JP2005007423A

JP2005007423A - 熱間仕上圧延機の設備配列及び熱間圧延方法

Info

Publication number: JP2005007423A
Application number: JP2003173440A
Authority: JP
Inventors: Koji Noguchi; 浩嗣野口; Daiki Kato; 大樹加藤; Hiroshi Kimura; 寛木村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】各スタンド出側での実績クラウンスケジュールを把握し、各々のスタンドにて実績クラウン値を設定値に近づけ、上流スタンドからの未知数のクラウン値の影響を排除し、ストリップに形状不良を発生させることなく、最終スタンド出側の急峻度を目標値に高精度に的中させることができる熱間仕上圧延機の設備配列及び熱間圧延方法を提供すること。
【解決手段】複数の圧延スタンドが連設されている熱間仕上圧延機の設備配列において、最終スタンド出側には形状計とクラウン計とを設置し、さらに最終スタンドから少なくとも２以上連続しているスタンド間にルーパ式形状計を設置し、形状計を設置するスタンド間のユニットテンションが９８０Ｐａ以上で圧延することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱間仕上圧延機の設備配列、特に最終スタンド出側におけるストリップの急峻度を目標値に高精度に的中させることができる熱間仕上圧延機の設備配列及び熱間圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延機では板厚と共に幅方向の板厚分布（クラウン）や板の急峻度（形状）等を調整する制御が行われている。例えば、複数の圧延スタンドが連設されてなるホットストリップ仕上圧延機の設備配列で、２以上の連続しているスタンド間にそれぞれ板クラウン計（プロフィールメータ）を設置し、通板時に上記板クラウン計でスタンド間を通過するストリップの板プロフィールを測定すると共に、製品の目標板プロフィールから目標比率クラウンを決定し、この目標比率クラウンに上記スタンド間におけるプロフィール測定結果から求めた実績比率クラウンが一致するように、上記クラウン計設置位置より上流側の圧延スタンドプロフィール制御装置（ロールベンダ又はロール交差角調整装置）を動作させ、フィードバック制御を行うことにより、クラウン計測定位置のスタンド間では常にストリップを目標板プロフィールに制御することが可能となり、その後は比率クラウン一定の条件で圧延することにより、仕上圧延機出側における製品の板プロフィールを目標値に精度よく的中させるフィードバック制御方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、クラウン量を高精度に制御するようにしたクロス圧延機における板クラウン制御方法として、スタンド間に１台あるいは複数台の板クラウンを検出するためのクラウン計を設け、このクラウン計からの板クラウン検出信号と当該板クラウン計の直下流スタンドでの目標板クラウン設定値との偏差信号を当該スタンドでのロールクロス機構にフィードフォワードしてそのクロス角を修正し、圧延材の板クラウンを目標板クラウンにする制御方法がある（例えば、特許文献２）。
【０００４】
さらに、平坦度計（形状計）、特に、ストリップの張力を制御するルーパ式形状計としてストリップ方向に調節可能なルーパが形成されており、このルーパがストリップの幅全体にわたって並列して存在している多数の測定帯域を備えており、かつ、この測定帯域がそれぞれ時計の針の方向で旋回可能な、動力測定装置と協働する、回転可能に支承されている測定ローラからなる様式の、平坦度測定ローラであって、おのおのの測定ローラが旋回可能なハウジング様式のレバー枠組内に支承されていることを特徴とする平坦度測定ローラが知られている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
形状・クラウン制御では最終スタンド出側における形状・クラウンを目標値に一致させるべく、仕上圧延機を構成する各圧延スタンドに設置されているクラウン制御装置を制御している。
【０００６】
通常、板のクラウンを実測するためのクラウン計及び急峻度（形状）を実測するための形状計を仕上圧延機の最終スタンド出側に設置し、形状・クラウン制御においては圧延当該材、もしくは次圧延材の制御偏差を減少させるべく板クラウン計及び形状計による測定結果を用いたフィードバック制御が行われている。
【０００７】
上述の形状・クラウン制御では以下で表わされる制御モデル式を用いている。

上記式（１）から各スタンド出側のクラウン値［Ｃ（ｎ）］は下記（２）式

そして、各スタンド出側形状［λ（ｎ）］は下記式（３）

【０００８】
上記（１）〜（３）式において、ｎは仕上圧延スタンド基数、Ｃ（ｎ）は上流側から数えてｎ番目の圧延スタンド出側クラウン値、Ｃｍ（ｎ）は同じくｎ番目のスタンドのメカニカルクラウン値、ｈ（ｎ）は同じくｎ番目のスタンド出側板厚、ζ（ｎ）は同じくｎ番目のスタンド転写率、η（ｎ）は同じくｎ番目のスタンド遺伝率、ｒ（ｎ）は同じくｎ番目のスタンド圧下率、そして、λ（ｎ）は同じくｎ番目のスタンド出側形状（急峻度）を表わしている。
【０００９】
上記（２）式及び（３）式により、例えばＦ１〜Ｆ７の７スタンドの熱間仕上圧延機の場合においては、各スタンドにおける形状の設定値［λｓ（１）〜λｓ（７）］及びクラウンの設定値［Ｃｓ（１）〜Ｃｓ（７）］が圧延スケジュールに応じて算出される。一方、最終Ｆ７スタンド出側においては形状計及びクラウン計からの形状（急峻度）の実測値［λｒ（７）］及びクラウンの実測値［Ｃｓ（７）］が得られる。
【００１０】
この実測値と設定値とを比べ、その偏差［λｒ（７）−λｓ（７）］及び［Ｃｒ（７）−Ｃｓ（７）］を減少させるフィードバック制御を行う。
【００１１】
ここで、最終のＦ７スタンド出側の形状実測値は（３）式で示したような関係式が成立する。即ち、以下の（３’）式となる。

【００１２】
上記（３’）式中においてλｒ（７）はクラウン計からの実測値（測定値）、Ｃｒ（７）は形状計からの実測値、ｈｒ（７）は板厚計からのセンター板厚の実測値、ｈｒ（６）は上記ｈｒ（７）の実測値から計算（マスフロー計算）によって求めた６スタンド出側板厚の計算値、そしてξ（７）は板厚、板幅、ロール計設定値により決まるバラメーター（形状変化係数）を意味している。
【００１３】
この（３’）式よりＣｒ（６）が算出でき、Ｃｒ（７）及びＣｒ（６）をＣｓ（７）及びＣｓ（６）になるように制御してやれば、λｒ（７）をλｓ（７）に近づけることができる。
【００１４】
【特許文献１】
特許第２６２８９６４号公報
【特許文献２】
特開平５−２７７５３４号公報
【特許文献３】
特開平１０−３１４８２１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｃｒ（６）、Ｃｒ（７）を当該スタンドの制御装置で制御しようとしたとき、下記（２’）式及び（２”）式に示すようにＣｒ（６）、Ｃｒ（７）は当該スタンドでの制御できるメカニカルクラウンＣｍ以外に上流スタンドからのクラウンＣｒ（５）の影響を受ける。

さらに、上記式の中でＣｒ（５）が未知であるためＣｒ（６）、Ｃｒ（７）を制御しようとした場合、設定値Ｃｓ（５）との偏差が影響を与える。
【００１６】
ここで、Ｆ５出側クラウン（Ｆ６入側クラウンとなる）Ｃｒ（５）がＣｒ（６）、Ｃｒ（７）に及ぼす影響係数は（２’）式及び（３’）式中の破線部のＦ６スタンド及びＦ７スタンドの圧下率及び遺伝率に係る［１−ｒ（６）・η（６）］及び［１−ｒ（７）・（１−ｒ（６））・η（７）・η（６）］であり、大きな誤差要因となる。このため、最終スタンド出側に形状計やクラウン計のセンサーを設置するだけ、あるいは前記特許文献１に開示があるようにスタンド間にクラウン計（プロフィールメータ）を設置しただけでは出側形状を目標値（設定値）に近づけることは困難である。
【００１７】
そこで、本発明は各スタンド出側での実績クラウンスケジュールを把握し、各々のスタンドにて実績クラウン値を設定値に近づけ、上流スタンドからの未知数のクラウンの影響を排除し、ストリップに形状不良を発生させることなく、最終スタンド出側の急峻度を目標値に高精度に的中させることができる熱間仕上圧延機の設備配列及び熱間圧延方法を提供することを解決課題とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スタンド間に形状計を配置することで、実績急峻度を測定し、実績クラウン値を算出することにより、上記課題を解決したものである。
【００１９】
本発明の要旨は、次のとおりである。
【００２０】
（１）複数の圧延スタンドが連設されている熱間仕上圧延機の設備配列において、最終スタンド出側には形状計とクラウン計とを設置し、さらに最終スタンドから少なくとも２以上連続しているスタンド間に形状計を設置したことを特徴とする熱間仕上圧延機の設備配列。
【００２１】
（２）スタンド間に設置した形状計がルーパ式形状計であることを特徴とする上記（１）項記載の熱間圧延機の設備配列。
【００２２】
（３）請求項１または２記載の熱間仕上圧延機の設備配列での圧延方法において、形状計を設置するスタンド間のユニットテンションが９８０Ｐａ以上で圧延することを特徴とする熱間圧延方法。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明者は、熱間仕上圧延機の各スタンド出側での実績クラウンスケジュールを把握し、各々のスタンドにて実績クラウン値を設定値に近づけ、上流スタンドからの未知数のクラウンの影響を排除することを検討した結果、スタンド間にクラウン計を設置しなくても、形状計、例えばルーパ式形状計を設置して実績形状値を測定し実績クラウン値を算出すれば、上流スタンドからのクラウンの影響を排除できることを見出した。
【００２４】
例えば、Ｆ１からＦ７の７スタンドから成る熱間圧延仕上機の場合に、Ｆ６スタンドとＦ７スタンド間に形状計を配置すれば、Ｆ７出側のクラウン実績値に影響を与える未知のＦ６スタンド出側クラウン値［Ｃ（６）］は、前記（３）式を基に以下の計算手順で算出できる。

上記（４）式よりＣ（６）を下記（４’）式の通り算出する。

【００２５】
したがって、フィードバック制御の制度上の観点からは、全てのスタンド間にセンサーを入れることが望ましいが、投資上、必ずしも得策とはいえない。
【００２６】
そこで、実用上、どこの間までセンサーを配置すべきか最終スタンド間より順にセンサー（形状計）を配置した場合の入側クラウンの影響度を図１に示す。
【００２７】
図１に示すように、最終スタンドから少なくとも２以上連続しているスタンド間（Ｆ５〜Ｆ７）にルーパ型形状計を設置すると設置スタンド間より上流側のクラウン偏差の影響を格段に小さくできることを確認した。
【００２８】
そして、このようにクラウン偏差の影響を格段に小さくすることにより、本発明においては最終スタンド出側におけるストリップの急峻度を目標値に高精度に的中させることができる。
【００２９】
以下、図を参照して本発明を詳細に説明する。
【００３０】
図２は、本発明の熱間圧延機の設備配列例の概略を示す図である。本発明例は、第１スタンド（Ｆ１）〜第７スタンド（Ｆ７）の全７スタンドからなる熱間仕上圧延機を用いている。
【００３１】
上記熱間仕上圧延機の出側には板のクラウンを実測するための形状計１とクラウン計２が設置されていて、この形状計及びクラウン計による測定結果をクラウン制御演算装置３にフィードバックして制御モデル式に従ってクラウン制御装置４で各スタンドのクラウン制御を行う。
【００３２】
本発明では、Ｆ７の最終スタンドから少なくとも２以上連続しているスタンド間にルーパ型形状計を設置する。
【００３３】
ルーパ型形状計は、図３に示すように、ルーパローラ５をレバー６端部に備えていて、このルーパローラがストリップの幅全体にわたって並列し、多数の測定帯域となっている。そして、この測定帯域は時計の針の方向で軸７を中心に旋回可能になっていて、ストリップと接触するルーパローラの位置に応じてレバーが旋回し、その旋回量を軸７に設けたロードセルで検出してストリップの急峻度を測定する構造となっている。
【００３４】
ルーパ型形状計をスタンド間に設置する際には、計測上、ストリップがルーパローラに全面接触している必要がある。
【００３５】
ストリップは圧延機スタンド間では張力がかかっており、無張力であれば急峻度として現れる伸び歪み差が、この張力によりある大きさまでの急峻度は吸収されるため、ルーパローラに全面接触する。この状態での張力分布を伸び歪み差に換算すれば、その時の急峻度を求めることができる。しかし、張力が小さい場合、小さな伸び歪み差でもストリップがルーパローラから離れてしまい、張力分布が正しく求められなくなり、急峻度の算出ができなくなる。
【００３６】
このため、ルーパ型形状計で急峻度を測定するためには、ある一定以上の張力をストリップに与えてルーパローラが常にストリップに全面接触させる必要がある。一方で無張力状態で座屈限界（即ち平坦度不良とならない限界）を超え、急峻度として現れる伸び歪み差は急峻度換算で耳波の場合０．９％であり、この急峻度以上の形状値を確実に測定するには９８０Ｐａ以上の張力が必要となる。即ち、張力分布σ（ｘ）を２次関数と仮定した場合、以下の（５）式が成立する。
【００３７】

ここで、Ε：熱間ヤング率、δεο：幅方向伸び歪み差（中波は負、耳波は正となる）
このときに、ｘ＝０の場合、
σ（１）＝σο−２／３・Ε・δεο
となりσ（０）≧０の条件、つまり引張側（圧縮側で形状不良が発生する）条件でσοを求めると、
σο≒１ｋｇｆ／ｍｍ^２＝９８０Ｐａ
（δεο＝（π・λ／２）^２、λ＝０．９％）
となる。
【００３８】
これは、一般的な仕上スタンド後段における薄物材の通板に要求される張力設定値０．７ｋｇｆ／ｍｍ^２＝６８６Ｐａを超える張力となる。
【００３９】
したがって、本発明（請求項３）では、スタンド間のユニットテンションを９８０Ｐａ以上と限定した。
【００４０】
上流側スタンド間にルーパ型形状計を配置すれば、従来のようにクラウン計を設置しなくても、スタンド間の実績形状値を測定し、スタンド出側の実績クラウン値を算出することができ、各スタンド出側での実績クラウンスケジュールを把握できる。したがって、上流スタンドからの未知数のクラウンの影響を排除して、各々のスタンドにて実績クラウン値を設定値に近づけ、出側形状を目標値に近づけることができる。
【００４１】
スタンド間に最終スタンド間より順に形状計を配置して、実績形状値を測定して入側クラウンの影響係数を式（２’）及び式（２”）中の破線部の式に基いて計算した。その結果を表１に示す。
【００４２】
なお、表１中に示す数値は上流側クラウン偏差１０μｍに対しての偏差発生を示している。例えば、Ｃ（７）にＣ（５）が及ぼす影響では、Ｃ（５）の偏差が１０μｍあれば、５．５μｍの偏差が発生することを示している。
【００４３】
【表１】

【００４４】
また、影響係数を算出するパラメータは表２に示す値を用いた。
【００４５】
【表２】

【００４６】
表１の結果から明らかなように、最終スタンドから少なくとも２以上に形状計を設置すれば設置スタンド間より上流側のクラウン偏差の影響は格段に小さくなる。
【００４７】
しかしながら、制御精度上の観点からは全てのスタンド間に形状計を設置するのが望ましいが、形状計は高価であり、設備費が高くなり、必ずしも得策ではない。実用上は、最終スタンド（Ｆ７）から連続するスタンド間（Ｆ５−６、Ｆ６−７間、またはＦ４−５、Ｆ５−６、Ｆ６−７間）に設置することが望ましい。
【００４８】
【実施例】
粗圧延機及び７スタンドからなる仕上圧延機を用いて圧延をおこなった結果を表３に示す。表１において本発明例であるＮｏ．１〜Ｎｏ．４においては最終スタンドであるＦ７スタンド出側にクラウン計及びルーパ式形状計を設置し、更に最終スタンドから２以上連続しているスタンド間にルーパ式形状計を設置したものであり、何れも許容急峻度未満となるように高精度に的中させることができた。一方比較例であるＮｏ．５はＦ７スタンド出側のみにクラウン計及びルーパ式形状計を設置したため、急峻度を許容値以下に的中させることができなかった。
【００４９】
【表３】

【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、最終スタンドから少なくとも２以上連続しているスタンド間にルーパ型形状計を配置したので、各スタンド出側での実績形状値を測定し実績クラウン値を算出できるので、上流スタンドからの未知数のクラウンの影響を排除してフィードバック制御を行うことができる。このため最終スタンド出側におけるストリップの急峻度を許容値未満に高精度に的中させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スタンド間に設置した形状計の台数と上流スタンドが及ぼす偏差の影響割合を示す図である。
【図２】本発明の熱間圧延機の設備配列例の概略を示す図である。
【図３】ルーパ型形状計を示す図である。
【符号の説明】
１形状計
２クラウン計
３クラウン制御演算装置
４クラウン制御装置
５ルーパローラ
６レバー
７軸

Claims

複数の圧延スタンドが連設されている熱間仕上圧延機の設備配列において、最終スタンド出側には形状計とクラウン計とを設置し、さらに最終スタンドから少なくとも２以上連続しているスタンド間に形状計を設置したことを特徴とする熱間仕上圧延機の設備配列。
スタンド間に設置した形状計がルーパ式形状計であることを特徴とする請求項１記載の熱間圧延機の設備配列。
請求項１または２記載の熱間仕上圧延機の設備配列での圧延方法において、形状計を設置するスタンド間のユニットテンションが９８０Ｐａ以上で圧延することを特徴とする熱間圧延方法。