JP4986463B2 - 冷間圧延における形状制御方法 - Google Patents
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Description
そこで、高速応答性で形状制御するため、圧延荷重の変動が圧延材の形状変化に影響を及ぼしているとの前提に立って、板形状の直接測定に代えて圧延荷重を測定し、圧延荷重の測定値に基づいて各形状制御手段の制御量を補正する種々の方式が提案されている(例えば、特許文献1,2,3参照)。これらの方式も、圧延形状を圧延荷重の関数で表した圧延形状予測式に基づいて形状制御している。そして、圧延形状予測式では板幅方向の1ヶ所の形状のみで圧延形状を評価している。そのため、圧延荷重が大きく変動する場合、板幅全体にわたって良好な形状を得がたい。
そこで本発明者等は、素材クラウンと圧延前形状の両方の影響を取り込んだ数式モデルを用いてプリセット制御及び圧延中の形状制御を行うことにより、圧延開始時よりコイル全長にわたって良好な形状をもつ鋼帯を製造する方法を開発し、特許文献5で紹介した。
そこで、本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、広範囲な圧延条件に対応した適正なワ−クロ−ルクラウン量を算出し、ワ−クロ−ルに付与することにより、形状制御手段の能力不足を補い、形状精度に優れた圧延材を高生産性で製造できる制御方法を提供することを目的とする。
また、連続的に測定した圧延荷重の実測値,素材クラウン量と圧延前素材の伸び率差の実測値及びワ−クロ−ルクラウン量を数式モデルに代入し、伸び率差が目標値に一致するように形状制御手段の制御量を算出し、補正するとき、圧延中の形状制御も可能となる。
その結果、板端から距離が異なる複数の箇所について板幅中央に対する伸び率差がそれぞれワ−クロ−ルクラウン量と比例関係にあることに着目し、伸び率の差にワ−クロ−ルクラウン量が与える影響を取り込んだ数式モデルを使用すると、広範囲な圧延条件に対応した適正なクラウン量をワ−クロ−ルに付与することが可能となり、良好な形状をもつ圧延材が製造されることを見出した。
以下、4段圧延機を対象に本発明の形状制御方法について説明するが、6段以上の多段圧延機に対しても同様に本発明が適用されることは勿論である。
具体的には、板端部及びクォータ部の板幅中央に対する伸び率差εe,εqで圧延形状を定義する。伸び率差εe,εqは板端部の伸び率をele,クォータ部の伸び率をelq,板幅中央の伸び率をelcとするとき、それぞれ式(1)及び(2)で表される。
εe=ele−elc (1)
εq=elq−elc (2)
ε0e=el0e−el0c (3)
ε0q=el0q−el0c (4)
なお、板端部及びクォータ部の測定位置については、形状を適切に表し、且つ精度の良い数式モデルが得られるように経験的に定められる。
そこで、圧延荷重,形状制御手段の制御量,素材クラウン量,圧延前素材の伸び率差及びワ−クロ−ルクラウン量が圧延形状に及ぼす定量的な影響を検討した。
ワークロールベンダーも圧延荷重と同様にロール撓みを変化させて圧延形状を変化させるものであり、図2に示すようにワークロールベンダー力Bと伸び率差εe,εqとの間も線形関係にある。
素材クラウン量は板端部と板幅中央の板厚差で定義した。図3に示すように素材クラウン量Crと伸び率差εe,εqとの間も線形関係にある。
図4,5に示すように圧延前素材の伸び率差ε0e,ε0qと圧延後の伸び率差εe,εqとの間も線形関係にある。
ワ−クロ−ルクラウン量はワ−クロ−ル端とワ−クロ−ル中央との直径差で定義した。図6に示すようにワ−クロ−ルクラウン量Wrと伸び率差εe,εqとの間も線形関係にある。
εe=ae・P+be・B+ce+de・Cr+ee・ε0e+fe・Wr (5)
εq=aq・P+bq・B+cq+dq・Cr+eq・ε0q+fq・Wr (6)
影響係数ae,be,ce,de,ee,fe,aq,bq,cq,dq,eq,fqは、板幅,板厚及び材質等の製造品種によって定まる定数であり、実験又はロールの弾性変形解析と素材の塑性変形解析とを連成させた解析モデルによるシミュレーションからそれぞれ求められる。各影響係数は、板幅,板厚,材質等の各区分毎にテーブル設定し、或いは板幅,板厚,材質等の関数として数式化される。
また、圧延前素材の伸び率差が良好な場合や、圧下率が大きく圧延前素材の伸び率差が残存しにくい場合には、圧延前素材の伸び率差の形状に及ぼす影響は小さい。この場合には、式(5),(6)において圧延前素材の伸び率差ε0e,ε0qをゼロとして圧延前素材の伸び率差の影響項を無視することも可能である。
J=we(εe−εe 0)2+wq(εq−εq 0)2 (7)
式中、we,wqは、重み係数を示す。
形状検出器が設置されている圧延機では、本発明による方法によりワ−クロ−ルベンダ−力を初期設定した後、形状検出器で得られた圧延材の形状測定結果に基づいて圧延中にも形状制御できる。形状検出器を備えていない圧延機では、圧延荷重Pを連続的に測定し、圧延荷重Pの実測値と素材クラウンCrの実測値,圧延前素材の伸び率差ε0e,ε0qの実測値及び付与したワ−クロ−ルクラウン量Wrから、式(7)で示す評価関数Jが最小となるようにワークロールベンダー力Bを算出し、補正する。
εe=ae・P+be・B+ce+de・Cr+ee・ε0e+fe・Wr+ge・I (8)
εq=aq・P+bq・B+cq+dq・Cr+eq・ε0q+fq・Wr+gq・I (9)
ここで、Iは中間ロ−ルベンダ−力、ge,gqは影響係数である。
図7に示す4段圧延機を用いた冷間圧延に本発明を適用した例を説明する。4段圧延機1は、ワークロールベンダー2を形状制御手段として備えている。また、上位コンピュータ3には予め板厚,板幅及び材質のテーブル区分毎の圧延荷重,素材クラウン量,圧延前素材の伸び率差の予測範囲における最大値と最小値及び形状制御手段の仕様範囲における最大値と最小値が入力されている。プロセスコンピュータ4では板幅,板厚及び材質の区分毎に予め算出した影響係数を取り込んでおり、式(5),(6),(7)に基づいて全ての板厚,板幅及び材質のテーブル区分を通じて最も耳伸び側の形状になりやすい条件と最も中伸び側の形状になりやすい条件でワ−クロ−ルクラウン量を算出し、その平均値45μmを適正なワ−クロ−ルクラウン量Wrとしてワ−クロ−ル5に付与した。
比較のため、前記特許文献5で紹介した方法によりプリセット制御し、圧延開始後は形状検出器6の出力値に基づいて制御しながらスキンパス圧延した。
ワークロールベンダー2を形状制御手段として備え、形状検出器のない4段圧延機1を用い、径680mmのワークロールにより板幅1020mm,板厚2.0mmで素材クラウン量が30μm、急峻度が1.5%の耳伸び形状の熱延鋼板を伸び率2.0%でスキンパス圧延した。
図9に示す4段圧延機を用いた冷間圧延に本発明を適用した例を説明する。
4段圧延機1は、ワークロールベンダー2を形状制御手段として備えている。また、上位コンピュータ3には予め板厚,板幅及び材質のテーブル区分毎の圧延荷重,素材クラウン量,圧延前素材の伸び率差の予測範囲における最大値と最小値及び形状制御手段の仕様範囲における最大値と最小値が入力されている。プロセスコンピュータ4では板幅,板厚及び材質の区分毎に予め算出した影響係数を取り込んでおり、式(5),(6),(7)に基づいて全ての板厚,板幅及び材質のテーブル区分を通じて最も耳伸び側の形状になりやすい条件と最も中伸び側の形状になりやすい条件でワ−クロ−ルクラウン量を算出し、その平均値40μmを適正なワ−クロ−ルクラウン量Wrとして径680mmのワ−クロ−ル5に付与した。そして、板幅1020mm,板厚2.0mmで素材クラウン量が30μm、急峻度が1.5%の耳伸び形状の熱延鋼板を伸び率2.0%でスキンパス圧延した。
3:上位コンピュータ 4:プロセスコンピュータ
5:ワ−クロ−ル 6:形状検出器
7:荷重計
Claims (3)
- 圧延荷重,形状制御手段の制御量,素材クラウン量,圧延前素材の伸び率差及びワ−クロ−ルクラウン量を変数とし、板端から距離が異なる複数の箇所について板幅中央に対する伸び率差を表す数式モデルを予め作成し、板厚,板幅及び材質のテーブル区分毎に圧延荷重,素材クラウン量,圧延前素材の伸び率差の予測範囲における最大値と最小値及び形状制御手段の仕様範囲における最大値と最小値を前記数式モデルに代入し、圧延荷重,素材クラウン量,圧延前素材の伸び率差の予測範囲において形状制御手段の仕様範囲内で目標の伸び率差が得られるように、適正なワ−クロ−ルクラウン量を算出し、ワ−クロ−ルに付与することを特徴とする冷間圧延における形状制御方法。
- 請求項1記載のクラウン量を付与したワ−クロ−ルを用いて圧延する際に、圧延荷重の予測値,素材クラウン量と圧延前素材の伸び率差の実測値及びワ−クロ−ルクラウン量を請求項1記載の数式モデルに代入し、伸び率差が目標値に一致するように形状制御手段の制御量を算出し、設定することを特徴とする冷間圧延における形状制御方法。
- 請求項1記載のクラウン量を付与したワ−クロ−ルを用いて圧延する際に、連続的に測定した圧延荷重の実測値,素材クラウン量と圧延前素材の伸び率差の実測値及びワ−クロ−ルクラウン量を請求項1記載の数式モデルに代入し、伸び率差が目標値に一致するように形状制御手段の制御量を算出し、補正することを特徴とする冷間圧延における形状制御方法。
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