JP6311627B2 - 圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法に関する。

一般に、熱間圧延ラインでは、被圧延材の幅方向の温度偏差や板厚偏差、圧延ロールの幅方向の開度の不均等等の種々の要因によって、被圧延材の水平方向の曲がり、いわゆるキャンバーが発生する。また、幅プレス装置を有する熱間圧延ラインでは、圧延だけでなく、幅圧下によっても被圧延材の幅方向の温度偏差に起因してキャンバーが発生する。被圧延材のキャンバー量が大きい場合、圧延ロールやサイドガイド等の設備が損傷する可能性がある。一方、被圧延材のキャンバー量が小さい場合には、製品の歩留まりや品質が低下する可能性がある。

被圧延材の幅方向の温度偏差は、主に加熱炉から被圧延材を抽出するために抽出扉を開閉した際の外気冷却の影響によって発生する。また、被圧延材の幅方向の温度には、加熱炉内において隣接する被圧延材との間隔、被圧延材の寸法、被圧延材の加熱炉在炉時間等が複雑に影響するため、被圧延材を幅方向に全く均一に加熱することは困難である。このような背景から、特許文献１〜３には、被圧延材にキャンバーが発生することを抑制する方法が提案されている。詳しくは、特許文献１には、圧延開始前における被圧延材の幅方向の温度偏差を測定し、測定された温度偏差に基づいて圧延機のレベリング設定を行う方法が提案されている。また、特許文献２には、可逆式の圧延機の片側にキャンバー計を配置し、キャンバー計によって測定されたキャンバー量に基づいて次圧延パスにおける圧延機のレベリング設定を行う方法が提案されている。また、特許文献３には、測定されたキャンバー量から被圧延材の幅方向の温度偏差を算出し、予め定めた被圧延材の幅方向の温度偏差とレベリング量との関係から圧延機のレベリング設定を行う方法が提案されている。

特開昭６０−１３３９０４号公報 特許第３５８４６６１号公報 特開２０１０−２２１２３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、圧延開始前における被圧延材の幅方向の温度偏差に起因する幅方向の変形抵抗の差を考慮して圧延機のレベリング設定を行っているのみであり、圧延開始前の被圧延材がキャンバーを有している場合には適用できない。また、特許文献２に記載の方法は、最初の圧延パスには適用することができない。また、被圧延材の幅方向の温度偏差を考慮していないためにキャンバー防止には不十分である。さらに、特許文献３に記載の方法は、幅プレス装置において発生するキャンバーを考慮していないために、圧延機の前方に幅プレス装置を有する熱間圧延ラインには適用できない。

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、圧延開始前の被圧延材がキャンバーを有している場合や圧延機の前方に幅プレス装置が設けられている場合であっても、レベリング量を適正に設定して被圧延材にキャンバーが発生することを抑制可能な圧延機の制御方法、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る圧延機の制御方法は、加熱された被圧延材を幅プレス装置で幅圧下した後に圧延機で圧延する際の圧延機の制御方法であって、前記被圧延材の幅方向の温度偏差、幅圧下前の被圧延材の幅、及び被圧延材の幅圧下量に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御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、被圧延材の幅方向の温度偏差をΔＴ、幅圧下前の被圧延材の幅をＷ、被圧延材の幅圧下量をΔＷとしたとき、前記圧延機のレベリング量ΔＳを以下に示す数式（１）を用いて算出するステップを含むことを特徴とする。

ここで、数式（１）中のパラメータα，βはチューニング率を表している。

本発明に係る圧延機の制御装置は、加熱された被圧延材を幅プレス装置で幅圧下した後に圧延機で圧延する際の圧延機の制御装置であって、前記被圧延材の幅方向の温度偏差、幅圧下前の被圧延材の幅、及び被圧延材の幅圧下量に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋼板の製造方法は、加熱された被圧延材を幅プレス装置で幅圧下した後に圧延機で圧延することにより鋼板を製造する鋼板の製造方法であって、前記被圧延材の幅方向の温度偏差、幅圧下前の被圧延材の幅、及び被圧延材の幅圧下量に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御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、圧延機の制御装置、及び鋼板の製造方法によれば、圧延開始前の被圧延材がキャンバーを有している場合や圧延機の前方に幅プレス装置が設けられている場合であっても被圧延材にキャンバーが発生することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置の構成を示す模式図である。 図３は、レベリング設定量の定義を説明するための模式図である。 図４は、キャンバー量の定義を説明するための模式図である。 図５は、本発明例及び従来例におけるキャンバー量を示す図である。 図６は、本発明例及び従来例におけるキャンバー量を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置について説明する。

〔熱間圧延ラインの構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置が適用される熱間圧延ライン１は、被圧延材Ｓの搬送方向上流側から順に、加熱炉２、幅プレス装置３、粗圧延機４、仕上圧延機５、ランアウトテーブル６、水冷装置７、及びコイラー８を備えている。

この熱間圧延ライン１では、始めに、加熱炉２において加熱された被圧延材Ｓは、幅プレス装置３で幅圧下された後、通常２〜５基程度の粗圧延機４によって所定の厚みまで圧延される。次に、粗圧延機４で圧延された被圧延材Ｓは、仕上圧延機５でさらに薄く圧延された後、ランアウトテーブル６を通過している時に水冷装置７によって水冷され、コイラー８によってコイル状に巻き取られる。そして、コイル状の被圧延材Ｓは、コイルヤードにおいて常温になるまで冷却される。

このような熱間圧延ライン１では、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差や板厚偏差、圧延ロールの幅方向の開度の不均等等の種々の要因によって、被圧延材Ｓの水平方向の曲がり、いわゆるキャンバーが発生する。被圧延材Ｓのキャンバー量が大きい場合、圧延ロールやサイドガイド等の設備が損傷する可能性がある。また、粗圧延で生じたキャンバー量が大きい場合には、仕上圧延機５において被圧延材Ｓの尾端部が尻抜けする際に、被圧延材Ｓがサイドガイドに衝突してエッジ部が折れ込んだ状態で圧延される、いわゆる「絞り込み」と呼ばれる圧延トラブルが発生することがある。

粗圧延機４においてキャンバーが発生する要因は、主に被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差及びレベリング設定不良である。被圧延材Ｓの幅方向温度の高温側における変形抵抗は低温側における変形抵抗と比較して小さい。このため、粗圧延中に被圧延材Ｓの幅方向に圧延荷重分布が生じ、高温側のロールギャップが小さくなり、圧下量が大きくなることによって、キャンバーが発生する。

一般に、粗圧延機４の入側において被圧延材Ｓの幅方向の板厚偏差やキャンバーが無い場合、被圧延材Ｓの幅方向温度の高温側がより伸ばされるため、被圧延材Ｓは幅方向温度の低温側に曲がる。また、幅プレス装置３においても、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差に起因してキャンバーが発生する。詳しくは、幅方向温度の高温側は変形抵抗が小さいため、低温側に比べ幅圧下量が大きくなり、結果として長手方向の伸びに違いが生じる。そして、粗圧延時と同様に、幅方向温度の高温側が伸ばされるため、被圧延材Ｓは低温側に曲がる。

本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねてきた結果、幅方向の温度偏差が大きく、幅圧下量が大きいほど、幅プレス装置３において発生するキャンバー量が大きいことを知見した。また、本発明の発明者らは、幅圧下前の被圧延材Ｓの幅が小さいほど、幅プレス装置３において発生するキャンバー量が大きいことを知見した。本発明の発明者らは、これは、幅方向の温度偏差が同じであっても被圧延材Ｓの幅が小さいほど、単位幅あたりの温度偏差が大きくなり、単位幅あたりのキャンバー量が大きくなるためであると考えた。

一般に、幅プレス装置３の金型は左右対称に駆動されるため、幅方向に温度偏差があったとしても幅プレス装置３においてキャンバーが発生することを完全に防止することは困難である。そこで、本発明の発明者らは、幅圧下後の粗圧延工程においてキャンバーを修正することによってキャンバーが発生することを抑制することを想倒した。すなわち、従来までは、幅圧下によって発生するキャンバーを考慮せずにその後の粗圧延工程のレベリング量を設定していたため、キャンバー制御が不十分であった。これに対して、本発明では、幅圧下によって発生するキャンバーと幅方向の温度偏差とを同時に考慮して粗圧延工程のレベリング量を設定する。

〔制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、上記技術思想に基づき想倒された、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置の構成について説明する。

図２は、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置の構成を示す模式図である。図２に示すように、本発明の一実施形態である圧延機の制御装置１０は、温度計１１、レベリング量設定部１２、及び圧下制御部１３を備えている。

温度計１１は、加熱炉２と幅プレス装置３との間における熱間圧延ラインに設けられ、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差ΔＴを測定する。温度計１１は、測定された被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差ΔＴを示す電気信号をレベリング量設定部１２に出力する。なお、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差ΔＴは、幅プレス装置３の上流側で測定することが望ましく、幅方向両端部の表面温度差として定義すればよい。

また、幅方向端部の温度が正確に測定できない場合は、幅方向端部から例えば１００ｍｍ内側の温度を代用しても構わない。温度計１１としては、例えばサーモビュア等の放射温度計が利用可能であるが、本発明は測定方法に限定されるものではない。また言うまでも無く、連続鋳造機から加熱炉２を経由せずに圧延する直送圧延の場合でも、被圧延材Ｓの温度を測定することで本発明が適用可能である。

レベリング量設定部１２は、温度計１１から出力された被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差ΔＴと幅プレス装置３から取得した幅圧下を行う被圧延材Ｓの幅Ｗ及び幅圧下量ΔＷとを以下に示す数式（１）に代入することによって、粗圧延機４のレベリング設定量（ロール圧下位置差）ΔＳを算出する。レベリング量設定部１２は、算出された粗圧延機４のレベリング設定量ΔＳを示す電気信号を圧下制御部１３に出力する。

ここで、数式（１）中のパラメータα，βはチューニング率を表している。チューニング率αは、圧延荷重や圧下率及び圧延回数に応じて決定できる。チューニング率βは、幅プレス装置３における幅方向の温度偏差に起因するキャンバーの発生しやすさを示す指標であり、幅プレス装置３の出側におけるサイドガイドの開度や上下拘束ロールの圧下力に応じて決定できる。

また、レベリング設定量ΔＳとは、図３に示すように、粗圧延機４を構成する圧延ロール４ａの駆動側及び作業側の圧下位置差を意味する。また、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差ΔＴ及び粗圧延機４のレベリング設定量ΔＳは共に駆動側又は作業側の一方の値から他方の値を引いた差として定義する。なお、駆動側とは、ロール駆動用モータが取り付けられている圧延ロールの幅方向端部側を意味し、作業側とは、駆動側の反対側の圧延ロールの幅方向端部側を意味する。

圧下制御部１３は、レベリング量設定部１２から出力されたレベリング設定量ΔＳに従って粗圧延機４の駆動側及び作業側の圧下位置を制御する。被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差ΔＴが大きく、幅圧下量ΔＷが大きく、また被圧延材Ｓの幅Ｗが小さいほど、幅圧下によって発生するキャンバー量は大きくなるため、粗圧延でキャンバーを修正するためには、粗圧延機４のレベリング量を大きく設定する必要がある。レベリング設定量ΔＳは、被圧延材Ｓの幅方向温度の高温側の圧延ロール開度を広げることによって、幅圧下によって発生したキャンバーの矯正と幅方向の温度偏差に起因する粗圧延によるキャンバーの発生を抑制する。また、幅プレス装置３で幅圧下しない被圧延材Ｓについても、幅圧下量ΔＷを０として被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差のみを考慮することによって粗圧延によるキャンバーの発生を抑制できる。

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圧延機の制御装置１０は、被圧延材Ｓの幅方向の温度偏差ΔＴ、幅圧下前の被圧延材Ｓの幅Ｗ、及び被圧延材Ｓの幅圧下量ΔＷに基づいて粗圧延機４のレベリング設定量ΔＳを算出し、算出されたレベリング設定量ΔＳに基づいて粗圧延機４を制御するので、圧延開始前の被圧延材Ｓがキャンバーを有している場合や粗圧延機４の前方に幅プレス装置３が設けられている場合であっても被圧延材Ｓにキャンバーが発生することを抑制できる。

〔実施例１〕
本実施例では、長さ７０００〜１００００ｍｍ、厚み２５０ｍｍ、幅８００〜１５００ｍｍの軟鋼の１２３１本の被圧延材を加熱炉で１２００〜１２５０℃まで加熱し、幅プレス装置により幅圧下した後に粗圧延を行った。幅圧下量は０〜３００ｍｍ、粗圧延での圧下量は最初のパスで３０〜４０ｍｍであった。粗圧延機として、ワークロール径１５００ｍｍの２段圧延機を用いた。

粗圧延１パス後のキャンバー量を粗圧延機出側に仮設したキャンバー計で測定した。キャンバー量は、ＣＣＤカメラと画像処理とにより長手方向の曲がりとして測定した。すなわち、図４に示すように、キャンバー量ΔＣは、被圧延材Ｓの幅方向端部における幅方向中心位置を結ぶ直線Ｌ１に対する長手方向の幅方向中心位置の偏差として定義した。また、本発明例では、チューニング率α，βの値をそれぞれ０．０１，０．５として、数式（１）を用いて粗圧延機のレベリング量を制御した。これに対して、従来例では、ほぼ同一寸法の被圧延材に対して、数式（１）中のチューニング率βの値を０．０とすることにより、幅圧下によるキャンバーを考慮せずにレベリング量を制御した。さらに、粗圧延機のレベリング量を一定に保持して圧延し、その場合のキャンバー量のばらつきも確認した。

図５に粗圧延１パス後のキャンバー量を示す。図５（ｂ）に示すように、従来例ではキャンバー量が１０５ｍｍを超えると通板トラブルが発生した。これに対して、本発明例では、キャンバー量を１００ｍｍ以内に制御できた。また、本発明例におけるキャンバー量の標準偏差（σ）は３８ｍｍであったのに対して、従来例におけるキャンバー量の標準偏差（σ）は６２ｍｍであり、本発明例によってキャンバー量のばらつきを約３９％低減できることが確認された。なお、粗圧延機のレベリング量を一定とした場合はキャンバー量の標準偏差は９２ｍｍであった。

〔実施例２〕
本実施例では、長さ７０００〜１００００ｍｍ、厚み２７５ｍｍ、幅８００〜１４００ｍｍの軟鋼の１２３１本の被圧延材を加熱炉で１２００〜１２５０℃まで加熱し、幅プレス装置により幅圧下した後に粗圧延を行った。粗圧延機として、ワークロール径１５００ｍｍの可逆式２段圧延機を用いた。そして、１基目の粗圧延機では３パス圧延を行い、３パス終了後のキャンバー量を測定した。

本発明例では、チューニング率α，βの値をそれぞれ０．００５，０．５として、数式（１）を用いて粗圧延機のレベリング量を制御した。これに対して、従来例では、ほぼ同一寸法の被圧延材に対して、数式（１）中のチューニング率βの値を０．０とすることにより、幅圧下によるキャンバーを考慮せずに粗圧延機のレベリング量を制御した。さらに、粗圧延機のレベリング量を一定に保持して圧延し、その場合のキャンバー量のばらつきを確認した。図６に粗圧延３パス後のキャンバー量を示す。図６に示すように、本発明例におけるキャンバー量の標準偏差（σ）は４２ｍｍであったの対して、従来例におけるキャンバー量の標準偏差（σ）は６５ｍｍであり、本発明例によってキャンバー量のばらつきを約３５％低減できることが確認された。

以上、本発明者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。

１ 熱間圧延ライン
２ 加熱炉
３ 幅プレス装置
４ 粗圧延機
５ 仕上圧延機
６ ランアウトテーブル
７ 水冷装置
８ コイラー
１０ 制御装置
１１ 温度計
１２ レベリング量設定部
１３ 圧下制御部
Ｓ 被圧延材

Claims (4)

1. 加熱された被圧延材を幅プレス装置で幅圧下した後に圧延機で圧延する際の圧延機の制御方法であって、
   幅圧下前の被圧延材の幅方向の温度偏差が大きく、幅圧下前の被圧延材の幅が小さく、被圧延材の幅圧下量が大きくなるほど、前記圧延機のレベリング量が大きくなるように、幅圧下前の被圧延材の幅方向の温度偏差、幅圧下前の被圧延材の幅、及び被圧延材の幅圧下量に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御ステップを含むことを特徴とする圧延機の制御方法。
2. 前記制御ステップは、幅圧下前の被圧延材の幅方向の温度偏差をΔＴ、幅圧下前の被圧延材の幅をＷ、被圧延材の幅圧下量をΔＷとしたとき、前記圧延機のレベリング量ΔＳを以下に示す数式（１）を用いて算出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。
   

   

   ここで、数式（１）中のパラメータα，βはチューニング率を表している。
3. 加熱された被圧延材を幅プレス装置で幅圧下した後に圧延機で圧延する際の圧延機の制御装置であって、
   幅圧下前の被圧延材の幅方向の温度偏差が大きく、幅圧下前の被圧延材の幅が小さく、被圧延材の幅圧下量が大きくなるほど、前記圧延機のレベリング量が大きくなるように、幅圧下前の被圧延材の幅方向の温度偏差、幅圧下前の被圧延材の幅、及び被圧延材の幅圧下量に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御手段を備えることを特徴とする圧延機の制御装置。
4. 加熱された被圧延材を幅プレス装置で幅圧下した後に圧延機で圧延することにより鋼板を製造する鋼板の製造方法であって、
   幅圧下前の被圧延材の幅方向の温度偏差が大きく、幅圧下前の被圧延材の幅が小さく、被圧延材の幅圧下量が大きくなるほど、前記圧延機のレベリング量が大きくなるように、幅圧下前の被圧延材の幅方向の温度偏差、幅圧下前の被圧延材の幅、及び被圧延材の幅圧下量に基づいて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機を制御する制御ステップを含むことを特徴とする鋼板の製造方法。

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