JP3832216B2 - 冷間タンデム圧延における板幅制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯の冷間タンデム圧延において圧延速度変更時の板幅変動を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製品の高精度化、製造工程における歩留の向上、あるいは、製造工程の簡素化等の要求から、冷間圧延においても板幅精度の向上が要求されている。
【０００３】
従来にあっても、鋼帯の冷間圧延においては、圧延速度の変更によって同一のコイル内で板幅の変動が生じることが良く知られており、その解決策についてもすでにいくつか提案されている。
【０００４】
例えば、特開平５−76916 号公報では圧延速度が変化した場合にスタンド間張力を制御する板幅制御方法が開示されている。
本発明者らも特開平10−296312号公報において、冷間タンデム圧延における圧延速度の変更に伴って、各スタンド間における平坦度の変化が許容範囲となるように各スタンドの形状制御手段を制御することで板幅変動を制御する方法を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−76916 号公報の開示する発明では、冷間圧延における板幅変化のメカニズムには言及されておらず、発明の基礎となる技術的な裏付けが十分ではない。
【０００６】
一般に冷間タンデム圧延においては、複数のコイルを順次接続して圧延を連続して行う場合、コイルの接続点では、異なる寸法、材質のコイルを接続することがある。また、コイルの先後端部は、熱間圧延での温度が不安定であるため、介在物や表面疵等を含む場合が多く、板厚、平坦度等も不安定な領域であるため、破断が生じやすい領域であり、コイルの定常部に比べて圧延速度を下げて圧延される。
【０００７】
この点、上記の発明では圧延速度を減速した場合には張力が増大する方向に制御されるため、破断の生じ易い接続部にて、より高い張力にて圧延を行うことになり、破断の危険性が大きく、この方法をそのまま適用するには問題がある。
【０００８】
特開平10−296312号公報の開示する方法では、圧延速度の変化によって生じる圧延荷重の変化が、鋼帯のエッジ近傍で生じる塑性変形挙動を変化させ、板幅変動を引き起こすという知見に基づき、形状制御装置によって幅変動を抑制するというのであるが、この場合、圧延速度の加減速に伴う圧延荷重の変動が大きい条件では形状制御装置の制御量が限界に達し、十分な制御効果が得られない場合が起こり得る。
【０００９】
よって、本発明の課題は、鋼板の冷間圧延に際して圧延速度を変更する場合、コイルの破断等を生じることなく安定した操作で板幅の変動を抑制できる技術を開発することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明者らは圧延速度の変更に伴う板幅変動の詳細な調査を行い、以下の知見を得た。
【００１１】
５スタンドの冷間タンデム圧延機を用いて、圧延速度以外の条件を一定として、圧延速度を変化させた試験の結果、各スタンドにおける鋼帯の速度と圧延荷重の間には図１(a) から(e) にグラフで示す関係が見られた。
【００１２】
第２スタンドから第４スタンドまでは、圧延速度の増大に伴って圧延荷重が大きく減少している。これは、圧延速度の増大に伴って、圧延機のワークロールと鋼帯の間に引き込まれる潤滑油の油膜厚さが増大するため、潤滑の効果が大きくなり、鋼帯とロール間の摩擦係数が低下する現象によるものであると考えられ、このこと自体は、一般的によく知られた現象である。
【００１３】
一方、第１スタンドでは速度変更に伴う圧延荷重の変化は殆ど生じていない。この現象に関しては、原因は推定の域を出ないが、第１スタンドでは、第２から第４スタンドと同じ表面粗度のワークロールを用いているが、圧延に供される鋼帯は熱間圧延後に酸洗を施されたものであり、比較的表面粗度が粗い条件である。なお、第５スタンドは、平坦度の変化を防止する目的で、圧延荷重が一定となるように第４スタンドの出側板厚を制御している。
【００１４】
いずれにせよ、本結果から、酸洗された鋼帯を圧延する場合には、タンデム圧延機の第１スタンドでは圧延速度の変化による圧延荷重の変動が小さい特徴を持つことがわかった。
【００１５】
さらに、上記の試験を行った際の、圧延前の鋼帯の幅に対する圧延後の幅から圧延によって生じた幅変化量を測定し、鋼帯の塑性変形を表す指標として圧延前後の鋼帯のクラウン比率変化との関係を調査した。
【００１６】
また、比較のため、圧延速度が一定の条件で形状制御装置の制御量を変化させた条件と比較した。
これらの結果を図２にグラフにまとめて示す。ここでは、４段圧延機のワークロールベンダーを形状制御装置としたときの結果を示す。板幅変化量は、出側板幅と入側板幅との差として求めることができる。
【００１７】
なお、形状制御装置とは、ロールベンダー、ロールシフト、ロールクロス角および可変クラウンロール等の圧延機の幅方向でのロールギャップを制御する装置であり、圧延される鋼帯のクラウンおよび平坦形状を変化させることが可能な装置を意味する。
【００１８】
図２に示すように、板クラウン比率変化に対する板幅の変化は、ほぼ線形の比例関係を有しており、幅変動の要因は、圧延荷重の変化や、ロールベンダー等の形状制御装置の制御によって圧延機のロールギャップが変化することに伴う鋼帯のプロフィル変化の影響が支配的であることがわかる。
【００１９】
しかしながら、注目すべき現象として、圧延速度を変更した条件と、ロールベンダーを変更した条件では、板クラウン比率変化に対する幅変化の挙動が異なっていることが挙げられる。すなわち、圧延速度を変化させた場合には、同等のクラウン比率変化が生じる条件で、形状制御装置としてロールベンダーを変化させた場合に比べ、幅変動量が大きくなっている。
【００２０】
この現象に関しても理論的な解明は十分にできてはいないが、冷間圧延、特に冷間タンデム圧延における幅変化には、前述のクラウン比率変化の影響に加えて、圧延速度に起因する因子が関与していると推定される。
【００２１】
したがって、いずれにしても、圧延速度変化に伴う幅変動を形状制御装置によって抑制するためには、圧延荷重変化によって生じるロールギャップの変化を補償する以上のアクチュエータの変更を行う必要があることが分かる。
【００２２】
連続式の冷間タンデム圧延では、コイルの接続点近傍では溶接部の破断防止や、先行材と後行材での設定変更のため、圧延速度の減速は必須であり、前述の如く減速部では定常部に対して圧延荷重が増大することが原因となって板クラウンの比率変化が生じるため板幅変動が生じることになる。また、上記の圧延速度に起因する因子も幅変動を増大する方向に働く。
【００２３】
このような板幅の変動は、形状制御装置により、板クラウン比率を制御することによって、理論的には抑制することが可能であるが、実際には、形状制御装置の設備能力の制約から、十分な制御効果が得られない場合がある。従って、形状制御装置の能力を確保して、板幅制御を行うためには、圧延速度の変化に伴う荷重変動を抑制することが有効な手段となる。
【００２４】
ところで、圧延にて荷重に影響する因子としては、圧下率と張力がある。圧下率を下げることにより荷重も低減するが、タンデム圧延の場合には、母材と製品の板厚が既に決まっているため、タンデム圧延全体での総圧下率は一定である。従って、先に述べたように、スタンド毎の荷重の速度依存性の違いを利用して、各スタンドでの圧下率の配分を最適化することによって、スタンドでの荷重変動を平均化することが可能となる。
【００２５】
また、張力を上げることにより、力学的な作用によって、圧延機の入、出側の板厚、すなわち圧下率を変化させることなく荷重を低減できる。しかしながら、溶接部近傍で張力を増大させることは、先に述べたように破断の危険性が高まる。
【００２６】
従って、本発明によれば、圧延速度の変更に際して、圧延に悪影響を与えない範囲内で、あるいは、形状制御装置の能力の点で幅変動を補償可能となる範囲内で、板厚ないしは張力の設定を変更することによって、荷重変動を抑制し、板幅を一定に保つのである。
【００２７】
以上の知見より、圧延速度の変化によって生じる荷重変動を抑制する事によって板クラウンの変化に伴う幅変動を抑制するができ、かつ、形状制御装置の制御能力を確保して、速度に依存する幅変動を補償できることが分かり、本発明を完成した。
【００２８】
すなわち、本発明は、形状制御装置を具備する複数の圧延スタンドを備えた冷間タンデム圧延機による冷間タンデム圧延において、圧延速度を変更する場合に、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの出側板厚の目標値を変更するとともに、計算ないしは実測によって求められる最終スタンド出側での板幅が広くなるときには当該スタンド出側の形状が中伸び形状となるように、逆に、板幅が狭くなるときには耳伸び形状となるように、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの形状制御装置を制御し、かつ、圧延速度を減じる場合には圧延速度を減じる直前の第１スタンドの圧下率よりもこの第１スタンドの圧下率を大きくするように第１スタンド出側板厚の目標値を変更する冷間タンデム圧延における板幅制御方法である。
【００２９】
従来の方法では、圧延速度が変化した場合、第２スタンド以降のスタンドでは荷重が大きく変化するため、ロールギャップの変化を補償するように形状制御装置を制御することになるが、荷重変化が大きいときには、形状制御装置の能力が限界に達することがある。一方、第１スタンドでは速度変化に伴う荷重変動は小さいため、形状制御装置の能力には余裕が生じる状態にある。
【００３０】
これに対して、本発明では、形状制御能力に余裕の生じる第１スタンドにて出側板厚を変更し、続く第２スタンド以降での圧延荷重の変化を抑制する。
また、タンデム圧延機によっては、各スタンドでワークロール径や形状制御装置の形式や能力が異なる設備構成となっているものもあるため、形状制御能力の大きいスタンドで荷重変動分を負担するような制御方法も幅変動抑制の目的からは有効である。
【００３１】
例えば、圧延速度を減速する場合、圧延荷重は増大するため、第１スタンド出側の板厚を薄くすると、第２スタンド以降の圧下率を小さくする事ができ、圧延荷重の変化を低減することができる。この場合、第１スタンドでは逆に荷重が大きくなるが、タンデムミルの各スタンドの圧延荷重の変化量を適正に配分することによって幅変動を抑制する事が可能となる。
【００３２】
さらに、各スタンドの出側板厚の変更とともに、スタンド入、出側の張力を修正する事によって、荷重の変化をさらに抑制することが可能である。
本発明の別の態様によれば、スタンド出側板厚の目標値を変更するとともに、第１スタンドの入側の張力を変更するが、その場合には、第１スタンドの入側では、一般に鋼帯に付与される単位断面積当たりの張力はスタンド間に比べて低くでき、また、鋼帯の接続部は圧延による加工を受けていないため、破断し難い条件とすることができる。
【００３３】
また、さらに別の態様にあっては、スタンド出側板厚の目標値を変更するとともに、スタンド間の張力を変更するが、その場合は、荷重変動の抑制効果は最も大きくなる。
【００３４】
しかし、張力のみを増大させた場合には、入、出側の張力のバランスが崩れ、ミルスリップ等の弊害を生じ、また、破断の危険も大きくなる。従って、張力を変化させうる範囲は限定される。そのため、各スタンドの出側板厚の目標値変更を合わせて行うことによって、多様な条件について、大きな制御効果を得ることが可能となる。
【００３５】
例えば、材料の延性が高く、厚物・広幅で圧延荷重が大きい条件では、各スタンドの張力も同時に変化させる方法が有効であり、逆に、延性が低い、あるいは、薄物の条件では、圧下量変更のみを変化させる方法が有効である。また、変形抵抗の高い高張力鋼板などは、圧下を変更した時の荷重変動が大きく、且つ、溶接部の加工性が低下する材料である場合が多いため、圧下量と第１スタンド入側の張力を変更する方法が有効と考えられる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の制御方法を５スタンドのタンデム圧延機に適用した場合の制御要領の模式的説明図であり、図４は制御演算装置の詳細図である。
【００３７】
図示例では、各ロールの入側、出側には◇印で示す板厚計が設けられ、最終ロールの出側には△印で示す速度計が設けられている。
張力の調整は圧延機の入口に設けられた入側張力制御装置によって行われ、各ロールの入側に設けられた張力計によって監視される。バックアップロールから伸びた、あるいはそれに向かう矢印は圧下制御量および張力制御量を示す。
【００３８】
ここに本発明の実施に当たっては、板厚、板幅、鋼種などのコイル情報および速度変更目標値はあらかじめ制御量演算装置に入力される。
圧延速度の変更を行う場合、最終スタンド以外のスタンドの少なくとも１のスタンドの出側板厚の目標値を変更する。このときの目標は、例えば、圧下量を変更しない場合の速度変化による荷重変化の予測値と、予め求めておいた圧下率の変化による荷重変化に対する影響係数を用いて、圧下率を変更する各スタンドの荷重の変化量が一定となるように目標板厚を計算によって求めるようにしてもよい。
【００３９】
本発明によれば、上述のように出側目標値が決まると、今度は、最終スタンド出側での板幅変動を計算もしくは実測によって求める。例えば実測の場合には、光電式板幅計やＣＣＤ式板幅計等 (日本塑性加工学会編集、塑性加工技術シリーズ７「板圧延」コロナ社等に記載) の検出装置を用いることで容易に行うことができ、一方、計算の場合には、例えば、材質、サイズ毎に各スタンドにて、被圧延材の板幅変動に対する圧下率、荷重、板速度、張力、形状制御装置の制御量等の影響を予め回帰式にて求めておき、各設定値に応じて計算する方法等によって板幅変動を求めることができる。
【００４０】
このようにして板幅変動が求められたら、板幅が広くなるときは中伸び形状となるように、板幅が狭くなるときは耳伸び形状となるように、形状制御装置、例えばロールベンダを制御するのである。もちろん、ロールベンダの操作と中伸びもしくは耳伸びとの関係は従来公知のそれに基づけばよい。
【００４１】
さらに第１スタンドの入側張力あるいはスタンド間張力の目標値を変更するときには、板厚の場合と同様に、例えば張力を変更しない場合の速度変化による荷重変化の予測値と、予め求めておいた張力の変化による荷重変化に対する影響係数を用いて、張力を変更する各スタンドの荷重の変化量が一定となるように目標張力を計算によって求めるようにしてもよい。
【００４２】
これらの操作はすべて予めプログラム化しておいて自動化することができる。すなわち、本発明では、圧延速度の変化に応じた各スタンド出側における板厚の目標値、張力の目標値および形状制御量を演算する制御量演算装置を有するように構成してもよく、そのときの制御量演算装置は、図４に示すように圧延速度、各スタンド入出側の板厚および各スタンド入出側の張力から当該スタンドでの圧延荷重を算出する圧延荷重演算装置と、圧延荷重および形状制御装置の制御量から当該スタンドでの板クラウン比率変化を演算する板クラウン比率変化演算装置と、板クラウン比率変化と圧延速度から当該スタンドでの板幅変化量を演算する板幅変化量演算装置によって構成される。
【００４３】
この制御量演算装置で求められた各スタンド出側板厚目標値、張力目標値および形状制御量の各制御量に基づいて、それぞれ図示しない圧下制御装置、張力制御装置および形状制御装置が制御される。
【００４４】
ここで、圧下制御装置は圧延機の圧下シリンダー、張力制御装置はミルモーター、および、形状制御装置はロールベンダーやロールシフト等の各アクチュエータを意味している。
【００４５】
先ず、圧延荷重演算装置においては、材質やワークロール径等の各種圧延条件毎に、圧延荷重を圧延速度、スタンド入・出側板厚、スタンド入・出側張力の関数として、式(1) に示す様な関係式にて求めておく。
【００４６】
Ｐ(i) ＝fi(V(i) 、H(i-l)、H(i)、T(i-l)、T(i)) ・・・(1)
ここで、添字；i はスタンドの番号を表し、V(i)；第i スタンド出側板速度、H(i)；第i スタンド出側板厚、T(i)；第i スタンド出側張力であり、関係式fiは各スタンド毎に回帰式や制御テーブル等の形式にて予め求めておく。
【００４７】
式(1) より、圧延速度、入・出側板厚および張力によって圧延荷重の変化量を予測することが可能であり、また、圧延荷重目標値より、適正な圧延速度、入・出側板厚および張力の設定値を逆算することが可能となる。
【００４８】
板クラウン比率変化演算装置では、材質や圧延機の条件毎に、当該スタンドでの入側に対する出側での板クラウン比率変化を、圧延荷重および形状制御装置の制御量の関数として式(2) に示すような関係式にて求めておく。
【００４９】
Δγ(i) ＝gi(P(i) 、F(i)) ・・・(2)
ここで、P(i)；第i スタンドの圧延荷重、F(i)；第i スタンドの形状制御装置の設定値であり、関係式giは各スタンド毎に回帰式やテーブル等の形式にて予め求めておく。
【００５０】
板クラウン比率変化；δγ(i) は、下記の式にて定義される値である。
δγ(i) ＝(H(i)-He(i))/H(i)-(H(i-l)-He(i-l))/H(i-l) ・・・(3)
ここで、H(i)；第i スタンド出側板厚 (板幅方向の中央部の値) 、He(i) ；第i スタンド出側板厚 (板幅方向の板端部での値) であり、板幅端部の位置は例えば板幅端部から15mmや25mm等、必要に応じて任意に設定する。
【００５１】
板幅変化量演算装置では、材質や鋼帯のサイズ、圧延機の条件毎に当該スタンド入側に対する出側での板幅変化量δW(i)を、板クラウン比率変化δγ(i) および圧延速度V(i)の関数として式(4) に示す関係式にて求めておく。
【００５２】
δW(i)＝hi (δγ(i) 、V(i)) ・・・(4)
ここで、関係式hiは各スタンド毎に回帰式やテーブル等の形式にて予め求めておく。
【００５３】
上記の式(1) 、(2) 、(4) は絶対値を予測する式系にて表しているが、現状の設定値を基準として、設定値の変更があった場合の変化量を表す式として、
ΔＰ(i) ＝fi (ΔV(i)、ΔH(i-l)、ΔH(i)、ΔT(i-l)、ΔT(i)) ・・・(5)
Δ (δγ(i))＝gi (ΔP(i)、ΔF(i)) ・・・(6)
Δ (δW(i)) ＝hi (Δ (δγ(i))、ΔV(i)) ・・・(7)
というような式系を用いることも可能である。
【００５４】
次に、制御の手順について述べる。
まず、目標とする圧延速度変更量ΔV(i)に対して、式(5) より荷重変化量ΔＰ(i) が所定の範囲内となるように、各スタンド出側板厚の変更量ΔH および張力変更量ΔＴを逆算する。
【００５５】
この時、各設定値の変更量のスタンド毎の配分については、出側板厚の許容範囲や、前述の破断に対する張力変更量の影響を考慮して、鋼種、サイズ、スタンド毎に制約条件を加味した重み係数やしきい値等のようなものを設定しておく。これを各スタンドについて行うことによって、全スタンドの荷重変動量が計算できる。
【００５６】
次に、上記の荷重変化ΔP(i)より、圧延速度の変更とそれに伴うドラフトスケジュールの変更によって生じる板クラウン比率変化の変動Δ (δγ(i))を式(6) から求め、速度変化ΔV(i)を加味して各スタンドでの板幅変更量Δ (δW(i)) を式(7) から求める。
【００５７】
上記の状態変化によって生じるタンデム圧延機全体の板幅変動が許容値を超える場合には、幅変動を補償するのに必要なクラウン比率変化を式(7) を用いて求め、式(6) より形状制御装置の制御量を決定する。
【００５８】
上記の一連の制御量の決定方法としては、各スタンド毎の式系を連立方程式として解く方法、あるいは、逐次計算により試行錯誤にて最適値を求める方法等があり、必要とする予測精度や、計算機の能力、計算に必要な時間、等の兼ね合いから制御系に見合った方法を選択すれば良い。
【００５９】
本発明においては、上述のような制御は、最終スタンドを除く少なくとも１のスタンドにおいて行うのは、最終スタンドでは、平坦度を重視した形状制御が必要となるためである。
【００６０】
また板厚あるいはスタンド間張力の目標値の設定について、最終スタンドと、場合によりその一つ上流のスタンドとにおいて省略するのは、同様に、最終スタンド出側、すなわち、製品の板厚が仕様によって規定されるためであり、目標板厚の変更はもちろん、張力も板厚精度に影響を与えるため、荷重や張力を変化させる制御は極力さけるべきである。なお、最終スタンドの一つ上流のスタンドについては、最終スタンドがダルロールを用いた軽圧下圧延である場合、その上流スタンドの板厚を変化させると、最終スタンドで製品の板厚や表面粗度に悪影響を与えるためである。
【００６１】
図３に示す本発明例では圧延機入側と各スタンド出側に板厚計と張力計を具備した例を示したが、ゲージメーター式を用いた板厚推定式や、圧延機のモーターのトルクから演算した張力値を用いても良い。
【００６２】
【実施例】
実施例１
５スタンドのタンデム圧延機を用いて本発明における制御効果を検証した。
【００６３】
形状制御装置としては、最大50トン/ チョックの能力を有するインクリースベンダを装備し、ワークロール径；400mm φ、バックアップロール径：1400mmφ、ロール胴長：1800mmの４段圧延機を用い、板厚：4.5mm 、板幅：1200mmの炭素鋼の酸洗コイルを供試材として、仕上板厚：1.0mm となるように、表１に示すように板厚と張力の目標値を設定して圧延を行った。
【００６４】
なお、圧延油は40℃における粘度：40cSt の鉱油系圧延油をエマルションにて使用し、各スタンドのワークロールは #120 番砥石にて研磨したブライトロールを第１〜第４スタンドに配置し、第５スタンドには、ショットブラストにて#120番ダルフィニッシュとしたロールを用いた。定常部の圧延速度は1000ｍ/min、減速部の圧延速度は200 ｍ/minに設定した。
【００６５】
圧延条件変更時の荷重、板クラウン比率変化、板幅変化量を演算する関係式の諸係数は、操業時の実績値を元に数値演算にて推定した値を用いた。
圧延に用いたコイルは冷間圧延前にエッジトリミングを行い、全長均一な板幅にした母材を用いた。また、圧延後の板幅については、最終スタンド出側に光電式の板幅計を設置し、圧延中にオンラインにて測定を行った。
【００６６】
【表１】
本発明における制御のしきい値としては、ここでは第１スタンドを除く各スタンドでの荷重変動の許容差を５％以内、張力変更量を設定値の＋10％を目標として設定している。なお、製品板厚の制約より、第４スタンド出側の板厚については変更していない。
【００６７】
図５に各スタンドにおける圧延速度を1000ｍ/minから200 ｍ/minへ減速した時の速度変更前後での基準条件に対する板厚目標値の制御量の比率を示す。本例では第１〜第３スタンドについてだけ板厚目標値を制御した。最終スタンドおよびそれより１つ上流の第４スタンドについてはそのままとした。
【００６８】
図６に基準条件に対する圧延荷重変動量の比率を示す。
図７にワークロールベンダの制御量を示す。
図８には、圧延機入側に対する出側での板幅変化量の圧延速度1000ｍ/minを基準とした時の200 ｍ/minへ減速した時の変化量を示す。
【００６９】
条件は、本発明例１として、速度変更に伴って板厚目標値のみを制御した条件、本発明例２として速度変更に伴って板厚目標値と第１スタンド入側の張力を制御した条件、本発明例３として速度変更に伴って板厚目標値と第１スタンド入側の張力およびスタンド間の張力を制御した条件である。
【００７０】
比較例１として、速度変更時に板厚、張力、ワークロールベンダ力を一定とした条件、比較例２として、速度変更時に板厚、張力を一定とし、ワークロールロールベンダのみを制御した条件を示す。
【００７１】
なお、ワークロールベンダについては、速度変更および荷重変動による板幅変動を打ち消すように制御されており、インクリースベンダ力を増大させる方向に変化している。
【００７２】
比較例１では、圧延速度変更の前後で荷重が大きく変動し、その結果、大きな板幅の変動が生じている。また、比較例２でも、ワークロールベンダは上限に達しているスタンドが有り、その結果、板幅の変動が生じている。
【００７３】
それに対して、本発明例１から３では、若干の荷重変動はあるものの、ほぼ目標の許容範囲に収まっており、また、ワークロールベンダ設定値も、ほぼ、制御可能範囲内での制御となっており、その結果、板幅の変動は比較例に比べて大幅に減少している。
【００７４】
実施例２
実施例１において、形状制御装置としてワークロールベンダを用いた例を示したが、本発明の効果はワークロールベンダのみに限定されるものではなく、板クラウン比率を変化させうる装置であれば、板幅を修正する効果が得られる。
【００７５】
図９に形状制御装置の種類による板クラウン比率変化に対する板幅の変化の関係を示す。
ここでは、形状制御装置の例として、６段式圧延機の中間ロールベンダ、６段式圧延機の中間ロールシフト、板端部と接触する部分にテーパー状のクラウンを付与したワークロールをシフト可能なテーパーワークロールシフト、ロールクロスミル、および、可変クラウンロールであるVCロールについて検証を行った。
【００７６】
何れの形状制御装置も、クラウン比率変化を変更することによって板幅を変化させることが可能である。また、上記の形状制御装置の複数を組み合わせて用いても良いのは言うまでもない。ただし、本発明の主眼は圧延速度の変化により板幅変化を抑制することにあるので、ロールベンダのような、速度変化に追従して制御量を変更可能な速い応答性を有する形状制御を用いることが望ましい。
【００７７】
実施例３
次に、本発明の効果について、通常の操業にて検証を行った。
本発明例については、実施例１における本発明例１〜３に相当する３種類の制御方法を圧延条件によって選択できるよう設定した。表２に判別の条件を示す。
【００７８】
【表２】
また、比較例１として、従来の圧延速度変更時に板厚、張力を一定とし、ワークロールベンダのみを制御した条件、比較例２として、荷重変動が許容範囲内となるように、張力のみを制御した条件である。
【００７９】
なお、本発明例における荷重変動、および、張力変更量の許容差は実施例１と同じ設定とし、同じく比較例２では、荷重変動の許容差のみを実施例１と同じ条件で管理したが、張力の変更量については制約を設けていない。試験はランダムに選択したコイルを用いて、上記の３条件について、それぞれ一定期間圧延を実施した。
【００８０】
図10(a) 〜(c) にコイル条件毎に設定されている板幅の目標値に対する実績値の度数分布を示す。
図11に試験中のコイルにて圧延によって生じた接合部での破断の回数を示す。
【００８１】
本発明例では、比較例１に比べて、板幅の偏差量が減少し、ほぼ目標値に近い値となっており、また、比較例２では、板幅の偏差量は減少しているが破断の回数が比較例１に比べて大幅に増大しているのに対して、本発明例では、破断は比較例１の従来の条件の場合と同等であった。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、鋼帯の通板性を阻害することなく、圧延速度の変化に伴う板幅の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) 〜(e) は、圧延速度と圧延荷重の関係を示すグラフである。
【図２】鋼帯の圧延の前後でのクラウン比率変化と板幅変化の関係を示すグラフである。
【図３】本発明における制御方法を示す模式的説明図である。
【図４】本発明における制御方法に関し、制御演算装置の詳細を示すブロック図である。
【図５】各スタンドにおける圧延速度を1000ｍ/minから200 ｍ/minへ減速した時の速度変更前後での基準条件に対する板厚の変更量の比率を示す図である。
【図６】基準条件に対する圧延荷重変動量の比率を示す図である。
【図７】ワークロールベンダの制御量を示す図である。
【図８】圧延入側に対する出側での板幅変化量の圧延速度1000ｍ/minを基準とした時の200 ｍ/minへ減速した時の変化量を示す図である。
【図９】鋼帯の圧延の前後でのクラウン比率変化と板幅変化の関係を示す図であり、形状制御装置の形式による比較を示す図である。
【図１０】図10(a) 〜(c) は、コイル条件毎にそれぞれ設定されている板幅の目標値に対する実績値の度数分布を示す図である。
【図１１ 】試験中のコイルで生じた接合部での破断の発生頻度を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯の冷間タンデム圧延において圧延速度変更時の板幅変動を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製品の高精度化、製造工程における歩留の向上、あるいは、製造工程の簡素化等の要求から、冷間圧延においても板幅精度の向上が要求されている。
【０００３】
従来にあっても、鋼帯の冷間圧延においては、圧延速度の変更によって同一のコイル内で板幅の変動が生じることが良く知られており、その解決策についてもすでにいくつか提案されている。
【０００４】
例えば、特開平５−76916 号公報では圧延速度が変化した場合にスタンド間張力を制御する板幅制御方法が開示されている。
本発明者らも特開平10−296312号公報において、冷間タンデム圧延における圧延速度の変更に伴って、各スタンド間における平坦度の変化が許容範囲となるように各スタンドの形状制御手段を制御することで板幅変動を制御する方法を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−76916 号公報の開示する発明では、冷間圧延における板幅変化のメカニズムには言及されておらず、発明の基礎となる技術的な裏付けが十分ではない。
【０００６】
一般に冷間タンデム圧延においては、複数のコイルを順次接続して圧延を連続して行う場合、コイルの接続点では、異なる寸法、材質のコイルを接続することがある。また、コイルの先後端部は、熱間圧延での温度が不安定であるため、介在物や表面疵等を含む場合が多く、板厚、平坦度等も不安定な領域であるため、破断が生じやすい領域であり、コイルの定常部に比べて圧延速度を下げて圧延される。
【０００７】
この点、上記の発明では圧延速度を減速した場合には張力が増大する方向に制御されるため、破断の生じ易い接続部にて、より高い張力にて圧延を行うことになり、破断の危険性が大きく、この方法をそのまま適用するには問題がある。
【０００８】
特開平10−296312号公報の開示する方法では、圧延速度の変化によって生じる圧延荷重の変化が、鋼帯のエッジ近傍で生じる塑性変形挙動を変化させ、板幅変動を引き起こすという知見に基づき、形状制御装置によって幅変動を抑制するというのであるが、この場合、圧延速度の加減速に伴う圧延荷重の変動が大きい条件では形状制御装置の制御量が限界に達し、十分な制御効果が得られない場合が起こり得る。
【０００９】
よって、本発明の課題は、鋼板の冷間圧延に際して圧延速度を変更する場合、コイルの破断等を生じることなく安定した操作で板幅の変動を抑制できる技術を開発することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明者らは圧延速度の変更に伴う板幅変動の詳細な調査を行い、以下の知見を得た。
【００１１】
５スタンドの冷間タンデム圧延機を用いて、圧延速度以外の条件を一定として、圧延速度を変化させた試験の結果、各スタンドにおける鋼帯の速度と圧延荷重の間には図１(a) から(e) にグラフで示す関係が見られた。
【００１２】
第２スタンドから第４スタンドまでは、圧延速度の増大に伴って圧延荷重が大きく減少している。これは、圧延速度の増大に伴って、圧延機のワークロールと鋼帯の間に引き込まれる潤滑油の油膜厚さが増大するため、潤滑の効果が大きくなり、鋼帯とロール間の摩擦係数が低下する現象によるものであると考えられ、このこと自体は、一般的によく知られた現象である。
【００１３】
一方、第１スタンドでは速度変更に伴う圧延荷重の変化は殆ど生じていない。この現象に関しては、原因は推定の域を出ないが、第１スタンドでは、第２から第４スタンドと同じ表面粗度のワークロールを用いているが、圧延に供される鋼帯は熱間圧延後に酸洗を施されたものであり、比較的表面粗度が粗い条件である。なお、第５スタンドは、平坦度の変化を防止する目的で、圧延荷重が一定となるように第４スタンドの出側板厚を制御している。
【００１４】
いずれにせよ、本結果から、酸洗された鋼帯を圧延する場合には、タンデム圧延機の第１スタンドでは圧延速度の変化による圧延荷重の変動が小さい特徴を持つことがわかった。
【００１５】
さらに、上記の試験を行った際の、圧延前の鋼帯の幅に対する圧延後の幅から圧延によって生じた幅変化量を測定し、鋼帯の塑性変形を表す指標として圧延前後の鋼帯のクラウン比率変化との関係を調査した。
【００１６】
また、比較のため、圧延速度が一定の条件で形状制御装置の制御量を変化させた条件と比較した。
これらの結果を図２にグラフにまとめて示す。ここでは、４段圧延機のワークロールベンダーを形状制御装置としたときの結果を示す。板幅変化量は、出側板幅と入側板幅との差として求めることができる。
【００１７】
なお、形状制御装置とは、ロールベンダー、ロールシフト、ロールクロス角および可変クラウンロール等の圧延機の幅方向でのロールギャップを制御する装置であり、圧延される鋼帯のクラウンおよび平坦形状を変化させることが可能な装置を意味する。
【００１８】
図２に示すように、板クラウン比率変化に対する板幅の変化は、ほぼ線形の比例関係を有しており、幅変動の要因は、圧延荷重の変化や、ロールベンダー等の形状制御装置の制御によって圧延機のロールギャップが変化することに伴う鋼帯のプロフィル変化の影響が支配的であることがわかる。
【００１９】
しかしながら、注目すべき現象として、圧延速度を変更した条件と、ロールベンダーを変更した条件では、板クラウン比率変化に対する幅変化の挙動が異なっていることが挙げられる。すなわち、圧延速度を変化させた場合には、同等のクラウン比率変化が生じる条件で、形状制御装置としてロールベンダーを変化させた場合に比べ、幅変動量が大きくなっている。
【００２０】
この現象に関しても理論的な解明は十分にできてはいないが、冷間圧延、特に冷間タンデム圧延における幅変化には、前述のクラウン比率変化の影響に加えて、圧延速度に起因する因子が関与していると推定される。
【００２１】
したがって、いずれにしても、圧延速度変化に伴う幅変動を形状制御装置によって抑制するためには、圧延荷重変化によって生じるロールギャップの変化を補償する以上のアクチュエータの変更を行う必要があることが分かる。
【００２２】
連続式の冷間タンデム圧延では、コイルの接続点近傍では溶接部の破断防止や、先行材と後行材での設定変更のため、圧延速度の減速は必須であり、前述の如く減速部では定常部に対して圧延荷重が増大することが原因となって板クラウンの比率変化が生じるため板幅変動が生じることになる。また、上記の圧延速度に起因する因子も幅変動を増大する方向に働く。
【００２３】
このような板幅の変動は、形状制御装置により、板クラウン比率を制御することによって、理論的には抑制することが可能であるが、実際には、形状制御装置の設備能力の制約から、十分な制御効果が得られない場合がある。従って、形状制御装置の能力を確保して、板幅制御を行うためには、圧延速度の変化に伴う荷重変動を抑制することが有効な手段となる。
【００２４】
ところで、圧延にて荷重に影響する因子としては、圧下率と張力がある。圧下率を下げることにより荷重も低減するが、タンデム圧延の場合には、母材と製品の板厚が既に決まっているため、タンデム圧延全体での総圧下率は一定である。従って、先に述べたように、スタンド毎の荷重の速度依存性の違いを利用して、各スタンドでの圧下率の配分を最適化することによって、スタンドでの荷重変動を平均化することが可能となる。
【００２５】
また、張力を上げることにより、力学的な作用によって、圧延機の入、出側の板厚、すなわち圧下率を変化させることなく荷重を低減できる。しかしながら、溶接部近傍で張力を増大させることは、先に述べたように破断の危険性が高まる。
【００２６】
従って、本発明によれば、圧延速度の変更に際して、圧延に悪影響を与えない範囲内で、あるいは、形状制御装置の能力の点で幅変動を補償可能となる範囲内で、板厚ないしは張力の設定を変更することによって、荷重変動を抑制し、板幅を一定に保つのである。
【００２７】
以上の知見より、圧延速度の変化によって生じる荷重変動を抑制する事によって板クラウンの変化に伴う幅変動を抑制するができ、かつ、形状制御装置の制御能力を確保して、速度に依存する幅変動を補償できることが分かり、本発明を完成した。
【００２８】
すなわち、本発明は、形状制御装置を具備する複数の圧延スタンドを備えた冷間タンデム圧延機による冷間タンデム圧延において、圧延速度を変更する場合に、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの出側板厚の目標値を変更するとともに、計算ないしは実測によって求められる最終スタンド出側での板幅が広くなるときには当該スタンド出側の形状が中伸び形状となるように、逆に、板幅が狭くなるときには耳伸び形状となるように、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの形状制御装置を制御し、かつ、圧延速度を減じる場合には圧延速度を減じる直前の第１スタンドの圧下率よりもこの第１スタンドの圧下率を大きくするように第１スタンド出側板厚の目標値を変更する冷間タンデム圧延における板幅制御方法である。
【００２９】
従来の方法では、圧延速度が変化した場合、第２スタンド以降のスタンドでは荷重が大きく変化するため、ロールギャップの変化を補償するように形状制御装置を制御することになるが、荷重変化が大きいときには、形状制御装置の能力が限界に達することがある。一方、第１スタンドでは速度変化に伴う荷重変動は小さいため、形状制御装置の能力には余裕が生じる状態にある。
【００３０】
これに対して、本発明では、形状制御能力に余裕の生じる第１スタンドにて出側板厚を変更し、続く第２スタンド以降での圧延荷重の変化を抑制する。
また、タンデム圧延機によっては、各スタンドでワークロール径や形状制御装置の形式や能力が異なる設備構成となっているものもあるため、形状制御能力の大きいスタンドで荷重変動分を負担するような制御方法も幅変動抑制の目的からは有効である。
【００３１】
例えば、圧延速度を減速する場合、圧延荷重は増大するため、第１スタンド出側の板厚を薄くすると、第２スタンド以降の圧下率を小さくする事ができ、圧延荷重の変化を低減することができる。この場合、第１スタンドでは逆に荷重が大きくなるが、タンデムミルの各スタンドの圧延荷重の変化量を適正に配分することによって幅変動を抑制する事が可能となる。
【００３２】
さらに、各スタンドの出側板厚の変更とともに、スタンド入、出側の張力を修正する事によって、荷重の変化をさらに抑制することが可能である。
本発明の別の態様によれば、スタンド出側板厚の目標値を変更するとともに、第１スタンドの入側の張力を変更するが、その場合には、第１スタンドの入側では、一般に鋼帯に付与される単位断面積当たりの張力はスタンド間に比べて低くでき、また、鋼帯の接続部は圧延による加工を受けていないため、破断し難い条件とすることができる。
【００３３】
また、さらに別の態様にあっては、スタンド出側板厚の目標値を変更するとともに、スタンド間の張力を変更するが、その場合は、荷重変動の抑制効果は最も大きくなる。
【００３４】
しかし、張力のみを増大させた場合には、入、出側の張力のバランスが崩れ、ミルスリップ等の弊害を生じ、また、破断の危険も大きくなる。従って、張力を変化させうる範囲は限定される。そのため、各スタンドの出側板厚の目標値変更を合わせて行うことによって、多様な条件について、大きな制御効果を得ることが可能となる。
【００３５】
例えば、材料の延性が高く、厚物・広幅で圧延荷重が大きい条件では、各スタンドの張力も同時に変化させる方法が有効であり、逆に、延性が低い、あるいは、薄物の条件では、圧下量変更のみを変化させる方法が有効である。また、変形抵抗の高い高張力鋼板などは、圧下を変更した時の荷重変動が大きく、且つ、溶接部の加工性が低下する材料である場合が多いため、圧下量と第１スタンド入側の張力を変更する方法が有効と考えられる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の制御方法を５スタンドのタンデム圧延機に適用した場合の制御要領の模式的説明図であり、図４は制御演算装置の詳細図である。
【００３７】
図示例では、各ロールの入側、出側には◇印で示す板厚計が設けられ、最終ロールの出側には△印で示す速度計が設けられている。
張力の調整は圧延機の入口に設けられた入側張力制御装置によって行われ、各ロールの入側に設けられた張力計によって監視される。バックアップロールから伸びた、あるいはそれに向かう矢印は圧下制御量および張力制御量を示す。
【００３８】
ここに本発明の実施に当たっては、板厚、板幅、鋼種などのコイル情報および速度変更目標値はあらかじめ制御量演算装置に入力される。
圧延速度の変更を行う場合、最終スタンド以外のスタンドの少なくとも１のスタンドの出側板厚の目標値を変更する。このときの目標は、例えば、圧下量を変更しない場合の速度変化による荷重変化の予測値と、予め求めておいた圧下率の変化による荷重変化に対する影響係数を用いて、圧下率を変更する各スタンドの荷重の変化量が一定となるように目標板厚を計算によって求めるようにしてもよい。
【００３９】
本発明によれば、上述のように出側目標値が決まると、今度は、最終スタンド出側での板幅変動を計算もしくは実測によって求める。例えば実測の場合には、光電式板幅計やＣＣＤ式板幅計等 (日本塑性加工学会編集、塑性加工技術シリーズ７「板圧延」コロナ社等に記載) の検出装置を用いることで容易に行うことができ、一方、計算の場合には、例えば、材質、サイズ毎に各スタンドにて、被圧延材の板幅変動に対する圧下率、荷重、板速度、張力、形状制御装置の制御量等の影響を予め回帰式にて求めておき、各設定値に応じて計算する方法等によって板幅変動を求めることができる。
【００４０】
このようにして板幅変動が求められたら、板幅が広くなるときは中伸び形状となるように、板幅が狭くなるときは耳伸び形状となるように、形状制御装置、例えばロールベンダを制御するのである。もちろん、ロールベンダの操作と中伸びもしくは耳伸びとの関係は従来公知のそれに基づけばよい。
【００４１】
さらに第１スタンドの入側張力あるいはスタンド間張力の目標値を変更するときには、板厚の場合と同様に、例えば張力を変更しない場合の速度変化による荷重変化の予測値と、予め求めておいた張力の変化による荷重変化に対する影響係数を用いて、張力を変更する各スタンドの荷重の変化量が一定となるように目標張力を計算によって求めるようにしてもよい。
【００４２】
これらの操作はすべて予めプログラム化しておいて自動化することができる。すなわち、本発明では、圧延速度の変化に応じた各スタンド出側における板厚の目標値、張力の目標値および形状制御量を演算する制御量演算装置を有するように構成してもよく、そのときの制御量演算装置は、図４に示すように圧延速度、各スタンド入出側の板厚および各スタンド入出側の張力から当該スタンドでの圧延荷重を算出する圧延荷重演算装置と、圧延荷重および形状制御装置の制御量から当該スタンドでの板クラウン比率変化を演算する板クラウン比率変化演算装置と、板クラウン比率変化と圧延速度から当該スタンドでの板幅変化量を演算する板幅変化量演算装置によって構成される。
【００４３】
この制御量演算装置で求められた各スタンド出側板厚目標値、張力目標値および形状制御量の各制御量に基づいて、それぞれ図示しない圧下制御装置、張力制御装置および形状制御装置が制御される。
【００４４】
ここで、圧下制御装置は圧延機の圧下シリンダー、張力制御装置はミルモーター、および、形状制御装置はロールベンダーやロールシフト等の各アクチュエータを意味している。
【００４５】
先ず、圧延荷重演算装置においては、材質やワークロール径等の各種圧延条件毎に、圧延荷重を圧延速度、スタンド入・出側板厚、スタンド入・出側張力の関数として、式(1) に示す様な関係式にて求めておく。
【００４６】
Ｐ(i) ＝fi(V(i) 、H(i-l)、H(i)、T(i-l)、T(i)) ・・・(1)
ここで、添字；i はスタンドの番号を表し、V(i)；第i スタンド出側板速度、H(i)；第i スタンド出側板厚、T(i)；第i スタンド出側張力であり、関係式fiは各スタンド毎に回帰式や制御テーブル等の形式にて予め求めておく。
【００４７】
式(1) より、圧延速度、入・出側板厚および張力によって圧延荷重の変化量を予測することが可能であり、また、圧延荷重目標値より、適正な圧延速度、入・出側板厚および張力の設定値を逆算することが可能となる。
【００４８】
板クラウン比率変化演算装置では、材質や圧延機の条件毎に、当該スタンドでの入側に対する出側での板クラウン比率変化を、圧延荷重および形状制御装置の制御量の関数として式(2) に示すような関係式にて求めておく。
【００４９】
Δγ(i) ＝gi(P(i) 、F(i)) ・・・(2)
ここで、P(i)；第i スタンドの圧延荷重、F(i)；第i スタンドの形状制御装置の設定値であり、関係式giは各スタンド毎に回帰式やテーブル等の形式にて予め求めておく。
【００５０】
板クラウン比率変化；δγ(i) は、下記の式にて定義される値である。
δγ(i) ＝(H(i)-He(i))/H(i)-(H(i-l)-He(i-l))/H(i-l) ・・・(3)
ここで、H(i)；第i スタンド出側板厚 (板幅方向の中央部の値) 、He(i) ；第i スタンド出側板厚 (板幅方向の板端部での値) であり、板幅端部の位置は例えば板幅端部から15mmや25mm等、必要に応じて任意に設定する。
【００５１】
板幅変化量演算装置では、材質や鋼帯のサイズ、圧延機の条件毎に当該スタンド入側に対する出側での板幅変化量δW(i)を、板クラウン比率変化δγ(i) および圧延速度V(i)の関数として式(4) に示す関係式にて求めておく。
【００５２】
δW(i)＝hi (δγ(i) 、V(i)) ・・・(4)
ここで、関係式hiは各スタンド毎に回帰式やテーブル等の形式にて予め求めておく。
【００５３】
上記の式(1) 、(2) 、(4) は絶対値を予測する式系にて表しているが、現状の設定値を基準として、設定値の変更があった場合の変化量を表す式として、
ΔＰ(i) ＝fi (ΔV(i)、ΔH(i-l)、ΔH(i)、ΔT(i-l)、ΔT(i)) ・・・(5)
Δ (δγ(i))＝gi (ΔP(i)、ΔF(i)) ・・・(6)
Δ (δW(i)) ＝hi (Δ (δγ(i))、ΔV(i)) ・・・(7)
というような式系を用いることも可能である。
【００５４】
次に、制御の手順について述べる。
まず、目標とする圧延速度変更量ΔV(i)に対して、式(5) より荷重変化量ΔＰ(i) が所定の範囲内となるように、各スタンド出側板厚の変更量ΔH および張力変更量ΔＴを逆算する。
【００５５】
この時、各設定値の変更量のスタンド毎の配分については、出側板厚の許容範囲や、前述の破断に対する張力変更量の影響を考慮して、鋼種、サイズ、スタンド毎に制約条件を加味した重み係数やしきい値等のようなものを設定しておく。これを各スタンドについて行うことによって、全スタンドの荷重変動量が計算できる。
【００５６】
次に、上記の荷重変化ΔP(i)より、圧延速度の変更とそれに伴うドラフトスケジュールの変更によって生じる板クラウン比率変化の変動Δ (δγ(i))を式(6) から求め、速度変化ΔV(i)を加味して各スタンドでの板幅変更量Δ (δW(i)) を式(7) から求める。
【００５７】
上記の状態変化によって生じるタンデム圧延機全体の板幅変動が許容値を超える場合には、幅変動を補償するのに必要なクラウン比率変化を式(7) を用いて求め、式(6) より形状制御装置の制御量を決定する。
【００５８】
上記の一連の制御量の決定方法としては、各スタンド毎の式系を連立方程式として解く方法、あるいは、逐次計算により試行錯誤にて最適値を求める方法等があり、必要とする予測精度や、計算機の能力、計算に必要な時間、等の兼ね合いから制御系に見合った方法を選択すれば良い。
【００５９】
本発明においては、上述のような制御は、最終スタンドを除く少なくとも１のスタンドにおいて行うのは、最終スタンドでは、平坦度を重視した形状制御が必要となるためである。
【００６０】
また板厚あるいはスタンド間張力の目標値の設定について、最終スタンドと、場合によりその一つ上流のスタンドとにおいて省略するのは、同様に、最終スタンド出側、すなわち、製品の板厚が仕様によって規定されるためであり、目標板厚の変更はもちろん、張力も板厚精度に影響を与えるため、荷重や張力を変化させる制御は極力さけるべきである。なお、最終スタンドの一つ上流のスタンドについては、最終スタンドがダルロールを用いた軽圧下圧延である場合、その上流スタンドの板厚を変化させると、最終スタンドで製品の板厚や表面粗度に悪影響を与えるためである。
【００６１】
図３に示す本発明例では圧延機入側と各スタンド出側に板厚計と張力計を具備した例を示したが、ゲージメーター式を用いた板厚推定式や、圧延機のモーターのトルクから演算した張力値を用いても良い。
【００６２】
【実施例】
実施例１
５スタンドのタンデム圧延機を用いて本発明における制御効果を検証した。
【００６３】
形状制御装置としては、最大50トン/ チョックの能力を有するインクリースベンダを装備し、ワークロール径；400mm φ、バックアップロール径：1400mmφ、ロール胴長：1800mmの４段圧延機を用い、板厚：4.5mm 、板幅：1200mmの炭素鋼の酸洗コイルを供試材として、仕上板厚：1.0mm となるように、表１に示すように板厚と張力の目標値を設定して圧延を行った。
【００６４】
なお、圧延油は40℃における粘度：40cSt の鉱油系圧延油をエマルションにて使用し、各スタンドのワークロールは #120 番砥石にて研磨したブライトロールを第１〜第４スタンドに配置し、第５スタンドには、ショットブラストにて#120番ダルフィニッシュとしたロールを用いた。定常部の圧延速度は1000ｍ/min、減速部の圧延速度は200 ｍ/minに設定した。
【００６５】
圧延条件変更時の荷重、板クラウン比率変化、板幅変化量を演算する関係式の諸係数は、操業時の実績値を元に数値演算にて推定した値を用いた。
圧延に用いたコイルは冷間圧延前にエッジトリミングを行い、全長均一な板幅にした母材を用いた。また、圧延後の板幅については、最終スタンド出側に光電式の板幅計を設置し、圧延中にオンラインにて測定を行った。
【００６６】
【表１】
【００６７】
図５に各スタンドにおける圧延速度を1000ｍ/minから200 ｍ/minへ減速した時の速度変更前後での基準条件に対する板厚目標値の制御量の比率を示す。本例では第１〜第３スタンドについてだけ板厚目標値を制御した。最終スタンドおよびそれより１つ上流の第４スタンドについてはそのままとした。
【００６８】
図６に基準条件に対する圧延荷重変動量の比率を示す。
図７にワークロールベンダの制御量を示す。
図８には、圧延機入側に対する出側での板幅変化量の圧延速度1000ｍ/minを基準とした時の200 ｍ/minへ減速した時の変化量を示す。
【００６９】
条件は、本発明例１として、速度変更に伴って板厚目標値のみを制御した条件、本発明例２として速度変更に伴って板厚目標値と第１スタンド入側の張力を制御した条件、本発明例３として速度変更に伴って板厚目標値と第１スタンド入側の張力およびスタンド間の張力を制御した条件である。
【００７０】
比較例１として、速度変更時に板厚、張力、ワークロールベンダ力を一定とした条件、比較例２として、速度変更時に板厚、張力を一定とし、ワークロールロールベンダのみを制御した条件を示す。
【００７１】
なお、ワークロールベンダについては、速度変更および荷重変動による板幅変動を打ち消すように制御されており、インクリースベンダ力を増大させる方向に変化している。
【００７２】
比較例１では、圧延速度変更の前後で荷重が大きく変動し、その結果、大きな板幅の変動が生じている。また、比較例２でも、ワークロールベンダは上限に達しているスタンドが有り、その結果、板幅の変動が生じている。
【００７３】
それに対して、本発明例１から３では、若干の荷重変動はあるものの、ほぼ目標の許容範囲に収まっており、また、ワークロールベンダ設定値も、ほぼ、制御可能範囲内での制御となっており、その結果、板幅の変動は比較例に比べて大幅に減少している。
【００７４】
実施例２
実施例１において、形状制御装置としてワークロールベンダを用いた例を示したが、本発明の効果はワークロールベンダのみに限定されるものではなく、板クラウン比率を変化させうる装置であれば、板幅を修正する効果が得られる。
【００７５】
図９に形状制御装置の種類による板クラウン比率変化に対する板幅の変化の関係を示す。
ここでは、形状制御装置の例として、６段式圧延機の中間ロールベンダ、６段式圧延機の中間ロールシフト、板端部と接触する部分にテーパー状のクラウンを付与したワークロールをシフト可能なテーパーワークロールシフト、ロールクロスミル、および、可変クラウンロールであるVCロールについて検証を行った。
【００７６】
何れの形状制御装置も、クラウン比率変化を変更することによって板幅を変化させることが可能である。また、上記の形状制御装置の複数を組み合わせて用いても良いのは言うまでもない。ただし、本発明の主眼は圧延速度の変化により板幅変化を抑制することにあるので、ロールベンダのような、速度変化に追従して制御量を変更可能な速い応答性を有する形状制御を用いることが望ましい。
【００７７】
実施例３
次に、本発明の効果について、通常の操業にて検証を行った。
本発明例については、実施例１における本発明例１〜３に相当する３種類の制御方法を圧延条件によって選択できるよう設定した。表２に判別の条件を示す。
【００７８】
【表２】
【００７９】
なお、本発明例における荷重変動、および、張力変更量の許容差は実施例１と同じ設定とし、同じく比較例２では、荷重変動の許容差のみを実施例１と同じ条件で管理したが、張力の変更量については制約を設けていない。試験はランダムに選択したコイルを用いて、上記の３条件について、それぞれ一定期間圧延を実施した。
【００８０】
図10(a) 〜(c) にコイル条件毎に設定されている板幅の目標値に対する実績値の度数分布を示す。
図11に試験中のコイルにて圧延によって生じた接合部での破断の回数を示す。
【００８１】
本発明例では、比較例１に比べて、板幅の偏差量が減少し、ほぼ目標値に近い値となっており、また、比較例２では、板幅の偏差量は減少しているが破断の回数が比較例１に比べて大幅に増大しているのに対して、本発明例では、破断は比較例１の従来の条件の場合と同等であった。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、鋼帯の通板性を阻害することなく、圧延速度の変化に伴う板幅の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) 〜(e) は、圧延速度と圧延荷重の関係を示すグラフである。
【図２】鋼帯の圧延の前後でのクラウン比率変化と板幅変化の関係を示すグラフである。
【図３】本発明における制御方法を示す模式的説明図である。
【図４】本発明における制御方法に関し、制御演算装置の詳細を示すブロック図である。
【図５】各スタンドにおける圧延速度を1000ｍ/minから200 ｍ/minへ減速した時の速度変更前後での基準条件に対する板厚の変更量の比率を示す図である。
【図６】基準条件に対する圧延荷重変動量の比率を示す図である。
【図７】ワークロールベンダの制御量を示す図である。
【図８】圧延入側に対する出側での板幅変化量の圧延速度1000ｍ/minを基準とした時の200 ｍ/minへ減速した時の変化量を示す図である。
【図９】鋼帯の圧延の前後でのクラウン比率変化と板幅変化の関係を示す図であり、形状制御装置の形式による比較を示す図である。
【図１０】図10(a) 〜(c) は、コイル条件毎にそれぞれ設定されている板幅の目標値に対する実績値の度数分布を示す図である。
【図１１ 】試験中のコイルで生じた接合部での破断の発生頻度を示すグラフである。
Claims (6)
- 形状制御装置を具備する複数の圧延スタンドを備えた冷間タンデム圧延機による冷間タンデム圧延において、圧延速度を変更する場合に、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの出側板厚の目標値を変更するとともに、計算ないしは実測によって求められる最終スタンド出側での板幅が広くなるときには当該スタンド出側の形状が中伸び形状となるように、逆に、板幅が狭くなるときには耳伸び形状となるように、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの形状制御装置を制御し、かつ、圧延速度を減じる場合には圧延速度を減じる直前の第１スタンドの圧下率よりも該第１スタンドの圧下率を大きくするように第１スタンド出側板厚の目標値を変更する冷間タンデム圧延における板幅制御方法。
- 形状制御装置を具備する複数の圧延スタンドを備えた冷間タンデム圧延機による冷間タンデム圧延において、圧延速度を変更する場合に、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの出側板厚の目標値、および、第１スタンド入側張力を変更するとともに、計算ないしは実測によって求められる最終スタンド出側での板幅が広くなるときには当該スタンド出側の形状が中伸び形状となるように、逆に、板幅が狭くなるときには耳伸び形状となるように、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの形状制御装置を制御し、かつ、圧延速度を減じる場合には圧延速度を減じる直前の第１スタンドの圧下率よりも該第１スタンドの圧下率を大きくするように第１スタンド出側板厚の目標値を変更する冷間タンデム圧延における板幅制御方法。
- 形状制御装置を具備する複数の圧延スタンドを備えた冷間タンデム圧延機による冷間タンデム圧延において、圧延速度を変更する場合に、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの出側板厚の目標値、第１スタンド入側張力、および、スタンド間の張力を変更するとともに、計算ないしは実測によって求められる最終スタンド出側での板幅が広くなるときには当該スタンド出側の形状が中伸び形状となるように、逆に、板幅が狭くなるときには耳伸び形状となるように、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの形状制御装置を制御し、かつ、圧延速度を減じる場合には圧延速度を減じる直前の第１スタンドの圧下率よりも該第１スタンドの圧下率を大きくするように第１スタンド出側板厚の目標値を変更する冷間タンデム圧延における板幅制御方法。
- 形状制御装置を具備する複数の圧延スタンドを備えた冷間タンデム圧延機による冷間タンデム圧延において、圧延速度を変更する場合に、最終スタンドおよび最終スタンドの１つ上流側のスタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの出側板厚の目標値を変更するとともに、計算ないしは実測によって求められる最終スタンド出側での板幅が広くなるときには当該スタンド出側の形状が中伸び形状となるように、逆に、板幅が狭くなるときには耳伸び形状となるように、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの形状制御装置を制御し、かつ、圧延速度を減じる場合には圧延速度を減じる直前の第１スタンドの圧下率よりも該第１スタンドの圧下率を大きくするように第１スタンド出側板厚の目標値を変更する冷間タンデム圧延における板幅制御方法。
- 形状制御装置を具備する複数の圧延スタンドを備えた冷間タンデム圧延機による冷間タンデム圧延において、圧延速度を変更する場合に、最終スタンドおよび最終スタンドの１つ上流側のスタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの出側板厚の目標値、および、第１スタンド入側張力を変更するとともに、計算ないしは実測によって求められる最終スタンド出側での板幅が広くなるときには当該スタンド出側の形状が中伸び形状となるように、逆に、板幅が狭くなるときには耳伸び形状となるように、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの形状制御装置を制御し、かつ、圧延速度を減じる場合には圧延速度を減じる直前の第１スタンドの圧下率よりも該第１スタンドの圧下率を大きくするように第１スタンド出側板厚の目標値を変更する冷間タンデム圧延における板幅制御方法。
- 形状制御装置を具備する複数の圧延スタンドを備えた冷間タンデム圧延機による冷間タンデム圧延において、圧延速度を変更する場合に、最終スタンドおよび最終スタンドの１つ上流側のスタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの出側板厚の目標値、第１スタンド入側張力、および、スタンド間の張力を変更するとともに、計算ないしは実測によって求められる最終スタンド出側での板幅が広くなるときには当該スタンド出側の形状が中伸び形状となるように、逆に、板幅が狭くなるときには耳伸び形状となるように、最終スタンドを除く、少なくとも１つ以上のスタンドの形状制御装置を制御し、かつ、圧延速度を減じる場合には圧延速度を減じる直前の第１スタンドの圧下率よりも該第１スタンドの圧下率を大きくするように第１スタンド出側板厚の目標値を変更する冷間タンデム圧延における板幅制御方法。
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