JP4813014B2

JP4813014B2 - 冷間タンデム圧延機の形状制御方法

Info

Publication number: JP4813014B2
Application number: JP2003404870A
Authority: JP
Inventors: 亮紀平岩; 聡野内; 智治木谷
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: JP2005161373A

Description

本発明は、複数の圧延スタンドがタンデム配列された圧延機で冷間圧延する際の形状制御方法に関する。

複数の圧延スタンドがタンデム配列された圧延機で冷間圧延する際の形状制御方法としては、最終圧延スタンドの出側に配置した形状検出器の測定値に基づいて、最終圧延スタンドの形状アクチュエータをコンロールする方法が一般的である。
材質や寸法が異なった、すなわち製造種類が互いに異なった被圧延材を溶接して接合し、連続的に冷間圧延する際にも、基本的には、最終圧延スタンドの形状アクチュエータをコンロールしている。
例えば、特許文献１では、被圧延材の種類の変更点が最終圧延スタンドを通過する時期の前後における張力低下時から張力上昇時までの期間内に、最終圧延スタンドのセットアップ制御を複数種類行うことが提案されている。

また、特許文献２では、複数の圧延スタンドがタンデムに配列された冷間圧延機で連続して冷間圧延する際、圧延荷重変化量を変数として板端から距離が異なる複数箇所の板幅中央に対する伸び率差変化量を表す数式モデルを予め作成しておき、製造種類の変更点が最終圧延スタンドを通過する時期の前後における圧延速度減速域から圧延速度増速域までの期間内に、圧延荷重変化量の予測値を数式モデルに代入して伸び率差変化量が目標値に一致するようにワークロールベンダー及び／又は中間ロールベンダーの制御量を設定又は補正しようとする方法が提案されている。

さらに、特許文献３では、複数の圧延スタンドがタンデムに配列された冷間圧延機で連続的に冷間圧延する際、圧延荷重変化量を変数として板端から距離が異なる複数箇所の板幅中央に対する伸び率差変化量を表す第１数式モデル及び張力の変化量を変数として伸び率差の変化量を表す第２数式モデルを予め作成しておき、製造種類の変更点が最終圧延スタンドを通過する時期の前後における圧延速度減速域から圧延速度増速域までの期間内に圧延荷重変化量の予測値を第１数式モデルに代入して伸び率差変化量が目標値に一致するようにワークロールベンダー及び／又は中間ロールベンダーの制御量を設定又は補正し、最終スタンドの張力変更時に張力変化量を第２数式モデルに代入して伸び率差の変化量が目標値に一致するようにワークロールベンダー及び／又は中間ロールベンダーの制御量を設定する方法が提案されている。

特許第２７５２５８９号公報特開２００１−２６９７０６号公報特開２００２−２８２９１８号公報

上記した従来の形状制御技術は、特許文献１，２，３で代表されるように、冷間タンデム圧延機における最終圧延スタンドの出側形状をコントロールすることを目的に開発されたものであり、最終圧延スタンドの形状アクチュエータ、特にロールベンダーをコントロールして常時形状制御を行っている。また、常時制御による形状コントロールを行わないまでも、オペレータが目視監視した結果に基づいて最終圧延スタンドの形状アクチュエータを操作している場合もある。
このように、冷間タンデム圧延機では、最終圧延スタンドの形状は常時、形状制御などでコントロールすることが一般的であるが、前段の圧延スタンドにおいてはこのような形状制御は通常行われていない。

冷間タンデム圧延機における前段スタンドでの形状を確保する手段としては、被圧延材のＴＯＰ部にて、その圧延材の鋼種，板厚，板幅等の条件により層別されたセットアップテーブルから形状アクチュエータの値を設定するプリセット方式等が行われている。また、このような自動セットアップ機能を備えていない圧延機等では、被圧延材のＴＯＰ部でオペレータが設定値となるようにアクチュエータの操作を行っている。
このように、前段スタンドでの形状アクチュエータの操作は、コイルＴＯＰ部での設定のみというのが一般的である。

しかしながら、このような前段スタンドの形状アクチュエータの操作方法では、冷間圧延機の種類によっては高圧下圧延により極薄材を圧延しようとするときに、前段スタンド側で形状不良を発生させることがある。特にこの形状不良は、圧下量の増加や圧延速度の減速による圧延荷重変動に応じて発生し、圧延荷重変動量が大きいほど顕著である。
すなわち、高圧下で極薄材を圧延する場合には、前段圧延スタンドにおいても圧下量を大きくとらざるを得ず、ワークロールに対する被圧延材の噛込み角度が大きくなる。それに伴い、圧延油を巻き込み難い状況が発生している。特に圧延速度が遅いときなどは、油量の巻き込みの低下量が大きくなり、その結果、潤滑が低下して圧延荷重が高くなる。しかも、高圧下圧延の場合は、前段圧延スタンド側の速度はより一層遅くなるため、圧延荷重の増加が顕著になる。

このように複数スタンドによる高圧下圧延による極薄材の製造時には、前段圧延スタンド側の圧延荷重が大幅に変化することによる形状不良が発生したり、絞込みの事故が発生したりする。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、製造種類の変更点が圧延スタンドを通過する時期の前後で圧延速度減速時及び圧延速度増速時にあっても、圧延荷重の変化に起因して前段圧延スタンドで発生し易い形状不良をなくすとともに、圧延機のトラブル発生をも抑制した冷間タンデム圧延機の形状制御方法を提供することを目的とする。

本発明の冷間タンデム圧延機の形状制御方法は、その目的を達成するため、複数の圧延スタンドがタンデム配列された圧延機で冷間圧延するとき、前段圧延スタンドの圧延荷重と比較される複数の基準荷重と各基準荷重に対応する補正値との関係が予め設定されたテーブルを用いてロールベンダー補正量を算出し、該ロールベンダー補正量を出力・作動させて前段圧延スタンドのワークロール及び／又は中間ロール撓み矯正をし、前段圧延スタンドのワークロール及び／又は中間ロール撓み矯正の他に、最終圧延スタンドの出側に配置した形状検出器の測定値を基にして最終圧延スタンドのみの形状アクチュエータをコントロールして最終的に形状制御を行う冷間タンデム圧延機の形状制御方法であって、前記テーブルには、第１基準荷重、前記第１基準荷重に対応する第１補正値としての０値、前記第１基準荷重よりも大きな第２基準荷重、前記第２基準荷重に対応する第２補正値、前記第２基準荷重よりも大きな第３基準荷重、及び前記第３基準荷重に対応する第３補正値が含まれており、前記ロールベンダー補正量は、前記前段圧延スタンドの圧延荷重が前記第１基準荷重未満の場合、前記第１補正値としての０値とされ、前記圧延荷重が増加して前記第１基準荷重以上かつ前記第２基準荷重未満となった場合、前記第１基準荷重と前記第２基準荷重との差分で前記第２補正値を除算した値に前記圧延荷重と前記第１基準荷重との差分を乗算した値だけ、ロールベンダー力を増加させる量とされ、前記圧延荷重が増加して前記第２基準荷重以上かつ前記第３基準荷重未満となった場合、前記第２基準荷重と前記第３基準荷重との差分で前記第３補正値を除算した値に前記圧延荷重と前記第２基準荷重との差分を乗算した値に、前記第２補正値を加算した値だけ、ロールベンダー力を増加させる量とされることを特徴とする。
なお、以下の「前段圧延スタンドのワークロール」なる記載は、「前段圧延スタンドのワークロール及び／又は中間ロール」を意味する。

本発明においては、前段圧延スタンドの荷重増加量又は減少量から前段圧延スタンドワークロールの撓み増加量又は減少量を予測し、この予測値から前記前段圧延スタンドワークロールの撓みを矯正するに必要なロールベンダー補正量を算出し、そのロールベンダー補正量を出力・作動させることによって、前段圧延スタンドでの形状不良の発生を防止している。また、特に本発明は、高圧下圧延したときの速度変化によって生じる荷重変動に対して有効であり、極薄材であっても荷重変動による形状変化を少なくすることができる。
前段圧延スタンドのワークロールベンダー制御の他に、最終圧延スタンドの出側に配置した形状検出器の測定値を基にして最終圧延スタンドの形状アクチュエータをコントロールすれば、形状制御された冷延材の形状精度は格段に向上することになる。

本発明の冷間タンデム圧延機の形状制御方法を、図１に示すような例えば４段の圧延スタンドを有するタンデム圧延機に適用した例について説明する。
被圧延材Ｓの圧延方向上流側から６段圧延機１ｓｔ〜４ｓｔを４段タンデムに配列した連続圧延機１を使用した。前段の６段圧延機１ｓｔ，２ｓｔに圧下力測定用荷重計２−１，２−２を取り付け、荷重計２−１，２−２で検出された圧延荷重の変動量は、それぞれプロセスコンピュータ３−１，３−２に入力され、それぞれのワークロール撓み変化量を予測し、この予測値から前記前段６段圧延機１ｓｔ，２ｓｔワークロールのそれぞれの撓みを矯正するに必要なロールベンダー補正量を算出し、それぞれのベンダー動作手段４−１，４−２にその信号を伝達するようにしている。

なお、本実施形態で説明する連続圧延機１には、最終段の圧延機４ｓｔの出側に形状検出器５を配置するとともに、最終段の６段圧延機４ｓｔに荷重計１２を取り付け、それらの検出器からの信号等に基づき、プロセスコンピュータ１３で必要な形状制御量を算出し、形状制御手段１４の制御量を補正し、最終の圧延スタンド４ｓｔで形状制御することを付加してもよい。
圧延スタンド１で連続冷間圧延された鋼帯は、通常通り、走間剪断機６に送られ、それぞれの製造種類ごとに切り離され、巻取りリール７に巻き取られる。

次に、荷重計２−１，２−２で検出された圧延荷重の変動量から、それぞれのワークロール撓み量の予測方法、その予測値に基いたそれぞれのワークロール撓み矯正量及びそれに必要なロールベンダー補正量の算出方法について説明する。
一般に、圧延時の圧延速度と圧延荷重の関係は、圧延速度が速いほど圧延荷重は低く、圧延速度が遅くなるにつれて圧延油の油膜が薄くなって摩擦係数が大きくなるため圧延荷重は次第に高くなっていく。図２に示す通りとなる。

従来の冷間圧延材の形状制御方法で採用されているプリセット方式による設定を行うとき、図２のＡの状態での荷重を基準にプリセット値を決定するとＢ点での荷重増加により形状が耳伸びになり、Ｂ点での荷重を基準にプリセット値を決定するとＡ点のような荷重低減部では形状が中伸び方向になる。
さらに、高圧下圧延で極薄材を圧延するときには、このＡ−Ｂ間の荷重変動量が著しく大きなものとなり、形状不良による圧延トラブルが発生する。

これらの形状不良を抑制するためには、圧延荷重の増減に伴ってロールベンダー力を補正する必要がある。
この圧延荷重の増減に伴ってロールベンダー力を補正する方法としては、分割モデルを用いたロールの弾性変形解析などによりロール撓み量を求め、その撓み量を矯正するためのロールベンダー補正量を出力するモデル演算方式を採用してもよい。しかし、簡素化する意味では、経験則から導き出した圧延荷重とロールベンダー補正値の関係をテーブルで設定したテーブルルックアップ方式を採用することが好ましい。

本発明では、表１に示すようなテーブル方式を採用した。
なお、この表１は、弱脱酸した低炭素鋼の板幅１０００ｍｍ，厚み２．３ｍｍの酸洗済鋼板を、最終厚０．３４ｍｍに仕上げ冷延圧延するときに採用するテーブルである。
この方式では、図２のＡ点のような地点を基準にとり、基準値よりも圧延荷重が増加する場合にはロールベンダー力を表１の数値から算出される数値分増やすように補正し、逆に圧延荷重が下がる場合にはロールベンダー力を減らすように補正する。

例えば、圧延荷重が増加する場合には、表１から、６０００ＫＮまでの範囲での荷重増加であれば補正値は０、すなわち補正する必要はない。６０００ＫＮ以上にまで増加する場合には、表１の数値に基づいてロールベンダー力を補正する必要がある。
荷重が５０００ＫＮから８５００ＫＮに増加した場合には、５０００ＫＮから６０００Ｋまでは補正値０、６０００ＫＮから７０００ＫＮまでは１０／（７０００−６０００）の割合で１０００ＫＮ増加部の補正値１０ＫＮ／Ｃｈを、７０００ＫＮから８０００ＫＮまでは２０／（８０００−７０００）の割合で１０００ＫＮ増加部の補正値２０ＫＮ／Ｃｈを、さらに、８０００ＫＮから８５００ＫＮまでは３０／（９０００−８０００）の割合で５００ＫＮ増加部の補正値１５ＫＮ／Ｃｈを出力し、その積算値４５ＫＮ／Ｃｈを補正値としてその分だけロールベンダー力を増加させるように調整すれば良いことになる。

例えば、表２のようなロールベンダー力条件で冷延を行っている際、コイル替り等の減速で圧延荷重が増加したときに、表２に示した数値を基準のロールベンダー力として、上記手法により算出された補正値が基準値に加えられる。
逆に、圧延荷重が低下する場合は、増加させた補正値と同量の割合でロールベンダー力を減少させる補正値を出力し、同一の圧延荷重でのベンダー値が一定になるように補正する。すなわち、圧延荷重が９０００ＫＮから８０００ＫＮに低下する場合には、３０（ＫＮ／Ｃｈ）／（９０００−８０００）（ＫＮ）の割合でロールベンダー力を減少させる補正値を出力する。

荷重増加時の荷重値とロールベンダー補正量のtotalの出力値との関係を図３に示す。これは、荷重増加側を例示しており、横軸の荷重が増加するにつれてロールベンダー補正量のtotalの出力値がどのように積算されていくかを示した図である。例えば、上記荷重が８５００ＫＮにまで増加した場合、図中矢印で示す４５ＫＮ／Ｃｈの補正値を加える必要があることを意味するものである。
なお、この表１及び図３は、前記したように、鋼種，板厚，板幅等によって予め作成されるものである。

以上、本発明の冷間タンデム圧延機での前段圧延スタンドについての荷重に追従するロールベンダー制御方法を説明してきた。
この方法を採用することで、極薄材を高圧下圧延で製造する場合の、速度変動に伴う前段圧延スタンドの荷重変動による形状不良を低減できる。また、前段圧延スタンドのワークロールベンダー制御を採用することにより、従来月当り２〜３回の頻度で発生していたミルトラブルを防止できるとともに、最終圧延スタンド形状制御方法を併せることにより、一層形状精度の優れた冷延鋼板を生産することができる。

複数の圧延スタンドが配置された冷間圧延機での制御系統を示す概念図圧延時の、速度と荷重の関係を示す図荷重値と増加側のロールベンダー補正値の関係を示すグラフ

符号の説明

１：連続圧延機２−１，２−２：荷重計３−１，３−２：プロセスコンピュータ４−１，４−２：ベンダー動作手段５：形状検出器６：走間剪断機７：巻取りリール１２：ロードセル
１３：プロセスコンピュータ１４：形状制御手段

Claims

複数の圧延スタンドがタンデム配列された圧延機で冷間圧延するとき、前段圧延スタンドの圧延荷重と比較される複数の基準荷重と各基準荷重に対応する補正値との関係が予め設定されたテーブルを用いてロールベンダー補正量を算出し、該ロールベンダー補正量を出力・作動させて前段圧延スタンドのワークロール及び／又は中間ロール撓み矯正をし、前段圧延スタンドのワークロール及び／又は中間ロール撓み矯正の他に、最終圧延スタンドの出側に配置した形状検出器の測定値を基にして最終圧延スタンドのみの形状アクチュエータをコントロールして最終的に形状制御を行う冷間タンデム圧延機の形状制御方法であって、
前記テーブルには、第１基準荷重、前記第１基準荷重に対応する第１補正値としての０値、前記第１基準荷重よりも大きな第２基準荷重、前記第２基準荷重に対応する第２補正値、前記第２基準荷重よりも大きな第３基準荷重、及び前記第３基準荷重に対応する第３補正値が含まれており、
前記ロールベンダー補正量は、
前記前段圧延スタンドの圧延荷重が前記第１基準荷重未満の場合、前記第１補正値としての０値とされ、
前記圧延荷重が増加して前記第１基準荷重以上かつ前記第２基準荷重未満となった場合、前記第１基準荷重と前記第２基準荷重との差分で前記第２補正値を除算した値に前記圧延荷重と前記第１基準荷重との差分を乗算した値だけ、ロールベンダー力を増加させる量とされ、
前記圧延荷重が増加して前記第２基準荷重以上かつ前記第３基準荷重未満となった場合、前記第２基準荷重と前記第３基準荷重との差分で前記第３補正値を除算した値に前記圧延荷重と前記第２基準荷重との差分を乗算した値に、前記第２補正値を加算した値だけ、ロールベンダー力を増加させる量とされる
ことを特徴とする冷間タンデム圧延機の形状制御方法。