JP4276318B2 - 板圧延機と板圧延方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として板厚５ｍｍ以上のシート材を圧延対象とする板圧延機に関し、より具体的には、軸方向に３分割以上に分割され、それぞれ独立に荷重検出装置と圧下機構および圧下位置検出装置を備えた分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を備えた板圧延機と、この板圧延機による圧延方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、厚板と呼ばれる厚さ５ｍｍ以上のシート材は、無張力で圧延されている。このシート材は圧延機で良好な板形状や板クラウンの板に圧延できるが、圧延後の冷却工程で不均一冷却等により板形状が悪化してしまうという問題がある。
【０００３】
従来、この問題に対しては、冷却工程の後にレベラーや油圧プレスを配置して矯正することで対処しているが、レベラーや油圧プレスでは反りやうねりは矯正できるものの、大きく乱れた板形状を矯正することは困難である。
【０００４】
このような問題を解決するための板圧延機として、特開平５−６９０１０号公報に示すような新型式知能板圧延機がある。この板圧延機は、圧延時の板クラウン・形状制御のため、ワークロールに対する撓みを自在に制御可能で、しかも圧延機自体の検出装置から得られる情報のみで板クラウン・板形状を高い精度で推定し、時間遅れのない板クラウン・形状制御ができる圧延機である。
【０００５】
より具体的には、例えば図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ミルハウジング１に上・下側インナーハウジング３ａ、３ｂを主圧下装置２を介して上下移動可能に装着し、上側インナーハウジング３ａに、荷重検出装置６および圧下機構７と圧下位置検出装置（図示省略）を備えた分割バックアップロール４（４ａ〜４ｃ）と分割バックアップロール５（５ａ〜５ｄ）と、各分割バックアップロール４、５で支持される上ワークロール８ａを組み込み、下側インナーハウジング３ｂには、駆動装置（図示省略）で回転する一体型の下バックアップロール９と、このバックアップロールで支持される下ワークロール８ｂを組み込んで、主圧下装置２と、分割バックアップロール４、５の圧下機構７により上下ワークロール８ａ、８ｂ間で圧延材１０を圧下して圧延し、板１０ａを製造するように構成したものである。
【０００６】
分割バックアップロール４、５はそれぞれ、上側インナーハウジング３ａに固設した架台３ｆによって支持され、各分割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄは、それぞれ圧下機構７により独立して上ワークロール８ａを圧下し、上ワークロール８ａに対し、それぞれの部位で撓みを付与し板形状の制御もできるように構成されている。
【０００７】
この板圧延機においては、分割バックアップロール４、５の分割数を多くすれば、異なる方向の形状制御ベクトルが増え、かつ、上ワークロール８ａと分割バックアップロール４（４ａ〜４ｃ）、５（５ａ〜５ｃ）間の荷重分布をより正確に検出できるので、形状制御能力および形状推定精度を高くすることができる。
【０００８】
この新型式知能板圧延機は、分割バックアップロールを備えており、圧延後の板形状をフラットにするために有効なものであるが、板厚が５ｍｍ以上のシート材を圧延した場合には、圧延後の板１０ａに図１０に示すようなうねりが発生して良好な板形状の板を安定製造できないことがあることが判った。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、主として板厚が５ｍｍ以上のシート状厚板を圧延対象とする場合において、板形状や板クラウン等の圧延形状の制御性を改善するとともに、うねりのない良好な圧延形状を長時間に亘って安定確保でき、生産性の低下を伴わない板圧延機と板圧延方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の発明は、少なくとも上下いずれか一方において、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各々の分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置とを設け、さらに、該装置をインナーハウジング内に収めかつ該インナーハウジングの鉛直方向の位置を制御する主圧下装置を備えた板圧延機において、入側および出側に厚さ５ｍｍ以上のシート材に張力を付加する張力付加装置と、圧延機の手前にシート材の板形状を測定する板幅方向に３箇所以上測定できる形状検出器と、当該板形状測定値をうねり成分を除去した成分とうねり成分とに分けて、うねり成分を除去した成分（以下、板急峻度という）から求められる板形状を矯正するために必要な伸び率、及び、入側板厚に基づいてうねりの発生しない張力を演算する演算装置と、当該張力の演算結果に基づいて、入側及び出側の張力負荷装置を制御し、当該伸び率の演算結果に基づいて、分割バックアップロール及び主圧下装置の作動を制御する制御装置と、を配設したことを特徴とする板圧延機である。
【００１１】
第二の発明は、第一の発明において、前記板形状検出器は、入側の張力付加装置より前記シート材の全長以上手前に配設されていることを特徴とする板圧延機である。
【００１２】
第三の発明は、第一または第二の発明において、板圧延機により厚さ５ｍｍ以上のシート材を圧延する際に、圧延機の手前で板幅方向に３箇所以上シート材の板形状を測定し、当該板形状測定値をうねり成分を除去した成分とうねり成分とに分けて、うねり成分を除去した成分（板急峻度）から求められる板形状を矯正するために必要な伸び率、及び、入側板厚に基づいてうねりの発生しない安定領域内の張力を演算し、当該張力の演算結果に基づいて、入側及び出側の張力負荷装置を制御し、当該伸び率の演算結果に基づいて、分割バックアップロール及び主圧下装置の作動を制御して圧延することを特徴とする板圧延方法である。
【００１３】
第四の発明は、第三の発明において、入側板厚に基づいてうねりを発生しない張力を、
σ≧１．５−０．０５Ｈ （１）
ここで、σ：うねりの発生しない張力［ｋｇｆ・ｍｍ −２ ］
Ｈ：入側板厚 [ ｍｍ ]
とし、且つ、シート材の前記板急峻度に応じてシート材の板形状を矯正するための伸び率を、
ε≧λ／５ （２）
ここで、ε：伸び率［％］
λ：シート材の板急峻度［％］
とする関係を満足させるように設定することを特徴とする板圧延方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、主として板厚が５ｍｍ以上のシート材を圧延対象とする場合において適用されるものである。基本的には、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各々の分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置を設けた新型式知能板圧延機に適用して、シート材を圧延して圧延形状の良好な板を安定的に製造するものであり、以下の圧延機と圧延方法を採用することにより、上記従来の問題を解決するものである。
【００１５】
圧延機としては、
（１）板圧延機の入側および出側に張力付加装置を配設した圧延機を用い、圧下制御と張力制御を可能にする。
（２）板圧延機の入側および出側に張力付加装置を配設するとともに、圧延機の手前にシート材の形状検出器を配設した板圧延機を用い、板急峻度（ここでいう「板急峻度」とは、板中央の急峻度と板端の急峻度との差である、以下「板急峻度」という。）に応じた伸び率になるような圧下制御と張力制御を可能にする。シート材の形状検出器は、板圧延機の手前に配設するが、その配設位置はシート材が張力付加装置により張力を受ける前にシート材全体の形状を検出できる位置とすることがより好ましい。圧延工程の前工程に配設してもよい。
【００１６】
圧延方法としては、
（３）張力付加装置による張力を板厚に応じて設定する。この場合の張力（σ）と板厚（Ｈ）との関係が、
σ≧１．５−０．０５Ｈ （１）
を満足するように、張力（σ）を設定することが好ましい。
（４）圧延前にシート材の板急峻度を測定し、板形状を矯正するために必要な伸び率になるように圧下制御を使用する。
この場合の板急峻度（λ）と伸び率（ε）の関係が
ε≧λ／５ （２）
を満足するように伸び率（ε）を設定することが好ましい。
シート材の板急峻度測定のための板形状検出は、シート材が張力付加や圧下を受ける前、例えば張力を付加する前に行うことがより好ましい。また、圧延工程の前工程で行ってもよい。
【００１７】
上記により圧延形状の制御能力、制御精度を強化し、特に板幅方向でフラットで、うねりのない圧延形状の良好な板を安定的に製造可能にするものである。
【００１８】
以下に、本発明について具体的に説明する。本発明者等は、板幅方向でフラットで、うねりのない圧延形状を安定確保するために、圧延時に張力を付加することが有効であると認識し、その最適条件を見い出すために、前記図９に示したような７分割のバックアップロール４（４ａ〜４ｃ）、５（５ａ〜５ｄ）を備えた新型式知能圧延機において、図１（ａ）に示すように、入側と出側に作動装置１２によりピンチ力を制御してこのピンチロールとワークロール８ａ、８ｂ間でのシート材１０に対する張力を制御可能なピンチロール（張力付加装置）１１ａ、１１ｂを配置してなる第一の発明に係る板圧延機（モデル）を用いて、端伸びのシート材１０に対する圧延による形状矯正実験を行った。
【００１９】
［実験条件］
ワークロールサイズ：φ５００ｍｍ×４０００ｍｍ
シート材
材質：ＳＳ４１
板厚：１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、
板幅：３０００ｍｍ
長さ：１０ ｍ
伸び率 ：０．３〜３％（潤滑：ドライ）
圧延速度：５０ ｍ／ｍｉｎ
張力付加：ピンチ力 ０〜３ｋｇｆ／ｍｍ２
【００２０】
（実験１）
ピンチロール１１ａ、１１ｂを作動装置１２によって上げて、フリー（無張力）にし、予め端伸びのシート材１０を作り、このシート材に対して無張力圧延による形状矯正実験を行い、このシート材１０の圧延前のうねりの急峻度と圧延後のうねりの急峻度（％）と伸び（％）の関係を調査した。その結果は、図３に示す通りである。
【００２１】
図３は、シート材の圧延後の板中央部のうねりの急峻度と伸び率の関係（反り成分は除去したもの）を示したものである。なお、図３中の伸び率（％）０の値は、予め作成したシート材１０のうねりの急峻度の絶対値を示したものであり、それ以外は圧延後の板のうねりの急峻度の絶対値を示す。
【００２２】
ここでいう、うねりとは、図２（ａ）に示すようなものであり、このうねりの急峻度（λ）とは、うねりの１ピッチの長さを（Ｌ）、高さを（ｈ）とすると
λ＝ｈ／Ｌ
で表される。
【００２３】
また、端伸びとは、図２（ｂ）に示すように、板の中央部１０ｃより板端部１０ｓの伸びが大きい板形状であり、この場合の板急峻度λｉとは、図２（ｂ）に示すように、板幅方向の任意の位置ｉにおける急峻度をｈｉ／Ｌｉ、板中央部の急峻度をλｃ＝ｈｃ／Ｌｃとすると、
λｉ＝（ｈｉ／Ｌｉ）−λｃ
で表されるものである。
【００２４】
なお、中伸びとは、図２（ｃ）に示すように、板端部１０ｓより板中央部１０ｃの伸びが大きい形状であり、この場合の板急峻度λｉとは、端伸びの場合と同様、板幅方向の任意の位置ｉにおける急峻度をｈｉ／Ｌｉ、板中央部の急峻度をλｃ＝ｈｃ／Ｌｃとすると、
λｉ＝（ｈｉ／Ｌｉ）−λｃ
で表されるものであるが、中伸びがある部分では（ｈｉ／Ｌｉ）よりλｃの方が大きいので、λｉは負の値になる。
【００２５】
図４は、図３に示したうねりの成分を除去した場合の圧延前後の板急峻度λｉ（％）と伸び率（％）との関係を示すものである。ただし、図４中の伸び率（％）０の値は、予め作成したシート材１０の板急峻度を示し（正は端伸び、負は中伸びを表す。）、それ以外は圧延後の板の板急峻度の絶対値を示す。
【００２６】
図３、図４から、無張力圧延による形状矯正の場合には、形状は直ってもうねりは直らないこと、うねりの成分を除去した中伸びや端伸びの形状不良を直すためには、シート材１０の板急峻度λ（％）に応じて必要最小限の伸び率（％）を確保する必要があることが判明した。そして、うねりの成分を除去した中伸びや端伸びの形状不良を直すためには、シート材１０の板急峻度をλ（％）、伸び率をε（％）とすると、
ε≧λ／５ （２）
を満足させる必要があることが判明した。
【００２７】
（実験２）
板圧延機の入側と出側の張力付加装置としてのピンチロールにより張力を付加した圧延による形状矯正実験を行い、うねりが発生しない張力σを検討した。
図５は、板厚１０ｍｍ、３％端伸びのシート材における後方（出側）張力σと前方（入側）張力σとうねりの発生との関係を示したものである。
図６は、板厚１０ｍｍ、フラットのシート材における後方（出側）張力σと前方（入側）張力σとうねりの発生との関係を示したものである。
図７は、板厚２０ｍｍ、フラットのシート材における後方（出側）張力σと前方（入側）張力σとうねりの発生との関係を示したものである。
なお、板厚３０ｍｍの場合には、うねりは発生しなかった。これは板厚３０ｍｍよりも大きなシートでは張力はうねりに関係ないことを示している。
【００２８】
図５〜図７から、張力はうねりを直すために高い方が望ましいことがわかる。シート材の板厚および板形状によって必要最小限の張力は異なるが、フラットなシート材の場合でも、シート材の板厚に応じて張力を以下の式、
σ≧１．５−０．０５Ｈ （１）式
を満足させるように設定すれば、うねりの発生を無くせることが判明した。
なお、（１）式においては、σの単位はｋｇｆ・ｍｍ−２であり、Ｈの単位はｍｍであるため、ここでは、右辺と左辺の単位は異なるが、（１．５−０．０５Ｈ）で得られる数字を張力σ（ｋｇｆ・ｍｍ−２）として用いるものである。
【００２９】
張力は、高い方が望ましいが、張力を大きく取れば取るほど設備費が増加するという問題がある。
一般に、板厚１０ｍｍ〜２０ｍｍのシート材の場合では、形状不良材は端伸び（または中伸び）が５％程度までのものが多いので、このことを考慮した場合の好ましい張力σは、
σ＝２．５−０．０５Ｈ （３）式
程度までである。
【００３０】
本発明は、上記の実験結果に基づいてなされたものであり、第一の発明を引用する第三又は第四の発明で張力を具体的な値に設定する場合は、板圧延機の入側および出側に該シート材に張力を付加する張力付加装置を配設し、この板圧延機によりシート材を圧延する際に、入側および出側の張力σ（ｋｇｆ・ｍｍ−２）を、シート材の板厚Ｈ（ｍｍ）との関係において式
σ≧１．５−０．０５Ｈ
を満足する値に設定するものである。
【００３１】
また、第二の発明を引用する第三又は第四の発明では、圧延形状制御精度をさらに確かなものとするものであり、板圧延機の入側および出側に該シート材に張力を付加する張力付加装置を配設するとともに、圧延機の手前、より好ましくはシート材が張力付加、圧下を受ける前にシート材全体の形状を検出できる位置に形状検出器を配設し、シート材を圧延する際に、形状検出器によりうねり成分を除去した板急峻度を求め、この板急峻度と伸び率の関係から所定の板形状になる伸び率になるように張力と圧下を制御するものである。
この場合の張力は、基本的には、前段落で規定する式
σ≧１．５−０．０５Ｈ
を満足する値に設定するものである。
【００３２】
なお、本発明で用いる板圧延機の入側および出側の張力付加装置は、図１に示すようなピンチロールの他に、電磁ブレーキ、テンションパッド等を用いることができ、これらの張力付加装置は張力作用を効率化するために、できるだけ圧延ロールに近い位置に配設することが好ましく、反り対策を考慮すると、この張力付加装置の位置を調整できるようにすることも有効であるが、張力付加時に所定位置で上下に移動しないように十分な剛性を備えた構造のものにする必要がある。
【００３３】
また、本発明で用いるシート材の板形状検出器としては、レーザー変位計や超音波を用いた非接触式の形状検出器等を用いることができる。これらの板形状検出器は、圧延前（張力付加前）にシート材全体の板形状が検出できる位置に配設することがより好ましく、入側の張力付加装置よりシート材の全長以上手前に配設することがより好ましい。本発明では、圧延前のシート材の板急峻度の最大値に対応させてシート材全体の圧下率を決めるので、板形状検出器を圧延機直前に配設した場合には、圧延および張力付加状態で板形状を検出する部分が多くなり、板厚が変わる可能性があり圧延形状制御精度が低下する。この板形状検出器は、シート材の板幅方向で３点以上の箇所で板形状を検出できるように配置するものである。
【００３４】
これらの形状検出器からの圧延前のシート材の板形状検出情報を演算装置に入力して、シート材のうねり成分を除去した板急峻度（最大値）を求め、この板急峻度に応じて該シート材の板形状を矯正するために必要な伸び率を計算し、この計算伸び率になるようにロールによる主圧下装置の圧下を制御するものである。
【００３５】
また、予め他の箇所（工程）でシート材の全体の板急峻度分布を測定し、この板急峻度分布に応じて必要最小限の圧下率を決める方法をとってもよい。ただし、製品としての板厚精度を保障する必要があることから、圧下率の上限、下限を予めセットしておく必要がある場合と、他の製品に振り分けるように別の圧下率の上限、下限に変更する場合とを使い分けできることが好ましい。一般には、板の先端部（ＴＯＰ）分の形状は板中央部よりも悪いので、基本的には、圧延機入側の板形状検出器の出力によって圧下制御しても問題はない。
【００３６】
板形状検出情報からの板急峻度、板急峻度に応じた板形状矯正のための伸び率、うねりを除去するための張力およびこの伸び率を得るための圧下率とするための張力付加装置の作動条件、圧下機構、主圧下装置による圧下条件等の計算条件｛（１）〜（３）式を含む｝は、予め実験や計算を通じて各品種別、サイズ別、圧延条件別に許容範囲をもって設定され、演算装置に入力され、張力付加装置の張力条件とロールによる圧下条件は、この演算装置を介して制御することができる。
【００３７】
【実施例】
以下に本発明の実施例について図８を用いて説明する。この実施例は、板厚５〜６０ｍｍ、板幅３０００ｍｍ、板長１０ｍのシート材を冷間圧延する５Ｈｉの板圧延機において本発明を適用した場合のものである。
【００３８】
この例の板圧延機は、基本的には、図９に示した新型式知能板圧延機と同じタイプの板圧延機で、主圧下装置２で上下する上側のインナーハウジング３ａは、軸方向３分割以上に分割した分割バックアップロール４、５によって上ワークロール８ａを支持する機構を有しており、各々の分割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄには、それぞれ独立に荷重検出装置６、圧下機構７および位置検出機構（図示省略）を備えている。また、主圧下装置２で上下する下側インナーハウジング３ｂは、一体型のバックアップロールを単列に配置して下側ワークロール８ｂを支持する機構を有している。
【００３９】
本発明の板圧延機は、このような板圧延機において、入側及び出側にピンチロール１１ａ、１１ｂによる張力付加装置を配置するとともに、入側の張力付加装置の直前にシート材１０の板形状検出器１３を両板端部と板中央部に計３台（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）配置したものである。
なお、両板端部に配設した形状検出器１３ａと１３ｃは、シート材１０の板幅に応じて位置を移動可能な構造にしている。
【００４０】
この実施例の板圧延機においては、各分割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄにそれぞれ独立に、荷重検出装置６、圧下機構７およびロール位置検出装置（図示省略）を設けるとともに、入側および出側に張力付加装置としてピンチロール１１ａ、１１ｂを配置し、入側のピンチロール１１ａの手前に板形状検出器１３を設けて、前記本発明の各発明を実施可能にしており、シート材１０の板厚Ｈに応じてピンチロール１１ａ、１１ｂによる張力を演算装置１４に初期設定し、この演算装置１４により駆動制御装置１５を介してピンチロール１１ａ、１１ｂの作動装置１２の作動を制御し、設定張力に制御することができる。
【００４１】
また、板形状検出器１３からの板形状検出情報を、信号処理装置１６を介して演算装置１４に入力して、シート材１０のうねり成分を除去した板急峻度、板急峻度に応じて該シート材１０の板形状を矯正するために必要な伸び率と、入側板厚に応じてうねりの発生しない張力とピンチロール１１ａ、１１ｂの作動装置１２の作動条件、各割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄの圧下機構７、主圧下装置２の圧下率と作動条件を演算し、それぞれ駆動制御装置１５を介して、ピンチロール１１ａ、１１ｂと各割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄ、主圧下装置２の作動を制御する。
【００４２】
板形状検出情報からの板急峻度λｉ（％）、この板急峻度に応じた板形状矯正のための伸び率ε（％）、この伸び率を得るための張力σを付加するピンチロール１１ａ、１１ｂの作動条件、この伸び率を得るための圧下を付与する分割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄの圧下機構７、主圧下装置２の圧下条件等の計算条件｛（１）〜（３）式を含む）は、予め実験や計算を通じて各品種別、サイズ別、圧延条件別に許容範囲をもって設定され、演算装置１４に入力され、ピンチロールと分割バックアップロールの圧下機構７、主圧下装置２を、この演算装置１４により駆動制御装置１５を介して制御することができる。
【００４３】
このようにして、板形状、板クラウン、うねり、反り等の圧延形状に対する制御幅を拡大することができ、圧延形状制御精度を安定確保して所望の圧延形状の板を安定して製造することが可能になる。
【００４４】
なお、本発明は、この実施例に限定されるものではない。例えば、この実施例では、上ワークロール側に分割バックアップロールを配置したが、下ワークロール側にも分割バックアップロールを配置して、制御能力を更に高めることもできる。この実施例の板圧延機においては、上側の分割バックアップロールは、上ワークロール８ａの斜め上方に上ワークロールの軸方向に沿って２列に配置しており、一方の分割バックアップロール４は４ａ〜４ｃの３分割、他方の分割バックアップロール５は５ａ〜５ｄの４分割にして、軸方向交互配置で７分割｛（図９（ｃ）参照｝しているが、この分割バックアップロールの分割数、配置は、板幅とその形状特性に応じて選択するものであり、分割数は奇数であっても偶数であってもよい。また、配置については、ここでは２列で７分割にし軸方向交互配置にしているが、ロール軸センターに対して対称配置してもよい。また、本発明を構成する張力付加装置、板形状検出器およびその他の各装置、機構およびその構成要素の構造、配置（数）、制御系などについては、圧延対象、圧延機の種類、規模、配置、圧延条件、要求される形状制御精度などを考慮して上記本発明の請求項の範囲を満足する範囲内で変更のあるものである。
【００４５】
（実験例）
（実験例１）
本発明の第一の発明および第二の発明を評価するために、前記図８に示した本発明による新知能板圧延機を用い、シート材の板厚Ｈ別に入側および出側の張力σ（ｋｇｆ・ｍｍ−２）を変化させた場合のシート材圧延後のうねりの発生状況を調査した。
【００４６】
［実験条件］
ワークロールサイズ：φ５００ｍｍ×４０００ｍｍ
シート材
材質：ＳＳ４１
板厚：１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、
板幅：３０００ｍｍ
長さ：１０ ｍ
端伸び（中伸び）：０〜５％
伸び率 ：１．０％（潤滑：ドライ）
圧延速度：５０ ｍ／ｍｉｎ
張力付加：ピンチ力 ０〜５ｋｇｆ／ｍｍ２
【００４７】
（１）シート材が、板厚Ｈ１５ｍｍで０〜５％の端伸び（中伸び）材である場合において、張力σを０．７５（ｋｇｆ・ｍｍ−２）にし、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．０５Ｈを満足させた本発明の実験例では、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、張力σが０．３（ｋｇｆ・ｍｍ−２）で、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．０５Ｈを満足しない比較例では、圧延後の板形状はフラットであったが、中程度（０．８％）のうねりの発生が認められた。
【００４８】
（２）シート材が、板厚Ｈ２０ｍｍで０〜５％の端伸び（中伸び）材である場合において、張力σを０．５（ｋｇｆ・ｍｍ−２）にし、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．５Ｈを満足させた本発明の実験例では、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、張力σが０．３（ｋｇｆ・ｍｍ−２）で、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．０５Ｈを満足しない比較例では、圧延後の板形状はフラットであったが、中程度（０．６％）のうねりの発生が認められた。
【００４９】
（３）シート材が、板厚Ｈ２５ｍｍで０〜５％の端伸び（中伸び）材である場合において、張力σを０．２５（ｋｇｆ・ｍｍ−２）にし、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．５Ｈを満足させた本発明の実験例では、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、張力σが０．１５（ｋｇｆ・ｍｍ−２）で、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．０５Ｈを満足しない比較例では、圧延後の板形状はフラットであったが、軽度（０．２％）のうねりの発生が認められた。
【００５０】
（実験例２）
本発明を評価するために、前記図８に示した本発明による新知能板圧延機を用い、シート材の板厚Ｈ別にシート材の入側での板急峻度λｉ（％）を予め測定し、この板急峻度に応じてこのシート材の板形状を矯正するために、圧下による伸び率（％）を変化させた場合のシート材の圧延後のうねりの発生状況を調査した。
【００５１】
［実験条件］
ワークロールサイズ：φ５００ｍｍ×４０００ｍｍ
シート材
材質：ＳＳ４１
板厚：１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、
板幅：３０００ｍｍ
長さ：１０ ｍ
板急峻度：端伸び（中伸び）０〜１０％
圧延速度：５０ ｍ／ｍｉｎ
張力付加：ピンチ力 ０．５〜１．０ｋｇｆ／ｍｍ２
【００５２】
（１）板厚Ｈ１０ｍｍでコイル内で板急峻度が０〜１０％の端伸び（中伸び）材であるシート材の場合において、形状を直すために、上記（２）式にε≧λ／５に基づき、伸び率εをε≧λ／５を満足するように２％に設定し、この伸び率になるように圧下を制御した。このときの張力が、σ≧１．５−０．０５Ｈを満足するように、ピンチ力を入・出側１．０ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。その結果、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、比較例では伸び率εをε≧λ／５を満足しない１．０％に設定し、この伸び率になるように制御した。その結果、圧延後の板形状にうねりがないが、十分に形状を直すことができず２〜４％の形状不良が残存した。
【００５３】
（２）板厚Ｈが１５ｍｍでコイル内での板急峻度が０〜１０％の端伸び（中伸び）材であるシート材の場合において、形状を直すために、上記（２）式にε≧λ／５に基づき、伸び率εをε≧λ／５を満足するように、０．８％に設定し、この伸び率になるように、圧下率を制御した。このときの張力がσ≧１．５−０．０５Ｈを満足するように、ピンチ力を入側・出側とも０．７５ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。その結果、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、比較例では伸び率εをε≧λ／５を満足しない１．０％に設定し、この伸び率になるように圧下率を制御した。その結果、圧延後うねりはないが、１〜２．５％の形状不良が残存した。
【００５４】
（３）板厚Ｈが２０ｍｍでコイル内での板急峻度が０〜１０％の端伸び（中伸び）材であるシート材の場合において、形状を直すために、上記（２）式にε≧λ／５に基づき、伸び率εをε≧λ／５を満足するように、２％に設定し、この伸び率になるように、圧下率を制御した。このときの張力がσ≧１．５−０．０５Ｈを満足するように、ピンチ力を入側・出側とも０．５ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。その結果、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、比較例では伸び率εをε≧λ／５を満足しない１％に設定し、この伸び率になるように圧下率を制御した。その結果、圧延後の板形状はフラットであったが、０．７〜２．０％のうねりの発生が認められた。
【００５５】
（４）板厚Ｈが２５ｍｍで板急峻度が０〜５％の端伸び（中伸び）材であるシート材の場合において、形状を直すために、上記（２）式にε≧λ／５に基づき、伸び率εをε≧λ／５を満足するように２％に設定し、この伸び率になるように、圧下率を上限２．２％、下限１．８％に制御した。このときの張力がσ≧１．５−０．０５Ｈを満足するように、ピンチ力を入側・出側とも０．２５ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。その結果、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、比較例では伸び率εをε≧λ／５を満足しない１％に設定し、この伸び率になるように、圧下率を制御した。その結果、圧延後の板形状はフラットであったが、軽度（０．３〜１．２％）のうねりの発生が認められた。
【００５６】
（実験例３）
上記の実験例は、シート材の板急峻度がコイル内で分かっている場合についてのものであるが、シート材の板急峻度が分かっていない場合には、以下のようにして圧下率と張力を制御した。この実験例３では、圧延機の手前に配設した形状検出器を用いてシート材の板急峻度を測定し、これを直すための必要最小限の圧下率をε≧λ／５から計算し、この計算値と予め入力した上限・下限値の圧下率（板厚精度保障のため）の範囲内で前記圧下率を決めた。また、張力については、シート材の板厚からσ≧１．５−０．０５Ｈより計算して決めた。
【００５７】
この実験例３でのシート材の板厚Ｈは１０ｍｍで、形状検出器において板急峻度が０〜１０％の端伸び（中伸び）材であることが検出された。このシート材の形状を直すために必要最小限の圧下率を、上記（２）式にε≧λ／５に基づき計算し、この計算値と（板厚精度保障のため）予め入力した圧下率の上限２．５％、下限１．０％の範囲内で圧下率を計算し圧延をした。その結果、うねりがなく板形状のフラットな板を製造することができた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明では、主として板厚が５ｍｍ以上のシート状厚板を圧延対象とする場合において、新型式知能板圧延機により圧延する際に、その入側および出側でシート材に対して張力を付加して圧下することにより、圧延形状の制御性を改善し、良好な圧延形状を長時間に亘って安定確保でき、生産性の低下を伴わない板圧延が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実験で用いた新型式知能板圧延機（モデル）の構造例を示す断面説明図。
【図２】 （ａ）図は、本発明でいうシート材のうねりの急峻度を説明するための立体説明図、（ｂ）図は、本発明でいうシート材の板急峻度と端伸び状態を説明するための立体説明図、（ｃ）図は、本発明でいうシート材の中伸び状態を説明するための立体説明図。
【図３】 実験で得られたシート材の伸び率とうねりの急峻度との関係を示す説明図。
【図４】 実験で得られたシート材の伸び率と板急峻度との関係を示す説明図。
【図５】 実験で得られたシート材が厚１０ｍｍで３％端伸びの場合の前方張力と後方張力とうねりの発生との関係を示す説明図。
【図６】 実験で得られたシート材が厚１０ｍｍでフラットの場合の前方張力と後方張力とうねりの発生との関係を示す説明図。
【図７】 実験で得られたシート材が厚２０ｍｍでフラットの場合の前方張力と後方張力とうねりの発生との関係を示す説明図。
【図８】 （ａ）図は、本発明の実施例での圧延機例での新型式知能板圧延機の構造例を示す断面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の正面での部分断面説明図。
【図９】 （ａ）図は、本発明で用いる新型式知能板圧延機の構造例を示す断面説明図（ｂ）図は、（ａ）図の正面での部分断面説明図。
【図１０】 本発明で用いる新型式知能板圧延機による圧延後の板のうねり状態を示す立体説明図。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 主圧下装置
３ａ 上インナーハウジング
３ｂ 下インナーハウジング
３ｆ 架台
４、４ａ〜４ｃ 分割バックアップロール
５、５ａ〜５ｄ 分割バックアップロール
６ 荷重検出装置
７ 圧下機構
８ａ 上ワークロール
８ｂ 下ワークロール
９ 下バックアップロール
１０ 圧延材（シート材）
１０ａ 板
１０ｃ 板中央部
１０ｓ 板端部
１１ａ、１１ｂ ピンチロール（張力付加装置）
１２ 作動装置
１３、１３ａ〜１３ｃ 板形状検出器
１４ 演算装置
１５ 駆動制御装置
１６ 信号処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として板厚５ｍｍ以上のシート材を圧延対象とする板圧延機に関し、より具体的には、軸方向に３分割以上に分割され、それぞれ独立に荷重検出装置と圧下機構および圧下位置検出装置を備えた分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を備えた板圧延機と、この板圧延機による圧延方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、厚板と呼ばれる厚さ５ｍｍ以上のシート材は、無張力で圧延されている。このシート材は圧延機で良好な板形状や板クラウンの板に圧延できるが、圧延後の冷却工程で不均一冷却等により板形状が悪化してしまうという問題がある。
【０００３】
従来、この問題に対しては、冷却工程の後にレベラーや油圧プレスを配置して矯正することで対処しているが、レベラーや油圧プレスでは反りやうねりは矯正できるものの、大きく乱れた板形状を矯正することは困難である。
【０００４】
このような問題を解決するための板圧延機として、特開平５−６９０１０号公報に示すような新型式知能板圧延機がある。この板圧延機は、圧延時の板クラウン・形状制御のため、ワークロールに対する撓みを自在に制御可能で、しかも圧延機自体の検出装置から得られる情報のみで板クラウン・板形状を高い精度で推定し、時間遅れのない板クラウン・形状制御ができる圧延機である。
【０００５】
より具体的には、例えば図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ミルハウジング１に上・下側インナーハウジング３ａ、３ｂを主圧下装置２を介して上下移動可能に装着し、上側インナーハウジング３ａに、荷重検出装置６および圧下機構７と圧下位置検出装置（図示省略）を備えた分割バックアップロール４（４ａ〜４ｃ）と分割バックアップロール５（５ａ〜５ｄ）と、各分割バックアップロール４、５で支持される上ワークロール８ａを組み込み、下側インナーハウジング３ｂには、駆動装置（図示省略）で回転する一体型の下バックアップロール９と、このバックアップロールで支持される下ワークロール８ｂを組み込んで、主圧下装置２と、分割バックアップロール４、５の圧下機構７により上下ワークロール８ａ、８ｂ間で圧延材１０を圧下して圧延し、板１０ａを製造するように構成したものである。
【０００６】
分割バックアップロール４、５はそれぞれ、上側インナーハウジング３ａに固設した架台３ｆによって支持され、各分割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄは、それぞれ圧下機構７により独立して上ワークロール８ａを圧下し、上ワークロール８ａに対し、それぞれの部位で撓みを付与し板形状の制御もできるように構成されている。
【０００７】
この板圧延機においては、分割バックアップロール４、５の分割数を多くすれば、異なる方向の形状制御ベクトルが増え、かつ、上ワークロール８ａと分割バックアップロール４（４ａ〜４ｃ）、５（５ａ〜５ｃ）間の荷重分布をより正確に検出できるので、形状制御能力および形状推定精度を高くすることができる。
【０００８】
この新型式知能板圧延機は、分割バックアップロールを備えており、圧延後の板形状をフラットにするために有効なものであるが、板厚が５ｍｍ以上のシート材を圧延した場合には、圧延後の板１０ａに図１０に示すようなうねりが発生して良好な板形状の板を安定製造できないことがあることが判った。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、主として板厚が５ｍｍ以上のシート状厚板を圧延対象とする場合において、板形状や板クラウン等の圧延形状の制御性を改善するとともに、うねりのない良好な圧延形状を長時間に亘って安定確保でき、生産性の低下を伴わない板圧延機と板圧延方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の発明は、少なくとも上下いずれか一方において、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各々の分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置とを設け、さらに、該装置をインナーハウジング内に収めかつ該インナーハウジングの鉛直方向の位置を制御する主圧下装置を備えた板圧延機において、入側および出側に厚さ５ｍｍ以上のシート材に張力を付加する張力付加装置と、圧延機の手前にシート材の板形状を測定する板幅方向に３箇所以上測定できる形状検出器と、当該板形状測定値をうねり成分を除去した成分とうねり成分とに分けて、うねり成分を除去した成分（以下、板急峻度という）から求められる板形状を矯正するために必要な伸び率、及び、入側板厚に基づいてうねりの発生しない張力を演算する演算装置と、当該張力の演算結果に基づいて、入側及び出側の張力負荷装置を制御し、当該伸び率の演算結果に基づいて、分割バックアップロール及び主圧下装置の作動を制御する制御装置と、を配設したことを特徴とする板圧延機である。
【００１１】
第二の発明は、第一の発明において、前記板形状検出器は、入側の張力付加装置より前記シート材の全長以上手前に配設されていることを特徴とする板圧延機である。
【００１２】
第三の発明は、第一または第二の発明において、板圧延機により厚さ５ｍｍ以上のシート材を圧延する際に、圧延機の手前で板幅方向に３箇所以上シート材の板形状を測定し、当該板形状測定値をうねり成分を除去した成分とうねり成分とに分けて、うねり成分を除去した成分（板急峻度）から求められる板形状を矯正するために必要な伸び率、及び、入側板厚に基づいてうねりの発生しない安定領域内の張力を演算し、当該張力の演算結果に基づいて、入側及び出側の張力負荷装置を制御し、当該伸び率の演算結果に基づいて、分割バックアップロール及び主圧下装置の作動を制御して圧延することを特徴とする板圧延方法である。
【００１３】
第四の発明は、第三の発明において、入側板厚に基づいてうねりを発生しない張力を、
σ≧１．５−０．０５Ｈ （１）
ここで、σ：うねりの発生しない張力［ｋｇｆ・ｍｍ −２ ］
Ｈ：入側板厚 [ ｍｍ ]
とし、且つ、シート材の前記板急峻度に応じてシート材の板形状を矯正するための伸び率を、
ε≧λ／５ （２）
ここで、ε：伸び率［％］
λ：シート材の板急峻度［％］
とする関係を満足させるように設定することを特徴とする板圧延方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、主として板厚が５ｍｍ以上のシート材を圧延対象とする場合において適用されるものである。基本的には、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各々の分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置を設けた新型式知能板圧延機に適用して、シート材を圧延して圧延形状の良好な板を安定的に製造するものであり、以下の圧延機と圧延方法を採用することにより、上記従来の問題を解決するものである。
【００１５】
圧延機としては、
（１）板圧延機の入側および出側に張力付加装置を配設した圧延機を用い、圧下制御と張力制御を可能にする。
（２）板圧延機の入側および出側に張力付加装置を配設するとともに、圧延機の手前にシート材の形状検出器を配設した板圧延機を用い、板急峻度（ここでいう「板急峻度」とは、板中央の急峻度と板端の急峻度との差である、以下「板急峻度」という。）に応じた伸び率になるような圧下制御と張力制御を可能にする。シート材の形状検出器は、板圧延機の手前に配設するが、その配設位置はシート材が張力付加装置により張力を受ける前にシート材全体の形状を検出できる位置とすることがより好ましい。圧延工程の前工程に配設してもよい。
【００１６】
圧延方法としては、
（３）張力付加装置による張力を板厚に応じて設定する。この場合の張力（σ）と板厚（Ｈ）との関係が、
σ≧１．５−０．０５Ｈ （１）
を満足するように、張力（σ）を設定することが好ましい。
（４）圧延前にシート材の板急峻度を測定し、板形状を矯正するために必要な伸び率になるように圧下制御を使用する。
この場合の板急峻度（λ）と伸び率（ε）の関係が
ε≧λ／５ （２）
を満足するように伸び率（ε）を設定することが好ましい。
シート材の板急峻度測定のための板形状検出は、シート材が張力付加や圧下を受ける前、例えば張力を付加する前に行うことがより好ましい。また、圧延工程の前工程で行ってもよい。
【００１７】
上記により圧延形状の制御能力、制御精度を強化し、特に板幅方向でフラットで、うねりのない圧延形状の良好な板を安定的に製造可能にするものである。
【００１８】
以下に、本発明について具体的に説明する。本発明者等は、板幅方向でフラットで、うねりのない圧延形状を安定確保するために、圧延時に張力を付加することが有効であると認識し、その最適条件を見い出すために、前記図９に示したような７分割のバックアップロール４（４ａ〜４ｃ）、５（５ａ〜５ｄ）を備えた新型式知能圧延機において、図１（ａ）に示すように、入側と出側に作動装置１２によりピンチ力を制御してこのピンチロールとワークロール８ａ、８ｂ間でのシート材１０に対する張力を制御可能なピンチロール（張力付加装置）１１ａ、１１ｂを配置してなる第一の発明に係る板圧延機（モデル）を用いて、端伸びのシート材１０に対する圧延による形状矯正実験を行った。
【００１９】
［実験条件］
ワークロールサイズ：φ５００ｍｍ×４０００ｍｍ
シート材
材質：ＳＳ４１
板厚：１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、
板幅：３０００ｍｍ
長さ：１０ ｍ
伸び率 ：０．３〜３％（潤滑：ドライ）
圧延速度：５０ ｍ／ｍｉｎ
張力付加：ピンチ力 ０〜３ｋｇｆ／ｍｍ２
【００２０】
（実験１）
ピンチロール１１ａ、１１ｂを作動装置１２によって上げて、フリー（無張力）にし、予め端伸びのシート材１０を作り、このシート材に対して無張力圧延による形状矯正実験を行い、このシート材１０の圧延前のうねりの急峻度と圧延後のうねりの急峻度（％）と伸び（％）の関係を調査した。その結果は、図３に示す通りである。
【００２１】
図３は、シート材の圧延後の板中央部のうねりの急峻度と伸び率の関係（反り成分は除去したもの）を示したものである。なお、図３中の伸び率（％）０の値は、予め作成したシート材１０のうねりの急峻度の絶対値を示したものであり、それ以外は圧延後の板のうねりの急峻度の絶対値を示す。
【００２２】
ここでいう、うねりとは、図２（ａ）に示すようなものであり、このうねりの急峻度（λ）とは、うねりの１ピッチの長さを（Ｌ）、高さを（ｈ）とすると
λ＝ｈ／Ｌ
で表される。
【００２３】
また、端伸びとは、図２（ｂ）に示すように、板の中央部１０ｃより板端部１０ｓの伸びが大きい板形状であり、この場合の板急峻度λｉとは、図２（ｂ）に示すように、板幅方向の任意の位置ｉにおける急峻度をｈｉ／Ｌｉ、板中央部の急峻度をλｃ＝ｈｃ／Ｌｃとすると、
λｉ＝（ｈｉ／Ｌｉ）−λｃ
で表されるものである。
【００２４】
なお、中伸びとは、図２（ｃ）に示すように、板端部１０ｓより板中央部１０ｃの伸びが大きい形状であり、この場合の板急峻度λｉとは、端伸びの場合と同様、板幅方向の任意の位置ｉにおける急峻度をｈｉ／Ｌｉ、板中央部の急峻度をλｃ＝ｈｃ／Ｌｃとすると、
λｉ＝（ｈｉ／Ｌｉ）−λｃ
で表されるものであるが、中伸びがある部分では（ｈｉ／Ｌｉ）よりλｃの方が大きいので、λｉは負の値になる。
【００２５】
図４は、図３に示したうねりの成分を除去した場合の圧延前後の板急峻度λｉ（％）と伸び率（％）との関係を示すものである。ただし、図４中の伸び率（％）０の値は、予め作成したシート材１０の板急峻度を示し（正は端伸び、負は中伸びを表す。）、それ以外は圧延後の板の板急峻度の絶対値を示す。
【００２６】
図３、図４から、無張力圧延による形状矯正の場合には、形状は直ってもうねりは直らないこと、うねりの成分を除去した中伸びや端伸びの形状不良を直すためには、シート材１０の板急峻度λ（％）に応じて必要最小限の伸び率（％）を確保する必要があることが判明した。そして、うねりの成分を除去した中伸びや端伸びの形状不良を直すためには、シート材１０の板急峻度をλ（％）、伸び率をε（％）とすると、
ε≧λ／５ （２）
を満足させる必要があることが判明した。
【００２７】
（実験２）
板圧延機の入側と出側の張力付加装置としてのピンチロールにより張力を付加した圧延による形状矯正実験を行い、うねりが発生しない張力σを検討した。
図５は、板厚１０ｍｍ、３％端伸びのシート材における後方（出側）張力σと前方（入側）張力σとうねりの発生との関係を示したものである。
図６は、板厚１０ｍｍ、フラットのシート材における後方（出側）張力σと前方（入側）張力σとうねりの発生との関係を示したものである。
図７は、板厚２０ｍｍ、フラットのシート材における後方（出側）張力σと前方（入側）張力σとうねりの発生との関係を示したものである。
なお、板厚３０ｍｍの場合には、うねりは発生しなかった。これは板厚３０ｍｍよりも大きなシートでは張力はうねりに関係ないことを示している。
【００２８】
図５〜図７から、張力はうねりを直すために高い方が望ましいことがわかる。シート材の板厚および板形状によって必要最小限の張力は異なるが、フラットなシート材の場合でも、シート材の板厚に応じて張力を以下の式、
σ≧１．５−０．０５Ｈ （１）式
を満足させるように設定すれば、うねりの発生を無くせることが判明した。
なお、（１）式においては、σの単位はｋｇｆ・ｍｍ−２であり、Ｈの単位はｍｍであるため、ここでは、右辺と左辺の単位は異なるが、（１．５−０．０５Ｈ）で得られる数字を張力σ（ｋｇｆ・ｍｍ−２）として用いるものである。
【００２９】
張力は、高い方が望ましいが、張力を大きく取れば取るほど設備費が増加するという問題がある。
一般に、板厚１０ｍｍ〜２０ｍｍのシート材の場合では、形状不良材は端伸び（または中伸び）が５％程度までのものが多いので、このことを考慮した場合の好ましい張力σは、
σ＝２．５−０．０５Ｈ （３）式
程度までである。
【００３０】
本発明は、上記の実験結果に基づいてなされたものであり、第一の発明を引用する第三又は第四の発明で張力を具体的な値に設定する場合は、板圧延機の入側および出側に該シート材に張力を付加する張力付加装置を配設し、この板圧延機によりシート材を圧延する際に、入側および出側の張力σ（ｋｇｆ・ｍｍ−２）を、シート材の板厚Ｈ（ｍｍ）との関係において式
σ≧１．５−０．０５Ｈ
を満足する値に設定するものである。
【００３１】
また、第二の発明を引用する第三又は第四の発明では、圧延形状制御精度をさらに確かなものとするものであり、板圧延機の入側および出側に該シート材に張力を付加する張力付加装置を配設するとともに、圧延機の手前、より好ましくはシート材が張力付加、圧下を受ける前にシート材全体の形状を検出できる位置に形状検出器を配設し、シート材を圧延する際に、形状検出器によりうねり成分を除去した板急峻度を求め、この板急峻度と伸び率の関係から所定の板形状になる伸び率になるように張力と圧下を制御するものである。
この場合の張力は、基本的には、前段落で規定する式
σ≧１．５−０．０５Ｈ
を満足する値に設定するものである。
【００３２】
なお、本発明で用いる板圧延機の入側および出側の張力付加装置は、図１に示すようなピンチロールの他に、電磁ブレーキ、テンションパッド等を用いることができ、これらの張力付加装置は張力作用を効率化するために、できるだけ圧延ロールに近い位置に配設することが好ましく、反り対策を考慮すると、この張力付加装置の位置を調整できるようにすることも有効であるが、張力付加時に所定位置で上下に移動しないように十分な剛性を備えた構造のものにする必要がある。
【００３３】
また、本発明で用いるシート材の板形状検出器としては、レーザー変位計や超音波を用いた非接触式の形状検出器等を用いることができる。これらの板形状検出器は、圧延前（張力付加前）にシート材全体の板形状が検出できる位置に配設することがより好ましく、入側の張力付加装置よりシート材の全長以上手前に配設することがより好ましい。本発明では、圧延前のシート材の板急峻度の最大値に対応させてシート材全体の圧下率を決めるので、板形状検出器を圧延機直前に配設した場合には、圧延および張力付加状態で板形状を検出する部分が多くなり、板厚が変わる可能性があり圧延形状制御精度が低下する。この板形状検出器は、シート材の板幅方向で３点以上の箇所で板形状を検出できるように配置するものである。
【００３４】
これらの形状検出器からの圧延前のシート材の板形状検出情報を演算装置に入力して、シート材のうねり成分を除去した板急峻度（最大値）を求め、この板急峻度に応じて該シート材の板形状を矯正するために必要な伸び率を計算し、この計算伸び率になるようにロールによる主圧下装置の圧下を制御するものである。
【００３５】
また、予め他の箇所（工程）でシート材の全体の板急峻度分布を測定し、この板急峻度分布に応じて必要最小限の圧下率を決める方法をとってもよい。ただし、製品としての板厚精度を保障する必要があることから、圧下率の上限、下限を予めセットしておく必要がある場合と、他の製品に振り分けるように別の圧下率の上限、下限に変更する場合とを使い分けできることが好ましい。一般には、板の先端部（ＴＯＰ）分の形状は板中央部よりも悪いので、基本的には、圧延機入側の板形状検出器の出力によって圧下制御しても問題はない。
【００３６】
板形状検出情報からの板急峻度、板急峻度に応じた板形状矯正のための伸び率、うねりを除去するための張力およびこの伸び率を得るための圧下率とするための張力付加装置の作動条件、圧下機構、主圧下装置による圧下条件等の計算条件｛（１）〜（３）式を含む｝は、予め実験や計算を通じて各品種別、サイズ別、圧延条件別に許容範囲をもって設定され、演算装置に入力され、張力付加装置の張力条件とロールによる圧下条件は、この演算装置を介して制御することができる。
【００３７】
【実施例】
以下に本発明の実施例について図８を用いて説明する。この実施例は、板厚５〜６０ｍｍ、板幅３０００ｍｍ、板長１０ｍのシート材を冷間圧延する５Ｈｉの板圧延機において本発明を適用した場合のものである。
【００３８】
この例の板圧延機は、基本的には、図９に示した新型式知能板圧延機と同じタイプの板圧延機で、主圧下装置２で上下する上側のインナーハウジング３ａは、軸方向３分割以上に分割した分割バックアップロール４、５によって上ワークロール８ａを支持する機構を有しており、各々の分割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄには、それぞれ独立に荷重検出装置６、圧下機構７および位置検出機構（図示省略）を備えている。また、主圧下装置２で上下する下側インナーハウジング３ｂは、一体型のバックアップロールを単列に配置して下側ワークロール８ｂを支持する機構を有している。
【００３９】
本発明の板圧延機は、このような板圧延機において、入側及び出側にピンチロール１１ａ、１１ｂによる張力付加装置を配置するとともに、入側の張力付加装置の直前にシート材１０の板形状検出器１３を両板端部と板中央部に計３台（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）配置したものである。
なお、両板端部に配設した形状検出器１３ａと１３ｃは、シート材１０の板幅に応じて位置を移動可能な構造にしている。
【００４０】
この実施例の板圧延機においては、各分割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄにそれぞれ独立に、荷重検出装置６、圧下機構７およびロール位置検出装置（図示省略）を設けるとともに、入側および出側に張力付加装置としてピンチロール１１ａ、１１ｂを配置し、入側のピンチロール１１ａの手前に板形状検出器１３を設けて、前記本発明の各発明を実施可能にしており、シート材１０の板厚Ｈに応じてピンチロール１１ａ、１１ｂによる張力を演算装置１４に初期設定し、この演算装置１４により駆動制御装置１５を介してピンチロール１１ａ、１１ｂの作動装置１２の作動を制御し、設定張力に制御することができる。
【００４１】
また、板形状検出器１３からの板形状検出情報を、信号処理装置１６を介して演算装置１４に入力して、シート材１０のうねり成分を除去した板急峻度、板急峻度に応じて該シート材１０の板形状を矯正するために必要な伸び率と、入側板厚に応じてうねりの発生しない張力とピンチロール１１ａ、１１ｂの作動装置１２の作動条件、各割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄの圧下機構７、主圧下装置２の圧下率と作動条件を演算し、それぞれ駆動制御装置１５を介して、ピンチロール１１ａ、１１ｂと各割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄ、主圧下装置２の作動を制御する。
【００４２】
板形状検出情報からの板急峻度λｉ（％）、この板急峻度に応じた板形状矯正のための伸び率ε（％）、この伸び率を得るための張力σを付加するピンチロール１１ａ、１１ｂの作動条件、この伸び率を得るための圧下を付与する分割バックアップロール４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｄの圧下機構７、主圧下装置２の圧下条件等の計算条件｛（１）〜（３）式を含む）は、予め実験や計算を通じて各品種別、サイズ別、圧延条件別に許容範囲をもって設定され、演算装置１４に入力され、ピンチロールと分割バックアップロールの圧下機構７、主圧下装置２を、この演算装置１４により駆動制御装置１５を介して制御することができる。
【００４３】
このようにして、板形状、板クラウン、うねり、反り等の圧延形状に対する制御幅を拡大することができ、圧延形状制御精度を安定確保して所望の圧延形状の板を安定して製造することが可能になる。
【００４４】
なお、本発明は、この実施例に限定されるものではない。例えば、この実施例では、上ワークロール側に分割バックアップロールを配置したが、下ワークロール側にも分割バックアップロールを配置して、制御能力を更に高めることもできる。この実施例の板圧延機においては、上側の分割バックアップロールは、上ワークロール８ａの斜め上方に上ワークロールの軸方向に沿って２列に配置しており、一方の分割バックアップロール４は４ａ〜４ｃの３分割、他方の分割バックアップロール５は５ａ〜５ｄの４分割にして、軸方向交互配置で７分割｛（図９（ｃ）参照｝しているが、この分割バックアップロールの分割数、配置は、板幅とその形状特性に応じて選択するものであり、分割数は奇数であっても偶数であってもよい。また、配置については、ここでは２列で７分割にし軸方向交互配置にしているが、ロール軸センターに対して対称配置してもよい。また、本発明を構成する張力付加装置、板形状検出器およびその他の各装置、機構およびその構成要素の構造、配置（数）、制御系などについては、圧延対象、圧延機の種類、規模、配置、圧延条件、要求される形状制御精度などを考慮して上記本発明の請求項の範囲を満足する範囲内で変更のあるものである。
【００４５】
（実験例）
（実験例１）
本発明の第一の発明および第二の発明を評価するために、前記図８に示した本発明による新知能板圧延機を用い、シート材の板厚Ｈ別に入側および出側の張力σ（ｋｇｆ・ｍｍ−２）を変化させた場合のシート材圧延後のうねりの発生状況を調査した。
【００４６】
［実験条件］
ワークロールサイズ：φ５００ｍｍ×４０００ｍｍ
シート材
材質：ＳＳ４１
板厚：１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、
板幅：３０００ｍｍ
長さ：１０ ｍ
端伸び（中伸び）：０〜５％
伸び率 ：１．０％（潤滑：ドライ）
圧延速度：５０ ｍ／ｍｉｎ
張力付加：ピンチ力 ０〜５ｋｇｆ／ｍｍ２
【００４７】
（１）シート材が、板厚Ｈ１５ｍｍで０〜５％の端伸び（中伸び）材である場合において、張力σを０．７５（ｋｇｆ・ｍｍ−２）にし、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．０５Ｈを満足させた本発明の実験例では、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、張力σが０．３（ｋｇｆ・ｍｍ−２）で、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．０５Ｈを満足しない比較例では、圧延後の板形状はフラットであったが、中程度（０．８％）のうねりの発生が認められた。
【００４８】
（２）シート材が、板厚Ｈ２０ｍｍで０〜５％の端伸び（中伸び）材である場合において、張力σを０．５（ｋｇｆ・ｍｍ−２）にし、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．５Ｈを満足させた本発明の実験例では、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、張力σが０．３（ｋｇｆ・ｍｍ−２）で、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．０５Ｈを満足しない比較例では、圧延後の板形状はフラットであったが、中程度（０．６％）のうねりの発生が認められた。
【００４９】
（３）シート材が、板厚Ｈ２５ｍｍで０〜５％の端伸び（中伸び）材である場合において、張力σを０．２５（ｋｇｆ・ｍｍ−２）にし、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．５Ｈを満足させた本発明の実験例では、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、張力σが０．１５（ｋｇｆ・ｍｍ−２）で、本発明で規定する上記（１）式σ≧１．５−０．０５Ｈを満足しない比較例では、圧延後の板形状はフラットであったが、軽度（０．２％）のうねりの発生が認められた。
【００５０】
（実験例２）
本発明を評価するために、前記図８に示した本発明による新知能板圧延機を用い、シート材の板厚Ｈ別にシート材の入側での板急峻度λｉ（％）を予め測定し、この板急峻度に応じてこのシート材の板形状を矯正するために、圧下による伸び率（％）を変化させた場合のシート材の圧延後のうねりの発生状況を調査した。
【００５１】
［実験条件］
ワークロールサイズ：φ５００ｍｍ×４０００ｍｍ
シート材
材質：ＳＳ４１
板厚：１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、
板幅：３０００ｍｍ
長さ：１０ ｍ
板急峻度：端伸び（中伸び）０〜１０％
圧延速度：５０ ｍ／ｍｉｎ
張力付加：ピンチ力 ０．５〜１．０ｋｇｆ／ｍｍ２
【００５２】
（１）板厚Ｈ１０ｍｍでコイル内で板急峻度が０〜１０％の端伸び（中伸び）材であるシート材の場合において、形状を直すために、上記（２）式にε≧λ／５に基づき、伸び率εをε≧λ／５を満足するように２％に設定し、この伸び率になるように圧下を制御した。このときの張力が、σ≧１．５−０．０５Ｈを満足するように、ピンチ力を入・出側１．０ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。その結果、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、比較例では伸び率εをε≧λ／５を満足しない１．０％に設定し、この伸び率になるように制御した。その結果、圧延後の板形状にうねりがないが、十分に形状を直すことができず２〜４％の形状不良が残存した。
【００５３】
（２）板厚Ｈが１５ｍｍでコイル内での板急峻度が０〜１０％の端伸び（中伸び）材であるシート材の場合において、形状を直すために、上記（２）式にε≧λ／５に基づき、伸び率εをε≧λ／５を満足するように、０．８％に設定し、この伸び率になるように、圧下率を制御した。このときの張力がσ≧１．５−０．０５Ｈを満足するように、ピンチ力を入側・出側とも０．７５ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。その結果、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、比較例では伸び率εをε≧λ／５を満足しない１．０％に設定し、この伸び率になるように圧下率を制御した。その結果、圧延後うねりはないが、１〜２．５％の形状不良が残存した。
【００５４】
（３）板厚Ｈが２０ｍｍでコイル内での板急峻度が０〜１０％の端伸び（中伸び）材であるシート材の場合において、形状を直すために、上記（２）式にε≧λ／５に基づき、伸び率εをε≧λ／５を満足するように、２％に設定し、この伸び率になるように、圧下率を制御した。このときの張力がσ≧１．５−０．０５Ｈを満足するように、ピンチ力を入側・出側とも０．５ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。その結果、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、比較例では伸び率εをε≧λ／５を満足しない１％に設定し、この伸び率になるように圧下率を制御した。その結果、圧延後の板形状はフラットであったが、０．７〜２．０％のうねりの発生が認められた。
【００５５】
（４）板厚Ｈが２５ｍｍで板急峻度が０〜５％の端伸び（中伸び）材であるシート材の場合において、形状を直すために、上記（２）式にε≧λ／５に基づき、伸び率εをε≧λ／５を満足するように２％に設定し、この伸び率になるように、圧下率を上限２．２％、下限１．８％に制御した。このときの張力がσ≧１．５−０．０５Ｈを満足するように、ピンチ力を入側・出側とも０．２５ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。その結果、圧延後の板形状はフラットであり、うねりの発生は認められず良好であった。
これに対して、比較例では伸び率εをε≧λ／５を満足しない１％に設定し、この伸び率になるように、圧下率を制御した。その結果、圧延後の板形状はフラットであったが、軽度（０．３〜１．２％）のうねりの発生が認められた。
【００５６】
（実験例３）
上記の実験例は、シート材の板急峻度がコイル内で分かっている場合についてのものであるが、シート材の板急峻度が分かっていない場合には、以下のようにして圧下率と張力を制御した。この実験例３では、圧延機の手前に配設した形状検出器を用いてシート材の板急峻度を測定し、これを直すための必要最小限の圧下率をε≧λ／５から計算し、この計算値と予め入力した上限・下限値の圧下率（板厚精度保障のため）の範囲内で前記圧下率を決めた。また、張力については、シート材の板厚からσ≧１．５−０．０５Ｈより計算して決めた。
【００５７】
この実験例３でのシート材の板厚Ｈは１０ｍｍで、形状検出器において板急峻度が０〜１０％の端伸び（中伸び）材であることが検出された。このシート材の形状を直すために必要最小限の圧下率を、上記（２）式にε≧λ／５に基づき計算し、この計算値と（板厚精度保障のため）予め入力した圧下率の上限２．５％、下限１．０％の範囲内で圧下率を計算し圧延をした。その結果、うねりがなく板形状のフラットな板を製造することができた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明では、主として板厚が５ｍｍ以上のシート状厚板を圧延対象とする場合において、新型式知能板圧延機により圧延する際に、その入側および出側でシート材に対して張力を付加して圧下することにより、圧延形状の制御性を改善し、良好な圧延形状を長時間に亘って安定確保でき、生産性の低下を伴わない板圧延が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実験で用いた新型式知能板圧延機（モデル）の構造例を示す断面説明図。
【図２】 （ａ）図は、本発明でいうシート材のうねりの急峻度を説明するための立体説明図、（ｂ）図は、本発明でいうシート材の板急峻度と端伸び状態を説明するための立体説明図、（ｃ）図は、本発明でいうシート材の中伸び状態を説明するための立体説明図。
【図３】 実験で得られたシート材の伸び率とうねりの急峻度との関係を示す説明図。
【図４】 実験で得られたシート材の伸び率と板急峻度との関係を示す説明図。
【図５】 実験で得られたシート材が厚１０ｍｍで３％端伸びの場合の前方張力と後方張力とうねりの発生との関係を示す説明図。
【図６】 実験で得られたシート材が厚１０ｍｍでフラットの場合の前方張力と後方張力とうねりの発生との関係を示す説明図。
【図７】 実験で得られたシート材が厚２０ｍｍでフラットの場合の前方張力と後方張力とうねりの発生との関係を示す説明図。
【図８】 （ａ）図は、本発明の実施例での圧延機例での新型式知能板圧延機の構造例を示す断面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の正面での部分断面説明図。
【図９】 （ａ）図は、本発明で用いる新型式知能板圧延機の構造例を示す断面説明図（ｂ）図は、（ａ）図の正面での部分断面説明図。
【図１０】 本発明で用いる新型式知能板圧延機による圧延後の板のうねり状態を示す立体説明図。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 主圧下装置
３ａ 上インナーハウジング
３ｂ 下インナーハウジング
３ｆ 架台
４、４ａ〜４ｃ 分割バックアップロール
５、５ａ〜５ｄ 分割バックアップロール
６ 荷重検出装置
７ 圧下機構
８ａ 上ワークロール
８ｂ 下ワークロール
９ 下バックアップロール
１０ 圧延材（シート材）
１０ａ 板
１０ｃ 板中央部
１０ｓ 板端部
１１ａ、１１ｂ ピンチロール（張力付加装置）
１２ 作動装置
１３、１３ａ〜１３ｃ 板形状検出器
１４ 演算装置
１５ 駆動制御装置
１６ 信号処理装置
Claims (4)
- 少なくとも上下いずれか一方において、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各々の分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置とを設け、さらに、該装置をインナーハウジング内に収めかつ該インナーハウジングの鉛直方向の位置を制御する主圧下装置を備えた板圧延機において、入側および出側に厚さ５ｍｍ以上のシート材に張力を付加する張力付加装置と、圧延機の手前にシート材の板形状を測定する板幅方向に３箇所以上測定できる形状検出器と、当該板形状測定値をうねり成分を除去した成分とうねり成分とに分けて、うねり成分を除去した成分（以下、板急峻度という）から求められる板形状を矯正するために必要な伸び率、及び、入側板厚に基づいてうねりの発生しない張力を演算する演算装置と、当該張力の演算結果に基づいて、入側及び出側の張力負荷装置を制御し、当該伸び率の演算結果に基づいて、分割バックアップロール及び主圧下装置の作動を制御する制御装置と、を配設したことを特徴とする板圧延機。
- 前記板形状検出器は、入側の張力付加装置より前記シート材の全長以上手前に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の板圧延機。
- 請求項１または請求項２に記載の板圧延機により厚さ５ｍｍ以上のシート材を圧延する際に、圧延機の手前で板幅方向に３箇所以上シート材の板形状を測定し、当該板形状測定値をうねり成分を除去した成分とうねり成分とに分けて、うねり成分を除去した成分（板急峻度）から求められる板形状を矯正するために必要な伸び率、及び、入側板厚に基づいてうねりの発生しない安定領域内の張力を演算し、当該張力の演算結果に基づいて、入側及び出側の張力負荷装置を制御し、当該伸び率の演算結果に基づいて、分割バックアップロール及び主圧下装置の作動を制御して圧延することを特徴とする板圧延方法。
- 入側板厚に基づいてうねりを発生しない張力を、
σ≧１．５−０．０５Ｈ （１）
ここで、σ：うねりの発生しない張力［ｋｇｆ・ｍｍ −２ ］
Ｈ：入側板厚 [ ｍｍ ]
とし、且つ、シート材の前記板急峻度に応じてシート材の板形状を矯正するための伸び率を、
ε≧λ／５ （２）
ここで、ε：伸び率［％］
λ：シート材の板急峻度［％］
とする関係を満足させるように設定することを特徴とする請求項３に記載の板圧延方法。
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