JP5742487B2 - 金属鋼帯の蛇行制御方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属鋼帯の蛇行を制御する方法および装置に関するものである。

金属鋼帯（以下、適宜単に鋼帯と記載する）に連続燃鈍処理等の連続処理を施す連続処理ラインには、安定した通板を実現するために、鋼帯の蛇行を制御する技術が使用されている。従来、特許文献１に記載された蛇行修正装置が開示されている。特許文献１に記載の装置は、鋼帯の側面（エッジ）の位置または幅の検出結果に基づいてその蛇行量を検出し、検出した蛇行量を補正するように蛇行修正を行うものである。また、この蛇行修正装置では、鋼帯の側面の割れ等によって幅異常があると検知された場合には、蛇行修正を行わないようにしている。

また、従来鋼帯の側面位置を測定する装置として、鋼帯の側面にマイクロ波を送信してその反射マイクロ波を受信し、マイクロ波の送信から受信までの時間を基に側面位置を測定する装置が開示されている（特許文献２参照）。

特開昭６３−２４８５０７号公報 国際公開第２００６／０４８９７９号

しかしながら、従来の蛇行修正装置では、鋼帯の幅を基に蛇行量や鋼帯の幅異常を検出している。したがって、たとえば鋼帯の片側の側面だけにノッチ、または割れ等の形状異常（以下、適宜ノッチ等と記載する）があった場合に、そのノッチ等による幅変化を蛇行と誤認し、不要な蛇行制御を行ってしまうおそれがあるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不要な蛇行制御を防止して安定した通板を実現できる金属鋼帯の蛇行制御方法および装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る金属鋼帯の蛇行制御方法は、金属鋼帯の側面に電磁波を送信し、前記側面からの前記電磁波の反射電磁波を受信し、前記電磁波の送信から前記反射電磁波の受信までの時間を基に前記金属鋼帯の側面の位置を測定する位置測定工程と、前記測定した金属鋼帯の側面の位置を所定の位置に修正する蛇行制御工程と、を含み、前記測定した金属鋼帯の側面の位置の変位速度が閾値よりも大きい場合は前記金属鋼帯の側面の位置の修正を停止することを特徴とする。

また、本発明に係る金属鋼帯の蛇行制御装置は、金属鋼帯の側面に電磁波を送信し、前記側面からの前記電磁波の反射電磁波を受信し、前記電磁波の送信から前記反射電磁波の受信までの時間を基に前記金属鋼帯の側面の位置を測定する位置測定部と、前記測定した金属鋼帯の側面の位置を所定の位置に修正する蛇行制御部と、を備え、前記蛇行制御部は、前記測定した金属鋼帯の側面の位置の変位速度が閾値よりも大きい場合は前記金属鋼帯の蛇行の側面の位置の修正を停止することを特徴とする。

本発明によれば、金属鋼帯の不要な蛇行制御を防止して安定した通板を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る蛇行制御方法を適用する連続処理ラインの要部の模式図である。 図２は、図１を矢印の方向に見た図である。 図３は、実施の形態に係る蛇行制御方法のフロー図である。 図４は、サンプリングのタイミングの一例を示すタイムチャートである。 図５は、鋼帯にノッチが形成された状態を示す図である。 図６は、蛇行量と制御量との関係の一例を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る金属鋼帯の蛇行制御方法および装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る蛇行制御方法を適用する連続処理ラインの要部の模式図である。図１に示す連続処理ラインは、連続燃鈍処理を行う焼鈍炉である。焼鈍炉１００では、炉体１０１の内部において、不図示の搬送ローラによって、紙面上方の上流側から紙面下方の下流側に鋼帯Ｓを通板しながら、ラジアントチューブ１０２、１０３により鋼帯Ｓを間接加熱している。

鋼帯Ｓの側面Ｓ１、Ｓ２のうち、側面Ｓ１には、加工装置（ノッチャー）によってノッチＮが形成されているとする。ラジアントチューブ１０２、１０３は、炉体１０１の外部から内部へと炉壁を貫通し、鋼帯Ｓの表面に沿うように炉体内部を蛇行し、炉体内部から外部へと炉壁を貫通するように配置されている。なお、焼鈍炉１００は、図示しないラジアントチューブをさらに備えていてもよい。

焼鈍炉１００には蛇行制御装置１０が設置されている。蛇行制御装置１０は、位置検出用のセンサ１１、１２と、測定部１３と、制御部１４と、鋼帯位置制御装置１５とを備えている。

センサ１１、１２は、炉体１０１の炉壁内に設けられている。なお、図１にも示すように、センサ１１、１２は、ラジアントチューブ１０２、１０３が炉内に導入される場所以外の位置に、ラジアントチューブ１０２、１０３と干渉しないように設けられている。

測定部１３は、センサ１１、１２からの検出信号を基に、鋼帯Ｓの側面の位置の変位および変位速度を測定するように構成されている。制御部１４は、測定部１３の測定結果をもとに、鋼帯位置制御装置１５を制御するように構成されている。測定部１３および制御部１４は、たとえばパーソナルコンピュータ上において所定の測定プログラムおよび制御プログラムを実行することにより実現される。

鋼帯位置制御装置１５は、鋼帯Ｓの位置を制御してその蛇行を修正するものである。鋼帯位置制御装置１５としては、たとえば公知のＣＰＣ（Center Position Control）装置を使用することができるが、特に限定はされず、たとえばＥＰＣ（Edge Position Control）装置でもよい。

図２は、図１を矢印Ａｒの方向、すなわち鋼帯Ｓの下流側から上流側に向かって見た図である。図２に示すように、センサ１１は、鋼帯Ｓの側面Ｓ１に対向するように配置されている。また、センサ１１は、測定部１３に接続された本体部１１ａと、本体部１１ａに接続された、送信アンテナ１１ｂおよび受信アンテナ１１ｃとを備えている。送信アンテナ１１ｂと受信アンテナ１１ｃとは、鋼帯Ｓの通板方向に対して略垂直の方向に配列されている。

センサ１１は、送信アンテナ１１ｂが、鋼帯Ｓの側面Ｓ１に向けてマイクロ波Ｗ１を送信し、受信アンテナ１１ｃが、鋼帯Ｓの側面Ｓ１で反射されたマイクロ波Ｗ１の反射マイクロ波ＲＷ１を受信するように構成されている。

同様に、センサ１２は、鋼帯Ｓの側面Ｓ２に対向するように配置されている。また、センサ１２は、測定部１３に接続された本体部１２ａと、本体部１２ａに接続された、送信アンテナ１２ｂおよび受信アンテナ１２ｃとを備えている。送信アンテナ１２ｂと受信アンテナ１２ｃとは、鋼帯Ｓの通板方向に対して略垂直の方向に配列されている。センサ１２は、送信アンテナ１２ｂが、鋼帯Ｓの側面Ｓ２に向けてマイクロ波Ｗ２を送信し、受信アンテナ１２ｃが、鋼帯Ｓの側面Ｓ２で反射されたマイクロ波Ｗ２の反射マイクロ波ＲＷ２を受信するように構成されている。

つぎに、蛇行制御装置１０を用いた本実施の形態に係る鋼帯Ｓの蛇行制御方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る蛇行制御方法のフロー図である。図３に示すように、本制御方法では、はじめに、鋼帯Ｓの通常蛇行制御を行う（ステップＳ１０１）。つぎに、鋼帯Ｓの側面の変位速度が閾値以内かどうかの判定を行う（ステップＳ１０２）。変位速度が閾値以内であれば（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、続けて通常蛇行制御を行う（ステップＳ１０１）。変位速度が閾値以内でなければ、すなわち閾値より大きければ（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、蛇行制御を停止する（ステップＳ１０３）。その後、さらにステップＳ１０２の判定を行い、変位速度が閾値より大きければ、ステップＳ１０３の蛇行制御の停止を継続する。一方、変位速度が閾値以内であれば、ステップＳ１０１の通常蛇行制御を再開する。

本実施の形態に係る制御方法では、鋼帯の側面の変位速度が閾値以内かどうかの判定を基に、通常蛇行制御の継続、停止、再開を行う。これによって、鋼帯Ｓの側面の変位が、蛇行によるものか、ノッチ等によるものかを判別して、通常の蛇行制御の継続、停止、再開を行うことができる。その結果、鋼帯の幅を基にする場合のような、不要な蛇行制御を行ってしまうこと、およびこの不要な蛇行制御によって鋼帯の位置が異常になるということを防止することができる。

本実施の形態に係る制御方法についてさらに具体的に説明する。はじめに、ステップＳ１０１の通常蛇行制御について説明する。

この通常蛇行制御では、センサ１１、１２および測定部１３が、所定のサンプリング時間間隔で、鋼帯Ｓの側面Ｓ１、Ｓ２の位置を測定し、これを基に側面Ｓ１、Ｓ２の変位および変位速度を算出する。側面Ｓ１の位置は、送信アンテナ１１ｂがマイクロ波Ｗ１を送信してから受信アンテナ１１ｃが側面Ｓ１からの反射マイクロ波ＲＷ１を受信するまでの時間を基に測定される。側面Ｓ２の位置も同様に、送信アンテナ１２ｂがマイクロ波Ｗ２を送信してから受信アンテナ１２ｃが側面Ｓ２からの反射マイクロ波ＲＷ２を受信するまでの時間を基に測定される。

つぎに、側面Ｓ１、Ｓ２の変位および変位速度の算出について説明する。図４は、サンプリングのタイミングの一例を示すタイムチャートである。図４では、測定部１３が、センサ１１に、時間軸上で所定のサンプリング周期だけ離れた時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４で側面Ｓ１の位置のサンプリングを実行させる。各時刻における側面Ｓ１の測定位置がそれぞれ位置ｘ１、ｘ２、ｘ３であるとする。また、測定部１３は、センサ１２に、時間軸上で所定のサンプリング周期だけ離れた時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５で側面Ｓ２の位置のサンプリングを実行させる。各時刻における側面Ｓ１の測定位置がそれぞれ位置ｙ１、ｙ２、ｙ３であるとする。

測定部１３は、センサ１１、１２のサンプリング結果を基に、時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５での側面Ｓ１または側面Ｓ２の変位を、それぞれ、（ｘ２−ｘ１）、（ｙ２−ｙ１）、（ｘ３−ｘ２）、（ｙ３−ｙ２）として算出する。また、測定部１３は、時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５での側面Ｓ１または側面Ｓ２の変位速度を、それぞれ、（ｘ２−ｘ１）／（ｔ２−ｔ０）、（ｙ２−ｙ１）／（ｔ３−ｔ１）、（ｘ３−ｘ２）／（ｔ４−ｔ２）、（ｙ３−ｙ２）／（ｔ５−ｔ３）として算出する。

通常蛇行制御においては、制御部１４は、測定部１３から測定した側面Ｓ１および側面Ｓ２の変位が入力され、この変位を鋼帯Ｓの蛇行量とし、この蛇行量を修正するように鋼帯位置制御装置１５を制御する。これによって、鋼帯Ｓの蛇行の制御が行われる。

つぎに、測定部１３は、測定した側面Ｓ１または側面Ｓ２の変位速度が閾値以内かどうか判定する。変位速度が閾値以内であると判定した場合は、上記の通常蛇行制御を継続して行う。また、変位速度が閾値より大きいと判定した場合は、通常蛇行制御を停止する。

ここで、側面Ｓ１または側面Ｓ２の変位は、この変位が鋼帯Ｓの蛇行によるものである場合は連続的に、かつ比較的ゆっくりと変化する場合が多い。その結果蛇行による変位に対応する変位速度は比較的小さいものとなる。しかしながら、側面Ｓ１または側面Ｓ２の変位が、鋼帯Ｓに形成されたノッチ等によるものである場合には、急激に、または急激かつ不連続に変化する場合が多い。その結果ノッチ等による変位に対応する変位速度は比較的大きいものとなる。したがって、所定の変位速度の閾値を設けることによって、変位速度が閾値以内であれば蛇行による変位であり、閾値より大きければノッチ等による変位であると区別することができる。また、側面Ｓ１または側面Ｓ２の変位速度を基に判定を行っているので、たとえば図１のように鋼帯Ｓの側面Ｓ１の側だけにノッチＮがあったとしても、蛇行とノッチ等とを区別し、通常蛇行制御を停止することができる。

つぎに、変位速度について、鋼帯Ｓにノッチが形成されている場合を例にして説明する。図５は、鋼帯Ｓにノッチが形成された状態を示す図である。図５では、鋼帯Ｓは鋼帯ＳＡと、鋼帯ＳＡよりも幅が広い鋼帯ＳＢとを接続したものであるとする。また、鋼帯ＳＡと鋼帯ＳＢとの接続部において鋼帯Ｓの両側面にそれぞれノッチＮ１、Ｎ２が形成されているとする。ノッチＮ１、Ｎ２は半径がＲの円弧状であるとする。また、ノッチＮ１、Ｎ２は、鋼帯Ｓの側面に対して同じ深さで形成されているとする。

たとえば、鋼帯ＳＡの側面ＳＡ１からのノッチＮ１の最大深さをＡとし、鋼帯ＳＡの側面ＳＡ１と鋼帯ＳＢの側面ＳＢ１との段差をＢとする。すると、ノッチＮ１、Ｎ２の最大深さの最小値は、幅の狭い鋼帯ＳＡ側での最大深さであるＡとなる。また、ノッチＮ１、Ｎ２の鋼帯ＳＡ側での長さは、√（Ｒ^２−（Ｒ−Ａ）^２）で表される。また、ノッチＮ１、Ｎ２の鋼帯ＳＢ側での長さは、√（Ｒ^２−（Ｒ−Ａ−Ｂ）^２）で表される。

また、鋼帯Ｓの通板の速度（炉速）の最小値をＶ、変位の測定のサンプリング周期をΔｔとすると、サンプリング周期毎の鋼帯Ｓの移動量の最小値は、Ｖ×Δｔで表すことができる。なお、たとえば炉速の最小値を６０ｍｐｍ程度とすると、サンプリング周期はたとえば１〜１０秒程度である。このとき、たとえば図５に示すようにＶ×Δｔ＜√（Ｒ^２−（Ｒ−Ａ）^２）である場合は、サンプリング周期ΔｔにおけるノッチＮ１、Ｎ２による変位の最小値は、幅の狭い鋼帯ＳＡ側での変位であるｘとなる。一方、たとえば、Ｖ×Δｔ＞√（Ｒ^２−（Ｒ−Ａ）^２）の場合は、サンプリング周期ΔｔにおけるノッチＮ１、Ｎ２による変位の最小値は、幅の狭い鋼帯ＳＡ側での変位であるＡとなる。

変位速度の閾値は、過去の操業における蛇行速度の実績の最大値、変位の測定のサンプリング周期、およびノッチャーにより形成するノッチの仕様、および上述したようなノッチ等による変位の最小値などをパラメータとして、これらのパラメータを適宜組み合わせて設定することができる。たとえば、変位速度の閾値は、蛇行速度の実績の最大値以上に設定することが好ましく、ノッチ等による変位の最小値に対応する変位速度よりも小さく設定することが好ましい。

その後も、センサ１１、１２および測定部１３は、所定のサンプリング周期で側面Ｓ１、Ｓ２の変位および変位速度を測定し、変位速度が閾値以内かどうかの判定を行う。そして、側面Ｓ１および側面Ｓ２の変位速度が閾値以内であれば、蛇行制御装置１０は、通常蛇行制御の再開または継続を行う。また、側面Ｓ１または側面Ｓ２の変位速度が閾値より大きければ、蛇行制御装置１０は通常蛇行制御の停止または停止の継続を行う。

以上説明したように、本実施の形態に係る蛇行制御方法によれば、鋼帯Ｓの不要な蛇行制御を防止し、より的確な蛇行制御を実現することができ、安定した鋼帯Ｓの通板および連続焼鈍処理を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、センサ１１およびセンサ１２のいずれか一方から得られた変位速度を基に通常蛇行制御の継続、停止、再開を行うことができる。したがって、図１に示すように、ラジアントチューブ１０２、１０３と干渉しないように、センサ１１とセンサ１２とを、鋼帯Ｓの通板方向に対してずらして配置してもよい。すなわち、センサ１１とセンサ１２とは、通板方向に対して軸対称の配置でなくてもよい。このように、設備配置上の制約を受けず、センサ１１、１２の自由な配置が可能となる。なお、センサ１１、１２の通板方向に対する位置ずれ量は、たとえば１〜２０ｍとしてもよい。ただし、焼鈍炉１００内の隣接する２つの搬送ローラ間にセンサ１１、１２の両方を配置することが好ましい。

ここで、図６は、本実施の形態の構成の蛇行制御装置によって、焼鈍炉内で鋼帯の蛇行制御を行った場合の、蛇行量と蛇行制御量との関係の一例を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は鋼帯の蛇行量又は蛇行制御量を示している。蛇行制御量とは、鋼帯位置制御装置による鋼帯の位置の修正量を意味する。縦軸の０は時刻０秒での鋼帯の幅方向の基準位置を示している。線Ｌ１は鋼帯の蛇行量を示している。線Ｌ２は蛇行制御量を示している。

図６に示す例では、時刻０秒から時間の経過にしたがって鋼帯が縦軸の負の方向に蛇行しているが、蛇行制御装置によって鋼帯の位置を縦軸の正の方向に修正するように制御が掛けられている。その結果、鋼帯は蛇行が修正された状態で通板されている。つぎに、区間Ｔでは側面の変位速度が閾値を越えたので、蛇行制御装置の修正の制御が停止している。これによって、不要な蛇行制御が防止されている。区間Ｔの後は、蛇行量が正の方向に増加しているが、蛇行制御装置によって鋼帯の位置を負の方向に修正するように制御が掛けられており、鋼帯は蛇行が修正された状態で通板されている。

なお、上記実施の形態において、蛇行制御装置１０はセンサ１１、１２を備えているが、センサ１１およびセンサ１２の一方だけを備えるようにしてもよい。また、センサ１１、１２は、電磁波としてマイクロ波を送受信するものであるが、レーザ光やミリ波などの他の電磁波を送受信して鋼帯の側面の位置を検出するものでもよい。

また、上記実施の形態において、センサ１１、１２によって鋼帯Ｓの幅も測定するようにしてもよい。センサ１１、１２によって鋼帯Ｓの幅を測定する場合は、センサ１１、１２が、鋼帯Ｓの通板方向に軸対称な側面Ｓ１、Ｓ２の位置を測定するように、鋼帯Ｓの炉速に応じてサンプリング周期およびサンプリングのタイミングを設定することがより好ましい。たとえば、図１において、所定のタイミングでセンサ１１が鋼帯Ｓの側面Ｓ１の位置を測定した後、この測定した位置がセンサ１２の正面に到達したタイミングで、センサ１２が鋼帯Ｓの側面Ｓ２の位置を測定するようにサンプリング周期およびサンプリングのタイミングを設定する。これによって、センサ１１、１２は、鋼帯Ｓの通板方向に軸対称な側面Ｓ１、Ｓ２の位置を測定することができる。

また、上記実施の形態では、本発明を焼鈍炉に適用しているが、本発明は酸洗工程、圧延工程などの他の連続処理ラインにも制限無く適用することができる。

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、本実施の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。本実施の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。

１０ 蛇行制御装置
１１、１２ センサ
１１ｂ、１２ｂ 送信アンテナ
１１ｃ、１２ｃ 受信アンテナ
１１ａ、１２ａ 本体部
１３ 測定部
１４ 制御部
１５ 鋼帯位置制御装置
１００ 焼鈍炉
１０１ 炉体
１０２、１０３ ラジアントチューブ
Ａｒ 矢印
Ｌ１、Ｌ２ 線
Ｎ、Ｎ１、Ｎ２ ノッチ
ＲＷ１、ＲＷ２ 反射マイクロ波
Ｓ、ＳＡ、ＳＢ 鋼帯
Ｓ１、Ｓ２、ＳＡ１、ＳＢ１ 側面
Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３ ステップ
Ｔ 区間
Ｗ１、Ｗ２ マイクロ波

Claims (6)

1. 金属鋼帯の側面に電磁波を送信し、前記側面からの前記電磁波の反射電磁波を受信し、前記電磁波の送信から前記反射電磁波の受信までの時間を基に前記金属鋼帯の側面の位置を測定する位置測定工程と、前記測定した金属鋼帯の側面の位置を所定の位置に修正する蛇行制御工程と、
   を含み、前記測定した金属鋼帯の側面の位置の変位速度が閾値よりも大きい場合は前記金属鋼帯の側面の位置の修正を停止し、前記測定した金属鋼帯の側面の位置の変位速度が前記閾値以内である場合は前記金属鋼帯の側面の位置の修正を再開または継続することを特徴とする金属鋼帯の蛇行制御方法。
2. 前記位置測定工程において、前記金属鋼帯の両側の側面の位置を測定し、前記少なくとも一方の側面の位置の変位速度が前記閾値よりも大きい場合は前記金属鋼帯の側面の位置の修正を停止することを特徴とする請求項１に記載の金属鋼帯の蛇行制御方法。
3. 前記位置測定工程において、前記金属鋼帯の通板方向に対してずれた位置において前記金属鋼帯の両側の側面のそれぞれの位置を測定することを特徴とする請求項２に記載の金属鋼帯の蛇行制御方法。
4. 金属鋼帯の側面に電磁波を送信し、前記側面からの前記電磁波の反射電磁波を受信し、前記電磁波の送信から前記反射電磁波の受信までの時間を基に前記金属鋼帯の側面の位置を測定する位置測定部と、前記測定した金属鋼帯の側面の位置を所定の位置に修正する蛇行制御部と、
   を備え、前記蛇行制御部は、前記測定した金属鋼帯の側面の位置の変位速度が閾値よりも大きい場合は前記金属鋼帯の側面の位置の修正を停止し、前記測定した金属鋼帯の側面の位置の変位速度が前記閾値以内である場合は前記金属鋼帯の側面の位置の修正を再開または継続することを特徴とする金属鋼帯の蛇行制御装置。
5. 前記位置測定部は、前記金属鋼帯の両側の側面の位置を測定するための２つの位置検出部を備え、前記蛇行制御部は、前記２つの位置検出部が測定した少なくとも一方の側面の位置の変位速度が閾値よりも大きい場合は前記金属鋼帯の側面の位置の修正を停止することを特徴とする請求項４に記載の金属鋼帯の蛇行制御装置。
6. 前記２つの位置検出部は、前記金属鋼帯の両側の側面において、前記金属鋼帯の通板方向に対してずれた位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項５に記載の金属鋼帯の蛇行制御装置。

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