JP5059853B2 - 成形品上の添加剤の層を分析するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、成形プロセス、特に圧延プロセスの前及び／又は後に成形品の表面、特に金属帯の表面における添加剤の層を様々な測定変数に関して分析するための方法に関する。また、本発明は、成形品の表面上の添加剤の層に対する走査信号を生成するための少なくとも１つの検出装置と、添加剤の様々な特定の測定変数に関して該検出装置によって生成された走査信号を分析するための分析装置とを有する装置に関し、その際、この検出装置は、成形装置、特に圧延スタンドの前及び／又は後に配置されている。

一般的に、成形工程では、圧延品とロールとを十分に分離するために添加剤を用いる必要がある。この分離が所望の通り行えない場合、成形に関与する両者が金属接触し、互いに対して相対移動することによって、圧延品の所望の表面構造を実現することができない。

また、従来技術によって、この種の幾つかの方法が公知である。

特許文献１によって、熱間広幅ストリップ路又は冷間ストリップ路の圧延スタンドにおけるそれぞれ上部ロールと下部ロールとの間の摩擦比を制御するための装置及び方法が公知である。この方法の実質的な特徴は、圧延スタンドの流入側において、噴霧機構が圧延品のストリップ上面及びストリップ下面に所定量の液体を吹き付け、制御装置が液体の定量及び放出を制御し、その際、制御変数として、下部ロール及び／又は上部ロールの実際の圧延トルクについて事前に取得された変数又は算出された変数が用いられることである。この種の方法によって特に実現しようとしていることは、圧延品のストリップ上面と上部ロールとの間においても、圧延品のストリップ下面と下部ロールとの間においても、生じる摩擦比をほぼ等しくさせることによって、圧延プロセスの効率を向上させ、また、上部ロールと下部ロールとの摩耗を回避し、さらに、厚さの減少が比較的大きい場合にしばしば生じやすい振動傾向を低減させることである。

この方法及びその他の公知の方法では、基本的に、工程段階を節約することによって高品質の金属圧延ストリップの、より高い生産性を実現することが求められており、その際、より安定した圧延プロセス、特にロールギャップにける摩擦適合によって、ストリップの品質を向上させることが可能にならなければならない。そのために、本出願人による、古い優先権を有する、出願公開されていない特許文献２で提案されることは、流入側において、複数のプロセスデータに基づいて、高い水分を含まず、粘性の管理された最少量の純粋潤滑剤が、連続的にオンラインで物理計算モデルを通じて定量しながら塗布されることである。

これにより、より安定した圧延プロセスが得られ、特に、ロールギャップにおける摩擦適合が可能となる。また、有利には、後から残留オイルを除去する必要がなくなり、従って、それ以上の工程段階が省かれる。なぜなら、最少潤滑が意味することは、流入側において塗布される潤滑剤の量が、所望の生産品質を達成するために必要な量のみであり、また実際にその量しか圧延プロセス中に消費されないということだからである。さらに、油乳濁液の処理のための機構及びコストが不必要となる。

独国特許出願公開第１９７４４５０３号明細書 独国特許出願第１０２００５０４２０２０号明細書

従って、本発明の課題は、出願公開されていない前記特許文献２によって公知の方法と、この方法を実施するための適当な装置とを、従来の長所を維持しながら発展させて、具体的かつ適切な測定方法と、成形品上の添加剤を判定するための装置とを提供することにある。

この課題は、圧延プロセスの前及び／又は後に、金属帯４０の表面上の添加剤５０の層を様々な測定変数に関して分析するための方法において、
前記添加剤５０は、分光分析を用いてオンラインで分析され、
前記測定変数は、制御変数として少なくとも１つの制御装置に供給され、この制御装置は、予め設定されている目標値Ｓｏｌｌに応じて前記添加剤５０を前記金属帯４０上に塗布させ、前記制御変数に対する前記目標値が、既知の前記圧延プロセスを用いて、前記圧延プロセス自体の所定の成形パラメータを調整するように、前記制御変数に対する前記目標値が予め設定されていて、
当該方法の場合、前記分光分析は、レーザー誘起時間分解蛍光分光分析であるか又は赤外線領域内の分光分析であること、
前記添加剤５０は、潤滑剤、冷却潤滑剤、調質圧延剤又は湿式調質圧延剤であること、
前記添加剤５０の前記分析される測定変数は、単位面積当たりの前記添加剤の量、前記添加剤の温度、前記添加剤の組成、前記金属帯４０上の前記添加剤の分布の均一性及び／又は前記添加剤の層厚であること、及び
前記添加剤の望ましくない組成が検知された場合、前記添加剤を構成している様々な成分を有する貯蔵容器にアクセスすることによって、引き続き前記予め設定されている、前記添加剤の組成に対する目標値に応じて、前記添加剤を調合するように、前記制御装置が構成されていることによって解決される。
さらに、本発明は、装置が、金属帯４０の表面上の添加剤５０の層に対する走査信号を生成するための少なくとも１つの検出装置１２を有し、この検出装置１２は、圧延スタンド２０の前方及び／又は後方に配置されていて、
前記装置が、前記検出装置１２によって生成された走査信号を、前記添加剤５０に対する様々な特定の測定変数に応じて分析するための分析装置１４を有する当該装置において、
前記分析装置１４は、オンライン分光分析装置として構成されていること、
走査中に前記金属帯４０上の前記添加剤に照射するための少なくとも１つの照射手段１６が設けられていること、
前記検出機構１２は、多数の検出素子１２’、１２”を有し、前記検出素子は、前記金属帯の圧延方向Ｒに対して横方向の成分を有する方向に延在する線Ｌ上に配置されていること、及び
添加剤の望ましくない組成が検知された場合、前記添加剤を構成している様々な成分を有する貯蔵容器にアクセスすることによって、引き続き前記予め設定されている、前記添加剤の組成に対する目標値に応じて、前記添加剤を調合するように、制御装置が構成されていることによって解決される。

添加剤という概念は、本明細書においては一貫して、成形プロセス、特に圧延プロセスにおいて、成形品と成形装置との間、特にワークロールとの間の十分な分離を保証するために用いられる物質を表す。

請求項１において、成形品上における添加剤を分析するための３つの異なった形態が請求される。すなわち、成形プロセス前の分析、成形プロセス後の分析、及び、成形プロセス前後の分析が請求される。

成形プロセスにおいて流入前に成形品上の添加剤を分析することによって、有利には、例えば、塗布を均一に、あるいは、場合によっては意図的に不均一に行うかどうか、といった点において、添加剤の塗布法の品質管理を行うことが可能となる。

成形プロセス後に成形品の表面に残っている残留量を一回のみ分析することで、有利には、一方では、この残留量が多すぎるか、少なすぎるか、許容できるかを判定でき、それに応じて、成形プロセス前に成形品に塗布される添加剤の量を低減、増大又は不変のままにすることができる。成形プロセス後に成形品上の補助物質の化学組成について分析した結果は、有利には、成形プロセス前に成形品へ塗布する際の添加剤の組成及び／又は添加剤の温度を所望通りに調整するために用いることができる。

上記の第３の形態、すなわち、成形プロセスの前及び後に添加剤を分析する形態によって、有利には、成形プロセス中の添加剤の消費について推定することができる。一方ではまた、こうして求められた添加剤の消費量によって、成形プロセス中の温熱条件を推定することが可能となる。消費量以外に、この分析では、分光分析を用いることによって、成形前の添加剤の化学組成と成形後の添加剤の化学組成とを比較することも可能となる。その際、この比較は、添加剤の所定の成分、例えば添加剤の消費について推定すること、あるいは、成形プロセス中の反応生成物の形成について推定することを可能にする。突き止められたこのような事象が望ましい場合、すなわち、成形に重要な物質が初めて成形プロセス中に形成されるような場合、それらの事象の発生を意図的に支援することができる。あるいは、突き止められた事象に早期に対処することもできる。

最後に、請求項１の特に有利な特徴として注目すべきことは、添加剤の分光分析がオンラインで実施されるという点である。従って、添加剤の分光分析の結果は、リアルタイムに利用可能であり、直接、すなわち、まだ成形プロセスが進行している間に、この成形プロセスを制御するためにこの結果を用いることができる。この制御は、シーケンス制御技術又は制御技術によって成形装置を意図的に制御することによって実施されるか、又は、既述のように、塗布される添加剤を制御することによって実施される。

本発明の好ましい実施形態では、分光分析は、レーザー誘起時間分解分光分析、又は、赤外線領域における分光分析である。この方法は、添加剤の層を分析するために特に適した測定方法である。

本発明の別の態様では、添加剤が、例えば、潤滑剤、冷却潤滑剤、調質圧延剤又は湿式調質圧延剤であることが想定されている。

好都合には、本発明の別の態様では、添加剤の分析される測定変数が、例えば、単位面積当たりの添加剤の量、添加剤の組成、成形品上における添加剤の分布の均一性及び／又は添加剤の層厚である。この場合に得られる効果は、上述の諸形態の場合と同様である。

本発明の別の態様では、好ましくは、測定変数が、制御変数として少なくとも１つの制御装置に供給され、この制御装置が、所定の設定値に従って成形品への補助物質の塗布を実施する。その際、制御変数の設定値は、既知の成形プロセスを実施した場合は、成形プロセス自体の所定の成形パラメータを調整するように、及び／又は、成形された成形品のその都度の所望のレベルの品質特性を実現するように予め設定されている。制御可能な成形パラメータは、好ましい態様では、例えば、圧延力の大きさ又は成形装置のロールの振動の強さである。

本発明の別の態様では、添加剤について望ましくない組成又は欠陥のある組成、例えば汚染された組成が検知された場合に、添加剤を構成している様々な成分を有する貯蔵容器にアクセスすることによって、引き続き前記予め設定されている、前記添加剤の組成に対する目標値に応じて、前記添加剤を調合するように、前記制御装置が構成されている。

好都合には、本発明の別の態様では、設定値を算定するために、成形プロセスが数学モデルによってシミュレートされる。

本発明の別の態様では、成形された成形品に関する品質特性が、例えば、成形品の平面度、成形品の光沢又は成形品の幾何学形態、特にヘリンボーンパターンが存在しないことであることが想定されている。

本発明の本方法に関する別の態様では、目的に応じて、添加剤の個々の成分にマーカー物質又はトレーサー物質が添加されていることが想定されている。これらのマーカー物質及び／又はトレーサー物質は、所望通りに、添加剤の個々の成分に添加することができる。これによって、信号強度を適切に適合させることが可能である。

本発明の装置に関する１つの好ましい実施形態では、走査中に成形品上における添加剤に照射を行うための少なくとも１つの照射手段が設けられている。当該照射によって、マーカー物質あるいはトレーサー物質の作用が活性化又は増強されて、一般的に検出が改善され、従って、例えば、圧延方向に対して横方向における添加剤の量的分布又は組成分布に関する分光分析の結果も改善される。

検出機構又は照射源がそれぞれただ単に成形装置の前方及び／又は後方に存在し、成形品の幅と比較して小さい寸法を有するとき、有利であるのは、検出装置又は照射源が圧延方向に対して横方向に走行可能に構成されており、これにより、添加剤の検出及び分析が成形品の全幅にわたって可能である場合である。検出装置が複数の照射部材という形でロールギャップの前方及び／又は後方に構成されている場合、これらの照射部材は、必ずしも走行可能である必要はない。ただし、有利であるのは、これらの照射部材が、成形品の上方において圧延方向に対して横方向にも分散して配置されており、これにより、成形品の全幅にわたって添加剤の分析が行える。当該検出装置又は検出部材は、好ましくは、スキャナーとして構成されている。

最後に、本発明のもう１つの態様では、分析装置が、本方法に関する請求項のいずれか１項に従って本方法を実施できるように構成されていることが想定されている。

本明細書には４つの図が添付されている。

本発明の第１の実施例を示す。 検出装置の構成に関する別態様を示す。 本発明の第２の実施例を示す。 本発明の第３の実施例を示す。

本発明について、以下において、実施例の上記図面を参照しながら詳述する。全ての図において、同じ技術部材には同一の符号が付されている。各符号の添字「−ｌ」又は「−ｒ」は、当該の部材が、圧延方向Ｒに向かって、成形装置２０の前方（−ｌ）又は後方（−ｒ）のいずれに配置されているのかを示す。簡略のために、具体的な状況を説明するために必須であると思われる場合を除き、原則として、以下の説明において符号はこれらの添字なしで用いる。

本発明は、広くは、成形プロセスに供給される成形品の表面上の添加剤の層を分析するための方法及びそれに対応する装置に関する。

図１は、それの第１の実施例を示す。具体的には、図１には、成形装置２０が、圧延機として模式的に示されている。この成形装置２０には、成形のために、例えば厚さを低減するために、成形品４０が供給される。成形品４０は、圧延方向Ｒに成形装置２０の中を通過する。

成形プロセスを簡略化するために、及び、所定の品質特性、例えば平面度、光沢、幾何学形態又はヘリンボーンパターンが存在しないことなどの特性に関して成形プロセス後の成形品４０の品質を改良するために、成形品４０には、成形装置２０へ入る前に、噴霧ノズル列３０によって添加剤５０が供給される。添加剤としては、例えば、潤滑剤、冷却潤滑剤、調質圧延剤又は湿式調質圧延剤などが考えられる。当該添加剤は、図１に示されているように、成形品４０の上面又は下面（下面については図示されていないが、これは、以下の全ての実施例について同様である）に塗布することができる。

本発明の、図１に示された第１の実施例では、成形品４０の表面に塗布された添加剤は、本発明に係る装置１０によって分析される。その後、添加剤は、成形品４０と共に成形装置２０の中へ入る。本発明に係る装置１０は、成形品４０の表面における添加剤５０の層に対する走査信号を生成するための検出装置１２を備える。この検出装置１２としては、例えば、スキャナーが考えられる。

図２は、検出装置１２の立体的な構成に関する実施例を示す。典型例として、そこでは、検出装置を、個々の検出素子１２’、１２”…で、好ましくはスキャナー素子で構成することができ、これらの素子は、圧延方向Ｒに対して横方向成分を有する線Ｌ上に位置固定して配置されている。あるいは、検出装置１２は、ただ１つのスキャナー素子で構成することもできる。しかし、この場合、スキャナー素子は、圧延方向Ｒに対して横方向成分を有して、従って、成形品４０の幅方向に走行可能であることが好ましい。どちらの構成も、例えば、圧延方向Ｒに対して横方向における添加剤の量的分布又は温度分布、あるいは添加剤の化学組成の分布を知るために用いられる。

さらに図１から分かるように、検出装置１２によって生成された走査信号は、分析装置１４に供給され、この分析装置によって評価される。この分析装置は、分光分析装置であり、例えば、赤外線領域において、又は、レーザー誘起時間分解蛍光分光分析の原理に従って動作する。分析装置１４は、検出装置１２が受信した走査信号を添加剤５０の様々な測定変数について評価する。分析されるこれらの測定変数は、例えば圧延方向Ｒに対して横方向についても含んだ、例えば、単位面積当たりの添加剤の量、添加剤の化学組成、成形品４０上の添加剤の分布の均一性及び／又は成形品４０上の添加剤５０の層厚である。

添加剤が成形装置２０の中へ入る前に、図１に示された第１の実施例に従って図２との関連で述べた検出装置を用いて添加剤５０を分析することによって、有利には、例えば、添加剤が、幅方向、すなわち圧延方向Ｒに対して横方向に所望通りに成形品４０の表面に塗布されているかどうかを管理することができる。一般的に、均一で同質の分布が望ましい。しかしまた、目的に応じて不均質な分布が望ましい場合もある。分布は、特に、塗布された添加剤５０の層厚に関係する。しかしまた、分布は、添加剤の局所的な組成に関連する場合もある。分析装置１４によって実施された分光分析から、所望の量的分布とは異なる分布であることが明らかになった場合、図１に示された配置では、例えば、噴霧ノズル列３０の個々の噴霧ノズルを選択的にオン又はオフに切り替えることによって、意図的に噴霧ノズル列３０に作用を与えることができる。必要であれば、塗布された添加剤の各成分が、対応する貯蔵容器にアクセスすることによって増大されて又は少しだけ増大されて当該添加剤に添加されることによって、当該添加剤の化学組成が調整され得る。本発明では走査信号の分光分析が、オンラインで実施されるので、当該説明した添加剤の化学組成の調整が、成形プロセス中でもほぼリアルタイムに実施され得る。

検出装置による添加剤の測定変数の検知を改良するため、成形品４０の表面の添加剤５０は、好ましくは走査工程中に照射手段１６によって照射される。

図３は、本発明の第２の実施例を示す。この場合、本発明に係る装置１０は、圧延方向Ｒに向かって成形装置２０の後方にのみ配置されている。この位置に装置１０があることによって、成形プロセス経過後に成形品４０の表面の添加剤５０を分析することが可能となる。特に、成形プロセス後に表面に残る添加剤の残留量を求めることが可能である。この残留量の情報は、有利には、例えば、添加剤５０の量に関する制御部に送ることができる。この制御部は、成形装置の前方に供給される添加剤の量を例えば最少量潤滑のために制御する。最少量潤滑が優れている点は、成形装置２０の入口側で塗布される添加剤の量が、成形プロセス中に必要とされる量のみであるということである。当然ながら、また、成形装置２０の後方で添加剤５０を分析することによって、添加剤５０の化学組成を分析することも可能になる。さらに、必要であれば、化学組成の調整を行うことも可能である。図１との関連で既に触れたように、化学組成は、当該貯蔵容器のアクセスを通じて添加剤の各成分の分量を合わせて調節することによって、適切に制御され得る。起こりうる添加剤中の汚染も、リアルタイムに検知され得て場合によっては除去され得る。添加剤５０の汚染は、例えば成形プロセス中に成形装置２０内で添加剤５０と混合する油圧油によって発生しうる。

さらに、成形プロセス後の成形品４０の表面上の添加剤の残留量の化学組成に関する情報から、添加剤の温度が適切に制御され得る。

最後の図４は、本発明の第３の実施例を示す。この実施例は、実質上、第１の実施例と第２の実施例とを組み合わせたものである。この組み合わせが見て取れるのは、この第３の実施例では、本発明に係る装置１０が、成形装置２０の前方にも後方にも配置されているという点である。この装置が両側に配置されていることによって、添加剤５０に関する上述の測定変数を成形プロセスの前にも後にも求めることができ、さらにそれらを互いに比較することが可能となる。例えば、成形装置２０の前方及び後方で検出された添加剤５０の量から、成形プロセス中の添加剤の消費量を推定することができる。一方、この消費量によって、成形プロセス中の温熱条件を推定することが可能となり、この温熱条件によって、成形プロセスをより正確に知ることで、成形プロセスを通過した後の成形品４０の品質を推定すること、すなわち、成形品の光沢、平面度、幾何学形態又は粗度深さを推定することを可能にする。

成形装置２０の前及び後の添加剤５０の化学組成を比較することによって、成形プロセス中における所定の添加剤の消費又反応生成物の形成について推定することを可能にする。このような事象に対抗措置を講ずることが可能であり、また、全く意図的にこのような事象を支援することも可能である。後者は、成形に重要な物質が初めて成形プロセス中に形成されるような場合に当てはまる。

今上で述べた比較動作を実施するために、及び、添加剤５０又は成形プロセスに対するそれぞれ適切な制御を実施するために、比較装置あるいは制御装置が必要である。当該装置は、図４中に符号７０で示されている。

当該制御装置７０は、特に成形品４０に関する上述の事前に定められた品質特性について、成形プロセスの数学モデルに基づいて成形プロセス全体を適切に制御できるように構成されている。これらの品質特性を実現するために、実際値を示す適切な測定変数が、制御装置７０に供給され、通常は所定の設定値と比較される。また、本発明に係る評価装置１４によって得られた上記の測定変数、例えば、単位面積当たりの添加剤５０の量、添加剤の温度、添加剤の化学組成、又は成形品の表面上の添加剤の分布などの測定変数が、制御装置７０に供給され、成形プロセスの数学モデルを考慮しながら適切に評価される。図４中の測定器６０は、制御装置７０に対する入力変数としてのその他の測定変数を測定し、典型例としては、分析装置１４によって提供されない測定変数を提供する。成形品の所望の品質特性を実現するため、制御機構７０は、受け取った測定変数を評価した後に、成形プロセスの数学モデルを用いて適切に成形プロセスに作用するように構成されている。当該作用は、従来は、特に成形装置２０の圧延力を調整することによって実施されるものの、当該作用は、本発明では、既に諸実施例を参照しながら述べたように、塗布される補助物質５０の量、化学組成、分布又は温度に関するものでもよい。

Claims (7)

1. 圧延プロセスの前及び／又は後に、金属帯（４０）の表面上の添加剤（５０）の層を様々な測定変数に関して分析するための方法において、
   前記添加剤（５０）は、分光分析を用いてオンラインで分析され、
   前記測定変数は、制御変数として少なくとも１つの制御装置に供給され、この制御装置は、予め設定されている目標値（Ｓｏｌｌ）に応じて前記添加剤（５０）を前記金属帯（４０）上に塗布させ、前記制御変数に対する前記目標値が、既知の前記圧延プロセスを用いて前記圧延プロセス自体の所定の成形パラメータを調整するように、前記制御変数に対する前記目標値が予め設定されていて、
   当該方法の場合、前記分光分析は、レーザー誘起時間分解蛍光分光分析であるか又は赤外線領域内の分光分析であること、
   前記添加剤（５０）は、潤滑剤、冷却潤滑剤、調質圧延剤又は湿式調質圧延剤であること、
   前記添加剤（５０）の前記分析される測定変数は、単位面積当たりの前記添加剤の量、前記添加剤の温度、前記添加剤の組成、前記金属帯（４０）上の前記添加剤の分布の均一性及び／又は前記添加剤の層厚であること、及び
   前記添加剤の望ましくない組成が検知された場合、前記添加剤を構成している様々な成分を有する貯蔵容器にアクセスすることによって、引き続き前記予め設定されている、前記添加剤の組成に対する目標値に応じて、前記添加剤を調合するように、前記制御装置が構成されていることを特徴とする方法。
2. 調整される前記成形パラメータは、圧延力の大きさ又はロールの振動の強さであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記目標値を算定するため、前記圧延プロセスが、数学モデルによってシミュレートされることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. マーカー物質又はトレーサー物質が、前記添加剤の個々の成分に目的に応じて添加されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 装置が、金属帯（４０）の表面上の添加剤（５０）の層に対する走査信号を生成するための少なくとも１つの検出装置（１２）を有し、この検出装置（１２）は、圧延スタンド（２０）の前方及び／又は後方に配置されていて、
   前記装置が、前記検出装置（１２）によって生成された走査信号を、前記添加剤（５０）に対する様々な特定の測定変数に応じて分析するための分析装置（１４）を有する当該装置において、
   前記分析装置（１４）は、オンライン分光分析装置として構成されていること、
   走査中に前記金属帯（４０）上の前記添加剤に照射するための少なくとも１つの照射手段（１６）が設けられていること、
   前記少なくとも１つの検出機構（１２）は、多数の検出素子（１２’、１２”）を有し、前記検出素子は、前記金属帯の圧延方向（Ｒ）に対して横方向の成分を有する方向に延在する線（Ｌ）上に配置されていること、及び
   添加剤の望ましくない組成が検知された場合、前記添加剤を構成している様々な成分を有する貯蔵容器にアクセスすることによって、引き続き前記予め設定されている、前記添加剤の組成に対する目標値に応じて、前記添加剤を調合するように、制御装置が構成されていることを特徴とする装置（１０）。
6. 前記検出装置（１２）は、スキャナーであることを特徴とする請求項５に記載の装置（１０）。
7. 前記制御装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法を実施するために構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置（１０）。

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