JP6269538B2 - 圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法に関する。

従来より、被圧延材が圧延中に圧延ロールの幅方向中央部に安定的に存在せず、圧延の進行と共に圧延ロールの幅方向端部方向へ移動してしまう蛇行現象（以下、蛇行と略記）が知られている。蛇行が発生した場合、特に被圧延材の尾端部が尻抜けする際、被圧延材がサイドガイドに衝突してエッジ部が折れ込んだ状態で圧延される、いわゆる「絞り込み」と呼ばれる圧延トラブルが発生する。なお、一般に、ロール駆動用モータが取り付けられている圧延ロールの幅方向端部側を駆動側、その反対側の幅方向端部側を作業側と称しており、以下ではこの一般呼称を用いることとする。

これまでに実用化されている熱間仕上圧延工程における蛇行制御技術として、特許文献１や特許文献２には、圧延機の駆動側と作業側の荷重差を用いて駆動側及び作業側のロール圧下装置を制御する技術が開示されている。この技術は、一般に「差荷重方式蛇行制御」と呼ばれており、例えば特許文献２には以下に示す数式（１）で示される圧延機の平行剛性を制御する技術が提案されている。

ここで、数式（１）中、パラメータΔＳはレベリング量、パラメータΔＰは駆動側と作業側の荷重差、パラメータＫは平行剛性値、パラメータβは制御ゲインを示している。また、平行剛性値Ｋは、駆動側と作業側の荷重差がある場合において上下圧延ロールの平行度の保ちやすさを示す指標であり、以下に示す数式（２）で定義される。ここで、数式（２）中、パラメータＳｄｆは、駆動側と作業側の圧延ロール開度差（圧下スクリュー位置）を示している。

圧延中に被圧延材が蛇行すると、圧延ロールの駆動側と作業側には圧延荷重差ΔＰが生じ、圧延荷重の高い側、つまり被圧延材が蛇行した側のロール開度が大きくなり、圧下量が減少する。その結果、駆動側と作業側の被圧延材の圧下量差が生じ、被圧延材の左右速度差が生じるため被圧延材は回転する。そして、回転した被圧延材の進行につれて蛇行が増加し、これがまた更に大きな蛇行の原因となるため、蛇行が加速度的に増大していくことになる。

圧延機の平行剛性値をＫとすれば、ロール開度の幅方向の偏差はΔＰ/Ｋとなる。「差荷重方式蛇行制御」では、上記数式（１）を用いて圧延ロール開度の幅方向偏差を補正することにより、上下の圧延ロール間隔を平行に保ち、被圧延材の蛇行を制御する。被圧延材の定常部を圧延している間は、たとえ作業側と駆動側での圧下量が異なり、蛇行発生の要因が生じていても、被圧延材は上流の圧延スタンドの圧延ロールに拘束されているために蛇行が抑制されている。そして、尾端部が上流の圧延スタンドを抜けると拘束が無くなり、それまで潜在化していた幅方向の圧下量のアンバランスが一挙に顕在化し蛇行が大きくなる。

このような背景から、特許文献３には、定常部を圧延している際に蛇行発生の要因を検出し、尾端部での蛇行発生を未然に防止する方法が提案されている。この方法では、圧延スタンド間のルーパーに作用する荷重を測定することによって被圧延材の張力の幅方向分布を検出し、レベリングによって被圧延材の張力の幅方向分布を補正する。蛇行は、作業側と駆動側の圧下率の違いが要因となって生じ、圧下率が大きい側は圧延スタンド間での張力が小さくなる。従って、圧延スタンド間のルーパーにて張力の幅方向分布を検出し、幅方向端部間の張力差がなくなるようにレベリング量を制御することで、蛇行を未然に防止することができる。

特開昭４９−１３３２５６号公報 特開昭５２−１２４４５３号公報 特開２００４−２４３３７６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の差荷重式蛇行制御では、蛇行の結果として生じた圧延荷重差に基づいて圧延ロールの開度差を制御するので、蛇行を未然に防止することはできない。すなわち、圧延荷重差を検出した時には、既に蛇行が発生しており、差荷重式蛇行制御は既に発生した蛇行を修正しているに過ぎない。なお、制御ゲインを大きく設定することによって圧延ロール開度差の制御応答を早くすることができるが、過修正となってしまう場合が多く、制御が不安定になる。結果、差荷重式蛇行制御では、既に発生した蛇行に追従するにも限界が存在する。

また、特許文献３に記載の方法では、蛇行を未然に防止するために、定常部を圧延している間に測定した張力の幅方向偏差、つまり圧下量の幅方向偏差が無くなるように幅方向の圧下バランスを修正している。しかしながら、前述したように蛇行が発生し、「絞り込み」の圧延トラブルが問題となるのは、上流の圧延スタンドでの拘束がなくなることによって非定常となる尾端部である。定常部で調整したレベリング量のまま尾端部を圧延したとしても、尾端部は水平方向の曲がり、いわゆるキャンバー量が定常部とは異なるため、尾端部で蛇行が発生し、「絞り込み」が発生するおそれがある。

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、被圧延材の尾端部に蛇行が発生することを抑制可能な圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る圧延機の制御方法は、被圧延材の張力の幅方向偏差を測定する張力測定ステップと、被圧延材の尾端部のキャンバー量を測定するキャンバー量測定ステップと、前記張力測定ステップにおいて測定された被圧延材の張力の幅方向偏差と前記キャンバー量測定ステップにおいて測定された被圧延材の尾端部のキャンバー量とを用いて圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて圧延機を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、以下に示す数式（３）を用いて圧延機のレベリング量ΔＳを算出するステップを含むことを特徴とする。

ここで、数式（３）中、パラメータα，βはチューニング率、パラメータΔＴは被圧延材の張力の幅方向偏差、パラメータＣａｍは被圧延材の尾端部のキャンバー量を表している。

本発明に係る圧延機の制御方法は、上記発明において、前記チューニング率α，βは被圧延材の幅、厚さ、及び圧延荷重に応じて決められる値であることを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御装置は、被圧延材の張力の幅方向偏差を測定する張力測定手段と、被圧延材の尾端部のキャンバー量を測定するキャンバー量測定手段と、前記張力測定手段によって測定された被圧延材の張力の幅方向偏差と前記キャンバー量測定手段によって測定された被圧延材の尾端部のキャンバー量とを用いて圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて圧延機を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋼板の製造方法は、被圧延材の張力の幅方向偏差を測定する張力測定ステップと、被圧延材の尾端部のキャンバー量を測定するキャンバー量測定ステップと、前記張力測定ステップにおいて測定された被圧延材の張力の幅方向偏差と前記キャンバー量測定ステップにおいて測定された被圧延材の尾端部のキャンバー量とを用いて圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて圧延機を制御することによって鋼板を製造する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法によれば、被圧延材の尾端部に蛇行が発生することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ライン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圧延機の制御装置の構成を示す模式図である。 図３は、キャンバー量の定義を説明するための模式図である。 図４は、本発明例及び従来例における絞りトラブル発生率を示す図である。 図５は、本発明例及び従来例におけるキャンバー量と絞りトラブル発生率との関係を示す図である。 図６は、本発明例及び従来例における絞りトラブル発生率を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置について説明する。

〔熱間圧延ラインの構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ライン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圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ライン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圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ライン１は、被圧延材Ｓの搬送方向上流側から順に、加熱炉２、幅プレス装置３、粗圧延機４、仕上圧延機５、ランアウトテーブル６、水冷装置７、及びコイラー８を備えている。

この熱間圧延ライン１では、始めに、加熱炉２において加熱された被圧延材Ｓは、幅プレス装置３で幅圧下された後、通常２〜５基程度の粗圧延機４によって所定の厚みまで圧延される。次に、粗圧延機４で圧延された被圧延材Ｓは、仕上圧延機５でさらに薄く圧延された後、ランアウトテーブル６を通過している時に水冷装置７によって水冷され、コイラー８によってコイル状に巻き取られる。そして、コイル状の被圧延材Ｓは、コイルヤードにおいて常温になるまで冷却される。

このような熱間圧延ライン１では、被圧延材Ｓの定常部を圧延している間は、たとえ作業側と駆動側での圧下量が異なり、蛇行発生の要因が生じていても、被圧延材Ｓは上流の圧延スタンドの圧延ロールに拘束されており、蛇行が抑制される。従来技術では、蛇行発生の要因を未然に修正するために、圧延中の被圧延材Ｓに作用する張力の幅方向偏差を解消するように圧延機のレベリング量を制御している。しかしながら、上流の圧延スタンドで被圧延材Ｓが拘束されている定常部でレベリング量を適切な値に制御しても、張力が測定できない被圧延材の尾端部でのキャンバー量は定常部とは異なる。このため、蛇行が生じる被圧延材の尾端部でレベリング量を適切な値に制御することはできない。

そこで、本発明の発明者らは、被圧延材Ｓの定常部での張力の幅方向偏差及び被圧延材Ｓの尾端部でのキャンバー量と圧延機のレベリング量との関係について鋭意検討した。その結果、本発明の発明者らは、被圧延材Ｓの定常部での張力の幅方向偏差と被圧延材の尾端部でのキャンバー量に応じて圧延機のレベリング量を制御することによって被圧延材Ｓの尾端部の蛇行を抑制できることを知見した。

被圧延材Ｓの定常部で測定した張力の幅方向偏差に応じて圧延機のレベリング量を制御することは、被圧延材Ｓの定常部での幅方向の圧下バランスを調整するのみであり、被圧延材Ｓの尾端部での蛇行を抑制することはできない。被圧延材Ｓの尾端部での蛇行を抑制するには、被圧延材Ｓの尾端部での幅方向の圧下バランスを適切に調整する必要がある。このため、被圧延材Ｓの尾端部のキャンバー量を測定し、その値に応じて圧延機のレベリング量を制御することによって、被圧延材Ｓの尾端部での幅方向の圧下バランスが適切に調整され、被圧延材Ｓの尾端部に蛇行が発生することを抑制できる。

〔制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、上記技術思想に基づき想倒された、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置の構成について説明する。

図２は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置の構成を示す模式図である。図２に示すように、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置１０は、キャンバー測定装置１１、張力測定装置１２、レベリング量設定部１３、及び圧下制御部１４を備えている。

キャンバー測定装置１１は、被圧延材Ｓの尾端部のキャンバー量Ｃａｍ(mm)を測定し、測定されたキャンバー量Ｃａｍを示す電気信号をレベリング量設定部１３に出力する。被圧延材Ｓの尾端部のキャンバー量Ｃａｍを測定する方法としては、例えばＣＣＤセンサーの撮像画像を画像処理により定量化する手法やレーザー等の距離計を用いる手法等がある。

張力測定装置１２は、被圧延材Ｓの定常部に作用する張力の幅方向偏差ΔＴ(kgf/mm²)を測定し、測定された張力の幅方向偏差ΔＴを示す電気信号をレベリング量設定部１３に出力する。被圧延材Ｓの定常部に作用する張力の幅方向偏差ΔＴは、圧延スタンド間に設けられたルーパーの幅方向端部にロードセルを設置することによって測定可能である。

レベリング量設定部１３は、被圧延材Ｓの尾端部のキャンバー量Ｃａｍ及び被圧延材Ｓの張力の幅方向偏差ΔＴを以下に示す数式（４）に代入することによって、仕上圧延機５のレベリング設定量ΔＳを算出する。そして、レベリング量設定部１３は、算出されたレベリング設定量ΔＳを示す電気信号を圧下制御部１４に出力する。

ここで、数式（４）中、パラメータαは、被圧延材Ｓの定常部に作用する張力の幅方向偏差ΔＴとレベリング設定量ΔＳとの換算係数（チューニング率）(mm³/kgf)であり、被圧延材Ｓの幅や厚みに応じて設定される値である。また、パラメータβは、被圧延材Ｓの尾端部のキャンバー量Ｃａｍとレベリング設定量ΔＳとの換算係数であり、被圧延材Ｓの幅、厚み、圧延荷重に応じて設定される値である。

また、レベリング設定量ΔＳとは、仕上圧延機５を構成する圧延ロール５ａの駆動側及び作業側の圧下位置差を意味し、駆動側又は作業側の一方の圧下位置から他方の圧下位置を引いた差として定義する。同様に、張力の幅方向偏差ΔＴは圧延中の被圧延材に作用する張力の作業側と駆動側の差として定義する。

また、図３に示すように、被圧延材Ｓの尾端部ＳＬのキャンバー量Ｃａｍは、被圧延材Ｓの定常部における幅方向中心位置（直線Ｌ１）に対する尾端部ＳＬの幅方向中心位置の偏差として定義する。作業側と駆動側の違いは、キャンバー量に正負をつけて区別する。図中のキャンバー測定範囲Ｌは５〜２０ｍの範囲内であることが望ましい。キャンバー測定範囲Ｌが５ｍより短い又は２０ｍより長いと、尾端部ＳＬの曲がりを正確に判定できない。

定常部で測定した張力の幅方向偏差差に応じてレベリング量を調整しても、尾端部にキャンバーがある場合（例えば尾端部が作業側への曲がりを有している場合）、定常部で調整したレベリング量のままで尾端部を圧延すると、作業側への蛇行が発生する。これに対して、尾端部のキャンバー量に応じて予め作業側の圧下量を制御することにより尾端部に蛇行が発生することを抑制できる。

圧下制御部１４は、レベリング設定部１３から出力されたレベリング設定量ΔＳに従って仕上圧延機５の駆動側及び作業側の圧下位置を制御する。

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圧延機の制御装置１０は、被圧延材Ｓの張力の幅方向偏差ΔＴを測定し、被圧延材Ｓの尾端部のキャンバー量Ｃａｍを測定し、被圧延材Ｓの張力の幅方向偏差ΔＴと被圧延材Ｓの尾端部のキャンバー量Ｃａｍとを用いて仕上圧延機５のレベリング設定量ΔＳを算出し、算出されたレベリング設定量ΔＳに基づいて仕上圧延機５を制御するので、被圧延材Ｓの尾端部に蛇行が発生することを抑制できる。

〔実施例１〕
本実施例では、作業ロールと補強ロールとからなる４段仕上圧延機をＦ１〜Ｆ７として７スタンド有する熱間圧延ラインにて本発明の検証を行った。仕上圧延機の設備仕様を以下の表１に示す。板厚１．２〜３．０ｍｍ、板幅１０００〜１２００ｍｍの低炭素鋼の熱延鋼板を熱間圧延し、尾端部の絞りこみトラブルの発生率（絞りトラブル発生率）を調査した。調査したコイルは５２１コイルであった。また従来例として、ほぼ同一寸法の熱延鋼板に対して数式（４）に示すチューニング率βの値を０に設定し圧延した。また、圧延中の張力の幅方向偏差は、圧延スタンド間のルーパーに設置したロードセルにより測定した。また、キャンバー量はＣＣＤカメラと画像処理により長手方向の曲がりとして測定した。本発明例では、数式（４）に示すチューニング率α，βの値を以下の表２に示すように設定した。

図４に絞りトラブルの発生本数率を示す。本発明例では絞りトラブル発生率は１．１％であったのに対して、従来例では絞りトラブル発生率は０．１％であり、本発明例によれば絞りトラブル発生率を約９０％低減できることが確認された。また、図５に尾端部の各キャンバー量での絞りトラブル発生率を示す。キャンバー測定範囲Ｌは１５ｍとした。従来例では尾端部のキャンバー量が大きいほど蛇行量が大きくなるために絞りトラブル発生率が高くなった。それに対し本発明例では、尾端部のキャンバー量に応じてレベリング設定量を制御することによって尾端部の蛇行を抑制し、絞りトラブル発生率を抑えることができた。

〔実施例２〕
本実施例では、作業ロールと補強ロールとからなる４段圧延機をＦ１〜Ｆ４、作業ロールと中間ロールと補強ロールとからなる６段圧延機をＦ５〜Ｆ７として７スタンド有する熱間圧延ラインにて本発明の検証を行った。圧延機の設備仕様を以下の表３に示す。板厚１．８ｍｍ〜２．４ｍｍ、板幅１２００〜１３００ｍｍの低炭素鋼の熱延鋼板を熱間圧延し、尾端部における絞りトラブル発生率を調査した。調査したコイルは４２０コイルであった。図７に示すように、尾端部における絞りトラブル発生率は従来例では０．８５％であったの対し、本発明例では尾端部における絞りトラブル発生率は０．０５％と、尾端部における絞りトラブル発生率が劇的に低減することが確認された。

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。すなわち、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、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 熱間圧延ライン
２ 加熱炉
３ 幅プレス装置
４ 粗圧延機
５ 仕上圧延機
６ ランアウトテーブル
７ 水冷装置
８ コイラー
１０ 制御装置
１１ キャンバー測定装置
１２ 張力測定装置
１３ レベリング量設定部
１４ 圧下制御部
Ｓ 被圧延材

Claims (3)

1. 被圧延材の張力の幅方向偏差を測定する張力測定ステップと、
   被圧延材の尾端部のキャンバー量を測定するキャンバー量測定ステップと、
   前記張力測定ステップにおいて測定された被圧延材の張力の幅方向偏差と前記キャンバー量測定ステップにおいて測定された被圧延材の尾端部のキャンバー量とを用いて圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて圧延機を制御する制御ステップと、を含み、
   前記制御ステップは、以下に示す数式（１）を用いて圧延機のレベリング量ΔＳを算出するステップを含むことを特徴とする圧延機の制御方法。
   

   

   ここで、数式（１）中、パラメータα，βはチューニング率、パラメータΔＴは被圧延材の張力の幅方向偏差、パラメータＣａｍは被圧延材の尾端部のキャンバー量を表している。チューニング率α，βは被圧延材の幅、厚さ、及び圧延荷重に応じて決められる値である。
2. 被圧延材の張力の幅方向偏差を測定する張力測定手段と、
   被圧延材の尾端部のキャンバー量を測定するキャンバー量測定手段と、
   前記張力測定手段によって測定された被圧延材の張力の幅方向偏差と前記キャンバー量測定手段によって測定された被圧延材の尾端部のキャンバー量とを用いて圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて圧延機を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、以下に示す数式（１）を用いて圧延機のレベリング量ΔＳを算出することを特徴とする圧延機の制御装置。
   

   

   ここで、数式（１）中、パラメータα，βはチューニング率、パラメータΔＴは被圧延材の張力の幅方向偏差、パラメータＣａｍは被圧延材の尾端部のキャンバー量を表している。チューニング率α，βは被圧延材の幅、厚さ、及び圧延荷重に応じて決められる値である。
3. 被圧延材の張力の幅方向偏差を測定する張力測定ステップと、
   被圧延材の尾端部のキャンバー量を測定するキャンバー量測定ステップと、
   前記張力測定ステップにおいて測定された被圧延材の張力の幅方向偏差と前記キャンバー量測定ステップにおいて測定された被圧延材の尾端部のキャンバー量とを用いて圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて圧延機を制御することによって鋼板を製造する制御ステップと、を含み、
   前記制御ステップは、以下に示す数式（１）を用いて圧延機のレベリング量ΔＳを算出するステップを含むことを特徴とする鋼板の製造方法。
   

   

   ここで、数式（１）中、パラメータα，βはチューニング率、パラメータΔＴは被圧延材の張力の幅方向偏差、パラメータＣａｍは被圧延材の尾端部のキャンバー量を表している。チューニング率α，βは被圧延材の幅、厚さ、及び圧延荷重に応じて決められる値である。

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