JP5899915B2 - 熱間圧延ラインにおけるレベリング設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の加熱炉で別個に加熱された被圧延材を続けて圧延する場合に、仕上圧延での被圧延材の蛇行を防止できる、熱間圧延ラインにおけるレベリング設定方法に関する。

熱間圧延ラインの仕上圧延機は、多くの場合、列設された複数の圧延機で一つの被圧延材を同時に圧延するタンデム圧延機の形式をとり、一つの被圧延材の圧延後に次の被圧延材の圧延を断続的に繰り返して高寸法精度で薄鋼板を大量生産できる。しかしながら、各被圧延材の先端と尾端にはそれぞれ前方、後方からの張力が作用しないため、先端と尾端では被圧延材が蛇行しやすい。

尾端の蛇行を例にとると、仕上圧延機の最終圧延機を被圧延材Ｓの尾端が抜けるよりも前に蛇行開始すると、その後、図５に示すように圧延機入側のサイドガイド３０ａに被圧延材Ｓが競り寄って折れ重なった状態で圧延されてしまう絞り込みと呼ばれる現象が生じる場合があり、操業中断や品質トラブルが問題になる。
このため、特許文献１では、直前のスタンド（圧延機）を被圧延材の尾端が抜けてからの時間または距離に応じて、当該スタンドのレベリング修正量を求める下記式における制御ゲインαを変更することで被圧延材の尾端の蛇行を防止することを提案している。
記
Ｓ_ｄｆ＝−α・ΔＰ_ｄｆ／Ｍ
ここで、Ｓ_ｄｆ：レベリング修正量、α：制御ゲイン、ΔＰ_ｄｆ：当該圧延機における駆動側と操作側の荷重差の偏差、Ｍ：平行剛性。

なお、レベリングとは、圧延中の被圧延材が蛇行したり形状が乱れたりするのを修正するために、仕上圧延機の駆動側と操作側の圧下装置の圧下位置に差を設けることであり、駆動側と操作側の上下ワークロールの開度に差を設けることである。

特開平０９−０３８７１０号公報

しかしながら、特許文献１の方法は、被圧延材の尾端の蛇行防止には有効であるが、後続する次の被圧延材の先端の蛇行防止については何も考慮していないため、先端の蛇行防止には有効とはいえない。
さらに、従来から、次の被圧延材の先端を圧延開始するのに先立って行われるレベリング設定はオペレータの経験や勘に頼る場合が多く、必ずしも的確に蛇行を防止できない場合があり、先端の蛇行が操業中断や品質トラブルにつながる問題があった。

オペレータによるレベリング設定は、多くの場合、直前の被圧延材の尾端が駆動側と操作側のどちらに蛇行したかをみて、次の被圧延材の先端も同じ側に蛇行するものと仮定し、これを補償するだけのレベリング修正量を推定して設定することで行われているが、満足のいく成果には至っていない。
その理由は、材質や寸法が同じ被圧延材の場合でも、加熱炉ごとに特徴的に被圧延材幅方向の温度偏差が発生するからと推定される。

本発明は従来技術の以上の問題を解決するためになされたもので、複数の加熱炉で別個に加熱された被圧延材を続けて圧延する場合に、仕上圧延での被圧延材の蛇行を防止できる、熱間圧延ラインにおけるレベリング設定方法を提供することを目的とする。

発明者は、図１に示す複数の加熱炉１０を備えた熱間圧延ライン１００で各加熱炉から順々に抽出され圧延される被圧延材の蛇行の状況を調査したところ、図２に示すように被圧延材が抽出された加熱炉ごとに荷重差が異なることを見出した。なお、ここでの被圧延材は全て、成分系に大きな違いのない、常温における引張り強さが300MPa級の低炭素鋼で、最終圧延機Ｆ７で圧延後の寸法は厚さ1.2〜9mm、幅700〜1600mmである。

４基の加熱炉のうちの３基だけを用いて操業した場合の例であるが、仕上圧延機の最終圧延機Ｆ７における荷重差（操作側の荷重から駆動側の荷重を差し引いた荷重差）は、加熱炉ごとに発生傾向が異なる。第１号加熱炉から抽出された被圧延材の場合は-130から70tonと広く分布してばらつき、第２号加熱炉の場合は-120から0tonとばらつき、第３号加熱炉の場合は-90から50tonとばらついている。各加熱炉ごとの荷重差の平均値も、第１号加熱炉の場合は-40.8ton、第２号加熱炉の場合は-54.2ton、第３号加熱炉の場合は-12.7tonと異なっている。

図２の結果から、従来は、複数の加熱炉で別個に加熱された被圧延材を続けて圧延すると、加熱炉固有の特性、特に加熱炉ごとに特徴的に発生する被圧延材幅方向の温度偏差の影響があるため、次の被圧延材の先端も直前の被圧延材の尾端と同じ側に蛇行するものと仮定してレベリング修正量を設定しても、仕上圧延における被圧延材の先端の蛇行を防止できていなかったことがわかった。

加熱炉ごとに荷重差の異なる原因は、加熱炉ごとのバーナー群の燃焼状況の特性の違いや、その経時的変化による加熱炉ごとの被圧延材幅方向の温度偏差の違いが主なものと推定される。
本発明は、以上の知見から得られたものであり、以下の通りである。
１．熱間圧延ラインの仕上圧延機で被圧延材の先端を圧延開始するのに先立って、前記仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング設定を行う、熱間圧延ラインにおけるレベリング設定方法であって、
（３）式に示すような、前記仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング設定値の学習を、前記熱間圧延ラインの各加熱炉ごとに行うことを特徴とする熱間圧延ラインにおけるレベリング設定方法。

ここで、Ｌ _補正値 は、（２）式に示すものとする。

本発明によれば、複数の加熱炉で別個に加熱された被圧延材を続けて圧延する場合に、仕上圧延における被圧延材の蛇行を防止でき、絞り込みを防止できる。それにより、操業中断や品質トラブルを防止できる。

本発明を適用する熱間圧延ラインの一例についての説明図 被圧延材が抽出された加熱炉ごとの荷重差の発生傾向についての特性図 本発明の実施形態についての説明図 本発明の効果についての特性図 絞り込み発生についての説明図

本発明では、仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング設定値の学習を、熱間圧延ラインの各加熱炉ごとに行うことにした。
加熱炉ごとに特徴的に発生する被圧延材幅方向の温度偏差の影響により、加熱炉ごとに仕上圧延機を構成する圧延機の荷重差の発生傾向が異なる場合でも、同一の加熱炉から抽出された被圧延材は温度偏差や荷重差の発生傾向が共通している。

よって、同一の加熱炉から抽出された一つ前の被圧延材の尾端を圧延中の基準時点（サンプリング時点）でのレベリング実績値を基準としてレベリング設定値の学習を行えば、複数の加熱炉で別個に加熱された被圧延材を続けて圧延する場合に、加熱炉固有の特性、特に加熱炉ごとに特徴的に発生する被圧延材幅方向の温度偏差の影響を受けることなく、次に圧延する被圧延材の先端の蛇行を防止することができる。

本発明の適用対象圧延機は、仕上圧延機３０を構成する圧延機のうち、Ｆ１〜Ｆ７の個々を対象に全圧延機としてもよいし、Ｆ４〜Ｆ７などの後段圧延機の個々としたり最終圧延機だけとしたりして一部圧延機の個々を対象としてもよい。
なお、仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング設定値の学習を、熱間圧延ラインの各加熱炉ごとに行うことは、レベリング設定を行うに際し、次に圧延する被圧延材が抽出されたのと同一の加熱炉から抽出された一つ前の被圧延材の尾端における、仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング実績値に、レベリング補正値を加算して、次に圧延する被圧延材の先端を圧延開始する際の該圧延機のレベリング設定値とすることである。

本発明の実施形態を、図１に示す熱間圧延ライン１００に本発明を適用する場合を例に、以下説明する。熱間圧延ライン１００には加熱炉１０が第１号加熱炉〜第４号加熱炉までの４基あり、例えば第４号→第３号→第１号→第２号の順に被圧延材Ｓが抽出される。粗圧延機２０で圧延された被圧延材Ｓの先端が検出器Ｄ（ホットメタルディテクタ）で検出されると、その電気信号が制御装置５０を経てプロセスコンピュータ７０に伝送され、プロセスコンピュータ７０内で次に説明する計算処理が行われる。

すなわち、プロセスコンピュータ７０内では、今仮に次に圧延する被圧延材Ｓが抽出されたのが第４号加熱炉であったとすると、図３に示すように、同一の第４号加熱炉から抽出された一つ前の被圧延材の尾端におけるレベリング実績値に、レベリング補正値を加算して、次に圧延する被圧延材Ｓの先端を圧延開始する際のレベリング設定値とする。このようなレベリング設定値の学習を行う計算処理が、同じ第４号加熱炉から抽出された被圧延材を対象として逐次行われる。

第４号加熱炉から抽出された被圧延材だけでなく、他の加熱炉から抽出された被圧延材についても、検出器Ｄが被圧延材Ｓの先端を検出するたびに、各被圧延材の抽出加熱炉ごとに同様の計算処理が逐次行われる。
レベリング設定値の計算方法について、以下説明する。
レベリングの値は、操作側の圧下位置から駆動側の圧下位置を差し引いた値として定義され、（１）式は、同一の第４号加熱炉から抽出され、次に圧延する被圧延材Ｓが圧延順にして圧延サイクル１本目から数えて５番目に圧延されるものとして、同一の第４号加熱炉から抽出された圧延順１番目に圧延された被圧延材の尾端における、仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング実績値に、レベリング補正値を加算して、次に圧延する５番目の被圧延材Ｓの先端を圧延開始する際の該圧延機のレベリング設定値（初期設定）とすることを示す。

以降、例えば抽出順として第４号→第３号→第１号→第２号という輪番周期的な各加熱炉からの被圧延材の抽出が行われると、同一の加熱炉から抽出された一つ前の被圧延材との圧延順本数の間隔は加熱炉稼動基数である４に等しくなるため、圧延順にみて、右上添字は式の左右両辺で一致し、右下添字は左右両辺で４つ飛んだ値をとる。なお、ここでの抽出順はあくまで一例であり、抽出順はここでの例に限られるものではない。

レベリング補正値は例えば（２）式に示すものとする。

すなわち、レベリング補正値（Ｌ_補正値）は、１を圧延機操作側のハウジングバネ定数Ｋ_ｈＯｐで除したものから、１を圧延機駆動側のハウジングバネ定数Ｋ_ｈＤｒで除したものを差し引いたものに、次に圧延する被圧延材Ｓの先端における予測圧延荷重を同一の加熱炉から抽出された一つ前の被圧延材の尾端における実績圧延荷重から差し引いて二分した値ΔＰ／２を、乗じたものとする。

（２）式に示すレベリング補正値を計算する際に、次に圧延する被圧延材Ｓの先端における予測圧延荷重は、プロセスコンピュータ７０内での予測計算ロジックにより予測する。
なお、前記（１）式は、輪番周期的でない各加熱炉からの被圧延材の抽出が行われる場合も含めて一般化すると（３）式のようになる。また、従来のレベリング設定は、次に圧延する被圧延材の直前の被圧延材の尾端における、仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング実績値に、レベリング補正値を加算して、次に圧延する被圧延材の先端を圧延開始する際の該圧延機のレベリング設定値とするものであるため、（４）式のようになる。

以上のような計算処理をプロセスコンピュータ７０内で行って、仕上圧延機３０を構成する圧延機のレベリングの値を上記レベリング設定値（初期設定）とした後、別の予測計算ロジックにより計算する圧下位置設定値に加算して、操作側から駆動側の圧下位置設定値を差し引いた値が上記レベリング設定値（初期設定）となるようにし、さらに別の予測計算ロジックにより計算する各圧延機のワークロール周速や被圧延材の冷却制御に関する設定値とともに、制御装置５０を経由して仕上圧延機３０を構成する各圧延機に伝送し、しかる後、各設定値を目標に各圧延機等の制御が行われるようにし、実際に被圧延材Ｓの先端を仕上圧延機３０を構成する各圧延機で圧延開始する。

しかしながら、以上説明した実施形態はあくまで一例であり、例えば（１）式中の上記レベリング補正値には、次に圧延する被圧延材の幅に対する、同一の加熱炉から抽出された一つ前の被圧延材の幅の比を、さらに乗じることで、幅が変わっても圧延荷重が同じであれば幅端におけるワークロール開度差が一致するような変更を加えることなどもできる。

以上のような計算処理を行った後、実際に次に圧延する被圧延材Ｓの先端を仕上圧延機３０を構成する各圧延機で圧延開始すれば、被圧延材Ｓの先端の蛇行を防止できる。そして、被圧延材Ｓの先端の蛇行を防止しつつ被圧延材Ｓをスムーズに各圧延機に噛み込ませることができるため、オペレータによる被圧延材Ｓの中間部分の蛇行修正を目的とするレベリングの値への補正介入も少なくて済み、その結果、先端で蛇行を防止する効果を尾端まで維持できて、被圧延材Ｓの尾端の蛇行も防止でき、絞り込みを防止できる。

以上説明した実施形態によれば、レベリング設定値の学習を、各加熱炉ごとに行うため、複数の加熱炉で別個に加熱された被圧延材を続けて圧延する場合でも、次に圧延する被圧延材Ｓの先端の蛇行を防止でき、尾端の蛇行も防止できる。

４基の加熱炉１０を備えた熱間圧延ライン１００で３基の加熱炉１０だけを用いて操業した、先述の図２を用いて説明した場合の例（最終圧延機Ｆ７で圧延後の厚さが2.0mm未満の被圧延材の本数比率10%）について、本発明を適用した本発明例によれば、成分系に大きな違いのない同じ寸法範囲の被圧延材を同じ本数だけ圧延した従来例に比べ、全圧延本数に占める、先端および尾端をあわせた絞り込みの発生した被圧延材の本数の比率が、図４に示すように1.02%から0.18%に低減した。

１０ 加熱炉
２０ 粗圧延機
３０ 仕上圧延機
３０ａ サイドガイド
４０ コイラー
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
Ｓ 被圧延材
Ｄ 検出器

Claims (1)

1. 熱間圧延ラインの仕上圧延機にて被圧延材の先端を圧延開始するのに先立って、前記仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング設定を行う、熱間圧延ラインにおけるレベリング設定方法であって、
   （３）式に示すような、前記仕上圧延機を構成する圧延機のレベリング設定値の学習を、前記熱間圧延ラインの各加熱炉ごとに行うことを特徴とする熱間圧延ラインにおけるレベリング設定方法。
   

   

   ここで、Ｌ _補正値 は、（２）式に示すものとする。
   

   

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