JP4086120B2

JP4086120B2 - 酸洗前熱延鋼帯の冷間圧延方法

Info

Publication number: JP4086120B2
Application number: JP07575598A
Authority: JP
Inventors: 敦相沢; 健治原; 一成中本; 哲彦岡野
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2018-03-24
Also published as: JPH11267729A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スケールが付着している熱延鋼帯を酸洗前に良好な圧延形状で圧延する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷間圧延時の形状制御としては、圧延機出側に配置された形状検出器で圧延中の圧延材形状を測定し、測定結果に基づいてロールベンダ，ロールシフト等の形状制御手段の制御量を補正する方式が一般的である。
この種の形状制御機能を備えた圧延機を用いた板幅一定の通常圧延サイクルでは、中間ロール位置をほとんど変更する必要がない。しかし、中間ロールシフト機能をもつ圧延機で板幅が異なるコイルを連続して圧延する場合、接続初期の状態において前コイルと次鋼帯とで適正な中間ロールシフト位置が異なるため、板幅変更に応じて中間ロールをシフトする必要があるが、ロール移動速度が通常約１〜３ｍｍ／秒であるため中間ロールのシフトには相応の時間がかかる。
そこで、中間ロールのシフトが完了するまで、中間ロールシフト位置に合わせてロールベンダ等の形状制御手段の制御量を補正することが要求される。この場合も、形状検出器で測定された圧延材の形状情報に基づいてロールベンダ，ロールシフト等の形状制御手段の制御量の関数で表される形状予測式に従ってロールベンダ等の形状制御手段の制御量が中間ロールシフト位置を考慮して補正される。
【０００３】
ところで、スケールが付着している熱延鋼帯を酸洗前に冷間圧延（以下、酸洗前冷延という）すると、鋼帯からスケールの剥離が促進され、酸洗負荷が軽減される。酸洗前冷延で接触式ロールタイプの形状検出器を使用すると、圧延中に鋼帯から剥離したスケール付着の影響を受け易く、板形状の高精度測定が困難である。また、剥離したスケールによりロールが疵つき、その疵が圧延材に転写されて疵になる点からも、接触式ロールタイプの形状検出器を使用することには問題がある。他方、非接触の励磁式形状検出器は、測定可能な板厚範囲に制約があり、板厚の厚い圧延材では測定精度が低下することが欠点である。
このように形状検出器が使用できない酸洗前冷延で板幅変更するときには、ロールベンダ，ロールシフト等の形状制御手段の制御量の関数で表される形状予測式に基づき、中間ロールシフトの形状に及ぼす影響分のみを考慮してロールベンダ等の形状制御手段の制御量を補正している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
酸洗前冷延では、圧延中のスケールの剥離状況に応じて潤滑状態が変化し、圧延荷重が大きく変動する。圧延荷重の変動に伴って板厚も変動してしまう。その結果、圧下装置の操作により自動板厚制御する場合には圧下位置を変更することになり、自動板厚制御を行わない場合に比較して圧延荷重の変動が拡大される。圧延荷重が変動すると、圧延反力に応じてロールの撓み量が変化し、ひいては圧延材の形状が変化する。すなわち、酸洗前冷延で板幅変更時に、圧延荷重の変動分を考慮することなく中間ロールのシフト分のみを考慮してロールベンダ等の形状制御手段の制御量を補正すると、形状不良を発生させる原因となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷間圧延方法は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、板幅が異なる酸洗前熱延鋼帯を連続的に酸洗前冷延する際、中間ロールのシフト及び圧延荷重の変動に応じて各形状制御手段の制御量を補正することにより、板幅が異なるコイルを連続圧延する場合においても板幅全体にわたって良好な形状をもつ鋼帯を製造することを目的とする。
本発明の冷間圧延は、その目的を達成するため、板端部及びクォータ部について板幅中央に対する伸び率差を表す中間ロールシフト位置、圧延荷重、並びに中間ロールベンダ及びワークロールベンダの制御量を変数とした数式モデルを予め作成し、中間ロールシフト位置が次鋼帯の設定値に至るまで中間ロールをシフトする際、連続的に測定した中間ロールシフト位置及び圧延荷重の実測値を前記数式モデルに代入して前記伸び率差が目標値に一致するように中間ロールベンダ及びワークロールベンダの制御量を算出し、板幅が異なる酸洗前熱延鋼帯を連続的に圧延することを特徴とする。
【０００６】
【実施の形態】
本発明者等は、圧延荷重の変動を考慮して各形状制御手段の制御量を補正することにより板幅全体にわたって良好な形状が得られるような酸洗前冷延の形状制御方法を種々調査検討した。その結果、板端からの距離が異なる複数箇所における伸び率と板幅中央部の伸び率との差が圧延荷重と比例関係にあることに着目し、伸び率の差に圧延荷重が与える影響を取り込んだ数式モデルを使用すると、形状制御手段が精度良く且つ高い応答性で働き、良好な形状をもつ酸洗前熱延鋼帯が製造されることを見出し、別途出願した。
酸洗前冷延では、耳伸び，中伸び等の単純な形状不良に止まらず、クォータ伸びや各種伸びが複雑に組み合わさった複合伸びが圧延材に発生する。このような複雑な形状不良が発生し易い酸洗前冷延において板幅全体にわたって常に良好な形状を得るためには、圧延形状を複数の指標で評価し制御することが要求される。
【０００７】
そこで、本発明においては、板幅方向に関して異なった複数の箇所で伸び率を測定し、測定された伸び率を板幅中央部の伸び率に対する差を求め、伸び率差で圧延形状を評価している。具体的には、板端部及びクォータ部の板幅中央に対する伸び率差ε_e ，ε_q で圧延形状を定義する。伸び率差ε_e ，ε_q は、板端部の伸び率をel_e ，クォータ部の伸び率をel_q ，板幅中央の伸び率をel_c とするとき、式（１），（２）でそれぞれ表される。なお、板端部及びクォータ部の測定位置については、形状を適切に表し、且つ精度のよい数式モデルが得られるように経験的に定められる。
ε_e ＝el_e −el_c ・・・・（１）
ε_q ＝el_q −el_c ・・・・（２）
【０００８】
圧延材の形状に影響する変動要因には、板厚，材質，潤滑状態，圧延荷重等の外乱や中間ロールベンダ，ワークロールベンダ，中間ロールシフト等の形状制御手段の制御量がある。板厚は、重要な品質項目であり、通常は自動板厚制御によってほぼ一定値となるように制御されている。材質及び酸洗前冷延において大きな変動要因となる潤滑状態は圧延材の形状に影響するが、その影響の大半は圧延荷重の変動に応じてロール撓みが変化することにより生じる。したがって、圧延中に形状変化をもたらす主要因は、圧延荷重及び形状制御手段の制御量である。
【０００９】
圧延荷重が変化すると、圧延反力によるロールの撓みが変化し、圧延材の形状を変化させる。ここで、単位幅当りの圧延荷重とロールの撓み量とはほぼ線形関係にあるため、式（１）及び（２）で表される圧延形状ε_e ，ε_q も図１に示すように単位幅当りの圧延荷重とほぼ線形関係にある。中間ロールベンダ及びワークロールベンダも、圧延荷重と同じくロールの撓みを変化させて圧延形状を変化させるものであり、それぞれ図２及び図３に示すように中間ロールベンダ及びワークロールベンダと圧延形状ε_e ，ε_q との間にほぼ線形関係が成立する。また、中間ロールシフトは、ロール間の接触範囲を変更することによってロールの撓み，ひいては圧延形状を変化させるものである。しかし、中間ロールシフトは、圧延形状ε_e ，ε_q と線形関係にはなく、図４に示すように二次式で近似される。
【００１０】
したがって、圧延形状予測式は、式（３）及び（４）で表される。
ε_e ＝ａ_e・ｐ＋ｂ_e ＋ｃ_e・Ｆ_I ＋ｄ_e・Ｆ_W ＋ｅ_e・δ² ＋ｆ_e・δ・・・・（３）
ε_q ＝ａ_q・ｐ＋ｂ_q ＋ｃ_q・Ｆ_I ＋ｄ_q・Ｆ_W ＋ｅ_q・δ² ＋ｆ_q・δ・・・・（４）
ただし、ｐ：単位幅当りの圧延荷重
Ｆ_I ：中間ロールベンダの制御量
Ｆ_W ：ワークロールベンダの制御量
δ：中間ロールシフトの制御量
ａ_e ，ｂ_e ，ｃ_e ，ｄ_e ，ｅ_e ，ｆ_e ：影響係数
ａ_q ，ｂ_q ，ｃ_q ，ｄ_q ，ｅ_q ，ｆ_q ：影響係数
【００１１】
影響係数ａ_e ，ｃ_e ，ｄ_e ，ａ_q ，ｃ_q ，ｄ_q は、板幅，板厚及び材質等の製造品種によって定まる定数であり、実験又はロールの弾性変形解析と素材の塑性変形解析とを連成させた解析モデルによるシミュレーションからそれぞれ求められる。たとえば、他の圧延条件を全て一定にし、各形状制御手段の制御量Ｆ_I ，Ｆ_W 及び単位幅当りの圧延荷重ｐ等を変化させたとき、制御量Ｆ_I ，Ｆ_W と及び圧延荷重ｐと圧延形状ε_e ，ε_q との間で成立している線形関係における傾きとして求められる。影響係数ｅ_e ，ｆ_e ，ｅ_q ，ｆ_q も同様に、他の圧延条件を全て一定にし、中間ロールシフトの制御量δを変化させたとき、制御量δと圧延形状ε_e ，ε_q との間で成立している二次式の関係から求められる。なお、影響係数ｂ_e ，ｂ_q は、その関係における定数項として求められる。各影響係数は、板幅，板厚，材質等の各区分ごとにテーブル設定し、或いは板幅，板厚，材質等の関数として数式化される。
【００１２】
酸洗前冷延では、圧延中のスケールの剥離状況に応じて潤滑状態が変化するため、圧延荷重が図５に示すように大きく変動する。たとえば、圧延当初では大きな圧延荷重であったものが、スケール剥離が進行するに従って大幅に圧延荷重が低下する。そこで、圧延荷重の変動によって圧延形状が悪化することを防止するため、板幅変更に伴って次のコイルの設定位置に至るまで中間ロールをシフトする際、中間ロールシフト位置及び圧延荷重Ｐを連続的に測定し、圧延荷重Ｐ及び板幅ｗから式（５）に従って単位幅当りの圧延荷重ｐを算出する。算出結果に基づき、式（３）及び（４）で表される圧延形状ε_e ，ε_q がそれぞれ目標値ε_e ⁰，ε_q ⁰となるような中間ロールベンダの制御量Ｆ_I 及びワークロールベンダの制御量Ｆ_W を常時補正する。
ｐ＝Ｐ／ｗ・・・・（５）
【００１３】
また、圧延時の圧延荷重が大きく変動する場合、式（３）及び（４）で表される圧延形状ε_e ，ε_q がそれぞれの目標値ε_e ⁰，ε_q ⁰となるように算出された中間ロールベンダの制御量Ｆ_I 及びワークロールベンダの制御量Ｆ_W の何れか一方又は双方がその仕様範囲を超えることがある。この場合には、仕様範囲を超える形状制御手段の制御量Ｆ_I ，Ｆ_W を最大値又は最小値とし、式（６）で示す評価関数Ｊが最小となるように仕様範囲を超えない形状制御手段の制御量を算出し、中間ロール位置が次鋼帯の設定位置に至るまで常時補正する。ただし、式（６）のｗ_e ，ｗ_q は、それぞれ重み係数を示す。
Ｊ＝ｗ_e(ε_e −ε_e ⁰)²＋ｗ_q(ε_q −ε_q ⁰)² ・・・・（６）
【００１４】
たとえば、式（３）及び（４）で表される圧延形状ε_e ，ε_q がそれぞれの目標値ε_e ⁰，ε_q ⁰となるように算出された中間ロールベンダの制御量Ｆ_I 及びワークロールベンダの制御量Ｆ_W のうち、ワークロールベンダの制御量Ｆ_W がその仕様範囲の最大値Ｆ_Wmaxを超える場合には、その制御量Ｆ_W を最大値Ｆ_Wmaxとする。他方、ワークロールベンダの制御量Ｆ_W がその仕様範囲の最小値Ｆ_Wminを下回る場合には、その制御量Ｆ_W を最大値Ｆ_Wminとする。これにより、式（３）及び（４）はそれぞれ式（７）及び（８）のように書き換えられる。
ε_e ＝ａ_e・ｐ＋ｂ_e'＋ｃ_e・Ｆ_I ＋ｅ_e・δ² ＋ｆ_e・δ ・・・・（７）
ε_q ＝ａ_q・ｐ＋ｂ_q'＋ｃ_q・Ｆ_I ＋ｅ_q・δ² ＋ｆ_q・δ ・・・・（８）
ただし、ｂ_e'及びｂ_q'は、式（９）及び（１０）で定義される関数である。
ｂ_e'＝ｂ_e ＋ｄ_e・Ｆ_Wmax 又はｂ_e'＝ｂ_e ＋ｄ_e・Ｆ_Wmin ・・・・（９）
ｂ_q'＝ｂ_q ＋ｄ_q・Ｆ_Wmax 又はｂ_q'＝ｂ_q ＋ｄ_q・Ｆ_Wmin ・・・・（10）
【００１５】
式（７）及び（８）を式（６）に代入し、評価関数Ｊが最小となるような中間ロールベンダの制御量Ｆ_I を算出し、中間ロール位置が次鋼帯の設定位置に至るまで常時補正する。
中間ロールベンダの制御量Ｆ_I がその仕様範囲の最大値Ｆ_Imax又は最小値Ｆ_Iminを外れる場合も、同様にしてワークロールベンダの制御量Ｆ_W を算出し、中間ロール位置が次鋼帯の設定位置に至るまで常時補正する。
また、中間ロールベンダの制御量Ｆ_I 及びワークロールベンダの制御量Ｆ_W の双方が仕様範囲を外れる場合、制御量Ｆ_I ，Ｆ_W 共に仕様範囲の最大値Ｆ_Imax，Ｆ_Wmax又は最小値Ｆ_Imin，Ｆ_Wminをとる。
中間ロールベンダ及びワークロールベンダの何れか一方の形状制御手段を備えている圧延機では、前述した形状制御手段の仕様範囲を超える場合と同様に扱い、備わっている形状制御手段の制御量を算出し、算出値に基づいて中間ロール位置が次鋼帯の設定位置に至るまで常時補正する。
以上の説明では、板端部及びクォータ部の２点について板幅中央に対する伸び率差で圧延形状を定義し、各形状制御手段を補正している。しかし、本発明は、これに拘束されるものではなく、たとえば板幅方向３か所以上についての板幅中央に対する伸び率差で圧延形状を定義する場合でも式（６）と同様な評価関数を用いて圧延形状を制御できる。
【００１６】
【実施例】
図６に示すように中間ロールベンダ１及びワークロールベンダ２を形状制御手段として備えた６段圧延機３を使用し、径３００ｍｍのワークロールにより板幅１１５０ｍｍ，板厚３．０ｍｍの酸洗前熱延鋼帯及び板幅１０６０ｍｍ，板厚３．０ｍｍの酸洗前熱延鋼帯を連続して板厚１．５ｍｍに圧延した。両鋼帯共に、板端から２０ｍｍ外側の位置に中間ロールシフト位置の設定値をとった。したがって、次鋼帯の圧延開始時に中間ロールシフト位置が板端から６５ｍｍの位置となるため、次鋼帯を圧延開始した後で中間ロールを４５ｍｍシフトした。なお、中間ロールのシフトは、前コイルの後端部又は次鋼帯の先端部の何れでも可能であるが、本実施例では次鋼帯の先端部で中間ロールをシフトさせた。
【００１７】
次鋼帯の圧延を開始した後、次鋼帯の圧延条件を上位コンピュータ４に入力した。また、荷重計５及び中間ロール位置測定装置６によりそれぞれ圧延荷重及び中間ロールシフト位置を連続的に測定し、測定結果を上位コンピュータ４に入力した。プロセスコンピュータ７では、板幅，板厚，材質等の製造品種区分ごとに予め算出した影響係数を取り込んで実測値から中間ロールベンダ１及びワークロールベンダ２の最適制御量を算出した。各算出値は、中間ロールベンダ１及びワークロールベンダ２にそれぞれ入力され、中間ロールのシフトが完了するまでそれぞれの制御量Ｆ_I ，Ｆ_W を補正した。
圧延形状は、板端部及びクォータ部の２点についての板幅中央に対する伸び率差で定義し、式（１）及び（２）のε_e ，ε_q で表した。このとき、板端部の位置としては、測定誤差や影響係数の算出誤差の影響が小さくなる板端から２０ｍｍ内側に位置を選定した。クォータ部としては、使用した圧延機において形状のピークが生じ易い板幅中央からｗ／（２√２）の位置を選定した。
【００１８】
中間ロールのシフト中に、荷重計５で圧延荷重Ｐを連続的に測定し、圧延荷重Ｐ及び板幅ｗから式（５）に従って単位幅当りの圧延荷重ｐを算出した。また、中間ロール位置測定装置６により中間ロールシフト位置を連続的に測定した。そして、式（３）及び（４）で表される圧延形状ε_e ，ε_q がそれぞれの目標値ε_e ⁰，ε_q ⁰となるような中間ロールベンダ１の制御量Ｆ_I 及びワークロールベンダ２の制御量Ｆ_W を算出した。なお、圧延形状の目標値ε_e ⁰，ε_q ⁰は、共にε_e ⁰＝０，ε_q ⁰＝０とした。算出された制御量Ｆ_I 及びＦ_W が何れも仕様範囲であったので、そのまま中間ロールのシフトが完了するまで制御量を常時補正しながら圧延を継続した。
【００１９】
このようにして板幅変更に伴って中間ロールをシフトしながら圧延し、荷重変動の影響を考慮することなく中間ロールベンダ及びワークロールベンダの制御量Ｆ_I ，Ｆ_W を補正しながら圧延する従来法と対比した。それぞれの場合における中間ロールシフト位置の変化を図７に、圧延荷重の変化を図８に示す。従来法に従った圧延では、中間ロールシフト位置及び圧延荷重でみる限り本発明法と大差なかった。しかし、オフラインの形状測定器を用いて板幅方向２０か所の位置で圧延された形状を測定し、得られた急峻度分布の最大値として板幅方向最大急峻度を求めたところ、図９の対比から明らかなように従来法では圧延の進行に従って形状が悪化し、１％を超える最大急峻度になった。これに対し、本発明に従った圧延では、最大急峻度が０．５％以内に納まっており、良好な形状をもつ鋼帯が得られたことが判る。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、板幅が異なる酸洗前鋼帯を連続して圧延する際、圧延形状予測式の中で複数の指標を用いて圧延形状を評価し、中間ロールシフト及び荷重変動を考慮した圧延形状予測式に基づいて圧延形状を制御している。そのため、スケールの影響によって圧延荷重が大きく変動し、しかも鋼帯表面にあるスケール又はスケール剥離片のため形状検出器が使用できない酸洗前鋼帯であっても、全長にわたって良好な形状に圧延される。
【図面の簡単な説明】
【図１】単位幅当りの圧延荷重が圧延形状に及ぼす影響を示したグラフ
【図２】中間ロールベンダの制御量が圧延形状に及ぼす影響を示したグラフ
【図３】ワークロールベンダの制御量が圧延形状に及ぼす影響を示したグラフ
【図４】中間ロールシフト位置が圧延形状に及ぼす影響を示したグラフ
【図５】板幅が異なる酸洗前鋼帯を連続的に圧延したときの圧延荷重の変動をコイル長手方向に表したグラフ
【図６】実施例で使用した６段圧延機及び制御系統の概略図
【図７】本発明に従った制御条件下で板幅が異なる酸洗前鋼帯を連続的に圧延したときの中間ロールシフト位置を従来法と対比したグラフ
【図８】本発明に従った制御条件下で板幅が異なる酸洗前鋼帯を連続的に圧延したときの圧延荷重の変動を従来法と対比したグラフ
【図９】本発明に従って圧延された鋼帯の急峻度を従来法で圧延された鋼帯の急峻度と対比したグラフ
【符号の説明】
１：中間ロールベンダ２：ワークロールベンダ３：６段圧延機
４：上位コンピュータ５：荷重計６：中間ロール位置測定装置
７：プロセスコンピュータ

Claims

板端部及びクォータ部について板幅中央に対する伸び率差を表す中間ロールシフト位置、圧延荷重、並びに中間ロールベンダ及びワークロールベンダの制御量を変数とした数式モデルを予め作成し、中間ロールシフト位置が次鋼帯の設定値に至るまで中間ロールをシフトする際、連続的に測定した中間ロールシフト位置及び圧延荷重の実測値を前記数式モデルに代入して前記伸び率差が目標値に一致するように中間ロールベンダ及びワークロールベンダの制御量を算出し、板幅が異なる酸洗前熱延鋼帯を連続的に圧延することを特徴とする酸洗前熱延鋼帯の冷間圧延方法。