JP5617307B2 - 鋼板の圧延方法及びパススケジュール算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機による圧延工程を複数パス繰り返すことによって鋼板を圧延する鋼板の圧延方法、及び各パスにおける圧延機の圧下位置をパススケジュールとして予め算出するパススケジュール算出方法に関するものである。

近年、構造物の軽量化、材料費の低減、及び溶接工程の省略等の観点から、鋼板の板厚を圧延段階でその長手方向において一定の割合で変化させた異形鋼板が用いられるようになってきている。このような異形鋼板は、可逆式圧延機による圧延工程を複数回繰り返すことによって製造される。以下、本明細書中では、可逆式圧延機による１回の圧延工程を１パスと表現する。すなわち、異形鋼板は圧延工程を複数パス繰り返すことによって製造される。

異形鋼板の板厚を高精度に製造するためには、各パスにおける鋼板の長手方向位置を高精度に制御することが重要である。そして、各パスにおける鋼板の長手方向位置を高精度に制御するためには、各パスにおける鋼板の長手方向位置を高精度に計測することと、各パスにおける鋼板の長手方向位置に対し圧延ロール間のギャップ（圧下位置）を高精度に設定することとが重要である。

前者の長手方向位置を高精度に計測する方法としては、鋼板の先進率予測式の予測率を高める方法や、鋼板の先端位置をセンサで計測して長手方向位置を補正する等の方法が有効である。例えば特許文献１には、圧延機の下流側に設置された複数の先端検出装置と板速度検出装置とを用いて先進率予測式を補正することによって、圧延中の鋼板の長手方向位置を高精度に計測する方法が開示されている。

一方、後者の圧下位置を高精度に設定する方法としては、鋼板の長手方向位置に対する圧延荷重を予測し、予測された圧延荷重に基づいて圧下位置を算出する方法や、予測圧延荷重が実際の圧延荷重と異なった時に圧延荷重差による板厚への影響を少なくするように圧下位置を修正する方法が有効である。また、圧延荷重を予測するための分割点数を増やし、線形補間による誤差を少なくする方法も考えられる。例えば特許文献２には、圧延荷重及び圧下位置に対する影響係数であるミル剛性が圧延荷重域によって異なり比例しないことに着目して隣接する３つの分割点を用いて近似する方法が開示されている。

なお、特許文献２記載の方法は、鋼板の板厚変化量をｎ等分することによってｎ個の分割点を生成している。板厚変化量をｎ等分するということは、板厚変化量が長手方向に対し一定の割合で変化する異形鋼板では、長手方向にｎ等分するということと等価である。従って、特許文献２記載の方法を異形鋼板の製造工程に適用する場合、鋼板の全長をｎ等分することによってｎ個の分割点を生成し、各分割点について圧延荷重と圧下位置とを予測し、予測結果に基づいて圧下位置を修正することになる。

特開平８−３０９４１５号公報 特開２００８−２４６５１１号公報

ところで、圧延中に圧下位置を修正する際には、鋼板の長手方向位置ｌに応じて圧下位置を変化させるが、鋼板の長手方向位置ｌは以下の数式（１）,（２）を用いて算出される。数式（１）中、パラメータｆは先進率、パラメータＮはサンプリング周期毎のワークロール回転数［１／ｓ］、パラメータＲはワークロール径［ｍｍ］、パラメータΔｔはサンプリング周期［ｓ］を示す。また、数式（２）中、パラメータｒは圧下率、パラメータＨは鋼板の入側板厚［ｍｍ］、パラメータｈは鋼板の出側板厚［ｍｍ］を示す。

すなわち、鋼板の長手方向位置ｌは、ワークロール回転数Ｎに（１＋先進率ｆ）を乗じた式で表される。ここで、異形鋼板の製造工程では、鋼板の入側板厚Ｈと出側板厚ｈとが逐次変化するために、数式（２）から明らかなように、先進率ｆも逐次変化する。従って、鋼板の長手方向位置ｌを算出する際には、数式（２）に基づいて先進率ｆも逐次変更する必要がある。

しかしながら、各パスにおいて鋼板の全長をｎ等分することによって分割点を生成した場合、マスフロー一定の原則から圧延前の分割点の位置と圧延後の分割点の位置とは厳密には一致しない。具体的には、図９（ａ）に示すｉ番目のパスにおける鋼板２の分割点の位置Ｐ_Ａは、図９（ｂ）に示すように、次のｉ＋１番目のパスでは位置Ｐ_Ａ’となり、ｉ＋１番目のパスにおける鋼板２の分割点の位置Ｐ_Ｂとは一致しない。また図９（ｃ）に示すように、そのズレ量はパスの回数の増加に応じて大きくなる。

従って、各パスにおいて鋼板の全長をｎ等分することによって分割点を生成した場合、先進率ｆを算出する際に用いられる出側板厚ｈに誤差が生じる。具体的には、図９（ｂ）に示す例では、先進率を算出する際には位置Ｐ_Ａ’における板厚ｈ１を出側板厚ｈとして用いなければならないが、位置Ｐ_Ｂにおける板厚ｈ２が出側板厚ｈとして用いられることによって、算出される先進率ｆに誤差が生じる。このため、各パスにおいて鋼板の全長をｎ等分することによって分割点を生成した場合には、算出される長手方向位置ｌに誤差が含まれることから、長手方向の板厚精度に誤差が生じ、目的とする形状に異形鋼板を圧延することができない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、目的とする形状に精度よく鋼板を圧延可能な鋼板の圧延方法及びパススケジュール算出方法を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼板の圧延方法は、圧延機による圧延工程を複数パス繰り返すことによって鋼板を圧延する鋼板の圧延方法であって、分割部の断面積がパス間で同じになるように各パスの鋼板を長手方向に仮想的に分割する分割ステップと、分割ステップによって生成された各分割点のパス間の位置変化に基づいて、各分割点における先進率を予測する予測ステップと、予測ステップによって予測された各分割点における先進率を用いて鋼板の長手方向位置を算出し、算出された長手方向位置に基づいて鋼板の圧下位置を制御する制御ステップと、を含む。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るパススケジュール算出方法は、圧延機による圧延工程を複数パス繰り返すことによって鋼板を圧延する鋼板の圧延方法における、各パスでの圧延機の圧下位置をパススケジュールとして算出するパススケジュール算出方法であって、分割部の断面積がパス間で同じになるように各パスの鋼板を長手方向に仮想的に分割する分割ステップと、分割ステップによって生成された各分割点のパス間の位置変化に基づいて、各分割点における先進率を予測する予測ステップと、予測ステップによって予測された各分割点における先進率を用いてパススケジュールを算出する算出ステップと、を含む。

本発明に係る鋼板の圧延方法及びパススケジュール算出方法によれば、分割点の位置が圧延前後で変化することがなく、先進率を精度高く算出することができるので、目的とする形状に精度よく鋼板を圧延することができる。

図１は、本発明の一実施形態である可逆式圧延機の構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態であるパススケジュール算出処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、鋼板の最厚部及び最薄部の出側板厚と板長とを説明するための模式図である。 図４は、鋼板を長手方向に均等に分割した状態を示す模式図である。 図５は、鋼板の各分割点における板厚及び板長を示す模式図である。 図６は、鋼板の各分割点における板厚及び板長を算出する方法を説明するための模式図である。 図７は、鋼板の長手方向位置と板厚との関係を示すグラフである。 図８は、本発明の一実施形態であるパススケジュール算出処理の概念を説明するための図である。 図９は、従来のパススケジュール算出処理の概念を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

〔可逆式圧延機の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である可逆式圧延機の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である可逆式圧延機の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である可逆式圧延機１は、鋼板２を圧延する上下一対のワークロール３ａ，３ｂと、上下一対のワークロール３ａ，３ｂをバックアップする上下一対のバックアップロール４ａ，４ｂと、を備える。この可逆式圧延機１は、上下一対のワークロール３ａ，３ｂ間に鋼板２を搬送する圧延工程（以下、パスと表記）を複数パス繰り返すことによって鋼板を目的の形状に圧延する。

可逆式圧延機１は、制御系として、パススケジュール演算装置１１、ロードセル１２、パルスジェネレータ１３、板厚制御装置１４、コントローラ１５、サーボバルブ１６、及び油圧シリンダ１７を備える。パススケジュール演算装置１１は、コンピュータ等の演算装置によって構成されている。パススケジュール演算装置１１は、各パスにおける板厚変更量、先進率、予測荷重、初期圧下位置、及び制御用ミル剛性値を算出し、算出結果を板厚制御装置１４に入力する。

ロードセル１２は、上下一対のワークロール３ａ，３ｂの圧延荷重を検出し、検出された圧延荷重を示す信号を板厚制御装置１４に入力する。パルスジェネレータ１３は、ワークロール３ａの回転速度を検出し、検出された回転速度を示す信号を板厚制御装置１４に入力する。板厚制御装置１４は、パススケジュール演算装置１１、ロードセル１２、及びパルスジェネレータ１３からの入力情報に基づいて、コントローラ１５を介してサーボバルブ１６の開度をＡＧＣ制御する。油圧シリンダ１６は、サーボバルブ１６の開度に応じて昇降し、ワークロール３ａとワークロール３ｂとの間のギャップ（圧下位置）を調整する。

〔パススケジュール算出処理〕
このような構成を有する可逆式圧延機１では、パススケジュール演算装置１１が、以下に示すパススケジュール算出処理を実行することによって、鋼板２の長手方向位置を算出する際に用いられる先進率を高精度に算出し、目的とする形状に鋼板を高精度に圧延可能にする。以下、図２に示すフローチャートを参照して、このパススケジュール算出処理を実行する際のパススケジュール演算装置１１の動作について説明する。

図２に示すフローチャートは、パススケジュール演算装置１１に対してパススケジュール算出処理の実行指示が入力されたタイミングで開始となり、パススケジュール算出処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、パススケジュール演算装置１１が、各パスにおける図３に示す鋼板２の最薄部の出側板厚ｈ_０（ｉ）及び板長Ｌ_ｎ（ｉ）を算出する。なお、添え字のパラメータｉは、パスの順番を示すパラメータであり、添え字のパラメータｎは、鋼板２の長手方向における分割数を示すパラメータである。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、パススケジュール算出処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、パススケジュール演算装置１１が、鋼板２の板厚を長手方向に変化させる圧延工程を開始するパス（テーパ開始パス）の順番ｔｐを決定する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、パススケジュール算出処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、パススケジュール演算装置１１が、各パスにおける図３に示す鋼板２の最厚部の出側板厚ｈ_ｎ（ｉ）を算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、パススケジュール算出処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、パススケジュール演算装置１１が、図４に示すように、ステップＳ３の処理によって決定したｔｐ番目のパス、すなわちテーパ開始パスにおける鋼板２を長手方向に均等にｎ分割することによって、断面積Ｓ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有するｎ個の分割部を生成する。なお、本実施形態では、鋼板２を長手方向に均等にｎ分割したが、例えばａ_１：ａ_２：ａ_３：…：ａ_ｎ等の所定の比率で鋼板２を長手方向にｎ分割してもよい。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、パススケジュール算出処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、パススケジュール演算装置１１が、パスの順番を計数するためのプログラムカウンタｉの値をｔｐ＋１に設定する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、パススケジュール算出処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、パススケジュール演算装置１１が、図５に示すように、ステップＳ４の処理によって生成されたｎ個の分割部の断面積Ｓ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）がパス間で等しくなるように、プログラムカウンタｉの値に対応するｉ番目のパスにおける鋼板２を長手方向にｎ分割する。なお、ステップＳ４の処理においてａ_１：ａ_２：ａ_３：…：ａ_ｎ等の所定の比率で鋼板２を長手方向にｎ分割した場合には、パススケジュール演算装置１１は、この比率がパス間で等しくなるように鋼板２を長手方向にｎ分割する。すなわち、パススケジュール演算装置１１は、ｎ個の分割部の断面積がパス間で等しくなるように、プログラムカウンタｉの値に対応するｉ番目のパスにおける鋼板２を長手方向にｎ分割する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、パススケジュール算出処理はステップ７の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、パススケジュール演算装置１１が、プログラムカウンタｉの値に対応するｉ番目のパスにおける鋼板２の板長Ｌ_ｎ（ｉ）を算出する。具体的には、ｉ＝ｔｐ＋１である場合、マスフロー一定としてｉ番目のパスにおける鋼板２の全長の断面積をＳとし、またｉ番目のパスにおける鋼板２の板厚の勾配ｇが鋼板２の全長で一定であるとすると、ｉ番目のパスにおける鋼板２の板長Ｌ_ｎ（ｉ）は以下の数式３によって算出することができる。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、パススケジュール算出処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、パススケジュール演算装置１１が、ステップＳ６の処理によって分割された各分割点における板厚ｈ_ｋ（ｉ）及び板長Ｌ_ｋ（ｉ）を算出する。具体的には、ｋ番目の分割部のテーパ量α_ｋ及び長手方向の長さΔＬ_ｋを図６に示すように定義すると、勾配ｇと分割部の断面積Ｓ_ｋとはそれぞれ以下の数式４，５で表される。

また、数式４，５より分割部の断面積Ｓ_ｋは以下の数式６のように表され、数式６をテーパ量α_ｋで整理すると以下の数式７が得られる。従って、テーパ量α_ｋは数式７を解くことによって以下の数式８のように表され、各分割点におけるｈ_ｋ（ｉ）及び板長Ｌ_ｋ（ｉ）は以下の数式９，１０のように表される。そこで、パススケジュール演算装置１１は、以下の数式９，１０を用いて各分割点における板厚ｈ_ｋ（ｉ）及び板長Ｌ_ｋ（ｉ）を算出する。このステップＳ７及びステップＳ８の処理によれば、例えばｔｐ＋１番目のパスについては、図５に示すように、各分割点における板厚ｈ_ｋ（ｔｐ＋１）及び板長Ｌ_ｋ（ｔｐ＋１）が算出される。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、パススケジュール算出処理はステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９の処理では、パススケジュール演算装置１１が、全てのパスについて各分割点での板厚ｈ_ｋ（ｉ）及び板長Ｌ_ｋ（ｉ）を算出したか否かを判別する。判別の結果、全てのパスについて各分割点での板厚ｈ_ｋ（ｉ）及び板長Ｌ_ｋ（ｉ）を算出していない場合、パススケジュール演算装置１１は、ステップＳ１０の処理としてプログラムカウンタｉの値を１増数した後、パススケジュール算出処理をステップＳ６の処理に戻す。一方、全てのパスについて各分割点での板厚ｈ_ｋ（ｉ）及び板長Ｌ_ｋ（ｉ）を算出した場合には、パススケジュール演算装置１１は、パススケジュール算出処理をステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、パススケジュール演算装置１１が、各パスについて各分割点における先進率ｆ_ｋ（ｉ）、荷重Ｐ_ｋ（ｉ）、及び板厚変更量Δｈ_ｋ（ｉ）を算出し、算出結果を板厚制御装置１４に入力する。なお、これらの値の算出方法は、本願発明の出願時点で既に公知であるので詳細な説明は省略するが、各分割点における先進率ｆ_ｋ（ｉ）については、各分割点の板厚ｈ_ｋ（ｉ）を出側板厚ｈとして既に述べた数式２に代入することによって算出することができる。また、各分割点のＰ_ｋ（ｉ）については、例えばBland & Fordの式やHillの式等の圧延荷重式を用いて算出することができる。また、板厚変更量Δｈ_ｋ（ｉ）については、隣接する分割点との板厚の差分を求めることによって算出することができる。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、一連のパススケジュール算出処理は終了する。

以後、板厚制御装置１４は、各パスについて分割点間の先進率、予測荷重、及び板厚変更量を線形補間によって算出し、図７に示すような鋼板２の長手方向位置Ｌｆｂと板厚ｈとの関係を求める。そして、板厚制御装置１４は、既に述べた数式１を用いて鋼板２の長手方向位置ｌを算出し、算出結果に基づいて図７に示す関係に従って板厚偏差がゼロになるように圧下位置をＡＧＣ制御することによって、鋼板２を目的とする形状に圧延する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態であるパススケジュール算出処理では、パススケジュール演算装置１１が、分割部の断面積がパス間で同じになるように各パスの鋼板を長手方向に仮想的に分割し、各分割点のパス間の位置変化に基づいて、各分割点における先進率を予測する。そして、このようなパススケジュール算出処理によれば、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、マスフロー一定の原則からｉ番目のパスにおける鋼板２の分割点の位置Ｐ_Ａは、次のｉ＋１番目のパスでは位置Ｐ_Ａ’となり、ｉ＋１番目のパスにおける鋼板２の分割点の位置Ｐ_Ｂと一致するので、先進率を算出する際に用いられる出側板厚に誤差が生じない。従って、このようなパススケジュール算出処理によれば、鋼板２の長手方向位置を高精度に算出し、目的とする形状に異形鋼板を高精度に圧延することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態は、板厚が長手方向において一定の割合で変化する異形鋼板の製造工程に本発明を適用したものであるが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、幅寸法が長手方向に一定の割合で変化する鋼板の製造工程、異形鋼板の板厚を長手方向に均一にする工程等、鋼板の形状を長手方向に変化させる工程であれば適用することができる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 可逆式圧延機
２ 鋼板
３ａ，３ｂ ワークロール
４ａ，４ｂ バックアップロール
１１ パススケジュール演算装置
１２ ロードセル
１３ パルスジェネレータ
１４ 板厚制御装置
１５ コントローラ
１６ サーボバルブ
１７ 油圧シリンダ

Claims (3)

1. 圧延機による圧延工程を複数パス繰り返すことによって鋼板を圧延する鋼板の圧延方法であって、
   鋼板の板厚及び板長によって定義される分割部の断面積がパス間で同じになるように各パスの鋼板を長手方向に仮想的に分割する分割ステップと、
   前記分割ステップによって生成された各分割点のパス間の位置変化に基づいて、各分割点における先進率を予測する予測ステップと、
   前記予測ステップによって予測された各分割点における先進率を用いて前記鋼板の長手方向位置を算出し、算出された長手方向位置に基づいて該鋼板の圧下位置を制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする鋼板の圧延方法。
2. 前記鋼板は、鋼板の板厚が長手方向に一定の割合で変化する異形鋼板であり、前記予測ステップは、ｉ番目のパスにおけるｋ番目の分割点における鋼板の板厚を圧延機の入側の板厚、ｉ＋１番目のパスにおけるｋ番目の分割点における鋼板の板厚を圧延機の出側の板厚として、各分割点における先進率を予測するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼板の圧延方法。
3. 圧延機による圧延工程を複数パス繰り返すことによって鋼板を圧延する鋼板の圧延方法における、各パスでの圧延機の圧下位置をパススケジュールとして算出するパススケジュール算出方法であって、
   鋼板の板厚及び板長によって定義される分割部の断面積がパス間で同じになるように各パスの鋼板を長手方向に仮想的に分割する分割ステップと、
   前記分割ステップによって生成された各分割点のパス間の位置変化に基づいて、各分割点における先進率を予測する予測ステップと、
   前記予測ステップによって予測された各分割点における先進率を用いて前記パススケジュールを算出する算出ステップと、
   を含むことを特徴とするパススケジュール算出方法。

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