JP5942386B2 - 冷間圧延方法及び金属板の製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、循環給油方式とは、エマルション圧延油を循環使用する方式をいう。なお、このエマルション圧延油は、通常、圧延油を濃度1〜5質量%程度に希釈し、界面活性剤を用いて水に油が分散したO/Wエマルション状態のエマルション圧延油である。この循環給油方式では、各圧延スタンドのロールバイト入側において潤滑のための圧延油を供給するための供給手段を備えると共に、圧延ロールに冷却用の圧延油を供給するための供給手段を備えるのが通常であり、上記潤滑用と冷却用とを同一のエマルション圧延油によって行うものである。
そして、チャタリングの発生源となるタンデム圧延機の最終圧延スタンド、及び圧延スタンド間張力を介して影響を与える隣接圧延スタンドでの潤滑状態のバランスを適切に保つことが必要であるとの知見に基づき、本発明者らは、次のように第2のエマルション圧延油の供給量を制御することで、隣接する2つの圧延スタンドにおける摩擦係数のバランスを適切に保ち、チャタリングを抑制できるという結論に至った。
最終圧延スタンドの上流に位置する上流側圧延スタンドでの摩擦係数と当該上流側圧延スタンド入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給条件とから、最終圧延スタンド入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給条件を予測し、
その予測される第2のエマルション圧延油の供給条件から計算される最終圧延スタンドの摩擦係数が設定した目標摩擦係数となるように、上記最終圧延スタンド入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御し、
上記予測される第2のエマルション圧延油の供給条件は、上記上流側圧延スタンドでの圧延後の圧延材の表面粗さを変数として含み、上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドでの摩擦係数に基づき設定され、
上記上流側圧延スタンドでの摩擦係数と、上記上流側圧延スタンド入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給流量とから、上記上流側圧延スタンドでの圧延後の圧延材の表面粗さを推定し、上記推定した圧延後の表面粗さから、上記最終圧延スタンドの摩擦係数を推定することを特徴とする。
次に、請求項4に記載した発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の冷間圧延方法により、金属板とする圧延材を冷間圧延して金属板を製造することを特徴とする金属板の製造方法を提供するものである。
また請求項2に係る発明によれば、最終圧延スタンドに圧延材が噛み込まれ圧延が開始された後は、最終圧延スタンドでの摩擦係数に基づく第2のエマルション圧延油のフィードバック制御とフィードフォワード制御を併用することで、より高精度にチャタリングを防止することが可能となる。
(構成)
まず冷間圧延設備その他の構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態における、複数の圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を説明するための概要構成図である。尚、本実施形態では、圧延材として鋼板を例に挙げる。圧延材は、アルミ板その他のストリップであっても適用可能である。
この供給された第1のエマルション圧延油11は、鋼板1によって系外に持ち出されたり蒸発によって失われたりしたものを除いて、回収オイルパン8で回収され、戻り配管9を通じて循環式圧延油供給タンク5内に戻される。
なお、第1圧延油供給系統2を使用した、第1のエマルション圧延油11の各クーラントヘッダー3、4への供給は、圧延材の圧延開始時から実施されることが好ましい。これによって、各ロール及び鋼板1に対して所定の圧延油が供給された状態となる。
そして、第1のエマルション圧延油11としては、前述したような圧延油を、好ましくは濃度1〜5質量%程度、より好ましくは濃度1.2〜3.0質量%程度に希釈し、また前述したような界面活性剤を用いて水に油が分散したO/Wエマルションにしたものが用いられる。なお、その平均粒径としては、好ましくは15μm以下、より好ましくは7〜10μm程度とする。
上記エマルションタンク18内には、攪拌機19が配置されている。またエマルションタンク18に対し圧延油原油タンク14及び温水タンク15がエマルションタンク18に接続する。そして、圧延油原油タンク14に貯蔵されている圧延油原油、及び温水タンク15内に貯蔵されている温水が、ポンプ16、流量制御弁17を介してエマルションタンク18内へ送給されると共に、エマルションタンク18内で混合されて、第2のエマルション圧延油13となる。
本実施形態では、隣接圧延スタンド♯4STDでの摩擦係数と圧延後の鋼板1表面粗さを推定し、その推定した隣接圧延スタンド♯4STD圧延後の鋼板1表面粗さと最終圧延スタンド♯5STDに設定される目標摩擦係数に基づき、最終圧延スタンド♯5STD入側に供給する第2のエマルション圧延油の流量をフィードフォワード制御することで、最終圧延スタンド♯5STDと隣接圧延スタンド♯4STDとの間の摩擦係数のバランスを適切に保つ。具体的には、隣接圧延スタンド♯4STDでの摩擦係数から最終圧延スタンド♯5STDでの目標摩擦係数を設定し、上記推定した鋼板1表面粗さを、最終圧延スタンド♯5STD入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給条件として予測し、その推定した鋼板1表面粗さを変数として最終圧延スタンド♯5STD入側に供給する第2のエマルション圧延油をフィードフォワード制御する。更に、本実施形態では、最終圧延スタンド♯5STDに対し対象とする圧延材が噛み込まれて、最終圧延スタンド♯5STDでの摩擦係数を推定可能となった場合には、その最終圧延スタンド♯5STDでの摩擦係数に基づきフィードバック制御量を求め、そのフィードバック制御量で上記フィードフォワード制御の制御量を補正する処理を行う。
図2は、本実施形態の第2のエマルション圧延油の供給制御を実施する供給制御部30の制御ブロックを示した図である。
上記供給制御部30は、図2に示すように、第1摩擦係数逆算部31、圧延後表面粗さ推定部32、目標摩擦係数設定部33、供給流量制御部34、第2摩擦係数逆算部35、摩擦係数推定部36、及びFB分演算部37を備える。
ここで、隣接する圧延スタンドでの油膜厚h1は、第1のエマルション圧延油11によるロールバイト入口油膜h11と第2のエマルション圧延油13によるロールバイト入口油膜h12によって構成される。従って、油膜厚の計算はレイノルズ方程式において油膜内での熱伝導を無視した下記(1)(2)式で計算できる。
U1:材料速度(被圧延材の通板速度)[mpm]
U2:WR速度(ワークロール周速度)[mpm]
σ0:材料降伏応力[kgf/mm2]
Ld:接触弧長(ワークロールと被圧延材との接触投影長さ)[mm]
R’:WR(ワークロール)扁平半径[mm]
η0:常温・常圧での粘度[Pa・s]
α1:圧力粘度係数[1/GPa]
β:温度粘度係数[1/℃]
Tm:クーラント温度[℃]
T0:周囲の温度(=40℃)
C:第1のエマルション圧延油11の濃度[質量%]
d:第1のエマルション圧延油11の平均粒径[μm]
Ftrap:第1のエマルション圧延油11のトラップ率(=0.3)
H1:予め設定した係数
Q:第2のエマルション圧延油13の供給流量[L/min]
である。
そして、隣接する圧延スタンドでの摩擦係数を用いて、(3)〜(5)式から隣接スタンドでの合成粗さ、すなわち隣接スタンド圧延後の鋼板1表面粗さσを推定することが出来る。μbはバウデン試験によって求めることが出来る。μLは定数で与えても良いが、一般的にμbの1/10程度である。
μb:境界潤滑部の摩擦係数
μL:流体潤滑部の摩擦係数
α:接触率
である。
図3は仕上げ厚0.2mmの硬質ブリキ材を圧延速度2000mpmで圧延した場合のチャタリング発生分布を示したグラフである。上流側圧延スタンドでの摩擦係数と最終圧延スタンドでの摩擦係数差の絶対値が0.01より大きい圧延条件でチャタリングが発生しやすいことがわかる。
h1 *:最終圧延スタンド♯5STDでの油膜厚[μm]
r:最終圧延スタンド♯5STDでの圧下率
R1,R2:最終圧延スタンド♯5STDでのWR(ワークロール)摩耗係数
WRton:最終圧延スタンド♯5STDでのWR(ワークロールでの)圧延量[ton]
なお、最終圧延スタンド♯5STDでの摩擦係数の予測は、上記計算方法に限定されない。例えば、圧延される材料の板厚や圧下率、クーラント供給量、エマルションの濃度や粒径、圧延長、圧延速度などの圧延条件を用いた重回帰分析によって摩擦係数モデル式を作成してもよい。
GFF:フィードフォワード制御の調整ゲイン
GFB:フィードバック制御の調整ゲイン
Kp:フィードバック制御の比例ゲイン
KI:フィードバックの積分ゲイン
S :積分時間
である。
ここで、潤滑不足が生じない軟質材を圧延材とした圧延や、低速圧延時、加減速部での圧延など、チャタリングが発生しにくいケースの場合は、上記フィードフォワード制御による圧延油の調整を行わなくとも良い。チャタリングが発生しやすい操業条件となった場合にのみ上記フィードフォワード制御あるいはさらにフィードバック制御を実施しても、同様の効果が得られる。
本実施形態では、最終圧延スタンド♯5STDに隣接する圧延スタンドにおける圧延実績と、当該隣接圧延スタンド♯4STD入側で供給された第2のエマルション圧延油の供給量とから、隣接する圧延スタンドでの摩擦係数と圧延後の鋼板1表面粗さとを逆算してそれぞれ推定する。さらに、予め設定された最終圧延スタンド♯5STD及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差の絶対値から最終圧延スタンド♯5STDでの目標摩擦係数を設定する。
図1に示す実施形態の全5圧延スタンドの冷間タンデム圧延機を用い、母材厚2.0mm、板幅850〜950mmの硬質ブリキ原板を圧延材として仕上げ厚0.180mmまで、目標速度を2200m/minとして圧延した。圧延油は合成エステル油をベースに植物油脂が添加された基油に対して、油性剤、酸化防止剤をそれぞれ1質量%ずつ添加し、また界面活性剤としてノニオン系界面活性剤を対油濃度で3質量%だけ添加したものを使用した。
本実施例2では(7)式の制御に基づくフィードフォワード制御及び最終圧延スタンド♯5STDでの摩擦係数μ5を用いたフィードバック制御を実施した以外は、実施例1と同一条件とした。
摩擦係数の算出に用いた圧延条件以外の係数は、下記の表1に示す数値を用いた。
〇・・・チャタリング発生なし
△・・・軽度のチャタリング発生
×・・・チャタリング発生
表2から分かるように、本実施例では、最終圧延スタンド♯5STDの摩擦係数を最終圧延スタンド♯5STDの上流側に設置した第2のエマルション圧延油供給工程の供給位置にて予め予測することで、隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差を即座に一定範囲に調整することができていており、特にフィードフォワード制御とフィードバック制御を併用し、かつ制御すべき摩擦係数の差を0.01以下とすることで、いずれの圧延速度においてもチャタリングの発生は見られなかった。
2 第1圧延油供給系統
3 潤滑用クーラントヘッダー
4 冷却用クーラントヘッダー
5 循環式圧延油供給タンク
6 ポンプ
7 圧延油供給ライン
8 回収オイルパン
9 戻り配管
10 攪拌機
11 第1のエマルション圧延油
12 第2圧延油供給系統
13 第2のエマルション圧延油
14 圧延油原油タンク
15 温水タンク
16 ポンプ
17 流量制御弁
18 エマルションタンク
19 攪拌機
20 供給ポンプ
21 供給ライン
22 流量制御弁
23 潤滑ノズルヘッダー
30 供給制御部
31 第1摩擦係数逆算部
32 圧延後表面粗さ推定部
33 目標摩擦係数設定部
34 供給流量制御部
35 第2摩擦係数逆算部
36 摩擦係数推定部
37 FB分演算部
Claims (4)
- 冷間タンデム圧延機の圧延スタンドに圧延油を供給する圧延油供給系統として、循環タンクに貯めた第1のエマルション圧延油を循環供給する第1圧延油供給系統と、上記第1のエマルション圧延油より高濃度の第2のエマルション圧延油を供給する第2圧延油供給系統と、を備え、
最終圧延スタンドの上流に位置する上流側圧延スタンドでの摩擦係数と当該上流側圧延スタンド入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給条件とから、最終圧延スタンド入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給条件を予測し、
その予測される第2のエマルション圧延油の供給条件から計算される最終圧延スタンドの摩擦係数が設定した目標摩擦係数となるように、上記最終圧延スタンド入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御し、
上記予測される第2のエマルション圧延油の供給条件は、上記上流側圧延スタンドでの圧延後の圧延材の表面粗さを変数として含み、
上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドでの摩擦係数に基づき設定され、
上記上流側圧延スタンドでの摩擦係数と、上記上流側圧延スタンド入側に供給される第2のエマルション圧延油の供給流量とから、上記上流側圧延スタンドでの圧延後の圧延材の表面粗さを推定し、
上記推定した圧延後の表面粗さから、上記最終圧延スタンドの摩擦係数を推定する
ことを特徴とする冷間圧延方法。 - 最終圧延スタンドに圧延材が噛み込むと、最終圧延スタンドでの摩擦係数を推定し、推定した最終圧延スタンドでの摩擦係数からフィードバック制御の制御量を求め、その求めたフィードバック制御の制御量で上記フィードフォワード制御の制御量を補正することを特徴とする請求項1に記載した冷間圧延方法。
- 上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドの摩擦係数と最終圧延スタンドの摩擦係数との摩擦係数差の絶対値が0以上、0.01以下となるように設定されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載した冷間圧延方法。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の冷間圧延方法により、金属板とする圧延材を冷間圧延して金属板を製造することを特徴とする金属板の製造方法。
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