は幅に比較して長さが極端に長いため、通常の撮影方法で鋼帯全体を視野に収めようとすると、キャンバ形状を計測するために重要となる幅方向位置分解能が低下する。このため、この発明では、鋼帯の幅方向と長手方向とについて互いに異なる焦点距離を有する特殊光学系（アナモフィックレンズ）を用いることにより、鋼帯の幅方向位置分解能の向上を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−７９８３２号公報により提案された発明では、数ｍ間隔で３台以上の板幅計または板端部計測機を設置する必要がある。そのため、圧延ライン内での計測機の設置場所の確保や３台もの計測機の設置に要する費用等の点で問題があり、現実に実施することは難しい。
【０００７】
また、特開昭５８−６８６０５号公報により提案された発明では、隣接する画像の間で補正を行うために、この補正に伴う誤差が鋼帯の長手方向に積分されてしまい、正確なキャンバ形状を求めることはできない。
【０００８】
さらに、特開平５−１１８８４０号公報に記載された発明は、特殊な光学系を用いる必要があるため、設備費が嵩んでしまう。また、計測器の設置台数は一台で賄えるものの、鋼板全体を撮影するためにはカメラの視野を十分に確保する必要があり、実際的の圧延ラインにおいてかかるスペースが確保されるようにカメラを設置することは難しい。
【０００９】
このように、従来の技術では、圧延によって熱延鋼帯を製造する際に発生するキャンバ形状を、熱延鋼帯の圧延中に正確にかつ低コストで測定することはできなかった。
【００１０】
本発明は、従来の技術が有するかかる課題に鑑みてなされたものであり、圧延によって例えば熱延鋼帯等の圧延金属帯を製造する際にこの圧延金属帯に発生するキャンバ形状を、圧延金属帯の圧延中に正確にかつ低コストで測定することができる圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述したように、熱延鋼帯の圧延素材に圧延を行うと、幅方向両端側における伸び差が発生し、圧延機を通過した熱延鋼帯はこの圧延機を固定点として水平面内で略円弧状に湾曲する。本発明者らはこの湾曲状の変形の発生状況について再度根本的かつ詳細に検討した。その結果、本発明者らは、湾曲状の変形は、圧延中、熱延鋼帯の長手方向へ一定の曲率で生じるものではなく、初期に最も大きく発生した後に圧延の進行に伴ってその増加量は徐々に減少し、あるタイミングを経過すると、湾曲状の変形の増加量は零となることを知見した。
【００１２】
すなわち、熱延鋼帯の先端部では幅方向両端側における伸び差により湾曲状の変形が発生する。しかし、圧延が進行すると、既圧延部分、すなわち圧延機を通過した部分の長さおよび重量が増加するため、熱延鋼帯が略円弧状に湾曲することに対する抵抗が大きくなり、この抵抗の増加により、その後の圧延時における幅方向両端側における伸び差が低減されていく。このため、圧延が進行する程、湾曲状の変形の単位時間当たりの増加量は減少し、ある時点において圧延時における幅方向両端側における伸び差が零となって新たな湾曲状の変形の増加量は零となる。
【００１３】
そこで、本発明者らは、圧延に伴う湾曲状の変形の発生状況に関するかかる新規な知見に基づいてさらに検討を重ねた結果、圧延がある程度まで進行して湾曲状の変形の増加量が略零となった時点以降に、熱延鋼帯の端部の幅方向位置を長手方向に繰り返し検出して熱延鋼帯の幅方向の端部線あるいは中央線を求めることによって熱延鋼帯の形状を測定することとすれば、その測定がたとえ熱延鋼帯の走行方向の一点に配置された測定機で行われたとしても、熱延鋼帯のキャンバ形状を圧延時に正確かつ低コストで測定できることを知見して、本発明を完成した。
【００１４】
本発明は、金属帯を圧延によって製造する際に、圧延された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零または零になった時以降であって金属帯の後端部がこの金属帯に前記圧延を行う圧延機を抜ける前に、金属帯のキャンバ形状を測定することを特徴とする圧延金属帯のキャンバ形状測定方法である。
【００１５】
この本発明にかかる圧延金属帯のキャンバ形状測定方法では、金属帯のキャンバ形状の測定が、金属帯の走行方向に関する１箇所に配置された測定器を用いて行われることが、例示される。
【００１６】
別の観点からは、本発明は、圧延を行われて製造された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零または零になった時以降であって金属帯の後端部が金属帯に前記圧延を行う圧延機を抜ける前における金属帯の先端部の存在位置に一致する位置に設けられた幅方向位置測定装置と、この幅方向位置測定装置の出力値に基づいて金属帯のキャンバ形状を演算するキャンバ演算装置とを備えることを特徴とする圧延金属帯のキャンバ形状測定装置である。
【００１７】
この本発明にかかる圧延金属帯のキャンバ形状測定装置では、幅方向位置測定装置が、金属帯の走行方向に関する１箇所に配置されることが、例示される。
これらの本発明にかかる圧延金属帯のキャンバ形状測定装置では、幅方向位置測定装置が、金属帯の幅方向端部位置の一方もしくは双方を測定することが、例示される。
【００１８】
さらに別の観点からは、本発明は、金属帯を圧延する圧延機と、圧延を行われて製造された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零または零になった時以降であって金属帯の後端部が圧延機を抜ける前における金属帯の先端部の存在位置に一致する位置に設けられる幅方向位置測定装置と、この幅方向位置測定装置の出力値に基づいて金属帯のキャンバ形状を演算するキャンバ演算装置とを備えることを特徴とする圧延金属帯の圧延装置である。
【００１９】
この本発明にかかる圧延金属帯の圧延装置では、幅方向位置測定装置が、金属帯の走行方向に関する１箇所に配置されることが、例示される。
これらの本発明にかかる圧延金属帯の圧延装置では、幅方向位置測定装置が、金属帯の幅方向端部位置の一方もしくは双方を検出することが、例示される。
【００２０】
これらの本発明にかかる圧延金属帯の圧延装置では、金属帯が熱延鋼帯であり、圧延機が粗圧延機であり、さらに、幅方向位置測定装置が、この粗圧延機とこの粗圧延機の下流に配置された仕上圧延機との間であって、製造される熱延鋼帯のうちの最大板幅をＷ（ｍｍ）とした場合に粗圧延機から、Ｌ≧｛（５２３０Ｗ−２６８７５００）／（１．５７×１０−６Ｗ）｝１／２ によって求められる距離Ｌ（ｍｍ）だけ、離間した位置に設けられることが、例示される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延金属板の圧延装置の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、金属帯が熱延鋼帯であるとともに、幅方向位置検出装置が粗圧延機とこの粗圧延機の下流に配置された仕上圧延機との間に設けられる場合を例にとる。
【００２２】
図１は、本実施の形態のキャンバ形状測定装置１を組み込まれた熱延鋼帯２の圧延装置３を示す説明図であって、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。
【００２３】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の圧延装置３は、粗圧延機４と、幅方向位置測定装置５およびキャンバ演算装置６により構成されるキャンバ形状測定装置１と、仕上圧延機７とを有している。以下、この圧延装置３のこれらの構成要素について、順次説明する。
【００２４】
［粗圧延機４］
本実施の形態の圧延装置３は、粗圧延機４を有する。この粗圧延機４は、一対の小径のワークロール対４ａと、一対の大径のバックアップロール対４ｂとを備えており、圧延素材に粗圧延を行って熱延鋼帯２を製造する。本実施の形態では、この粗圧延機４が本発明における「圧延機」に相当する。
【００２５】
粗圧延機４は、周知慣用のものであればよく、特定の型式のものには限定されないため、粗圧延機４に関するこれ以上の説明は省略する。
本実施の形態では、粗圧延機４は以上のように構成される。
【００２６】
［キャンバ形状測定装置１］
本実施の形態の圧延装置３は、上述したように、キャンバ形状測定装置１を組み込まれているが、このキャンバ形状測定装置１は、幅方向位置測定装置５およびキャンバ演算装置６により構成され、また幅方向位置測定装置５は、粗圧延機４と仕上圧延機７との間の所定の位置に配置される。そこで、キャンバ形状測定装置１のこれらの構成要素について以下に分説する。
【００２７】
（ｉ）幅方向位置測定装置５
本実施の形態では、幅方向位置測定装置５として、上述した粗圧延機４と後述する仕上圧延機７との間に板幅計５を設置した。この幅方向位置測定装置５を用いて、熱延鋼帯２の幅方向端部位置を、熱延鋼帯２の先端２ａから長手方向へ向けて順次測定する。
【００２８】
本実施の形態における幅方向位置測定装置５は、熱延鋼帯２の上方に配置した二基のカメラ（若しくはラインセンサ等）５ａ、５ｂにより、熱延鋼帯２の幅方向端部を撮影し、撮影画像から熱延鋼帯２の幅方向端部の位置を信号処理で算出するものであるが、かかる測定装置５に限定されるものではなく、熱延鋼帯２の幅方向位置を測定することができるものであれば、如何なる形式のものであってもよい。
【００２９】
すなわち、本実施の形態における幅方向位置測定装置５は、熱延鋼帯２の例えば幅方向中心位置や幅方向端部位置の一方もしくは双方を検出することができ、この検出値に基づいて熱延鋼帯２の幅方向位置を検出することができる装置であれば、等しく適用される。例えば、▲１▼熱延鋼帯２の左右の側面にレーザ距離計を配置し、配置したレーザ距離計により熱延鋼帯２の側面までの距離を測定するレーザ式、▲２▼熱延鋼帯２の上方に走査器を内蔵した光検出部を設けるとともに上方へ光を放つ光源を下方に設けておき、光検出部を幅方向に走査しながら、熱延鋼帯２の端部近傍の映像に基づいて熱延鋼帯２の端部を認識する方式（例えば、光検出器を両端部の上方に配置することにより両端部の位置を検出する光電管式）、さらには▲３▼熱延鋼帯２の上方にＣＣＤイメージセンサを内蔵したカメラを設けて幅方向端部を撮影し、映像信号を画像処理することにより熱延鋼帯２の両端部を認識する方式（例えば、２台のカメラを両端部の上方に配置して、両方の端部を検出できるＣＣＤカメラ式）等の公知の各種の端部検出手段を用いることができる。
【００３０】
この幅方向位置測定装置５による熱延鋼帯２の両端部位置の検出は、熱延鋼帯２の搬送距離を、適宜手段、例えば搬送テーブルに取り付けたパルスジェネレータを用いて、測定し、熱延鋼帯２が一定間隔だけ進む度に、熱延鋼帯２の幅方向の両端部の位置を、熱延鋼帯２の長手方向について繰り返し検出することにより、行われる。
【００３１】
また、本実施の形態における幅方向位置測定装置５は、粗圧延機４によって圧延された熱延鋼帯２に生じる湾曲状の変形の増加量が略零になった時以降におけるこの熱延鋼帯２の先端部２ａの存在位置に一致する位置に設けられている。
【００３２】
すなわち、本実施の形態では、「熱延鋼帯２の先端部２ａの存在位置に一致する位置」は、圧延された熱延鋼帯２に生じる湾曲状の変形の増加量が略零または零になった時以降であって熱延鋼帯２の後端部が粗圧延機４を抜ける前に、先端部２ａが存在する位置に一致する位置を意味しており、具体的には、製造される熱延鋼帯２のうちの最大板幅をＷ（ｍｍ）とした場合に、圧延機から下記（１）式によって求められる距離Ｌ（ｍｍ）だけ離間した位置とした。
【００３３】
Ｌ≧｛（５２３０Ｗ−２６８７５００）／（１．５７×１０−６Ｗ） ｝１／２ ・・・・・・・（１）
ここで、距離Ｌとは、本実施の形態では、粗圧延機４と幅方向位置測定装置５との間の距離を意味しており、粗圧延機４のワークロール４ａの中心と幅方向位置測定装置５で検知される熱延鋼帯２の端部との間の長手方向への距離を意味する。
【００３４】
また、幅方向位置測定装置５は、粗圧延機４を抜ける前における熱延鋼帯２の先端部２ａの存在位置に一致する位置に設けられる。すなわち、幅方向位置測定装置５は、熱延鋼帯２に対して粗圧延機４により粗圧延が行われている際に測定を行うために、粗圧延機４から、熱延鋼帯２の最大長さよりも短い距離だけ離れて配置されている。
【００３５】
幅方向位置測定装置５を粗圧延機４から距離Ｌだけ離して配置する理由は、以下の通りである。本発明者らは、粗圧延機４と仕上圧延機７との間で熱延鋼帯２に生じるキャンバ形状が測定結果に及ぼす影響が極小さい位置に、１台の端部計測機を設けて熱延鋼帯２のキャンバ形状を測定すれば、キャンバ形状を正確かつ簡単に測定できるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、実際に発生している熱延鋼帯２のキャンバ形状および搬送挙動を詳細に調査および考察した結果、以下の事項（１）〜（４）がわかった。
【００３６】
（１）粗圧延機４の最終スタンドの圧延中は、少なくともこの最終スタンドの直下では板寄りは小さく、熱延鋼帯２の先端および尾端において僅かに湾曲する程度である。これは、最終スタンド直前に幅圧下のための垂直ミル（図１においては省略してある）が並設されており、熱延鋼帯２の幅方向へのずれが拘束されているためである。
【００３７】
（２）粗圧延機４の圧延において左右非対象な圧下状態になっている場合、左右で伸び差が生じるため、出側の熱延鋼帯２は略円弧状に湾曲してキャンバ形状を呈する。仮に、圧延に伴って粗圧延機４の直下を始点とした正確な円弧形状が成長するとすれば、粗圧延機４から遠ざかるにつれて熱延鋼帯２の先端２ａにおける幅ぶれ量は２次関数的に増加することになる。別の見方をすれば、熱延鋼帯２の形状を搬送中の幅ぶれ量の定点観測のみで測定するには、粗圧延後の熱延鋼帯２の長さ以上に粗圧延機４から離れた位置に測定機を配して測定を行わざるを得ないこととなる。しかし、実際には、粗圧延機４と仕上げ圧延機７との間の距離制約や、何らかの既設設備が存在することから、粗圧延機４から十分離れた位置で測定することは、事実上困難であることが多い。
【００３８】
（３）しかしながら、現実に発生したキャンバ形状を詳細に調査した結果、熱延鋼帯２に発生するキャンバ形状は、その先端２ａ付近で最もきつく（曲率半径小）発生し、圧延とともに次第に緩く（曲率半径大）と変化する傾向があり、さらには先端２ａから数１０ｍ離れた部分では殆ど発生しなくなることが判明した。
【００３９】
この原因について研究した結果、熱延鋼帯２の圧延長さがある程度以上長くなると、既圧延部の自重による出側テーブルローラーとの摩擦抵抗のため、粗圧延機４の最終パスにおける圧延変形部の出口において左右の伸び差が生じ難くなるためであることが判明した。すなわち、前述したように、左右の伸び差により円弧形状が成長していくと、熱延鋼帯２の先端２ａ付近では次第に板幅方向への速度成分が大きくなり、熱延鋼帯２は搬送テーブルローラの軸方向へ滑るようになる。そこでの摩擦抵抗は、曲げモーメントとして圧延変形部に作用し、伸びが大きいほうに圧縮力として、また伸びが小さいほうに引張力としてそれぞれ作用するため、次第に伸び差が生じなくなる。この伸び差抑制効果は圧延が進むにつれて大きくなるために直ぐに集束状態、すなわち伸び差０の状態に至る。
【００４０】
すなわち、熱延鋼帯２の板厚、板幅さらにはキャンバ形状の発生要因である左右非対称圧下状態の強度等によって多少は変化するものの、熱延鋼帯２の先端２ａが粗圧延機４から所定距離以上遠ざかった時点以降では、熱延鋼帯２の湾曲状の変形は新たには発生しなくなり、固定位置で熱延鋼帯２の長手方向移動量と幅ぶれ量とを測定することによって、熱延鋼帯２のキャンバ形状を正確に測定できることになる。
【００４１】
（４）熱延鋼帯２の尾端部の形状測定時には、熱延鋼帯２は粗圧延機４の最終スタンドを抜けているため、熱延鋼帯２の全体を新たに幅方向速度が加わることはなく、定点観測手法で十分な精度で平面形状を把握することができる。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、これらの新規な知見事項（１）〜（４）に基づき、キャンバ形状を正確に測定することができる幅方向位置測定装置５の設置位置を、以下のようにして定める。
【００４３】
前述したように、粗圧延機４の最終スタンドを通過中の熱延鋼帯２に生じるキャンバ形状の主な要因は、前述したように、粗圧延機４の最終スタンドの直下において、熱延鋼帯２のウェッジや左右温度差等の左右非対称な圧下状態により生じる左右の伸び差である。本明細書では、この左右の伸び差を抑制するために必要な矯正力を「キャンバ矯正必要モーメント」という。
【００４４】
まず、本発明者らは、粗圧延機４の最終スタンドにおける前述した左右非対称条件により発生するキャンバ矯正必要モーメントが、最大どの程度に達し得るかに関して鋭意研究を重ねた。その結果、キャンバ矯正必要モーメントは、主に粗圧延機４の板幅の影響を受けることがわかった。また、圧延が進行して熱延鋼帯２の左右の伸び差が零になる圧延長さは、左右伸び差が零となるために必要な水平面内のモーメントであるキャンバ矯正必要モーメントＭ１と、左右伸び差抑止モーメントであるキャンバ抑止モーメントＭ２との関係、すなわちＭ１≦Ｍ２から得られる。
【００４５】
ここで、キャンバ矯正必要モーメントＭ１は、粗圧延機４の出側で水平面内の曲げモーメントを与えて長手方向応力の幅方向分布を変更することにより、左右非対称圧延により生じる左右の伸び差を零とするようにした塑性応力解析から得られる。また、キャンバ抑止モーメントＭ２は、粗圧延機４の出側の熱延鋼帯２と搬送装置との間に作用する摩擦力により得られる。
【００４６】
図２は、一般的な熱間圧延の粗圧延機の最終スタンドの圧延条件を用いて、圧延される熱延鋼帯の板幅と、キャンバ矯正必要モーメントの予測値との関係を、計算機シュミレーションにより得た結果を示すグラフである。なお、図２のグラフは、粗圧延機の最終スタンドの圧下率：２５％以上、粗圧延機の出側板厚：２０〜５０ｍｍ、板温度：９００℃以上という圧延条件において最も厳しい条件で求めている。このため、この圧延条件の範囲内であれば、後述する（５）式の関係は常に成り立つ。
【００４７】
図２にグラフで示すように、キャンバ矯正必要モーメントＭ１（Ｎ・ｍ）と板幅Ｗ（ｍｍ）との関係は、ｔを板厚（ｍｍ）とすると、一次関数によって略近似することができることを知見した。
【００４８】
Ｍ１＝（２５． ６Ｗ−１３１６９）ｔ ・・・・・（２）
一方、前述のように、熱延鋼帯２の圧延長さがある程度以上長くなると、既圧延部の自重による出側テーブルローラとの摩擦抵抗のため、粗圧延機４の最終スタンドにおける圧延変形部の出口において左右の伸び差が生じ難くなる。この摩擦抵抗は、曲げモーメントとして圧延変形部に作用し、伸びが大きいほうに圧縮力として、伸びが小さいほうに引張力としてそれぞれ作用する。本明細書では、この力を「キャンバ抑止モーメント」という。
【００４９】
キャンバ抑止モーメントＭ２は、次式（３）で表すことができる。
Ｍ２（Ｎ・ｍ）＝９．８×１０−３・μ・ρ・ｔ・Ｗ・Ｌ２ ／２・・・・・（３）
ただし、（３）式において、Ｌは粗圧延機４の最終スタンドを通過した部分の熱延鋼帯２の長さ（ｍｍ）を示し、ρは熱延鋼帯２の密度（ｋｇ／ｍｍ３ ）を示し、μは熱延鋼帯２と搬送テーブルとの間の摩擦係数を示し、Ｗは熱延鋼帯２の幅（ｍｍ）を示し、さらにｔは熱延鋼帯２の厚さ（ｍｍ）を示す。
【００５０】
粗圧延機４の最終スタンドを通過した後の熱延鋼帯２がキャンバ形状を呈さない条件は、キャンバ矯正必要モーメントがキャンバ抑止モーメント以下となること、すなわちＭ１≦Ｍ２を満たすことである。この条件は、（２）式および（３）式を用いて、粗圧延機４の最終スタンドを通過した熱延鋼帯２の長さＬに関して書き換えると、次式で表すことができる。
【００５１】
Ｌ≧｛（５２３０Ｗ−２６８７５００）／（μ・ρ・Ｗ）｝１／２ ・・・・・（４）
また、摩擦係数μは、熱間圧延機の場合は０．２程度であると推定される。また、熱延鋼帯２の密度ρは、熱間圧延機での一般圧延材の場合で７．８５×１０−６（ｋｇ／ｍｍ３ ）である。このため、（４）式は、（５）式のように、熱延鋼帯２の幅の関数として表すことができる。
【００５２】
Ｌ≧｛（５２３０Ｗ−２６８７５００）／（１．５７×１０−６Ｗ）｝１／２ ・・・・・（５）
すなわち、（５）式を満足する位置に、キャンバ測定用の幅方向位置測定装置５を設置して、粗圧延機４の出側を走行する圧延中の熱延鋼帯２を測定すれば、熱延鋼帯２のキャンバ形状を正確に測定することができる。
【００５３】
（ｉｉ）キャンバ演算装置６
本実施の形態では、キャンバ測定装置１は、上述した幅方向位置測定装置５とともにキャンバ演算装置６を有する。このキャンバ演算装置６は、幅方向位置検出装置５の出力値に基づいて熱延鋼帯２に発生するキャンバ形状を演算するための装置である。
【００５４】
具体的には、キャンバ演算装置６は、内臓されたプログラムによって、繰り返し測定される熱延鋼帯２の幅方向位置の情報と、熱延鋼帯２の搬送距離の情報とから、熱延鋼帯２の幅方向の片方の端部線を求め、求めた端部線から熱延鋼帯２のキャンバ形状を求めるものである。しかしながら、キャンバ演算装置６による演算手法はかかる形態に限定されるものではなく、他の手法に基づいてもよい。例えば、幅方向の両方の端部位置の情報に基づいて幅中心線を求め、幅中央位置と熱延鋼帯２の搬送距離との情報から幅中央線を求め、これにより、熱延鋼帯２のキャンバ形状を求めるようにしてもよい。この方法によれば、長手方向の幅変動の影響を除去することが可能となり、先述した方法に比較して、熱延鋼帯２のキャンバ形状をさらに正確に測定することができる。
【００５５】
［仕上圧延機７］
本実施の形態の圧延装置３は、仕上圧延機７を有する。この仕上圧延機７は、粗圧延機４から所定距離離れて下流に配置されており、一対の小径のワークロール対７ａと、一対の大径のバックアップロール対７ｂとを備える。仕上圧延機７は、粗圧延機４によって粗圧延を行われた熱延鋼帯２に仕上圧延を行って、製品である熱延鋼帯２を製造する。
【００５６】
この仕上圧延機７は、周知慣用のものであればよく、特定の型式のものには限定されないため、仕上圧延機７に関するこれ以上の説明は省略する。
本実施の形態では、仕上圧延機７は以上のように構成される。
【００５７】
本実施の形態のキャンバ測定装置１を組み込まれた熱延鋼帯２の圧延装置３は、以上のように構成される。次に、この圧延装置３により熱延鋼帯２に圧延を行う状況を説明する。
【００５８】
粗圧延機４の最終スタンドの圧下を行うと、熱延鋼帯２の幅方向両端側には不均一な伸びが生じるため、熱延鋼帯２には湾曲状の変形が発生する。しかし、圧延の進行に伴って熱延鋼帯２のうちで粗圧延を行われた先端２ａ側が徐々に増加するため、湾曲状の変形量自体は圧延時間の増加とともに累積的に増加するものの、湾曲状の変形の増加量自体は圧延時間の増加とともに経時的に減少していく。
【００５９】
そして、熱延鋼帯２の先端２ａが粗圧延機４から距離Ｌだけ離れた位置、すなわち位置Ａに到達すると、湾曲状の変形の増加量は０となる。また、この位置Ａには、前述したように、幅方向位置測定装置５が設置されている。
【００６０】
このため、この幅方向位置測定装置５を用いて長手方向に順次熱延鋼帯２の幅方向の端部線あるいは中央線を求めることによって熱延鋼帯２の形状を測定することとすれば、その測定がたとえ熱延鋼帯２の走行方向の一点に配置された測定機で行われたとしても、熱延鋼帯２に発生したキャンバ形状を、圧延時に正確かつ低コストで測定することができる。
【００６１】
【実施例】
さらに、本発明を実施例を参照しながら詳細に説明する。
図３は、前述した図１の圧延装置３の構成を示す側面図である。なお、図３における８はテーブルローラを示し、９はパルスジェネレータを示す。
【００６２】
本実施例では、図１および図３に示すように、粗圧延機４および仕上圧延機７（ともに図示しない）を備える熱延鋼帯２の圧延装置３において、粗圧延機４と仕上圧延機７との間に、粗圧延機４からの距離が異なる複数の位置に、幅方向位置測定装置５（熱延鋼帯２の両端部を撮影するための２台のカメラ５ａ、５ｂ）を設置した。
【００６３】
２台のカメラ５ａ、５ｂを用いて熱延鋼帯２の両端部を撮影し、撮影した映像信号を画像処理して両端部の幅方向位置を求め、この両端部の幅方向位置から幅中心位置を求め、この幅中心位置と熱延鋼帯２の搬送距離の情報とから、熱延鋼帯２の幅中心位置の長手方向分布、すなわち幅中心線を求めた。熱延鋼帯２の搬送距離は、熱延鋼帯２の搬送ローラに設けたパルスジェネレータ用いて測定した。
【００６４】
（５）式を満足するＬの最小値と、熱延鋼帯４の板幅との関係を図４にグラフで示す。なお、熱延鋼帯４とテーブルローラ８との間の摩擦係数はμ＝０．２とし、熱延鋼帯４の密度はρ＝７．８５×１０−６ｋｇ／ｍｍ３ とし、粗バーの板幅は最小７００ｍｍ、最大１６７０ｍｍであった。
【００６５】
図４にグラフで示すように、熱延鋼帯２の板幅Ｗの増加に伴い、距離Ｌも増加する。したがって、対象となる圧延設備で製造される熱延鋼帯２の最大板幅の場合を、距離Ｌの最大値として設定すればよい。図４にグラフで示す場合にば、Ｗ：１６７０ｍｍ以下とすると、Ｌ：４８．８ｍ以上となる。
【００６６】
すなわち、粗圧延機４の最終スタンドから仕上圧延機７方向に、およそ４９ｍ以上離れた位置で、熱延鋼帯２の幅方向端部位置（一方あるいは両方の端部位置）を測定すれば、一台の幅方向位置測定器５を用いても、熱延鋼帯２のキャンバ形状を正確に測定することが可能となる。そこで、以下のようにして、実際の熱間圧延ラインにおいて検証を行った。
【００６７】
すなわち、粗圧延機４の後方に、最終スタンドからの距離が異なる複数の位置に、複数個の熱延鋼帯２の幅方向位置測定装置５を設けた。具体的には、粗ミル最終スタンドから、４５ｍ、５５ｍ、６５ｍの距離に設置した。この装置は、熱延鋼帯２の先端から尾端までの幅中心位置を、テーブルローラに取り付けられたパルスジェネレータによる粗バー搬送距離計測装置に同期しながら、粗バーが一定距離走行する度に測定を行った。測定結果の一例を図５（１）〜図５（３）にグラフで示す。
【００６８】
この結果、幅１６７０ｍｍ、厚さ３１ｍｍの熱延鋼板２について、５５ｍおよび６５ｍの位置でそれぞれ得られた幅中心位置の変化（図５（２）、（３））は、ほぼ同じ形状であり、熱延鋼帯２のキャンバ形状を略正確に測定できたことがわかる。
【００６９】
これに対し、４５ｍの位置で得られた結果（図５（１）は、先端部の形状が他の二つのデータと異なっており、５５ｍ以上離れた位置に幅方向位置測定装置５を設置して熱延鋼帯２の形状を測定しなければ、熱延鋼帯２のキャンバ形状を正確に測定できないことがわかる。
【００７０】
また、幅方向位置測定装置５の設置位置が粗圧延機４から離れ過ぎると、幅方向位置測定装置５が仕上圧延機７の第１スタンドに接近することになり、長尺の熱延鋼帯２の場合には、仕上圧延機７に噛み込んだ状態で測定することになる。そのため、仕上圧延機７の第１スタンドでの左右非対称圧延条件の影響を受ける可能性があり、前述の（４）式を満たす範囲でできるだけ粗圧延機４に近接した位置に測定器を設けることが望ましい。
【００７１】
なお、本実施例におけるキャンバ形状の測定結果を、仕上圧延機７の圧延条件の設定に活用するような用途においては、仕上圧延機７のセットアップに間に合う位置に幅方向位置測定装置５を設けることが望ましい。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、圧延によって例えば熱延鋼帯等の圧延金属帯を製造する際にこの圧延金属帯に発生するキャンバ形状を、圧延金属帯の圧延中に正確にかつ低コストで測定することができる圧延金属帯のキャンバ形状測定方法、キャンバ形状測定装置および圧延装置を提供することができた。
【００７３】
具体的には、本発明によれば、一台の幅方向位置測定装置だけで、正確にキャンバ形状を測定することができる。また、この幅中心位置測定装置に従来の技術のように特殊な光学系を用いる必要もない。したがって、本発明によれば、装置導入コストの低減を図ることも可能である。
【００７４】
かかる効果を有する本発明の意義は、極めて著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のキャンバ形状測定装置を組み込まれた熱延鋼帯の圧延装置を示す説明図であって、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。
【図２】一般的な熱間圧延の粗圧延機の最終スタンドの圧延条件を用いて、圧延される熱延鋼帯の板幅と、キャンバ矯正必要モーメントの予測値との関係を、計算機シュミレーションにより得た結果を示すグラフである。
【図３】実施例で用いた圧延装置の構成を示す説明図である。
【図４】（５）式を満足するＬの最小値と、熱延鋼帯の板幅との関係を示すグラフである。
【図５】実施例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ キャンバ形状測定装置
２ 熱延鋼帯
３ 圧延装置
４ 粗圧延機
５ 幅方向位置測定装置
６ キャンバ演算装置
Claims (9)
- 金属帯を圧延によって製造する際に、圧延された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零になった時以降であって前記金属帯の後端部が該金属帯に前記圧延を行う圧延機を抜ける前に、前記金属帯のキャンバ形状を測定することを特徴とする圧延金属帯のキャンバ形状測定方法。
- 前記キャンバ形状の測定は、前記金属帯の走行方向に関する１箇所に配置された測定器を用いて行われる請求項１に記載された圧延金属帯のキャンバ形状測定方法。
- 圧延を行われて製造された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零になった時以降であって前記金属帯の後端部が該金属帯に前記圧延を行う圧延機を抜ける前における該金属帯の先端部の存在位置に一致する位置に設けられた幅方向位置測定装置と、
該幅方向位置測定装置の出力値に基づいて前記金属帯のキャンバ形状を演算するキャンバ演算装置と
を備えることを特徴とする圧延金属帯のキャンバ形状測定装置。 - 前記幅方向位置測定装置は、前記金属帯の走行方向に関する１箇所に配置される請求項３に記載された圧延金属帯のキャンバ形状測定装置。
- 前記幅方向位置測定装置は、前記金属帯の幅方向端部位置の一方もしくは双方を測定する請求項３または請求項４に記載された圧延金属帯のキャンバ形状測定装置。
- 金属帯を圧延する圧延機と、
圧延を行われて製造された金属帯に生じる湾曲状の変形の増加量が略零になった時以降であって前記金属帯の後端部が前記圧延機を抜ける前における該金属帯の先端部の存在位置に一致する位置に設けられる幅方向位置測定装置と、
該幅方向位置測定装置の出力値に基づいて前記金属帯のキャンバ形状を演算するキャンバ演算装置と
を備えることを特徴とする圧延金属帯の圧延装置。 - 前記幅方向位置測定装置は、前記金属帯の走行方向に関する１箇所に配置される請求項６に記載された圧延金属帯の圧延装置。
- 前記幅方向位置測定装置は、前記金属帯の幅方向端部位置の一方もしくは双方を検出する請求項６または請求項７に記載された圧延金属帯の圧延装置。
- 前記金属帯は熱延鋼帯であり、前記圧延機は粗圧延機であり、さらに、前記幅方向位置測定装置は、該粗圧延機と該粗圧延機の下流に配置された仕上圧延機との間であって、製造される前記熱延鋼帯のうちの最大板幅をＷ（ｍｍ）とした場合に前記粗圧延機から下記（１）式によって求められる距離Ｌ（ｍｍ）だけ離間した位置に設けられる請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載された圧延金属帯の圧延装置。
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