JP6777051B2

JP6777051B2 - 板クラウン制御方法、板クラウン制御装置、及び鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP6777051B2
Application number: JP2017181875A
Authority: JP
Inventors: 健志山根; 高嶋　由紀雄; 由紀雄高嶋; 俊樹森内; 好夫松井; 豪横倉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: JP2019055415A

Description

本発明は、板クラウン制御方法、板クラウン制御装置、及び鋼板の製造方法に関するものである。

鋼板を圧延する際に鋼板の幅方向の板厚分布ｆ（ｘ）（ｘは鋼板の幅方向位置を示す）である板クラウンを制御することは、鋼板の板厚精度のみならず、鋼板の平坦度を決定する重要な技術である。このため、従来から板クラウンを推定するモデルの開発が盛んに行われており、ワークロールの弾性変形の転写と圧延前の板クラウンの遺伝とを考慮した以下の数式（１１）に示す板クラウンＣｒ_ｉの推定式が一般的に用いられている（特許文献１〜６参照）。ここで、数式（１１）において、Ｃｒ_ｉはｉ番目の圧延パス後の板クラウン、αはワークロールの弾性変形（メカニカル板クラウン）の転写率、Ｃｒｍはメカニカル板クラウン（＝幅方向に均一な圧延荷重がワークロールに作用した場合のワークロールの撓み量）、βはｉ番目の圧延パス前の板クラウンの遺伝係数、Ｃｒ_ｉ−１はｉ番目の圧延パス前の板クラウンを示している。

数式（１１）に示す板クラウンＣｒ_ｉの推定式は、以下の数式（１２）に示す関係が成立するという条件の下、作成されている。ここで、数式（１２）において、ｔ_ｉ−１はｉ番目の圧延パス前の鋼板の板厚、ｔ_ｉはｉ番目の圧延パス後の鋼板の板厚を示している。この数式（１１）によれば、圧延前後で板クラウン比率が変化しない場合、すなわち以下の数式（１３）に示す条件が成立する場合には、以下の数式（１４）に示すようにｉ番目の圧延パス後の板クラウンＣｒ_ｉはメカニカル板クラウンＣｒｍと等しくなる。

特開２００２−２６３７１９号公報特許第２５８７１７４号公報特許第２６９３４９８号公報特許第２９５６９３４号公報特許第３４４９１６８号公報特許第４０５２４６２号公報

メカニカル板クラウンの定義上、上記数式（１４）が成立する場合には、ワークロールには幅方向に均一な圧延荷重が作用していなければならない。しかしながら、本発明の発明者らは、実際の圧延現象では、鋼板の幅方向端部では鋼板の幅方向への塑性流動（幅流れ）によって圧延荷重が低下し、圧延荷重の幅方向分布が不均一になることを知見した。具体的には、本発明の発明者らは、幅流れを考慮しない場合及び幅流れを考慮した場合における鋼板の幅方向の圧延荷重を計算により求めた結果、図３（ａ）に示すように、幅流れを考慮した場合には圧延荷重の幅方向分布が不均一になることを知見した。そして、本発明の発明者らは、圧延荷重の幅方向分布が不均一になった場合、鋼板の幅方向端部での圧延荷重の低下によって板クラウンが発生することを知見した。具体的には、本発明の発明者らは、幅流れを考慮しない場合及び幅流れを考慮した場合における板クラウンを計算により求めた結果、図３（ｂ）に示すように、幅流れを考慮した場合には板クラウンが発生することを知見した。

以上のように、本発明の発明者らは、数式（１１）に示す板クラウンＣｒ_ｉの推定式には物理的矛盾があり、数式（１１）に示す板クラウンＣｒ_ｉの推定式では板クラウンＣｒ_ｉを精度よく推定できないことを知見した。板クラウンＣｒ_ｉの推定精度が低い場合、幅方向の板厚分布の制御量を適切に決定することができず、所望の板クラウン及び平坦度を有する鋼板を製造することが困難になる。

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、圧延後の板クラウンを精度よく推定して所望の板クラウン及び平坦度を有する鋼板を製造可能な板クラウン制御方法、板クラウン制御装置、及び鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る板クラウン制御方法は、鋼板の幅方向の板厚分布である板クラウンを制御する板クラウン制御方法であって、圧延前の前記鋼板の板クラウンと、圧延時に前記圧延機のワークロールに対して板幅方向に均一な圧延荷重が作用した場合の該ワークロールの撓み量である第１の板クラウン変化量と、圧延時に板幅方向端部の圧延荷重の低下に伴って発生する第２の板クラウン変化量と、を用いて、前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御する制御ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る板クラウン制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、前記鋼板を圧延している際の圧延荷重を検出し、検出された圧延荷重を用いて前記第１の板クラウン変化量と前記第２の板クラウン変化量とを算出するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る板クラウン制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、前記鋼板を圧延している際にロールベンダーを制御することにより前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る板クラウン制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、前記圧延機の出側において所望の板クラウンになるように後記数式（１）を用いて前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御するステップを含むことを特徴とする。

ここで、Ｃｒ_ｉは圧延後の板クラウン、αは転写率、Ｃｒｍは第１の板クラウン変化量、βは遺伝係数、Ｃｒ_ｉ−１は圧延前の板クラウン、ΔＣｒは第２の板クラウン変化量を示している。また、ΔＣｒは鋼板の板厚ｔ、板幅Ｗ、変形抵抗ｋｍ、及び圧下率ｒの関数により表される。

本発明に係る板クラウン制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、後記数式（２）を用いて前記第１の板クラウン変化量を算出するステップを含むことを特徴とする。

ここで、Ｐ_Ｒは圧延荷重、Ｐ_Ｂはロールベンダー圧、δはワークロールシフト量、Ａは圧延荷重影響係数、Ｂはロールベンダー圧影響係数、Ｃはロールプロフィル影響係数を示している。

本発明に係る板クラウン制御方法は、上記発明において、前記制御ステップを圧延前に実行することを特徴とする。

本発明に係る板クラウン制御装置は、鋼板の幅方向の板厚分布である板クラウンを制御する板クラウン制御装置であって、圧延前の前記鋼板の板クラウンと、圧延時に前記圧延機のワークロールに対して板幅方向に均一な圧延荷重が作用した場合の該ワークロールの撓み量である第１の板クラウン変化量と、圧延時に板幅方向端部の圧延荷重の低下に伴って発生する第２の板クラウン変化量と、を用いて、前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御する制御手段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、本発明に係る板クラウン制御方法を用いて鋼板を製造するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る板クラウン制御方法、板クラウン制御装置、及び鋼板の製造方法によれば、圧延後の板クラウンを精度よく推定して所望の板クラウン及び平坦度を有する鋼板を製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態である圧延システム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制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、幅流れを考慮しない場合及び幅流れを考慮した場合における幅方向の圧延荷重及び板クラウンの計算例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である圧延システム及びその圧延制御方法について説明する。

〔圧延システムの構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である圧延システム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システム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システムは、圧延機１及び制御装置２を主な構成要素として備えている。制御装置２は、本発明に係る板クラウン制御装置として機能する。

圧延機１は、ワークロール１１，１２、ワークロールベンダー１３，１４、ワークロールシフト機構１５，１６、バックアップロール１７，１８、ロードセル１９、及び板厚計２０を備えている。

ワークロール１１，１２は、鋼板Ｗを搬送方向（長手方向）に搬送する搬送経路を挟んで、鋼板Ｗの板厚方向に対向配置されている。ワークロール１１，１２は、搬送経路に沿って順次搬送される鋼板Ｗをその板厚方向において挟み込みながら回転（自転）することにより、鋼板Ｗを連続的に圧延する。

ワークロールベンダー１３，１４は、鋼板Ｗの板クラウンを制御する。ワークロールベンダー１３，１４は、鋼板Ｗの板クラウンの制御を目的として、鋼板Ｗの板厚方向にワークロール１１，１２をそれぞれ曲げるロール曲げ動作を行う。ワークロールベンダー１３，１４は、ワークロール１１，１２のそれぞれに配置されている。

ワークロールベンダー１３は、ワークロール１１のロール軸（図示省略）を回転可能に軸支しつつ、鋼板Ｗの板厚方向の曲げ力をワークロール１１に付与する。その際、圧延反力として鋼板Ｗからワークロール１１に付与される曲げ力の方向（上方向）は、バックアップロール１７からワークロール１１に加えられる荷重の方向（下方向）とは反対の方向となる。また、ワークロール１１に付与される曲げ力の大きさは、後述するベンダー圧算出部２１によって算出されるワークロールベンダー圧に基づいて決定される。ワークロールベンダー１３の動作は、ベンダー圧算出部２１によって算出されるワークロールベンダー圧に基づいて、後述する制御部２２によって制御される。

また、ワークロールベンダー１４は、ワークロール１２のロール軸（図示省略）を回転可能に軸支しつつ、鋼板Ｗの板厚方向の曲げ力をワークロール１２に付与する。その際、圧延反力として鋼板Ｗからワークロール１２に付与される曲げ力の方向（下方向）は、バックアップロール１８からワークロール１２に加えられる荷重の方向（上方向）とは反対の方向となる。また、ワークロール１２に付与される曲げ力の大きさは、ベンダー圧算出部２１によって算出されるワークロールベンダー圧に基づいて決定される。ワークロールベンダー１４の動作は、ベンダー圧算出部２１によって算出されるワークロールベンダー圧の制御量に基づいて、制御部２２によって制御される。

ワークロールシフト機構１５，１６は、鋼板Ｗの板クラウンを制御する。ワークロールシフト機構１５は、ワークロール１１をその軸方向に移動（シフト）する。ワークロールシフト機構１６は、ワークロール１２をその軸方向に移動する。ワークロールシフト機構１５，１６によるワークロール１１，１２の移動量は、制御部２２によって制御される。

バックアップロール１７，１８は、一対のワークロール１１，１２を挟んで対向配置されている。上側のバックアップロール１７は、上側のワークロール１１の外周面に上方向から接触し、ワークロール１１を下方向に押圧する。これにより、バックアップロール１７は、鋼板Ｗの圧延に要する荷重をワークロール１１に付与する。また、下側のバックアップロール１８は、下側のワークロール１２の外周面に下方向から接触し、ワークロール１２を上方向に押圧する。これにより、バックアップロール１８は、鋼板Ｗの圧延に要する荷重をワークロール１２に付与する。

ロードセル１９は、バックアップロール１７のチョックの上に設けられており、鋼板Ｗに付与される圧延荷重を検出する。そして、ロードセル１９は、検出した圧延荷重を制御装置２に出力する。

板厚計２０は、鋼板Ｗの板クラウンを測定する。板厚計２０は、圧延機１の出側に設置され、鋼板Ｗの幅方向における少なくとも２点以上の板厚を測定することにより圧延機１の出側における板クラウンを測定する。そして、板厚計２０は、板クラウンの測定値を制御装置２に出力する。なお、本実施形態の説明において、以下、板クラウンとは、鋼板Ｗの幅方向中央部の板厚と幅方向端部の板厚（幅方向両端部の値の平均値）との差である、狭義の板クラウンを指すものとする。

制御装置２は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって実現されるものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を主要構成部品としている。制御装置２は、ベンダー圧算出部２１及び制御部２２を備えている。

ベンダー圧算出部２１は、鋼板Ｗの板クラウンを制御する際の、ワークロールベンダー１３，１４によるワークロールベンダー圧を算出する。ベンダー圧算出部２１は、鋼板Ｗの圧延開始前及び／又は圧延中にワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂを算出する。そして、ベンダー圧算出部２１は、算出したワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂを制御部２２に出力する。

制御部２２は、ベンダー圧算出部２１から入力されるワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂに基づいて、鋼板Ｗの圧延開始前及び／又は圧延中において、ワークロールベンダー１３，１４のワークロールベンダー圧及びワークロールシフト機構１５，１６のシフト量を制御する。

〔圧延制御処理〕
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態である圧延制御処理の流れについて説明する。

図２は、本発明の一実施形態である圧延制御処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、本発明の一実施形態である圧延制御処理では、まず、制御装置２が、鋼板Ｗの圧延開始前に、圧延後の板クラウン（目標板クラウン）Ｃｒ_ｉを決定する（ステップＳ１）。なお、圧延後の板クラウンＣｒ_ｉは、各圧延パスのパススケジュール計算によって得られた値であってもよいし、テーブル値であってもよい。次に、制御装置２は、入側板厚、出側板厚、変形抵抗、板幅、圧下率等の各圧延パスの圧延条件を決定する（ステップＳ２）。

次に、制御量算出部２１が、ワークロールベンダー圧の制御量Ｐ_Ｂを決定する（ステップＳ３）。具体的には、制御量算出部２１は、以下に示す数式（２）を数式（１）に代入することにより得られる数式をワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂについて解くことにより得られる以下に示す数式（３）を用いて、ワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂを算出する。なお、この際、制御量算出部２１は、ワークロールシフト機構１５，１６によるワークロール１１，１２の軸方向のシフト量（ワークロールシフト量）δは仮設定してワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂを算出する。

ここで、Ｃｒ_ｉはｉ番目の圧延パス後の板クラウン、αはメカニカル板クラウンの転写率、Ｃｒｍは圧延時に圧延機１のワークロール１１，１２に対して幅方向に均一な圧延荷重が作用した場合のワークロール１１，１２の撓み量（メカニカル板クラウン、第１の板クラウン変化量）、βはｉ番目の圧延パス前の板クラウンの遺伝係数、Ｃｒ_ｉ−１はｉ番目の圧延パス前の板クラウン、ΔＣｒは圧延時に板幅方向端部の圧延荷重の低下に伴って発生する板クラウンの変化量（第２の板クラウン変化量）を示している。また、ΔＣｒは鋼板の板厚ｔ、板幅Ｗ、変形抵抗ｋｍ、及び圧下率ｒの関数により表され、関数は板クラウンの変化量ΔＣｒ、板厚ｔ、板幅Ｗ、変形抵抗ｋｍ、及び圧下率ｒの実績値を用いた回帰計算により求めることができる。

ここで、Ｐ_Ｒは圧延荷重、Ｐ_Ｂはワークロールベンダー圧、δはワークロールシフト量、Ａは圧延荷重影響係数、Ｂはワークロールベンダー圧影響係数、Ｃはロールプロフィル影響係数を示している。パラメータＡ，Ｂ，Ｃは、メカニカル板クラウンＣｒｍ、圧延荷重Ｐ_Ｒ、ワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂ、及びワークロールシフト量δの実績値を用いた回帰計算により求めることができ、圧延条件に応じて決定される。

なお、ステップＳ３の処理において、圧延機１のワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂの設備能力内で当圧延パスの板クラウンの目標値Ｃｒ_ｉが得られないと計算された場合、ベンダー圧算出部２１は、計算の際に用いたワークロールシフト量δの仮設定値を変更して再度ワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂを計算する。また、ｉ番目の圧延パス前の板クラウンＣｒ_ｉ−１は、圧延機１の入側に板厚計２０が設けられていない場合は、前パスにおける出側の板クラウンであり、予め求めた計算値が入力される。一方、圧延機１の入側に板厚計２０が設けられている場合には、ｉ番目の圧延パス前の板クラウンＣｒ_ｉ−１には、板厚計２０によって測定された板クラウンの実績値（測定値）が入力される。また、圧延荷重Ｐ_Ｒには、圧延前であれば圧延荷重のセットアップ値、圧延中であればロードセル１９によって検出された圧延荷重の実績値が入力される。

そして最後に、制御部２３が、圧延前及び／又は圧延中において、ベンダー圧算出部２１から入力されるワークロールベンダー圧Ｐ_Ｂに基づいて、ワークロールベンダー１３，１４のワークロールベンダー圧及びワークロールシフト機構１５，１６のシフト量を制御する（ステップＳ４）。これにより、一連の圧延制御処理は終了する。

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制御処理では、制御装置２が、圧延前の鋼板Ｗの板クラウンと、圧延時に圧延機１のワークロール１１，１２に対して板幅方向に均一な圧延荷重が作用した場合のワークロール１１，１２の撓み量である第１の板クラウン変化量Ｃｒｍと、圧延時に板幅方向端部の圧延荷重の低下に伴って発生する第２の板クラウン変化量ΔＣｒと、を用いて、鋼板Ｗの幅方向の板厚分布を制御する。このような構成によれば、圧延時に板幅方向端部の圧延荷重の低下に伴って発生する板クラウンの変化量ΔＣｒを考慮しているので、圧延後の板クラウンを精度よく推定して所望の板クラウン及び平坦度を有する鋼板を製造することができる。

本実施例では、本発明における板クラウンの推定精度を評価するために、同一寸法、且つ、同一変形抵抗の鋼板素材を２枚用意し、粗圧延機で同一厚まで圧延した後、仕上圧延機へ搬送し、同一の最終寸法（板厚７．８８ｍｍ、板幅３２２０ｍｍ）である鋼板２枚を目標板クラウンを０．０１５ｍｍとして圧延した。圧延後に仕上圧延機後方１４ｍ位置に設置されたγ線板厚計によって測定された幅方向中央部と幅方向端部（幅方向両端部の値の平均値）の板厚差を板クラウンとして評価した。ここで、パススケジュール計算に使用した板クラウンの推定式は上記数式（１）（実施例）及び上記数式（１１）（比較例）とした。実施例及び比較例のパススケジュールをそれぞれ以下の表１，２に示す。表２に示すように、最終パスでの比較例の板クラウンの実績値は０．０２０ｍｍであった。これに対して、表１に示すように、最終パスでの実施例の板クラウンの実績値（実績板クラウン）は０．０１４ｍｍであり、比較例よりも目標板クラウンに近いことが確認された。以上より、上記数式（１）を用いて板クラウンを推定することにより、圧延後の板クラウンを精度よく推定して所望の板クラウン及び平坦度を有する鋼板を製造可能であることが確認された。

１圧延機
１１，１２ワークロール
１３，１４ワークロールベンダー
１５，１６バックアップロール
１７ロードセル
１８板厚計
２制御装置
２１ベンダー圧算出部
２２制御部
Ｗ鋼板

Claims

鋼板の幅方向の板厚分布である板クラウンを制御する板クラウン制御方法であって、
圧延前の前記鋼板の板クラウンと、圧延時に圧延機のワークロールに対して板幅方向に均一な圧延荷重が作用した場合の該ワークロールの撓み量である第１の板クラウン変化量と、圧延時に板幅方向端部の圧延荷重の低下に伴って発生する第２の板クラウン変化量と、を用いて、前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御する制御ステップを含み、
前記制御ステップは、前記鋼板を圧延している際の圧延荷重を検出し、検出された圧延荷重を用いて前記第１の板クラウン変化量を算出するステップを含み、
前記制御ステップは、前記鋼板を圧延している際にロールベンダーを制御することにより前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御するステップを含み、
前記制御ステップは、前記圧延機の出側において所望の板クラウンになるように後記数式（１）を用いて前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御するステップを含み、
前記制御ステップは、後記数式（２）を用いて前記第１の板クラウン変化量を算出するステップを含み、
前記制御ステップは、ロールベンダー圧の設備能力内で所望の板クラウンが得られない場合、ワークロールシフト量の設定値を変更してロールベンダー圧を再計算するステップを含む
ことを特徴とする板クラウン制御方法。

ここで、Ｃｒ_ｉは圧延後の板クラウン、αは転写率、Ｃｒｍは第１の板クラウン変化量、βは遺伝係数、Ｃｒ_ｉ−１は圧延前の板クラウン、ΔＣｒは第２の板クラウン変化量を示している。また、ΔＣｒは鋼板の板厚ｔ、板幅Ｗ、変形抵抗ｋｍ、及び圧下率ｒの関数により表される。

ここで、Ｐ_Ｒは圧延荷重、Ｐ_Ｂはロールベンダー圧、δはワークロールシフト量、Ａは圧延荷重影響係数、Ｂはロールベンダー圧影響係数、Ｃはロールプロフィル影響係数を示している。
前記制御ステップを圧延前に実行することを特徴とする請求項１に記載の板クラウン制御方法。
鋼板の幅方向の板厚分布である板クラウンを制御する板クラウン制御装置であって、
圧延前の前記鋼板の板クラウンと、圧延時に圧延機のワークロールに対して板幅方向に均一な圧延荷重が作用した場合の該ワークロールの撓み量である第１の板クラウン変化量と、圧延時に板幅方向端部の圧延荷重の低下に伴って発生する第２の板クラウン変化量と、を用いて、前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記鋼板を圧延している際の圧延荷重を検出し、検出された圧延荷重を用いて前記第１の板クラウン変化量を算出し、
前記制御手段は、前記鋼板を圧延している際にロールベンダーを制御することにより前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御し、
前記制御手段は、前記圧延機の出側において所望の板クラウンになるように後記数式（１）を用いて前記鋼板の幅方向の板厚分布を制御し、
前記制御手段は、後記数式（２）を用いて前記第１の板クラウン変化量を算出し、
前記制御手段は、ロールベンダー圧の設備能力内で所望の板クラウンが得られない場合、ワークロールシフト量の設定値を変更してロールベンダー圧を再計算する
ことを特徴とする板クラウン制御装置。

ここで、Ｃｒ_ｉは圧延後の板クラウン、αは転写率、Ｃｒｍは第１の板クラウン変化量、βは遺伝係数、Ｃｒ_ｉ−１は圧延前の板クラウン、ΔＣｒは第２の板クラウン変化量を示している。また、ΔＣｒは鋼板の板厚ｔ、板幅Ｗ、変形抵抗ｋｍ、及び圧下率ｒの関数により表される。

ここで、Ｐ_Ｒは圧延荷重、Ｐ_Ｂはロールベンダー圧、δはワークロールシフト量、Ａは圧延荷重影響係数、Ｂはロールベンダー圧影響係数、Ｃはロールプロフィル影響係数を示している。
請求項１又は２に記載の板クラウン制御方法を用いて鋼板を製造するステップを含むことを特徴とする鋼板の製造方法。