JP5338140B2 - 熱間仕上圧延における蛇行防止方法、および、それを用いた熱延金属板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延ラインの仕上圧延機での圧延における被圧延材の蛇行防止方法、および、それを用いた熱延金属板の製造方法に関する。なお、本発明にいう金属板は、金属帯をも含む意味とする。

熱間圧延とは、一般的に、連続鋳造または造塊、分塊によって製造されたスラブ状の金属材料を加熱炉にて数百〜千数百℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、一対または複数対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させることで、薄く延ばし、コイル状に巻き取る一連のプロセスである。

図６は、従来から一般的に用いられている熱間圧延ライン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０．８〜２５ｍｍまで圧延されて金属帯状に薄く延ばされる。７はテーブルロールであり、被圧延材８を搬送する。

仕上圧延機１８を構成する各圧延機の数は、図６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。この仕上圧延機１８は、多くの場合、複数の圧延スタンドで同時に圧延するタンデム圧延機の形式をとる。仕上タンデム圧延機という呼び方もあるが、略して単に「仕上圧延機」と称されることが多い。１４はクロップシャーであり、仕上圧延前に被圧延材８の先尾端のクロップ（被圧延材８の先尾端の、いびつな形状の部分）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。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。

仕上圧延機１８での圧延においては、被圧延材８の蛇行がしばしば問題になる。仕上圧延機１８の最終圧延スタンドより上流側のいずれかの圧延スタンドにおいて、被圧延材８の先端が蛇行（曲がる場合も含む）すると、次の圧延スタンド入側に設置されているサイドガイド１８５に突っ掛かってしまい、圧延を継続できなくなる事態になる場合があるからである。

また、被圧延材８の尾端が蛇行すると、図７に示すごとく、サイドガイド１８５に、被圧延材８の尾端８Ｅが競り寄って、被圧延材８が折れ重なって圧延されてしまう、絞り込みという現象が起こり、被圧延材８の尾端が千切れたり、ワークロール１９が損傷し、後続の別の被圧延材８に転写して表面欠陥となる場合がある。上記のように、仕上圧延機における蛇行は生産性や表面品質の大きな悪化要因となっている。

このような蛇行を防止する技術としては、例えば、特許文献１では、仕上圧延機にて圧延される被圧延材の長手方向端の形状を光学的手段によって、被圧延材の搬送方向にみて複数の位置において検出し、その複数の位置の間における被圧延材の長手方向の伸びの差に基づいて、以降の圧延機における左右圧下量差を制御することで、被圧延材の蛇行を修正する方法を提案している。

ここで、圧下量とは、仕上圧延機１８を構成する各圧延機の場合を含め、一般に、上下のワークロール１９の間隙のことである。上下のワークロール１９の間隙が左右で異なるように制御する場合、その差を、図示しない左右の圧下スクリュー相当位置間や左右の圧下シリンダ相当位置間でどれだけにするか、が左右圧下量差である。

特許文献１ではまた、被圧延材の長手方向端の形状を検出する光学的手段として、クロップを最小とする最適切断制御のために用いるカメラ等を挙げており、これは、例えば、特許文献２に記載のクロップ形状認識装置を用いることなどを指す。
特開昭６０−１９９５１３号公報 特公昭６３−０６０８４１号公報

しかしながら、特許文献１による方法では、複数の位置の間における被圧延材長手方向の伸びの差に基づいて左右圧下量差を制御するため、２台以上の長手方向端の形状計測装置が必要であり、コストが高い。また、１台でも何らかの理由で使用できない状態に陥ると制御に使用することができない。

本発明は、従来技術のかような問題を解決するためになされたものであり、熱間圧延ラインの仕上圧延機での圧延における被圧延材の蛇行を防止できる方法、中でも、被圧延材の先端噛み込み直後の蛇行をも防止できる方法、および、それを用いた熱延金属板の製造方法、そして、好ましくは、クロップ形状認識装置を設置して熱間圧延ラインの仕上圧延機での圧延における被圧延材の蛇行を防止するにあたり、その設置数を減らせる方法、および、それを用いた熱延金属板の製造方法、を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明は、以下の通りである。すなわち、
（１）複数の圧延スタンドが連設されてなる仕上圧延機の中間スタンド間にて、被圧延材の長手方向における端部の平面形状を測定し、該平面形状からウェッジ比率を求め、次材の端部において、前記ウェッジ比率を抑制すべく前記中間スタンド間よりも上流側にある仕上圧延スタンドの作業側と駆動側のロール開度差を設定することを特徴とする熱間仕上圧延における蛇行防止方法。

（２）前記（１）に記載の蛇行防止方法において、前記ウェッジ比率に基づいて、当該材の端部が前記中間スタンド間より下流の各仕上圧延スタンドを通過する前に、仕上圧延スタンドの作業側と駆動側のロール開度差を設定することを特徴とする熱間仕上圧延における蛇行防止方法。

（３）前記（１）または（２）に記載の蛇行防止方法を用いた熱延金属板の製造方法。

本発明は、被圧延材の長手方向端部の平面形状を板幅方向で対称となるように仕上圧延スタンドの作業側と駆動側のロール開度差を修正するので、被圧延材の長手方向先端部における回り込みのモーメント力発生を防止することができ、蛇行を防止することができる。

（第１の実施の形態：仕上圧延機の入側から圧延スタンド間において発生したウェッジ比率から次材における左右圧下量差を設定する場合）
第１の実施の形態では、図１に示したクロップ形状認識装置３０，３１のうち、圧延スタンド間（Ｆ_ｎ−１とＦ_ｎとの間）に配置された、クロップ形状認識装置３１だけを用いる例について説明する。なお、図１では、Ｆ４の出側にクロップ形状認識装置３１が設置された例を示しているが、その他の任意の圧延スタンドの出側であっても構わない。

このクロップ形状認識装置３１は、被圧延材８の端部の平面形状、すなわち、端部の長さが被圧延材８の幅方向にどのように分布しているかを測定するものである。

図２は、仕上圧延機の圧延スタンド間（Ｆ_ｎ−１とＦ_ｎの間）に設置されたクロップ形状認識装置３１により測定された、Ｆ_ｎ−１出側の被圧延材８の長手方向先端部の平面形状の一例を示したものであり、右側が左側よりもｄＬ_Ｔｎ−１長く伸びた事例である。左側は本実施の形態では作業側、右側は同駆動側に対応している。

そして、先端の変形の及ぶ範囲（被圧延材幅の１．５〜２倍。実験などにより求める。）の長さを先端部変形長さＬ_Ｔｎ−１とすると、仕上圧延機１８の入側における被圧延材８の先端部のウェッジ比率ｒ_{ＴＷｎ−１}は、（１）式で表される。

ｒ_{ＴＷｎ−１} ＝ ｄＨ_Ｔｎ−１／Ｈ_Ｔｎ−１
＝ ｄＬ_Ｔｎ−１／Ｌ_Ｔｎ−１ （１）
ｄＨ_Ｔｎ−１ ： Ｆ_ｎ−１スタンド出側における先端部の左右被圧延材厚差
Ｈ_Ｔｎ−１ ： Ｆ_ｎ−１スタンド出側における先端部の幅中央の被圧延材厚
ｄＬ_Ｔｎ−１ ： Ｆ_ｎ−１スタンド出側における先端部変形長さの左右差
Ｌ_Ｔｎ−１ ： Ｆ_ｎ−１スタンド出側における先端部変形長さ
一方、被圧延材の先端がクロップシャー１４に切断された後、仕上圧延機の入側のスタンドＦ１からクロップ形状認識装置３１のすぐ上流のスタンドＦ_ｎ−１までの圧延によって、発生したウェッジ比率ｒ_Ｗｋは、Ｆ１からＦ_ｎ−１スタンドの影響を考慮して下記のように表せる。

ｒ_Ｗｋ＝δｒ_ｗｋ／δｄＳ_１・ｄＳ_１＋δｒ_ｗｋ／δｄＳ_２・ｄＳ_２
＋・・・・＋δｒ_ｗｋ／δｄＳ_ｎ−１・ｄＳ_ｎ−１ （２）
ただし、δｒ_ｗｋ／δｄＳ_ｉ（ｉ＝１、２、・・、ｎ−１）は、ｉスタンドにおける左右圧下量差の、仕上圧延機の入側からＦ_ｉ間で発生したウェッジ比率変化に対する影響係数である。そこで、（２）式の左辺のウェッジ比率ｒ_Ｗｋに、クロップ形状認識装置３１にて測定し、（１）式により算出したウェッジ比率ｒ_{ＴＷｎ−１}の値を代入し、当該材にて（２）式が成り立つように、右辺のｄＳ_１〜ｄＳ_ｎ−１の値を決定する。

そして、この値に基づき、次材の先端部において、上記ウェッジ比率の発生を防止するように、下記（３）式により、次材の先端部で適用する左右圧下量差指令値を補正する。

ｄＳ^´ _ｉ＝ｄＳ^０ _ｉ−ｇ_ｉ・ｄＳ_ｉ （ｉ＝１、２、・・・、ｎ−１） （３）
ｄＳ^´ _ｉ： 補正後の左右圧下量差指令値
ｄＳ^０ _ｉ： 補正前（初期）の左右圧下量差指令値
ｇ_ｉ ： 係数（０≦ｇ_ｉ≦１）
そして、当該材の圧延が完了した後、次材の先端が各圧延スタンドに達するまでに、補正後の左右圧下量差指令値ｄＳ^´ _ｉを設定する。また、当該材と次材の圧延条件による差異、例えば、圧延荷重の差による左右圧延機ハウジングのミル伸び差などに起因した差異がある場合には、その差異を当該材の設定値に加算して、次材におけるＦ１〜Ｆ_ｎ−１における作業側と駆動側のロール開度差を設定する。

以下に、図４を用いて演算処理フローを説明する。まず、仕上圧延機１８にて圧延しようとする被圧延材８の先端が、クロップ形状認識装置３１の下に達して、クロップ形状認識装置３１で被圧延材８の先端部の平面形状が測定され、平面形状データが、制御装置５０に入力されたのち、さらに、平面形状データが制御装置５０からプロセスコンピュータ７０に送信され、実行される（ステップＳ１０１のＹｅｓ）。

そして、測定した先端部変形長さの左右差ｄＬ_ｎ−１、先端部変形長さＬ_ｎ−１から、仕上圧延機１８の入側における被圧延材８の先端部のウェッジ比率ｒ_Ｗｎ−１を、（１）式により算出する（ステップＳ１０２）。続いて、ウェッジ比率ｒ_Ｗｎ−１を（２）式をウェッジ比率ｒ_Ｗｋに代入し、（２）式を満足する各仕上圧延スタンドＦ_ｉ（ｉ=１、２、・・・、ｎ−１）における、左右圧下量差ｄＳ_ｉを算出する（ステップＳ１０３）。

その後、（３）式により、左右圧下量差指令値の初期値ｄＳ^０ _ｉを補正して、補正後の左右圧下量差指令値ｄＳ^´ _ｉを算出し、決定する（ステップＳ１０４）。

また、当該材と次材の圧延条件による差異があれば（ステップS１０５のＹｅｓ）、その差異に基づいて、さらに、左右圧下量差ｄＳ´_ｉ（ｉ=１、２、・・・、ｎ−１）を補正する（ステップS１０６）。

その後、当該材の尾端が各圧延スタンドを抜けた後（ステップS１０７のYｅｓ）、この求めた左右圧下量差ｄＳ´_ｉは、プロセスコンピュータ７０から制御装置５０に出力され、制御装置５０は、詳説しない他の様々な指令値とともに、クロップ形状認識装置３１よりも被圧延材８の搬送方向Ａにみて上流側の各圧延スタンド（Ｆ_ｎより上流の圧延スタンド：図１では、Ｆ１、Ｆ２、・・・、Ｆ_n-1）に対して、左右圧下量差の指令値ｄＳ´_ｉを設定する（ステップＳ１０８）。

上述の説明は、先端部に関して説明したが、先端部に代えて、尾端部にも適用可能である。先端部と同様に、図１に示す、圧延スタンド間（Ｆ_ｎ−１とＦ_ｎとの間、図１でいえばＦ４とＦ５の間）に配置された、クロップ形状認識装置３１だけを用いて、尾端部の平面形状、すなわち、尾端部の長さが被圧延材８の幅方向にどのように分布しているかを測定する。図３は、クロップ形状認識装置３０により測定された、粗圧延後の被圧延材８の長手方向尾端部の平面形状の一例を示したものであり、右側が左側よりもｄＬ_Bｎ−１長く伸びた事例である。つまり、先端部とは、向きが逆になっている。

先端部の変数ｒ_{ＴＷｎ−１}、ｄＬ_Ｔｎ−１、Ｌ_Ｔｎ−１、ｄＨ_Ｔｎ−１、Ｈ_Ｔｎ−１等を、尾端部の変数、ｒ_{BＷｎ−１}、ｄＬ_Ｂｎ−１、Ｌ_Bｎ−１、ｄＨ_Bｎ−１、Ｈ_Bｎ−１等に、それぞれ置き換えればよい。

なお、先端部同様に、図１では、Ｆ４の出側にクロップ形状認識装置３１が設置された例を示しているが、その他の任意の圧延スタンドの出側であっても構わない。

また、先端部と尾端部の両方において、端部の平面形状による左右圧下量差を補正することも可能であり、その場合には、先端部の補正量を尾端が通過する前に、尾端部の補正量で置き換えるようにすればよい。
（第２の実施の形態：当該材と次材とに対しても左右圧下量差を設定する場合）
第１の実施の形態は、当該材で測定し、次材のロール開度を設定する方法について説明したが、たとえば、以下の当該材においてロール開度を設定する方法と組み合わせてもよい。これにより、全ての圧延スタンドに対して、ロール開度差を設定できる。

本実施の形態では、第１の実施の形態の処理に加えて、（１）式で算出したウェッジ比率ｒ_{ＴＷｎ−１}に基づいて、クロップ形状認識装置３１以降の各圧延スタンド（図１ではＦ_５、Ｆ_６、Ｆ_７）の当該材における左右圧下量差ｄＳ_ｉ（ｉ＝ｎ、ｎ＋１、・・、７）、（図１ではｄＳ_５、ｄＳ_６、ｄＳ_７）を算出し、設定も行う。

なお、図１では、Ｆ４の出側にクロップ形状認識装置３１が設置された例を示しているが、その他の任意の圧延スタンドの出側であっても構わない。

以下に、第１の実施の形態に対して加える演算処理フローを、図５を用いて説明する。まず、仕上圧延機１８にて圧延しようとする被圧延材８の先端が、クロップ形状認識装置３１の下に達して、クロップ形状認識装置３０で被圧延材８の先端部の平面形状が測定され、平面形状データが、制御装置５０に入力されたのち、さらに、平面形状データが制御装置５０からプロセスコンピュータ７０に送信され、実行される（ステップＳ２０１のＹｅｓ）。

そして、測定した先端部変形長さの左右差ｄＬ_ｎ−１、先端部変形長さＬ_ｎ−１から、仕上圧延機１８の入側における被圧延材８の先端部のウェッジ比率ｒ_Ｗｎ−１を、（１）式により算出する（ステップＳ２０２）。

続いて、各仕上圧延スタンドＦ_ｉ（ｉ=ｎ、ｎ＋１、・・・、７）の出側での、（４）式を満足する被圧延材左右板厚差ｄｈ_Ｔｉを算出する（ステップＳ２０３）。

ｄｈ_Ｔｉ／ｈ_Ｔｉ ＝ ｒ_Ｔ０ （４）
ｄｈ_Ｔｉ：Ｆ_Ｔｉ出側における先端部の被圧延材左右厚差
ｈ_Ｔｉ ：Ｆ_Ｔｉ出側における先端部の被圧延材幅中央の板厚（測定値又は設定値）
ここで、ウェッジ比率の目標値ｒ_Ｔ０は、下記（５）式のように表わされる。なお、仕上圧延機１８の入側でのウェッジ比率ｒ_{ＴＷｎ−１}を維持したい場合には、係数ｋ＝１とし、逆に、ウェッジ比率ｒ_{ＴＷｎ−１}を解消したい場合には、係数ｋ＜１とする。

ｒ_Ｔ０＝ｋ・ｄＨ_Ｔｉ／Ｈ_Ｔｉ （５）
ｋ：係数
さらに、ステップＳ２０３で求めた被圧延材左右厚差ｄｈ_Ｔｉに基づいて、各圧延スタンドＦ_ｉ（ｉ=ｎ、ｎ＋１、・・・、７）における左右圧下量差ｄＳ_Ｔｉを算出する（ステップＳ２０４）。

そして、計算の結果は、プロセスコンピュータ７０から制御装置５０に出力され、制御装置５０は、詳説しない他の様々な指令値とともに、クロップ形状認識装置３１よりも被圧延材８の搬送方向Ａにみて下流側の各圧延スタンド（Ｆ_ｎ以降の圧延スタンド：図１では、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７）に対して、左右圧下量差の指令値を設定する（ステップＳ２０５）。

そして、クロップ形状認識装置３１より下流の圧延スタンドでは、被圧延材８の先端がクロップ形状認識装置３１より下流の各圧延スタンドに噛み込む前に、当該左右圧下量差の指令値になるよう、図示しない左右の圧下スクリューまたは左右の圧下シリンダを動作させる。

上述はＦ_ｎ以降の圧延スタンドに対する設定であるが、Ｆ１〜Ｆ_ｎ−１の各スタンドにおけるロール開度差については、第１の実施の形態において先行材で求めた設定値を使えばよい。圧延スタンドＦ１に噛み込む直前、例えば、仕上入側温度計１５の下に達し、被圧延材８に対応する温度が検出された時点で、第１の実施の形態において先行材で求めた左右圧下量差を初期指令値として設定し、図示しない左右の圧下スクリューまたは左右の圧下シリンダを動作させる。

その後、被圧延材８の先端が、クロップ形状認識装置３１の下に達し、先端部の平面形状からウェッジ比率が算出できた時点で、クロップ形状認識装置３１より下流の圧延スタンドに対して、該ウェッジ比率から求めた左右圧下量差の指令値を設定し、図示しない左右の圧下スクリューまたは左右の圧下シリンダを動作させる。

このようにすれば、圧延スタンド間にクロップ形状認識装置３１を１台配置することによって、全ての圧延スタンドのロール開度差（左右圧下量差）を設定することが可能となる。

本実施の形態も、先端部に限らず、尾端部にも適用可能であり、上述の演算式の変数ｄＬ_Ｔ０、Ｌ_Ｔ０、ｒ_ＴＷ０、ｄｈ_Ｔｉ、ｄＳ_Ｔｉ、ｄＬ_Ｔｎ−１、Ｌ_Ｔｎ−１、ｒ_{ＴＷｎ−１}、ｄｈ_ＴＣｉ、ｄＳ_ＴＣｉ、ｄＨ_Ｔ０、Ｈ_Ｔ０等を、各々尾端用の変数ｄＬ_B０、Ｌ_B０、ｒ_BＷ０、ｄｈ_Bｉ、ｄＳ_Bｉ、ｄＬ_Bｎ−１、Ｌ_Bｎ−１、ｒ_{BＷｎ−１}、ｄｈ_BＣｉ、ｄＳ_BＣｉ、ｄＨ_B０、Ｈ_B０等、に置き換えればよい。また、先端部と尾端部の両方に対しても適用することは可能である。また、圧延スタンドが７スタンドとして説明したが、それに限定されない。

本発明の実施の形態の一例を示す線図 ウェッジ比率の定義を示す線図 ウェッジ比率の定義を示す線図 本発明の第１の実施の形態における演算処理フローを示す図 本発明の第２の実施の形態における演算処理フローを示す図 本発明を適用すべき熱間圧延ラインの一例を示す線図 本発明を適用すべき熱間圧延ラインの一例を示す線図

符号の説明

７ テーブルロール
８ 被圧延材
９ 幅プレス
１０ 加熱炉
１２ 粗圧延機
１３ エッジャーロール
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 仕上圧延機
１９ ワークロール
１９Ａ バックアップロール
２０ ルーパ
２１ 仕上出側温度計
２２ 仕上出側板厚計
２３ ランナウトテーブル
２４ コイラー
２５ コイラー入側温度計
３０ クロップ形状認識装置
３１ クロップ形状認識装置
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

Claims (3)

1. 複数の圧延スタンドが連設されてなる仕上圧延機の中間スタンド間にて、被圧延材の長手方向における端部の平面形状を測定し、該平面形状から前記端部の変形の及ぶ被圧延材幅の１．５〜２倍の前記長手方向の範囲を定めてウェッジ比率を求め、次材の端部において、前記ウェッジ比率を抑制すべく前記中間スタンド間よりも上流側にある仕上圧延スタンドの作業側と駆動側のロール開度差を設定することを特徴とする熱間仕上圧延における蛇行防止方法。
2. 請求項１に記載の熱間仕上圧延における蛇行防止方法において、前記ウェッジ比率に基づいて、当該材の端部が前記中間スタンド間より下流の各仕上圧延スタンドを通過する前に、仕上圧延スタンドの作業側と駆動側のロール開度差を設定することを特徴とする熱間仕上圧延における蛇行防止方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱間仕上圧延における蛇行防止方法を用いた熱延金属板の製造方法。

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