JP6628049B2 - タンデム圧延機における走間板厚変更方法 - Google Patents

Description

本発明は、先行被圧延材と後行被圧延材とを接合し、連続して冷間圧延するタンデム圧延機における走間板厚変更方法に関し、特に、母板板厚や仕上板厚、変形抵抗（材質）等の圧延条件が異なる先行被圧延材と後行被圧延材とを走間板厚変更し、連続して圧延するタンデム圧延機における走間板厚変更方法に関するものである。

タンデム圧延機において、先行被圧延材（以降、「先行材」という）と後行被圧延材（以降、「後行材」という）とを接合し、連続して冷間圧延する際、先行材と後行材との間で、母板板厚や仕上板厚、変形抵抗（材質））等の圧延条件が異なると、走間板厚変更したときにスタンド間の張力に大きな変動が生ずる。この張力変動量が大き過ぎると、板破断や絞込み等が発生し、大きな圧延トラブルを引き起こすことになる。

上記のような圧延トラブルを回避する対策として、先行材と後行材の接合部に中間仕上板厚部を設けることで、過大な張力変動を抑える技術が提案されている。上記中間仕上板厚を決定する方法としては、例えば、特許文献１および２には、仕上板厚、材質等に応じて予め設定しておいたテーブル値に基づいて決定する方法が、また、特許文献３〜５には、先行材と後行材の仕上板厚から簡易な計算で求める方法が提案されている。

特開２００５−２１９０６３号公報 特開２００６−２２４１１９号公報 特開２００３−２６０５０５号公報 特開２００３−１３６１１７号公報 特開平１０−１９２９３６号公報

しかしながら、上記特許文献１または２に開示された、予め決定しておいたテーブル値を使用する方法は、中間仕上板厚が経験則から決められているため、母板板厚や仕上板厚、材質等の中間仕上板厚に影響する因子の組み合わせが多数存在する中から最適な中間仕上板厚を設定することは難しいという問題がある。また、上記特許文献３〜５に開示された、先行材と後行材の仕上板厚から簡易な計算で中間仕上板厚を算出する方法は、先行材と後行材との間で変形抵抗の変動がある場合には、やはり張力変動を抑制することはできないという問題がある。

本発明の目的は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、先行材と後行材との間で、母板板厚や仕上板厚の違いに加えて、変形抵抗の差（材質差）がある場合のように圧延条件が異なるときでもスタンド間の張力変動を大幅に低減することができるタンデム圧延機における走間板厚変更方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、上記課題を解決するためには、先行材における圧延条件を後行材における圧延条件に走間変更するにあたり、ロールギャップ設定値の差であるロールギャップ変更量が予め設定した所定値を超えているか否かを判定し、上記のロールギャップ変更量が上記所定値を超えているときは、上記先行材と後行材の接合点より前の段階でロールギャップ変更量が所定値以下となるような中間仕上板厚を設定し、先行材の仕上板厚を中間仕上板厚に変更し、上記接合点がタンデム圧延機を通過するときに、上記先行材の中間仕上板厚から後行材の仕上板厚に変更することにより、走間板厚変更時の張力変動を大幅に軽減できることを見出し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、圧延条件が異なる先行材と後行材とを接合し、連続して冷間圧延するタンデム圧延機における走間板厚変更方法において、上記先行材における圧延条件を後行材における圧延条件に走間変更するにあたり、ロールギャップ設定値の差であるロールギャップ変更量が予め設定した所定値を超えているか否かを判定し、上記のロールギャップ設定値の差が上記所定値を超えているときは、上記先行材と後行材の接合点より前の段階でロールギャップ設定値の差が所定値以下となるような中間仕上板厚を設定し、先行材の仕上板厚を中間仕上板厚に変更し、上記接合点がタンデム圧延機を通過するときに、上記先行材の中間仕上板厚から後行材の仕上板厚に変更することを特徴とするタンデム圧延機における走間板厚変更方法を提案する。

また、本発明の上記タンデム圧延機における走間板厚変更方法は、上記先行材の中間仕上板厚から後行材の仕上板厚に変更する際のロールギャップの変更量が最小となるよう中間仕上板厚を決定することを特徴とする。

本発明によれば、タンデム圧延機で圧延条件が異なる先行材と後行材とを接合し、走間板厚変更を行う際、最適な中間仕上板厚を設定することが可能となるので、スタンド間の張力変動を大幅に低減することができる。従って、本発明によれば、走間板厚変更に伴う板破断や絞り込み等の圧延トラブルを抑止し、従来、走間板厚変更が難しいとされていた先行材と後行材の組み合わせでも走間板厚変更が可能となるので、圧延機の生産性向上に大いに寄与する。

本発明を適用することができる冷間圧延設備の概要図である。 本発明の走間板厚変更方法を説明する図である。 本発明における中間仕上板厚の算出フローの概要図である。 図３のステップ５の中間仕上板厚決定ロジックを説明する図である。 本発明の走間板厚変更方法と、従来の走間板厚変更方法における各スタンド間の張力変動等を実測した結果を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の走間板厚変更を実施することが可能な冷間圧延設備の概略構成図である。図１において、冷間圧延機２は、ｎスタンドの圧延機Ｆ_１〜Ｆ_ｎ（ただし、ｎ＞１）が連設されたタンデム式の冷間圧延機（ただし、図中には、第１スタンドＦ_１と最終スタンドＦ_ｎのみを図示）であり、最終Ｆ_ｎスタンドの圧延機の下流側には、ピンチロール３、走間切断機４およびテンションリール５が、上流から下流に向けて順次配設され、冷間圧延機２で所定の板厚に圧延された被圧延材１（鋼板）は、テンションリール５においてコイル状に巻き取られる。

被圧延材１は、冷間圧延機２の入側に配設された図示されていない溶接機により、先行材Ｓ_Ａの尾端と後行材Ｓ_Ｂの先端とが接合点Ｃで溶接等で接合された後、冷間圧延機２の第１スタンドＦ_１から最終のＦ_ｎスタンドまで順次に圧延されて所定の仕上板厚に圧延され、その後、先行材Ｓ_Ａと後行材Ｓ_Ｂとの接合点Ｃあるいはその近傍において走間切断機４により切断され、切断された後行材Ｓ_Ｂは、先行材Ｓ_Ａとは別のテンションリール５により巻き取られる。

ここで、冷間圧延機２のそれぞれのスタンドＦ_１〜Ｆ_ｎには、上下のワークロール間のギャップを変更する圧下装置６_１〜６_ｎが設置されており、該圧下装置６_１〜６_ｎは、制御装置７によりその動作が制御されている。
先行材Ｓ_Ａと後行材Ｓ_Ｂとで、母板板厚や仕上板厚、変形抵抗などの圧延条件が異なる場合、冷間圧延機２で先行材Ｓ_Ａと後行材Ｓ_Ｂとを連続して圧延するときには走間で圧延条件が変更され、走間板厚変更が行われる。一般に、走間板厚変更に際しては、先行材Ｓ_Ａと後行材Ｓ_Ｂとの接合点Ｃが第１スタンドＦ_１に到達すると、制御装置７は、先行材Ｓ_Ａ用の圧下スケジュールから後行材Ｓ_Ｂ用の圧下スケジュールになるよう、スタンドＦ_１の圧下装置６_１に制御信号を送り、これを第２スタンドＦ_２以降でも繰り返す。具体的には、制御装置７は、接合点Ｃが各スタンドＦ_１〜Ｆ_ｎを通過する時刻を圧下スケジュールの変更量から演算し、接合点Ｃが各スタンドＦ_１〜Ｆ_ｎを通過する時刻に、各スタンドＦ_１〜Ｆ_ｎの圧下装置６_１〜６_ｎに制御信号を送り、各スタンドのワークロール間のギャップの設定変更およびロール周速の設定変更を行う。

ここで、上記各スタンドＦ_１〜Ｆ_ｎにおけるロール周速は、各スタンド間の張力が所定張力となるように設定されるが、板厚変更点（接合点Ｃ）がスタンド間にあるときは、当該スタンド間には厚い被圧延材と薄い被圧延材とが存在するため、スタンド間張力を、少なくとも薄い側の被圧延材が破断せず、かつ、厚い側の被圧延材が絞り込みを起こさない、適度な張力範囲となるよう設定しなくてはならない。しかし、先行材Ｓ_Ａと後行材Ｓ_Ｂとの間で、母板板厚や仕上板厚、変形抵抗が大きく異なる場合には、走間板厚変更に伴うスタンド間の張力変動が大きくなって、板破断や絞込み等の圧延トラブルを引き起こすおそれがある。

そこで、本発明に係るタンデム圧延機における走間板厚変更方法においては、先行材Ｓ_Ａと後行材Ｓ_Ｂとの間の母板板厚や仕上板厚、変形抵抗の差に起因して大きな張力変動が発生することが予測される場合には、図２に示すように、まず、仕上板厚を、先行材Ｓ_Ａの仕上板厚ｔ_ａから中間仕上板厚ｔ_ｃに変更する板厚変更（第１回目の走間板厚変更）を行った後、上記中間仕上板厚ｔ_ｃから後行材Ｓ_Ｂの仕上板厚ｔ_ｂへと板厚変更（第２回目の走間板厚変更）を行うようにする。このようにすることで、接合点Ｃの前後における母板板厚や仕上板厚、変形抵抗の大きな変化があっても、圧延トラブルを起こすことなく走間板厚変更を行うことが可能となる。なお、図２においては、先行材Ｓ_Ａの仕上板厚ｔ_ａが後行材Ｓ_Ｂの仕上板厚ｔ_ｂよりも厚い場合を示したが、その逆であってもよい。

ここで、上記のように中間仕上板厚を設ける２段階の走間板厚変更を行うか否かの判定は、以下のようにして行う。上記先行材における圧延条件を後行材における圧延条件に走間変更するにあたり、ロールギャップ設定値の差であるロールギャップ変更量が予め設定した所定値を超えているか否かを判定し、上記のロールギャップ設定値の差が上記所定値を超えているときは、上記先行材と後行材の接合点より前の段階でロールギャップ設定値の差が所定値以下となるような中間仕上板厚を設定し、先行材の仕上板厚を中間仕上板厚に変更し、上記接合点がタンデム圧延機を通過するときに、上記先行材の中間仕上板厚から後行材の仕上板厚に変更する。

また、本発明における上記中間仕上板厚の決定は、先行材と後行材のロールギャップ設定から算出することを特徴としており、その算出フローの概要を図３に示したが、以下のようにして行う。
（ステップ１）
先行材Ｓ_Ａのドラフトスケジュール（パススケジュール）を計算し，先行材Ｓ_Ａの各スタンド出側の板厚を算出する。
（ステップ２）
上記先行材の各スタンド出側の板厚を達成するために必要な各スタンドのロールギャップの設定値Ｇ_ａおよびロール周速の設定値を算出する。
（ステップ３、４）
同様にして、後行材Ｓ_Ｂのドラフトスケジュール（パススケジュール）を計算し，後行材Ｓ_Ｂの各スタンド出側の板厚を算出するとともに、上記後行材の各スタンド出側の板厚を達成するために必要な各スタンドのロールギャップの設定値Ｇ_ｂおよびロール周速の設定値を算出する。
（ステップ５）
先行材Ｓ_Ａのロール間ギャップＧ_ａと後行材Ｓ_Ｂのロール間ギャップＧ_ｂを用いて中間仕上板厚ｔ_ｃを算出する。

上記図３において、（ステップ１〜４）は、従来公知の技術であり、本発明の特徴は（ステップ５）の中間仕上板厚ｔ_ｃの算出方法にある。そこで、上記（ステップ５）の中間仕上板厚ｔ_ｃの決定ロジックについて、図４を用いて、具体的に説明する。
まず、前提条件として、本発明では、中間仕上板厚ｔ_ｃで圧延する部分を、先行材Ｓ_Ａの後端に設ける。すなわち、仕上板厚ｔ_ａから中間仕上板厚ｔ_ｃへの板厚変更（第１回目の走間板厚変更）は、先行材の後端（接合点Ｃより前）で行い、先行材と後行材の接合点Ｃが圧延機を通過する際、中間仕上板厚ｔ_ｃから後行材Ｓ_Ｂの仕上板厚ｔ_ｂへの板厚変更（第２回目の走間板厚変更）を行うものとする。
そして、本発明においては、中間仕上板厚の算出は、先行材と後行材の接続部分Ｃでの板厚変更（第２回目の走間板厚変更）で必要となるロールギャップの変更量が最小となるよう中間仕上板厚の値を決定する。すなわち、上記中間仕上板厚の算出手法は、以下の評価関数を最小化する問題に帰着できる。
ここで、上記式中のＧ_ｂ，ｉは、後行材のｉスタンドのロールギャップ設定値、Ｇ_ｃ，ｉは、中間板厚部のｉスタンドの圧下位置設定値、Ｗ_ｉは、ｉスタンドの重み（定数）、Ｎは圧延機のスタンド数である。さらに、この問題を解くときに、中間板厚ドラフトスケジュールは、先行材Ｓ_Ａの圧下率配分に基づくという制約を加える。この制約は、異常なドラフトスケジュールになることを防ぐために追加する。

図４のフローチャートにおいては、まず、板厚の微小変化量Δｔと、許容誤差Ｅｒｒを定める。
次に、中間仕上板厚部のドラフトスケジュール計算や設定計算に必要な情報を入力する。このとき、中間仕上板厚部は、先行材の後端に設けるので、中間仕上板厚部の情報として、先行材の情報を入力する。
次に、中間仕上板厚部の初期設定として、先行材の母板板厚、仕上板厚を設定する。反復計算内では、先行材の圧下率配分に基づいたドラフトスケジュール計算を行い、設定計算から中間仕上板厚部のロール間ギャップ設定値Ｇ_ｃ，ｉ(ｔ_c)を求める。
次に、中間仕上板厚部の仕上板厚をΔｔだけ変化させ、上記の計算を再度行って、中間仕上板厚部のロール間ギャップ設定値Ｇ_ｃｉ(ｔ_c+Δｔ)を求める。評価関数が最小であるための必要条件は、上記Ｊの微分係数（ｄｏｔＪ）をＦとしたとき、Ｆ＝０であるので、この方程式に対してニュートン法を適用し、以下のように中間仕上板厚部の出側板厚を更新する。
この反復処理を｜Ｆ｜＜Ｅｒｒとなるまで繰り返し、このときの中間仕上板厚ｔ_cを最適な中間仕上板厚として決定する。

上記のように、本発明においては、先行材と後行材の接合点Ｃでの板厚変更（第２回目の走間板厚変更）で必要となるロールギャップの変更量が最小となるよう中間仕上板厚の値を設定することで、第２回目の走間板厚変更におけるスタンド間の張力変動を抑制する技術であり、第１回目の走間板厚変更に伴う張力変動については考慮していない。この理由は、第２回目の走間板厚変更には、材料の変化という不連続な変更点があり、それによる影響を能動的に除去するアクチュエータがないのに対して、第１回目の走間板厚変更では、不連続な要素はなく、ロールギャップの変更と回転速度の変更を協調させることで、張力変動を抑えることができるからである。

表１に示すように、母板板厚と変形抵抗（材質）が異なる先行材と後行材を溶接して接合し、４スタンドのタンデム式冷間圧延機で同じ仕上板厚（ｔ_ａ＝ｔ_ｂ）に圧延する際の走間板厚変更について、下記の２つの条件でシミュレーションを行った。
＜条件１＞
従来と同様、先行材と後行材の接合点を境にして、１回の走間板厚変更で母板板厚および材質の変化に対応した走間板厚変更を行う（従来法）。
＜条件２＞
先行材の後端で先行材の仕上板厚を中間仕上板厚に変更する第１回目の走間板厚変更を行い、先行材と後行材の接合点が圧延機を通過する際、上記中間仕上板厚から後行材の仕上板厚を変更する第２回目の走間板厚変更を行う走間板厚変更において、上記中間仕上板厚を、図４に示したフローで算出し、そのドラフトスケジュールに従って圧延する（本発明法）。
なお、上記＜条件２＞の２段階走間板厚変更をシミュレートした理由は、母板板厚と変形抵抗（材質）が異なる表１の先行材と後行材の組み合わせでは、ロールギャップ変更量が基準値を超えているため、１回の走間板厚変更では、スタンド間張力の大きな変動が予測されたからである。

上記の２条件で走間板厚変更を行なったときの各スタンドのロール圧下および出側板厚の変化、ならびに、各スタンド間の張力の変化をシミュレートした結果を図５に、また、上記各スタンド間の張力変動の最大値を表２に示した。
この結果から、本発明の方法で走間板厚変更を行うことにより、従来の１回の走間板厚変更で行う方法と比較して、スタンド間の張力変動の最大値を１／２以下に低減できることが予測された。

１：被圧延材（鋼板）
２：スタンドのタンデム圧延機
３：ピンチロール
４：走間切断機
５：テンションロール（巻取機）
６_１〜６_ｎ：圧下装置
７：制御装置
Ｓ_Ａ：先行材
Ｓ_Ｂ：後行材
Ｃ：接合点（溶接点）

Claims (1)

1. 圧延条件が異なる先行材と後行材とを接合し、連続して冷間圧延するタンデム圧延機における走間板厚変更方法において、
   上記先行材における圧延条件を後行材における圧延条件に走間変更するにあたり、ロールギャップ設定値の差であるロールギャップ変更量が予め設定した所定値を超えているか否かを判定し、上記のロールギャップ設定値の差が上記所定値を超えているときは、上記先行材と後行材の接合点より前の段階でロールギャップ設定値の差が所定値以下となるような中間仕上板厚を設定して先行材の仕上板厚を中間仕上板厚に変更し、
   上記接合点がタンデム圧延機を通過するときに、上記先行材の中間仕上板厚から後行材の仕上板厚に変更する際、
   上記先行材の中間仕上板厚から後行材の仕上板厚に変更する際のロールギャップの変更量が最小となるよう中間仕上板厚を決定することを特徴とするタンデム圧延機における走間板厚変更方法。ここで、上記ロールギャップの変更量が最小となるよう中間仕上板厚の値を決定するとは、下記（１）式で表される評価関数が最小化するよう中間仕上板厚の値を決定することをいう。
   記
   なお、上記式中のＧ _ｂ，ｉ は、後行材のｉスタンドのロールギャップ設定値、Ｇ _ｃ，ｉ は、中間板厚部のｉスタンドの圧下位置設定値、Ｗ _ｉ は、ｉスタンドの重み（定数）、Ｎは圧延機のスタンド数である。