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JP2019505385A - ストリップ形状矯正装置及び方法 - Google Patents

ストリップ形状矯正装置及び方法 Download PDF

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JP2019505385A
JP2019505385A JP2018532214A JP2018532214A JP2019505385A JP 2019505385 A JP2019505385 A JP 2019505385A JP 2018532214 A JP2018532214 A JP 2018532214A JP 2018532214 A JP2018532214 A JP 2018532214A JP 2019505385 A JP2019505385 A JP 2019505385A
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ヨン−ジュン チェ、
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Abstract

本発明のストリップ形状矯正装置は、熱間圧延されたストリップを巻き取るマンドレルの入側に提供され、上記ストリップの形状を矯正する装置であって、上記マンドレルの入側に供給されるストリップの形状を測定する第1形状測定部と、上記第1形状測定部で測定されたストリップの形状が、上記ストリップに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて上記ストリップが目標とする形状に矯正されるように、上記ストリップを加圧するように配置された圧下ロールを設定した目標圧下力で加圧して、上記ストリップの形状を矯正する形状矯正部と、上記形状矯正部によって矯正されたストリップの形状を測定する第2形状測定部と、上記第2形状測定部で測定されたストリップの形状が目標とする形状に対応するように、上記ストリップの上記形状矯正部の圧下力及び張力を制御して目標圧下力を補正する形状補正部と、を含む。

Description

本発明は、熱間圧延工程でストリップの形状矯正が完了するように改善したストリップ形状矯正装置及び方法に関するものである。
図1を参照すると、一般に、熱間圧延工程10とは、一定以上の温度に維持されたストリップSを移動させ、多数回にわたって圧延を行うことにより、圧延しようとする厚さを有するストリップSを生産する工程のことである。
かかる熱間圧延工程10では、仕上げ圧延機12を通過したストリップSを冷却ゾーン14に供給し、冷却ゾーン14では、冷却水を直下に流し、一定の温度を作ることにより、必要なストリップSの性質を確保することができる。
また、冷却ゾーン14を通過するストリップSは、コイラピンチロール16により張力が発生し、コイラピンチロール16を通過してマンドレル18に巻き取られる。
一方、ストリップSは、熱間圧延過程で多少の形状差が生じることがあり、マンドレル18に巻き取られたストリップSは、その形状を矯正する過程が必要である。
そこで、従来では、ストリップSがコイル状にマンドレル18に巻き取られた後、その形状を矯正するために、別の形状矯正工程30に移動された後、ストリップSの形状を矯正する過程を経ていた。
従来の形状矯正工程30は、巻き取られたコイルに対して後工程の訂正工程にコイルを移送し、上記コイルを再び解きながら圧延機32を介して弱く再圧延して形状を矯正するという二重の工程を含む。
しかし、従来の形状矯正工程30は、別の工程ラインを設置する必要があるため設備費が増大し、これに伴う空間の確保が要求され、さらにコイル状に巻かれたストリップSを再び解いて矯正する必要があるために加工費が増加し、生産性が低下するという問題があった。
特に、従来の形状矯正工程30では、軽圧下圧延機を使用しない場合、ローラーレベラーを用いたが、これは、多数のローラーを使用することが原因で設備費や設置スペースがさらに必要になるためにスペース上の制約を伴い、多数のローラーをストリップSが通過するためにストリップSの進行方向に障害が生じることとなって高速操業に問題があった。
本発明の目的は、熱間圧延工程でストリップの形状を矯正する工程が連続に行われるようにしたストリップ形状矯正装置及び方法を提供することである。
本発明の一実施形態によるストリップ形状矯正装置は、熱間圧延されたストリップを巻き取るマンドレルの入側に提供され、上記ストリップの形状を矯正する装置であって、上記マンドレルの入側に供給されるストリップの形状を測定する第1形状測定部と、上記第1形状測定部で測定されたストリップの形状が、上記ストリップに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて上記ストリップが目標とする形状に矯正されるように、上記ストリップを加圧するように配置された圧下ロールを設定した目標圧下力で加圧して上記ストリップの形状を矯正する形状矯正部と、上記形状矯正部によって矯正されたストリップの形状を測定する第2形状測定部と、上記第2形状測定部で測定されたストリップの形状が目標とする形状に対応するように、上記ストリップの上記形状矯正部の圧下力及び張力を制御して目標圧下力を補正する形状補正部と、を含む。
また、上記形状矯正部は、上記ストリップを加圧する圧下力を測定する圧力測定センサーと、上記圧下ロールによって加圧されて移動する上記ストリップの張力を測定する張力測定センサーと、上記圧力測定センサー及び上記張力測定センサーを用いて目標圧下力を設定し、上記目標圧下力で上記ストリップを加圧するように制御する制御部と、を含むことができる。
ここで、上記張力測定センサーはトルクセンサーを含むことができる。
また、上記圧下ロールは、移送されるストリップを加圧できるように、上記ストリップの上、下部において相対するように一対となって配置される少なくとも一つの上下方向圧下ロールと、上記ストリップの幅方向において相対するように一対となって配置される少なくとも一つの幅方向圧下ロールと、を含むことができる。
また、上記形状矯正部において、上記圧下ロールが上記ストリップを上、下方から圧下する荷重は300〜1,000トンであり、上記ストリップの幅方向の形状を矯正する幅方向からの圧下荷重は50〜200トンであり、上記ストリップの伸びは0〜4%であることができる。
また、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法は、熱間圧延されたストリップを巻き取る過程でストリップの形状が矯正されるようにした熱間圧延工程のストリップ形状矯正方法であって、ストリップを巻き取るマンドレルの入側で上記ストリップの形状を測定する第1測定段階と、上記第1測定段階で測定されたストリップの形状を、上記ストリップに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて上記ストリップが目標とする形状に矯正するための目標圧下力を設定する目標圧下力設定段階と、上記目標圧下力設定段階で設定された目標圧下力を、上記ストリップを加圧して形状を矯正する形状矯正段階と、上記形状矯正段階で矯正されたストリップの形状を測定する第2測定段階と、上記第2測定段階で測定されたストリップの形状が目標とする形状に対応するように、上記ストリップに対する圧下力及び張力を制御して、上記形状矯正段階の目標圧下力を補正する形状補正段階と、を含む。
また、上記目標圧下力設定段階は、上記第1測定段階で測定された幅区間ごとの平坦度測定値のうち最大値と最小値の差で形状矯正のための最大伸びを導出する伸び計算段階と、上記ストリップに発生する張力を測定し、測定された張力を上記ストリップの素材弾性係数に分けて張力を補正して、最大伸び差張力に加えて最大伸び差張力を補正する最大伸び差張力補正段階と、上記最大伸び差張力補正段階で補正された最大伸び差を相殺することができるように、上記最大伸び差に対応する目標伸びを設定する目標伸び設定段階と、上記目標伸び設定段階で設定された目標伸びを得るために、軽圧下モデルを用いて目標圧下力設定値を計算する目標圧下力計算段階と、を含むことができる。
また、上記形状補正段階は、上記第2測定段階で測定された矯正されたストリップの形状を目標とする形状と比較し、目標圧下力を補正する必要があるか否かを判断する形状比較段階と、上記形状比較段階で補正する必要があると判断されると、比較された形状差を相殺するために、上記目標圧下力設定段階の目標圧下力が矯正されるように、上記ストリップに発生する張力を矯正する張力矯正段階と、上記張力矯正段階で矯正された張力を用いて上記形状矯正段階の目標圧下力が矯正されるように幅区間伸びを補正し、上記補正された伸びを相殺するための値を目標圧下力で矯正する目標圧下力矯正段階と、を含むことができる。
また、上記形状補正段階で矯正された上記目標圧下力は、下記数式1を満たすことができる。
Figure 2019505385
ここで、Fはn番目の幅区間の圧下力、ΔFはn番目の幅区間の圧下力補正値、f(F)は、軽圧下モデルとして圧下力(F)に対する伸びを計算する関数であり、Yavgは全幅区間の平均伸び、Yはn番目の幅区間の伸びを示す。
本発明の一実施形態によると、ストリップの熱間圧延工程後に、ストリップを矯正する工程が一括して連続に行われるため、ストリップを矯正するための別の工程が不要となって作業時間を短縮することができ、生産性を向上させることができるため全体的なコスト削減に寄与することができる。
熱間圧延工程を行った後で、ストリップを矯正する工程を行う従来の方式を概略的に示す構成図である。 本発明の一実施形態によるストリップ形状矯正装置を示す構成図である。 本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正装置を示す構成図である。 本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法の目標圧下力設定段階を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法の形状補正段階を示すフローチャートである。
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
図2は、本発明の一実施形態によるストリップ形状矯正装置を示す構成図である。
図2を参照すると、本実施形態の熱間圧延工程のストリップ形状矯正装置150は、ストリップ熱間圧延工程100に備えられることができる。
熱間圧延工程100には、仕上げ圧延機112を通過したストリップSを冷却ゾーン114に供給する。冷却ゾーン114では、冷却水を直下に流し、一定の温度を作ることにより、必要なストリップSの性質を確保することができる。
また、冷却ゾーン114を通過するストリップSは、本実施形態におけるストリップ形状矯正装置150の形状矯正部160、具体的には、圧下ロール164によって圧下されて形状が矯正された後、マンドレル118に最終的に巻き取られる。
本実施形態において、熱間圧延工程のストリップ形状矯正装置150は、第1形状測定部152と、形状矯正部160と、第2形状測定部154と、形状補正部と、を含むことができる。
第1形状測定部152は、熱間圧延されたストリップSを巻き取るマンドレル118の入側に提供されることができ、仕上げ圧延機112と冷却ゾーン114を通過したストリップSの屈曲形状を計測することができる。これにより、ストリップSの全体的な幅方向形状を測定することができる。
また、形状矯正部160は、第1形状測定部152の後段に提供されることができ、第1形状測定部152で測定されたストリップSの形状に応じてストリップSに対する圧下力及び張力を考慮して、設定された目標圧下力で上記ストリップSを加圧することにより、上記ストリップSを目標とする形状に矯正することができる。
具体的には、形状矯正部160は、第1形状測定部152で測定されたストリップSの情報に基づいて形状矯正に必要な最小伸びを計算する。これにより、ストリップSの形状矯正に必要な圧下力、及びストリップSに発生する張力を制御することで形状変更に必要な伸びを調節することができる。また、これにより、ストリップSの形状を矯正することができる。
このため、形状矯正部160は、ストリップSを加圧する圧下力を測定するための圧力測定センサーと、ストリップSの張力を測定するための張力測定センサー156と、を含むことができる。
一例として、張力測定センサー156は、マンドレル118のトルクを測定し、張力を推定するトルクセンサーであることができる。トルクセンサーは、圧下ロールがストリップSを圧下する過程で発生するトルクを測定し、これにより、ストリップSに発生する張力を推定することができる。好ましくは、張力測定センサー156は、トルクセンサーを用いて張力を推定する際に、素材弾性係数を用いてトルクセンサーによって測定される張力を補正することができる。
形状矯正部160は、圧力測定センサーによって測定されるストリップSを加圧する圧下力、及び張力測定センサー156によって測定されるストリップSに作用する張力を考慮して、ストリップSの形状を矯正するための目標伸びを得ることができるよう、ストリップSに実際付与される伸びを調節することができ、これを利用して形状矯正部160が目標圧下力でストリップSを加圧するように、圧下力を制御する制御部162を含むことができる。
また、形状矯正部160は、移送されるストリップSを加圧することができるように、ストリップSの上、下部において相対するように一対となって配置される少なくとも一つの上下方向圧下ロール164を含むことができる。かかる上下方向圧下ロール164は、制御部162によりストリップSを加圧する荷重を制御することができる。
また、形状矯正部160は、上下方向圧下ロール164の他に、ストリップSの幅方向の形状を制御するために、ストリップSの幅方向両側に提供される(図示せず)幅方向圧下ロールをさらに含むことができる。
一例として、本実施形態において、形状矯正部160の圧下ロール164、具体的には、上下方向圧下ロール164がストリップSを上下方から圧下する荷重は、300〜1000トンであればよい。
また、好ましくは、本実施形態において、形状矯正部160の圧下ロール164、具体的には、幅方向圧下ロールがストリップSを幅方向から加圧する荷重は50〜200トンを処理することができる。
このように、形状矯正部160は、上下方向圧下ロール164及び幅方向圧下ロールを用いてストリップSの形状を矯正することができる。このとき、ストリップSの伸びは0〜4%で制御されることができる。
一方、形状矯正部160の後段には、マンドレル118に巻き取られる前の矯正されたストリップSの形状を測定する第2形状測定部154が提供されることができる。
第2形状測定部154は、形状矯正部160を通過して矯正されたストリップSの屈曲形状を計測することができる。これにより、ストリップSの全体的な幅方向の形状を測定することができる。
また、第2形状測定部154によって矯正されたストリップSの形状が測定されると、形状補正部によって形状矯正部の目標圧下率を補正することができる。
形状補正部は、第2形状測定部154によって測定された、矯正されたストリップSの形状が目標とする形状に対応するか否かを判断し、これを根拠にして、ストリップSに対する形状矯正部160の圧下力及び張力を制御して目標圧下力を補正する制御部162であってもよい。形状補正部の制御部162は、別に提供されてもよく、形状矯正部の制御部162と共有して用いられることもできる。
また、形状補正部は、制御部162によってストリップSを圧下するように提供される上下方向圧下ロール164を含むことができる。ここで、上下方向圧下ロール164は、第2形状測定部154の後段に提供されることができる。好ましくは、形状矯正部160の上下方向圧下ロール164を用いてストリップSの形状を補正することも可能である。
形状補正部で補正された目標圧下力は再び形状矯正部160に伝達されて、連続的にストリップSに加わる圧下力を補正することになる。
一方、本実施形態では、形状矯正部160に提供される上下方向圧下ロール164は、熱間圧延工程においてマンドレル118の入側に設置され、ストリップの巻取りを案内して張力を発生させるコイラピンチロールの機能を果たすように説明しているが、熱間圧延工程及び形状矯正部の形態は限定されず多様に変形することができる。
図3は、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正装置を示す構成図である。
一例として、図3を参照すると、熱間圧延工程100では、冷却ゾーン114の出側に別のゼロピンチロール115が提供され、マンドレル118の入側に別のコイラピンチロール116が提供されることができる。
また、本実施形態において、形状矯正部160は、ゼロピンチロール115とコイラピンチロール12の間に提供され、ストリップSを矯正するように提供されることも可能である。
具体的には、形状矯正部160は、ゼロピンチロール115とコイラピンチロール12の間でストリップSを矯正するために圧下する上下方向圧下ロール164を含み、ゼロピンチロール115と圧下ロール164の間、及び圧下ロール164とコイラピンチロール116の間には、第1形状測定部152及び第2形状測定部164が提供されることができる。
上述のように構成されたストリップ形状矯正装置を用いたストリップ形状矯正方法を調べると、次のとおりである。
図4は、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法を示すフローチャートである。
図4を参照すると、本実施形態の熱間圧延工程100のストリップ形状矯正方法は、第1測定段階(S10)と、目標圧下力設定段階(S20)と、形状矯正段階(S30)と、第2測定段階(S40)と、形状補正段階(S50)と、を含むことができる。
第1測定段階(S10)は、熱間圧延工程100で仕上げ圧延機112と冷却ゾーン114を通過したストリップSを巻き取るマンドレル118の入側でストリップSの形状を測定する段階である。第1測定段階(S10)は、マンドレル118に巻き取られる前に、矯正が要求されるストリップSの形状情報を測定することができ、これを用いてストリップSの平坦度を計算することができる。
また、目標圧下力設定段階(S20)は、第1測定段階(S10)で測定されたストリップSの形状を目標とする形状に矯正するための目標圧下力を設定する段階であって、ストリップSに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて目標圧下力を設定することができる。
本実施形態における目標圧下力設定段階(S20)を具体的に見ると、次のとおりである。
図5は、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法の目標圧下力設定段階を示すフローチャートである。
図5を参照すると、上述の第1測定段階(S10)で測定されたストリップSの形状情報を用いて計算したストリップSの平坦度は、物理的に鋼板の進行方向における直線の長さに対比した実際の鋼板の長さの割合を示す。
したがって、目標圧下力設定段階(S20)では、最大伸びを導出する伸び計算段階(S21)が行われる必要がある。すなわち、数式1のように、第1測定段階(S10)で測定された幅区間ごとの平坦度測定値のうち最大値と最小値の差が分かれば、形状矯正のための最大伸びを導出することができる。
[数式1]
Figure 2019505385
次に、最大伸びが導出されると、これを用いて最大伸びを、張力による伸びが反映されるように補正する最大伸び差張力補正段階(S22)が行われることができる。
最大伸び差張力補正段階(S22)は、ストリップSに発生する張力を測定し、測定された張力をストリップSの素材弾性係数に分けて張力を補正することで、最大伸び差張力に加えて最大伸び差張力を補正することができる。
このとき、ストリップSに発生する張力は、形状矯正部の圧下ロール164が駆動したときに発生するトルクから推定することができ、これからストリップSの長さ方向の弾性変形を予測することができる。ここで、ストリップSの長さ方向の弾性変形は、単にストリップSの弾性係数と張力に比例して計算するか、又はストリップSの引張−強度曲線(tensile−strength curve)を用いることで、塑性変形を除いた弾性変形を予測することができる。弾性変形以下の伸び差は張力による弾性変形によって区分されるため、数式2のように、計算された幅区間ごとの最大伸び差の張力によって推定した弾性変形を加えて最大伸び差を補正することができる。
[数式2]
Figure 2019505385
最大伸び差張力補正段階(S22)が完了すると、最大伸び差張力補正段階(S22)で補正された最大伸び差による目標伸びを設定する目標伸び設定段階(S23)が行われることができる。目標伸び設定段階(S23)は、補正された最大伸び差を相殺することができるように、それよりも適切に大きい値を目標伸びと設定することができる。好ましくは、目標伸びは、最大伸び差に対応する値に設定されることができる。
次に、目標伸びが設定されると、これを得るために軽圧下モデルを用いることで、目標圧下力設定値を計算する目標圧下力計算段階(S24)が行われることができる。
上述のプロセスを通じて目標圧下力が設定されると、形状矯正段階(S30)が行われ、設定された目標圧下力でストリップSを加圧して形状を矯正することができる。
一方、形状矯正段階(S30)が行われると、ストリップSの実際の矯正された形状を目標とする形状と比較して、実際に矯正された形状が目標とする形状と差が出る場合には、これをフィードバックして目標圧下力による形状の矯正が実際に矯正された形状を追従するように補正する必要がある。
このため、本実施形態では、第2測定段階(S40)において形状矯正段階(S30)で矯正されたストリップSの形状を測定することができる。
図6は、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法の形状補正段階を示すフローチャートである。
図6を参照すると、形状補正段階(S50)は、第2測定段階(S40)で測定されたストリップSの形状が目標とする形状に対応するようにストリップSに対する圧下力及び張力を制御することができる。これにより、形状矯正段階(S30)の目標圧下力を補正することができる。
形状補正段階(S50)は、第2測定段階(S40)で測定された矯正されたストリップSの形状を目標とする形状と比較し、その結果、目標圧下力を補正する必要があるか否かを判断する形状比較段階(S51)を含むことができる。
また、形状補正段階(S50)は、形状比較段階(S51)で補正する必要があると判断される場合には、比較された形状差を相殺するために、目標圧下力設定段階(S20)の目標圧下力が矯正されるようにストリップSに発生する張力を矯正する張力矯正段階(S52)を含むことができる。
ここで、張力矯正段階(S52)は、形状比較段階(S51)で求めた幅区間伸びを形状矯正部160の制御部162でストリップSの張力を考慮して矯正することができる。
このとき、ストリップSに発生する張力は、マンドレル118のトルクから推定することができ、これからストリップSの長さ方向の弾性変形を予測することができる。ここで、ストリップSの長さ方向の弾性変形は、単にストリップSの弾性係数と張力に比例して計算するか、又はストリップSの引張−強度曲線(tensile−strength curve)を用いて、塑性変形を除いた弾性変形を予測することができ、数式3及び数式4の平坦度計算式に素材の弾性変形を考慮する式を用いて、張力を矯正することができる。
[数式3]
Figure 2019505385
[数式4]
Figure 2019505385
ここで、Lは、該当幅区間でLの長さのスペースに入る素材の長さである。すなわち、LはストリップSの実際の長さであって、変形後の長さであり、LはストリップSの元の長さであって、変形前の長さである。一例としては、完璧な平面においてL=Lであり、平坦度(wave)が発生した場合、L>Lの関係になり得る。
また、形状補正段階(S50)は、張力矯正段階(S52)で矯正された張力を用いることで、形状矯正段階(S30)の目標圧下力が矯正されるように幅区間伸びを補正し、補正された伸びを相殺するための値を目標圧下力で矯正する目標圧下力矯正段階(S53)を含むことができる。
目標圧下力矯正段階(S53)で矯正された目標圧下力は、下記数式5を用いて求めることができる。
[数式5]
Figure 2019505385
ここで、Fはn番目の幅区間の圧下力、ΔFはn番目の幅区間の圧下力補正値、f(F)は軽圧下モデルとして圧下力(F)に対する伸びを計算する関数であり、Yavgは全幅区間の平均伸び、Yはn番目の幅区間の伸びを示す。
上述のように、本実施形態の熱間圧延工程のストリップSの形状矯正方法は、測定されたストリップSの形状値をストリップSの張力により補正したストリップSの無張力形状を用いることで、ストリップSに加わる目標圧下力を設定してストリップSを矯正し、矯正されたストリップSの形状を測定し、目標とする形状と比較して目標圧下力を補正する過程をリアルタイムで連続、繰り返して幅区間伸び差を最小化し、ストリップSの平坦度を最適化することができる。
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野の通常の知識を有する者にとって自明である。
本発明は、熱間圧延工程でストリップの形状矯正が完了するように改善したストリップ形状矯正装置及び方法に関するものである。
図1を参照すると、一般に、熱間圧延工程10とは、一定以上の温度に維持されたストリップSを移動させ、多数回にわたって圧延を行うことにより、圧延しようとする厚さを有するストリップSを生産する工程のことである。
かかる熱間圧延工程10では、仕上げ圧延機12を通過したストリップSを冷却ゾーン14に供給し、冷却ゾーン14では、冷却水を直下に流し、一定の温度を作ることにより、必要なストリップSの性質を確保することができる。
また、冷却ゾーン14を通過するストリップSは、コイラピンチロール16により張力が発生し、コイラピンチロール16を通過してマンドレル18に巻き取られる。
一方、ストリップSは、熱間圧延過程で多少の形状差が生じることがあり、マンドレル18に巻き取られたストリップSは、その形状を矯正する過程が必要である。
そこで、従来では、ストリップSがコイル状にマンドレル18に巻き取られた後、その形状を矯正するために、別の形状矯正工程30に移動された後、ストリップSの形状を矯正する過程を経ていた。
従来の形状矯正工程30は、巻き取られたコイルに対して後工程の訂正工程にコイルを移送し、上記コイルを再び解きながら圧延機32を介して弱く再圧延して形状を矯正するという二重の工程を含む。
しかし、従来の形状矯正工程30は、別の工程ラインを設置する必要があるため設備費が増大し、これに伴う空間の確保が要求され、さらにコイル状に巻かれたストリップSを再び解いて矯正する必要があるために加工費が増加し、生産性が低下するという問題があった。
特に、従来の形状矯正工程30では、軽圧下圧延機を使用しない場合、ローラーレベラーを用いたが、これは、多数のローラーを使用することが原因で設備費や設置スペースがさらに必要になるためにスペース上の制約を伴い、多数のローラーをストリップSが通過するためにストリップSの進行方向に障害が生じることとなって高速操業に問題があった。
本発明の目的は、熱間圧延工程でストリップの形状を矯正する工程が連続に行われるようにしたストリップ形状矯正装置及び方法を提供することである。
本発明の一実施形態によるストリップ形状矯正装置は、熱間圧延されたストリップを巻き取るマンドレルの入側に提供され、上記ストリップの形状を矯正する装置であって、上記マンドレルの入側に供給されるストリップの形状を測定する第1形状測定部と、上記第1形状測定部で測定されたストリップの形状が、上記ストリップに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて上記ストリップが目標とする形状に矯正されるように、上記ストリップを加圧するように配置された圧下ロールを設定した目標圧下力で加圧して上記ストリップの形状を矯正する形状矯正部と、上記形状矯正部によって矯正されたストリップの形状を測定する第2形状測定部と、上記第2形状測定部で測定されたストリップの形状が目標とする形状に対応するように、上記ストリップの上記形状矯正部の圧下力及び張力を制御して目標圧下力を補正する形状補正部と、を含む。
また、上記形状矯正部は、上記ストリップを加圧する圧下力を測定する圧力測定センサーと、上記圧下ロールによって加圧されて移動する上記ストリップの張力を測定する張力測定センサーと、上記圧力測定センサー及び上記張力測定センサーを用いて目標圧下力を設定し、上記目標圧下力で上記ストリップを加圧するように制御する制御部と、を含むことができる。
ここで、上記張力測定センサーはトルクセンサーを含むことができる。
また、上記圧下ロールは、移送されるストリップを加圧できるように、上記ストリップの上、下部において相対するように一対となって配置される少なくとも一つの上下方向圧下ロールと、上記ストリップの幅方向において相対するように一対となって配置される少なくとも一つの幅方向圧下ロールと、を含むことができる。
また、上記形状矯正部において、上記圧下ロールが上記ストリップを上、下方から圧下する荷重は300〜1,000トンであり、上記ストリップの幅方向の形状を矯正する幅方向からの圧下荷重は50〜200トンであり、上記ストリップの伸びは0〜4%であることができる。
また、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法は、熱間圧延されたストリップを巻き取る過程でストリップの形状が矯正されるようにした熱間圧延工程のストリップ形状矯正方法であって、ストリップを巻き取るマンドレルの入側で上記ストリップの形状を測定する第1測定段階と、上記第1測定段階で測定されたストリップの形状を、上記ストリップに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて上記ストリップが目標とする形状に矯正するための目標圧下力を設定する目標圧下力設定段階と、上記目標圧下力設定段階で設定された目標圧下力を、上記ストリップを加圧して形状を矯正する形状矯正段階と、上記形状矯正段階で矯正されたストリップの形状を測定する第2測定段階と、上記第2測定段階で測定されたストリップの形状が目標とする形状に対応するように、上記ストリップに対する圧下力及び張力を制御して、上記形状矯正段階の目標圧下力を補正する形状補正段階と、を含む。
また、上記目標圧下力設定段階は、上記第1測定段階で測定された幅区間ごとの平坦度測定値のうち最大値と最小値の差で形状矯正のための最大伸びを導出する伸び計算段階と、上記ストリップに発生する張力を測定し、測定された張力を上記ストリップの素材弾性係数に分けて張力を補正して、最大伸び差張力に加えて最大伸び差張力を補正する最大伸び差張力補正段階と、上記最大伸び差張力補正段階で補正された最大伸び差を相殺することができるように、上記最大伸び差に対応する目標伸びを設定する目標伸び設定段階と、上記目標伸び設定段階で設定された目標伸びを得るために、軽圧下モデルを用いて目標圧下力設定値を計算する目標圧下力計算段階と、を含むことができる。
また、上記形状補正段階は、上記第2測定段階で測定された矯正されたストリップの形状を目標とする形状と比較し、目標圧下力を補正する必要があるか否かを判断する形状比較段階と、上記形状比較段階で補正する必要があると判断されると、比較された形状差を相殺するために、上記目標圧下力設定段階の目標圧下力が矯正されるように、上記ストリップに発生する張力を矯正する張力矯正段階と、上記張力矯正段階で矯正された張力を用いて上記形状矯正段階の目標圧下力が矯正されるように幅区間伸びを補正し、上記補正された伸びを相殺するための値を目標圧下力で矯正する目標圧下力矯正段階と、を含むことができる。
また、上記形状補正段階で矯正された上記目標圧下力は、下記数式1を満たすことができる。
Figure 2019505385
ここで、Fはn番目の幅区間の圧下力、ΔFはn番目の幅区間の圧下力補正値、f(F)は、軽圧下モデルとして圧下力(F)に対する伸びを計算する関数であり、Yavgは全幅区間の平均伸び、Yはn番目の幅区間の伸びを示す。
本発明の一実施形態によると、ストリップの熱間圧延工程後に、ストリップを矯正する工程が一括して連続に行われるため、ストリップを矯正するための別の工程が不要となって作業時間を短縮することができ、生産性を向上させることができるため全体的なコスト削減に寄与することができる。
熱間圧延工程を行った後で、ストリップを矯正する工程を行う従来の方式を概略的に示す構成図である。 本発明の一実施形態によるストリップ形状矯正装置を示す構成図である。 本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正装置を示す構成図である。 本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法の目標圧下力設定段階を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法の形状補正段階を示すフローチャートである。
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
図2は、本発明の一実施形態によるストリップ形状矯正装置を示す構成図である。
図2を参照すると、本実施形態の熱間圧延工程のストリップ形状矯正装置150は、ストリップ熱間圧延工程100に備えられることができる。
熱間圧延工程100には、仕上げ圧延機112を通過したストリップSを冷却ゾーン114に供給する。冷却ゾーン114では、冷却水を直下に流し、一定の温度を作ることにより、必要なストリップSの性質を確保することができる。
また、冷却ゾーン114を通過するストリップSは、本実施形態におけるストリップ形状矯正装置150の形状矯正部160、具体的には、圧下ロール164によって圧下されて形状が矯正された後、マンドレル118に最終的に巻き取られる。
本実施形態において、熱間圧延工程のストリップ形状矯正装置150は、第1形状測定部152と、形状矯正部160と、第2形状測定部154と、形状補正部と、を含むことができる。
第1形状測定部152は、熱間圧延されたストリップSを巻き取るマンドレル118の入側に提供されることができ、仕上げ圧延機112と冷却ゾーン114を通過したストリップSの屈曲形状を計測することができる。これにより、ストリップSの全体的な幅方向形状を測定することができる。
また、形状矯正部160は、第1形状測定部152の後段に提供されることができ、第1形状測定部152で測定されたストリップSの形状に応じてストリップSに対する圧下力及び張力を考慮して、設定された目標圧下力で上記ストリップSを加圧することにより、上記ストリップSを目標とする形状に矯正することができる。
具体的には、形状矯正部160は、第1形状測定部152で測定されたストリップSの情報に基づいて形状矯正に必要な最小伸びを計算する。これにより、ストリップSの形状矯正に必要な圧下力、及びストリップSに発生する張力を制御することで形状変更に必要な伸びを調節することができる。また、これにより、ストリップSの形状を矯正することができる。
このため、形状矯正部160は、ストリップSを加圧する圧下力を測定するための圧力測定センサーと、ストリップSの張力を測定するための張力測定センサー156と、を含むことができる。
一例として、張力測定センサー156は、マンドレル118のトルクを測定し、張力を推定するトルクセンサーであることができる。トルクセンサーは、圧下ロールがストリップSを圧下する過程で発生するトルクを測定し、これにより、ストリップSに発生する張力を推定することができる。好ましくは、張力測定センサー156は、トルクセンサーを用いて張力を推定する際に、素材弾性係数を用いてトルクセンサーによって測定される張力を補正することができる。
形状矯正部160は、圧力測定センサーによって測定されるストリップSを加圧する圧下力、及び張力測定センサー156によって測定されるストリップSに作用する張力を考慮して、ストリップSの形状を矯正するための目標伸びを得ることができるよう、ストリップSに実際付与される伸びを調節することができ、これを利用して形状矯正部160が目標圧下力でストリップSを加圧するように、圧下力を制御する制御部162を含むことができる。
また、形状矯正部160は、移送されるストリップSを加圧することができるように、ストリップSの上、下部において相対するように一対となって配置される少なくとも一つの上下方向圧下ロール164を含むことができる。かかる上下方向圧下ロール164は、制御部162によりストリップSを加圧する荷重を制御することができる。
また、形状矯正部160は、上下方向圧下ロール164の他に、ストリップSの幅方向の形状を制御するために、ストリップSの幅方向両側に提供される(図示せず)幅方向圧下ロールをさらに含むことができる。
一例として、本実施形態において、形状矯正部160の圧下ロール164、具体的には、上下方向圧下ロール164がストリップSを上下方から圧下する荷重は、300〜1000トンであればよい。
また、好ましくは、本実施形態において、形状矯正部160の圧下ロール164、具体的には、幅方向圧下ロールがストリップSを幅方向から加圧する荷重は50〜200トンを処理することができる。
このように、形状矯正部160は、上下方向圧下ロール164及び幅方向圧下ロールを用いてストリップSの形状を矯正することができる。このとき、ストリップSの伸びは0〜4%で制御されることができる。
一方、形状矯正部160の後段には、マンドレル118に巻き取られる前の矯正されたストリップSの形状を測定する第2形状測定部154が提供されることができる。
第2形状測定部154は、形状矯正部160を通過して矯正されたストリップSの屈曲形状を計測することができる。これにより、ストリップSの全体的な幅方向の形状を測定することができる。
また、第2形状測定部154によって矯正されたストリップSの形状が測定されると、形状補正部によって形状矯正部の目標圧下率を補正することができる。
形状補正部は、第2形状測定部154によって測定された、矯正されたストリップSの形状が目標とする形状に対応するか否かを判断し、これを根拠にして、ストリップSに対する形状矯正部160の圧下力及び張力を制御して目標圧下力を補正する制御部162であってもよい。形状補正部の制御部162は、別に提供されてもよく、形状矯正部の制御部162と共有して用いられることもできる。
また、形状補正部は、制御部162によってストリップSを圧下するように提供される上下方向圧下ロール164を含むことができる。ここで、上下方向圧下ロール164は、第2形状測定部154の後段に提供されることができる。好ましくは、形状矯正部160の上下方向圧下ロール164を用いてストリップSの形状を補正することも可能である。
形状補正部で補正された目標圧下力は再び形状矯正部160に伝達されて、連続的にストリップSに加わる圧下力を補正することになる。
一方、本実施形態では、形状矯正部160に提供される上下方向圧下ロール164は、熱間圧延工程においてマンドレル118の入側に設置され、ストリップの巻取りを案内して張力を発生させるコイラピンチロールの機能を果たすように説明しているが、熱間圧延工程及び形状矯正部の形態は限定されず多様に変形することができる。
図3は、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正装置を示す構成図である。
一例として、図3を参照すると、熱間圧延工程100では、冷却ゾーン114の出側に別のゼロピンチロール115が提供され、マンドレル118の入側に別のコイラピンチロール116が提供されることができる。
また、本実施形態において、形状矯正部160は、ゼロピンチロール115とコイラピンチロール116の間に提供され、ストリップSを矯正するように提供されることも可能である。
具体的には、形状矯正部160は、ゼロピンチロール115とコイラピンチロール116の間でストリップSを矯正するために圧下する上下方向圧下ロール164を含み、ゼロピンチロール115と圧下ロール164の間、及び圧下ロール164とコイラピンチロール116の間には、第1形状測定部152及び第2形状測定部164が提供されることができる。
上述のように構成されたストリップ形状矯正装置を用いたストリップ形状矯正方法を調べると、次のとおりである。
図4は、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法を示すフローチャートである。
図4を参照すると、本実施形態の熱間圧延工程100のストリップ形状矯正方法は、第1測定段階(S10)と、目標圧下力設定段階(S20)と、形状矯正段階(S30)と、第2測定段階(S40)と、形状補正段階(S50)と、を含むことができる。
第1測定段階(S10)は、熱間圧延工程100で仕上げ圧延機112と冷却ゾーン114を通過したストリップSを巻き取るマンドレル118の入側でストリップSの形状を測定する段階である。第1測定段階(S10)は、マンドレル118に巻き取られる前に、矯正が要求されるストリップSの形状情報を測定することができ、これを用いてストリップSの平坦度を計算することができる。
また、目標圧下力設定段階(S20)は、第1測定段階(S10)で測定されたストリップSの形状を目標とする形状に矯正するための目標圧下力を設定する段階であって、ストリップSに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて目標圧下力を設定することができる。
本実施形態における目標圧下力設定段階(S20)を具体的に見ると、次のとおりである。
図5は、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法の目標圧下力設定段階を示すフローチャートである。
図5を参照すると、上述の第1測定段階(S10)で測定されたストリップSの形状情報を用いて計算したストリップSの平坦度は、物理的に鋼板の進行方向における直線の長さに対比した実際の鋼板の長さの割合を示す。
したがって、目標圧下力設定段階(S20)では、最大伸びを導出する伸び計算段階(S21)が行われる必要がある。すなわち、数式1のように、第1測定段階(S10)で測定された幅区間ごとの平坦度測定値のうち最大値と最小値の差が分かれば、形状矯正のための最大伸びを導出することができる。
[数式1]
Figure 2019505385
次に、最大伸びが導出されると、これを用いて最大伸びを、張力による伸びが反映されるように補正する最大伸び差張力補正段階(S22)が行われることができる。
最大伸び差張力補正段階(S22)は、ストリップSに発生する張力を測定し、測定された張力をストリップSの素材弾性係数に分けて張力を補正することで、最大伸び差張力に加えて最大伸び差張力を補正することができる。
このとき、ストリップSに発生する張力は、形状矯正部の圧下ロール164が駆動したときに発生するトルクから推定することができ、これからストリップSの長さ方向の弾性変形を予測することができる。ここで、ストリップSの長さ方向の弾性変形は、単にストリップSの弾性係数と張力に比例して計算するか、又はストリップSの引張−強度曲線(tensile−strength curve)を用いることで、塑性変形を除いた弾性変形を予測することができる。弾性変形以下の伸び差は張力による弾性変形によって区分されるため、数式2のように、計算された幅区間ごとの最大伸び差の張力によって推定した弾性変形を加えて最大伸び差を補正することができる。
[数式2]
Figure 2019505385
最大伸び差張力補正段階(S22)が完了すると、最大伸び差張力補正段階(S22)で補正された最大伸び差による目標伸びを設定する目標伸び設定段階(S23)が行われることができる。目標伸び設定段階(S23)は、補正された最大伸び差を相殺することができるように、それよりも適切に大きい値を目標伸びと設定することができる。好ましくは、目標伸びは、最大伸び差に対応する値に設定されることができる。
次に、目標伸びが設定されると、これを得るために軽圧下モデルを用いることで、目標圧下力設定値を計算する目標圧下力計算段階(S24)が行われることができる。
上述のプロセスを通じて目標圧下力が設定されると、形状矯正段階(S30)が行われ、設定された目標圧下力でストリップSを加圧して形状を矯正することができる。
一方、形状矯正段階(S30)が行われると、ストリップSの実際の矯正された形状を目標とする形状と比較して、実際に矯正された形状が目標とする形状と差が出る場合には、これをフィードバックして目標圧下力による形状の矯正が実際に矯正された形状を追従するように補正する必要がある。
このため、本実施形態では、第2測定段階(S40)において形状矯正段階(S30)で矯正されたストリップSの形状を測定することができる。
図6は、本発明の他の実施形態によるストリップ形状矯正方法の形状補正段階を示すフローチャートである。
図6を参照すると、形状補正段階(S50)は、第2測定段階(S40)で測定されたストリップSの形状が目標とする形状に対応するようにストリップSに対する圧下力及び張力を制御することができる。これにより、形状矯正段階(S30)の目標圧下力を補正することができる。
形状補正段階(S50)は、第2測定段階(S40)で測定された矯正されたストリップSの形状を目標とする形状と比較し、その結果、目標圧下力を補正する必要があるか否かを判断する形状比較段階(S51)を含むことができる。
また、形状補正段階(S50)は、形状比較段階(S51)で補正する必要があると判断される場合には、比較された形状差を相殺するために、目標圧下力設定段階(S20)の目標圧下力が矯正されるようにストリップSに発生する張力を矯正する張力矯正段階(S52)を含むことができる。
ここで、張力矯正段階(S52)は、形状比較段階(S51)で求めた幅区間伸びを形状矯正部160の制御部162でストリップSの張力を考慮して矯正することができる。
このとき、ストリップSに発生する張力は、マンドレル118のトルクから推定することができ、これからストリップSの長さ方向の弾性変形を予測することができる。ここで、ストリップSの長さ方向の弾性変形は、単にストリップSの弾性係数と張力に比例して計算するか、又はストリップSの引張−強度曲線(tensile−strength curve)を用いて、塑性変形を除いた弾性変形を予測することができ、数式3及び数式4の平坦度計算式に素材の弾性変形を考慮する式を用いて、張力を矯正することができる。
[数式3]
Figure 2019505385
[数式4]
Figure 2019505385
ここで、Lは、該当幅区間でLの長さのスペースに入る素材の長さである。すなわち、LはストリップSの実際の長さであって、変形後の長さであり、LはストリップSの元の長さであって、変形前の長さである。一例としては、完璧な平面においてL=Lであり、平坦度(wave)が発生した場合、L>Lの関係になり得る。
また、形状補正段階(S50)は、張力矯正段階(S52)で矯正された張力を用いることで、形状矯正段階(S30)の目標圧下力が矯正されるように幅区間伸びを補正し、補正された伸びを相殺するための値を目標圧下力で矯正する目標圧下力矯正段階(S53)を含むことができる。
目標圧下力矯正段階(S53)で矯正された目標圧下力は、下記数式5を用いて求めることができる。
[数式5]
Figure 2019505385
ここで、Fはn番目の幅区間の圧下力、ΔFはn番目の幅区間の圧下力補正値、f(F)は軽圧下モデルとして圧下力(F)に対する伸びを計算する関数であり、Yavgは全幅区間の平均伸び、Yはn番目の幅区間の伸びを示す。
上述のように、本実施形態の熱間圧延工程のストリップSの形状矯正方法は、測定されたストリップSの形状値をストリップSの張力により補正したストリップSの無張力形状を用いることで、ストリップSに加わる目標圧下力を設定してストリップSを矯正し、矯正されたストリップSの形状を測定し、目標とする形状と比較して目標圧下力を補正する過程をリアルタイムで連続、繰り返して幅区間伸び差を最小化し、ストリップSの平坦度を最適化することができる。
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野の通常の知識を有する者にとって自明である。

Claims (9)

  1. 熱間圧延されたストリップを巻き取るマンドレルの入側に提供され、前記ストリップの形状を矯正する装置であって、
    前記マンドレルの入側に供給されるストリップの形状を測定する第1形状測定部と、
    前記第1形状測定部で測定されたストリップの形状が、前記ストリップに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて前記ストリップが目標とする形状に矯正されるように、前記ストリップを加圧するように配置された圧下ロールを設定した目標圧下力で加圧して前記ストリップの形状を矯正する形状矯正部と、
    前記形状矯正部によって矯正されたストリップの形状を測定する第2形状測定部と、
    前記第2形状測定部で測定されたストリップの形状が目標とする形状に対応するように、前記ストリップに対する前記形状矯正部の圧下力及び張力を制御して目標圧下力を補正する形状補正部と、を含む、ストリップ形状矯正装置。
  2. 前記形状矯正部は、
    前記ストリップを加圧する圧下力を測定する圧力測定センサーと、
    前記圧下ロールによって加圧されて移動する前記ストリップの張力を測定する張力測定センサーと、
    前記圧力測定センサー及び前記張力測定センサーを用いて目標圧下力を設定し、前記目標圧下力で前記ストリップを加圧するように制御する制御部と、を含む、請求項1に記載のストリップ形状矯正装置。
  3. 前記張力測定センサーはトルクセンサーを含む、請求項2に記載のストリップ形状矯正装置。
  4. 前記圧下ロールは、
    移送されるストリップを加圧できるように、前記ストリップの上、下部において相対するように一対となって配置される少なくとも一つの上下方向圧下ロールと、
    前記ストリップの幅方向において相対するように一対となって配置される少なくとも一つの幅方向圧下ロールと、を含む、請求項1に記載のストリップ形状矯正装置。
  5. 前記形状矯正部は、前記圧下ロールが前記ストリップを上、下方から圧下する荷重は300〜1,000トンであり、前記ストリップの幅方向の形状を矯正する幅方向からの圧下荷重は50〜200トンであり、前記ストリップの伸びは0〜4%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のストリップ形状矯正装置。
  6. 熱間圧延されたストリップを巻き取る過程でストリップの形状が矯正されるようにした熱間圧延工程のストリップ形状矯正方法であって、
    ストリップを巻き取るマンドレルの入側で前記ストリップの形状を測定する第1測定段階と、
    前記第1測定段階で測定されたストリップの形状を、前記ストリップに対する圧下力及び張力による伸びに基づいて前記ストリップが目標とする形状に矯正するための目標圧下力を設定する目標圧下力設定段階と、
    前記目標圧下力設定段階で設定された目標圧下力を前記ストリップを加圧して形状を矯正する形状矯正段階と、
    前記形状矯正段階で矯正されたストリップの形状を測定する第2測定段階と、 前記第2測定段階で測定されたストリップの形状が目標とする形状に対応するように、前記ストリップの圧下力及び張力を制御して、前記形状矯正段階の目標圧下力を補正する形状補正段階と、を含む、熱間圧延工程のストリップ形状矯正方法。
  7. 前記目標圧下力設定段階は、
    前記第1測定段階で測定された幅区間ごとの平坦度測定値のうち最大値と最小値の差で形状矯正のための最大伸びを導出する伸び計算段階と、
    前記ストリップに発生する張力を測定し、測定された張力を前記ストリップの素材弾性係数に分けて張力を補正して、最大伸び差張力に加えて最大伸び差張力を補正する最大伸び差張力補正段階と、
    前記最大伸び差張力補正段階で補正された最大伸び差を相殺することができるように、前記最大伸び差に対応する目標伸びを設定する目標伸び設定段階と、 前記目標伸び設定段階で設定された目標伸びを得るために、軽圧下モデルを用いて目標圧下力設定値を計算する目標圧下力計算段階と、を含む、請求項5に記載の熱間圧延工程のストリップ形状矯正方法。
  8. 前記形状補正段階は、
    前記第2測定段階で測定された矯正されたストリップの形状を目標とする形状と比較し、目標圧下力を補正する必要があるか否かを判断する形状比較段階と、
    前記形状比較段階で補正する必要があると判断されると、比較された形状差を相殺するために、前記目標圧下力設定段階の目標圧下力が矯正されるように、前記ストリップに発生する張力を矯正する張力矯正段階と、
    前記張力矯正段階で矯正された張力を用いて前記形状補正段階の目標圧下力が矯正されるように幅区間伸びを補正し、前記補正された伸びを相殺するための値を目標圧下力で矯正する目標圧下力矯正段階と、を含む、請求項5に記載の熱間圧延工程のストリップ形状矯正方法。
  9. 前記形状補正段階で矯正された前記目標圧下力は下記数式1を満たす、請求項8に記載の熱間圧延工程のストリップ形状矯正方法。
    Figure 2019505385
    ここで、Fはn番目の幅区間の圧下力、ΔFはn番目の幅区間の圧下力補正値、f(F)は、軽圧下モデルであって、圧下力(F)に対する伸びを計算する関数であり、Yavgは全幅区間の平均伸び、Yはn番目の幅区間の伸びを示す。
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