JP5610704B2 - リバース圧延機での蛇行制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延材をリバース圧延する際に生じる圧延材の蛇行を補償する（無くす又は減少させる）ための蛇行制御方法に関する。

板材の圧延過程で、圧延機から出た板材の進行方向が横方向にずれる蛇行現象は、通板トラブルを引き起こして圧延の続行が不可能になり、また、板材を分割して圧延長さを制限した圧延を余儀なくされるなど、圧延歩留を低下させる大きな原因となっている。
このような圧延材の蛇行現象を抑制する技術として、数々のものが公知となっている。
例えば、特許文献１には、タンデム圧延機の出側に設けた張力測定手段により、板材の作業側張力および駆動側張力を検出してその張力差を算出し、この張力差が所定範囲から外れる場合に、所定範囲内になるようにレベリング制御を行ない、かつ、タンデム圧延機の入側に設けた蛇行量検出用の板材位置検出器と蛇行修正ロールを用いて、前記蛇行量が所定範囲内になるように蛇行修正ロールを制御する蛇行制御方法が開示されている。

また、特許文献２には、圧延機入側の板材において、板幅端縁部を除いた作業側張力と駆動側張力を測定し、この作業側張力と駆動側張力の張力差から板材の圧延機入側での蛇行量を求め、この圧延機入側での蛇行量に基づいて通板中または次パス開始前にレベリング量を調整することが開示されている。

特開２００４−２４３３７６号公報 特開２００７−２２９７６４号公報

特許文献１，特許文献２は、圧延材の作業側張力と駆動側張力を測定し、得られた張力から蛇行量を求め、得られた蛇行量に基づいてレベリング量を調整するものであり、蛇行量を基にしたフィードバック制御を行うものとなっている。
しかしながら、これらの技術では、ある程度の蛇行抑制を行うことができるものの、圧延初期に大きな蛇行が発生する、又は、圧延初期に発生した蛇行量が圧延末期において増大するといったような不都合な状況を確実に抑制できるには至ってなかった。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、リバース圧延機での圧延材の蛇行を確実に無くすことのできる蛇行制御方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る蛇行制御方法は、圧延材を正逆方向に圧延するリバース圧延機での蛇行制御方法であって、圧延前における圧延材のキャンバ量を基に、圧延中の圧延材の蛇行量を制御することを特徴とする。
本願発明者らは、圧延材の蛇行の原因について鋭意研究を重ねた結果、圧延機の作業側張力および駆動側張力の差が蛇行に起因していることも確かであるが、それ以上に、圧延前の圧延材に存在するキャンバ（圧延材の長手方向沿った曲がり）が、圧延時の蛇行に影響していることを知見するに至った。

図２は、横軸が圧延材の長さ、縦軸が蛇行量及びキャンバ量を示したものであって、リバース圧延時における「圧延前における圧延材のキャンバ量」と「その圧延材を圧延したときの蛇行量」との関係を示したものである。
キャンバ量は、前工程（焼鈍工程）に設置された蛇行を検知するＣＰＣ（Center Position Control）の出力値である。この図から明らかなように、キャンバを有する圧延材を圧延した際には１パス目から圧延材の蛇行が始まる。加えて、１パス目の蛇行量より最終パスの蛇行量が大である（図２（ａ）→図２（ｂ））ことから、一旦発生した蛇行は、圧延を重ねることに増大することがわかる。また、キャンバ量を表す曲線と蛇行量を示す曲線は、その形が似通っていることも見て取れる。逆に、圧延前の圧延材におけるキャンバ量が少ない場合には、圧延時の蛇行が殆ど発生しないことも明らかにした。

これらのことより、圧延前における圧延材のキャンバ量を基に、圧延中の圧延材の蛇行量を制御することで、リバース圧延時における圧延材の蛇行を可及的に抑制可能となるとの知見に至った。
好ましくは、圧延材のキャンバ量と当該圧延材を圧延した際に発生する蛇行量との関係を予め求めておくと共に、前記発生した蛇行量と当該蛇行量を補償する圧延機のレベリング量とを求めておき、１パス目の圧延を行うに際しては、圧延材のキャンバ量に応じて、圧延機のレベリング量を調整するとよい。

こうすることで、リバース圧延機での圧延材の蛇行を確実に補償する（減少させる又は無くす）ことができる。
また、圧延材の蛇行量と該蛇行量を補償する圧延機のレベリング量との関係を予め求めておき、２パス目以降の圧延を行うに際しては、前記蛇行量から求められるレベリング量を前記圧延機に適用するとよい。
上述した圧延機での蛇行制御方法を圧延材の先端部及び／又は尾端部に対して行うとよい。
なお、本発明に係るリバース圧延機での蛇行制御方法の最も好ましい形態は、圧延材を正逆方向に圧延するリバース圧延機での蛇行制御方法であって、圧延前における圧延材に存在する横曲がり量であるキャンバ量を基に、圧延中の圧延材の蛇行量を制御するものであって、圧延材のキャンバ量と当該圧延材を圧延した際に発生する蛇行量との関係を予め求めておくと共に、前記発生した蛇行量と当該蛇行量を補償する圧延機のレベリング量とを求めておき、１パス目の圧延を行うに際しては、圧延材のキャンバ量に応じて、圧延機のレベリング量を調整し、２パス目以降は、偶数パスにおける圧延材の蛇行量を計測し、得られた蛇行量から次に続く奇数パスのレベリング量をもとめ、それを奇数パス圧延時の圧延機に適用することを特徴とする。

本発明に係るリバース圧延機での蛇行制御方法を用いることで、圧延材の蛇行を確実に無くすことができる。

リバース圧延機の概略図である。 圧延材長手方向におけるキャンバ量と蛇行量との関係を示した図である。 蛇行の発生状況を模式的に示した図であり、（ａ）は圧延材進行方向から圧延機を見た図、（ｂ）は圧延機を平面視した図である。 本発明に係る蛇行制御方法を説明するための図である。 本発明に係る蛇行制御方法を説明するためのフローチャートである。 蛇行量とキャンバ量との関係を示した図である。 蛇行量とレベリング量との関係を示した図である。 （ａ）は蛇行量と圧下板厚差との関係を示した図であり、（ｂ）はレベリング量と圧下板厚差との関係を示した図である。 本発明に係る蛇行制御方法を用いて圧延を行った実施例を示す図である。

以下、本発明に係るリバース圧延機での蛇行制御方法を、鋼、ステンレス、チタンなどの薄板の冷間リバース圧延を例示して図を参照しつつ説明する。
図１は、リバース圧延機の一例を示したものである。
リバース圧延機１（単に圧延機１と呼ぶこともある）は多段圧延機であり、本実施形態の場合は、上下一対のワークロール２，２と、一対又は複数対のバックアップロール３，３とを備えている。リバース圧延機１入側及び出側には巻回リール４が設けられている。
入側の巻回リール４は、リバース圧延機１に圧延材Ｗを供給する巻出リール５であり、圧延機１出側の巻回リール４は、圧延後の圧延材Ｗを巻き取る巻取リール６となっている。なお、本圧延機１はリバース圧延機１であるため、次圧延では、巻取リール６が巻出リール５となり、巻出リール５が巻取リール６となる。

さらに、リバース圧延機１には、ワークロール２，２におけるレベリング量（作業側ギャップ量と駆動側ギャップ量との差）を可変とするレベリング制御部７が設けられている。レベリング制御部７はリバース圧延機１を制御するプロセスコンピュータからなる。
なお、図３に示す如く、圧延時に発生する圧延材Ｗの蛇行の原因は様々のものが考えられるが、その一つとして、ワークロール２，２の左右側（作業側ＷＳと駆動側ＤＳ）におけるギャップ量の差すなわちレベリング量が適正でないことが挙げられる。例えば、図３（ａ）のように、圧延材Ｗのウエッジに対してレベリング量が適正でなく、作業側の圧延材の端部が大きく圧下された場合には、圧延材Ｗの長手方向に材料が伸び、結果として、図３（ｂ）に示すような作業側への蛇行が生じることとなる。

以降、レベリング制御部７内で行われる本発明の蛇行制御（レベリング制御）について説明する。
図４，図５に示されるように、まず、１パス目の圧延が行われる前に、レベリング制御部７へは、リバース圧延の前工程における「圧延材Ｗのキャンバ量」が入力される。圧延材Ｗがチタン材などの場合は、圧延の前工程として酸洗い工程や焼鈍工程が行われる。前工程におけるキャンバ量は、前工程を行う装置に設けられたＣＰＣ等で推定する。
その後、図６に示す如く、予め求めておいた「圧延材Ｗの蛇行量とキャンバ量との関係」を用い、圧延前材のキャンバ量から、１パス目に発生するであろう蛇行量を予測する。なお、キャンバ量と１パス目の入側蛇行量とはイコールであるため、図６の横軸には、ＣＰＣで計測された１パス目の入側蛇行量（ＣＰＣ電圧値）を採用している。その結果、キャンバ量（入側蛇行量）＝１８×ＣＰＣ電圧値であること知見された。（Ｓ１０１）
次に、予測された蛇行量を補償すべく（ゼロ若しくは減少すべく）、予め求めておりた「圧延材Ｗの蛇行量とそれを補償するために必要なレベリング量との関係」（図７参照）に基づき、リバース圧延機１に対し、レベリング量の変更を行う。具体的には、蛇行量の３／１０００程度のレベリング量を圧延材Ｗが蛇行する（膨らんでいる）側のワークロール２，２のギャップ量に加え、ワークロール２，２間が広がるようにする。すると、ロールギャップが広がった部分に対応する圧延材Ｗは、板厚方向に圧延される度合いが減り、ひいては、圧延材Ｗの長手方向への材料伸びが減少し、その蛇行が抑制されることとなる。（Ｓ１０３）
以上のようなレベリング量のフィードフォワード的な制御を行った後、１パス目の圧延を行う。（Ｓ１０４）
図４に示すように、２パス目以降は、偶数パスにおける圧延材Ｗの蛇行量を計測し、得られた蛇行量から次に続く奇数パスのレベリング量をもとめ、それを奇数パス圧延時の圧延機１に適用する。

つまり、２パス目（偶数パス）ので蛇行量を検出し（Ｓ１０５）、得られた蛇行量を基に、図７に開示するデータを使い修正レベリング量を求める（Ｓ１０６）。その後、得られたレベリング量を圧延機１に適用する。すなわち、圧延材Ｗが蛇行する（膨らんでいる）側のワークロール２，２のギャップ量にレベリング量を加え、ワークロール２，２間が広がるようにする。すると、ロールギャップが広がった部分に対応する圧延材Ｗは、板厚方向に圧延される度合いが減り、ひいては、圧延材Ｗの長手方向への材料伸びが減少し、その蛇行が抑制されることとなる。（Ｓ１０７）
その後、３パス目（奇数パス）の圧延を行う（Ｓ１０８）。

４パス目以降も同様に圧延を行う。すなわち、４パス目（偶数パス）の圧延時における蛇行量を求め、それを基に５パス目（奇数パス）のレベリング量を変更する。
なお、蛇行量の計測とレベリング量の修正との関係は、上記のものに限定されない。奇数パス目の圧延時における蛇行量を求め、それを基に、次に続く偶数パスでのレベリング量を修正してもよい。キャンバ量による制御が加わった１パス目における蛇行量を計測し、２パス目に反映してもよい。圧延パスにおいて「ひとつ飛び」の制御ではなく、前パスにおいて計測された蛇行量を基に現パスのレベリング量を修正し、さらに、現パスにおける蛇行量を計測しそれを基に次パスのレベリング量を修正するようにしてもよい。

このように、現パスでの蛇行量を基に次パスでのレベリング量を変更するといったフィードバック制御を行うことで、リバース圧延時における圧延材Ｗの蛇行量を確実に抑えることができる。
なお、上述した図６は、横軸が蛇行量、縦軸が蛇行量の原因となるキャンバ量を示していて「蛇行量とキャンバ量との関係」を表すものである。このグラフは、数々の圧延実績データを整理・検討して得られたものである。
上述した図７は、横軸が蛇行量、縦軸が修正レベリング量を示していて「蛇行量と修正レベリング量との関係」を表している。図７も数々の圧延実績データを整理して得られたものである。この図からわかるように、蛇行量とレベリング量との関係は、圧延材Ｗの鋼種、圧延条件、圧延回数（パス数）によらず相関を有している。線形回帰曲線を求めると、ｙ＝−２．９８５３ｘ＋５０．４９８（ｘ：蛇行量、ｙ：レベリング量）となる。そのため、蛇行量の３／１０００程度のレベリング量を圧延機１に付与すれば、蛇行量を補償できることとなる。

図７は、詳しくは、蛇行が発生した圧延材Ｗにおいて、蛇行量を計測すると共に、圧延中に得られる左右張力差を圧延材Ｗのヤング率で割ることで圧延材Ｗの左右伸び偏差を求めた。左右伸び偏差Δεに関しては、式（１）の関係を基に圧下板厚偏差（ｈｄ−ｈｗ）へと変換し、図８（ａ）のような「蛇行量と圧下板厚差との関係」を求めた。

一方で、圧延材Ｗを圧延機１に噛み込ませたまま、ギャップ量を変更する実験を行うことで、図８（ｂ）のような「レベリング量と圧下板厚差との関係」を求めた。
図８（ａ）,図８（ｂ）を組み合わせることで、図７のデータを得ることができる。

図９は、本実施形態の蛇行制御を行う前と行った後における、蛇行量の発生状況を示したものである。
実験に使用した圧延材Ｗは、チタン材であり、仕上げ幅は１０００ｍｍ、仕上げ長さは２０００ｍである。この圧延材Ｗを、通板速度３００ｍｐｍで、１０回リバース圧延した。圧延前の圧延材に存在したキャンバ量の最大値は１０ｍｍであった。
図９(ａ）に示すように、蛇行量制御を行わない場合は、１パス目で生じた２０ｍｍ程度の蛇行が、圧延を重ねる毎に、例えば１５パス目では４０ｍｍ程度の大きな蛇行量となる。このように大きな蛇行が生じる場合には、通板トラブルを引き起こして圧延の続行が不可能になったり、圧延長さを制限した圧延を余儀なくされるなどのトラブルが発生する可能性が大である。

ところが、図９(ｂ）に示すように、本実施形態の圧延では、１パス目の蛇行量は１０ｍｍ以下であり、その後圧延を重ねても蛇行量は１０ｍｍ程度で、比較的良好なものとなっている。蛇行量が１０ｍｍ以下であれば、通板トラブルもなく良好な圧延を行うことができる。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、圧延材Ｗの蛇行は、圧延材Ｗの先端部において特に発生することが明らかとなっているため、圧延材Ｗの先端部のみに上述した蛇行制御方法を採用してもよい。しかしながら、圧延材の尾端部に対して適用してもよく、先端部と尾端部との両方に適用しても何ら問題はない。
本発明の実施の形態では、リバース圧延を例示して説明を行ったが、本蛇行制御技術の適用はリバース圧延機に限定されるものではない。圧延材の蛇行が予想される薄板圧延を行う圧延機全般に適用可能である。

１ リバース圧延機
２ ワークロール
３ バックアップロール
４ 巻回リール
５ 巻出リール
６ 巻取リール
７ レベリング制御部
Ｗ 圧延材

Claims (2)

1. 圧延材を正逆方向に圧延するリバース圧延機での蛇行制御方法であって、
   圧延前における圧延材に存在する横曲がり量であるキャンバ量を基に、圧延中の圧延材の蛇行量を制御するものであって、
   圧延材のキャンバ量と当該圧延材を圧延した際に発生する蛇行量との関係を予め求めておくと共に、前記発生した蛇行量と当該蛇行量を補償する圧延機のレベリング量とを求めておき、
   １パス目の圧延を行うに際しては、圧延材のキャンバ量に応じて、圧延機のレベリング量を調整し、
   ２パス目以降は、偶数パスにおける圧延材の蛇行量を計測し、得られた蛇行量から次に続く奇数パスのレベリング量をもとめ、それを奇数パス圧延時の圧延機に適用する
   ことを特徴とするリバース圧延機での蛇行制御方法。
2. 請求項１に記載の圧延機での蛇行制御方法を、圧延材の先端部及び／又は尾端部に対して行うことを特徴とするリバース圧延機での蛇行制御方法。