JP3584858B2 - 鋼板の板幅制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粗圧延材を加熱装置にて昇温してから仕上圧延する熱延鋼板の圧延設備において鋼板を圧延する際の板幅制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱延鋼板の圧延設備において、粗圧延機で圧延された鋼板の板幅を目標値に制御する板幅制御方法として、特開平１０−１６６０１８号公報に開示された方法や、特開平９−１５５４２２号公報に開示された方法が知られている。
【０００３】
前記特開平１０−１６６０１８号公報に開示された方法では、仕上圧延機入側の竪型圧延機のロール開度を操作することによって板幅を制御する。前記特開平９−１５５４２２号公報に開示された方法では、仕上圧延機のスタンド間張力を操作することによって板幅を制御する。これらの方法には、粗圧延材の板幅を測定しておき、仕上圧延機出側で目標幅に一致するように張力や竪型圧延機のロール開度を操作するフィードフォワード制御方式と、仕上圧延機出側で板幅を測定して目標幅からの偏差を修正するように張力や竪型圧延機のロール開度を操作するフィードバック制御方式がある。
【０００４】
一方、粗圧延機と仕上圧延機の間に通電加熱装置や誘導加熱装置などの加熱装置を設け、粗圧延された粗圧延材を昇温してから仕上圧延する技術が開発されている。この技術を用いると、仕上圧延機の負荷が軽減されて製造可能範囲拡大することができるという効果や、鋼板の圧延方向の温度変動に起因する板厚変動が抑制されるという効果がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
加熱装置のない場合を前提とした従来の板幅制御方法をそのまま加熱装置のある圧延設備に適用すると、板幅制御精度が悪化する場合がある。
【０００６】
これは、加熱装置による粗圧延材の温度上昇とそれに伴う変形抵抗の減少が板幅制御に与える影響を考慮していないためである。板幅制御精度を悪化させないためには、（１） 加熱による熱膨張作用によって板幅が広がること、（２）仕上スタンド間での鋼板の変形抵抗が減少し、仕上スタンド間の幅減少量が増大すること、（３）竪型圧延機によって板幅を制る場合は、幅制御効果が増大すること、を考慮して板幅制御する必要がある。特に（３）の板幅制御効果に関しては、圧延によって３次元的に変形しやすい幅端部の温度が大きな影響を与える。
【０００７】
本発明の課題は、粗圧延機と仕上圧延機の間に加熱装置を備えた熱延鋼板の圧延設備において、制御精度の高い鋼板の板幅制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は各種のシミュレーションおよび実験により、下記の知見を得た。
【０００９】
（ａ） 従来技術では、仕上圧延機前の温度計で鋼板温度を測定し、これに基づいて竪型圧延機の幅圧下または仕上スタンド間の張力変更によって板幅制御を行っている。板幅制御に必要なパラメータである変形抵抗は鋼板の平均温度に基づいて計算するが、この平均温度は仕上圧延機前の表面温度測定値から厚さ方向および幅方向の特定の温度分布パターンを前提として推定している。この温度分布パターンは、加熱装置のない場合の粗圧延機〜仕上圧延機の間の放熱・冷却を前提としたものである。
【００１０】
（ｂ）粗圧延材の加熱装置を設置する場合、通常誘導加熱方式が用いられる。粗圧延材を誘導加熱すると、表面ほど温度上昇が大きい。すなわち、粗圧延材の厚さ方向および幅方向の温度分布パターンは従来技術が前提としていたものとは異なる。従って、粗圧延材の表面温度を測定して、仕上圧延機入側の竪型圧延機による幅圧下に用いる材料温度の推定は、従来とは異なった手法を用いる必要がある。
【００１１】
表面温度測定値から粗圧延材の平均温度または温度分布を求める場合の測定位置は、加熱装置の入側、出側いずれでもよい。加熱装置入側で測定する場合、加熱装置での昇温過程を想定して温度分布等を推定する。加熱装置出側で測定する場合は加熱後の表面温度を測定することになるが、やはり加熱装置での昇温過程を推定して温度分布等を推定する。
【００１２】
上記の知見に基づいて完成した本発明の要旨は以下の通りである。
【００１３】
（１） 粗圧延機にて圧延された粗圧延材を加熱装置にて昇温した後に竪型圧延機で幅方向に圧下し、ついで仕上圧延機にて連続仕上圧延をする圧延設備を用い、竪型圧延機のロール開度を変更することによって板幅を制御する鋼板の板幅制御方法であって、加熱装置出側の粗圧延材の温度測定値に基づいて推定した竪型圧延機で幅圧下されるときの粗圧延材温度の推定値、または加熱装置入側の粗圧延材の温度測定値をもとに加熱装置による昇温を考慮して推定した竪型圧延機で幅圧下されるときの粗圧延材温度の推定値に基づいて、竪型圧延機のロール開度を決定することを特徴とする鋼板の板幅制御方法。
【００１４】
（２） 竪型圧延機で幅圧下されるときの粗圧延材温度の推定値が、幅方向の温度分布を含む推定値であることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の板幅制御方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。
【００１８】
粗圧延機１０で粗圧延された粗圧延材は、加熱装置２０で昇温された後に、竪型圧延機３０にて幅方向に圧下され、引き続いて仕上圧延機３１〜３７にて圧延される。これらの圧延設備の圧延速度や鋼板の搬送速度は、圧延ライン速度設定装置７０によって制御されており、その速度情報は温度推定装置６０、板幅制御装置８０に逐次与えられる。粗圧延機１０と加熱装置２０の間には粗圧延材の温度を測定する温度計４０が設置されており、測定された粗圧延材温度は温度推定装置６０と板幅制御装置８０と温度制御装置１００に与えられる。また、粗圧延機１０と加熱装置２０の間には粗圧延後の板幅を測定する板幅計５０が設置されており、測定された板幅は板幅制御装置８０に与えられる。温度制御装置１００は、温度計４０から与えられた粗圧延材温度測定値をもとに必要な粗圧延材昇温量を求め、加熱装置２０を操作することによって粗圧延材を昇温するとともに、求められた粗圧延材昇温量を温度推定装置６０に与えるように構成されている。温度推定装置６０では、温度計４０から与えられた粗圧延材温度測定値と温度制御装置１００から与えられた粗圧延材昇温量と圧延ライン速度設定装置７０から与えられた圧延速度および搬送速度とから、竪型圧延機３０、仕上圧延機３１〜３７で圧延される際の圧延材温度を推定する。
【００１９】
板幅制御装置８０は、板幅計５０から与えられた板幅測定値と温度計４０から与えられた粗圧延材温度と温度推定装置６０から与えられた圧延材の温度推定値とをもとに加熱装置２０による圧延材の熱膨張を計算して竪型圧延機３０の入側板幅を予測する。
【００２０】
さらに、板幅制御装置８０は、温度推定装置６０から与えられた圧延材の温度推定値と圧延ライン速度設定装置７０から与えられる圧延速度情報とをもとに、竪型圧延機３０の板幅制御効果、仕上圧延機３１〜３７での板幅変化を考慮して、仕上圧延後の板幅が目標値になるような竪型圧延機３０のロール開度を求め、竪型圧延機３０のロール開度を変更しながら圧延することによって圧延材の板幅が制御されるように構成されている。
【００２１】
以上の圧延設備における本発明の板幅制御方法の制御動作を説明する。粗圧延機に圧延された粗圧延材が温度計４０を通過する際に、粗圧延材の圧延方向の温度分布Ｔ_Ｒ（ｘ）が測定され、温度推定装置６０と板幅制御装置８０と温度制御装置１００に与えられる。また粗圧延材が板幅計５０を通過する際には、粗圧延材の圧延方向の板幅分布Ｗ_Ｒ（ｘ）が測定され板幅制御装置８０に与えられる。
【００２２】
温度制御装置１００は粗圧延材温度Ｔ_Ｒ（ｘ）と目標温度Ｔ_ＡＩＭ（ｘ） と加熱装置の仕様から決まる最大昇温量Ｔ_ＭＡＸ より必要昇温量を、
ΔＴ_ＵＰ（ｘ）＝ ｍｉｎ｛Ｔ_ＡＩＭ（ｘ）−Ｔ_Ｒ（ｘ），Ｔ_ＭＡＸ ｝ （１）
として計算し、温度推定装置６０に与えるとともに、加熱装置２０を操作して粗圧延材温度を制御する。
【００２３】
温度推定装置６０は、まず、圧延ライン速度設定装置７０から与えられた搬送速度から、加熱装置２０から竪型圧延機３０までの圧延材の搬送時間を計算し、これをもとに加熱装置２０から竪型圧延機３０までの圧延材の温度変化ΔＴ_ＢＥ（ｘ）を求め、竪型圧延機３０を通過する際の圧延材の温度を、
Ｔ_Ｅ（ｘ）＝Ｔ_Ｒ（ｘ）＋ΔＴ_ＵＰ （ｘ）＋ΔＴ_ＢＥ（ｘ） （２）
として求め、板幅制御装置８０に与える。
【００２４】
次いで、温度推定装置６０は、圧延ライン速度設定装置７０から与えられた圧延速度から、仕上圧延機３１〜３７の各スタンド間の温度降下と圧延による加工発熱を考慮して、仕上圧延機３１〜３７の各スタンド間を通過する際の圧延材の温度Ｔ_ｉ（ｘ）（ｉ＝１〜６）を計算し、板幅制御装置８０に与える。
【００２５】
板幅制御装置８０は、まず、板幅測定値Ｗ_Ｒ（ｘ）と粗圧延材温度測定値Ｔ_Ｒ（ｘ）と竪型圧延機での圧延材の温度Ｔ_Ｅ（ｘ）から、圧延材の熱膨張を考慮し、竪型圧延機３０の入側板幅を、
Ｗ_Ｅ（ｘ）＝（１＋α）×｛Ｔ_Ｅ（ｘ）−Ｔ_Ｒ（ｘ）｝×Ｗ_Ｒ（ｘ） （３）
で求める。ここでαは圧延材の線膨張係数である。
【００２６】
次いで、板幅制御装置８０は、圧延ライン速度設定装置７０から与えられる圧延速度情報をもとに、仕上圧延機３１〜３７の各スタンド間を通過するのに必要な時間ｔ_ｉ（ｉ＝１〜６）を計算し、仕上圧延機３１〜３７の各スタンド間での幅減少量を、
ΔＷ_ｉ（ｘ）＝Ｗ_ＡＩＭ［ｅｘｐ｛−Ａ（Ｔ_ｉ（ｘ））・σ_ｉ ^{Ｂ（Ｔｉ（ｘ））}−Ｃ（Ｔ_ｉ（ｘ））・σ_ｉ ^{ｍ（Ｔｉ（ｘ））}・ｔ_ｉ ^{ｎ（Ｔｉ（ｘ））}｝−１］ （４）
により求める。ここでＷ_ＡＩＭ は仕上圧延後の目標板幅であり、Ａ（Ｔ_ｉ）、Ｂ（Ｔ_ｉ）、Ｃ（Ｔ_ｉ）、ｍ（Ｔ_ｉ）、ｎ（Ｔ_ｉ）は圧延材の温度Ｔ_ｉ の関数である。
【００２７】
板幅制御装置８０は、（５）、（６）式により、竪型圧延機３０の幅方向圧下によって板幅がＷ_E（ｘ）から△Ｗ_E（ｘ）減少し、その後、仕上圧延のスタンド間張力によって△Ｗ_i（ｘ）だけ板幅が減少した後の板幅（仕上圧延後）を算出し、これが目標幅Ｗ_AIM になるように竪型圧延機を制御する。すなわち、
Ｗ_E（ｘ）−△Ｗ_E（ｘ）−Σ△Ｗ_i（ｘ）＝Ｗ_AIM （５）
△Ｗ_E（ｘ）＝η（ｘ）・｛Ｗ_E（ｘ）−Ｓ（ｘ）} （６）
を満足するようなロール開度Ｓ（ｘ）を求め、竪型圧延機３０のロール開度を操作しながら圧延することにより仕上圧延後の板幅が目標値Ｗ_AIMになるように制御する。ここでη（ｘ）は温度Ｔ_Eの関数であり、幅調整効率と呼ばれる量である。
【００２８】
上記の説明中、温度計４０にて測定するのは圧延材の幅方向中央部の温度であるのが一般的であるが、竪型圧延機３０による板幅減少量ΔＷ_Ｅ（ｘ）、および仕上圧延による幅減少量ΔＷ_ｉ（ｘ）は幅方向端部の温度の影響が大きいので、Ｔ_Ｅ（ｘ）、Ｔ_ｉ（ｘ）の幅方向分布を考慮することで制御精度が向上する。
【００２９】
図２は、仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。図１とは板幅計５０の位置が竪型圧延機３０の入側になっている点が異なっている。図２の構成では竪型圧延機入側幅Ｗ_Ｅ（ｘ）を直接測定できるため、加熱装置２０によって昇温することによる熱膨張幅変化を板幅制御装置８０で予測する必要がない。その他の制御動作は図１の構成の場合と同じである。
【００３０】
図３は、仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。図１および２とは温度計４０の位置が竪型圧延機３０の入側になっている点が異なっている。
【００３１】
図３の構成では竪型圧延機４０で幅圧下される際の圧延材の温度Ｔ_Ｅ（ｘ）を直接測定するため、加熱装置２０によって昇温することを温度推定装置６０で考慮する必要がない。
【００３２】
温度制御装置１００は温度計の測定温度に基づいて昇温量を決定するのではなく、予め定められた昇温量ΔＴ_ＵＰ’ だけ加熱装置２０に与えて粗圧延材を加熱し、昇温量ΔＴ_ＵＰ’ は板幅制御装置８０に与える。板幅制御装置８０では、圧延材の熱膨張を考慮した竪型圧延機３０の入側板幅を、
Ｗ_Ｅ（ｘ）＝（１＋α）×（ΔＴ_ＵＰ’（ｘ）＋ΔＴ_ＢＥ（ｘ））×Ｗ_Ｒ（ｘ） （７）
にて計算する。その他の制御動作は図１の構成の場合と同じである。
【００３３】
図４は、仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。図１および図３とは板幅計５０が竪型圧延機３０の入側に配置されている点が異なっており、図１および図２とは温度計４０が竪型圧延機３０の入側に配置されている点が異なっている。
【００３４】
図４の構成において、竪型圧延機入側幅Ｗ_Ｅ（ｘ）を直接測定するため、加熱装置２０によって昇温することによる熱膨張幅変化を板幅制御装置８０で予測する必要がない。また、竪型圧延機４０で幅圧下される際の圧延材の温度Ｔ_Ｅ（ｘ）を直接測定するため、加熱装置２０によって昇温することを温度推定装置６０で予測する必要がない。
【００３５】
温度制御装置１００は温度計の測定温度に基づいて昇温量を決定するのではなく、予め定められた昇温量だけ加熱装置２０に与えて粗圧延材を加熱する。その他の制御動作は図１の構成の場合と同じである。
【００３６】
図５は、仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。図１〜４とは板幅計５０の位置が仕上圧延機３７の出側になっている点が異なる。
【００３７】
図５の構成において、板幅制御装置８０は、板幅計５０で測定された仕上圧延後の板幅Ｗ_Ｆ（ｘ）と目標幅Ｗ_ＡＩＭ の差に基き、竪型圧延機３０のロール開度を、
ΔＳ＝−｛１／η（ｘ）｝ ・｛Ｗ_Ｆ（ｘ）−Ｗ_ＡＩＭ｝ （８）
だけ変更することにより板幅を制御する。この制御には、周知の比例積分制御を用いてもよい。幅調整効率ηを求める手順は図１の構成の場合と同じである。
【００３８】
図６は、仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。図５とは温度計４０の位置が竪型圧延機３０の入側になっている点が異なっている。
【００３９】
図６の構成では、竪型圧延機３０で幅圧下される際の圧延材の温度Ｔ_Ｅ（ｘ）を直接測定して板幅制御装置８０に与える。板幅制御装置８０は測定された温度Ｔ_Ｅ（ｘ）に基づき幅調整効率η（ｘ） を求める。
【００４０】
温度制御装置１００は温度計４０の測定温度に基づいて昇温量を決定するのではなく、予め定められた昇温量だけ加熱装置２０に与えて粗圧延材を加熱する。その他の制御動作は図５の構成の場合と同じである。
【００６５】
【実施例】
図１に示す圧延設備構成を用いて、低炭素鋼をシミュレーション実験を行った。粗圧延機出側の圧延方向の平均温度は９５０℃とし、加熱装置によって１０５０℃に昇温した後、仕上圧延をした。粗圧延後の板幅の目標値は１２３０ｍｍ、仕上圧延後の板幅の目標値は１２１８ｍｍである。
【００６６】
図７は、実験結果を示すグラフであり、同図（ａ）は温度計４０で測定した粗圧延材温度、同図（ｂ）は板幅計５０で測定した粗圧延材の板幅偏差、同図（ｃ）は竪型圧延機のロール開度、同図（ｄ）は仕上圧延後の板幅偏差である。
【００６７】
図７（ａ）の粗圧延材温度をもとに加熱装置２０での昇温を考慮し、図７（ｂ）の粗圧延後の板幅偏差を修正すべく、図７（ｃ）の実線で示すように竪型圧延機のロール開度を変更しながら圧延することにより、図７（ｄ）に示すように、仕上圧延後の板幅偏差は小さく、良好な制御結果が得られた。
【００６８】
加熱装置２０での昇温を考慮しない場合の圧延中の竪型圧延機開度の時間変化を板幅制御装置８０でシミュレーションしたところ、図７（ｃ）の破線で示されるロール開度であった。
【００６９】
本発明方法である図７（ｃ）の実線に比べて、常に竪型圧延機のロール開度が狭く、また、圧延方向位置に応じたロール開度変更量も大きくなっている。これは加熱装置での圧延材の昇温を考慮しなかったために竪型圧延機で圧延するときの圧延材の温度を低く推定し、竪型圧延機の板幅制御効果を過小評価したことが主要因である。したがって、図７（（ｃ）の破線で示される開度では、仕上圧延後の板幅偏差は圧延方向全長にわたって負となり、しかも圧延方向の板幅変動は図７（ｄ）で示した本発明結果よりも大きくなることは明らかである。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の鋼板の板幅制御方法により、加熱装置を備えた熱間圧延機において、加熱装置による鋼板の温度条件変化に起因する、熱膨張による幅拡がり、仕上圧延中の板幅の減少や竪型圧延機のロール開度操作による板幅制御効果に与える影響を考慮することができ、板幅精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。
【図２】仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。
【図３】仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。
【図４】仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。
【図５】仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。
【図６】仕上圧延機入側に竪型圧延機を有する圧延設備における、本発明の鋼板の板幅制御方法の構成例を示す概要図である。
【図７】本発明の板幅制御方法を適用した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：粗圧延機 ２０：加熱装置
３０：竪型圧延機 ３１〜３７：仕上圧延機
４０：温度計 ５０：板幅計
６０：温度推定装置
７０：圧延ライン速度設定装置
８０：板幅制御装置 １００：温度制御装置

Claims (2)

1. 粗圧延機にて圧延された粗圧延材を加熱装置にて昇温した後に竪型圧延機で幅方向に圧下し、ついで仕上圧延機にて連続仕上圧延をする圧延設備を用い、竪型圧延機のロール開度を変更することによって板幅を制御する鋼板の板幅制御方法であって、加熱装置出側の粗圧延材の温度測定値に基づいて推定した竪型圧延機で幅圧下されるときの粗圧延材温度の推定値、または加熱装置入側の粗圧延材の温度測定値をもとに加熱装置による昇温を考慮して推定した竪型圧延機で幅圧下されるときの粗圧延材温度の推定値に基づいて、竪型圧延機のロール開度を決定することを特徴とする鋼板の板幅制御方法。
2. 竪型圧延機で幅圧下されるときの粗圧延材温度の推定値が、幅方向の温度分布を含む推定値であることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の板幅制御方法。

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