JP6835049B2 - 金属帯の処理ラインにおける張力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属帯を通板させながら、圧延、酸洗、焼鈍、表面処理等の処理を行う金属帯の処理ラインにおいて、前記金属帯を巻きつけた複数の駆動ロールのロール回転数をプロセスコンピュータにより調節して前記金属帯の張力を制御する、張力制御方法に関する。

金属帯の処理ラインでは、処理部の入側および出側に複数設置したブライドルロールやデフレクターロール等の駆動ロール（駆動装置により回転駆動されるロール）のロール回転数をプロセスコンピュータにより調節して金属帯の張力を制御することが一般的に行われている。そのため、前記複数の駆動ロールはそれぞれロール回転数を測定して前記プロセスコンピュータへ入力する回転計を具備している。この回転計としてはパルス発生器が一般に使用されている。

前記駆動ロールによる金属帯の張力制御において、駆動ロールを長期間使用した場合には、ロール表面の摩耗による金属帯表面との摩擦係数の低下が起こり、その結果、張力を保持しきれずにスリップが発生するようになる。このようなスリップが発生すると、金属帯の擦り疵等の表面品質不良の問題、および搬送速度異常や張力異常の問題等が発生する。

したがって、このような問題が発生する前に、金属帯と駆動ロール間のスリップを検出し、対策を講じていた。

そこで、従来技術として以下のようなスリップ検出方法が提案されている。
（あ） ブライドルロール群とその前段のデフレクターロールについて各々のロール周速（＝回転数×円周率×ロール径）を比較し、前者のロール周速が後者のそれより速くなったときスリップ発生有りと判定する（特許文献１参照）。
（い） 一対のブライドルロールの一方と他方のロール周速の差が所定設定値以上となったときスリップ発生有りと判定する（特許文献２参照）。
（う） ブライドルロール群（Ｂロール群と略記する。）の外側に昇降可能に設置した通板速度測定ロール（Ｍロールと略記する。）をスリップの発生しない条件下で金属帯例えば鋼帯に接触させて測定した通板速度（＝Ｍロールのロール周速＝回転数×円周率×ロール径）と、Ｂロール群の各ロールのロール周速（＝Ｂロールの各ロールについての、回転数×円周率×ロール径）の差の絶対値が所定の閾値より大となったときにスリップ発生有りと判定する（特許文献３参照）。

特開昭５９−３０４２５号公報 特開昭６１−２４９６２０号公報 特開平１０−２３５４２３号公報

しかしながら、上記従来技術（あ）では、金属帯（ストリップ）とデフレクターロール間にスリップが無いことを前提としているが、通常、ブライドルロールでスリップが生じる際はデフレクターロールでもスリップが生じており、前記の前提が成立しない場合（これが通常である。）には、ブライドルロール群のスリップ検出は困難であった（特許文献３参照）。

また、従来技術（い）では、ブライドルロールが２組以上の場合、スリップの発生しているブライドルロールの特定が困難であり、また、全てのブライドルロールでスリップが発生し、かつ、各ロールの周速が一定の範囲内に収まっているが、全体として統括すると大きくスリップしていると、スリップ検出がされない場合があった（特許文献３参照）。

一方、従来技術（う）では、通板速度測定ロールを用いることから、従来技術（あ）、（い）に存在するような難点はないが、金属帯（鋼帯）と接触している通板速度測定ロールが摩擦等により変形して、通板速度の正確な測定が困難になってスリップの程度を正確に検出することが困難になる場合があった。

すなわち、上記従来技術では、駆動ロールと金属帯とのスリップを常時、リアルタイムで検出して、さらにスリップ疵を予防することが未解決であった。

特に板厚の薄い冷延金属帯製品を製造する連続焼鈍プロセスなどでは、ロール間の金属帯の張力制御の精度が厳格であり、張力制御用の駆動ロールにおいて、複数の金属帯を通板する距離や金属帯ごとの表面粗さの相違によってロール摩耗は一律でないことから、プロセスコンピュータやＰＬＧ（プログラマブルロジックコントローラ）等への精度の高い入力を必要とするロール径が変化し、このことによる不適正な張力制御に由来するスリップ疵が発生して、そのスリップ疵による製品品質不良が問題となる。しかし、上記の従来技術では、スリップ検出後、プロセスコンピュータ等のロール径入力値について、精度高く、常時、リアルタイムに自動修正する方法について示されていない。

そこで、本発明は、上述の事情に鑑み、金属帯と駆動ロール間のスリップを常時検出できて、さらに、プロセスコンピュータ等のロール径入力値をリアルタイムで自動修正して、スリップ疵を予防できる金属帯の処理ラインにおける張力制御方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための本発明は、以下のとおりである。
［１］ 金属帯の処理ラインにおいて、前記金属帯を巻きつけた複数の駆動ロールのロール回転数を調節して前記金属帯の張力を制御するにあたり、前記複数の駆動ロールのそれぞれに具備された回転計がそれぞれのロール回転数を測定する工程を有する張力制御方法であって、
前記複数の駆動ロールのうちの少なくともいずれか１本を、その入側または出側に非接触式板速計を設置して板速計設置ロールとなし、当該板速計設置ロールの入側または出側に設置した前記非接触式板速計により、前記金属帯の通板速度を前記金属帯との非接触状態下で測定する工程と、
前記板速計設置ロールの回転計がロール回転数Ｎ１［／ｓ］を測定するのと同期して、前記非接触式板速計が板速Ｖ０［ｍｍ／ｓ］を測定する工程と、
次いで、下記（１）式でロール周速Ｖ１［ｍｍ／ｓ］を算出し、さらに下記（２）式でスリップ率Ｓ１を算出して、所定値Ｋ１と比較し、Ｓ１≧Ｋ１、となった時点で、下記（３）式でα１を算出し、ロール径定数αの値をα０からα１に修正することを特徴とする、金属帯の処理ラインにおける張力制御方法。
記
Ｖ１＝Ｄ１×π×Ｎ１ ‥‥（１）
Ｓ１＝｜Ｖ０−Ｖ１｜／Ｖ０×１００（％） ‥‥（２）
α１＝｛Ｖ０／（π×Ｎ１）｝／Ｄ１Ｉ ‥‥（３）
ここで、Ｄ１＝α×Ｄ１Ｉ、Ｄ１：板速計設置ロールのロール径［ｍｍ］、Ｄ１Ｉ：板速計設置ロールの初期ロール径［ｍｍ］、α：板速計設置ロールのロール径定数でＮ１測定時点の値はα０、π：円周率である。

［２］ 前記Ｓ１≧Ｋ１となった時点でアラートを出力することを特徴とする［１］に記載の金属帯の処理ラインにおける張力制御方法。
［３］ 前記ロール径定数αの値をα０からα１に修正後、前記板速計設置ロールを乙とし、乙に隣接した、板速計設置ロール以外の駆動ロールを甲として、乙の回転計におけるロール回転数Ｎ１［／ｓ］の測定と同期して甲の回転計で測定されたロール回転数Ｎ２［／ｓ］を用いて下記（４）式で甲のロール周速Ｖ２［ｍｍ／ｓ］を算出すると共に、下記（４Ａ）式で乙のロール周速Ｖ１Ａ［ｍｍ／ｓ］を算出し、さらに下記（５）式で甲のスリップ率Ｓ２を算出して所定値Ｋ２と比較し、Ｓ２≧Ｋ２となった時点で下記（６）式でβ２を算出し、甲のロール径定数βの値をβ０からβ２に修正する工程を有することを特徴とする［２］に記載の金属帯の処理ラインにおける張力制御方法。
記
Ｖ２＝Ｄ２×π×Ｎ２ ‥‥（４）
Ｖ１Ａ＝Ｖ１×α１／α０ ‥‥（４Ａ）
Ｓ２＝｜Ｖ２−Ｖ１Ａ｜／Ｖ１Ａ×１００（％） ‥‥（５）
β２＝（α１×Ｄ１Ｉ×Ｎ１／Ｎ２）／Ｄ２Ｉ ‥‥（６）
ここで、Ｄ２＝β×Ｄ２Ｉ、Ｄ２：甲のロール径［ｍｍ］、Ｄ２Ｉ：甲の初期ロール径［ｍｍ］、β：甲のロール径定数でＮ２測定時点の値はβ０、π：円周率である。

本発明によれば、金属帯と駆動ロール間のスリップの程度を、常時、正確に検出して、プロセスコンピュータ等のロール径入力値をリアルタイムで自動修正して、金属帯の張力を適正に保ち、ロール径入力値誤差によるロールと金属帯間のスリップによる疵など製品品質不良の発生を確実に予防できるようになる。

本発明の第１の実施形態の例を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の例を示す概略図である。

まず、本発明の第１の実施形態について、その１例を示す図１を参照し、説明する。
この例では、金属帯Ｓの処理ラインにおいて、プロセスコンピュータ１０により、金属帯Ｓを巻きつけた複数の駆動ロール１，２のロール回転数を調節して金属帯Ｓの張力を制御する。詳しくは、プロセスコンピュータ１０は、ロール径、ロール回転数等への張力の依存性に関する予め格納された定量的情報に則って、張力が所望の値となるように駆動ロール１，２のロール回転数（モータ３１，３２の回転数）を調節する。そのため、駆動ロール１，２のそれぞれに具備された回転計４１，４２によりそれぞれのロール回転数を測定する。なお、測定されたロール回転数は直ちにプロセスコンピュータ１０へ入力される。回転計４１，４２としてはパルス発生器を用いることができる。

さらに、この例は、駆動ロール１，２のうち例えば駆動ロール１を、その入側または出側、詳しくは、駆動ロール１から駆動ロール１と入側（上流側）または出側（下流側）で隣接するロールまたは装置まで間の領域、に金属帯Ｓの板速（通板速度の意。以下同じ）Ｖ０［ｍｍ／ｓ］を金属帯Ｓとの非接触状態下で測定する非接触式板速計５を設置して、板速計設置ロール１Ａとした例である。なお、非接触式板速計５として、非接触式レーザードップラー速度計、ＣＣＤセンサー回折格子活用速度計などを用いることができる。

図１は駆動ロール１の出側に非接触式板速計５を設置した場合であるが、駆動ロール１の入側に非接触式板速計５を設置してもよい。駆動ロール１の入側に非接触式板速計５を設置した場合は、駆動ロール２はその出側に非接触式板速計５を設置された板速計設置ロールになる。また、図１の例では、２本の駆動ロールのうち１本を板速計設置ロールとした場合を示したが、本発明は、３本以上の駆動ロールのうち２本以上を板速計設置ロールとする場合も含む。

第１の実施形態では、板速計設置ロール１Ａの回転計４１がロール回転数Ｎ１［／ｓ］を測定するのと同期して、板速計設置ロール１Ａの非接触式板速計５が板速Ｖ０［ｍｍ／ｓ］を測定する。なお、駆動ロール１の回転計４１が駆動ロール１のロール回転数Ｎ１［／ｓ］を測定するのと同期して、駆動ロール２の回転計４２も駆動ロール２のロール回転数Ｎ２［／ｓ］を測定し、Ｎ１と共に張力制御用の監視データとして用いるが、この第１の実施形態のステップ１０１ではＮ１のみを使用し、Ｎ２はステップ１０１では使用せず、後述の第２の実施形態のステップ１０２で使用する。

次いで、プロセスコンピュータ１０により、ステップ１０１が実行される。すなわち、まず（１）式でロール周速Ｖ１［ｍｍ／ｓ］を算出する。ロール周速Ｖ１は、板速計設置ロール１Ａのロール周速である。
Ｖ１＝Ｄ１×π×Ｎ１ ‥‥（１）
ここで、Ｄは板速計設置ロール１ＡのＮ１測定時点のロール径［ｍｍ］であり、Ｄ＝α×ＤＩで算出される。ＤＩは板速計設置ロール１Ａの初期ロール径［ｍｍ］、αは板速計設置ロール１Ａのロール径定数でＮ１測定時点の値はα０であり、ＤＩ、αの値はプロセスコンピュータ１０に記憶させてある。また、πは円周率であり、πの値は、例えば小数点以下６桁までの、３．１４１５９２を用いると良い（以下同じ）。

次に、（２）式でスリップ率Ｓ１を算出し、算出したＳ１を所定値Ｋ１と比較し、Ｓ１≧Ｋ１、となった時点でアラートを出力する。
Ｓ１＝｜Ｖ０−Ｖ１｜／Ｖ０×１００（％） ‥‥（２）
スリップ率Ｓ１はスリップの程度を表す指標として採用した。例えば、発明者が冷延金属板の連続焼鈍ラインでＳ１とスリップ疵発生傾向の関係を調査して得た知見によると、Ｓ１が０．１％未満ではスリップ疵の発生が認められないが、Ｓ１が０．２％以上ではスリップ疵の発生が認められた。そこで、スリップ疵発生に至らないうちに、ロール径入力値の修正等のスリップ軽減対策をとるための合図として、Ｓ１の０．１％以上０．１５％（０．１％から０．２％までの中間点）以下の範囲内に所定値Ｋ１を設け、Ｓ１≧Ｋ１となった時点でアラートを出力するようにするとよい。なお、この例ではＫ１＝０．１％とした。

本発明では、板速を測定する手段として、従来技術（う）の、金属帯と接触する通板速度測定ロールではなく、金属帯と接触しない非接触式板速計を採用したから、従来技術（う）の通板速度測定ロールではロールが摩耗等により変形して板速の正確な測定が困難になる場合でも、非接触式板速計による板速の正確な測定が容易にできて、スリップの程度の検出を正確に行うことができる。なお、前述のスリップ率Ｓ１の代わりに｜Ｖ０−Ｖ１｜が所定値以上となった場合にアラートを出力してもよい。

次に、（３）式でα１を算出し、駆動ロール１のロール径定数αの値をα０からα１に修正する。
α１＝｛Ｖ０／（π×Ｎ１）｝／Ｄ１Ｉ ‥‥（３）
（３）式は、ロール回転数Ｎ１の板速計設置ロール１Ａのロール周速が非接触式板速計５の検出した板速Ｖ０に等しくなる場合の、ロール径定数αの値α１を求める式である。ロール径定数αの値をＮ１測定時点のα０から（３）式の値α１に修正することで、板速計設置ロール１Ａにおけるスリップを終息させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、その１例を示す図２を参照し、説明する。図２に示すとおり、第２の実施形態では、第１の実施形態において、前記ロール径定数αの値をα０からα１に修正後、まず、板速計設置ロール１Ａ（以下、乙という。）の回転計４１でのロール回転数Ｎ１の測定と同期して、乙に隣接した駆動ロール２（以下、甲という。）の回転計４２により測定されたロール回転数Ｎ２［／ｓ］を用いて下記（４）式で甲のロール周速Ｖ２［ｍｍ／ｓ］を算出すると共に、下記（４Ａ）式で乙のロール周速Ｖ１Ａ［ｍｍ／ｓ］を算出する。
Ｖ２＝Ｄ２×π×Ｎ２ ‥‥（４）
Ｖ１Ａ＝Ｖ１×α１／α０ ‥‥（４Ａ）
ここで、Ｄ２は甲のＮ２測定時点のロール径［ｍｍ］であり、Ｄ２＝β×Ｄ２Ｉで算出される。Ｄ２Ｉは甲の初期ロール径［ｍｍ］、βは甲のロール径定数で現時点の値はβ０であり、Ｄ２Ｉ，βの値はプロセスコンピュータ１０に記憶させてある。また、（４Ａ）式より、乙のロール周速Ｖ１Ａは、乙のロール径定数αの値をα０からα１に修正した後のものである。そこで、このとき乙と金属帯Ｓ間にスリップはなく、この乙のロール周速Ｖ１Ａが乙の入側の板速すなわち甲の出側の板速に等しいとみなし、（５）式で甲のスリップ率Ｓ２を算出して所定値Ｋ２と比較する。
Ｓ２＝｜Ｖ２−Ｖ１Ａ｜／Ｖ１Ａ×１００（％） ‥‥（５）
甲（駆動ロール２）のスリップ率Ｓ２は乙（板速計設置ロール１Ａ）のスリップ率Ｓ１の場合と同様、スリップの程度を表す指標として採用した。例えば、発明者が冷延金属板の連続焼鈍ラインでＳ２とスリップ疵発生傾向の関係を調査して得た知見によると、Ｓ２が０．１％未満ではスリップ疵の発生が認められないが、Ｓ２が０．２％以上ではスリップ疵の発生が認められた。そこで、スリップ疵発生に至らないうちに、ロール径入力値の修正によるスリップ軽減対策をとるために、Ｓ２の０．１％以上０．１５％（０．１％から０．２％までの中間点）以下の範囲内に所定値Ｋ２を設け、Ｓ２≧Ｋ２となった時点で（６）式でβ２を算出し、甲のロール径定数βの値をβ０からβ２に修正するようにした。なお、この例ではＫ２＝０．１％とした。
β２＝（α１×Ｄ１Ｉ×Ｎ１／Ｎ２）／Ｄ２Ｉ ‥‥（６）
（６）式は、甲のロール径定数βをβ０からβ２に修正後のロール周速（＝β２×Ｄ２Ｉ×Ｎ２）と、乙のロール径定数αをα０からα１に修正後のロール周速（＝α１×Ｄ１Ｉ×Ｎ１）が、共に乙と甲間の板速に等しくなるとして立てた等式を、β２について解いた式である。甲のロール径定数βの値をＮ２測定時点のβ０から（６）式の値β２に修正することで、甲におけるスリップを終息させることができる。

なお、甲の場合も、乙の場合と同様、スリップ率が所定値以上となった時点で、ロール径定数を修正する前にアラートを出力してもよい。

実施例１として、プロセスコンピュータが全１０本の駆動ロールのロール回転数を調節して張力制御を行っている冷延鋼帯の連続焼鈍ラインに、上述の第１の実施形態で本発明を実施した。このラインの操業条件としては、鋼帯の板厚＝０．３５〜２．４ｍｍ、板幅＝７００〜１８５０ｍｍ、駆動ロールの初期ロール径＝８００ｍｍ、板速の実用範囲＝８３０〜６７００ｍｍ／ｓ、ロール回転数の実用範囲＝０．３〜２．７／ｓである。ここでは、非接触式板速計としてＣＣＤセンサー回折格子活用速度計を用い、これを上流側から、駆動ロールの１〜２本目間、５〜６本目間、および９〜１０本目間の計３箇所に設置して、１，２，５，６，９，１０本目の駆動ロールを板速計を近傍に設置したロールとした。次いで、α１を算出し、ロール径定数αの値をＮ１測定時点のα０からα１に修正するようにした。

そして、スリップ率Ｓ１が所定値Ｋ１（＝０．１％）以上となった時点でアラートを出力し、次いで通板速度をそれまでの５％減に低下させるようにした。

なお、このラインでは、従来例として、従来技術（い）の方法、すなわち、一対のブライドルロールの一方と他方の周速の差が所定値以上となったとき、スリップ発生有りとする方法でスリップ検出を行いつつ張力制御を行っており、一対の駆動ロールの一方と他方のロール周速の差が所定設定値（＝８ｍ／分＝１３３ｍｍ／ｓ）以上となったとき、通板速度をそれまでの５％減に低下させていた。

実施例１の実施結果によると、従来例と比べて、月間スリップ疵発生率［＝月間のスリップ疵発生重量／月間の総処理重量×１００（％）］が、従来例を１００とした相対値で、５に低減できた。

実施例２として、実施例１において、板速計設置ロールに隣接する、板速計設置ロール以外の駆動ロール（２本目に隣接する３本目，５本目に隣接する４本目，６本目に隣接する７本目，および９本目に隣接する８本目）の各々に対し、第２の実施形態に則して、算出したスリップ率Ｓ２が所定値Ｋ２（＝０．１％）以上になった時点でβ２を算出し、ロール径定数βの値をＮ２測定時点のβ０からβ２に修正するようにした。

その結果、実施例２では、従来例と比べて、前記月間スリップ疵発生率が、従来例を１００とした相対値で、３に低減できた。

１，２ 駆動ロール
１Ａ 板速計設置ロール
５ 非接触式板速計
１０ プロセスコンピュータ
３１，３２ モータ
４１，４２ 回転計
Ｓ 金属帯

Claims (3)

1. 金属帯の処理ラインにおいて、前記金属帯を巻きつけた複数の駆動ロールのロール回転数を調節して前記金属帯の張力を制御するにあたり、前記複数の駆動ロールのそれぞれに具備された回転計がそれぞれのロール回転数を測定する工程を有する張力制御方法であって、
   前記複数の駆動ロールのうちの少なくともいずれか１本を、その入側または出側に非接触式板速計を設置して板速計設置ロールとなし、当該板速計設置ロールの入側または出側に設置した前記非接触式板速計により、前記金属帯の通板速度を前記金属帯との非接触状態下で測定する工程と、
   前記板速計設置ロールの回転計がロール回転数Ｎ１［／ｓ］を測定するのと同期して、前記非接触式板速計が板速Ｖ０［ｍｍ／ｓ］を測定する工程と、
   次いで、下記（１）式でロール周速Ｖ１［ｍｍ／ｓ］を算出し、さらに下記（２）式でスリップ率Ｓ１を算出して、所定値Ｋ１と比較し、Ｓ１≧Ｋ１、となった時点で、下記（３）式でα１を算出し、ロール径定数αの値をα０からα１に修正することを特徴とする、金属帯の処理ラインにおける張力制御方法。
   記
   Ｖ１＝Ｄ１×π×Ｎ１ ‥‥（１）
   Ｓ１＝｜Ｖ０−Ｖ１｜／Ｖ０×１００（％） ‥‥（２）
   α１＝｛Ｖ０／（π×Ｎ１）｝／Ｄ１Ｉ ‥‥（３）
   ここで、Ｄ１＝α×Ｄ１Ｉ、Ｄ１：板速計設置ロールのロール径［ｍｍ］、Ｄ１Ｉ：板速計設置ロールの初期ロール径［ｍｍ］、α：板速計設置ロールのロール径定数でＮ１測定時点の値はα０、π：円周率である。
2. 前記Ｓ１≧Ｋ１となった時点でアラートを出力することを特徴とする請求項１に記載の金属帯の処理ラインにおける張力制御方法。
3. 前記ロール径定数αの値をα０からα１に修正後、前記板速計設置ロールを乙とし、乙に隣接した、板速計設置ロール以外の駆動ロールを甲として、乙の回転計におけるロール回転数Ｎ１［／ｓ］の測定と同期して甲の回転計で測定されたロール回転数Ｎ２［／ｓ］を用いて下記（４）式で甲のロール周速Ｖ２［ｍｍ／ｓ］を算出すると共に、下記（４Ａ）式で乙のロール周速Ｖ１Ａ［ｍｍ／ｓ］を算出し、さらに下記（５）式で甲のスリップ率Ｓ２を算出して所定値Ｋ２と比較し、Ｓ２≧Ｋ２となった時点で下記（６）式でβ２を算出し、甲のロール径定数βの値をβ０からβ２に修正する工程を有することを特徴とする請求項２に記載の金属帯の処理ラインにおける張力制御方法。
   記
   Ｖ２＝Ｄ２×π×Ｎ２ ‥‥（４）
   Ｖ１Ａ＝Ｖ１×α１／α０ ‥‥（４Ａ）
   Ｓ２＝｜Ｖ２−Ｖ１Ａ｜／Ｖ１Ａ×１００（％） ‥‥（５）
   β２＝（α１×Ｄ１Ｉ×Ｎ１／Ｎ２）／Ｄ２Ｉ ‥‥（６）
   ここで、Ｄ２＝β×Ｄ２Ｉ、Ｄ２：甲のロール径［ｍｍ］、Ｄ２Ｉ：甲の初期ロール径［ｍｍ］、β：甲のロール径定数でＮ２測定時点の値はβ０、π：円周率である。

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