JP2009208151A - 金属板材の圧延方法及び圧延装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来より安定して蛇行やキャンバーのない金属板材を製造する連続スタンドの圧延機における圧延方法及び圧延装置を提供すること。
【解決手段】 少なくとも作業ロールと補強ロールとを有する金属板材の圧延機を用いて行う金属板材の圧延方法において、前記作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向力を測定し、被圧延材の前記圧延機の中心からのずれ量を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定し、被圧延材の張力を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定し、作業側及び駆動側の前記圧延方向力、前記ずれ量並びに前記張力に基づいて左右非対称成分制御量を求め、当該制御量に基づいて前記圧延機のロール開度の左右非対称成分を制御することを特徴とする、金属板材の圧延方法及びその圧延装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属板材の圧延方法及び圧延装置に関し、特に、蛇行及びキャンバーのない、あるいは極めて蛇行及びキャンバーの軽微な金属板材を、従来より安定して製造することのできる、金属板材の圧延方法及び圧延装置に関する。

金属板材の圧延操業における重要課題の一つに、圧延材の伸び率を作業側と駆動側とで等しくすることがある。なお、以下の説明では、表記を簡単にするため作業側と駆動側のことを左右と称することにする。伸び差が左右不均等になった場合、キャンバーや板厚ウェッジという圧延材の平面形状及び寸法精度不良を生ずるばかりではなく、蛇行や尻絞りという通板トラブルを生じることがある。

左右の伸び率を均等にするための操作手段としては、圧延機の圧下位置の左右非対称成分の解消、すなわち圧下レベリング操作が用いられる。通常、圧下レベリングの操作は、圧延前の設定、圧延中の操作ともに、オペレータが圧延操業を注意深く観察しながら操作している場合がほとんどであるが、上述したキャンバーや板厚ウェッジの品質不良や通板トラブルを十分に制御できているとは言えない。

上記問題に対して、下記特許文献１には、圧延機のロードセル荷重の左右差の和に対する比に基づいて圧下レベリング制御を実施する技術が開示されている。

また、下記特許文献２には、圧延機入側の圧延材のずれ量（以下、蛇行量またはオフセンター量ともいう）を直接検出することにより、圧下レベリングを操作する技術が開示されている。

また、下記特許文献３には、特に圧延機の変形特性の左右非対称性を同定するため、圧下装置を操作してキスロール締め込みを実施し、作業側及び駆動側の圧下位置と圧延荷重測定用ロードセルの出力を、複数の圧下位置条件に対して測定し、各圧下位置条件に対応するロール系の変形を計算して分離し、その結果として求められる圧延機ハウジング及び圧下系の変形特性の左右非対称性を同定し、このようにして得られた圧延機の変形特性を利用して、最適な圧下レベリング設定を実施する技術が開示されている。ここで、キスロール締め込みとは、圧延材の存在しない状態で、上下作業ロールを互いに接触させて、ロール間に負荷を与えることを意味している。また、圧延機の変形特性とは、上記に示す通り圧延機ハウジング及び圧下系の変形特性のことであり、一般的にミルストレッチと呼ばれるものであることを意味している。

また、下記特許文献４には、キスロール締め込みによる圧下零点調整及び圧延機の変形特性の左右非対称性を抽出する際に、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力を測定しロール間スラスト力による外乱を分離し得られた圧下装置の零点と圧延機の変形特性に基づき、最適な圧下レベリング設定及び制御を実施する技術が開示されている。ここでスラスト反力とは、各ロール胴部の接触面において主としてロール間の微小なクロス角の存在によって発生するスラスト力の各ロールに関する合力に抗して、当該ロールを定位置に保持するための反力である。

しかしながら、上記の特許文献１、特許文献２で例示した圧延材の伸び率の左右差を零にするための技術は、何れも制御手段としては圧下レベリングを最適化することを目標としているが、何れの技術も、圧延材の伸び率に左右差を生じ、これが圧延材の蛇行やキャンバーとして検出されてからアクションを起こすフィードバック方式の制御技術である。このような方式の制御の場合、圧延材の伸び率に左右差を生じてから、これが蛇行やキャンバーとして検出されるまでには有意な時間遅れが存在し、そのためこれらフィードバック方式の制御のみで蛇行やキャンバーの問題を完全に解決するまでには至っていない。

上記の特許文献３、特許文献４の技術は、上記フィードバック方式の技術とは異なり、圧延機の変形特性の左右非対称性を正確に把握し、さらには圧延材の寸法や変形抵抗のような変形特性の左右非対称性をも正確に把握した上で、圧延開始前の圧下設定値を最適に設定して、圧延材頭部の圧延開始時点から蛇行やキャンバーを発生させない操業を実現することを目的としていた。

しかしながら、特許文献３に開示されている技術を実施したところ、圧延機によっては、同定された圧延機ハウジング及び圧下系の変形特性に十分な再現性が見られない場合があり、この場合は、圧下位置の設定値を必ずしも最適化することができず、その結果として、蛇行やキャンバーの発生を十分に防止できていなかった。この原因は、ロール間スラスト力による外乱がロードセル荷重の左右差に含まれてしまったため、圧延機の変形特性の左右非対称性の同定結果に大きな誤差が含まれた可能性があると考えられる。

このようなロール間スラスト力の影響を排除できる技術として上述した特許文献４に開示されている技術がある。この技術は、ロール間スラスト力の影響を考慮し圧下零点調整及び圧延機の変形特性の左右非対称性を抽出しているため、圧下装置の零点と圧延機の変形特性を再現性良く求めることができる。しかしながら、上記の技術は、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下双方の補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力の測定が必須となるため、これらすべての値を測定できる測定装置が備わっていない圧延機では適用し難いという問題があった。

以上のような技術の問題点を解決できる可能性のある技術として、下記特許文献５に記載の、作業ロールロールチョックに作用する圧延方向力の作業側と駆動側との差異（以下、圧延方向力左右差ともいう）に基づく蛇行及びキャンバー制御の技術が開示されている。この技術は、蛇行やキャンバーの原因となる伸び率の左右差に起因して材料に作用するモーメントを作業ロールチョックに作用する圧延方向力の左右差として直接検出し、圧下レベリング制御するもので、外乱の影響を受けずかつ時間遅れなく測定、制御が実現できる。
特公昭５８−５１７７１号公報 特開昭５９−１９１５１０号公報 特許第２６０４５２８号公報 特許第３４９９１０７号公報 国際公開ＷＯ２００４−０８２８６０号公報

本発明者らは単スタンドの圧延機には適用可能な特許文献５において開示された発明の方法を、冷間タンデム圧延機や熱間圧延の仕上げ圧延機のような連続スタンドの圧延機に適用できないかどうか検討した。

連続スタンドをシミュレートする圧延実験機を用いて、同一寸法のスラブ試験材を、同一温度、同一圧下率、同一圧延速度で数条件圧延したところ、正確に蛇行及びキャンバー制御ができたものとできなかったものとが見られた。すなわち、何らかの外乱によって、特許文献５として挙げた従来技術は、単スタンドの圧延機には適用可能であっても、連続スタンドにはそのままの適用が困難であることがわかった。

そこで、本発明は、以上の蛇行及びキャンバー制御に関する従来技術の問題点を有利に解決して、蛇行及びキャンバーのない、あるいは極めて蛇行及びキャンバーの軽微な金属板材を安定して製造することのできる、連続スタンドにおける金属板材の圧延方法及び圧延装置を提供することを目的とするものである。

発明者らは、鋭意研究の末に、上記懸念を解決する手段として以下のような知見を得た。

まず、連続スタンドの圧延機を用いて、張力を付与し、制御を開始する時点の被圧延材のずれ量が生じないように正確に幅方向に圧延した場合、その後の圧延においてもある程度正確に蛇行及びキャンバー制御ができた。しかし、制御を開始する時点で被圧延材に中心からのずれ量が生じてしまっていると、うまく蛇行キャンバー制御をすることができなかった。

次に、張力がかからないように連続して圧延した場合、中心からのずれ量が生じていても従来技術のように蛇行及びキャンバー制御を行うことができた。

これらの実験を含め、上記蛇行及びキャンバー制御における圧延方向力の差異すなわち圧延方向力左右差への外乱の影響を徹底的に調査、分析した結果、圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で被圧延材に張力が作用している場合、蛇行及びキャンバー起因以外で生じると考えられる圧延方向力左右差は被圧延材のずれ量と張力の作用によって生じるモーメントに応じて変化することが明らかになった。

すなわち、連続スタンドの圧延機のような入側と出側の双方またはどちらか一方で張力が作用しているような圧延に適用した場合、被圧延材の中心からのずれ量と張力の作用によってモーメントが生じ、これらが蛇行やキャンバーの原因となる伸び率の左右差に起因して発生している圧延方向力左右差の外乱となるため、正確な蛇行及びキャンバー制御ができなかったと考えられる。

したがって、圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方に張力が作用している場合は、圧延方向力左右差の測定に加え、被圧延材のずれ量と張力の値を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定し、これの測定値から被圧延材に作用するずれ量と張力によるモーメントの影響を演算し、この演算値に基づいて圧延方向力左右差を補正することによって上記外乱の影響を排除し、従来に比べて高精度な蛇行及びキャンバー制御が実施できることを知見した。

本発明は上記の知見を基になされたものであって、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）少なくとも作業ロールと補強ロールとを有する金属板材の圧延機を用いて行う金属板材の圧延方法において、前記作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向力を測定し、被圧延材の前記圧延機の中心からのずれ量を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定し、被圧延材の張力を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定し、作業側及び駆動側の前記圧延方向力、前記ずれ量並びに前記張力に基づいて左右非対称成分制御量を求め、当該制御量に基づいて前記圧延機のロール開度の左右非対称成分を制御することを特徴とする、金属板材の圧延方法。
（２）前記左右非対称成分制御量を求める際に、圧延方向力の作業側と駆動側との差分（以下、差異という）を演算し、前記ずれ量及び前記張力によって当該差異を補正し、この補正した差異が通常は零である制御目標値になるように前記左右非対称成分制御量を求めることを特徴とする、前記（１）に記載の金属板材の圧延方法。
（３）前記圧延方向力の作業側と駆動側との差異を補正する際に、前記ずれ量と前記張力に基づいてモーメントを求め、当該モーメントに基づいて前記差異を補正することを特徴とする、前記（２）に記載の金属板材の圧延方法。
（４）前記補強ロールを基準として作業ロールを圧延入側または圧延出側にオフセットさせることを特徴とする、前記（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の金属板材の圧延方法。
（５）前記被圧延材の作業側と駆動側の板厚を前記圧延機の入側と出側の双方または出側で測定し、該板厚及び前記補正した圧延方向力の差異に基づいて前記制御目標値を学習することを特徴とする、前記（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の金属板材の圧延方法。
（６）少なくとも作業ロールと補強ロールとを備えた金属板材の圧延機を有する圧延装置において、前記作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向力を測定する検出装置である、該ロールチョックの圧延方向の入側と出側の双方またはどちらか一方に設けられた荷重検出装置と、被圧延材の前記圧延機の中心からのずれ量を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定するずれ量検出装置と、被圧延材の張力を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定する張力検出装置と、該荷重検出装置による作業側及び駆動側の圧延方向力の測定値、該ずれ量並びに該張力に基づいて前記圧延機のロール開度の左右非対称成分制御量を演算する演算装置と、該ロール開度の左右非対称成分制御量の演算値に基づいて前記圧延機のロール開度を制御する制御装置を有することを特徴とする、金属板材の圧延装置。
（７）前記左右非対称成分制御量を演算する演算装置は、ロールチョックに作用する作業側と駆動側の圧延方向力の差異を演算する演算装置と、前記ずれ量及び前記張力に基づいて当該差異を補正する補正装置、この補正した差異が通常は零である制御目標値になるように前記左右非対称成分制御量を求める演算装置であることを特徴とする、前記（６）に記載の金属板材の圧延装置。
（８）前記差異を補正する演算装置は前記ずれ量及び前記張力に基づいてモーメントを演算し、当該モーメントに基づいて前記差異を補正する演算装置であることを特徴とする、前記（７）に記載の金属板材の圧延装置。
（９）前記補強ロールを基準として作業ロールが圧延入側または圧延出側にオフセットしていることを特徴とする、前記（６）乃至（８）のいずれか一項に記載の金属板材の圧延装置。
（１０）前記被圧延材の作業側と駆動側の板厚を前記圧延機の入側と出側の双方または出側で測定する板厚測定装置と、該板厚及び前記補正した圧延方向力の差異に基づいて前記制御目標値を学習する演算装置とを有することを特徴とする、前記（６）乃至（９）のいずれか一項に記載の金属板材の圧延装置。

（１）〜（３）に記載の本発明の金属板材の圧延方法では、上記のような問題を解消するために、作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定し、被圧延材の前記圧延機の中心からのずれ量および及び張力を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定し、該圧延方向力の作業側と駆動側との差異すなわち圧延方向力左右差を演算し、該ずれ量及び該張力に基づき該圧延方向力左右差を補正し、この補正した圧延方向力左右差を通常は零である制御目標値になるように、すなわち、圧延方向力左右差と制御目標値の差が無くなるように、または、制御目標値が零の場合は小さくする方向に圧下レベリング制御を実施することでキャンバーを制御する方法を提案している。このように被圧延材のずれ量及び張力に基づいて圧延方向力左右差を補正することによって、張力が作用している場合においても、検出される圧延方向力左右差に与えるずれ量と張力の作用によって生じるモーメントの影響を排除し、蛇行及びキャンバーの発生に対応した正確な圧延方向力左右差の値を用いて制御することができるので従来に比べて高精度な蛇行及びキャンバー制御が実施することができる。
（４）に記載の本発明の金属板材の圧延方法では、（１）〜（３）のいずれかに記載の金属板材の圧延方法において、補強ロールを基準として作業ロールをオフセットさせる方法を提案している。この方法の場合、オフセットした側に作業ロールチョックが押さえられ、測定される圧延方向力左右差のバラツキも低減すると考えられるので、（１）〜（３）のいずれかに記載の金属板材の圧延方法をより安定に高精度に実施することができる。
（５）に記載の本発明の金属板材の圧延方法では、（１）〜（４）のいずれかに記載の金属板材の圧延方法において、被圧延材の圧延機の入側と出側の双方または出側で測定した板厚及びその左右差並びに、被圧延材のずれ量と張力に基づいて補正した圧延方向力左右差を用いて制御目標値を学習する方法を提案している。検出される圧延方向力左右差には、上述のようなずれ量と張力の作用によって生じるモーメントの影響以外に、経時的に変化するロール摩耗等よる外乱の影響が考えられる。そこで、（５）に記載の方法の場合、被圧延材のずれ量と張力起因のモーメントの影響を排除した上で、板厚の測定値及びその左右差に基づき、制御目標値を正しい値に修正、すなわち学習し、この学習した制御目標値を当該パス、次パスまたは次材の圧延に用いることで、ロールの摩耗等が起因で生じる経時的な外乱の影響を排除し、蛇行及びキャンバー発生の直接原因となる圧延による伸び歪の左右差に対応した正確な圧延方向力左右差の値を用いて制御することができるので従来に比べて高精度な蛇行及びキャンバー制御が実施することができる。

以上のように、（１）〜（５）に記載の本発明の金属板材の圧延方法では、被圧延材のずれ量及び張力に基づいて圧延方向力左右差を補正することによって、張力が作用している場合においても、検出される圧延方向力の左右差に与えるずれ量と張力の作用によって生じるモーメントの影響を排除でき、さらに、前記外乱の影響を排除した上で被圧延材の板厚に基づく制御目標値の学習が高精度にできるので、従来に比べて高精度な蛇行及びキャンバー制御が実施でき実質的に蛇行及びキャンバー発生のない、あるいは極めて蛇行及びキャンバーの軽微な圧延が実現可能となる。

次に、（１）〜（５）のいずれかに記載の本発明の金属板材の圧延方法を実施するための圧延装置に関する本発明の効果について説明する。
（６）〜（８）に記載の本発明の金属板材の圧延装置では、以下の機能を有する。
１）作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックの圧延方向の入側と出側の双方に荷重検出装置を備えられている場合は、入・出側双方の荷重測定値の方向性を考慮して合力を演算することで、入・出側何れの方向に力が作用していても作業側及び駆動側それぞれのロールチョックに作用する圧延方向力を求めることができる。
２）また、作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックの圧延方向の入側と出側のどちらか一方に荷重検出装置を備えられている場合は、該荷重検出装置を備えている側に補強ロールを基準として作業ロールをオフセットすることによって、オフセットした側の作業ロールチョックに常に圧延方向の力が作用するので、作業側及び駆動側それぞれのロールチョックに作用する圧延方向の力を求めることができる。
３）作業ロールチョックに作用する圧延方向力の作業側と駆動側の差異を演算する演算装置を備えられているので、作業側ロールチョックに作用する圧延方向力と駆動側ロールチョックに作用する圧延方向力の差異すなわち圧延方向力左右差を演算することができる。
４）被圧延材の前記圧延機の中心からのずれ量を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定するずれ量検出装置を備えているので、被圧延材の入側と出側の双方またはどちらか一方の該ずれ量を測定することができる。
５）被圧延材の張力を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定する張力検出装置を備えているので、被圧延材の入側と出側の双方またはどちらか一方の張力を測定することができる。
６）該圧延方向力左右差、該ずれ量及び該張力に基づき、該圧延方向力左右差を補正する演算装置を備えているので、張力が作用している場合においても、検出される圧延方向力左右差に与えるずれ量と張力の作用によって生じるモーメントの影響を排除し、蛇行及びキャンバーの発生に対応した正確な圧延方向力左右差の値を抽出することができる。
７）上記の補正によって外乱の影響を排除し圧延方向力左右差を求めることによって、蛇行及びキャンバーの原因となる圧延方向の伸び歪の左右差に起因して圧延材より作業ロールに作用するモーメントを従来より高精度に検出することができる。
８）補正した圧延方向力左右差に基づいて伸び歪を左右均等化するための圧延機のロール開度の左右非対称成分制御量を演算する演算装置と、該ロール開度の左右非対称成分制御量の演算値に基づいて該圧延機のロール開度を制御する制御装置が配備されているので、蛇行及びキャンバーの発生に対応した正確な圧延方向力左右差に基づく従来より高精度に蛇行及びキャンバー制御が実施できる。

結局、以上の機能によって、（１）〜（３）のいずれかに記載の金属板材の圧延方法を実施することが可能となり、張力が作用している場合においても、従来に比べて高精度な蛇行及びキャンバー制御が実施することができる。

（９）に記載の本発明の金属板材の圧延装置では、（６）〜（８）のいずれかに記載の圧延装置に加え、補強ロールを基準として作業ロールを入側または出側にオフセットさせる装置を備えているので、オフセットした側に作業ロールチョックが押さえられ、測定される圧延方向力左右差のバラツキが低減すると考えられるので、（４）に記載の金属板材の圧延方法をより安定に高精度に実施することができる。

（１０）に記載の本発明の金属板材の圧延装置では、（６）〜（９）のいずれかに記載の圧延装置に加え、被圧延材の作業側と駆動側の板厚を圧延機の入側と出側の双方または出側で測定する板厚測定装置と、該板厚及び前記補正した圧延方向力の差異に基づいて制御目標値を学習する演算装置とが備えられているので、ロールの摩耗等が起因で生じる経時的な外乱の影響を排除するための制御目標値の学習を行う、（５）に記載の金属板材の圧延方法を実施することができる。

以上のように、本発明の圧延方法及び圧延装置を用いることによって、従来に比べて高精度な蛇行及びキャンバー制御が実施することができるので、蛇行及びキャンバーのない、あるいは極めて蛇行及びキャンバーの軽微な金属板材を安定して製造することが可能となり、金属板材の圧延工程の生産性、歩留の大幅な向上が実現できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。

図１には、（１）〜（３）のいずれかに記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置、すなわち（６）〜（８）のいずれかに記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を示す。なお、図１は基本的に作業側の装置構成のみを図示しているが、駆動側にも同様の装置が存在する。圧延機の上作業ロール１に作用する圧延方向力は基本的には上作業ロールチョック５によって支持されるが、上作業ロールチョックには上作業ロールチョック出側荷重検出装置９と上作業ロール入側荷重検出装置１０が配備されており、上作業ロールチョックを圧延方向に固定しているプロジェクトブロック（図示せず）等の部材と上作業ロールチョックの間に作用する力を測定することができる。これらの荷重検出装置は一般に圧縮力を測定する構造とするのが装置構成を簡単にするため好ましい。上作業ロール圧延方向力演算装置１４では、上作業ロール出側荷重検出装置９と上作業ロール入側荷重検出装置１０による測定結果の差異を演算し上作業ロールチョック５に作用する圧延方向力を演算する。さらに下作業ロール２に作用する圧延方向力についても、下作業ロールチョック６の出側及び入側に配備された下作業ロール出側荷重検出装置１１及び下作業ロール入側荷重検出装置１２の測定値に基づき下作業ロール圧延方向力演算装置１５によって、下作業ロールチョック６に作用する圧延方向力を演算する。次に作業ロール圧延方向合力演算装置１６において、上作業ロール圧延方向力演算装置１４の演算結果と下作業ロール圧延方向力演算装置１５の演算結果の和をとり、上下作業ロールに作用する圧延方向合力を演算する。上記のような手続きは作業側のみならず駆動側も全く同じ装置構成で演算を実施し、その結果が駆動側の作業ロール圧延方向合力１７として得られる。そして作業側−駆動側圧延方向力差演算装置１８によって作業側の演算結果と駆動側の演算結果との差異が計算され、これによって作業ロールチョックに作用する圧延方向力の作業側と駆動側の差異すなわち圧延方向力左右差が計算されることになる。

圧延機の入側及び出側では、入側ずれ量検出装置２２及び出側ずれ量検出装置２３が備えられていて、被圧延材の入側及び出側の圧延機中心からのずれ量がそれぞれ圧延中に測定される。また、同様に、圧延機の入側及び出側では、入側張力検出装置２４及び出側張力測定装置２５が備えられていて、被圧延材の入側及び出側の張力が圧延中に測定される。

次に、圧延方向力差補正装置１９においては、該圧延方向力左右差、該ずれ量及び該張力に基づいて圧延方向力左右差に及ぼす蛇行及びキャンバー起因以外の外乱の影響、すなわち被圧延材のずれ量と張力によるモーメントの影響を排除するための該圧延方向力左右差の補正が行われる。以下では、その演算の原理について詳細に説明する。

図４は、圧延機の入側及び出側に張力が負荷されている時の作業ロールチョックに作用する圧延方向力左右差と張力分布による圧延機中心まわりのモーメントの関係を模式的に示した図である。被圧延材の伸び差が左右不均等になった場合、ロールバイト内の先進率及び後進率の左右差が生じ、圧延機の前方（出側）及び後方（入側）で張力の左右差が生じる。ここでは、これらの被圧延材に作用する前方及び後方の張力分布を、図５、図６に示すように直線で近似することにする。すなわち、被圧延材の作業側（WS）を正とする幅方向の座標をｘと定義し、単位断面積あたりの前方張力をｔ^ｆ、後方張力をｔ^ｂとすると式(1)、(2)で表される。

ここで、ｔ_c ^ｆ、ｔ_c ^ｂは前方、後方の板幅中央部の張力（単位断面積あたりの平均張力）、ｔ_df ^ｆ、ｔ_df ^ｂは前方、後方の板幅両端部の張力差、ｘ_c ^ｆ、ｘ_c ^ｂは前方、後方の被圧延材のずれ量すなわちオフセンター量、ｂは板幅である。

また、式(1)、(2)の張力分布による前方、後方の圧延機まわりのモーメントＭ^ｆ、Ｍ^ｂは式(3)、(4)で計算される。

ここで、ｈ_c ^ｆ、ｈ_c ^ｂは前方、後方の板幅中央部の被圧延材の板厚である。

また、作業ロールチョック位置に作用する圧延方向力左右差Ｆ_df を、圧延機出側に作用する力の方向を正、作業側（WS）から駆動側（DS）を引いた値で定義し、モーメントＭ^ｆ、Ｍ^ｂに置き換えると作業ロールの支点間距離aとして、

であるから、式(3)、(4)より、下記式(6)を得られる。

式(6)における第一項は、蛇行やキャンバーの原因となる伸び率の左右差に起因して生じる項を示し、第二項は、前記とは別に被圧延材のずれ量と張力の作用によるモーメントによって生じる項を示す。したがって、圧延方向力左右差の実測値より、式(6)の第二項の値を差し引いて補正することで、連続スタンドの圧延機のような入側と出側の双方またはどちらか一方で張力が作用している圧延の場合であっても、蛇行及びキャンバー制御に必要な圧延方向力左右差を抽出することができる。すなわち、補正した圧延方向力左右差Ｆ_df ^ｒは、下記式(7)より求めることができる。

ここで、Ｆ_df ^mは圧延方向力左右差の実測値、Ｔ^fm、Ｔ^bmは前方、後方張力の実測値、
ｘ_c ^fm、ｘ_c ^bmは前方、後方の被圧延材のずれ量の実測値である。

以上のように圧延方向力差補正装置１９において補正された圧延方向力左右差の演算結果に基づいて圧下レベリング制御量演算装置２０において、この補正した圧延方向力左右差が適正な制御目標値２９（通常は零）になるように、すなわち、圧延方向力左右差と制御目標値の差が無くなるように蛇行及びキャンバーを防止するための圧延機のロール開度の左右非対称成分制御量を演算する。ここで「通常」とは、例えばロール摩耗起因の摩擦係数の左右差等の左右非対称な外乱の影響がなく、圧延材のずれ量と張力から補正した圧延方向力左右差が蛇行やキャンバーの発生の直接原因となる伸び歪の左右差に一対一に対応している場合である。また、「零」とは、前記補正した圧延方向力左右差の値が、蛇行またはキャンバーの発生が無視できる程の小さい範囲までを含むものとする。

ここでは、前記圧延方向力左右差に基づいて、例えば、比例（Ｐ）ゲイン、積分（Ｉ）ゲイン、微分（Ｄ）ゲインを考慮したＰＩＤ演算によって制御量を演算する。すなわち、デジタルPID制御系を考えた場合、次式のような関係で表せる。１サンプリングあたりのロール開度の左右非対称成分制御量S_df ^C(k)は、次式で表される。

そしてこの制御量演算結果に基づいて、圧下レベリング制御装置２１によって圧延機のロール開度の左右非対称成分を制御することで蛇行及びキャンバー発生のない、あるいは極めて蛇行及びキャンバーの軽微な圧延が実現できる。

なお、上記の例では、圧延機の入側及び出側の双方に張力が負荷されている場合を示したが、例えば、熱間の連続圧延時において圧延材の先端部が通板する場合、すなわち図７に示すように前方張力が負荷されていない場合や、また、圧延材の尾端部が通板する場合、すなわち図８に示すように後方張力が負荷されていない場合においても、式(7)の前方張力Ｔ^fmまたは後方張力Ｔ^bmの値を零にすることによって、あるいは、圧延機の入側及び出側の双方にずれ量検出装置や張力検出装置がない場合においても同様に圧延方向力左右差の補正値を求めることができる。

図２には、（１）〜（３）のいずれかに記載の本発明の圧延方法に関する圧延装置、すなわち（６）〜（８）のいずれかに記載の本発明の圧延装置の他の好ましい実施の形態を示す。図２の実施形態では、図１の実施形態に比べて、圧延機出側のずれ量検出装置を省略し、さらに、下作業ロールチョックに作用する圧延方向力の検出装置及び演算装置を省略している。圧延機の入側及び出側に張力が負荷されている定常部圧延状態においては、圧延機の前後で被圧延材の急激な斜行がない限り入側及び出側のずれ量はほぼ同じとみなすことができるので、入側のみのずれ量に基づいて同様に圧延方向力左右差の補正をすることができる。また、一般に伸び歪の左右差に起因して圧延材から作業ロールに作用するモーメント及び被圧延材のずれ量と張力によるモーメントは、必ずしも上下作業ロールに均等に作用するとは限らないが、その時系列変化挙動については、上下作業ロールで傾向が逆転することはないので、被圧延材のずれ量及び張力に基づき圧延方向力左右差を補正することで、圧延方向力左右差の実測値に含まれる蛇行やキャンバー起因以外の外乱の影響を排除し、蛇行及びキャンバーの発生に対応した正確な圧延方向力左右差に基づく良好な蛇行及びキャンバー制御を実現することができる。

図３には、（４）に記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置、すなわち（９）に記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を示す。図３の実施形態では、補強ロールを基準として出側に作業ロールがオフセットしている。この場合、オフセットした側の作業ロールチョックに常に圧延方向の力が作用するので、圧延機入側の荷重検出装置がない場合でも、作業側及び駆動側それぞれのロールチョックに作用する圧延方向の力を求めることができる。さらにこの場合、オフセットした側に作業ロールチョックが押さえられ、測定される圧延方向力左右差のバラツキが低減すると考えられる。そして、被圧延材のずれ量及び張力に基づき圧延方向力左右差を補正することですることで、圧延方向力左右差の実測値に含まれる蛇行やキャンバー起因以外の外乱の影響を排除できるので、蛇行および及びキャンバーの発生に対応した正確な圧延方向力左右差に基づく良好な蛇行及びキャンバー制御を実現することができる。

図９には、（５）に記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置、すなわち（１０）に記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を示す。図９の実施形態では、以下のようにして、圧延方向力左右差の制御目標値の学習を行う。図９に示す圧延機の入側の板厚測定装置３０、出側の板厚測定装置３１より、圧延中または圧延後の被圧延材の作業側と駆動側の入側板厚および出側板厚が測定される。圧延方向力左右差は、圧延によって生じる圧延方向の伸び歪に左右差によって生じる値であるので、圧延された板厚の作業側と駆動側の差異すなわち板厚ウェッジを指標として、あるいは、入出側の影響を考慮した板厚ウェッジ比率変化を指標として評価することで、制御目標値の学習を行うことができる。

ここで、作業側と駆動側の板厚の差異、すなわち板厚ウェッジ、および板厚ウェッジ比率変化の定義について説明する。

作業側と駆動側の板厚の差異すなわち板厚ウェッジh_df ^defは、次式で表せる。

ここで、h_WS ^defが作業側の板厚、h_DS ^defが駆動側の板厚である。
また、板厚ウェッジ比率変化ΔΨは、次式で表せる。

ここで、H_dfが入側の板厚ウェッジ、h_df が出側の板厚ウェッジ、Hが入側の板厚、ｈが出側の板厚である。
なお、ここでは、板厚ウェッジ比率変化を指標とした場合の圧延方向力左右差の制御目標値の学習法について説明する。

制御目標値演算装置３２においては、入側の板厚測定装置３０および出側の板厚測定装置３１で測定した被圧延材の作業側と駆動側の入側板厚および出側板厚に基づいて、式(10)に基づき板厚ウェッジ比率変化が演算される。さらに、制御目標値演算装置３２では、ロールの摩耗等の起因で生じる経時的な外乱の影響を補正するように、圧延方向力差補正装置１９において補正された圧延方向力左右差および前記演算された板厚ウェッジ比率変化に基づき、当該パス、次パスまたは次材の圧延での制御目標値２９が演算される。この際、補正した圧延方向力左右差F_df ^rと板厚ウェッジ比率変化ΔΨとの関係式を、例えば、下記式(11)のように実際の圧延を行う前に予め求めておき、学習に用いる。

ここで、a、bは、予め求めておいた定数である。
上記式(11)より、当該圧における板厚ウェッジ比率変化の実測値をΔΨ^M、補正された圧延方向力左右差の実測値をF_df ^rMとすると、当該圧延において修正される制御目標値C_rは、下記(12)式から演算される。

なお、この制御目標値は、圧延本数が増加するに従って学習し変更していく必要があるので、例えば、下記式(13)を用いてパス毎または圧延材本数毎に学習すれば良い。

ただし、Ｃ(n)はnパス目または圧延材ｎ本目の制御目標値、 Ｃ_r(n)はnパス目または圧延材ｎ本目の修正された制御目標値、γは学習ゲイン(0〜1.0)である。
なお、上記では、入出側双方の板厚測定値により演算した板厚ウェッジ比率変化に基づく学習法について説明したが、入側に板厚測定装置がない場合は、出側の板厚ウェッジのみを用いて学習する方法でも、前記の方法に比べ学習精度は低下するものの、式(13)における学習ゲインγの値を小さくする等の調整を行うことで、十分適用することができる。

以上のように、（５）に記載の本発明の圧延方法では、従来では考慮されていない被圧延材のずれ量と張力起因のモーメントの影響を排除した上で、板厚の測定値に基づき制御目標値を学習し、この学習した制御目標値を当該パス、次パスまたは次材の圧延に用いることで、ロールの摩耗等が起因で生じる経時的な外乱の影響を排除し、蛇行及びキャンバー発生の直接原因となる圧延による伸び歪の左右差に対応した正確な圧延方向力左右差の値を用いて制御することができるので従来に比べて高精度な蛇行及びキャンバー制御が実施することができる。

図１に示す圧延装置と同等の機能を有する熱間の仕上圧延機の最終スタンドに本発明の（１）〜（３）のいずれかに記載の圧延方法を適用した場合の実施例（本発明例１）について説明する。後方張力が負荷されている先端部通板時に本発明と従来法で圧延方向力左右差に基づくキャンバー制御を実施した。本発明の方法では、圧延機の入側に設置されたずれ量検出装置及び張力検出装置の測定値に基づき圧延方向力左右差の補正を行い、補正した圧延方向力左右差に基づいて圧下レベリング制御を実施した。これに対し、従来の方法では、前記のような補正は行わず測定された圧延方向力左右差に基づいて圧下レベリング制御を行った。

表１には、本発明例１における代表圧延本数に対するキャンバーの実測値を本発明と従来法の結果毎に示す。表１に示す通り、１ｍあたりのキャンバー実測値は、本発明の場合、０．１５mm／mと比較的小さな値に抑えられていることがわかる。これに対して従来法の場合、いずれの圧延本数においてもキャンバー実績値が大きくなっていることがわかる。本発明の場合、被圧延材のずれ量及び張力に基づき圧延方向力左右差を補正することで外乱の影響を排除しているが、従来法では圧延方向力左右差にこれらの誤差要因が含まれるので、本発明の方法に比べキャンバー実績値が大きくなったと考えられる。

以上のように、本発明の圧延方法及び圧延装置を用いることによって、従来に比べて高精度なキャンバー制御が実施することができるので、極めてキャンバーの軽微な圧延が実現できることが確認できた。

図１に示す圧延装置と同等の機能を有する熱間の仕上圧延機の最終スタンドに本発明の（１）〜（３）のいずれかに記載の圧延方法を適用した場合の実施例（本発明例２）について説明する。前方及び後方張力が負荷されている定常部圧延時に本発明と従来法で圧延方向力左右差に基づく蛇行制御を実施した。

先ず、従来法においては、定常部圧延時に補正を行わず測定されたままの圧延方向力左右差に基づいて圧下レベリング制御を行った。この結果、定常部圧延時の蛇行量は20mm程度であり、圧延材の尾端部が圧延機を通板する際に、出側板厚１．２ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄物広幅材の圧延した場合に大きく蛇行し、絞り込みが発生した。

一方、本発明例２の圧延方法では、圧延機の入側及び出側に設置されたずれ量検出装置及び張力検出装置の測定値に基づき圧延方向力左右差の補正を行い、補正した圧延方向力左右差に基づいて定常部圧延時に圧下レベリング制御を実施した。その結果、定常部圧延時の蛇行量は単スタンドでの従来法と同様に10mm以内に抑えられており、さらに、従来法で絞り込みが生じた出側板厚１．２ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄物広幅材の圧延した場合でも、圧延材を圧延ラインに真直に通板させることができ、圧延材の尻抜け圧延時に事故がない安定な圧延操業を実現することができた。

以上のように、本発明の圧延方法及び圧延装置を用いることによって、従来に比べて高精度な蛇行制御が実施することができるので、圧延材の尾端部が圧延機を通板する際の蛇行を抑え、絞り込みを防止できることが検証された。

図９に示す圧延装置と同等の機能を有する熱間の仕上圧延機の最終スタンドに本発明の（５）に記載の圧延方法を適用した場合の実施例（本発明例３）について説明する。前方及び後方張力が負荷されている定常部圧延時に本発明と従来法で圧延方向力左右差に基づく蛇行制御を実施した。

先ず、従来法においては、定常部圧延時に補正を行わず測定されたままの圧延方向力左右差に基づいて圧下レベリング制御を行った。この結果、定常部圧延時の蛇行量は20mm程度であり、圧延材の尾端部が圧延機を通板する際に、出側板厚１．２ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄物広幅材の圧延した場合に大きく蛇行し、絞り込みが発生した。

一方、本発明例３の圧延方法では、圧延機の入側及び出側に設置されたずれ量検出装置及び張力検出装置の測定値に基づき圧延方向力左右差の補正を行い、補正した圧延方向力左右差に基づいて定常部圧延時に圧下レベリング制御を実施し、さらに、圧延機の入側及び出側に設置された板厚測定装置の入側と出側の板厚測定値及び補正した圧延方向力左右差に基づき制御目標値の学習を圧延材毎に学習ゲインγ＝０．３として実施した。

その結果、作業ロールを組み替える直前の３００本の圧延材を圧延した後の状態においても、定常部圧延時の蛇行量は単スタンドでの従来法と同様に10mm以内に抑えられており、さらに、従来法で絞り込みが生じた出側板厚１．２ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄物広幅材の圧延した場合でも、圧延材を圧延ラインに真直に通板させることができ、圧延材の尻抜け圧延時に事故がない安定な圧延操業を実現することができた。

以上のように、本発明の圧延方法及び圧延装置を用いることによって、従来に比べて高精度な蛇行制御が、圧延開始から作業ロール組替直前の圧延が終了するまでの全圧延材について実施することができるので、圧延材の尾端部が圧延機を通板する際の蛇行を抑え、絞り込みを防止できることが検証された。

図１０に示す熱間の仕上圧延機の最終スタンドの圧延装置に本発明の（５）に記載の圧延方法を適用した場合の実施例（本発明例４、本発明例５）について説明する。図１０に示す圧延装置では，図９に示した圧延装置に比べ、圧延機の出側のずれ量検出装置及び圧延機の入側の板厚測定装置が省略されている。後方張力が負荷されている先端部通板時に本発明の方法と従来法で圧延方向力左右差に基づくキャンバー制御を実施した。

先ず、従来法においては、先端部通板時に補正は行わず測定されたままの圧延方向力左右差に基づいて圧下レベリング制御を行った。これに対して，本発明では、圧延機の入側に設置されたずれ量検出装置及び張力検出装置の測定値に基づき圧延方向力左右差の補正を行い、補正した圧延方向力左右差に基づいて圧下レベリング制御を実施した。ここではこの方法を本発明例４とする。さらに圧延機の出側に設置された板厚測定装置の板厚測定値及び補正した圧延方向力左右差に基づき制御目標値の学習を圧延材毎に学習ゲインγ＝０．１５として実施した。なお、学習ゲインは、入側板厚の情報がないため、学習精度が若干悪くなることが懸念されたため、入出側双方の板厚情報が得られる場合に比べ小さな値とした。ここではこの方法を本発明例５とする。

表２には、本実施例における代表圧延本数に対するキャンバーの実測値を本発明と従来法の結果毎に示す。表２に示す通り、１ｍあたりのキャンバー実測値は、本発明例４及び本発明例５の場合、圧延本数１００本目までは、０．１５mm／mと比較的小さな値に抑えられていることがわかる。これに対して従来法の場合、いずれの圧延本数においてもキャンバー実績値が大きくなっていることがわかる。本発明の場合、被圧延材のずれ量及び張力に基づき圧延方向力左右差を補正することで外乱の影響を排除しているが、従来法では圧延方向力左右差にこれらの誤差要因が含まれるので、本発明の方法に比べキャンバー実績値が大きくなったと考えられる。さらに、本発明例５の場合、被圧延材のずれ量と張力起因のモーメントの影響を排除した上で、板厚の測定値に基づき、制御目標値を学習し、この学習した制御目標値を次材の圧延に用いることで、圧延本数３００本目まで、０．１５mm／mと比較的小さな値にキャンバーが抑えられていることが確認された。

以上のように、本発明の圧延方法及び圧延装置を用いることによって、圧延開始から作業ロール組替直前の圧延が終了するまでの全圧延材について従来に比べて高精度なキャンバー制御が実施することができるので、極めてキャンバーの軽微な圧延が実現できることが確認できた。

なお、以上の実施例では、板厚の測定値に基づく学習方法の例を示したが、圧延機の入側と出側の双方または出側にキャンバー計を有する設備であれば、被圧延材のずれ量と張力の影響を補正した上、板厚の測定値の代わりに、例えばキャンバー曲率変化あるいは出側キャンバーの実測値に基づいて同様な学習を行うことができるのは言うまでもない。

（１）〜（３）のいずれかに記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置（６）〜（８）のいずれかに記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を模式的に示す図である。 （１）〜（３）のいずれかに記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置（６）〜（８）のいずれかに記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を模式的に示す図である。 （４）に記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置（９）に記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を模式的に示す図である。 圧延機の前方及び後方に張力が負荷されている時の作業ロールチョックに作用する圧延方向力左右差と張力分布による圧延機中心まわりのモーメントの関係を模式的に示した図である。 被圧延材の前方に作用する張力分布を直線で近似した場合の定義を模式的に示した図である。 被圧延材の後方に作用する張力分布を直線で近似した場合の定義を模式的に示した図である。 圧延機の前方に張力が負荷されている時の作業ロールチョックに作用する圧延方向力左右差と張力分布による圧延機中心まわりのモーメントの関係を模式的に示した図である。 圧延機の後方に張力が負荷されている時の作業ロールチョックに作用する圧延方向力左右差と張力分布による圧延機中心まわりのモーメントの関係を模式的に示した図である。 （５）に記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置（１０）に記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を模式的に示す図である。 （５）に記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置（１０）に記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 上作業ロール
２ 下作業ロール
３ 上補強ロール
４ 下補強ロール
５ 上作業ロールチョック（作業側）
６ 下作業ロールチョック（作業側）
７ 上補強ロールチョック（作業側）
８ 下補強ロールチョック（作業側）
９ 上作業ロール出側荷重検出装置（作業側）
１０ 上作業ロール入側荷重検出装置（作業側）
１１ 下作業ロール出側荷重検出装置（作業側）
１２ 下作業ロール入側荷重検出装置（作業側）
１３ 圧下装置
１４ 上作業ロール圧延方向力演算装置（作業側）
１５ 下作業ロール圧延方向力演算装置（作業側）
１６ 作業ロール圧延方向合力演算装置［加算器］（作業側）
１７ 作業ロール圧延方向合力（駆動側）
１８ 作業側−駆動側圧延方向力差演算装置［減算器］
１９ 圧延方向力差補正装置
２０ 圧下レベリング制御量演算装置
２１ 圧下レベリング制御装置
２２ 入側ずれ量検出装置
２３ 出側ずれ量検出装置
２４ 入側張力検出装置
２５ 出側張力検出装置
２６ 金属板材
２７ 圧延方向
２８ 上作業ロール圧延方向力（駆動側）
２９ 制御目標値
３０ 入側板厚測定装置
３１ 出側板厚測定装置
３２ 制御目標値演算装置

Claims (10)

1. 少なくとも作業ロールと補強ロールとを有する金属板材の圧延機を用いて行う金属板材の圧延方法において、前記作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向力を測定し、被圧延材の前記圧延機の中心からのずれ量を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定し、被圧延材の張力を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定し、作業側及び駆動側の前記圧延方向力、前記ずれ量並びに前記張力に基づいて左右非対称成分制御量を求め、当該制御量に基づいて前記圧延機のロール開度の左右非対称成分を制御することを特徴とする、金属板材の圧延方法。
2. 前記左右非対称成分制御量を求める際に、圧延方向力の作業側と駆動側との差分（以下、差異という）を演算し、前記ずれ量及び前記張力によって当該差異を補正し、この補正した差異が通常は零である制御目標値になるように前記左右非対称成分制御量を求めることを特徴とする、請求項１に記載の金属板材の圧延方法。
3. 前記圧延方向力の作業側と駆動側との差異を補正する際に、前記ずれ量と前記張力に基づいてモーメントを求め、当該モーメントに基づいて前記差異を補正することを特徴とする、請求項２に記載の金属板材の圧延方法。
4. 前記補強ロールを基準として作業ロールを圧延入側または圧延出側にオフセットさせることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の金属板材の圧延方法。
5. 前記被圧延材の作業側と駆動側の板厚を前記圧延機の入側と出側の双方または出側で測定し、該板厚及び前記補正した圧延方向力の差異に基づいて前記制御目標値を学習することを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の金属板材の圧延方法。
6. 少なくとも作業ロールと補強ロールとを備えた金属板材の圧延機を有する圧延装置において、
   前記作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向力を測定する検出装置である、該ロールチョックの圧延方向の入側と出側の双方またはどちらか一方に設けられた荷重検出装置と、
   被圧延材の前記圧延機の中心からのずれ量を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定するずれ量検出装置と、
   被圧延材の張力を圧延機の入側と出側の双方またはどちらか一方で測定する張力検出装置と、
   該荷重検出装置による作業側及び駆動側の圧延方向力の測定値、該ずれ量並びに該張力に基づいて前記圧延機のロール開度の左右非対称成分制御量を演算する演算装置と、
   該ロール開度の左右非対称成分制御量の演算値に基づいて前記圧延機のロール開度を制御する制御装置を有することを特徴とする、金属板材の圧延装置。
7. 前記左右非対称成分制御量を演算する演算装置は、ロールチョックに作用する作業側と駆動側の圧延方向力の差異を演算する演算装置と、前記ずれ量及び前記張力に基づいて当該差異を補正する補正装置、この補正した差異が通常は零である制御目標値になるように前記左右非対称成分制御量を求める演算装置であることを特徴とする、請求項６に記載の金属板材の圧延装置。
8. 前記差異を補正する演算装置は前記ずれ量及び前記張力に基づいてモーメントを演算し、当該モーメントに基づいて前記差異を補正する演算装置であることを特徴とする、請求項７に記載の金属板材の圧延装置。
9. 前記補強ロールを基準として作業ロールが圧延入側または圧延出側にオフセットしていることを特徴とする、請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の金属板材の圧延装置。
10. 前記被圧延材の作業側と駆動側の板厚を前記圧延機の入側と出側の双方または出側で測定する板厚測定装置と、該板厚及び前記補正した圧延方向力の差異に基づいて前記制御目標値を学習する演算装置とを有することを特徴とする、請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の金属板材の圧延装置。

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