JP7067541B2

JP7067541B2 - 圧延機の制御方法および制御装置

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Publication number: JP7067541B2
Application number: JP2019199236A
Authority: JP
Inventors: 宏安原; 渉馬場; 信一郎青江; 秀夫木島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: JP2021070050A

Description

本発明は、圧延機の制御方法および制御装置に関する。

一般的に、自動車や飲料缶等に使用される鋼板は、連続鋳造、熱間圧延および冷間圧延を施され、焼鈍および鍍金工程を経た後に、各々の形に即した加工が行われる。また、熱間圧延工程後および冷間圧延工程後は、製品の要求に応じて鋼板に軽微な圧下を加えて材料の品質を整える調質圧延工程が実施される。

圧延工程で制御される品質の一つとして平坦度がある。平坦度は、板の板幅方向における伸び差率Δε［％］で評価される。また、伸び差率Δεは、例えば図５に示すように、一定区間Ｌにおける板の板幅方向の伸び差ΔＬに基づいて、「Δε＝ΔＬ／Ｌ」で示され、これに１０^５を乗じた値が「Ｉ－ｕｎｉｔ」という単位で呼ばれている。

鋼板の平坦度不良は、圧延工程中に板幅方向における鋼板の伸び率が揃わないことにより発生し、平坦度が大きいと、板幅方向の伸び差の分だけ鋼板が波打つ現象が発生する。このような鋼板は、後のプレス等で不具合を引き起こす他、めっき工程においてもめっきの不均等を引き起こす。更に、圧延工程において平坦度を上手く制御できない場合、圧延スタンドに鋼板が折り重なった状態で入り込む「絞り込み」という現象も発生する。

ここで、圧延時に平坦度を測定する手法としては、例えばロールを幅方向に分割してそれぞれに荷重検出センサを埋め込んだディスク構造の平坦度計を用いて、鋼板とロール間の接触荷重を測定して形状を算出する手法がある。また、平坦度を制御するアクチュエータ（形状制御アクチュエータ）としては、ワークロールの軸心たわみを変化させて形状を制御するために、ロールの両端にベンダ力を付与するロールベンダ機構や、片テーパの中間ロールを幅方向にシフトする中間ロールシフト機構などがある。また、液圧によりロールクラウンを操作するＶＣロール機構などもある。

また、鋼板の平坦度を制御する一般的な方法としては、例えば圧延後の鋼板の平坦度を測定する装置を設け、それにより測定される平坦度を圧延スタンドにフィードバックして形状制御アクチュエータ（ワークロールベンダ）を動作させるフィードバック制御が行われている（例えば特許文献１）。

特に熱間圧延後の低圧下率の場合においては、熱間圧延工程、冷却工程および巻き取り工程における形状（平坦度）の変化を予測し、調質圧延後の形状を最適とするように設定値を決定する圧延制御手法も提案されている（例えば特許文献２，３）。

特許第２９６４８８７号公報特許第５９７１２９２号公報特許第５９７１２９３号公報

一般的な圧延工程では、絞りを防止するために、圧延時の鋼板の平坦度をリアルタイムで測定して、目標値と一致するように形状制御アクチュエータを操作することが行われている。しかしながら、圧延前の鋼板の平坦度が非常に悪い場合には、圧延後の板形状を平坦に制御していても、絞りと呼ばれるスジ欠陥が発生するため、歩留まり低下や圧延機の稼働率低下が問題となる。例えば特許文献１の手法は、圧延後における平坦度を制御する目的で圧延を行っているものの、圧延前の鋼板の平坦度が非常に悪い（大きい）場合については想定していない。また、特許文献２，３の手法は、調質圧延前の形状を想定しているものの、形状の制御という観点でのみ制御を行っており、絞り込み抑制の観点による制御が行われていない。

そこで、本発明者らは、圧延前の鋼板に面外変形が生じている場合には、圧延時に、圧延機のロール直下で面外変形が強制的に平坦化されたことによりせん断応力が発生し、このせん断応力によって圧延機入側で鋼板が座屈して線状シワが形成されることを知見した。そして、この線状シワが圧延によってロールで押し潰されて絞りとなる。このように、本発明者らは、圧延前の鋼板の平坦度が非常に悪い場合には、絞り込み抑制の観点で制御を行わないと、圧延時に、圧延機入側の鋼板に線状シワが形成されて、この線状シワにより圧延機出側で絞りが発生することを知見した。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一つの同じ圧延工程において、圧延時に圧延機入側の金属帯に形成された線状シワが圧延機出側で絞りとなることを防止することができる圧延機の制御方法および制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る圧延機の制御方法は、形状制御アクチュエータを有する圧延機の制御方法であって、前記圧延機の入側に設置されたシワ検出装置を用いて金属帯のシワ発生を監視する監視ステップと、前記圧延機の入側での金属帯に、圧延方向に対して斜めの線状シワが発生している場合には、前記線状シワの発生方向に応じて、前記線状シワが平坦となるように前記形状制御アクチュエータ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、前記線状シワが前記圧延機のロールに近づくほど前記金属帯の板幅中央部へ向かうように発生している場合には、当該板幅中央部を前記金属帯の板幅端部よりも圧下するように前記形状制御アクチュエータ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、前記線状シワが前記圧延機のロールに近づくほど前記金属帯の板幅端部へ向かうように発生している場合には、当該板幅端部を前記板幅中央部よりも圧下するように前記形状制御アクチュエータを制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御方法は、上記発明において、前記圧延機の出側に設定された平坦度計を用いて、前記圧延機の出側での金属帯の形状を測定する測定ステップ、をさらに含み、前記制御ステップは、前記圧延機の入側での金属帯に前記線状シワが発生していない場合には、前記平坦度計で測定した金属帯の形状が平坦となるように、前記形状制御アクチュエータで前記圧延機の出側での金属帯の形状を制御しつつ圧延するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御装置は、形状制御アクチュエータを有する圧延機の制御装置であって、前記圧延機の入側に設置され、金属帯のシワ発生を監視するシワ検出装置と、前記圧延機の入側での金属帯に、圧延方向に対して斜めの線状シワが発生している場合には、当該線状シワの発生方向に応じて、前記線状シワが平坦となるように前記形状制御アクチュエータを制御する制御部とを有することを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御装置は、上記発明において、前記制御部は、前記線状シワが前記圧延機のロールに近づくほど前記金属帯の板幅中央部へ向かうように発生している場合には、当該板幅中央部を前記金属帯の板幅端部よりも圧下するように前記形状制御アクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御装置は、上記発明において、前記制御部は、前記線状シワが前記圧延機のロールに近づくほど前記金属帯の板幅端部へ向かうように発生している場合には、当該板幅端部を前記板幅中央部よりも圧下するように前記形状制御アクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明に係る圧延機の制御装置は、上記発明において、前記圧延機の出側に設定され、前記圧延機の出側での金属帯の形状を測定する平坦度計、をさらに有し、前記制御部は、前記圧延機の入側での金属帯に前記線状シワが発生していない場合には、前記平坦度計で測定した金属帯の形状が平坦となるように、前記形状制御アクチュエータで前記圧延機の出側での金属帯の形状を制御しつつ圧延することを特徴とする。

本発明によれば、圧延機の入側での金属帯のシワ発生を監視して、金属帯に圧延方向に対して斜めの線状シワが発生する場合は、線状シワの発生方向に応じて形状制御アクチュエータを制御することによって、絞りの発生を抑制することができる。

図１は、実施形態における圧延機の構成を示す模式図である。図２は、圧延機の入側で鋼板に線状シワが発生する場合を説明するための模式図である。図３は、圧延機の入側で鋼板に線状シワが発生する場合を説明するための模式図である。図４は、実施例の実験結果を示す図である。図５は、板の伸びを説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態における圧延機の制御方法および制御装置について説明する。

［１．圧延機］
図１は、実施形態における圧延機の構成を示す模式図である。図１に示すように、圧延機１は、ワークロール１１，１２、バックアップロール１３，１４、形状制御アクチュエータ１５、シワ検出装置１６、平坦度計１７を備える。この圧延機１は、金属帯である鋼板Ｗを圧延するものであり、冷間圧延機により構成されている。つまり、実施形態では、冷間圧延工程において鋼板Ｗを圧延する場合を対象とする。

ワークロール１１，１２は、鋼板Ｗを圧延方向（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。

バックアップロール１３，１４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１３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１３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１４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１４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。

形状制御アクチュエータ１５は、圧延機１による圧延後の鋼板Ｗの形状を制御する形状制御部として機能する。図１に示す形状制御アクチュエータ１５は、バックアップロール１３を介してワークロール１１に撓みまたは傾斜を付与し、これにより、圧延機１による圧延後の鋼板Ｗの形状を制御する。また、形状制御アクチュエータ１５は、制御装置２によって制御される。

また、形状制御アクチュエータ１５は、鋼板Ｗの耳伸びや腹伸びを変更できるものであればよく、種類は特に限定されない。例えば、形状制御アクチュエータ１５は、ロールベンダ、片テーパの中間ロールシフト、ＡＳ―Ｕ、ＶＣロールなどにより構成されてよい。例えば、ワークロールベンダは、鋼板Ｗの板クラウンを制御するものであり、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はワークロール１１，１２のそれぞれに配置されている。例えば、上側のワークロールベンダはワークロール１１のロール軸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１３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、下側のワークロールベンダはワークロール１２のロール軸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１４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。

シワ検出装置１６は、圧延機１の入側に設置され、圧延機１の入側での鋼板Ｗの形状を測定し、線状シワを検出する。例えば、シワ検出装置１６は、カメラや、レーザスキャナなどにより構成される。そして、シワ検出装置１６による測定結果は制御装置２に入力される。圧延機１では、制御装置２がシワ検出装置１６を利用して、圧延機入側での鋼板Ｗのシワ発生の有無を監視する。なお、シワの検出方法は、鋼板Ｗの線状シワを検出することができるものであればよく、種類は特に限定されない。例えば、シワ検出装置１６による測定を行い、人による目視確認または画像解析によりシワ発生を判断してもよい。

平坦度計１７は、圧延機１の出側に設置され、圧延機１の出側での鋼板Ｗの形状をリアルタイムに測定する。例えば、平坦度計１７は、ロール式や振動式により構成される。平坦度計１７による測定結果は制御装置２に入力される。

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。この制御装置２は、圧延機１を制御するものである。制御装置２には、圧延中にシワ検出装置１６および平坦度計１７からの信号が入力される。そして、制御装置２は、シワ検出装置１６および平坦度計１７から入力された信号（測定値）に基づいて各種演算処理を実行し、形状制御アクチュエータ１５を制御する。制御装置２から形状制御アクチュエータ１５に指令信号が出力される。

制御装置２は、演算処理部２１と、制御部２２と、を有する。演算処理部２１は、シワ検出装置１６による監視の結果、線状シワの発生方向に応じて、線状シワを平坦にするための制御値を算出する。制御部２２は、演算処理部２１により算出された制御値に基づいて、形状制御アクチュエータ１５を制御する。

例えば、制御装置２は、圧延機１の入側での鋼板Ｗに圧延方向に対して斜めの線状シワＰが発生している場合には、線状シワの発生方向に応じて、線状シワを平坦にするように形状制御アクチュエータ１５を制御する。これより、圧延機１の出側でのシワ発生を抑制して、圧延機出側の線状シワが絞りの起点となることを防止する。また、制御装置２は、鋼板Ｗのうち線状シワが発生しない範囲では、圧延機１の出側での鋼板Ｗの形状ができるだけ平坦となるように形状制御アクチュエータ１５を制御する。これにより、絞りが発生せず、かつ平坦な鋼板Ｗを製造することができる。一方、鋼板Ｗに線状シワが発生していない場合には、制御装置２は、平坦度計１７によって測定した圧延機１の出側での鋼板Ｗの形状に基づいて、鋼板Ｗの当該出側の形状ができるだけ平坦となるように形状制御アクチュエータ１５を制御する。

［２．線状シワの発生方向］
ここで、図２および図３を参照して、線状シワの発生方向について説明する。

図２には、圧延機１の入側での鋼板Ｗについて、圧延方向に鋼板Ｗが進む際、線状シワＰの圧延方向先端部Ｐ１が鋼板Ｗの板幅中央部Ｗ１側から先に圧延機１のロールに近づくような形状のシワが発生している場合が例示されている。図２に示す形状の線状シワＰが発生している鋼板Ｗは、耳伸びした状態である。耳伸びとは、鋼板Ｗの板幅方向の板幅端部Ｗ２の伸びが板幅中央部Ｗ１の伸びに対して大きくなっている現象のことである。

そして、制御装置２は、図２示すように、圧延機１の入側の鋼板Ｗにおいて、線状シワＰが板幅中央部Ｗ１側から先に圧延機１のロールへと近づくような形状で発生している場合には、ロール直下の鋼板Ｗについて、板幅中央部Ｗ１を板幅端部Ｗ２よりも圧下するように、形状制御アクチュエータ１５を制御する。この場合、板幅中央部Ｗ１の圧下荷重を板幅端部Ｗ２の圧下荷重よりも大きくする。あるいは、板幅中央部Ｗ１の圧下率を板幅端部Ｗ２の圧下率よりも大きくする。なお、変更前の板幅中央部Ｗ１の圧下荷重よりも変更後の板幅中央部Ｗ１の圧下荷重を大きくしてもよい。同様に、変更前の板幅中央部Ｗ１の圧下率よりも変更後の板幅中央部Ｗ１の圧下率を大きくしてもよい。

図３には、圧延機１の入側での鋼板Ｗについて、圧延方向に鋼板Ｗが進む際、線状シワＰの圧延方向先端部Ｐ１が板幅端部Ｗ２側から先に圧延機１のロールに近づくような形状の線状シワＰが発生している場合が例示されている。図３に示す形状の線状シワＰが発生している鋼板Ｗは、腹伸びした状態である。腹伸びとは、耳伸びとは逆の現象で、鋼板Ｗの板幅方向の板幅中央部Ｗ１の伸びが板幅端部Ｗ２の伸びに対して大きくなっている現象のことである。

そして、制御装置２は、図３に示すように、圧延機１の入側の鋼板Ｗにおいて、線状シワＰが板幅端部Ｗ２側から先に圧延機１のロールへと近づくような形状で発生している場合には、ロール直下の鋼板Ｗについて、板幅端部Ｗ２を板幅中央部Ｗ１よりも圧下するように、形状制御アクチュエータ１５を制御する。この場合、板幅端部Ｗ２の圧下荷重を板幅中央部Ｗ１の圧下荷重よりも大きくする。あるいは、板幅端部Ｗ２の圧下率を板幅中央部Ｗ１の圧下率よりも大きくする。なお、変更前の板幅端部Ｗ２の圧下荷重よりも変更後の板幅端部Ｗ２の圧下荷重を大きくしてもよい。同様に、変更前の板幅端部Ｗ２の圧下率よりも変更後の板幅端部Ｗ２の圧下率を大きくしてもよい。

［３．制御方法］
制御装置２は、耳伸びの鋼板Ｗに対しては耳伸びを相殺するように形状制御アクチュエータ１５を制御し、腹伸びの鋼板Ｗに対しては腹伸びを相殺するように形状制御アクチュエータを制御する。

例えば、耳伸びが大きい鋼板Ｗでは、板幅端部Ｗ２の伸びが板幅中央部Ｗ１の伸びと比べて大きい状態となり、板幅端部Ｗ２に面外変形が生じている。仮に、この耳伸びの鋼板Ｗを、本発明を適用せずに従来通りに圧延すると、圧延機１のロール直下で板幅端部Ｗ２側の面外変形が強制的に平坦化されたことで発生したせん断応力により、圧延機入側で鋼板Ｗが座屈して、圧延方向に対して斜めの線状シワＰが形成される。この線状シワＰが圧延機１で圧延されることにより絞りが発生する。

そこで、本実施形態では、耳伸びの鋼板Ｗを圧延機１で圧延する際、制御装置２は、板幅中央部Ｗ１を板幅端部Ｗ２よりも大きく圧下するように形状制御アクチュエータ１５を制御する。これにより、圧延機１の出側での板幅端部Ｗ２の伸びを小さくして、相対的に圧延機１の入側での板幅端部Ｗ２の伸びが大きい状態を緩和することができ、絞りの発生を防止することができる。

同様に、腹伸びの鋼板Ｗを圧延機１で圧延する際、制御装置２は、板幅端部Ｗ２を板幅中央部Ｗ１よりも大きく圧下するように形状制御アクチュエータ１５を制御する。これにより、圧延機１の出側での板幅中央部Ｗ１の伸びを小さくして、相対的に圧延機１の入側での板幅中央部Ｗ１の伸びが大きい状態を緩和することによって、絞りの発生を防止することができる。

（実施例）
実施例では、板厚１．０ｍｍ、板幅７００ｍｍの軟鋼板を圧下率１％で圧延した。ユニット張力は入側２０ＭＰａ、出側４０ＭＰａに設定した。圧延機１は、図１に示すように、４Ｈｉ圧延機を用いた。圧延機１のワークロール径はΦ４５０ｍｍ、バックアップロール径はΦ１２００ｍｍである。圧延機１には、形状制御アクチュエータ１５としてワークロールベンダが設けられている。圧延機１の入側には、シワ検出装置１６として光切断方式の３Ｄスキャナが１台設置されている。圧延機１の出側には、ロール式の平坦度計１７が１台設置されている。上述した実施形態に基づいて、制御装置２は、３Ｄスキャナにより検出した線状シワＰの発生方向に応じてワークロールベンダを操作した。一方、鋼板Ｗに線状シワＰが発生していない場合には、制御装置２は、ロール式の平坦度計１７を用いて測定した圧延機１の出側での鋼板Ｗの形状ができるだけ平坦となるようにワークロールベンダを操作した。この実験の結果を図４に示す。

図４に示すように、従来の操業では、５００コイル圧延して３回絞りが発生した。一方、上述した実施形態を適用した本実施例では、絞りの発生回数が５００コイル中０回となった。以上のように、本実施形態を適用することによって、絞りが発生することなく圧延することが可能となる。

なお、上述した実施形態および実施例では冷間圧延工程において鋼板Ｗを圧延する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、薄物熱延材を単機ミルで圧延する場合（熱延スキンパス設備での調質圧延を含む）にも適用可能である。すなわち、本発明は、調質圧延工程で圧延される金属帯を対象とすることも可能である。

１圧延機
２制御装置
１１，１２ワークロール
１３，１４バックアップロール
１５形状制御アクチュエータ
１６シワ検出装置
１７平坦度計
Ｗ鋼板
Ｗ１板幅中央部
Ｗ２板幅端部

Claims

形状制御アクチュエータを有する圧延機の制御方法であって、
前記圧延機の入側に設置されたシワ検出装置を用いて金属帯のシワ発生を監視する監視ステップと、
前記圧延機の入側での金属帯に、圧延方向に対して斜めの線状シワが発生している場合には、前記線状シワの発生方向に応じて、前記線状シワが平坦となるように前記形状制御アクチュエータを制御する制御ステップと
を含むことを特徴とする圧延機の制御方法。
前記制御ステップは、
前記線状シワが前記圧延機のロールに近づくほど前記金属帯の板幅中央部へ向かうように発生している場合には、当該板幅中央部を前記金属帯の板幅端部よりも圧下するように前記形状制御アクチュエータを制御するステップを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の圧延機の制御方法。
前記制御ステップは、
前記線状シワが前記圧延機のロールに近づくほど前記金属帯の板幅端部へ向かうように発生している場合には、当該板幅端部を前記板幅中央部よりも圧下するように前記形状制御アクチュエータを制御するステップを含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧延機の制御方法。
前記圧延機の出側に設定された平坦度計を用いて、前記圧延機の出側での金属帯の形状を測定する測定ステップ、をさらに含み、
前記制御ステップは、前記圧延機の入側での金属帯に前記線状シワが発生していない場合には、前記平坦度計で測定した金属帯の形状が平坦となるように、前記形状制御アクチュエータで前記圧延機の出側での金属帯の形状を制御しつつ圧延するステップを含む
ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の圧延機の制御方法。
形状制御アクチュエータを有する圧延機の制御装置であって、
前記圧延機の入側に設置され、金属帯のシワ発生を監視するシワ検出装置と、
前記圧延機の入側での金属帯に、圧延方向に対して斜めの線状シワが発生している場合には、当該線状シワの発生方向に応じて、前記線状シワが平坦となるように前記形状制御アクチュエータを制御する制御部と
を有することを特徴とする圧延機の制御装置。
前記制御部は、
前記線状シワが前記圧延機のロールに近づくほど前記金属帯の板幅中央部へ向かうように発生している場合には、当該板幅中央部を前記金属帯の板幅端部よりも圧下するように前記形状制御アクチュエータを制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の圧延機の制御装置。
前記制御部は、
前記線状シワが前記圧延機のロールに近づくほど前記金属帯の板幅端部へ向かうように発生している場合には、当該板幅端部を前記板幅中央部よりも圧下するように前記形状制御アクチュエータを制御する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の圧延機の制御装置。
前記圧延機の出側に設定され、前記圧延機の出側での金属帯の形状を測定する平坦度計、をさらに有し、
前記制御部は、前記圧延機の入側での金属帯に前記線状シワが発生していない場合には、前記平坦度計で測定した金属帯の形状が平坦となるように、前記形状制御アクチュエータで前記圧延機の出側での金属帯の形状を制御しつつ圧延する
ことを特徴とする請求項５から７のうちのいずれか一項に記載の圧延機の制御装置。