JP4457888B2 - 熱間圧延におけるサイジングプレスの異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延におけるサイジングプレスの異常検出方法に関する。

熱間圧延とは、金属片を数百〜千数百℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、ローラーで挟圧しつつそのローラー（以下、ロール）を回転させ、薄く延ばすことをいう。図４は、従来から多くある熱間圧延ライン１００の一例を示す。加熱炉１０により数百〜千数百℃に加熱された厚み１５０〜３００ｍｍの金属材料（以下、被圧延材）８は、粗圧延機１２、仕上圧延機１８により厚み１〜２５ｍｍまで圧延されて金属板（金属帯も含む意味とする）に薄く延ばされる。

粗圧延機１２は、図４に示す熱間圧延ライン１００の場合、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の３基であるが、必ずしも基数はこれに限らない。１基だけのものや２基のもののほか、最も一般的なのは４基のものであり、基数の多いものだと６基のものまである。
最も一般的な４基のものの場合、４基のうち一部（多くの場合１機）を往復圧延するものとし、残る圧延機が一方向圧延を行う３／４連続と呼ばれるタイプが多い。しかし、４機中３機が一方向のタイプに限らず、例えば３機中１機が一方向のタイプも含め、３／４連続という。

粗圧延機１２の上流側にサイジングプレス９を設置したものも少なくない。仕上圧延機１８を構成する各圧延機（スタンド）の数は、図４に示す熱間圧延ライン１００の場合、Ｆ１〜Ｆ７の７基であるが、６基のものもある。
これら各種基数の違いはあるが、粗圧延機１２は、往復圧延あるいは一方向圧延あるいは両者により、一般的に合計で６回あるいは７回の粗圧延を行なって、粗圧延後の被圧延材８を、それにつづく仕上圧延機１８に向け供給する。６回あるいは７回というように複数回圧延することを、６パスで圧延するとか７パスで圧延するとも言う。

仕上圧延機１８は、数百〜千数百℃の高温の被圧延材８を複数の圧延機で同時に圧延する熱間タンデム圧延機の形式をとるが、略して単に「仕上圧延機」と称されることが多い。
ところで、熱間圧延ライン１００には、仕上圧延機１８の各スタンド間を除いて、その他の圧延機（スタンド）間には図示しない多数（百以上）のテーブルローラが設置されており、被圧延材８を搬送する。

ところで、先述のように数百〜千数百℃に加熱された高温の被圧延材８には、加熱炉１０から抽出されたとき、その表裏面に酸化物の層（以下、スケール）が生成している。この他、圧延され薄く延ばされるとともに放熱により降温していく過程でも、被圧延材８は高温の状態で大気に曝されるため、新たなスケールが被圧延材８の表裏面に生成する。このため、粗圧延機１２の中の各圧延機の入側には、ポンプからの供給圧にして１０〜３０ＭＰａ内外の高圧水を被圧延材８の表裏面に吹き付けてスケールを除去するデスケーリング装置１６が設置され、スケールを除去している。

図４において、１４はクロップシャーであり、仕上圧延前に被圧延材８の先後端のクロップ（被圧延材８の先後端の、いびつな平面形状の部分）を切断除去し、仕上圧延機１８にスムーズに噛み込みやすい略矩形の平面形状に整形する。
２２は冷却ゾーンであり、仕上圧延後の被圧延材８を水冷する。２３は冷却ゾーンのテーブルローラであり、ランナウトテーブルと呼ばれる。２４はコイラーであり、冷却後の被圧延材８を巻き取る。

５０は制御装置、７０はプロセスコンピュータ、９０はビジネスコンピュータである。
１５は仕上入側温度計であり、仕上圧延前の被圧延材８の温度を測定し、仕上圧延機１８に被圧延材８が噛み込む際の、ロール間隙その他の各種の設定（セットアップ）を、プロセスコンピュータ７０内での計算により設定値の決定を行なった結果に基づいて行なうための、その計算の起動の役割と、温度データの制御装置５０とプロセスコンピュータ７０への提供の役割と、を兼ねて果たす。

２１は仕上出側温度計を示し、温度データを制御装置５０とプロセスコンピュータ７０に提供する役割を果たす。
ところで、図４に示すような熱間圧延ライン１００には、前述の通り、粗圧延機１２の上流側にサイジングプレス９が設置されている場合が少なくない。このサイジングプレス９は、図５にハウジングなどの構造物を省略して鳥瞰図的に示すごとく、座屈防止ロール１で被圧延材８を挟持しつつ、一対のサイジングプレス用金型２（以下、単に金型）を、被圧延材８幅方向に幅圧下装置３の往復動作により閉塞し離隔し、離隔した際に被圧延材８をピンチロール４にて下流側に搬送するという一連の動作を繰り返す。

また、被圧延材８は、幅圧下することによって増厚するため、特許文献１などに記載されている通り、図６に示すごとく、サイジングプレス９の出側（搬送方向に見て下流側）の下ピンチロール４は、図示しない偏心カムや油圧ジャッキなどの機構により、増厚すると予測される分の半分だけ、サイジングプレス９の入側に比べ、そのパスラインを沈ませるようにする。当該下ピンチロールのさらに下流側の何本かのテーブルローラ５も、ともに沈ませるようにするのが好ましい。

先にも述べた通り、サイジングプレス９は、図７（ａ）に上方から見た平面図的に示すごとく、一対の金型を被圧延材幅方向に閉塞し離隔し、離隔した際に金型に対し被圧延材を相対的に下流側に搬送するという一連の動作を繰り返して被圧延材全長を幅圧下する設備であるが、特許文献２には、図７（ｂ）のごとく、途中で搬送方向を上流側に変えて逆送しながら幅圧下する場合についても言及している。

特許文献３には、幅圧下した際に被圧延材が座屈するのを防止するため、図５、６、８に示すような座屈防止ロール１を設置することを提案している。ちなみに図８は座屈防止ロール１を被圧延材８の搬送方向に２つ並べて設置した例を鳥瞰図的に示したものである。
さて、ここで少し話は変わるが、ステンレス鋼を熱間圧延すると特に発生しやすい疵の一つとして、エッジシームと呼ばれる疵がある。このエッジシーム疵は、図９に示すごとく、圧延がすすむにつれ、被圧延材８のコーナー部側面が圧縮されて（ａ）や（ｂ）に示されるようなしわになり、さらにそれらのしわが、圧延がすすむにつれ、被圧延材８の表面に回り込んでくることによって発生する。

エッジシーム疵の発生を抑制するため、例えば、特許文献４のように、図１０に示すごとく、サイジングプレス９の金型２を凸状にする方法などが提案されているが、これは凸状の金型（以下、凸金型）２で被圧延材８を凹形状に成形することにより、図１１に示すごとく、被圧延材８のコーナー部側面が圧縮されてできる（ａ）や（ｂ）のようなしわが、圧延がすすむにつれ、被圧延材８の表面に回り込んでくるのを抑制しようとするものである。

特許文献５には、図１２に示すごとく、金型２を、被圧延材８のコーナー部（稜線部）を圧下するカリバ形状のものと、被圧延材側面を凹形状に成形するカリバ形状（凸金型）のものとの２種類以上積層配置し、これらを被圧延材８の種別（材質）に応じて使い分ける方法が記載されている。図１２（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図であるが、被圧延材８の種別（材質）に応じて使い分けるには、（ｃ）中上下に引いた矢印に示すごとく、積層配置した各金型２１〜２４を上下にシフトして適正位置で停止させ、被圧延材の種別（材質）に応じて別な金型を使って、被圧延材８に幅圧下を施すようにする。

ちなみに、エッジシーム疵は、ステンレス鋼のみならず、炭素含有量が０．０１ｍａｓｓ％未満の極低炭素鋼などにも発生することがある。
特開昭６３−２４２４１０号公報 特公平０３−０３０４４１号公報 特公平０４−０６２８０３号公報 特許第２５８６７６９号公報 特許第２７３０８４５号公報 特開２００２−１３７００１号公報

このように、エッジシーム疵の低減を目的に開発された凸金型２であるが、一方で問題点もあった。凸金型２で被圧延材の幅圧下を施すと、特に幅圧下量が１００ｍｍを超えるような大きな場合に、被圧延材８がねじれる現象が起こることである。
被圧延材８にサイジングプレス９で幅圧下を施す場合、被圧延材８の先端から長さ方向中間部にかけては、先述の座屈防止ロール１による被圧延材８上下部からの支持により、ねじれの発生を相当程度抑制することができる。しかし、被圧延材８の尾端部分においては、被圧延材８上下部からの座屈防止ロール１による支持がなくなるため、もしも、例えば、スケールなどの堆積などにより、被圧延材８を側面から幅圧下する一対の金型２が、先述のシフト動作の結果、うまく適正位置で停止しないというような事態に陥ると、図１３に示すごとく、左右の金型２が同じ高さにない状態で被圧延材８を幅圧下する結果、被圧延材８がねじれてしまうことになる。

金型が上下にシフトする場合に限らず、左右の金型の加工技術が未熟で、左右の金型の高さ方向（被圧延材厚さ方向）の中心位置が同じでなかったり、金型をセッティングするのにそれを支える側にあたる図示しないサポート部材が、接触部位にて経年的に磨耗し、その磨耗の程度が左右で同じでない、などの場合にも、同様に被圧延材８がねじれてしまうことが考えられる。

図１４に（Ｉ）金型の高さ方向（被圧延材厚さ方向）の中心位置が左右でずれていた場合に被圧延材がねじれてしまう異常の様子を示す。
図１５には、別の原因により発生する被圧延材８のねじれについて示す。先述のような、サイジングプレス９の出側（搬送方向にみて下流側）の下ピンチロール４のパスラインを沈ませる機構が故障したような場合、図１５（イ）に示すごとく、被圧延材８はサイジングプレス９の出側にてどんどん上反りする。被圧延材８の尾端がサイジングプレス９の出側（搬送方向にみて下流側）のピンチロール４を抜けると、図１５（ロ）に示すごとく、お辞儀してしまい、先端も尾端もテーブルローラ５から浮き上がった状態で、被圧延材８はその上に載った状態になる。その状態で、特許文献２に示されるように、図１５（ハ）に示すごとく、搬送方向を上流側に変えて逆送しながら幅圧下が行われると、被圧延材８の厚さ方向下部を幅圧下することになり、そうなると、被圧延材８は座屈してしまう。この座屈も便宜上、被圧延材８のねじれ、と称することにする。

図１６に（ＩＩ）下ピンチロール４のパスラインを沈ませる機構の故障により、被圧延材８が上反りしてピンチロール４を抜けた際に被圧延材８がお辞儀し、逆送しながら幅圧下が行われると被圧延材がねじれてしまう異常の様子を示す。
被圧延材にねじれが発生すると、ねじれた部分で局部的に被圧延材の幅が広くなり、幅不良が発生する。また、凸金型の使用により本来抑制するべき対象であるエッジシーム疵も、金型の高さ方向（被圧延材厚さ方向）の中心位置がずれることにより、表裏いずれかの面で従来より大きくなる問題が起こる。
特許文献６のように凸形状金型の出側平行部にカリバを設けるなどして被圧延材が自励的に金型の高さ方向（被圧延材厚さ方向）中心に戻ろうとする作用を期待するなどの対策をとっても、問題は解消するには至っていない。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、熱間圧延中、サイジングプレスで被圧延材に幅圧下を施した際、被圧延材に残った、サイジングプレス用金型跡である凸金型跡の、該被圧延材厚さ方向位置にて、サイジングプレスの異常検出を行うようにする熱間圧延におけるサイジングプレスの異常検出方法であって、
前記サイジングプレスの出側において、前記被圧延材の側面をＣＣＤカメラによって撮像し、
撮像された画像において、前記被圧延材の厚さ方向に変化する輝度から、前記被圧延材の厚さ方向上から順に、ポイント（ｉ）被圧延材の上端、ポイント（ｉｉ）凸金型跡の凸部相当部Ｅと凸部の上側側部相当部Ｃとの境界、ポイント（ｉｉｉ）凸金型跡の凸部相当部Ｅと凸部の下側側部相当部Ｄとの境界、及びポイント（ｉｖ）被圧延材の下端を求め、
前記ポイント（ｉ）と前記ポイント（ｉｉ）との間隔である凸部の上側側部相当部Ｃの被圧延材の厚さ方向寸法ｃ、及び前記ポイント（ｉｉｉ）と前記ポイント（ｉｖ）との間隔である凸部の下側側部相当部Ｄの被圧延材の厚さ方向寸法ｄを算出し、
前記凸部の上側側部相当部Ｃの被圧延材の厚さ方向寸法ｃと前記凸部の下側側部相当部Ｄの被圧延材の厚さ方向寸法ｄとの差の絶対値|ｃ−ｄ|が、特定の値αを境に、下記（１）式を満たすなら、サイジングプレスは正常であると判定し、下記（２）式を満たすなら、サイジングプレスは異常であると判定することを特徴とする熱間圧延におけるサイジングプレスの異常検出方法である。
|ｃ−ｄ|＜α ・・・（１）
|ｃ−ｄ|≧α ・・・（２）

本発明によれば、熱間圧延中、サイジングプレスで被圧延材に幅圧下を施した際、被圧延材にねじれが発生した場合に、すみやかにそれを検出することができるようになるため、被圧延材の幅不良、エッジシーム疵などの品質上の不具合発生を抑制することができる。

図１に示すごとく、熱間圧延ライン１００にて、サイジングプレス９の出側（下流側）の被圧延材搬送用のテーブルローラ５の両脇あるいは片側の脇に、被圧延材８の側面を監視するＣＣＤカメラ６を設置する。このＣＣＤカメラ６から、被圧延材８の側面の画像を、図示しない画像処理装置に伝送し、画像処理装置の方では、被圧延材８の厚さ方向、長さ方向の２次元の画像情報を入力して、以下に述べるように処理する。画像処理装置の機能は、先述図４中に登場した制御装置５０やプロセスコンピュータ７０などで代替しても良い。

例えば、被圧延材８が凸金型により幅圧下されたような場合、被圧延材８の側面中央域に凹みができる。この時、被圧延材８は、殆どの場合１０００℃以上の高温であり、赤みを帯びた色で自発光しているが、凸金型で幅圧下された部分は、図２（ａ）に示すごとく、白黒の画像に直してみても、被圧延材８の輝度が、その厚さ方向に変化する結果、凸金型跡の凸部相当部Ｅと凸部の側部相当部Ｃ，Ｄの境界がはっきりわかる。ちなみに図２（ａ）は、図１（ａ）中のＣＣＤカメラ６で捉えた画像である。

ここで、サイジングプレス出側（下流側）の被圧延材搬送用のテーブルローラの両脇に設置したＣＣＤカメラ６のうち、その片側で捉えた画像中、被圧延材８の長さ方向のある位置の画像セルを、被圧延材８の厚さ方向に連ねてみた場合、被圧延材８の厚さ方向に輝度が変化するため、それがあるしきい値を挟んで下から上または上から下に横切るポイントを捉えると、それらは、被圧延材８の厚さ方向上から順に、（ｉ）被圧延材８の上端、（ｉｉ）凸金型跡の凸部相当部Ｅと凸部の側部相当部Ｃとの境界、（ｉｉｉ）凸金型跡の凸部相当部Ｅと凸部の側部相当部Ｄとの境界、（ｉｖ）被圧延材８の下端、の順になる。

これらの各ポイントを「サイジングプレス用金型跡の、被圧延材厚さ方向位置」と称することにすると、ポイント（ｉ）と（ｉｉ）の被圧延材８厚さ方向位置から両者の間隔すなわち凸部の側部相当部Ｃの被圧延材８厚さ方向寸法ｃ、ポイント（ｉｉｉ）と（ｉｖ）の被圧延材８厚さ方向位置から両者の間隔すなわち凸部の側部相当部Ｄの被圧延材８厚さ方向寸法ｄ、がそれぞれわかるから、両者の差の絶対値｜ｃ−ｄ｜が、ある一定の値αを境に、
｜ｃ−ｄ｜＜α ・・・（１）
を満たすなら、サイジングプレスは正常であると判定し、
｜ｃ−ｄ｜≧α ・・・（２）
を満たすなら、サイジングプレスは異常であると判定するようにする。

また、図１（ａ）中の下側のＣＣＤカメラ６で捉えた画像でだけ、あるいは上側のＣＣＤカメラ６で捉えた画像でだけ上記（２）のように異常と判定されるか、それとも、下側のＣＣＤカメラ６で捉えた画像でだけでなく、上側のＣＣＤカメラ６で捉えた画像でも上記（２）のように異常と判定されるか、により、異常の種類が前述の（Ｉ）と（ＩＩ）のどちらのタイプか判定することもできる。前者の場合は（Ｉ）、後者の場合は（ＩＩ）と判定できる。
このような異常検出方法により、異常であると判定した場合は、ブザーなどで、異常であることを、オペレータ（操作者）に知らせるようにするのが良い。

以上の通りであるが、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、以上述べたものと異なる各種の実施の形態をとることができる。

例えば、サイジングプレス９の異常の種類は前述の（Ｉ）と（ＩＩ）のいずれかのタイプのものに限るものではなく、サイジングプレス用金型跡である凸金型跡が、被圧延材厚さ方向に輝度変化するような異常であればいかなる種類の異常でも本発明の方法により検出することができる。

あるいは、自動であれ、オペレータによる観察であれ、被圧延材の両脇を観察せずとも、片側を観察するだけでも、とにかく異常が起こっていることはわかるであろう。
そして、本発明は、図３（ａ）に示すごとく、一対の金型を被圧延材幅方向に閉塞し、離隔し、離隔した際に被圧延材をピンチロールで挟んで回転させることで下流側に搬送する、という一連の動作を繰り返すことで被圧延材全長を幅圧下する、ゴーストップと呼ばれるタイプのサイジングプレスのほか、図３（ｂ）に示すごとく、金型を閉塞させることで被圧延材を幅圧下しつつ金型を被圧延材搬送方向下流側にも移動させることで被圧延材の搬送をも兼ねて行い、金型が離隔した際に金型を被圧延材搬送方向上流側に戻すように移動させる、フライングサイジングプレスと呼ばれるタイプのサイジングプレスにも適用可能であることは言うまでもない。
最後に、本発明にいう、サイジングプレスの異常とは、設備としてのサイジングプレスの異常とする。

本発明の実施例を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 サイジングプレスのタイプの違いを説明するための図である。 熱間圧延ラインの全体図である。 サイジングプレス動作に伴う被圧延材のねじれの発生についてハウジングなどの構造物を省略して鳥瞰図的に示す図である。 サイジングプレスの側面図である。 サイジングプレスによる幅圧下と被圧延材の搬送のしかたについて説明するための図である。 座屈防止ロールを被圧延材の搬送方向に２つ並べて設置した例を鳥瞰図的に示す図である。 エッジシーム疵が発生するメカニズムについて説明するための図である。 凸金型による被圧延材の幅圧下の様子を示す図である。 凸金型を使用した場合にエッジシーム疵の発生が抑制されるメカニズムについて説明するための図である。 複数対の金型を積層配置した様子を示す図である。 左右の金型２が同じ高さにない状態で被圧延材８を幅圧下する様子を示す図である。 （Ｉ）金型の高さ方向（被圧延材厚さ方向）の中心位置が左右でずれていた場合に被圧延材がねじれてしまう異常の様子を示す図である。 被圧延材にねじれが発生する別の原因について示す図である。 （ＩＩ）下ピンチロール４のパスラインを沈ませる機構の故障により、被圧延材８が上反りしてピンチロール４を抜けた際にお辞儀し、逆送しながら幅圧下が行われると被圧延材がねじれてしまう異常の様子を示す図である。

符号の説明

１ 座屈防止ロール
２ サイジングプレス金型
３ 幅圧下装置
４ ピンチロール
５ テーブルローラ
６ ＣＣＤカメラ
８ 金属材料（被圧延材）
９ サイジングプレス
１０ 加熱炉
１２、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 粗圧延機
１４ クロップシャー
１５ 仕上入側温度計
１６ デスケーリング装置
１８、Ｆ１、Ｆ２、・・・、Ｆ７ 仕上圧延機
１９ ワークロール
２１ 仕上出側温度計
２２ 冷却ゾーン
２４ コイラー
５０ 制御装置
７０ プロセスコンピュータ
９０ ビジネスコンピュータ
１００ 熱間圧延ライン
Ａ 搬送方向
Ｒ 逆送方向

Claims (1)

1. 熱間圧延中、サイジングプレスで被圧延材に幅圧下を施した際、被圧延材に残った、サイジングプレス用金型跡である凸金型跡の、該被圧延材厚さ方向位置にて、サイジングプレスの異常検出を行うようにする熱間圧延におけるサイジングプレスの異常検出方法であって、
   前記サイジングプレスの出側において、前記被圧延材の側面をＣＣＤカメラによって撮像し、
   撮像された画像において、前記被圧延材の厚さ方向に変化する輝度から、前記被圧延材の厚さ方向上から順に、ポイント（ｉ）被圧延材の上端、ポイント（ｉｉ）凸金型跡の凸部相当部Ｅと凸部の上側側部相当部Ｃとの境界、ポイント（ｉｉｉ）凸金型跡の凸部相当部Ｅと凸部の下側側部相当部Ｄとの境界、及びポイント（ｉｖ）被圧延材の下端を求め、
   前記ポイント（ｉ）と前記ポイント（ｉｉ）との間隔である凸部の上側側部相当部Ｃの被圧延材の厚さ方向寸法ｃ、及び前記ポイント（ｉｉｉ）と前記ポイント（ｉｖ）との間隔である凸部の下側側部相当部Ｄの被圧延材の厚さ方向寸法ｄを算出し、
   前記凸部の上側側部相当部Ｃの被圧延材の厚さ方向寸法ｃと前記凸部の下側側部相当部Ｄの被圧延材の厚さ方向寸法ｄとの差の絶対値|ｃ−ｄ|が、特定の値αを境に、下記（１）式を満たすなら、サイジングプレスは正常であると判定し、下記（２）式を満たすなら、サイジングプレスは異常であると判定することを特徴とする熱間圧延におけるサイジングプレスの異常検出方法。
   |ｃ−ｄ|＜α ・・・（１）
   |ｃ−ｄ|≧α ・・・（２）

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