JP3692904B2 - 熱間仕上圧延機のセットアップ方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粗圧延機と仕上圧延機の間で素材を再加熱する工程を有する熱間仕上圧延機のセットアップ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、一般的な熱間圧延設備における仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。同図において符号１は粗圧延機、２は仕上圧延機、３は仕上圧延機入側温度計、４は圧下装置、５はロール駆動モータ、６は被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ、７はデスケーラ、８は粗圧延材、１０は圧延条件設定装置、１１は従来の仕上圧延機のセットアップ装置、１２は圧下位置設定装置、１３はロール回転速度設定装置、１４は被圧延材プロフィル制御量設定装置である。
【０００３】
粗圧延材８を粗圧延機１によって粗圧延し、次いで、タンデムに配置した複数のスタンドからなる仕上圧延機２で仕上圧延する通常の熱間圧延設備において、粗圧延材を仕上圧延機に通板する前に、予め仕上圧延機各スタンドのロール圧下位置、ロール速度などのセットアップを行っておく。すなわち、圧延中はＡＧＣ（Automatic Gauge Control ）装置および仕上圧延機出側の厚さ計を用いたフィードバック制御により厚さ制御が行われるが、被圧延材の先端部分はフィードバック制御ができないため、被圧延材の先端部分の塑性特性と圧延機の弾性特性を考慮したセットアップを行っている。これによって、先端部から所定の厚さ精度もしくは板幅方向の厚さ分布（以下、プロフィルという）精度を得ることができる。
【０００４】
このセットアップにおいては、図１に示すように、仕上圧延機２の入側に設けられた仕上圧延機入側温度計３で粗圧延材８の先端部の表面温度を検出し、検出した表面温度と圧延条件設定装置１０により予め設定された圧延条件とに基づき、仕上圧延機のセットアップ装置１１は各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、圧下位置設定装置１２、ロール回転速度設定装置１３に出力する。更に、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定し、被圧延材プロフィル制御量設定装置１４に出力する。
【０００５】
これらの出力結果に基づき、各スタンドの圧下装置４により圧下位置、ロール駆動モータ５によりロール回転速度が設定され、被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ６により被圧延材プロフィル制御量が設定される。被圧延材プロフィル制御量設定装置１４とはロールベンダ、可変クラウンロール、ロールシフト装置あるいはペアクロス装置などの金属帯の幅方向の厚さ分布を制御する装置の総称である。
【０００６】
図１の仕上圧延機のセットアップ装置１１の動作について説明する。仕上圧延機入側に設けられた温度計３で検出した温度Ｔs は、仕上圧延機における被圧延材の温度計算の初期値として使用される。すなわち、
【０００７】
【数１】
Ｔ（ｔ，ｘ）：時刻ｔ、厚さ方向位置ｘにおける被圧延材温度、
ｔ0 ：被圧延材の先端部が温度計を通過した時刻、
Ｔs ：被圧延材の表面温度測定値、
ｘs ：被圧延材の厚さ方向の表面に相当する座標、
ｘc ：被圧延材の厚さ方向の中心に相当する座標、
ΔＴ：被圧延材の厚さ方向の表面温度と中心温度の差、
である。
【０００８】
図２は、被圧延材の厚さ方向温度分布例を示すグラフである。
【０００９】
ここで、ΔＴは、粗圧延機１の入側に設置された加熱炉（図１では図示されていない）を抽出した際の粗圧延材８の温度から、粗圧延１での圧延加工による温度上昇、ロール接触による冷却および粗圧延機１から仕上圧延機入側温度計３までの間の大気中冷却による温度降下を考慮して計算したり、経験的な定数値を使用したりして決定している。いずれにしても、仕上圧延機２の入側においては、粗圧延材８と粗圧延機のロールとの接触による冷却や空気中への放熱のために、圧延材表面は中心部よりも低温になることは明らかである。すなわち、ΔＴ＞０である。
【００１０】
仕上圧延機入側温度計３以降の粗圧延材８の温度は、次式の熱伝導方程式(2) を圧延材表面（厚み方向位置ｘs ）における境界条件(3) のもとで解くことによって求められる。
【００１１】
【数２】
ｃ：粗圧延材の比熱、
ρ：粗圧延材の密度、
λ：粗圧延材の熱伝導率、
Ｑ(t) ：時刻ｔにおける単位時間、単位体積あたりの入熱量、
ｑ(t) ：時刻ｔにおける単位時間、単位体積あたりの放熱量。
【００１２】
ここで、粗圧延材への入熱量Ｑ(t) および粗圧延材からの放熱量ｑ(t) には、圧延条件設定装置１０により予め設定された通板速度やデスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける被圧延材の目標厚さなどに基づいて、粗圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける推定値を使用する。
【００１３】
次に、粗圧延材８が仕上圧延機に通板される段階で、被圧延材の先端部が仕上圧延機２の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における被圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚み方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて変形抵抗を計算する。
【００１４】
熱間圧延における変形抵抗を計算する式としては、次式で示す式が広く知られている。
【００１５】
【数３】
Ｋfmi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の変形抵抗
εi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の歪み
υi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の歪み速度
Ｔi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の温度
Ａ，Ｂ：定数
ここで、ε、υは予め与えられた仕上圧延機における各スタンドの目標厚さや通板速度から求めることができる。
【００１６】
更に、前記変形抵抗Ｋfmi から(5) 、(6) 式により各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００１７】
【数４】
Ｐi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の圧延荷重、
ｆi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の先進率、
Ｋfmi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の変形抵抗、
Ｒi'：第ｉスタンドにおけるワークロールの扁平ロール半径、
Ｈi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の入側厚さ、
ｈi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の出側厚さ、
Ｑｐi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の圧下力関数、
φi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の中立角、
Ｂi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の幅。
【００１８】
ここで、圧延材の入出側厚さおよび幅は圧延条件設定装置１０によって予め与えられ、圧下力関数Ｑｐi および中立角φi は、例えばSimsによって提案された近似圧延理論モデルによって解くことが知られている。
【００１９】
また、扁平ロール半径Ｒi'は、例えば(7) 式で示すHitchcockの式と圧延荷重を導出する前記(5) 式とを連立させることによって求めることができる。
【００２０】
【数５】
Ｒi ：第ｉスタンドにおけるワークロール半径、
Ｃ：定数。
【００２１】
次に、(8) 式で表されるゲージメータ式に基づいて各スタンドの圧下位置を求めるとともに、(9) 式で表されるように、各スタンドのマスフローバランス（各スタンドの体積速度一定）を保つべくロール回転速度を求める。
【００２２】
【数６】
Ｓi ：第ｉスタンドの圧下位置
Ｍi ：第ｉスタンドのミル剛性係数
Ｓ０i ：第ｉスタンドの圧下零点補正値
【００２３】
【数７】
Ｎi ：第ｉスタンドのロール駆動モータの回転速度
ｈF ：製品目標厚さ（最終スタンドの出側厚さ）
ＶF ：製品目標通板速度（最終スタンドの出側速度）
Ｇｒi ：第ｉスタンドのロール駆動モータとロールとのギア比
被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上記（５）式で計算された圧延荷重に基づいて、例えば、公知文献（「ホットストリップミルにおける板プロフィル・平坦度制御」鉄と鋼、Ｖｏｌ．７４、Ｎｏ．７、ｐ．１４０２〜１４０９。以下、公知文献１という）等に記された方法によって、被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を求める。
【００２４】
近年、鋼板の使用時のコスト削減を目的として、冷延鋼板と同等の薄さの熱延鋼板を製造する傾向にあり、このような圧延材では、仕上圧延における圧延材の温度が低下しすぎて仕上圧延機の耐荷重の限界を越えたり、圧延材の材料特性に悪影響を与える場合がある。このことから、粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を設け、仕上圧延機入側において圧延材の温度を仕上圧延機の保護や材料特性上必要な目標温度まで昇温する技術が用いられるようになってきた。
【００２５】
しかしながら、従来の仕上圧延機のセットアップ方法では、このような加熱装置の影響による温度変化を考慮していないため、問題が生ずる。
【００２６】
図３は、加熱装置を通過する前後の圧延材の温度変化の一例を示す模式的グラフである。同図に示すように、加熱装置を通過した直後では粗圧延材の中心部に比べて表面での温度が高くなる。このため、粗圧延機出側から仕上入側温度計までの温度変化として大気中への放熱しか考慮しない従来のセットアップ方法では十分なセットアップ精度が得られず、被圧延材の寸法精度が低下する。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を設けた場合に、仕上圧延機の圧下位置およびロール回転速度のセットアップ、あるいは被圧延材プロフィル制御量のセットアップ精度の良好な熱間仕上圧延機のセットアップ方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は各種のシミュレーションおよび実験により、下記の知見を得た。
【００２９】
(a) 従来、加熱装置のない設備において、仕上圧延機入側の被圧延材先端の温度をセットアップ計算に用いる場合には被圧延材の平均変形抵抗を求めるべく、厚さ方向の温度分布を考慮した平均温度を求める手法がとられる。この平均温度を求めるには仕上圧延機入側の表面温度を測定し、前記(2) および(3) 式等の基づいた計算をすればよい。
【００３０】
しかし、図３に示すように、粗圧延材の表面温度が中心温度より高温になるため、加熱装置のない場合のプロセス制御方法はそのままでは使えない。この対策として、加熱装置の加熱パターンがおおよそ一定で、加熱装置〜仕上圧延機までの粗圧延材の搬送条件が一定であるときは、加熱装置入側または出側の粗圧延材の表面温度を測定し、該測定値から定数または定数テーブルから索表した定数で仕上圧延機入側の温度を推定することができる。
【００３１】
(b) 粗圧延材先端部の仕上圧延機入側温度を推定するに際し、上記のように、加熱装置入側または出側の温度測定値から定数を用いて推定する方法をすべての場合に用いると温度推定誤差が大きくなることがある。その場合は加熱装置入側温度測定値または加熱装置出側温度測定値と、加熱装置の加熱パターンに基づいて、加熱装置出側または仕上圧延機入側の粗圧延材の厚さ方向の温度分布を伝熱計算等によって求めるのが望ましい。
【００３２】
(c) 従来、加熱装置のない場合のセットアップ方法は、仕上圧延機入側の被圧延材温度を測定した後セットアップ計算を開始し、結果を得てから各スタンドの圧下位置等の初期設定値を決定する。セットアップ計算は相当の計算時間を要するため、温度測定してから通板開始するまでの時間的余裕が少ないため、場合によっては通板開始を遅らせる必要があることもある。これに対して、加熱装置がある場合には、仕上入側の被圧延材の温度を所定の値に制御することが可能である。従って、予め仕上圧延機入側の被圧延材温度を想定して仕上圧延機のセットアップ計算を行っておき、この想定値になるように加熱装置の制御を行えばセットアップ計算の時間的余裕の問題が解消する。
【００３３】
本発明は上記の知見に基づいて完成したものであり、その要旨は以下の通りである。
【００３４】
(1) 粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、
前記加熱装置で加熱後の粗圧延材の先端部温度を推定し、該先端部温度の推定値から仕上圧延機入側の先端部温度を推定し、仕上圧延機入側の先端部温度の該推定値と予め設定した仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材の温度を推定し、推定した被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００３５】
(2) 粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、
前記加熱装置で加熱後の粗圧延材の先端部温度を推定し、該先端部温度の推定値から仕上圧延機入側の先端部温度を推定し、仕上圧延機入側の先端部温度の該推定値と予め設定した仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材の温度を推定し、推定した被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００３６】
(3) 加熱後の粗圧延材の先端部温度の推定値として、加熱装置出側の表面温度測定値を用いることを特徴とする前記(1) または(2) 項に記載の熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００３７】
(4) 加熱後の粗圧延材の先端部温度の推定値として、加熱装置入側または出側の粗圧延材先端部の表面温度測定値、粗圧延材の材質と寸法、および加熱装置の加熱パターンに基づいて算出した粗圧延材の厚さ方向の温度分布を用いることを特徴とする前記(1) または(2) 項に記載の熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００３８】
（５）粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、仕上圧延機入側の粗圧延材の先端部の目標温度を設定し、該先端部の目標温度と仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材温度を推定し、該被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、仕上圧延機入側の粗圧延材の先端部温度が前記目標温度となるように加熱装置入側の粗圧延材の先端部表面温度測定値に基づいた加熱装置の加熱パターンを設定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明に係る熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【００４１】
同図の装置構成図において、加熱装置出側の粗圧延材の表面温度を測定してセットアップを行う方法について説明する。図１と同一要素は同一符号で示す。粗圧延材を粗圧延機１によって粗圧延し、次いで、粗圧延材８を加熱装置２０によって加熱した後、タンデムに配置した複数のスタンドからなる仕上圧延機２で仕上圧延するに際し、加熱装置２０の出側に設けられた温度計２１で粗圧延材８の先端部の表面温度を検出し、検出した表面温度と圧延条件設定装置１０により予め設定された圧延条件に基づいて、仕上圧延機のセットアップ装置３１によって各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、圧下位置設定装置１２、ロール回転数設定装置１３に出力される。更に、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定し、被圧延材プロフィル制御量設定装置１４に出力される。これらの結果に基づき、各スタンドの圧下装置４により圧下位置、ロール駆動モータ５によりロール回転速度、被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ６により被圧延材プロフィル制御量が設定される。
【００４２】
本発明に係る仕上圧延機のセットアップ装置３１の動作を説明する。
【００４３】
加熱装置２０の出側に設けられた加熱装置出側温度計２１で検出した温度 は、仕上圧延機における圧延材の温度計算の初期値として使用される。すなわち、
【００４４】
【数８】
ｔ0 ：粗圧延材の先端部が加熱装置出側温度計２１を通過した時刻、
Ｔb0：粗圧延材の表面温度測定値、
ΔＴ' ：粗圧延材の厚さ方向の表面温度と中心部温度の差、
とする。
ここで、ΔＴ' は図３に示すように加熱後の表面温度が中心より高くなる場合もあることを考慮して、予め記憶しておいた定数値または粗圧延材の材質・寸法毎に異なるパラメータを使用する。例えば、図３の特性を持つ加熱装置ではΔＴ' ＝−６０℃である。
【００４５】
加熱装置出側温度計２１以降の圧延材の温度は、前記した熱伝導方程式(2) を粗圧延材表面（厚さ方向位置ｘs ）における境界条件(3) のもとで解くことによって求める。
【００４６】
ここで、圧延材への入熱量Ｑ(t) 、圧延材からの放熱量ｑ(t) は、圧延条件設定装置１０により予め設定された通板速度やデスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける圧延材の目標厚さなどに基づいて、圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける値を使用する。
【００４７】
次に、圧延材の先端部が仕上圧延機の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚さ方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて前記した式(4) に従って、各スタンドの変形抵抗を計算する。
【００４８】
次に、求められた各スタンドの変形抵抗に基づき、前記した式(5) 、(6) 、(7) に従って、各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００４９】
次に、求められた各スタンドの圧延荷重および先進率に基づき、前記式(8) 、(9) に従って、各スタンドの圧下位置、ロール回転速度を決定する。
【００５０】
本発明の仕上圧延機のプロフィル制御量のセットアップ方法に係る仕上圧延機のセットアップ装置３１の動作は以下のように行う。
【００５１】
被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上記に述べた各スタンドの圧下位置、ロール回転速度を決定する方法にて計算された各スタンドの圧延荷重から、例えば、公知文献１に従って被圧延材プロフィル制御量を決定する。
【００５２】
次に、本発明において、粗圧延材の先端部の厚さ方向の温度分布に基づいて仕上圧延機のセットアップを行う場合のセットアップ装置３１の動作を説明する。この場合の装置構成図は図４と同一である。
【００５３】
圧延材の温度分布は以下の方法に基づいて推定する。加熱装置の一形態として、誘導加熱装置を使用した場合、誘導加熱装置から圧延材に与えられる熱量は厚さ方向の表面から中心部に向かって指数関数的に減少していくことが知られている。すなわち、各時刻ｔにおいて圧延材の厚み方向位置ｘの位置に加熱装置から与えられる熱量Ｑb(t,x)を、加熱装置の消費電力などの時間推移である加熱パターンを基に推定し、加熱装置の内部での圧延材の温度変化を、次式を用いて計算する。
【００５４】
【数９】
Ｑb(t,x)：時刻ｔ、粗圧延材の厚さ方向の位置ｘに対して加熱装置から与えられる熱量、
ｑ'(t)：時刻ｔにおける単位時間、単位体積あたりの放熱量。
【００５５】
これにより、圧延材先端部が加熱装置出側に達すると推定される時刻ｔb0における圧延材の表面温度Ｔ(tb0,xs)と中心部の温度Ｔ(tb0,xc)をそれぞれ求める。この計算結果に基づいて、加熱装置出側温度計２１で検出した表面温度Ｔb0と、圧延材中心部の温度との差を推定する。すなわち、前記(10)式において、
【００５６】
【数１０】
として、仕上圧延機における圧延材の温度計算の初期値として使用する。
【００５７】
加熱装置出側温度計２１以降の圧延材の温度は、前記した熱伝導方程式(2) を、境界条件(3) のもとで解くことによって求める。
【００５８】
ここで、圧延材への入熱量Ｑ(t) 、圧延材からの放熱量ｑ(t) は、圧延条件設定装置１０により予め設定された通板速度やデスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける圧延材の目標厚さなどに基づいて、圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける値を使用する。
【００５９】
次いで、圧延材の先端部が仕上圧延機の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚み方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて前記した(4) 式に従って、各スタンドの変形抵抗を計算する。
【００６０】
その後、求められた各スタンドの変形抵抗に基づき、前記の(5) 〜(7) 式に従って、各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００６１】
最後に、求められた各スタンドの圧延荷重および先進率に基づき、(8) 、(9) に従って、各スタンドの圧下位置およびロール回転速度を決定する。
【００６２】
一方、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上述の仕上圧延機のセットアップ計算で求められた各スタンドの圧延荷重から、前記公知文献１に従って被圧延材プロフィル制御量を決定する。
【００６３】
図５は、本発明に係る加熱装置の入側に温度計を有する熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。同図において、図４と同一要素は同一符号で示す。同図では加熱装置２０の入側に温度計が設置されている。
【００６４】
粗圧延材８を粗圧延機１によって粗圧延し、次いで、加熱装置２０によって加熱した後、タンデムに配置した複数のスタンドからなる仕上圧延機２で仕上圧延するに際し、加熱装置２０の入側に設けられた加熱装置入側温度計２２で粗圧延材８の先端部の表面温度を検出する。この温度Ｔbiは加熱装置２０および仕上圧延機２における圧延材の温度計算の初期値として使用される。すなわち、
【００６５】
【数１１】
Ｔ（ｔ，ｘ） ：時刻ｔ、厚さ方向位置ｘにおける粗圧延材温度、
ｔ0 ：粗圧延材の先端部が加熱装置入側温度計を通過した時刻、
Ｔ bi ：粗圧延材の表面温度測定値、
ｘs ：粗圧延材の厚さ方向の表面に相当する座標、
ｘc ：粗圧延材の厚さ方向の中心に相当する座標、
ΔＴb ：粗圧延材の厚さ方向の表面と中心の温度差、とする。
【００６６】
ここで、ΔＴb は粗圧延機１の入側に設置された図示しない加熱炉を抽出した際の温度から、粗圧延機１での温度変化および粗圧延機１から加熱装置入側温度計２２までの間で放熱されることによる温度変化を考慮して計算したり、経験的な定数値を使用するなどして決定する。いずれにしても、加熱装置入側においては、粗圧延材と粗圧延機の圧延ロールとの接触による冷却や放熱のために、圧延材表面は中心部よりも低温になることは明らかである。すなわち、ΔＴb ≧０である。
【００６７】
式(14)で与えられる圧延材温度を初期値として、加熱装置における温度変化を前記式(11)、(12)に従って計算し、加熱装置出側から仕上圧延機入側まで、および仕上圧延機における温度変化を(2) 、(3) に従って計算する。
【００６８】
ここで、圧延材への入熱量Ｑ(t) 、Ｑb(t,x)、圧延材からの放熱量ｑ(t) 、ｑ'(t)は、圧延条件設定装置１０により予め設定された加熱装置の消費電力などの時間推移である加熱パターンおよび通板速度、デスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける圧延材の目標厚さなどに基づいて、圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける値を使用する。
【００６９】
次に、圧延材の先端部が仕上圧延機の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚み方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて前記した式(4) に従って、各スタンドの変形抵抗を計算する。
【００７０】
次いで、求められた各スタンドの変形抵抗に基づき、(5) 〜(7) に従って、各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００７１】
その後、求められた各スタンドの圧延荷重および先進率に基づき、前記した(8) 、(9) に従って、各スタンドの圧下位置、ロール回転速度を決定する。
【００７２】
一方、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上述の仕上圧延機のセットアップ計算で求められた各スタンドの圧延荷重から、前記公知文献１に従って被圧延材プロフィル制御量を決定する。
【００７３】
これまでに説明した本発明のセットアップ方法はいずれも加熱装置出側の粗圧延材の表面温度を測定した後、セットアップ計算を開始し、または加熱装置入側の粗圧延材の粗圧延材の表面温度を測定した後、加熱装置における伝熱計算を開始し、仕上圧延機の圧下位置およびロール回転速度、あるいは被圧延材プロフィル制御量のセットアップをする方法である。
【００７４】
セットアップ計算は相当の計算時間を要し、さらに、加熱装置による粗圧延材の温度変化を計算する際に、多大な計算量を要する可能性があり、加熱装置出側から仕上圧延機までの距離が短かく、圧延材の通板速度が速いと、粗圧延材表面温度を検出した後では、セットアップが間に合わないこともある。
【００７５】
この対策として、本発明では仕上圧延機のセットアップを優先的に決定し、加熱装置の加熱パターンを調整するセットアップ方法を提供する。
【００７６】
図６は、本発明に係る加熱装置の加熱パターンをフィードフォワードして熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【００７７】
同図において、材料特性制約などから仕上圧延機における圧延材温度を確保する目的で、仕上圧延機入側での目標圧延材温度が目標温度設定装置３４により予め設定される。
【００７８】
粗圧延材８を粗圧延機１によって粗圧延し、加熱装置２０によって加熱した後、タンデムに配置した複数のスタンドからなる仕上圧延機２で仕上圧延するに際し、加熱装置２０の入側に設けられた温度計２２で検出した粗圧延材８の先端部の表面温度に基づいて、加熱装置２０に加熱パターンをフィードフォワードすることによって仕上圧延機入側における被圧延材の温度を目標温度設定装置３４により予め与えられた目標温度に制御するとともに、前記仕上圧延機入側における被圧延材目標温度と圧延条件設定装置１０により予め設定された圧延条件に基づいて、本発明に係る仕上圧延機のセットアップ装置３１によって各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、圧下位置設定装置１２、ロール回転数設定装置１３に出力される。
【００７９】
一方、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定し、被圧延材プロフィル制御量設定装置１４に出力される。これらの結果に基づき、各スタンドの圧下装置４により圧下位置、ロール駆動モータ５によりロール回転速度、被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ６により被圧延材プロフィル制御量が設定される。
【００８０】
セットアップ装置３１の制御動作は以下の通りである。仕上圧延機における圧延材の温度を、前記仕上圧延機入側目標温度を初期値として、前記した熱伝導方程式(2) を圧延材表面（厚さ方向位置ｘs ）における境界条件(3) のもとで解くことによって求める。
【００８１】
ここで、圧延材への入熱量Ｑ(t) 、圧延材からの放熱量ｑ(t) は、圧延条件設定装置１０により予め設定された通板速度やデスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける圧延材の目標厚さなどに基づいて、圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける値を使用する。
【００８２】
次に、圧延材の先端部が仕上圧延機の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚さ方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて前記した式(4) に従って、各スタンドの変形抵抗を計算する。
【００８３】
次いで、求められた各スタンドの変形抵抗に基づき、前記した(5) 〜(7) 式に従って、各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００８４】
その後、求められた各スタンドの圧延荷重および先進率に基づき、前記(8) 、(9) 式に従って、各スタンドの圧下位置およびロール回転速度を決定する。
【００８５】
一方、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上述した仕上圧延機のセットアップ装置にて計算された仕上圧延機の各スタンドの圧延荷重から、公知文献１に従って被圧延材プロフィル制御量を決定する。
【００８６】
【実施例】
加熱装置の出側に圧延材の温度を検出する温度計を設置し、被圧延材プロフィル制御用アクチュエータとしてワークロールベンダーを備えている熱間圧延設備におけるシミュレーションによる比較試験結果を示す。
【００８７】
表１は、本発明に係る加熱装置出側の表面温度をセットアップ計算に用いる方法を適用した場合の試験結果として、仕上圧延機各スタンドにおける圧延材温度の推定値を示す（但し、加熱装置出側の表面温度は実測値）。但し、Ｆ１〜Ｆ７は仕上圧延機の第１スタンドから第７スタンドを示す。
【００８８】
【表１】
表２は、従来の仕上圧延機入側の温度測定値をセットアップ計算に用いる方法を適用した場合の試験結果として、仕上圧延機各スタンドにおける圧延材温度の推定値を示す（但し、加熱装置出側の表面温度は実測値）。
【００８９】
【表２】
本発明に係る方法を適用すれば、加熱装置出側においては、圧延材中心部の温度が表面よりも低くなることを正確に推定して仕上圧延機における圧延材温度を計算しているが、従来の方法を適用した場合は、加熱装置を想定していないので、圧延材中心部の温度が表面よりも高くなると誤って推定して仕上圧延機における圧延材温度を計算している。
【００９０】
この温度計算結果に基づいて決定した、両方法による圧下位置およびロール回転速度の初期設定値の相違をそれぞれ表３、表４に示す。
【００９１】
【表３】
【表４】
表３、表４の初期設定値に圧下位置およびロール回転速度を設定して、圧延を実施した際の先端部の製品厚さ（最終スタンドＦ７出側の厚さ）の偏差を表５に示すが、本発明を実施することによって製品の寸法精度悪化を防止できることがわかる。
【００９２】
【表５】
次に、本発明に係る加熱装置出側の表面温度を用い、被圧延材のプロフィル制御量をセットアップする方法を適用した場合の試験結果として、仕上圧延機各スタンドにおけるワークロールベンダーの初期設定値を表６に示す。
【００９３】
【表６】
表６の初期設定値にワークロールベンダーを設定して、圧延を実施した際の先端部製品クラウン偏差を表７に示すが、本発明を実施することによって製品の寸法精度悪化を防止できることがわかる。
【００９４】
【表７】
【発明の効果】
本発明によって、加熱装置を有する金属帯の熱間圧延装置において仕上圧延機の圧下位置およびロール回転速度、あるいは被圧延材プロフィル制御量の初期設定を精度高く行うことができ、圧延材先端部の寸法品質を保証することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な熱間圧延設備における仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【図２】被圧延材の厚さ方向温度分布例を示すグラフである。
【図３】加熱装置を通過する前後の圧延材の温度変化の一例を示す模式的グラフである。
【図４】本発明に係る熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【図５】本発明に係る加熱装置の入側に温度計を有する熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【図６】本発明に係る加熱装置の加熱パターンをフィードフォワードして熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【符号の説明】
１：粗圧延機
２：仕上圧延機
３：仕上圧延機入側温度計
４：圧下装置
５：ロール駆動モータ
６：被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ
７：デスケーラ
８：粗圧延材
１０：圧延条件設定装置
１１：セットアップ装置
１２：圧下位置設定装置
１３：ロール回転速度設定装置
１４：被圧延材プロフィル制御量設定装置
２０：加熱装置
２１：加熱装置出側温度計
２２：加熱装置入側温度計
３１：セットアップ装置
３４：目標温度設定装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、粗圧延機と仕上圧延機の間で素材を再加熱する工程を有する熱間仕上圧延機のセットアップ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、一般的な熱間圧延設備における仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。同図において符号１は粗圧延機、２は仕上圧延機、３は仕上圧延機入側温度計、４は圧下装置、５はロール駆動モータ、６は被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ、７はデスケーラ、８は粗圧延材、１０は圧延条件設定装置、１１は従来の仕上圧延機のセットアップ装置、１２は圧下位置設定装置、１３はロール回転速度設定装置、１４は被圧延材プロフィル制御量設定装置である。
【０００３】
粗圧延材８を粗圧延機１によって粗圧延し、次いで、タンデムに配置した複数のスタンドからなる仕上圧延機２で仕上圧延する通常の熱間圧延設備において、粗圧延材を仕上圧延機に通板する前に、予め仕上圧延機各スタンドのロール圧下位置、ロール速度などのセットアップを行っておく。すなわち、圧延中はＡＧＣ（Automatic Gauge Control ）装置および仕上圧延機出側の厚さ計を用いたフィードバック制御により厚さ制御が行われるが、被圧延材の先端部分はフィードバック制御ができないため、被圧延材の先端部分の塑性特性と圧延機の弾性特性を考慮したセットアップを行っている。これによって、先端部から所定の厚さ精度もしくは板幅方向の厚さ分布（以下、プロフィルという）精度を得ることができる。
【０００４】
このセットアップにおいては、図１に示すように、仕上圧延機２の入側に設けられた仕上圧延機入側温度計３で粗圧延材８の先端部の表面温度を検出し、検出した表面温度と圧延条件設定装置１０により予め設定された圧延条件とに基づき、仕上圧延機のセットアップ装置１１は各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、圧下位置設定装置１２、ロール回転速度設定装置１３に出力する。更に、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定し、被圧延材プロフィル制御量設定装置１４に出力する。
【０００５】
これらの出力結果に基づき、各スタンドの圧下装置４により圧下位置、ロール駆動モータ５によりロール回転速度が設定され、被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ６により被圧延材プロフィル制御量が設定される。被圧延材プロフィル制御量設定装置１４とはロールベンダ、可変クラウンロール、ロールシフト装置あるいはペアクロス装置などの金属帯の幅方向の厚さ分布を制御する装置の総称である。
【０００６】
図１の仕上圧延機のセットアップ装置１１の動作について説明する。仕上圧延機入側に設けられた温度計３で検出した温度Ｔs は、仕上圧延機における被圧延材の温度計算の初期値として使用される。すなわち、
【０００７】
【数１】
ｔ0 ：被圧延材の先端部が温度計を通過した時刻、
Ｔs ：被圧延材の表面温度測定値、
ｘs ：被圧延材の厚さ方向の表面に相当する座標、
ｘc ：被圧延材の厚さ方向の中心に相当する座標、
ΔＴ：被圧延材の厚さ方向の表面温度と中心温度の差、
である。
【０００８】
図２は、被圧延材の厚さ方向温度分布例を示すグラフである。
【０００９】
ここで、ΔＴは、粗圧延機１の入側に設置された加熱炉（図１では図示されていない）を抽出した際の粗圧延材８の温度から、粗圧延１での圧延加工による温度上昇、ロール接触による冷却および粗圧延機１から仕上圧延機入側温度計３までの間の大気中冷却による温度降下を考慮して計算したり、経験的な定数値を使用したりして決定している。いずれにしても、仕上圧延機２の入側においては、粗圧延材８と粗圧延機のロールとの接触による冷却や空気中への放熱のために、圧延材表面は中心部よりも低温になることは明らかである。すなわち、ΔＴ＞０である。
【００１０】
仕上圧延機入側温度計３以降の粗圧延材８の温度は、次式の熱伝導方程式(2) を圧延材表面（厚み方向位置ｘs ）における境界条件(3) のもとで解くことによって求められる。
【００１１】
【数２】
ρ：粗圧延材の密度、
λ：粗圧延材の熱伝導率、
Ｑ(t) ：時刻ｔにおける単位時間、単位体積あたりの入熱量、
ｑ(t) ：時刻ｔにおける単位時間、単位体積あたりの放熱量。
【００１２】
ここで、粗圧延材への入熱量Ｑ(t) および粗圧延材からの放熱量ｑ(t) には、圧延条件設定装置１０により予め設定された通板速度やデスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける被圧延材の目標厚さなどに基づいて、粗圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける推定値を使用する。
【００１３】
次に、粗圧延材８が仕上圧延機に通板される段階で、被圧延材の先端部が仕上圧延機２の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における被圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚み方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて変形抵抗を計算する。
【００１４】
熱間圧延における変形抵抗を計算する式としては、次式で示す式が広く知られている。
【００１５】
【数３】
εi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の歪み
υi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の歪み速度
Ｔi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の温度
Ａ，Ｂ：定数
ここで、ε、υは予め与えられた仕上圧延機における各スタンドの目標厚さや通板速度から求めることができる。
【００１６】
更に、前記変形抵抗Ｋfmi から(5) 、(6) 式により各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００１７】
【数４】
ｆi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の先進率、
Ｋfmi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の変形抵抗、
Ｒi'：第ｉスタンドにおけるワークロールの扁平ロール半径、
Ｈi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の入側厚さ、
ｈi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の出側厚さ、
Ｑｐi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の圧下力関数、
φi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の中立角、
Ｂi ：第ｉスタンドにおける被圧延材の幅。
【００１８】
ここで、圧延材の入出側厚さおよび幅は圧延条件設定装置１０によって予め与えられ、圧下力関数Ｑｐi および中立角φi は、例えばSimsによって提案された近似圧延理論モデルによって解くことが知られている。
【００１９】
また、扁平ロール半径Ｒi'は、例えば(7) 式で示すHitchcockの式と圧延荷重を導出する前記(5) 式とを連立させることによって求めることができる。
【００２０】
【数５】
Ｃ：定数。
【００２１】
次に、(8) 式で表されるゲージメータ式に基づいて各スタンドの圧下位置を求めるとともに、(9) 式で表されるように、各スタンドのマスフローバランス（各スタンドの体積速度一定）を保つべくロール回転速度を求める。
【００２２】
【数６】
Ｍi ：第ｉスタンドのミル剛性係数
Ｓ０i ：第ｉスタンドの圧下零点補正値
【００２３】
【数７】
ｈF ：製品目標厚さ（最終スタンドの出側厚さ）
ＶF ：製品目標通板速度（最終スタンドの出側速度）
Ｇｒi ：第ｉスタンドのロール駆動モータとロールとのギア比
被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上記（５）式で計算された圧延荷重に基づいて、例えば、公知文献（「ホットストリップミルにおける板プロフィル・平坦度制御」鉄と鋼、Ｖｏｌ．７４、Ｎｏ．７、ｐ．１４０２〜１４０９。以下、公知文献１という）等に記された方法によって、被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を求める。
【００２４】
近年、鋼板の使用時のコスト削減を目的として、冷延鋼板と同等の薄さの熱延鋼板を製造する傾向にあり、このような圧延材では、仕上圧延における圧延材の温度が低下しすぎて仕上圧延機の耐荷重の限界を越えたり、圧延材の材料特性に悪影響を与える場合がある。このことから、粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を設け、仕上圧延機入側において圧延材の温度を仕上圧延機の保護や材料特性上必要な目標温度まで昇温する技術が用いられるようになってきた。
【００２５】
しかしながら、従来の仕上圧延機のセットアップ方法では、このような加熱装置の影響による温度変化を考慮していないため、問題が生ずる。
【００２６】
図３は、加熱装置を通過する前後の圧延材の温度変化の一例を示す模式的グラフである。同図に示すように、加熱装置を通過した直後では粗圧延材の中心部に比べて表面での温度が高くなる。このため、粗圧延機出側から仕上入側温度計までの温度変化として大気中への放熱しか考慮しない従来のセットアップ方法では十分なセットアップ精度が得られず、被圧延材の寸法精度が低下する。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を設けた場合に、仕上圧延機の圧下位置およびロール回転速度のセットアップ、あるいは被圧延材プロフィル制御量のセットアップ精度の良好な熱間仕上圧延機のセットアップ方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は各種のシミュレーションおよび実験により、下記の知見を得た。
【００２９】
(a) 従来、加熱装置のない設備において、仕上圧延機入側の被圧延材先端の温度をセットアップ計算に用いる場合には被圧延材の平均変形抵抗を求めるべく、厚さ方向の温度分布を考慮した平均温度を求める手法がとられる。この平均温度を求めるには仕上圧延機入側の表面温度を測定し、前記(2) および(3) 式等の基づいた計算をすればよい。
【００３０】
しかし、図３に示すように、粗圧延材の表面温度が中心温度より高温になるため、加熱装置のない場合のプロセス制御方法はそのままでは使えない。この対策として、加熱装置の加熱パターンがおおよそ一定で、加熱装置〜仕上圧延機までの粗圧延材の搬送条件が一定であるときは、加熱装置入側または出側の粗圧延材の表面温度を測定し、該測定値から定数または定数テーブルから索表した定数で仕上圧延機入側の温度を推定することができる。
【００３１】
(b) 粗圧延材先端部の仕上圧延機入側温度を推定するに際し、上記のように、加熱装置入側または出側の温度測定値から定数を用いて推定する方法をすべての場合に用いると温度推定誤差が大きくなることがある。その場合は加熱装置入側温度測定値または加熱装置出側温度測定値と、加熱装置の加熱パターンに基づいて、加熱装置出側または仕上圧延機入側の粗圧延材の厚さ方向の温度分布を伝熱計算等によって求めるのが望ましい。
【００３２】
(c) 従来、加熱装置のない場合のセットアップ方法は、仕上圧延機入側の被圧延材温度を測定した後セットアップ計算を開始し、結果を得てから各スタンドの圧下位置等の初期設定値を決定する。セットアップ計算は相当の計算時間を要するため、温度測定してから通板開始するまでの時間的余裕が少ないため、場合によっては通板開始を遅らせる必要があることもある。これに対して、加熱装置がある場合には、仕上入側の被圧延材の温度を所定の値に制御することが可能である。従って、予め仕上圧延機入側の被圧延材温度を想定して仕上圧延機のセットアップ計算を行っておき、この想定値になるように加熱装置の制御を行えばセットアップ計算の時間的余裕の問題が解消する。
【００３３】
本発明は上記の知見に基づいて完成したものであり、その要旨は以下の通りである。
【００３４】
(1) 粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、
前記加熱装置で加熱後の粗圧延材の先端部温度を推定し、該先端部温度の推定値から仕上圧延機入側の先端部温度を推定し、仕上圧延機入側の先端部温度の該推定値と予め設定した仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材の温度を推定し、推定した被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００３５】
(2) 粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、
前記加熱装置で加熱後の粗圧延材の先端部温度を推定し、該先端部温度の推定値から仕上圧延機入側の先端部温度を推定し、仕上圧延機入側の先端部温度の該推定値と予め設定した仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材の温度を推定し、推定した被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００３６】
(3) 加熱後の粗圧延材の先端部温度の推定値として、加熱装置出側の表面温度測定値を用いることを特徴とする前記(1) または(2) 項に記載の熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００３７】
(4) 加熱後の粗圧延材の先端部温度の推定値として、加熱装置入側または出側の粗圧延材先端部の表面温度測定値、粗圧延材の材質と寸法、および加熱装置の加熱パターンに基づいて算出した粗圧延材の厚さ方向の温度分布を用いることを特徴とする前記(1) または(2) 項に記載の熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００３８】
（５）粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、仕上圧延機入側の粗圧延材の先端部の目標温度を設定し、該先端部の目標温度と仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材温度を推定し、該被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、仕上圧延機入側の粗圧延材の先端部温度が前記目標温度となるように加熱装置入側の粗圧延材の先端部表面温度測定値に基づいた加熱装置の加熱パターンを設定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明に係る熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【００４１】
同図の装置構成図において、加熱装置出側の粗圧延材の表面温度を測定してセットアップを行う方法について説明する。図１と同一要素は同一符号で示す。粗圧延材を粗圧延機１によって粗圧延し、次いで、粗圧延材８を加熱装置２０によって加熱した後、タンデムに配置した複数のスタンドからなる仕上圧延機２で仕上圧延するに際し、加熱装置２０の出側に設けられた温度計２１で粗圧延材８の先端部の表面温度を検出し、検出した表面温度と圧延条件設定装置１０により予め設定された圧延条件に基づいて、仕上圧延機のセットアップ装置３１によって各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、圧下位置設定装置１２、ロール回転数設定装置１３に出力される。更に、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定し、被圧延材プロフィル制御量設定装置１４に出力される。これらの結果に基づき、各スタンドの圧下装置４により圧下位置、ロール駆動モータ５によりロール回転速度、被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ６により被圧延材プロフィル制御量が設定される。
【００４２】
本発明に係る仕上圧延機のセットアップ装置３１の動作を説明する。
【００４３】
加熱装置２０の出側に設けられた加熱装置出側温度計２１で検出した温度 は、仕上圧延機における圧延材の温度計算の初期値として使用される。すなわち、
【００４４】
【数８】
Ｔb0：粗圧延材の表面温度測定値、
ΔＴ' ：粗圧延材の厚さ方向の表面温度と中心部温度の差、
とする。
ここで、ΔＴ' は図３に示すように加熱後の表面温度が中心より高くなる場合もあることを考慮して、予め記憶しておいた定数値または粗圧延材の材質・寸法毎に異なるパラメータを使用する。例えば、図３の特性を持つ加熱装置ではΔＴ' ＝−６０℃である。
【００４５】
加熱装置出側温度計２１以降の圧延材の温度は、前記した熱伝導方程式(2) を粗圧延材表面（厚さ方向位置ｘs ）における境界条件(3) のもとで解くことによって求める。
【００４６】
ここで、圧延材への入熱量Ｑ(t) 、圧延材からの放熱量ｑ(t) は、圧延条件設定装置１０により予め設定された通板速度やデスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける圧延材の目標厚さなどに基づいて、圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける値を使用する。
【００４７】
次に、圧延材の先端部が仕上圧延機の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚さ方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて前記した式(4) に従って、各スタンドの変形抵抗を計算する。
【００４８】
次に、求められた各スタンドの変形抵抗に基づき、前記した式(5) 、(6) 、(7) に従って、各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００４９】
次に、求められた各スタンドの圧延荷重および先進率に基づき、前記式(8) 、(9) に従って、各スタンドの圧下位置、ロール回転速度を決定する。
【００５０】
本発明の仕上圧延機のプロフィル制御量のセットアップ方法に係る仕上圧延機のセットアップ装置３１の動作は以下のように行う。
【００５１】
被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上記に述べた各スタンドの圧下位置、ロール回転速度を決定する方法にて計算された各スタンドの圧延荷重から、例えば、公知文献１に従って被圧延材プロフィル制御量を決定する。
【００５２】
次に、本発明において、粗圧延材の先端部の厚さ方向の温度分布に基づいて仕上圧延機のセットアップを行う場合のセットアップ装置３１の動作を説明する。この場合の装置構成図は図４と同一である。
【００５３】
圧延材の温度分布は以下の方法に基づいて推定する。加熱装置の一形態として、誘導加熱装置を使用した場合、誘導加熱装置から圧延材に与えられる熱量は厚さ方向の表面から中心部に向かって指数関数的に減少していくことが知られている。すなわち、各時刻ｔにおいて圧延材の厚み方向位置ｘの位置に加熱装置から与えられる熱量Ｑb(t,x)を、加熱装置の消費電力などの時間推移である加熱パターンを基に推定し、加熱装置の内部での圧延材の温度変化を、次式を用いて計算する。
【００５４】
【数９】
ｑ'(t)：時刻ｔにおける単位時間、単位体積あたりの放熱量。
【００５５】
これにより、圧延材先端部が加熱装置出側に達すると推定される時刻ｔb0における圧延材の表面温度Ｔ(tb0,xs)と中心部の温度Ｔ(tb0,xc)をそれぞれ求める。この計算結果に基づいて、加熱装置出側温度計２１で検出した表面温度Ｔb0と、圧延材中心部の温度との差を推定する。すなわち、前記(10)式において、
【００５６】
【数１０】
【００５７】
加熱装置出側温度計２１以降の圧延材の温度は、前記した熱伝導方程式(2) を、境界条件(3) のもとで解くことによって求める。
【００５８】
ここで、圧延材への入熱量Ｑ(t) 、圧延材からの放熱量ｑ(t) は、圧延条件設定装置１０により予め設定された通板速度やデスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける圧延材の目標厚さなどに基づいて、圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける値を使用する。
【００５９】
次いで、圧延材の先端部が仕上圧延機の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚み方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて前記した(4) 式に従って、各スタンドの変形抵抗を計算する。
【００６０】
その後、求められた各スタンドの変形抵抗に基づき、前記の(5) 〜(7) 式に従って、各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００６１】
最後に、求められた各スタンドの圧延荷重および先進率に基づき、(8) 、(9) に従って、各スタンドの圧下位置およびロール回転速度を決定する。
【００６２】
一方、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上述の仕上圧延機のセットアップ計算で求められた各スタンドの圧延荷重から、前記公知文献１に従って被圧延材プロフィル制御量を決定する。
【００６３】
図５は、本発明に係る加熱装置の入側に温度計を有する熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。同図において、図４と同一要素は同一符号で示す。同図では加熱装置２０の入側に温度計が設置されている。
【００６４】
粗圧延材８を粗圧延機１によって粗圧延し、次いで、加熱装置２０によって加熱した後、タンデムに配置した複数のスタンドからなる仕上圧延機２で仕上圧延するに際し、加熱装置２０の入側に設けられた加熱装置入側温度計２２で粗圧延材８の先端部の表面温度を検出する。この温度Ｔbiは加熱装置２０および仕上圧延機２における圧延材の温度計算の初期値として使用される。すなわち、
【００６５】
【数１１】
ｔ0 ：粗圧延材の先端部が加熱装置入側温度計を通過した時刻、
Ｔ bi ：粗圧延材の表面温度測定値、
ｘs ：粗圧延材の厚さ方向の表面に相当する座標、
ｘc ：粗圧延材の厚さ方向の中心に相当する座標、
ΔＴb ：粗圧延材の厚さ方向の表面と中心の温度差、とする。
【００６６】
ここで、ΔＴb は粗圧延機１の入側に設置された図示しない加熱炉を抽出した際の温度から、粗圧延機１での温度変化および粗圧延機１から加熱装置入側温度計２２までの間で放熱されることによる温度変化を考慮して計算したり、経験的な定数値を使用するなどして決定する。いずれにしても、加熱装置入側においては、粗圧延材と粗圧延機の圧延ロールとの接触による冷却や放熱のために、圧延材表面は中心部よりも低温になることは明らかである。すなわち、ΔＴb ≧０である。
【００６７】
式(14)で与えられる圧延材温度を初期値として、加熱装置における温度変化を前記式(11)、(12)に従って計算し、加熱装置出側から仕上圧延機入側まで、および仕上圧延機における温度変化を(2) 、(3) に従って計算する。
【００６８】
ここで、圧延材への入熱量Ｑ(t) 、Ｑb(t,x)、圧延材からの放熱量ｑ(t) 、ｑ'(t)は、圧延条件設定装置１０により予め設定された加熱装置の消費電力などの時間推移である加熱パターンおよび通板速度、デスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける圧延材の目標厚さなどに基づいて、圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける値を使用する。
【００６９】
次に、圧延材の先端部が仕上圧延機の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚み方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて前記した式(4) に従って、各スタンドの変形抵抗を計算する。
【００７０】
次いで、求められた各スタンドの変形抵抗に基づき、(5) 〜(7) に従って、各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００７１】
その後、求められた各スタンドの圧延荷重および先進率に基づき、前記した(8) 、(9) に従って、各スタンドの圧下位置、ロール回転速度を決定する。
【００７２】
一方、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上述の仕上圧延機のセットアップ計算で求められた各スタンドの圧延荷重から、前記公知文献１に従って被圧延材プロフィル制御量を決定する。
【００７３】
これまでに説明した本発明のセットアップ方法はいずれも加熱装置出側の粗圧延材の表面温度を測定した後、セットアップ計算を開始し、または加熱装置入側の粗圧延材の粗圧延材の表面温度を測定した後、加熱装置における伝熱計算を開始し、仕上圧延機の圧下位置およびロール回転速度、あるいは被圧延材プロフィル制御量のセットアップをする方法である。
【００７４】
セットアップ計算は相当の計算時間を要し、さらに、加熱装置による粗圧延材の温度変化を計算する際に、多大な計算量を要する可能性があり、加熱装置出側から仕上圧延機までの距離が短かく、圧延材の通板速度が速いと、粗圧延材表面温度を検出した後では、セットアップが間に合わないこともある。
【００７５】
この対策として、本発明では仕上圧延機のセットアップを優先的に決定し、加熱装置の加熱パターンを調整するセットアップ方法を提供する。
【００７６】
図６は、本発明に係る加熱装置の加熱パターンをフィードフォワードして熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【００７７】
同図において、材料特性制約などから仕上圧延機における圧延材温度を確保する目的で、仕上圧延機入側での目標圧延材温度が目標温度設定装置３４により予め設定される。
【００７８】
粗圧延材８を粗圧延機１によって粗圧延し、加熱装置２０によって加熱した後、タンデムに配置した複数のスタンドからなる仕上圧延機２で仕上圧延するに際し、加熱装置２０の入側に設けられた温度計２２で検出した粗圧延材８の先端部の表面温度に基づいて、加熱装置２０に加熱パターンをフィードフォワードすることによって仕上圧延機入側における被圧延材の温度を目標温度設定装置３４により予め与えられた目標温度に制御するとともに、前記仕上圧延機入側における被圧延材目標温度と圧延条件設定装置１０により予め設定された圧延条件に基づいて、本発明に係る仕上圧延機のセットアップ装置３１によって各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、圧下位置設定装置１２、ロール回転数設定装置１３に出力される。
【００７９】
一方、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定し、被圧延材プロフィル制御量設定装置１４に出力される。これらの結果に基づき、各スタンドの圧下装置４により圧下位置、ロール駆動モータ５によりロール回転速度、被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ６により被圧延材プロフィル制御量が設定される。
【００８０】
セットアップ装置３１の制御動作は以下の通りである。仕上圧延機における圧延材の温度を、前記仕上圧延機入側目標温度を初期値として、前記した熱伝導方程式(2) を圧延材表面（厚さ方向位置ｘs ）における境界条件(3) のもとで解くことによって求める。
【００８１】
ここで、圧延材への入熱量Ｑ(t) 、圧延材からの放熱量ｑ(t) は、圧延条件設定装置１０により予め設定された通板速度やデスケーラ７の使用水量、各スタンドにおける圧延材の目標厚さなどに基づいて、圧延材先端部が通過する時刻ｔにおける値を使用する。
【００８２】
次に、圧延材の先端部が仕上圧延機の第ｉスタンドに到達すると推定される時刻ｔi における圧延材の温度Ｔ(ti,x)から、例えば、厚さ方向の温度分布を平均化することによって、各スタンドにおける圧延材の平均温度Ｔi を計算し、これに基づいて前記した式(4) に従って、各スタンドの変形抵抗を計算する。
【００８３】
次いで、求められた各スタンドの変形抵抗に基づき、前記した(5) 〜(7) 式に従って、各スタンドにおける圧延荷重および先進率を計算する。
【００８４】
その後、求められた各スタンドの圧延荷重および先進率に基づき、前記(8) 、(9) 式に従って、各スタンドの圧下位置およびロール回転速度を決定する。
【００８５】
一方、被圧延材のクラウンやエッジドロップなどの製品プロフィルや仕上圧延機の形状に関する仕様が定められている場合は、上述した仕上圧延機のセットアップ装置にて計算された仕上圧延機の各スタンドの圧延荷重から、公知文献１に従って被圧延材プロフィル制御量を決定する。
【００８６】
【実施例】
加熱装置の出側に圧延材の温度を検出する温度計を設置し、被圧延材プロフィル制御用アクチュエータとしてワークロールベンダーを備えている熱間圧延設備におけるシミュレーションによる比較試験結果を示す。
【００８７】
表１は、本発明に係る加熱装置出側の表面温度をセットアップ計算に用いる方法を適用した場合の試験結果として、仕上圧延機各スタンドにおける圧延材温度の推定値を示す（但し、加熱装置出側の表面温度は実測値）。但し、Ｆ１〜Ｆ７は仕上圧延機の第１スタンドから第７スタンドを示す。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
この温度計算結果に基づいて決定した、両方法による圧下位置およびロール回転速度の初期設定値の相違をそれぞれ表３、表４に示す。
【００９１】
【表３】
【００９２】
【表５】
【００９３】
【表６】
【００９４】
【表７】
本発明によって、加熱装置を有する金属帯の熱間圧延装置において仕上圧延機の圧下位置およびロール回転速度、あるいは被圧延材プロフィル制御量の初期設定を精度高く行うことができ、圧延材先端部の寸法品質を保証することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な熱間圧延設備における仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【図２】被圧延材の厚さ方向温度分布例を示すグラフである。
【図３】加熱装置を通過する前後の圧延材の温度変化の一例を示す模式的グラフである。
【図４】本発明に係る熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【図５】本発明に係る加熱装置の入側に温度計を有する熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【図６】本発明に係る加熱装置の加熱パターンをフィードフォワードして熱間仕上圧延機のセットアップ方法を説明するための装置構成図である。
【符号の説明】
１：粗圧延機
２：仕上圧延機
３：仕上圧延機入側温度計
４：圧下装置
５：ロール駆動モータ
６：被圧延材プロフィル制御用アクチュエータ
７：デスケーラ
８：粗圧延材
１０：圧延条件設定装置
１１：セットアップ装置
１２：圧下位置設定装置
１３：ロール回転速度設定装置
１４：被圧延材プロフィル制御量設定装置
２０：加熱装置
２１：加熱装置出側温度計
２２：加熱装置入側温度計
３１：セットアップ装置
３４：目標温度設定装置
Claims (5)
- 粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、前記加熱装置で加熱後の粗圧延材の先端部温度を推定し、該先端部温度の推定値から仕上圧延機入側の先端部温度を推定し、仕上圧延機入側の先端部温度の該推定値と予め設定した仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材の温度を推定し、推定した被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
- 粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、前記加熱装置で加熱後の粗圧延材の先端部温度を推定し、該先端部温度の推定値から仕上圧延機入側の先端部温度を推定し、仕上圧延機入側の先端部温度の該推定値と予め設定した仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材の温度を推定し、推定した被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの被圧延材プロフィル制御量の初期設定値を決定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
- 加熱後の粗圧延材の先端部温度の推定値として、加熱装置出側の表面温度測定値を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
- 加熱後の粗圧延材の先端部温度の推定値として、加熱装置入側または出側の粗圧延材先端部の表面温度測定値、粗圧延材の材質と寸法、および加熱装置の加熱パターンに基づいて算出した粗圧延材の厚さ方向の温度分布を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
- 粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を有する金属帯圧延機における熱間仕上圧延機のセットアップ方法であって、仕上圧延機入側の粗圧延材の先端部の目標温度を設定し、該先端部の目標温度と仕上圧延機の圧延条件とに基づいて仕上圧延機の各スタンドにおける被圧延材温度を推定し、該被圧延材温度に基づいて仕上圧延機の各スタンドの圧下位置およびロール回転速度の初期設定値を決定し、仕上圧延機入側の粗圧延材の先端部温度が前記目標温度となるように加熱装置入側の粗圧延材の先端部表面温度測定値に基づいた加熱装置の加熱パターンを設定することを特徴とする熱間仕上圧延機のセットアップ方法。
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