JP6299682B2 - 金属ストリップの蛇行制御方法及び蛇行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷延鋼板等の金属ストリップが圧延時に幅方向に蛇行することを抑制する金属ストリップの蛇行制御方法及び蛇行制御装置に関するものである。

一般に、冷延鋼板等の金属ストリップの圧延ラインには、金属ストリップの搬送方向に沿って並設された複数の圧延機によって金属ストリップを連続的に圧延する、タンデム圧延機が設けられている。そして、従来より、このタンデム圧延機による圧延時に金属ストリップが幅方向に蛇行することを抑制するための技術が提案されている。

具体的には、特許文献１には、圧延機の出側に配置された形状検出器を利用して金属ストリップの伸び率差の板幅中心に関する非対称成分を検出し、検出された非対称成分を取り除くように圧延機を構成する一対の圧延ロールの幅方向におけるギャップ量（以下、レベリング量と表記）を制御する技術が記載されている。

また、特許文献２には、圧延機の出側における金属ストリップの作業側張力及び駆動側張力を測定し、作業側張力と駆動側張力との和である全張力に対する作業側張力と駆動側張力との差である差張力の比が目標範囲内になるように圧延機のレベリング量を制御する技術が記載されている。

特開昭６０−６２１４号公報 特開２００３−２７５８１１号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、圧延速度に応じて金属ストリップの蛇行制御の精度が低下する。すなわち、特許文献１記載の技術は、圧延機の出側に配置された形状検出器によって検出された金属ストリップの幅方向の形状に基づいて圧延機のレベリング量をフィードバック制御する形状レベリング制御を行っている。このため、特許文献１記載の技術では、金属ストリップが圧延機の出側から形状検出器の位置まで移動するまでの時間は蛇行制御のむだ時間となる。そして、このむだ時間は圧延速度が遅くなるほど長くなるので、圧延速度に応じて金属ストリップの蛇行制御の精度が低下する。

これに対して、特許文献２記載の技術は、全張力に対する差張力の比が目標範囲内になるように圧延機のレベリング量をフィードバック制御する差張力レベリング制御を行っている。このため、特許文献２記載の技術では、圧延速度に応じて金属ストリップの蛇行制御の精度が低下するということはない。しかしながら、特許文献２記載の技術によれば、金属ストリップの幅方向の形状が複合伸び（耳波、中伸び、片伸び等が複合して発生している形状）等の複雑な形状である場合には、蛇行制御が機能しないことがある。このため、特許文献１記載の形状レベリング制御が正常に機能する圧延速度範囲では形状レベリング制御を主体とした金属ストリップの蛇行制御を行いたいという要求があった。

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、金属ストリップの蛇行制御の精度及び信頼性を向上可能な金属ストリップの蛇行制御方法及び蛇行制御装置を提供することにある。

本発明に係る金属ストリップの蛇行制御方法は、圧延機によって圧延される金属ストリップが圧延時に幅方向に蛇行することを抑制する金属ストリップの蛇行制御方法であって、前記圧延機の出側に設けられた形状検出器によって検出された金属ストリップの幅方向における伸び率差に基づいて前記圧延機のレベリング量を制御する形状レベリング制御を実行する形状レベリング制御ステップと、前記圧延機の出側における金属ストリップの作業側張力と駆動側張力との和である全張力に対する前記作業側張力と前記駆動側張力との差である差張力の比に基づいて前記レベリング量を制御する差張力レベリング制御を実行する差張力レベリング制御ステップと、前記金属ストリップの圧延速度を検出し、検出された圧延速度に応じて前記形状レベリング制御ステップと前記差張力レベリング制御ステップとの間で前記レベリング量を制御する手法を切り替える切り替えステップと、を含み、前記切り替えステップは、前記金属ストリップの圧延速度が所定速度範囲より遅い場合、前記差張力レベリング制御ステップによる制御を主体として前記レベリング量を制御し、前記金属ストリップの圧延速度が前記所定速度範囲より速い場合には、前記形状レベリング制御ステップによる制御を主体として前記レベリング量を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る金属ストリップの蛇行制御装置は、圧延機によって圧延される金属ストリップが圧延時に幅方向に蛇行することを抑制する金属ストリップの蛇行制御装置であって、前記圧延機の出側に設けられた形状検出器によって検出された金属ストリップの幅方向における伸び率差に基づいて前記圧延機のレベリング量を制御する形状レベリング制御を実行する形状レベリング制御手段と、前記圧延機の出側における金属ストリップの作業側張力と駆動側張力との和である全張力に対する前記作業側張力と前記駆動側張力との差である差張力の比に基づいて前記レベリング量を制御する差張力レベリング制御を実行する差張力レベリング制御手段と、前記金属ストリップの圧延速度を検出し、検出された圧延速度に応じて前記形状レベリング制御手段と前記差張力レベリング制御ステップとの間で前記レベリング量を制御する手段を切り替える切り替え手段と、を備え、前記切り替え手段は、前記金属ストリップの圧延速度が所定速度範囲より遅い場合、前記差張力レベリング制御手段による制御を主体として前記レベリング量を制御し、前記金属ストリップの圧延速度が前記所定速度範囲より速い場合には、前記形状レベリング制御手段による制御を主体として前記レベリング量を制御することを特徴とする。

本発明に係る金属ストリップの蛇行制御方法及び蛇行制御装置によれば、金属ストリップの圧延速度に応じて形状レベリング制御と差張力レベリング制御との間でレベリング制御の主体を切り替えるので、金属ストリップの蛇行制御の精度及び信頼性を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態である金属ストリップの蛇行制御装置が適用される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金属ストリップの蛇行制御装置の構成を示す模式図である。 図３は、金属ストリップの圧延速度と形状レベリング制御及び差張力レベリング制御の制御ゲインとの関係を示す図である。 図４は、本発明の適用前後における圧延ラインにおける絞り破断発生回数を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である金属ストリップの蛇行制御装置及びその蛇行制御方法について説明する。

〔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金属ストリップの蛇行制御装置が適用される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金属ストリップの蛇行制御装置が適用される圧延ラインの構成を示す模式図である。なお、図１では、圧延ラインの一部分、すなわち、金属ストリップの搬入端側からタンデム圧延機の出側までのライン部分が図示されている。

図１に示すように、本発明の一実施形態である金属ストリップの蛇行制御装置が適用される圧延ライン１は、金属ストリップＳを連続的に圧延（例えば冷間圧延）するラインである。圧延ライン１は、金属ストリップＳの搬送経路に沿って、金属ストリップＳを払い出すアンコイラー２と、アンコイラー２によって払い出された金属ストリップＳを連続的に圧延するタンデム圧延機３と、を備えている。なお、図示しないが、圧延ライン１には、金属ストリップＳをその搬送方向に順次搬送する複数の搬送ロールやルーパー等が必要な箇所に配置されている。

アンコイラー２は、その回転によってコイルＣから圧延ライン１内へと金属ストリップＳを払い出す装置である。コイルＣは、金属ストリップＳをコイル状に巻いたものであり、図１に示すように、アンコイラー２に取り付けられている。アンコイラー２から払い出された金属ストリップＳは、タンデム圧延機３に順次搬送される。

タンデム圧延機３は、金属ストリップＳの搬送経路に沿って並設された複数の圧延機によって構成され、順次搬送される金属ストリップＳを連続的に圧延する。具体的には、圧延機の数がｋ（ｋ：２以上の整数）である場合、図１に示すように、タンデム圧延機３は、最上流（タンデム圧延機３の入側端）に第１スタンドの圧延機Ｆ_１を備え、最下流（タンデム圧延機３の出側端）に第ｋスタンドの圧延機Ｆ_ｋを備えている。また、図示しないが、第１スタンドの圧延機Ｆ_１と第ｋスタンドの圧延機Ｆ_ｋとの間には、金属ストリップＳの搬送方向に沿って第２スタンド、第３スタンド、・・・、第ｋ−２スタンド、及び第ｋ−１スタンドの各圧延機が並設されている。

タンデム圧延機３は、第１スタンド〜第ｋスタンドの各圧延機を利用して金属ストリップＳを連続的に圧延する。タンデム圧延機３は、圧延完了後の金属ストリップＳをタンデム圧延機３の出側（第ｋスタンドの圧延機Ｆ_ｋの出側）に送出する。その後、圧延完了後の金属ストリップＳは、タンデム圧延機３の下流側に搬送され、圧延ライン１の各種設備（図示せず）によって必要な処理を施された後、コイル状に巻き取られる。

なお、図１では、圧延機として、それぞれ１対のワークロール、中間ロールとバックアップロールを有する６段式の圧延機を例示しているが、本発明は６段式の圧延機に限定されるものではない。すなわち、本発明は、４段式の圧延機等の６段式の圧延機にも適用可能である。この場合、タンデム圧延機を構成する複数の圧延機は、互いに同じロール段数のものであってもよいし、異なるロール段数の圧延機を組み合わせたものであってもよい。また、本発明が適用されるタンデム圧延機では、圧延機の数は複数であればよく、各圧延機のロール段数及び冷間圧延や熱間圧延等の圧延方式等は特に問われない。

〔蛇行制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態である金属ストリップの蛇行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金属ストリップの蛇行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金属ストリップの蛇行制御装置１０は、タンデム圧延機３を構成する圧延機Ｆ_ｎ（ｎ＝１〜ｋ）毎に設けられている。金属ストリップの蛇行制御装置１０は、形状検出器１１、圧延速度検出器１２、比率演算器１３ａ，１３ｂ、レベリング制御演算器１４ａ，１４ｂ、及び圧下位置制御器１５を備えている。

形状検出器１１は、圧延機Ｆ_ｎの出側位置に設けられ、圧延機Ｆ_ｎの出側位置における金属ストリップＳの伸び率差の幅方向中心位置に関する非対称成分、作業側張力（圧延機Ｆ_ｎを駆動するモータが設置されていない金属ストリップＳの幅方向端部側において金属ストリップＳに作用している張力）、及び駆動側張力（圧延機Ｆ_ｎを駆動するモータが設置されている金属ストリップＳの幅方向端部側において金属ストリップＳに作用している張力）を検出する。形状検出器１１は、検出された伸び率差の幅方向中心位置に関する非対称成分、作業側張力、及び駆動側張力を示す電気信号を比率演算器１３ａ，１３ｂに出力する。

圧延速度検出器１２は、金属ストリップＳの圧延速度を検出し、検出された圧延速度を示す電気信号を比率演算器１３ａ，１３ｂに出力する。

比率演算器１３ａ，１３ｂはそれぞれ、圧延速度検出器１２によって検出された金属ストリップＳの圧延速度に基づいて形状レベリング制御及び差張力レベリング制御の制御ゲイン（レベリング制御ゲイン）を算出する。具体的には、比率演算器１３ａ，１３ｂは、図３に示すような圧延速度とレベリング制御ゲインとの関係を示すテーブルを記憶しており、記憶しているテーブルから圧延速度検出器１２によって検出された金属ストリップＳの圧延速度に対応する形状レベリング制御及び差張力レベリング制御の制御ゲインをそれぞれ読み出す。比率演算器１３ａ，１３ｂは、算出した形状レベリング制御及び差張力レベリング制御の制御ゲインをそれぞれレベリング制御演算器１４ａ及びレベリング制御演算器１４ｂに出力する。

ここで、図３に示すテーブルでは、金属ストリップＳの圧延速度が３００〜４００ｍｐｍ（meter(s) per minute）の速度範囲より遅い場合は、差張力レベリング制御の制御ゲインは形状レベリング制御の制御ゲインより大きく設定され、差張力レベリング制御主体のレベリング制御となる。一方、金属ストリップＳの圧延速度が３００〜４００ｍｐｍの速度範囲より速い場合には、差張力レベリング制御の制御ゲインは形状レベリング制御の制御ゲインより小さく設定され、形状レベリング制御主体のレベリング制御となる。また、圧延速度が３００〜４００ｍｐｍの範囲では、圧延速度に応じて差張力レベリング制御の制御ゲインと形状レベリング制御の制御ゲインとのバランスが入れ替わるように制御ゲインのパターンが設定されている。

なお、差張力レベリング制御は、金属ストリップＳの差張力が目標範囲内にあれば金属ストリップＳの形状が乱れても形状レベリング制御が働かない仕様となっている。このため、金属ストリップＳの圧延速度が３００〜４００ｍｐｍの速度範囲より遅い場合、例えば差張力レベリング制御の制御ゲインと形状レベリング制御の制御ゲインとの割合を４：１の割合に設定し、差張力レベリング制御による制御を主体としつつ形状レベリング制御も機能させる。詳しくは、制御むだ時間（金属ストリップＳが圧延機Ｆ_ｎの出側から形状検出器１１まで搬送されるまでの時間）と形状レベリング制御の設定周期（制御時間間隔）との比が圧延速度の遅い領域で概ね４：１である場合、１回の形状認識に対して形状レベリング制御が４回動作することになる。そこで、本実施形態では、図３に示すように、圧延速度の遅い領域では、形状レベリング制御の制御ゲインを０．２５（差張力レベリング制御の制御ゲインは１）とすることにより、１回の形状認識に対して形状レベリング制御が１回動作するようにして、形状レベリング制御を機能させつつ、形状レベリング制御が不必要に動作しないようにしている。なお、圧延速度の遅い領域における、差張力レベリング制御の制御ゲインと形状レベリング制御の制御ゲインとの割合は、例えば５：１や３：２等、制御むだ時間と形状レベリング制御の設定周期との関係に応じて適宜変更してもよい。

これに対して、金属ストリップＳの圧延速度が３００〜４００ｍｐｍの速度範囲より速い場合には、圧延機Ｆ_ｎと形状検出器１１との間の距離に起因する制御むだ時間の影響は無視することができ、形状レベリング制御の信頼性も高い。このため、差張力レベリング制御の制御ゲインはゼロとし、形状レベリング制御のみでレベリング制御を実行する。これにより、形状レベリング制御及び差張力レベリング制御それぞれの弱点を補完し合うことが可能となり、レベリング制御の精度及び信頼性を保つことが可能になる。

レベリング制御演算器１４ａは、形状検出器１１によって検出された金属ストリップＳの幅方向における伸び率差の板幅中心に関する非対称成分を取り除くように形状レベリング制御のレベリング量を算出する。そして、レベリング制御演算器１４ａは、算出されたレベリング量に比率演算器１３ａから出力された制御ゲインを乗算した値を算出し、乗算値を形状レベリング制御のレベリング量として圧下位置制御器１５に出力する。

レベリング制御演算器１４ｂは、形状検出器１１によって検出され金属ストリップの作業側張力と駆動側張力との和である全張力に対する作業側張力と駆動側張力との差である差張力の比が目標範囲内になるように差張力レベリング制御のレベリング量を算出する。そして、レベリング制御演算器１４ｂは、算出されたレベリング量に比率演算器１３ｂから出力された制御ゲインを乗算した値を算出し、乗算値を差張力レベリング制御のレベリング量として圧下位置制御器１５に出力する。

圧下位置制御器１５は、レベリング制御演算器１４ａ，１４ｂから出力された形状レベリング制御のレベリング量及び差張力レベリング制御のレベリング量との和になるように圧延機Ｆ_ｎを構成する一対のワークロールのレベリング量を制御する。

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金属ストリップの蛇行制御装置１０は、圧延機Ｆ_ｎの出側に設けられた形状検出器１１によって検出された金属ストリップＳの幅方向における伸び率差に基づいて圧延機Ｆ_ｎのレベリング量を制御する形状レベリング制御を実行し、圧延機Ｆ_ｎの出側における金属ストリップＳの作業側張力と駆動側張力との和である全張力に対する作業側張力と駆動側張力との差である差張力の比に基づいて圧延機Ｆ_ｎのレベリング量を制御する差張力レベリング制御を実行し、金属ストリップＳの圧延速度に応じて形状レベリング制御と差張力レベリング制御との間でレベリング量を制御する手法を切り替え、金属ストリップＳの圧延速度が所定速度範囲より遅い場合、差張力レベリング制御を主体としてレベリング量を制御し、金属ストリップＳの圧延速度が所定速度範囲より速い場合には、形状レベリング制御による制御を主体としてレベリング量を制御する。

すなわち、本発明の一実施形態である金属ストリップの蛇行制御装置１０は、金属ストリップＳの圧延速度に応じて形状レベリング制御と差張力レベリング制御との間でレベリング制御の主体を切り替える。これにより、金属ストリップＳの蛇行制御の精度及び信頼性を向上させることができる。また、結果として、板厚が比較的薄い薄物材やシリコン成分を多く含有する高Ｓｉ材等の破断発生リスクが比較的高い圧延材をトラブル無く圧延することができる。実際、ある圧延ラインに本発明を適用した結果、図５に示すように絞り破断の発生回数を大幅に減少させることができた。

以上、本発明者ら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く、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。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 圧延ライン
２ アンコイラー
３ タンデム圧延機
１０ 金属ストリップの蛇行制御装置
１１ 形状検出器
１２ 圧延速度検出器
１３ａ，１３ｂ 比率演算器
１４ａ，１４ｂ レベリング制御演算器
１５ 圧下位置制御器
Ｆ_ｎ（ｎ＝１〜ｋ） 圧延機
Ｓ 金属ストリップ

Claims (2)

1. 圧延機によって圧延される金属ストリップが圧延時に幅方向に蛇行することを抑制する金属ストリップの蛇行制御方法であって、
   前記圧延機の出側に設けられた形状検出器によって検出された金属ストリップの幅方向における伸び率差に基づいて前記圧延機のレベリング量を制御する形状レベリング制御を実行する形状レベリング制御ステップと、
   前記圧延機の出側における金属ストリップの作業側張力と駆動側張力との和である全張力に対する前記作業側張力と前記駆動側張力との差である差張力の比に基づいて前記レベリング量を制御する差張力レベリング制御を実行する差張力レベリング制御ステップと、
   前記金属ストリップの圧延速度を検出し、検出された圧延速度に応じて前記形状レベリング制御ステップと前記差張力レベリング制御ステップとの間で前記レベリング量を制御する手法を切り替える切り替えステップと、を含み、
   前記切り替えステップは、前記金属ストリップの圧延速度が所定速度範囲より遅い場合、前記差張力レベリング制御ステップによる制御を主体として前記レベリング量を制御し、前記金属ストリップの圧延速度が前記所定速度範囲より速い場合には、前記形状レベリング制御ステップによる制御を主体として前記レベリング量を制御するステップを含む
   ことを特徴とする金属ストリップの蛇行制御方法。
2. 圧延機によって圧延される金属ストリップが圧延時に幅方向に蛇行することを抑制する金属ストリップの蛇行制御装置であって、
   前記圧延機の出側に設けられた形状検出器によって検出された金属ストリップの幅方向における伸び率差に基づいて前記圧延機のレベリング量を制御する形状レベリング制御を実行する形状レベリング制御手段と、
   前記圧延機の出側における金属ストリップの作業側張力と駆動側張力との和である全張力に対する前記作業側張力と前記駆動側張力との差である差張力の比に基づいて前記レベリング量を制御する差張力レベリング制御を実行する差張力レベリング制御手段と、
   前記金属ストリップの圧延速度を検出し、検出された圧延速度に応じて前記形状レベリング制御手段と前記差張力レベリング制御手段との間で前記レベリング量を制御する手段を切り替える切り替え手段と、を備え、
   前記切り替え手段は、前記金属ストリップの圧延速度が所定速度範囲より遅い場合、前記差張力レベリング制御手段による制御を主体として前記レベリング量を制御し、前記金属ストリップの圧延速度が前記所定速度範囲より速い場合には、前記形状レベリング制御手段による制御を主体として前記レベリング量を制御する
   ことを特徴とする金属ストリップの蛇行制御装置。

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