WO2023228466A1 - 鋼板の蛇行制御方法、蛇行制御装置、及び製造方法 - Google Patents

鋼板の蛇行制御方法、蛇行制御装置、及び製造方法 Download PDF

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steel plate
meandering
amount
meandering control
measuring
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信一郎 青江
将司 岡
亮太 細谷
哲矢 荒川
行宏 松原
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Jfeスチール株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B39/00Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B39/14Guiding, positioning or aligning work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/02Registering, tensioning, smoothing or guiding webs transversely
    • B65H23/032Controlling transverse register of web
    • B65H23/038Controlling transverse register of web by rollers

Definitions

  • the present invention relates to a meandering control method for a steel plate, a meandering control device, and a manufacturing method.
  • a continuous steel plate manufacturing apparatus is equipped with a large number of deflector rolls for the purpose of changing the direction of progress of the steel plate.
  • the significance of installing deflector rolls is to reduce the construction cost of continuous steel plate manufacturing equipment by making it more compact.
  • a problem caused by installing a deflector roll is that the steel plate meanderes due to the frictional force of the deflector roll. Therefore, in order to suppress meandering of the steel plate due to the frictional force of the deflector roll, a CPC (Center Position Control) meandering control device is generally used. However, it is often impossible to use the CPC meandering control device due to cost and installation location constraints.
  • Patent Document 1 discloses a method for predicting the amount of meandering of a steel strip from a real-time simulation of the amount of meandering of the steel strip upstream of the steering device and the motion of the steel plate, and controlling the steering device based on the predicted amount of meandering.
  • a meandering control method for suppressing meandering of a steel strip has been proposed.
  • the meandering amount on the upstream side of the steering device which is used to predict the meandering amount of the steel strip, is part of the shape information of the steel strip, and the meandering of the steel strip is suppressed. There is insufficient information to do so.
  • the meandering control method described in Patent Document 1 attempts to compensate for this lack of information with real-time simulation, but there is no description of a simulation method and it has not been put to practical use.
  • the meandering control method for a steel plate according to the present invention includes a measuring step of measuring the amount of out-of-plane deformation of the steel plate on the upstream side of a steering device that changes the conveyance direction of the steel plate, and the amount of out-of-plane deformation of the steel plate measured in the measuring step. a calculation step of calculating the average curvature of the steel plate using the calculation step, and calculating an off-center amount of the steel plate in the steering device using the average curvature of the steel plate calculated in the calculation step, and based on the calculated off-center amount. and controlling the winding position of the steel plate with respect to the steering device.
  • the measuring step may include a step of measuring the amount of out-of-plane deformation of the steel plate on the exit side of a cutting device (edge trimmer) that is installed upstream of the steering device and cuts the widthwise end of the steel plate.
  • a cutting device edge trimmer
  • a meandering control device for a steel plate includes a steering device that changes the conveyance direction of the steel plate, a measuring device that measures an amount of out-of-plane deformation of the steel plate on the upstream side of the steering device, and a winding control device for the steel plate with respect to the steering device.
  • a position adjustment device that adjusts a hanging position, and a control device that controls the position adjustment device, and the control device measures the average curvature of the steel plate using the amount of out-of-plane deformation of the steel plate measured by the measurement device.
  • the off-center amount of the steel plate in the steering device is calculated using the calculated average curvature of the steel plate, and the position adjustment device is controlled based on the calculated off-center amount.
  • the measuring device is preferably installed on the exit side of a cutting device that is installed upstream of the steering device and cuts the widthwise end of the steel plate.
  • a method for manufacturing a steel plate according to a first aspect of the present invention includes a storage step of storing a steel plate in a looper device while suppressing meandering of the steel plate using a meandering control method for a steel plate according to the present invention; and a cold rolling step of cold rolling the steel plate.
  • a method for manufacturing a steel plate according to a second aspect of the present invention includes a storage step of storing a steel plate in a looper device while suppressing meandering of the steel plate using a meandering control method for a steel plate according to the present invention; an annealing step of annealing the steel plate.
  • the meandering control method and meandering control device for a steel plate according to the present invention can suppress meandering of a steel plate having a shape defect. Moreover, according to the method for manufacturing a steel plate according to the present invention, meandering of a steel plate having a shape defect can be suppressed, and the steel plate can be manufactured with a high yield.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a steel plate production line to which a steel plate meandering control method and meandering control device according to an embodiment of the present invention are applied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the looper device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of shape data of a steel plate measured by a measuring device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the maximum bending of the joint portion of steel plates and the occurrence of flaws.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method for measuring the amount of out-of-plane deformation.
  • Shape defects in steel sheets occur mainly due to non-uniformity in the width direction of elongation in the longitudinal direction during the rolling process.
  • Shape defects of a steel plate include bending (one-sided elongation) and a combination of ear waves/belly elongation, etc., and the shape defect that has the greatest effect on meandering of a steel plate is bending.
  • bending one-sided elongation
  • ear waves/belly elongation etc.
  • Equation (3) the average curvature K can be expressed as shown in equation (3) below.
  • the first term on the right side of Equation (3) is the amount observed as meandering or oblique movement of the steel plate, and the second term on the right side is the amount observed as out-of-plane deformation of the steel plate. From Equation (3), it can be seen that even if only the meandering of the steel plate is observed, the bending (average curvature K) of the steel plate, which is closely related to the meandering of the steel plate, cannot be understood.
  • the value of the first term on the right side is zero, so the average curvature K can be determined from the observed amount of out-of-plane deformation (second term on the right side).
  • meandering occurs in a thin plate, it is often accompanied by out-of-plane deformation of the thin plate.
  • equation (3) can be approximated as shown in equation (4) below, and equation (4) can be transformed as shown in equation (5) below.
  • Equation (6) indicates the position in the width direction of the steel plate.
  • differential elongation rate ⁇ l (x, y) of the steel plate can be defined as shown in the following equation (8).
  • Equation (8) indicates the average length of the steel plate in the width direction, and is expressed as in Equation (9) below.
  • b in formula (9) indicates the width of the steel plate.
  • equation (10) can be approximated as equation (11) shown below, and when equation (11) is transformed, equation (12) shown below is obtained.
  • the average bending curvature K 1 converted from the differential elongation rate ⁇ l (x, y) of the steel plate is defined by the following equation (14).
  • Equation (15) corresponds to the second term on the right side of Equation (5)
  • Equation (5) can be transformed into Equation (16) shown below.
  • the average curvature K of the average bend can be determined from the curvature K1 .
  • the curvature K1 can be calculated by substituting the measured value of the amount of out-of-plane deformation of the steel plate and its slope into Equation (14). Therefore, in the present invention, the amount of out-of-plane deformation of the steel plate and its slope are measured at a position where meandering of the steel plate does not occur, the average curvature K of the steel plate is calculated from the measured values, and the calculated average curvature K is used to calculate the amount of out-of-plane deformation of the steel plate and its slope.
  • the off-center amount (the direction and amount of positional deviation of the widthwise center position of the steel plate with respect to the widthwise center position of the steering device when the steel plate reaches the steering device), and based on the calculated off-center amount.
  • the amount of out-of-plane deformation is one of the indicators indicating the bending and one-sided elongation of the steel plate S.
  • the methods shown in FIGS. 5(a) and 5(b) can be considered.
  • the method shown in FIG. 5(a) involves applying a normal force to the steel plate S by winding the steel plate S around a roll 20 or pressing the steel plate S to smooth out the wrinkles, and then bend the steel plate S with the wrinkles smoothed out.
  • the method shown in FIG. 5(b) is a method in which the steel plate S is made straight in the longitudinal direction (not meandering) and the bending (unilateral elongation) of the steel plate S is calculated from the height of the wrinkles in the steel plate S.
  • the method shown in FIG. 5A it becomes difficult to measure the amount of out-of-plane deformation if the length in the longitudinal direction of the steel plate S to which wrinkles are smoothed out is short. Therefore, it is desirable to adopt the method shown in FIG. 5(b), and in this embodiment, the amount of out-of-plane deformation is measured (converted) using the method shown in FIG. 5(b).
  • FIGS. 1(a) and 1(b) are block diagrams showing the configuration of a steel plate production line to which a steel plate meandering control method and meandering control device according to an embodiment of the present invention are applied.
  • a steel plate production line to which the steel plate meandering control method and meandering control device according to an embodiment of the present invention is applied includes a cutting device 1 that cuts the widthwise ends of the steel plate.
  • a looper device 2 that stores the steel sheets whose widthwise ends have been cut by the cutting device 1
  • a cold rolling mill 3 that cold-rolls the steel sheets stored in the looper device 2.
  • an annealing furnace 4 for annealing the steel sheets stored in the looper device 2 may be arranged.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the looper device 2 shown in FIGS. 1(a) and 1(b).
  • the looper device 2 is constituted by a horizontal looper including a deflector roll.
  • a free looper FL is arranged at the most upstream part of the looper device 2
  • a cutting device 1 (not shown) is located downstream of the free looper FL
  • a bridle roll BR is downstream of the cutting device 1
  • a first deflector roll #1DEF is further downstream of the cutting device 1 (not shown). is located.
  • a first steering roll #1STR that also serves as a deflector is arranged downstream of the deflector roll #1DEF.
  • Steering roll #1 STR is equipped with a CPC meandering control device.
  • a loop car #1 LP car equipped with a second deflector roll is arranged downstream of the steering roll #1 STR.
  • the loop car #1 LP car adjusts the length of the steel plate S between the rolls by moving in the left-right direction in the drawing.
  • a second steering roll #2 STR that also serves as a deflector is placed on the downstream side of the loop car #1 LP car.
  • Steering roll #2STR is equipped with a CPC meandering control device.
  • a loop car #2LP car equipped with a third deflector roll is arranged downstream of the steering roll #2STR.
  • the loop car #2 LP car adjusts the length of the steel plate S between the rolls by moving in the left-right direction of the drawing.
  • a third steering roll #3STR which also serves as a deflector, is placed downstream of the loop car #2LP car.
  • Steering roll #3STR is equipped with a CPC meandering control device.
  • Support rolls that support the weight of the steel plate S are arranged at a pitch of 2.5 m between the deflector roll #1DEF and the loop car #1 LP car and between the steering roll #2STR and the loop car #2 LP car.
  • functions are provided to support the weight of the steel plate S and to open and close when the loop car passes.
  • Separator rolls are installed at a pitch of 15m.
  • vertical guide rolls are installed near the support rolls at a predetermined pitch to suppress meandering.
  • a meandering control device for a steel plate which is an embodiment of the present invention, includes a measuring device 11, a position adjusting device 12, and a control device 13.
  • the measuring device 11 is composed of a shape meter such as a tertiary laser scanner, and is arranged upstream of the steering device that changes the conveyance direction of the steel plate. Specifically, in this embodiment, the measuring device 11 is arranged downstream of the cutting device 1 and upstream of the looper device 2 (steering roll). The measuring device 11 measures the shape data of the steel sheet including the amount of out-of-plane deformation of the steel sheet, and outputs an electric signal indicating the measured shape data to the control device 13.
  • the location of the measuring device 11 is not limited to the downstream side of the cutting device 1 and the upstream side of the looper device 2, but may be placed at a location where no meandering of the steel plate occurs or where the amount of meandering of the steel plate is zero.
  • the measuring device 11 is preferably placed at a position where the amount of meandering of the steel plate is such that it does not affect the measurement of the shape data of the steel plate (for example, the amount of meandering in the width direction of the steel plate is within ⁇ 20 mm). Moreover, when the cutting device 1 is not arranged, the measuring device 11 may be arranged upstream of the looper device 2.
  • the position adjustment device 12 adjusts the winding position of the steel plate with respect to the steering roll in the looper device 2 according to the control signal output from the control device 13.
  • the operator may manually adjust the winding position of the steel plate with respect to the steering roll.
  • the control device 13 is constituted by an information processing device such as a computer, and controls the entire operation of the steel plate meandering control device by executing a computer program stored in advance.
  • the control device 13 calculates the average curvature of the steel plate using the amount of out-of-plane deformation of the steel plate measured by the measuring device 11, and uses the calculated average curvature of the steel plate to turn off the steel plate in the steering roll.
  • the center amount is calculated, and the position adjustment device 12 is controlled based on the calculated off-center amount.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of shape data of a steel plate measured every 0.1 seconds by the measuring device 11. Since the shape data shown in FIG. 3 includes errors, the measuring device 11 may smooth the shape data to calculate a formula representing the curved surface of the steel plate, and use the calculated formula to calculate the average curvature of the steel plate.
  • the steel plate meandering control device that is an embodiment of the present invention measures the amount of out-of-plane deformation of the steel plate on the upstream side of the steering device that changes the conveyance direction of the steel plate.
  • the average curvature of the steel plate is calculated using the amount of out-of-plane deformation of the steel plate
  • the off-center amount of the steel plate in the steering device is calculated using the calculated average curvature of the steel plate
  • the steering device is adjusted based on the calculated off-center amount. Controls the winding position of the steel plate.
  • meandering of a steel plate having a defective shape can be suppressed.
  • this meandering control method it is possible to suppress meandering of a steel plate having a shape defect and to manufacture the steel plate with a high yield.
  • Example 1 In this example, we will examine the flaws on steel plates when the meandering control according to the present invention is performed on a plurality of steel plates having different shapes (example) and when the meandering control according to the present invention is not implemented (comparative example, reference example). The presence or absence of occurrence was evaluated. The evaluation results are shown in Table 1 below. In the example, the winding position of the steel plate around the steering roll #1STR shown in FIG. 2 was controlled. As shown in Table 1, it was confirmed that by executing the meandering control of the present invention, it was possible to suppress the occurrence of flaws in the steel plate due to the meandering of the steel plate.
  • Example 2 In this example, the relationship between the maximum bending of the joint of steel plates and the occurrence of flaws was evaluated. The evaluation results are shown in Figure 4.
  • the horizontal axis indicates the plate width
  • the vertical axis indicates the maximum bending of the steel plate
  • white circles indicate joints without flaws
  • black circles indicate joints with flaws.
  • three flaws occurred at 52 joints, and it was confirmed that flaws occur when both the board width and bending are large.
  • the sign of the bend indicates the direction in which the flaw will occur, and the value of the bend can predict the occurrence and direction of the flaw.
  • a meandering control method and meandering control device for a steel plate that can suppress meandering of a steel plate having a shape defect. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a steel plate that can suppress meandering of a steel plate having a shape defect and manufacture the steel plate with a high yield.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本発明に係る鋼板の蛇行制御方法は、鋼板の搬送方向を変更するステアリング装置の上流側で鋼板の面外変形量を測定する測定ステップと、測定ステップにおいて測定された鋼板の面外変形量を用いて鋼板の平均曲率を算出する算出ステップと、算出ステップにおいて算出された鋼板の平均曲率を用いて、ステアリング装置における鋼板のオフセンター量を算出し、算出されたオフセンター量に基づいてステアリング装置に対する鋼板の巻掛位置を制御する制御ステップと、を含む。

Description

鋼板の蛇行制御方法、蛇行制御装置、及び製造方法
 本発明は、鋼板の蛇行制御方法、蛇行制御装置、及び製造方法に関する。
 一般に、連続鋼板製造装置には鋼板の進行方向を変える目的で多数のデフレクターロールが設置されている。デフレクターロールを設置する意義は、連続鋼板製造装置をコンパクト化することにより、その建設コストを安くすることである。一方、デフレクターロールを設置することによって発生する弊害は、デフレクターロールの摩擦力によって鋼板が蛇行することである。そこで、デフレクターロールの摩擦力によって鋼板が蛇行することを抑制するために、CPC(Center Position Control)蛇行制御装置が一般的に用いられている。ところが、コストや設置場所の制約によってCPC蛇行制御装置を用いることができないことがしばしばある。例えば横型ルーパー装置では、移動するルーパーカー上のデフレクターロールには、コストや電装の制約によってCPC蛇行制御装置を設置することは困難である。このため、CPC蛇行制御装置を設置できないデフレクターロールに対しては、ロールプロフィールを凸状にしたデフレクタークラウンロールが用いられている。ロールプロフィールを凸状にすることによって摩擦力がセンタリング力となり、CPC蛇行制御装置ほどではないが鋼板の蛇行をある程度抑制できる。また、ロールプロフィールを凸状に加工するだけであるので、コストや設置場所の制約がほとんどなく、多用することができる。
 ところで、近年、鋼板の高張力化等に伴い、上流工程である熱延工程で製造される熱延鋼板のコイルの先端部や尾端部で形状不良が発生しやすくなってきており、そのような形状不良がある鋼板同士の接合部で鋼板の蛇行を抑制できない状況が多発してきている。鋼板の蛇行を抑制できなければ、鋼板がロールアウトすることによって周辺架台と接触し、破断等の大トラブルとなり操業不能に陥る。このため、既設の設備にCPC蛇行制御装置を新規に設置することは難しいので、クラウンロールの凸形状を調整する等のクラウンロールによる蛇行対策が行われている。ところが、クラウンロールの凸形状を高くしすぎると、鋼板とロール表面が全面で接触できない、接触疵が発生する等といった問題が発生するために、クラウンロールによる蛇行抑制効果には限界がある。また、コイルの先端部や尾端部での形状不良が蛇行を発生させることはわかっているので、その部位を除去することが通常行われるが、除去する工程が追加されることによるコスト上昇、及び先端部や尾端部の除去は歩留低下に直結する。このため、CO削減のためにもできれば除去しない方が当然よい。また、鋼板の幅方向端部に接触するガイドロールによって鋼板の蛇行を抑制する方法も提案されているが、この方法では、鋼板の蛇行を抑え込む大きな衝突力がガイドロールに発生し、その力で鋼板の幅方向端部が欠ける等の欠陥が発生することがある。
 このような背景から、特許文献1には、ステアリング装置上流側の鋼帯の蛇行量と鋼板運動のリアルタイムシミュレーションから鋼帯の蛇行量を予測し、予測された蛇行量に基づきステアリング装置を制御することにより鋼帯の蛇行を抑制する蛇行制御方法が提案されている。
特開2018-192490号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の蛇行制御方法において鋼帯の蛇行量の予測に用いられているステアリング装置上流側の蛇行量は、鋼帯の形状情報の一部であり、鋼帯の蛇行を抑制する上で情報として不足している。また、特許文献1に記載の蛇行制御方法では、この情報不足をリアルタイムシミュレーションで補完しようとしているが、シミュレーション手法に関する記載が一切なく、実用化できていない。
 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、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制可能な鋼板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。また、本発明の他の目的は、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制して鋼板を歩留まりよく製造可能な鋼板の製造方法を提供することにある。
 本発明に係る鋼板の蛇行制御方法は、鋼板の搬送方向を変更するステアリング装置の上流側で鋼板の面外変形量を測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された鋼板の面外変形量を用いて鋼板の平均曲率を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された鋼板の平均曲率を用いて、前記ステアリング装置における鋼板のオフセンター量を算出し、算出されたオフセンター量に基づいて前記ステアリング装置に対する鋼板の巻掛位置を制御する制御ステップと、を含む。
 前記測定ステップは、前記ステアリング装置の上流側に設置された、鋼板の幅方向端部を切断する切断装置(エッジトリマー)の出側で鋼板の面外変形量を測定するステップを含むとよい。
 本発明に係る鋼板の蛇行制御装置は、前記鋼板の搬送方向を変更するステアリング装置と、前記ステアリング装置の上流側で鋼板の面外変形量を測定する測定装置と、前記ステアリング装置に対する鋼板の巻掛位置を調整する位置調整装置と、前記位置調整装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記測定装置によって測定された鋼板の面外変形量を用いて鋼板の平均曲率を算出し、算出された鋼板の平均曲率を用いて前記ステアリング装置における鋼板のオフセンター量を算出し、算出されたオフセンター量に基づいて前記位置調整装置を制御する。
 前記測定装置は、前記ステアリング装置の上流側に設置された、鋼板の幅方向端部を切断する切断装置の出側に設置されるとよい。
 本発明の第1の態様に係る鋼板の製造方法は、本発明に係る鋼板の蛇行制御方法を用いて鋼板の蛇行を抑制しつつ鋼板をルーパー装置に貯留する貯留工程と、前記ルーパー装置に貯留された鋼板を冷間圧延する冷間圧延工程と、を含む。
 本発明の第2の態様に係る鋼板の製造方法は、本発明に係る鋼板の蛇行制御方法を用いて鋼板の蛇行を抑制しつつ鋼板をルーパー装置に貯留する貯留工程と、前記ルーパー装置に貯留された鋼板を焼鈍する焼鈍工程と、を含む。
 本発明に係る鋼板の蛇行制御方法及び蛇行制御装置は、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制することができる。また、本発明に係る鋼板の製造方法によれば、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制して鋼板を歩留まりよく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鋼板の蛇行制御方法及び蛇行制御装置が適用される鋼板の製造ラインの構成を示すブロック図である。 図2は、図1に示すルーパー装置の構成を示す模式図である。 図3は、測定装置によって測定された鋼板の形状データの一例を示す図である。 図4は、鋼板の接合部の最大曲がりと疵の発生状況との関係の一例を示す図である。 図5は、面外変形量の測定方法の一例を示す図である。
 以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である鋼板の蛇行制御方法、蛇行制御装置、及び製造方法について説明する。
〔概念〕
 まず、本願発明の概念について説明する。
 鋼板の形状不良は、主に圧延過程での長手方向の伸びの幅方向不均一に起因して発生する。鋼板の形状不良は曲がり(片伸び)や耳波/腹伸等の重ね合わせであり、鋼板の蛇行に最も大きく影響を与える形状不良は曲がりである。特に薄板では、切り板にすると曲がり由来の面外変形は消失していまい、曲がりを測定することは困難となる。一方で、耳波/腹伸は切り板にしても面外変形が残存するため測定できる。
 鋼板の形状を幅方向断面が直線となる曲面形状とした場合、曲がりの曲率κの幾何学的な定義は以下に示す数式(1)のようになる。数式(1)において、xは鋼板の長手方向位置、vは鋼板の幅方向中心位置での鋼板の幅方向の変位、wは鋼板の幅方向中心位置での鋼板の鉛直方向の変位、ωは鋼板の捩れ角を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 数式(1)に示す曲率κを観測することは難しいので、鋼板の長手方向における曲がりを平均値(平均曲がり)で考え、平均曲率Kを以下に示す数式(2)のように定義する。数式(2)において、Lは平均化のための鋼板の長さを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 これにより、数式(1)を数式(2)に代入することにより、平均曲率Kは以下に示す数式(3)のように表される。数式(3)の右辺第一項は鋼板の蛇行あるいは斜行として観測される量であり、右辺第二項は鋼板の面外変形として観測される量である。数式(3)から、鋼板の蛇行のみを観測しても鋼板の蛇行と関連が深い鋼板の曲がり(平均曲率K)はわからないことがわかる。一方、鋼板の蛇行が発生しなければ右辺第一項の値は零となるので、面外変形の観測量(右辺第二項)から平均曲率Kを求めることができる。薄板では、蛇行が発生すると薄板の面外変形を伴うことが多い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 鋼板の捩れ角ωが小さい場合、上記数式(3)は以下に示す数式(4)のように近似でき、数式(4)は以下に示す数式(5)のように変形できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 また、鋼板の捩れ角ωが小さい場合、鋼板の撓みWは以下に示す数式(6)のように表すことができる。数式(6)におけるyは鋼板の幅方向位置を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 また、鋼板の撓んだ曲面に沿った長さl(x,y)は以下に示す数式(7)のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 また、鋼板の伸び差率Δε(x,y)は以下に示す数式(8)のように定義できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 数式(8)におけるl(x)は鋼板の幅方向の平均長さを示し、以下に示す数式(9)のように表される。数式(9)中のbは鋼板の板幅を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 従って、数式(6)と数式(7)を数式(9)に代入することにより、以下に示す数式(10)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 鋼板の撓みWと捩れ角ωが小さい場合、数式(10)は以下に示す数式(11)のように近似でき、数式(11)を変形すると以下に示す数式(12)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 数式(6)、数式(7)、及び数式(12)を数式(8)に代入すると、鋼板の伸び差率Δε(x,y)は以下に示す数式(13)のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 鋼板の伸び差率Δε(x,y)から換算される平均曲がりの曲率Kは以下に示す数式(14)で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 数式(13)を数式(14)に代入することにより、以下に示す数式(15)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 従って、数式(15)は数式(5)の右辺第二項に対応するので、数式(5)は以下に示す数式(16)のように変形できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 以上の説明によれば、鋼板の蛇行が発生せずに数式(16)の右辺第一項が零となれば、平均曲がりの平均曲率Kは曲率Kから求めることができることがわかる。そして、曲率Kは、鋼板の面外変形量やその勾配の測定値を数式(14)に代入することにより算出できる。そこで、本発明では、鋼板の蛇行が発生しない位置において鋼板の面外変形量やその勾配を測定し、測定値から鋼板の平均曲率Kを算出し、算出された平均曲率Kからステアリング装置における鋼板のオフセンター量(鋼板がステアリング装置に到達したときにおけるステアリング装置の幅方向中心位置に対する鋼板の幅方向中心位置の位置ずれ方向及び位置ずれ量)を算出し、算出されたオフセンター量に基づいてステアリング装置に対する鋼板の巻掛位置を制御することとした。鋼板の蛇行が発生する位置において鋼板の蛇行量及び面外変形量を測定し、測定された鋼板の蛇行量及び面外変形量を用いて鋼板の平均曲率Kを算出して同様の制御を行ってもよい。これにより、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制することができる。また、この蛇行制御方法を用いて鋼板を製造することにより、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制して鋼板を歩留まりよく製造することができる。
 以下、上記概念に基づいて想到された、本発明の一実施形態である鋼板の蛇行制御方法、蛇行制御装置、及び製造方法について説明する。なお、面外変形量とは、鋼板Sの曲がり及び片伸びを示す指標の一つである。面外変形量の測定方法としては、図5(a),(b)に示す方法が考えられる。図5(a)に示す方法は、鋼板Sをロール20に巻き付ける又は鋼板Sをプレスすることによって、鋼板Sに垂直抗力を付与して皺を伸ばし、その皺を伸ばした鋼板Sの曲がり(片伸び)を測定する方法である。一方、図5(b)に示す方法は、鋼板Sを長手方向に真っ直ぐにし(蛇行させない)、鋼板Sの皺の高さから鋼板Sの曲がり(片伸び)を換算する方法である。図5(a)に示す方法では、鋼板Sの皺を伸ばす長手方向の長さが短いと面外変形量の測定が難しくなる。このため、図5(b)に示す方法を採用することが望ましく、本実施形態では図5(b)に示す方法を用いて面外変形量を測定(換算)する。
〔製造ラインの構成〕
 まず、図1,2を参照して、本発明の一実施形態である鋼板の蛇行制御方法及び蛇行制御装置が適用される鋼板の製造ラインの構成について説明する。
 図1(a),(b)は、本発明の一実施形態である鋼板の蛇行制御方法及び蛇行制御装置が適用される鋼板の製造ラインの構成を示すブロック図である。図1(a)に示すように、本発明の一実施形態である鋼板の蛇行制御方法及び蛇行制御装置が適用される鋼板の製造ラインは、鋼板の幅方向端部を切断する切断装置1と、切断装置1によって幅方向端部が切断された鋼板を貯留するルーパー装置2と、ルーパー装置2に貯留された鋼板を冷間圧延する冷間圧延機3と、を備えている。図1(b)に示すように、冷間圧延機3の代わりに、ルーパー装置2に貯留された鋼板を焼鈍する焼鈍炉4を配置してもよい。
 図2は、図1(a),(b)に示すルーパー装置2の構成を示す模式図である。図2に示すように、本実施形態では、ルーパー装置2は、デフレクターロールを含む横型ルーパーにより構成されている。ルーパー装置2の最上流部にはフリールーパーFLが配置され、フリールーパーFLの下流側に切断装置1(図示せず)、その下流にブライドルロールBR、さらにその下流に1番目のデフレクターロール#1DEFが配置されている。デフレクターロール#1DEFの下流側には、デフレクター機能も兼ねた1番目のステアリングロール#1STRが配置されている。ステアリングロール#1STRはCPC蛇行制御装置を備えている。ステアリングロール#1STRの下流側には2番目のデフレクターロールを備えたルーパーカー#1LPカーが配置されている。ルーパーカー#1LPカーは、図面の左右方向に移動することによりロール間の鋼板Sの長さを調整する。
 ルーパーカー#1LPカーの下流側には、デフレクター機能も兼ねた2番目のステアリングロール#2STRが配置されている。ステアリングロール#2STRはCPC蛇行制御装置を備えている。ステアリングロール#2STRの下流側には3番目のデフレクターロールを備えたルーパーカー#2LPカーが配置されている。ルーパーカー#2LPカーは、図面の左右方向に移動することによりロール間の鋼板Sの長さを調整する。ルーパーカー#2LPカーの下流側には、デフレクター機能も兼ねた3番目のステアリングロール#3STRが配置されている。ステアリングロール#3STRはCPC蛇行制御装置を備えている。
 デフレクターロール#1DEFとルーパーカー#1LPカーとの間及びステアリングロール#2STRとルーパーカー#2LPカーとの間には、鋼板Sの自重を支持するサポートロールが2.5mピッチで配置されている。また、ルーパーカー#1LPカーとステアリングロール#2STRとの間及びルーパーカー#2LPカーとステアリングロール#3STRとの間には、鋼板Sの自重の支持とルーパーカー通過時に開閉動作の機能を具備するセパレータロールが15mピッチで設置されている。また、図示しないが、蛇行抑制用にガイド縦ロールがサポートロール付近に所定ピッチで設置されている。
〔鋼板の蛇行制御装置の構成〕
 次に、図1を参照して、本発明の一実施形態である鋼板の蛇行制御装置の構成について説明する。
 図1(a),(b)に示すように、本発明の一実施形態である鋼板の蛇行制御装置は、測定装置11、位置調整装置12、及び制御装置13を備えている。
 測定装置11は、3次レーザースキャナ等の形状計により構成され、鋼板の搬送方向を変更するステアリング装置の上流側で配置されている。具体的には、本実施形態では、測定装置11は、切断装置1の下流側、且つ、ルーパー装置2(ステアリングロール)の上流側に配置されている。測定装置11は、鋼板の面外変形量を含む鋼板の形状データを測定し、測定された形状データを示す電気信号を制御装置13に出力する。測定装置11の配置場所は、切断装置1の下流側、且つ、ルーパー装置2の上流側の位置に限定されることはなく、鋼板の蛇行が発生しない位置、又は、鋼板の蛇行量を零とみなせる位置であればどのような位置に配置してもよい。例えば測定装置11は、鋼板の蛇行量が鋼板の形状データの測定に影響を与えない大きさ(例えば鋼板の幅方向への蛇行量が±20mm以内)になる位置に配置するとよい。また、切断装置1が配置されていない場合には、ルーパー装置2の上流側に測定装置11を配置すればよい。
 位置調整装置12は、制御装置13から出力された制御信号に従って、ルーパー装置2内のステアリングロールに対する鋼板の巻掛位置を調整する。オペレータが手動でステアリングロールに対する鋼板の巻掛位置を調整するようにしてもよい。
 制御装置13は、コンピュータ等の情報処理装置によって構成され、予め記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより鋼板の蛇行制御装置全体の動作を制御する。本実施形態では、制御装置13は、測定装置11によって測定された鋼板の面外変形量を用いて鋼板の平均曲率を算出し、算出された鋼板の平均曲率を用いてステアリングロールにおける鋼板のオフセンター量を算出し、算出されたオフセンター量に基づいて位置調整装置12を制御する。図3は、測定装置11によって0.1秒毎に測定された鋼板の形状データの一例を示す図である。図3に示す形状データには誤差が含まれるため、測定装置11は、形状データを平滑化して鋼板曲面を表す数式を算出し、算出された数式を用いて鋼板の平均曲率を算出するとよい。
 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鋼板の蛇行制御装置は、鋼板の搬送方向を変更するステアリング装置の上流側で鋼板の面外変形量を測定し、測定された鋼板の面外変形量を用いて鋼板の平均曲率を算出し、算出された鋼板の平均曲率を用いてステアリング装置における鋼板のオフセンター量を算出し、算出されたオフセンター量に基づいてステアリング装置に対する鋼板の巻掛位置を制御する。これにより、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制することができる。また、この蛇行制御方法を用いて鋼板を製造することにより、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制して鋼板を歩留まりよく製造することができる。
〔実施例1〕
 本実施例では、形状が異なる複数の鋼板について本発明に係る蛇行制御を実施した場合(実施例)及び本発明に係る蛇行制御を実施しなかった場合(比較例,参考例)における鋼板の疵の発生有無を評価した。評価結果を以下の表1に示す。実施例では、図2に示すステアリングロール#1STRに対する鋼板の巻掛位置を制御した。表1に示すように、本発明の蛇行制御を実行することにより、鋼板が蛇行して鋼板に疵が発生することを抑制できることが確認された。また、鋼板に曲がりがなければ、蛇行制御を実施しなくても鋼板は蛇行しないので、鋼板に疵は発生しないことが確認された(参考例)。また、鋼板に曲がりがあったとしても、鋼板の板幅とライン幅との差が0.4m以上であれば、鋼板が蛇行しても、鋼板はガイド縦ロールに衝突しないので、鋼板に疵が発生しないことが確認された(参考例)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
〔実施例2〕
 本実施例では、鋼板の接合部の最大曲がりと疵発生との関係を評価した。評価結果を図4に示す。図4において、横軸は板幅、縦軸は鋼板の最大曲がり、白丸は疵無しの接合部、黒丸は疵有の接合部を示す。図4に示すように、52個の接合部で3個の疵が発生し、板幅及び曲がりが共に大きい場合に疵が発生することが確認された。また、曲がりの正負は疵の発生方向を表しており、曲がりの値で疵の発生とその方向を予測できる。そこで、曲がりと板幅が所定値より大きい場合、下流のステアリングロールでわざと曲がりから予測される疵の発生方向とは逆方向に鋼板をオフセンターさせたところ、曲がり由来の疵が発生することを抑制できた。
 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い。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。
 本発明によれば、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制可能な鋼板の蛇行制御方法及び蛇行制御装置を提供することができる。また、本発明によれば、形状不良を有する鋼板の蛇行を抑制して鋼板を歩留まりよく製造可能な鋼板の製造方法を提供することができる。
 1 切断装置
 2 ルーパー装置
 3 冷間圧延機
 4 焼鈍炉
 11 測定装置
 12 位置調整装置
 13 制御装置
 S 鋼板

Claims (6)

  1.  鋼板の搬送方向を変更するステアリング装置の上流側で鋼板の面外変形量を測定する測定ステップと、
     前記測定ステップにおいて測定された鋼板の面外変形量を用いて鋼板の平均曲率を算出する算出ステップと、
     前記算出ステップにおいて算出された鋼板の平均曲率を用いて、前記ステアリング装置における鋼板のオフセンター量を算出し、算出されたオフセンター量に基づいて前記ステアリング装置に対する鋼板の巻掛位置を制御する制御ステップと、
     を含む鋼板の蛇行制御方法。
  2.  前記測定ステップは、前記ステアリング装置の上流側に設置された、鋼板の幅方向端部を切断する切断装置の出側で鋼板の面外変形量を測定するステップを含む、請求項1に記載の鋼板の蛇行制御方法。
  3.  前記鋼板の搬送方向を変更するステアリング装置と、
     前記ステアリング装置の上流側で鋼板の面外変形量を測定する測定装置と、
     前記ステアリング装置に対する鋼板の巻掛位置を調整する位置調整装置と、
     前記位置調整装置を制御する制御装置と、
     を備え、
     前記制御装置は、前記測定装置によって測定された鋼板の面外変形量を用いて鋼板の平均曲率を算出し、算出された鋼板の平均曲率を用いて前記ステアリング装置における鋼板のオフセンター量を算出し、算出されたオフセンター量に基づいて前記位置調整装置を制御する、鋼板の蛇行制御装置。
  4.  前記測定装置は、前記ステアリング装置の上流側に設置された、鋼板の幅方向端部を切断する切断装置の出側に設置される、請求項3に記載の鋼板の蛇行制御装置。
  5.  請求項1又は2に記載の鋼板の蛇行制御方法を用いて鋼板の蛇行を抑制しつつ鋼板をルーパー装置に貯留する貯留工程と、
     前記ルーパー装置に貯留された鋼板を冷間圧延する冷間圧延工程と、
     を含む鋼板の製造方法。
  6.  請求項1又は2に記載の鋼板の蛇行制御方法を用いて鋼板の蛇行を抑制しつつ鋼板をルーパー装置に貯留する貯留工程と、
     前記ルーパー装置に貯留された鋼板を焼鈍する焼鈍工程と、
     を含む鋼板の製造方法。
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