JP3545541B2

JP3545541B2 - 板圧延における蛇行制御方法

Info

Publication number: JP3545541B2
Application number: JP19439696A
Authority: JP
Inventors: 健二山田; 茂小川; 篤石井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: JPH1034220A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板のタンデム圧延操業において、圧延時の圧延材料の安定した通板性を確保するための蛇行制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板材のタンデム圧延は、高精度な薄板を大量生産できるプロセスであり、タンデム圧延機列を構成する各圧延機間で圧延材に張力を作用させることができるため、非常に安定した圧延操業が可能である。圧延材に張力を作用させた場合、例えば、作業側と駆動側の圧下装置の設定値の差（以下では圧下レベリングと略称する）にある程度の最適値からの偏差が存在しても、それがそのまま左右の伸び率差になるのではなく、張力の再配分によって伸び率の左右差が抑制されるため、通板事故に直結することは少ない。しかしながら、圧延材の先端および後端については、前方あるいは後方張力を作用させることができないので、張力による上記安定化作用が半減し、通板事故を生じやすくなる。特に、後端通過時には尻絞りという通板事故が発生することが多く、蛇行制御あるいは尻絞り制御と呼ばれる圧下制御方法が従来から実施されている。
【０００３】
なお、以下の説明では多くの場合作業側、駆動側の事を「左、右」という表現で簡略表現する。したがって、例えば「圧下設定値の左右差」とは圧下設定値の作業側と駆動側間の差を意味する。また、本発明では圧延材がミルセンターから幅方向にずれて通過することを「蛇行」と呼ぶものとする。
【０００４】
尻絞りは、圧延材後端近傍における作業側と駆動側の伸び差率に起因する材料の蛇行が主原因と考えられており、尻絞りの現象が現れ始める時点、すなわち圧延材の後端が直前の圧延機から出た時点から、当該圧延機の圧下設定値の左右差の制御すなわちレベリング制御を実施するというのが従来の蛇行制御方法である。このときの検出端としては、当該圧延機の圧延荷重の左右差や蛇行センサーによる板のオフセンター量の検出信号などが用いられる。
【０００５】
例えば、特開昭５９−１９１５１０号公報には、圧延機入側の蛇行検出器によって圧延材の蛇行量を検出してレベリング制御を実施する技術が開示されている。この技術の場合も、蛇行量を検出してレベリング制御を実施する技術が開示されている。この技術の場合も、蛇行量そのものは、タンデム圧延中には、上述したように圧延材に作用する張力によって大きな変化を示すことがほとんどないため、実際に有意な圧下レベリング制御を実施できるのは、圧延材後端が直前の圧延機を出た時点以降になる。なお、圧延材の蛇行を検出する手段としては、上記特開昭５９−１９１５１０号公報に開示されているような蛇行センサー（幅方向通板位置測定装置）や当該圧延機の圧延荷重の左右差等が用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の蛇行制御方法は、圧延材後端が直前の圧延機から出た時点から制御が開始されるため、実質的な制御の動作時間が短く、尻絞り防止に間に合わない場合がある。また、当該圧延機の圧下レベリングに最適値からの偏差があった場合には、圧延材の後端が直前の圧延機を出た時点で、それまで作用していた後方張力がなくなり、張力の左右差による補償効果がなくなるため急激な蛇行が始まることになり、その現象が現れてから圧下レベリング制御を始めたのでは手遅れになる場合が多い。
【０００７】
本発明では、圧延材後端が直前の圧延機を出た時点から制御を開始するのではなく、圧延材後端に達する前の定常圧延状態で、タンデム圧延機列の各圧延機の圧下レベリングを最適な状態にしておく方法を提示する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、２台以上の圧延機と、各圧延機間のうち少なくとも一箇所の圧延機間に、該圧延機のロール軸線に平行なロール軸を有し圧延材と接触して回動自在に支持された張力測定用ロールを配設し、圧延材に作用する圧延方向張力によって前記張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の力を作業側・駆動側それぞれ独立に検出することができ、さらに、前記張力測定用ロールに圧延材から作用するロール軸方向の力を検出できる構造の測定装置と、圧延材の幅方向通板位置測定装置とが配備されたタンデム板圧延機の蛇行制御法において、前記幅方向通板位置測定装置の出力より、前記圧延機間の張力測定用ロールの位置における圧延材の幅方向通板位置を直接検出または推定し、これと前記張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の力の作業側と駆動側の検出値および前記張力測定用ロールに圧延材から作用するロール軸方向の力の検出値とから、前記張力測定用ロールの位置において圧延材に真に作用している張力の作業側と駆動側の差を演算し、該張力差が予め定められた許容範囲に入ることと、併せて前記張力測定用ロールに負荷されるロール軸方向の力が予め定められた許容範囲に入ることを目標として、各圧延機の作業側と駆動側の圧下設定値の差を制御することを特徴とする板圧延における蛇行制御方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
圧延材後端が直前の圧延機を出たことによって起きる最も大きな変化は、言うまでもなく後方張力がなくなることである。したがって、この時から急激な蛇行が始まるのであれば、それは当該圧延機の圧下レベリング最適値からずれていて、これを後方張力の左右差で補償していたものと推定される。このことから、圧延材後端に達する前の定常圧延状態の間に、各圧延機の入側および出側の圧延材に作用する張力の左右差をできるだけ零に近づけておくのが、尻絞り事故防止の決め手になるものと考えられる。このためには、各圧延機の入側および出側の圧延材に作用する張力の左右差を検出し、これを零に近づける操作を行えばよい。
【００１０】
図１には、本発明の蛇行制御方法の好ましい実施例のアルゴリズムを示している。図１のアルゴリズムは、例えば図２に示すように、スタンド間に張力測定用ロール２ａ〜２ｃと幅方向通板位置測定装置３ａ〜３ｃが配備されたようなタンデム圧延機設備列を対象とした蛇行制御法である。スタンド間に配備された幅方向通板位置測定装置３ａ〜３ｃの出力より、同じくスタンド間に配備された張力測定用ロール２ａ〜２ｃの位置における圧延材４の幅方向通板位置を直接検出または推定する。該張力測定用ロールは、左右独立な張力、ロール軸方向の力（以下スラスト力と称す）の測定が可能となるように構成されている。この左右の張力、スラスト力の測定値と上記圧延材の幅方向通板位置とから、圧延材に真に作用している張力の左右差を演算算出する。
【００１１】
今、任意のＮｏ．ｉ圧延機とＮｏ．ｉ＋１圧延機の間を考慮の対象とし、図４に示すようなルーパ方式張力測定装置を例としてさらに詳しく説明する。圧延材張力測定装置のロードセル荷重をルーパ角度を考慮して鉛直方向の荷重に換算して作業側と駆動側の差を抽出した値をＲ_ｄｆｉとするとき、Ｒ_ｄｆｉには圧延材に作用する張力差σ_ｄｆｉのみならず、張力測定用ロールに作用するスラスト力Ｓ_ｉ（駆動側から作業側に向かって圧延材から張力測定用ロールに作用した場合を正）、および圧延材の幅方向通板位置すなわち材料オフセンター量ｘ_ｃｉの影響も含まれ、次式のような関係式が成立する。
Ｒ_ｄｆｉ＝［｛ｂ^２／（６ａ_Ｌｉ）｝σ_ｄｆｉ＋（２／ａ_Ｌｉ）σ_ｉｂｘ_ｃｉ］
×（ｓｉｎθ_ｆｉ＋ｓｉｎθ_{ｂ（ｉ＋１）}）ｈ_ｉ＋（２／ａ_Ｌｉ）ｒ_ＬｉＳ_ｉ
（１）
ここで、ｂは圧延材の板幅、ａ_Ｌｉは張力測定用ロール支点間距離、σ_ｉは圧延材の単位断面積あたりの張力（以下ではユニット張力と称する）、θ_ｆｉおよびθ_{ｂ（ｉ＋１）}は張力測定用ロールを境にして第ｉ圧延機出側および第ｉ＋１圧延機入側の板面が水平面となす角度（図３参照）、ｈ_ｉは第ｉ圧延機出側の板厚、ｒ_Ｌｉは張力測定用ロール半径である。
【００１２】
式（１）より、Ｒ_ｄｆｉが測定されたとしても、張力測定用ロールに作用するスラスト力Ｓ_ｉおよびルーパ位置における材料オフセンター量ｘ_ｃｉが未知な場合、正確に圧延材に作用している張力を求めることは不可能なことがわかる。
【００１３】
一般に、ｘ_ｃｉは零となることを目標として圧延操業を実施するが、現実には１０〜２０ｍｍ程度の誤差は存在し、これが圧延材に作用している張力σ_ｄｆｉの推定精度に無視できない影響をおよぼす。また、図４は上流側圧延機のロール軸芯位置６と下流側圧延機のロール軸芯位置７との間に存在する圧延中の圧延材４の幅方向位置を見た平面図の模式図であるが、図に示すように、例えば、スタンド間の圧延材の幅方向通板位置が上流側と下流側とで逆方向にずれている場合、張力測定用ロールには圧延材からスラスト力が作用する。これは、圧延材４の速度ベクトル１３が、ロール軸に垂直な方向の成分の他に、僅かではあるがロール軸に平行な成分１５を有する一方、張力測定用ロールの周速ベクトル１４は常にロール軸に垂直な成分のみであるため、張力測定用ロールとの間に圧延材のロール軸方向速度成分１５に相当するすべり速度を生じ、すべり方向に発生する摩擦力として張力測定用ロールには圧延材からスラスト力が作用することになる。
【００１４】
例えば、ｘ_ｃｉ＝１０ｍｍ、ａ_Ｌｉ＝２０００ｍｍ、ｂ＝１０００ｍｍの場合、式（１）右辺の［］内の項の評価より、ｘ_ｃｉの影響を無視したままで張力差σ_ｄｆｉを推定した場合、ユニット張力σ_ｉの１２％の誤差を生じることになる。また、張力測定用ロールに作用するスラスト力Ｓ_ｉは、張力測定用ロールに作用する鉛直方向の合力に一般にスラスト係数といわれる定数を乗じた下式で評価されると考えられる。
Ｓ_ｉ＝γσ_ｉｂｈ_ｉ（ｓｉｎθ_ｆｉ＋ｓｉｎθ_{ｂ（ｉ＋１）}）（２）
ここで、γはスラスト係数である。式（２）を式（１）に代入、評価すると、上記条件に加え張力測定用ロール半径ｒ_Ｌｉを１５０ｍｍとした場合、スラスト係数が０．０５としても、スラスト力Ｓ_ｉを無視するとユニット張力σ_ｉの９％の誤差を生じることになる。
【００１５】
圧延材に作用する張力の左右差σ_ｄｆｉを零にするために圧下レベリング制御を実施した場合、材料オフセンター量ｘ_ｃｉおよびスラスト力Ｓ_ｉも変化するの普通であるが、この変化を一切検出することなく制御を実施したとすれば、上記の例に従う場合、この制御には目標値σ_ｄｆｉに対して約±０．１σ_ｉの本質的な誤差を含むことになり、尻絞り事故を撤廃できるような十分な蛇行制御を実施することは不可能である。通板事故を防止するために重要なのはＲ_ｄｆｉ＝０とすることではなくて、σ_ｄｆｉ＝０とすべきことは明らかであるからである。
【００１６】
以上説明してきたように、σ_ｄｆｉを正確に検出し、σ_ｄｆｉ＝０とするための制御を実施するためには、作業側・駆動側それぞれ独立に張力検出器を有する圧延材張力測定装置で該張力測定装置に負荷される荷重の左右差を検出するとともに、該張力測定装置の位置における圧延材の幅方向通板位置を直接検出または推定し、かつ該張力測定装置に作用するスラスト力をも検出することが必須要件となることが明らかである。
【００１７】
以上のようにして、圧延材に作用する張力の左右差が算出された後、この張力差が所定値になることを目標として、各圧延機の圧下レベリング制御を実施する。このときの所定の目標値としては、一般的には左右差零を目標とするが、操業実績の学習結果によって、零近傍の所定の目標値を設定して差し支えない。また、このような制御を実施しても、完全に目標値に一致することは稀であるので、目標値近傍に張力の左右差の許容範囲を設け、この許容値を超えた場合に圧下レベリング制御を実施するというのが現実的である。
【００１８】
次に、張力測定用ロールに作用するスラスト力を検出して、この軸方向力が所定の値になるように各圧延機の圧下レベリング制御を実施する。
スラスト力が生じる図４のような状態では、スタンド間の圧延材に作用する張力の主軸１２は、図に示すようにスタンド間の圧延材に対して斜め方向になるため、図４に示すように、張力測定用ロール位置における圧延材の張力分布１１が均一であっても、上流側圧延機位置の張力分布９および下流側圧延機位置の張力分布１０が図に示す方向に不均一となる。このような張力のアンバランスは、前記した張力測定用ロール２に負荷される鉛直方向荷重の測定からは検出不可能であり、張力測定用ロールに作用するスラスト力を検出して、これを零にするような圧下レベリング制御を同時に実施する本発明の方法によって初めて検出・制御可能となる。
【００１９】
ところで、張力測定用ロールに作用するスラスト力の目標値は基本的には零であるが、張力測定用ロール軸芯と圧延機のロール軸芯との平行度の誤差によっては、零近傍の所定の値を目標としたほうが安定する場合がある。また、このような制御を実施しても、完全に目標値に一致することは稀であるので、目標値近傍にスラスト力の許容範囲を設け、この許容値を超えた場合に圧下レベリング制御を実施するという方式を採用するのが好ましい。
【００２０】
また、図１のアルゴリズムでは、圧延材に作用する張力の左右差を所定値にする制御ループの外側に、張力測定用ロールに作用するスラスト力を所定値にするための制御ループを位置づけているが、制御方式としては、この逆でもよく、また、張力の左右差とスラスト力を同時に零にするような圧下レベリング操作を一気に実施してもよい。
【００２１】
【実施例】
図５に示すような７スタンドタンデムミルで、すべてのスタンド１ａ〜１ｇ間に作業側・駆動側それぞれ独立に張力検出器を有し鉛直方向荷重とロール軸方向荷重を検出することができる張力測定用ロール２ａ〜２ｆを有し、最下流圧延機より連続して４スタンド１ｄ〜１ｇの圧延機前面のスタンド間には、圧延材の幅方向通板位置を測定できる検出装置３ａ〜３ｄが配備されているタンデム圧延機群を用いて蛇行制御を実施した。
【００２２】
当初、張力測定用ロール鉛直方向荷重の測定値のみを用いて、材料オフセンター量を常に零と仮定して、圧延材に作用する張力差σ_ｄｆｉを推定し、σ_ｄｆｉ＝０を目標として圧下レベリング制御を実施したが、圧延材後端の通板状況は完全に安定するまでには至らなかった。
【００２３】
そこで、圧延材の幅方向通板位置測定装置３ａ〜３ｄの出力によって、張力測定用ロールの位置における材料オフセンター量の推算値を算出し、この値と張力測定用ロール鉛直方向および軸方向荷重から式（１）を用いて圧延材に作用する張力差σ_ｄｆｉを推定し、σ_ｄｆｉ＝０を目標として各圧延機の圧下レベリング制御を実施した。さらに、上記張力測定用ロールに作用するロール軸方向荷重の測定値が零になることを目標として同時に圧下レベリング制御を実施した結果、下流側圧延機を含めて圧延材後端の通板をほぼ完全に安定させることができた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の蛇行制御方法を用いることにより、定常圧延中にタンデム圧延機列の各圧延機の圧下レベリングを最適化することができ、その結果、圧延材後端圧延時を含めて通板時の事故はほとんど皆無の状態となり、作業率および歩留を大きく向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蛇行制御方法のアルゴリズムを示す図である。
【図２】本発明の前提となるタンデム板圧延機設備列の例を示す模式図である。
【図３】圧延機間の圧延材が水平面となす角を示すための側面図である。
【図４】任意のスタンド間において張力測定用ロールにロール軸方向荷重が発生するメカニズムを説明する平面図である。
【図５】本発明の実施例としたタンデム板圧延機設備列を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｇ圧延機
２ａ〜２ｆ圧延材張力測定装置
３ａ〜３ｄ幅方向通板位置測定装置
４圧延材
５圧延方向
６任意の圧延機間の上流側圧延機のロール軸芯位置
７任意の圧延機間の下流側圧延機のロール軸芯位置
８任意の圧延機間の張力測定用ロールの軸芯位置
９上流側圧延機位置の張力分布
１０下流側圧延機位置の張力分布
１１張力測定用ロール位置における張力分布
１２圧延機間の圧延材に作用する張力の主軸
１３張力測定用ロール位置における圧延材の速度ベクトル
１４張力測定用ロールの周速ベクトル
１５圧延材のロール軸方向速度成分

Claims

２台以上の圧延機と、各圧延機間のうち少なくとも一箇所の圧延機間に、該圧延機のロール軸線に平行なロール軸を有し圧延材と接触して回動自在に支持された張力測定用ロールを配設し、圧延材に作用する圧延方向張力によって前記張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の力を作業側・駆動側それぞれ独立に検出することができ、さらに、前記張力測定用ロールに圧延材から作用するロール軸方向の力を検出できる構造の測定装置と、圧延材の幅方向通板位置測定装置とが配備されたタンデム板圧延機の蛇行制御法において、前記幅方向通板位置測定装置の出力より、前記圧延機間の張力測定用ロールの位置における圧延材の幅方向通板位置を直接検出または推定し、これと前記張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の力の作業側と駆動側の検出値および前記張力測定用ロールに圧延材から作用するロール軸方向の力の検出値とから、前記張力測定用ロールの位置において圧延材に真に作用している張力の作業側と駆動側の差を演算し、該張力差が予め定められた許容範囲に入ることと、併せて前記張力測定用ロールに負荷されるロール軸方向の力が予め定められた許容範囲に入ることを目標として、各圧延機の作業側と駆動側の圧下設定値の差を制御することを特徴とする板圧延における蛇行制御方法。