JP4847111B2 - 多段式圧延機及び多段式圧延機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、多段式圧延機とその制御方法に係り、特に圧延材の板形状と板厚分布が制御できるようにした圧延機とその制御方法に関する。

電磁鋼板には、従来から冷間圧延加工による珪素鋼板が広く用いられてきているが、近年、このときの冷間圧延加工に、センヂミア圧延機などと呼ばれている多段式の圧延機が多用されるようになっている。

ところで、このような圧延機を用いた冷間圧延加工においては、いわゆるエッジドロップの出現を伴う。ここで、このエッジドロップとは、圧延加工された薄板において、その板幅方向の端部に現れる急峻な板厚減少領域のことである。

そして、この電磁鋼板の場合は、積層体として使用される場合がほとんどであり、この場合、板幅方向の板厚がエッジドロップにより不揃いになっていたとすると、積層体としたときの形状精度の維持が困難になってしまう。従って、この場合、エッジドロップの抑圧が特に要求される。

ところで、この場合の対策として、エッジドロップが発生した領域をトリミング(切り落すこと)する方法がある。しかし、これでは歩留まりの低下が著しいので、得策とは言えず、従って、電磁鋼板の圧延には、エッジドロップ制御が欠かせない技術になっている。

そこで、従来から、このエッジドロップ制御に関する提案が種々なされており、このため、ある従来技術では、圧延機を復数台連続で配置したタンデム圧延機におけるエッジドロップ制御について提案している(例えば、特許文献１参照。)。

この従来技術では、ロール端部にチャンファー(chanfer：面取り部分)を設けた台形のワークロールを用い、これを板幅方向にシフト可能にし、ワークロールを板幅方向にシフトしてロールベンダーの圧力制御を実施し、エッジドロップ量が所望の値となるように制御している。

このセンヂミア圧延機を用いてエッジドロップ制御を実施した例についても、従来技術として提案されている(例えば、特許文献参照。)。

そして、この従来技術では、第一中間ロールにテーパーを設け、第一中間ロールを板幅方向にシフトさせることにより板端部の圧下量を調整し、エッジドロップ量を制御している。
特開昭６０−１２２１３号公報 特開２００３−２８５１１２号公報

上記従来技術は、多段式圧延機にエッジドロップ制御と形状制御の双方の機能を付与すべき点に配慮がされておらず、製品の品質向上とコストの抑制に問題があった。

従来技術によるエッジドロップ制御は、タンデム圧延機に適用した場合であり、この従来技術の外にも、例えばワークロールクロスを利用した技術なども種々公開されている。

しかしながらセンヂミア圧延機の場合、従来技術のように、ワークロールにチャンファーやテーパーを付加したとすると、その変曲点付近で圧延される板が大きく圧下され、製品に不要なマークがついてしまうので、適用が困難である。

また、この従来技術では、エッジドロップ制御のためにワークロールをシフトさせているが、センヂミア圧延機の場合、ワークロールにシフト機構を設けることは、その構造上、極めて困難であり、このため、センヂミア圧延機においては、積極的なエッジドロップ制御は実施されていなかった。

ところで近年は、電磁鋼板の品質向上についての要求が更に強まり、圧延機に対してはエッジドロップの制御のみならず、板形状の制御についても、仕様性能として求められるようになっている。なお、ここで、板形状とは、圧延した金属帯の平坦度のことであり、上記したエッジドロップや板プロファイルとは、圧延した金属帯の板幅方向での板厚分布のことである。

ここで、上記のエッジドロップ制御をセンヂミア圧延機に実施した従来技術では、第一中間ロールにテーパーを設け、この第一中間ロールを板幅方向にシフトさせることにより板端部の圧下量を調整し、エッジドロップ量を制御している。

このとき、センヂミア圧延機のような多段式圧延機においては、ＡＳ−Ｕと呼ばれるロールベンディング機構と、テーパー又はクラウンを付加した中間ロールをシフトする機構を用いて、板の形状を制御する手法が一般的であり、従って、上記のエッジドロップ制御をセンヂミア圧延機に実施した従来技術は、板形状を制御する手法としては一般的であり、ロールに付加するテーパーの形が異なるだけである。

また、この従来技術における第一中間ロールのシフト機能は、エッジドロップ制御にのみ使用されるものであるため、第一中間ロールのシフト機能を用いたとしても、エッジドロップ制御と同じ中間ロールを用いているので、形状制御は困難である。

従って、本発明が解決しようとする課題は、センヂミア圧延機などの多段式圧延機において、圧延機の機構を変更することなく、同一のロールを用いてエッジドロップ制御と形状制御とを適用することであり、よって、本発明の目的は、エッジドロップ制御と形状制御の双方の機能を備えた多段式圧延機及び多段式圧延機の制御方法を提供することにある。

上記目的は、少なくとも各ワークロール毎に２本の中間ロールを備えた多段式圧延機において、前記中間ロールが、各々一方の端部と他方の端部で形状が異なるテーパーを備え、前記一方の端部のテーパー形状がエッジドロップ制御用テーパー形状で、前記他方の端部のテーパー形状は形状制御用テーパー形状であり、前記中間ロールは、被圧延材を挟んで一方と他方で左右のテーパー形状が対称に配置され、前記中間ロールは、それぞれ軸方向にシフト可能に保持されているようにして達成される。

同じく、上記目的は、一方の端部と他方の端部で異なった形状のテーパーを備え、被圧延材を挟んで一方と他方で左右のテーパー形状が対称に配置された２本の中間ロールを、少なくとも各ワークロール毎に備え、これら中間ロールは、それぞれの軸方向にシフト可能に保持されている多段式圧延機の制御方法において、圧延工程毎にエッジドロップ制御を実施するか、形状制御を実施するかを判断し、圧延開始前、各制御に応じて前記中間ロールのシフト位置を変更するようにして達成される。

このとき、圧延工程の出側に被圧延材の形状を測定する形状検出器が備えられ、前記形状検出器による測定結果に応じて前記エッジドロップ制御を実施するか否かが判断されるようにしても、上記目的が達成される。

本発明によれば、同一のロールを用いてエッジドロップ制御と形状制御が得られるので、圧延中に中間ロールを交換する必要が無いため、生産性を損なうことなく、製品品質の向上を得ることができる。

以下、本発明による多段式圧延機と、その制御方法について、図示の実施の形態により詳細に説明すると、ここで、まず、本発明の適用対象となる圧延機は、ワークロールの背後に中間ロールを備えている可逆式の多段圧延機であればよい。

そして、この多段圧延機の代表的な圧延機としては、１２段圧延機と２０段圧延機があるが、以下の実施形態では、２０段圧延機に本発明を適用した場合について説明する。

図１は、本発明の一実施形態で、上記したように、２０段圧延機に本発明を適用したもので、このとき可逆式の圧延機であるため、パス毎に圧延方向が切り替わるが、この図１では、簡略化のため、被圧延材１が左から右に圧延する場合を示してあり、従って、この図では、左側が圧延機の入側で右側が出側となり、ここで２０段圧延機の全体はＲで表わしてある。

ここで、まず、この２０段圧延機Ｒの入側と出側には、被圧延材１の幅方向中心と板端部の板厚及び板幅方向の板厚分布を測定する入側プロファイルメータ２と出側プロファイルメータ３が備えられ、更に出側には、被圧延材１の形状を測定する形状検出器４が備えられている。

そして、この２０段圧延機Ｒは、ワークロール１１ａ、１１ｂと、これらのの背後に２本ある第一中間ロール１２ａ、１２ｂ、それを支持する３本の第二中間ロール１３ａ、１３ｂ、ＡＳ−Ｕと呼ばれるクラウン調整機構１５を備えた４軸のバッキングベアリング１４、それに同じく４本のバックアップロール１６によって構成されている。

このとき、これら第一中間ロール１２ａ、１２ｂには、図２と図３に示すように、テーパーが設けてある。そして、このテーパーは、ロールの両端に施してあり、一方は形状制御を行うための比較的緩やかなテーパー１２１ａ、１２１ｂであり、他方はエッジドロップ制御のための比較的急峻なテーパー１２２ａ、１２２ｂとなっている。

また、これら第一中間ロール１２ａ、１２ｂは、上下個別に軸方向にシフト可能に構成してあり、このときのシフトには、それぞれ軸方向に１７０〜２００ｍｍ以上のストロークを有している。そして、これら第一中間ロール１２ａ、１２ｂのシフト位置は、詳しくは後述するが、第一中間ロール・ＡＳ−Ｕ位置制御装置９０により上下個別に制御されるように構成されている。

そこで、パス(複数圧延)の各圧延開始前、まずプリセット計算を行い、エッジドロップ制御と形状制御の何れを実行するのか判定する。

そして、エッジドロップ制御を実行する場合は、図２に示すように、エッジドロップ制御用のテーパー１２２ａ、１２２ｂが被圧延材１の板端又は板端より内側の位置になり、形状制御用のテーパー１２２ａ、１２２ｂは板端より外側に位置するように、第一中間ロール１２ａ、１２ｂの各シフト位置をセットする。

また、形状制御を実行する場合には、図３に示すように、形状制御用のテーパー部１２１ａ、１２１ｂが被圧延材の板端又は板端より内側になり、エッジドロップ制御用のテーパー１２２ａ、１２２ｂは板端より外側となるようにシフト位置をセットする。

従って、この実施形態によれば、上記のように、第一中間ロール１２ａ、１２ｂのシフト位置を変更することにより、第一中間ロールによる制御機能をエッジドロップ制御と形状制御とに切換えることができ、ロールを交換せずにエッジドロップ制御と形状制御の双方を行うことができる。

そして、この実施形態では、エッジドロップ制御を行う際、形状制御用であるＡＳ−Ｕも使用する。すなわち、入側プロファイル実績２１と出側プロファイル実績３１により、エッジドロップ制御演算装置６０が第一中間ロールシフト量を演算し、操作指令を第一中間ロール・ＡＳ−Ｕ位置制御装置９０に出力して第一中間ロールシフト位置を操作するのであるが、このとき中間ロールをシフトしたことによる形状への影響を最小限に抑えるため、クラウン調整機構１５に補正指令を出力するのである。

一方、形状制御を実施する場合には、第一中間ロール１２ａ、１２ｂが形状制御の指令に基づいてシフトし、図３に示す位置になる。従って、このときはエッジドロップ制御は実行されない。

このときエッジドロップ制御可否判定装置８０は、エッジドロップ制御の出力可否を判定する。このため、エッジドロップ制御中に出側形状実績４１を監視し、形状が極端な板端張り、又は極端な板端伸びの形状となった場合に、それを助長する方向に第一中間ロール１２ａ、１２ｂがシフトすることがないようにするため、エッジドロップ制御の可否を判定する。

こうして第一中間ロール１２ａ、１２ｂの両端に、目的別のテーパーを施すことによって、エッジドロップ制御と形状制御を切り分けることができ、この結果、同一の中間ロールを用いているにも関わらず、この実施形態によれば、エッジドロップ制御と形状制御の双方を実行することができる。

従って、この実施形態によれば、同一のロールを用いてエッジドロップ制御と形状制御の双方を行うことができ、この結果、圧延中に中間ロールを交換する必要が無いので、生産性を損なうことなく、製品品質の向上を充分に図ることができる。

次に、プリセット演算装置５０によるプリセット演算について、図４により説明する。この実施形態のように可逆式圧延機の場合は、圧延開始前に板厚や張力などの設定計算を行い、これによりパス数、板厚、板幅などが設定されるようにする。そこで、このプリセット演算装置５０は、これらの設定情報から、設定テーブル５２を検索し、制御方式の選択処理５１を実行する。このときオペレータが手動で制御方式を選択するようにしてもよい。

そして、選択された制御方式に基づいて、第一中間ロールシフトの位置とＡＳ−Ｕ位置の初期位置、それに第一中間ロールのシフト可能範囲を決定する。このときの初期位置の設定は、テーパー開始点が被圧延材の板端よりも０〜１００ｍｍ程度内側であればよく、板端位置になるようにしてもよい。

ここで、エッジドロップ制御を行う場合は、まず、エッジドロップ制御用プリセット計算処理５３を実行し、エッジドロップ制御用のテーパー開始点が板端と同じ位置、又は板端より内側にＸｍｍの位置となるように決定する。Ｘの値は設定テーブル５３１から検索して設定しても良いし、入側のプロファイルを測定し、そのエッジドロップ量の多項式から求めても良い。更には単純に固定値であっても良いし、前のパスがエッジドロップ制御の場合には、前のパス終了時のシフト位置を保持しても良い。

また、形状制御を行う場合には、形状制御用プリセット計算処理５４を実行し、第一中間ロールの形状制御用テーパー開始点が板端よりＹｍｍ内側となるようにシフト位置を決定する。このときＹの値は、設定テーブル５４１から検索するか、前のパスが形状制御の場合には、前のパス終了時の値を保持しても良い。

この後、前記のプリセット計算処理の結果に基づいて、第一中間ロールシフト位置設定処理５６を実行し、圧延前に第一中間ロールのシフト位置を設定値に操作する。そして、圧延中に形状制御が必要になった場合には、形状制御の指令に基づいて第一中間ロールシフトを操作するのである。

次に、エッジドロップ制御演算装置６０による処理ついて、図５により説明すると、このエッジドロップ制御を行う場合には、測定した入側プロファイル実績２１と出側プロファイル実績３１からフィードフォワード制御演算部６１とフィードバック制御演算部６４が働く。このときのフィードフォワード制御量とフィードバック制御量は、数式１と数式２により演算される。

ここで、ΔＳed_FB はフィードバック制御による第一中間ロールシフト量、ΔＳed_FF はフィードフォワード制御による第一中間ロールシフト量、ＥＤＲはエッジドロップ目標値、ＥＤＦＢは出側エッジドロップ量、ＥＤＦＦは入側エッジドロップ量、Ｇ_FB、Ｇ_FF は制御ゲイン、ＥＤ(x)は中間ロールテーパーの転写率、ｘはエッジドロップ測定点とテーパー開始点との距離、αは第一中間ロールのテーパー角度である。

このときオペレータ側をワークサイドＷＳ、駆動側はドライブサイドＤＳとし、これらについて同様の計算を行い、数式３により、エッジドロップ制御指令として第一中間ロールシフト量ΔＳedＷＳ、ΔＳedＤＳを求める。

そして、ここで求められたエッジドロップ制御指令ΔＳedＷＳ、ΔＳedＤＳは、チェック機構６７によりシフト量とシフト方向がチェックされた上でエッジドロップ制御可否判定装置８０に出力される。

このとき上記したように、エッジドロップ制御において第一中間ロールを操作する際には、出側の板形状の変化が最小となるように、ＡＳ−Ｕ位置が補正されるようになっているが、このときのＡＳ−Ｕ補正量は、数式４を用いて、ＡＳ−Ｕ位置補正量演算部６８により演算される。

ここで、ρws(i)、ρds(i)は、それぞれワークサイドＷＳ及びドライブサイドＤＳの第一中間ロールシフト量と、ｉ番目のＡＳ−Ｕ位置との影響係数であり、定数として予め設定してある値である。そして、ここで求められたＡＳ−Ｕ位置補正量ΔＡＳＵed(i)も、チェック機構６７を介してエッジドロップ制御可否判定装置８０に出力される。

このとき、このエッジドロップ制御演算装置６０には、入側プロファイル影響係数テーブル６２と影響係数学習部６３が設けてあり、これにより入側プロファイル実績２１と出側プロファイル実績３１に基づいて学習した結果がフィードフォワード制御演算部６１による演算に用いることができるようにしてある。

また、同じく、このエッジドロップ制御演算装置６０には、出側プロファイル影響係数テーブル６５と影響係数学習部６６も設けてあり、これにより出側プロファイル実績３１に基づいて学習した結果がフィードバック制御演算部６４による演算に用いることができるようにしてある。

図６は、エッジドロップ制御を実施する場合のエッジドロップ制御演算装置６０と形状制御演算装置７０、それにエッジドロップ制御可否判定装置８０による演算処理の流れを示したもので、図７は、このときのエッジドロップ制御可否判定装置８０の最も簡単な処理フローの一例を示したものである。

図示のように、エッジドロップ制御可否判定装置８０は、出側形状検出器４で測定した出側の板形状実績４１と、目標形状設定装置４２により設定された目標形状とを比較し、ワークサイドＷＳ及びドライブサイドＤＳについて板端部の形状偏差Δεを演算する。

そして、第一中間ロールシフト指令ΔＳedと、形状偏差Δεの値に応じて、図７に示す処理フローに従って、ワークサイドＷＳとドライブサイドＤＳのそれぞれについてエッジドロップ制御の出力可否を判定する。このとき形状偏差Δεは、板端部の形状実績と目標形状の差を表わすもので、これが正なら伸びの方向となるる。

また、図７において、εＰは形状偏差Δεの上限値であり、ここで、このΔεが上限値εＰを超えた場合には、第一中間ロールを外側にシフトしない処理になっている。同様にεＮは形状偏差Δεの下限値であり、このΔεが下限値εＮ未満になった場合には、第一中間ロールを内側にシフトしない処理になる。

以上の結果、この実施形態によれば、エッジドロップ制御中は出側の形状実績を監視し、板端部の形状が極度な板端張り又は板端伸びとなった場合に、エッジドロップ制御を停止するインターロック機能が働くことになる。

従って、この実施形態によれば、形状偏差を一定の範囲に保持しながら、第一中間ロールシフトを利用して、エッジドロップ制御を働かせることができ、また、この実施形態によれば、複数あるパスの中で、その前半ではエッジドロップ制御を行い、後半は形状制御を行うようにすることができ、従って、形状の精度を確保しつつ、エッジドロップ制御を得ることができる。

本発明による多段式圧延機の一実施形態を示す構成図である。 本発明の一実施形態によるエッジドロップ制御適用時の第一中間ロールのシフト位置の説明図である。 本発明の一実施形態による形状制御適用時の第一中間ロールのシフト位置の説明図である。 本発明の一実施形態におけるプリセット演算装置の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態におけるエッジドロップ制御演算装置の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態におけるエッジドロップ制御可否判定装置の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態におけるエッジドロップ制御可否判定装置の一例による処理フローの説明図である。

符号の説明

１：被圧延材
２：入側プロファイル検出器
３：出側プロファイル検出器
４：形状検出ロール
１１ａ、１１ｂ：ワークロール
１２ａ、１２ｂ：第一中間ロール
１３ａ、１３ｂ：第二中間ロール
１４：バッキングベアリング
１５：ロールベンディング機構(ＡＳ−Ｕ)
１６：バックアップロール
２１：入側プロファイル実績
３１：出側プロファイル実績
４１：形状実績
５０：プリセット演算装置
６０：エッジドロップ制御演算装置
７０：形状制御演算装置
８０：エッジドロップ制御可否判定装置
９０：第一中間ロール・ＡＳ−Ｕ位置制御装置

Claims (3)

1. 少なくとも各ワークロール毎に２本の中間ロールを備えた多段式圧延機において、
   前記中間ロールが、各々一方の端部と他方の端部で形状が異なるテーパーを備え、前記一方の端部のテーパー形状がエッジドロップ制御用テーパー形状で、前記他方の端部のテーパー形状は形状制御用テーパー形状であり、
   前記中間ロールは、被圧延材を挟んで一方と他方で左右のテーパー形状が対称に配置され、
   前記中間ロールは、それぞれ軸方向にシフト可能に保持されていることを特徴とする多段式圧延機。
2. 一方の端部と他方の端部で異なった形状のテーパーを備え、被圧延材を挟んで一方と他方で左右のテーパー形状が対称に配置された２本の中間ロールを、少なくとも各ワークロール毎に備え、これら中間ロールは、それぞれの軸方向にシフト可能に保持されている多段式圧延機の制御方法において、
   圧延工程毎にエッジドロップ制御を実施するか、形状制御を実施するかを判断し、
   圧延開始前、各制御に応じて前記中間ロールのシフト位置を変更することを特徴とする多段式圧延機の制御方法。
3. 請求項２に記載の発明において、
   圧延工程の出側に被圧延材の形状を測定する形状検出器が備えられ、
   前記形状検出器による測定結果に応じて前記エッジドロップ制御を実施するか否かが判断されることを特徴とする多段式圧延機の制御方法。

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