JP4796483B2 - 冷間圧延における板厚・平坦度制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、板材の冷間圧延時に、張力と圧下量の両方を制御することによって、板厚精度を確保しつつ、板材長手方向の平坦度を改善する板厚・平坦度制御方法に関する。

単スタンド圧延機または連続スタンド（タンデム）圧延機を使用した冷間圧延では、走間時等の圧延速度の加速または減速時には、ワークロールと被圧延材間の潤滑油膜厚の変化等によって摩擦係数が変化しやすく、定常圧延速度域と比較して圧延荷重の変動が生じ、この荷重変動によってミル伸び量が変化することにより、形状（平坦度）不良や板厚変動が発生することが知られている。単スタンド圧延機、連続スタンド（タンデム）圧延機のいずれの場合でも、圧延速度は圧延開始時には低く、その後所定の高速の定常圧延速度まで上昇し、圧延終了直前に低下する。この冷間圧延中（冷間圧延過程）のワークロールと被圧延材間の摩擦係数は圧延速度と反比例し、圧延速度の低い圧延開始時には高く、その後の高速圧延中は低く、圧延終了直前にまた高くなる。このように、圧延開始時および圧延終了時に摩擦係数が高くなって被圧延材のこれらの非定常域では圧延荷重が上昇するため、通常、定常圧延速度域に比べて、張力を上昇させることによって、圧延荷重の上昇を抑制するように制御される。

一方、圧延開始時および圧延終了時直前の低速圧延域で、圧下量を変更することにより板厚を所定の寸法に制御する方法が知られているが、この制御方法では、圧延荷重が変化し、それによってミル伸び量が変化するため、圧延材の長手方向の平坦度不良という問題が発生する。前記圧延速度の加速および減速に伴う圧延材の形状（平坦度）不良および、板厚不良の問題に対して、板厚精度を保ち、かつ圧延材長手方向の平坦度を精度よく制御するためには、圧延荷重を一定にしてミル伸び量が変化しないように制御する必要がある。

従来、例えば、特許文献１では、単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機を用いた圧延で、圧延荷重が所定の範囲内に収まるような機能を有する自動板厚制御装置が開示されている。この自動板厚制御装置では、圧延力検出手段により検出された圧延荷重が設定した判定値（Ｐ０）よりも大きい場合には圧下量（ロールギャップ）を調整する制御を停止して張力制御を行ない、前記圧延荷重が判定値（Ｐ０）よりも小さくなったときに張力制御を停止して圧下量を調整する制御を行なう制御手段を備えている。
特開平６−３０４６３３号公報

しかし、特許文献１に開示された自動板厚制御装置では、圧下量制御と張力制御のいずれか一方を用いて圧延荷重が圧延機の許容値を超えないようにして板厚精度を確保する制御方法を用いており、圧延荷重を一定に制御するものではなく、また、圧延材の長手方向の形状制御については何も記載されていない。

そこで、この発明の課題は、圧延開始時および圧延終了時直前の低速圧延域での圧延材の形状（平坦度）不良および、板厚不良の問題を解消するために、圧延荷重を一定に制御して、板厚精度を保ち、かつ圧延材長手方向の平坦度を改善する冷間圧延における板厚・平坦度制御方法を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

すなわち、請求項１に係る冷間圧延における板厚・平坦度制御方法は、単スタンド圧延機または連続スタンド（タンデム）圧延機を使用した板材の冷間圧延における板厚・平坦度制御方法であって、前記単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機の最終圧延スタンドでの圧延荷重Ｐおよび出側の板厚ｈを同一タイミングで計測して、目標圧延荷重Ｐａからの圧延荷重偏差ΔＰと、目標板厚ｈａからの板厚偏差Δｈとを算出し、圧延荷重Ｐおよび板厚ｈを一定に制御するために、以下の（１）式および（２）式を用いて、前記単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機の最終圧延スタンドでの圧下制御量ΔＳおよび張力制御量Δσを求め、前記単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機の最終スタンドにおいて、前記圧下制御量ΔＳを用いた圧下制御と、前記張力制御量Δσを用いたロール周速制御とを同時に行うようにしたことを特徴とする。
ΔＳ＝Δｈ−ΔＰ／Ｍ------------------------------------------（１）
Δσ＝（ΔＰ＋Ｋ１×Δｈ）／（−Ｋ２）-------------------------（２）
ここで、Ｋ１、Ｋ２：被圧延材の塑性定数、Ｍ：圧延機のミル剛性係数、である。

板圧延における圧延機出側での板厚偏差Δｈは、一般に、下記のゲージメータ式（３）で表される。
Δｈ＝ΔＰ／Ｍ＋ΔＳ ----------------（３）
また、上記圧延荷重偏差ΔＰは、圧延機の入側と出側の板厚および張力、すなわち板厚変動量Δｈおよび張力変動量Δσによって決まるため、これらの変動量ΔｈおよびΔσを用いて以下の（４）式で与えられる。
ΔＰ＝-Ｋ１×Δｈ-Ｋ２×Δσ --------（４）
ここで、塑性定数Ｋ１は、板厚ｈが変化したときの圧延荷重Ｐと圧延後の板厚ｈとの関係を示す影響係数に相当し、塑性定数Ｋ２は、張力が変更され（変動した）たときの圧延荷重の変化を示す影響係数に相当する。これらの塑性定数Ｋ１、Ｋ２は被圧延材固有の値となり、被圧延材の特性と圧延荷重Ｐとの関係を示すものである。上記（４）式に（３）式のΔｈを代入することにより、（５）式のように、圧延荷重偏差ΔＰは、張力変動量Δσと圧下制御量ΔＳ（圧下位置）によって制御できることがわかる。
ΔＰ＝Ｐ-Ｐａ＝-(Ｋ１×Ｍ)/(Ｋ１＋Ｍ)×ΔＳ-
(Ｋ２×Ｍ/(Ｋ１＋Ｍ))×Δσ----------（５）
また、上記（３）式の荷重偏差ΔＰに、（４）式を代入することにより、（６）式のように、板厚偏差Δｈも張力変動量Δσと圧下制御量ΔＳ（圧下位置）によって制御できることがわかる。
Δｈ＝(Ｍ／(Ｋ１＋Ｍ))×ΔＳ−(Ｋ２／(Ｋ１＋Ｍ))×Δσ --------（６）

このように、単スタンド圧延機の出側または連続スタンド圧延機の最終圧延スタンド出側の圧延荷重および板厚を同じタイミングで計測して圧延荷重偏差ΔＰおよび板厚偏差Δｈを算出し、上記の（１）式および（２）式にこれらの圧延荷重偏差ΔＰおよび板厚偏差Δｈをそれぞれ代入して圧下制御量（ロール隙制御量）ΔＳ（圧下位置）および張力制御量（張力変動量）Δσを求め、圧下制御と張力制御とを同時に行なうようにすれば、前記単スタンド圧延機または前記最終圧延スタンドでの圧延荷重を一定の値（プリセット値）にしてミル伸び量も一定にすることができ、板厚精度を保ちつつ、圧延材の長手方向の板厚変動を抑制して平坦度を精度よく制御することが可能となる。

この発明では、汎用の圧延式から、圧延荷重偏差ΔＰおよび板厚偏差Δｈを用いて、単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機の最終圧延スタンドでの圧下制御量ΔＳおよび張力制御量Δσを算出する式を導き、圧延荷重偏差および出側板厚偏差の実測値に基づいて、前記の算出式を用いて圧下制御量ΔＳおよび張力制御量Δσのバランスを保つようにこれらの制御量ΔＳおよびΔσを算出し、単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機の最終圧延スタンドにおいて、前記得られた圧下制御量ΔＳを用いて板厚をロールギャップで制御する圧下制御と、前記得られた張力制御量Δσを用いて張力をロール速度で制御するロール周速制御（張力制御）とを同時に行なうようにしたので、上述のように、板厚精度を保ちつつ、圧延材の長手方向の板厚変動を抑制して平坦度を精度よく制御することが可能となる。

以下に、この発明の実施形態を、添付の図１および図２に基づいて説明する。

図１は、通常５台（ｎ＝５）程度の圧延機をタンデム配置した連続スタンド圧延機の中の２台の圧延機、すなわち最終1台前の第（ｎ―１）圧延機、最終の第ｎ圧延機（ｎ：圧延機台数）について示したものである。連続スタンド圧延機の入側および出側には、後述の単スタンド圧延機の場合と同様に、テンションリール（図示省略）が配置され、入側のテンションリールから被圧延材（板材）４を巻き解し、出側のテンションリールで被圧延材４を巻き取りながら、被圧延材４が連続スタンド圧延機で順次圧延される。最終の第ｎ圧延機の出側には、板厚偏差検出用の板厚計測器１が設置されている。また、第ｎ圧延機にはロードセルなどの圧延荷重計測手段２が取り付けられ、上下のワークロール３ａ、３ｂに作用する圧延荷重を計測できるようになっている。前記圧下制御および張力制御を行なう対象となる最終の第ｎ圧延機では、被圧延材４が第ｎ圧延機により圧延されて、その出側に設置された板厚計測器１により出側板厚ｈ１が、また、圧延荷重計測手段２により、圧延荷重Ｐがそれぞれ同じタイミングで計測される。次に、圧延パススケジュール、被圧延材４の変形抵抗、ワークロール３ａ、３ｂと被圧延材４間の摩擦係数、圧延荷重式（例えば、Hillの式など）等に基づいて予め算出した第ｎ圧延機における目標出側板厚ｈａおよび目標圧延荷重Ｐａからの圧延荷重偏差ΔＰ（＝Ｐ−Ｐａ）、出側板厚偏差Δｈ（＝ｈ１−ｈａ）を求め、このΔＰおよびΔｈを、前記の（１）式および（２）式に代入して、圧下（ロール隙）制御量ΔＳ（ｎ）および張力制御量Δσ（ｎ）を算出する。そして、この圧下制御量ΔＳ（ｎ）に基づいた第ｎ圧延機の圧下制御と、張力制御量Δσ（ｎ）に基づいた第ｎ圧延機のロール回転数の制御を同時に行なう。

前記張力制御量Δσに基づいた第ｎ圧延機のロール回転数の調整は以下のように行なうことができる。一般に、圧延機出側の張力変動とロール周速変動との関係は、以下の（７）式で表される。
Δσｆ＝（Ｅ／Ｌ）×∫(ΔＶin(i+1)-ΔＶout(i))ｄｔ------------（７）
ここで、Δσｆ：圧延機出側張力変動、ΔＶin(i+1)：第(i+1)圧延機のロール周速変動、ΔＶout(i)：第ｉ圧延機のロール周速変動、Ｅ：ヤング率、Ｌ：圧延機間の距離、であり、積分記号∫は、ロール間隙通過時間における定積分を表す。圧延機出側張力変動Δσｆは、前記の第ｎ圧延機の張力制御量Δσ（ｎ）に相当し、ΔＶin(i+1)は第ｎ圧延機出側のテンションリールの巻取り速度変動に、ΔＶout(i)は第ｎ圧延機のロール周速変動にそれぞれ相当する。テンションリールの巻取り速度を一定に保つと、ΔＶin(i+1)＝０であるので、（７）式は、
Δσｆ＝（Ｅ／Ｌ）×∫（-ΔＶout(i)）ｄｔ --------------------（７ａ）
となる。（７ａ）式から、張力制御量Δσ（ｎ）に対応する第ｎ圧延機のロール周速（ロール回転数）制御量を求めることができる。

このようにして、圧下制御とロール回転数制御を同時に行なうことにより、第ｎ圧延機での圧延荷重Ｐを一定にしてミル伸び量も一定にすることができ、最終の第ｎ圧延機出側の板厚精度を保ちつつ、第ｎ圧延機出側の被圧延材４の長手方向の板厚変動を抑制することができる。前記圧下制御量ΔＳ（ｎ）および張力制御量Δσ（ｎ）は、被圧延材４が第ｎ圧延機で圧延されている間に逐次算出され、その算出結果に基づいて、前記第ｎ圧延機の圧下制御およびロール回転数制御が逐次行なわれる。

図２は、単スタンド圧延機であるリバース圧延機の一例を示したものである。
単スタンドの、一例として６段の圧延機５の両側にテンションリールＡおよびテンションリールＢが配置され、一方のテンションリールＡから被圧延材（板材）４を巻き解し、他方のテンションリールＢで被圧延材４を巻き取りながら、被圧延材４が一方向に圧延される。被圧延材４をテンションリールＢで巻き取り後、このテンションリールＢから被圧延材４を巻き解して、テンションリールＡで巻き取りながら圧延機５で板材を逆方向に圧延してテンションリールＡに巻き取られ、これらの正逆方向の圧延工程が繰り返される。この実施形態では、圧延機５は、被圧延材４を直接圧下するワークロール３ａ、３ｂと、このワークロール３ａ、３ｂを支持する中間ロール３ｃ、３ｄおよびバックアップロール３ｅ、３ｆからなる６段式圧延機である。圧延機５のテンションリールＡ側およびテンションリールＢ側には、図２に示したように、前記正逆方向の圧延工程での、圧延機出側の板厚偏差検出用の板厚計測器１ａ、１ｂがそれぞれ設置されている。また、圧延機５にはロードセルなどの圧延荷重検出手段２が取り付けられ、上下のワークロール３ａ、３ｂに作用する圧延荷重Ｐを計測できるようになっている。

前記テンションリールＡからテンションリールＢへの順方向の圧延の場合について、圧延機５の出側の板厚計測器１ｂにより、出側板厚ｈ１が、また、圧延荷重計測手段２により、圧延荷重Ｐがそれぞれ計測される。次に、前記の連続スタンド（タンデム）圧延機の場合と同様に、リバース圧延工程での圧延パススケジュール、被圧延材４の変形抵抗、ワークロール３ａ、３ｂと被圧延材４間の摩擦係数等に基づいて予め算出した（リバース圧延での）目標出側板厚ｈａと目標圧延荷重Ｐａからの圧延荷重偏差ΔＰ（＝Ｐ−Ｐａ）、出側板厚偏差Δｈ（＝ｈ１−ｈａ）を求め、このΔＰおよびΔｈを、前記の（１）式および（２）式に代入して、圧下（ロール隙）制御量ΔＳおよび張力制御量Δσを算出する。そして、上述の連続スタンド圧延機の場合と同様に、この圧下制御量ΔＳに基づいた圧下制御と、張力制御量Δσに基づいた圧延機５のロール回転数の制御を同時に行なう。このようにして、単スタンド圧延機の場合でも圧延荷重Ｐを一定にしてミル伸び量も一定にすることができ、板厚精度を保ちつつ、被圧延材４の長手方向の板厚変動を抑制することができる。前記圧下制御量ΔＳおよび張力制御量Δσは、被圧延材４が圧延機５で圧延されている間に逐次算出され、その算出結果に基づいて、前記圧下制御および張力制御が逐次行なわれる。テンションリールＢからテンションリールＡへの逆方向の圧延の場合についても、圧延機５の出側の板厚計測器１ａにより、出側板厚ｈ１が、また、圧延荷重計測手段２により、圧延荷重Ｐがそれぞれ同じタミングで計測されて、上記順方向圧延の場合と同様に、圧下制御量ΔＳおよび張力制御量Δσを逐次算出して、圧下制御および張力制御を同時に行なうことができる。

実施形態の連続スタンド（タンデム）圧延機での板厚・平坦度制御を概念的に示す説明図である。 実施形態の単スタンド圧延機での板厚・平坦度制御を概念的に示す説明図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ：板厚計測器 ２：圧延荷重計測手段
３ａ、３ｂ：ワークロール ３ｃ、３ｄ：中間ロール
３ｅ、３ｆ：バックアップロール ４：被圧延材 ５：圧延機
６：支持ロール Ａ、Ｂ：テンションリール

Claims (1)

1. 単スタンド圧延機または連続スタンド（タンデム）圧延機を使用した板材の冷間圧延における板厚・平坦度制御方法であって、前記単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機の最終圧延スタンドでの圧延荷重Ｐおよび出側の板厚ｈを同一タイミングで計測して、目標圧延荷重Ｐａからの圧延荷重偏差ΔＰと、目標板厚ｈａからの板厚偏差Δｈとを算出し、圧延荷重Ｐおよび板厚ｈを一定に制御するために、以下の（１）式および（２）式を用いて、前記単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機の最終圧延スタンドでの圧下制御量ΔＳおよび張力制御量Δσを求め、前記単スタンド圧延機または連続スタンド圧延機の最終スタンドにおいて、前記圧下制御量ΔＳを用いた圧下制御と、前記張力制御量Δσを用いたロール周速制御とを同時に行うようにしたことを特徴とする冷間圧延における板厚・平坦度制御方法。
   ΔＳ＝Δｈ−ΔＰ／Ｍ------------------------------------------（１）
   Δσ＝（ΔＰ＋Ｋ１×Δｈ）／（−Ｋ２）-------------------------（２）
   ここで、Ｋ１、Ｋ２：被圧延材の塑性定数、Ｍ：圧延機のミル剛性係数、である。

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