JP5201624B2 - 溶接部の圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の鋼帯を順次溶接で接続しながら連続圧延するとき、鋼帯本体の圧延速度よりも溶接部の圧延速度を低下させて圧延する溶接部の圧延方法に関する。

鋼帯を所望の厚さに仕上げる圧延には、１基の圧延スタンドで圧延する場合や複数の圧延スタンドを並列に配置して圧延する、いわゆるタンデム圧延する場合がある。いずれの場合にも、圧延能率を向上するために、複数の鋼帯を順次溶接で接続しながら圧延する連続圧延を行うことがある。複数の鋼帯を連続して圧延する場合、圧延装置の入側に設けられる溶接機で、すでに圧延装置に装入されている前鋼帯の後端に、後鋼帯の先端を溶接して接続する。後鋼帯は、前鋼帯に導かれて圧延装置へ装入され、前鋼帯に続いて圧延される。このとき、鋼帯の本体と同様に溶接部も圧延される。溶接部は、鋼帯の本体と機械的特性および形状が異なるので、鋼帯の本体と同じ条件で圧延されると、圧延中に破断することがある。鋼帯の溶接部が破断すると、圧延を一旦中断し、前鋼帯を圧延装置から取り出し、後鋼帯を張力負荷状態にしてから圧延を再開しなければならないので、復旧に時間を要して圧延能率が低下するという問題がある。

このような問題を解決する先行技術として、溶接部の板厚方向の形状を計測し、その計測結果に基づいて溶接部の圧延速度や張力を制御する圧延方法（特許文献１参照）、また、溶接部の破断確率を実績データから求め、破断確率に基づく破断による生産阻害量と、溶接部圧延時の圧延速度の減速による生産阻害量とを勘案して、溶接部の圧延速度を制御する方法（特許文献２参照）がある。特許文献１および特許文献２では、溶接部の形状や品質特性の観点から圧延時における鋼帯の破断を防止する方策を提案し、破断の回避による圧延能率の向上を図っている。

しかし、溶接部の圧延における能率阻害の原因は、溶接部の破断に限るものではない。溶接部の破断以外にも、圧延能率を阻害する以下のような問題がある。図５は、溶接部および溶接部近傍の鋼帯の状態を示す。鋼帯１は、溶接部２および溶接部近傍で横曲がりを有していることがある。ここで、横曲がりとは、溶接部２および溶接部近傍の鋼帯１が、鋼帯１の圧延方向に対して直交する方向、すなわち鋼帯１の幅方向へ弧状に変形していることをいい、変形の程度を横曲がり量と呼ぶ。図５に基づいて横曲がり量をさらに説明する。溶接部２および溶接部近傍を除く鋼帯１の定常部における幅方向の中心線３から、溶接部２およびその近傍の鋼帯１が、幅方向へ弧を描くように変形して突出している距離をＷｓとする。この距離Ｗｓから鋼帯１の半幅Ｗ／２を減算して得られるＷｃを横曲がり量と定義する。

横曲がりは、熱間圧延鋼帯で発生することが多い。熱間圧延はスラブ単位で行われる。スラブの先端および後端は、自由端であり圧延時に張力が付加されないので、圧延方向に直交する方向にぶれ易く横曲がりを生じやすい。熱間圧延鋼帯の横曲がり部分をすべて除去すると製品歩留が低下するので、横曲がりを有するまま次工程に送られることが多い。横曲がりを有する熱間圧延鋼帯を連続圧延するべく、その先端部と後端部とを溶接して接続すると、溶接部２および溶接部近傍の鋼帯１は横曲がりを有することになる。

鋼帯１を順次溶接で接続して連続圧延する場合、横曲がりを有する溶接部２は、圧延ロールの軸方向の中心に対して偏った位置で圧延される。圧延ロールの中心に対して偏った位置で圧延されると、鋼帯１は、その片側だけが強く圧下され、強く圧下される側の反対側へ寄るという、いわゆる板逃げを生じる。板逃げが生じると、鋼帯１が圧延装置に擦れて損傷し、甚だしい場合には鋼帯１が圧延ロールに巻き込まれるという絞込みが発生する。

従来、溶接部２の圧延時には、圧延速度を遅くし、圧延機の操作者が圧延ロールの圧下バランスを手動調整して板逃げの発生を防止している。図６は、鋼帯の定常部および溶接部を圧延する場合の圧延速度の対比を示す。図６中のライン４は、溶接部２を含む鋼帯１を圧延する場合の圧延速度の時間推移を表す。鋼帯１の定常部の圧延速度Ｖｓに対して、溶接部２を圧延するときには、その圧延速度Ｖｗを遅くしている。たとえば、定常部の圧延速度Ｖｓが３００ｍ／ｍｉｎであるのに対して、溶接部の圧延速度Ｖｗは５０ｍ／ｍｉｎ程度である。このように溶接部２の圧延速度Ｖｗを遅くするのは、操作者の圧下バランスの手動調整作業が圧延に追随できるようにするためである。溶接部２を圧延する場合、溶接部２および溶接部近傍の鋼帯１の横曲がり量Ｗｃに関わらず、圧延速度Ｖｗを一律に遅くしているのが実情であり、圧延速度Ｖｗを遅くすることにより溶接部の圧延能率が低下するという問題がある。

圧延速度低下による能率低下を防止するために、被圧延材が圧延機に噛み込む時の圧延トルクの増加量を予測し、該予測値に基づいて噛み込み時の圧延速度低下量を求め、被圧延材が噛み込む前に、圧延速度低下量相当分を予め増速しておく方法が提案されている（特許文献３参照）。
特開２００３−１３６１０６号公報 特開２００６−２０５２０１号公報 特開２００５−２５４２８９号公報

しかし、特許文献１および特許文献２は、溶接部の破断を防止する技術を開示し、また特許文献３は、被圧延材の噛み込みによる圧延速度低下を圧延トルク増加予測値に基づいて補う方法を開示するけれども、溶接部２および溶接部近傍の鋼帯１の横曲がりによる圧延能率の低下を解決する方法については全く明らかにしていない。

本発明の目的は、順次溶接して接続される複数の鋼帯の連続圧延時に、横曲がりを有する鋼帯の溶接部の圧延速度低下を抑制して圧延能率を向上することができる溶接部の圧延方法を提供することである。

本発明は、複数の鋼帯を溶接機で順次溶接で接続しながら、溶接機の下流側に配置される圧延スタンドで連続圧延するに際し、鋼帯本体の圧延速度よりも溶接部の圧延速度を低下させて圧延する溶接部の圧延方法において、
溶接部および溶接部近傍の鋼帯が、圧延方向に直交する方向へ弧状に変形する横曲がりを、溶接機と圧延スタンドとの間で、溶接部の通過に同期して検出し、
横曲がりが少ない程、溶接部の圧延速度の低下が少なくなるようにして圧延することを特徴とする溶接部の圧延方法である。

また、本発明で、鋼帯同士を溶接する間に鋼帯の圧延を続けることができるように、圧延前の鋼帯を蓄えて圧延に供するルーパーを設け、前記横曲がりの検出をルーパーよりも圧延方向の上流側で行う。

本発明によれば、溶接部および溶接部近傍の鋼帯の横曲がりが少ない程、溶接部の圧延速度の低下が少なくなるようにして圧延する。すなわち、横曲がりが少ない場合、溶接部の圧延速度を少しだけ遅くし、横曲がりが多くなるのに伴って、溶接部の圧延速度を低下させる程度が大きくなるように、溶接部の圧延速度を調整する。横曲がりが少ない場合、溶接部を圧延する際の圧下バランスの調整代が少ないので、圧延速度の低下の程度を少なくしても、圧下バランスの調整を溶接部の圧延に追随させて板逃げの発生を防止することができる。このように、横曲がりに応じて、特に横曲がりが少ない場合、溶接部の圧延速度を低速化する程度を少なくすることができるので、圧延能率を向上することが可能になる。

また、横曲がりの検出を、ルーパーよりも圧延方向の上流側で行うので、溶接部の横曲がりを検出してから、溶接部が圧延されるまでの時間を十分にとることができる。このことによって、横曲がりの検出後、時間的余裕をもって圧延速度の調整を開始することが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態である溶接部の圧延方法を示す。また、図２は、溶接部の圧延方法に好適に用いられる圧延装置の構成を簡略化して示す。本発明の溶接部の圧延方法は、大略、順次溶接で接続される複数の鋼帯を連続圧延するに際し、溶接部および溶接部近傍の鋼帯の横曲がりを検出し、横曲がりが少ない場合には、溶接部の圧延速度の低下の程度が少なくなるようにして圧延する方法である。

溶接部の圧延方法の詳細な説明の前に、該方法に用いられる圧延装置１０の構成について説明する。圧延装置１０は、鋼帯１１と鋼帯１１とが接続される溶接部１２を含む複数の鋼帯１１を連続して圧延することに用いられる。圧延装置１０は、上および下ペイオフリール１３ａ，１３ｂ、溶接機１４、ルーパー１５、第１センターポジションコントローラー１６、第２センターポジションコントローラー１７、ブライドルロール１８、テンションレベラー１９、圧延スタンド２０、モーター２１、５つのデフレクタロール２２ａ〜２２ｅ、溶接部検出器２３、走行距離計２４および制御部２５を含む。以後、センターポジションコントローラーを、ＣＰＣと略記する。

上および下ペイオフリール１３ａ，１３ｂは、圧延に供する鋼帯１１のコイルを、交互に巻戻して溶接機１４へ送り込む。溶接機１４は、既に圧延装置１０内へ送り込まれている前鋼帯１１の後端部と、たとえば上ペイオフリール１３ａから巻戻される後鋼帯１１の先端部とを溶接して接続する。溶接機１４は、特に限定されるものではないが、たとえばフラッシュバット溶接機などが用いられる。

ルーパー１５は、設置位置が固定される２つのデフレクタロール２２ｃ，２２ｄに対して、ルーパーロール２６を近接離反させるように矢符２７で示す方向に進退させ、ある程度の長さの鋼帯１１を蓄える。ルーパー１５は、溶接機１４で前鋼帯１１と後鋼帯１１とを接続する間、蓄える鋼帯１１を圧延スタンド２０へ送り込んで、圧延を続けることができるようにする。

第１ＣＰＣ１６はルーパー１５よりも圧延方向上流側に設けられ、第２ＣＰＣ１７はルーパー１５よりも圧延方向下流側に設けられる。第１ＣＰＣ１６および第２ＣＰＣ１７は、圧延方向に直交する方向、すなわち幅方向における鋼帯１１の位置を検出し、鋼帯１１の幅方向中央部が予め定める位置になるように制御する信号を不図示の位置制御部へ出力する。位置制御部は、第１および第２ＣＰＣ１６，１７からの制御信号に従って、鋼帯１１の中央位置制御を行う。また、第１ＣＰＣ１６および第２ＣＰＣ１７は、いずれも溶接部１２および溶接部近傍の鋼帯１１の横曲がりを検出することができる。しかし、圧延装置１０では、横曲がりを第１ＣＰＣ１６で検出する。ルーパー１５下流側の第２ＣＰＣ１７で横曲がりを検出すると、第２ＣＰＣ１７から圧延スタンド２０までの鋼帯走行距離が短いので、横曲がり検出後圧延速度調整開始までに、溶接部が圧延スタンド２０に到達してしまうおそれがある。一方、ルーパー１５上流側の第１ＣＰＣ１６で横曲がりを検出すると、第１ＣＰＣ１６から圧延スタンド２０までの鋼帯走行距離が長いので、横曲がり検出後圧延速度調整開始までに、十分な時間的余裕を得ることができる。

第１ＣＰＣ１６は、基本的に鋼帯１１の走行が幅方向にずれている量を検出するが、鋼帯１１の幅寸法が同じである限り、走行のずれと鋼帯１１に生じている横曲がりとを識別することができない。したがって、後述する溶接部検出器２３と走行距離計２４とによって、溶接部１２が第１ＣＰＣ１６を通過するタイミングと同期して検出する場合のみ、その検出値を横曲がり量として制御部２５に対して出力する。

ブライドルロール１８は、鋼帯１１の張力を調整する。テンションレベラー１９は、圧延前に鋼帯１１の形状を矯正する。圧延スタンド２０は、１対の圧延ロール２８，２８ｂ、１対の中間ロール２９ａ，２９ｂおよび１対のバックアップロール３０ａ，３０ｂを備える。なお、圧延スタンド２０は、圧下機構も備えるが図示を省く。圧延装置１０では、圧延スタンド２０が１基のみの構成であるが、これに限定されることなく複数の圧延スタンドがタンデムに配置される構成であってもよい。モーター２１は、圧延スタンド２０のロールを回転駆動させる。モーター２１の回転速度の調整によって、ロール周速度すなわち圧延速度を調整する。

溶接部検出器２３は、溶接部１２を検出するセンサーであり、たとえば光センサーなどで実現できる。溶接部１２の溶接線上のいずれかの部分に貫通孔を形成しておき、貫通孔の走行ルート上に光センサーを設ける。溶接部１２の貫通孔が光センサーの位置に達するとき、光センサーから出射される光は貫通孔を通過し、光センサーは反射光を検知できないので、溶接部１２を検出することができる。溶接部検出器２３による溶接部１２の検出結果は、制御部２５に対して出力される。

走行距離計２４は、鋼帯１１の走行距離を計測する。計測結果は、制御部２５に対して出力される。制御部２５は、溶接部検出器２３が溶接部１２を検出するたびに走行距離をリセットする。したがって、溶接部検出器２３で溶接部１２を検出するごとに、予め定める位置を基準にして溶接部１２の走行距離を得る、すなわち圧延装置１０内における溶接部１２の走行位置をトラッキングすることができる。第１ＣＰＣ１６で横曲がり量を検出するタイミング、圧延スタンド２０で溶接部１２を圧延するときに圧延速度の変更を開始するタイミングおよび溶接部１２の圧延後に圧延速度を元に復帰させるタイミングは、溶接部検出器２３および走行距離計２４による溶接部走行位置のトラッキングにより定めることができる。

制御部２５は、モーター２１に電力供給する電源であり、かつモーター２１の動作を制御する制御回路である。また、制御部２５は、メモリ３１を備える。メモリ３１には、横曲がり量と、横曲がり量に対応する溶接部１２の圧延速度とがテーブルデータとして予め格納される。図３は、テーブルデータにおける横曲がり量Ｗｃと圧延速度との関係を例示する。図３のライン３２は、横曲がり量Ｗｃと圧延速度との関係をグラフ化した一例である。横曲がり量Ｗｃが増加するのに伴って、溶接部１２の圧延速度をステップ状に遅くする関係にある。制御部２５は、第１ＣＰＣ１６が検出する横曲がり量Ｗｃに応じて溶接部１２の圧延速度をテーブルデータから選定し、圧延スタンド２０での圧延速度が選定した速度になるように、モーター２１に供給する電流を制御する。

図１に戻って溶接部の圧延方法について詳細に説明する。前鋼帯１１と後鋼帯１１とが溶接機１４で接続され、後鋼帯１１が前鋼帯１１に導かれて圧延装置１０へ装入されている状態で、溶接部の圧延方法を開始する。

ステップａ１では、溶接部１２が溶接部検出器２３の設けられる位置に達して検出され、検出結果が制御部２５へ出力される。ステップａ２では、溶接部検出信号を受けて鋼帯１１の積算走行距離がリセットされ、予め定める位置、たとえば溶接部検出器２３の設置位置を基準にして、走行距離計２４による溶接部１２の新たな走行距離の計数、すなわち溶接部１２の走行位置のトラッキングが開始される。ステップａ３では、溶接部１２が第１ＣＰＣ１６に達するとき、第１ＣＰＣ１６で溶接部１２および溶接部近傍の鋼帯１１の横曲がり量Ｗｃが検出され、制御部２５に対して出力される。ステップａ４およびａ５では、テーブルデータがメモリ３１から読み出され、横曲がり量Ｗｃに対応する圧延速度が選定される。このとき選定される圧延速度は、前述の図３に示すように、横曲がり量Ｗｃが少ない場合には低速下の程度が少ないように設定されている。

ステップａ６では、溶接部１２が圧延スタンド２０の入側の所定位置に達したか否かが判定される。圧延スタンド２０の入側の所定位置とは、圧延スタンド２０から入側の方向に予め定める距離にある位置のことであり、溶接部１２の前方で圧延速度の変更を開始する位置に該当する。鋼帯１１は、溶接部近傍を含めて弧を描くように横曲がりしているので、溶接部１２だけでなく溶接部近傍の鋼帯１１についても板逃げ防止のための圧下バランス調整をする必要がある。また、制御部２５からの制御信号に対するモーター２１の応答速度を考慮する必要がある。これらのことから、溶接部１２の前方の所定位置から圧延速度の変更を開始する。所定位置は、固定値である必要はなく、鋼帯１１の種類ごとに経験的に把握される横曲がりの弧の長さおよび制御信号に対するモーター２１の応答速度に応じて適宜定められる。溶接部１２が、所定位置に達するまでステップａ６を繰り返し、所定位置に達するとステップａ７に進む。ステップａ７では、圧延速度を選定した速度になるように調整する。選定した圧延速度に基づき、制御部２５からモーター２１に対して供給する電流を制御することによって圧延速度を調整する。

ステップａ８では、溶接部１２が圧延スタンド２０の出側の所定位置に達したか否かが判定される。圧延スタンド２０の出側の所定位置とは、圧延スタンド２０から出側の方向に予め定める距離にある位置のことであり、溶接部１２の後方で圧延速度の復帰動作を開始する位置に該当する。出側の所定位置も、固定値である必要はなく、入側の所定位置と同様にして適宜設定される。ステップａ６およびａ８における圧延スタンド２０の入側および出側の所定位置は、たとえばキーボードなどで制御部２５に予め入力して設定することができる。ステップａ９では、圧延速度を調整前の速度に復帰させる。圧延速度の復帰も、制御部２５からモーター２１に対して供給する電流を制御することによって行う。制御部２５のモーター電流制御により圧延速度が復帰して、一連の動作が終了する。さらに後の鋼帯１１が溶接で接続されている場合、溶接部１２が溶接部検出器２３の位置に達するとき、ステップａ１からの動作が繰り返される。

ステップａ７で圧延速度の調整が行われているとき、これと並行して、圧延スタンド２０の操作者は、溶接部１２を圧延する際の圧下バランスの調整を行う。横曲がりが少ない場合、圧延速度の低下が少なくなるようにして圧延されるが、圧下バランスの調整代も少ないので、短時間であっても十分余裕をもって調整することができる。横曲がりが多い場合、横曲がりの程度に応じて圧延速度の低下を大きくして圧延するので、圧下バランスの調整代が大きくても時間をかけて調整することができる。いずれの場合でも余裕をもって圧下バランスを調整し、板逃げを防止することができる。

図４は、溶接部の圧延速度の実績を示す。鋼帯の数５６２コイルの連続圧延に対して溶接部の圧延方法を適用し、溶接部の圧延速度の実績を求めた。溶接部の圧延方法を適用しない場合、溶接部を圧延するときの圧延速度を一律に５０ｍ／ｍｉｎまで遅くしていた。しかし、横曲がり量Ｗｃが少ない場合、溶接部の圧延速度の低下の程度を少なくする溶接部の圧延方法を適用することによって、溶接部の圧延速度を速くすることができた。図４に示す圧延速度の実績値について平均値を算出したところ８０ｍ／ｍｉｎとなり、溶接部を圧延するときの能率を速度換算で約６０％向上することができた。

本発明の実施の形態である溶接部の圧延方法を示すフローチャートである。 溶接部の圧延方法に好適に用いられる圧延装置の構成を簡略化して示す図である。 テーブルデータにおける横曲がり量Ｗｃと圧延速度との関係を例示するグラフである。 溶接部の圧延速度の実績を示すグラフである。 溶接部および溶接部近傍の鋼帯の状態を示す平面図である。 鋼帯の定常部および溶接部を圧延する場合の圧延速度の対比を示すグラフである。

符号の説明

１０ 圧延装置
１１ 鋼帯
１２ 溶接部
１６ 第１ＣＰＣ
２０ 圧延スタンド
２１ モーター
２３ 溶接部検出器
２４ 走行距離計
２５ 制御部

Claims (2)

1. 複数の鋼帯を溶接機で順次溶接で接続しながら、溶接機の下流側に配置される圧延スタンドで連続圧延するに際し、鋼帯本体の圧延速度よりも溶接部の圧延速度を低下させて圧延する溶接部の圧延方法において、
   溶接部および溶接部近傍の鋼帯が、圧延方向に直交する方向へ弧状に変形する横曲がりを、溶接機と圧延スタンドとの間で、溶接部の通過に同期して検出し、
   横曲がりが少ない程、溶接部の圧延速度の低下が少なくなるようにして圧延することを特徴とする溶接部の圧延方法。
2. 鋼帯同士を溶接する間に鋼帯の圧延を続けることができるように、圧延前の鋼帯を蓄えて圧延に供するルーパーを設け、
   前記横曲がりの検出をルーパーよりも圧延方向の上流側で行うことを特徴とする請求項１記載の溶接部の圧延方法。

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