JP5949691B2 - 板幅制御方法及び板幅制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、垂直方向及び水平方向の粗圧延を行う熱間粗圧延工程における被圧延材の板幅制御方法及び板幅制御装置に関する。

鋼板の熱間圧延工程では、粗圧延工程によって板厚２５０［ｍｍ］程度、板幅８００〜２０００［ｍｍ］程度のスラブから板厚４０［ｍｍ］程度のシートバーが製造される。シートバーは、仕上圧延工程によって所望の製品厚又は次工程で必要とされる１〜２０［ｍｍ］程度の板厚に圧延された後にコイラーによって巻き取られる。粗圧延工程及び仕上圧延工程はそれぞれ、複数の圧延機からなる圧延機群を用いて行われる。また、鋼板の熱間圧延工程では、鋼板の板厚に加えて板幅も目標板幅になるように制御する必要があり、粗圧延工程及び仕上圧延工程において鋼板の板幅制御が行われている。

粗圧延工程における板幅制御では、金型を用いてスラブを板幅方向に縮幅加工する一対のプレス工具を有するサイジングプレス（以下、プレス装置と表記）及びエッジャー（竪ロール）を利用して、加熱炉で加熱されたスラブを板幅方向に圧下する方法が採用されている。一方、仕上圧延工程における板幅制御では、複数の圧延機間のシートバーに付加されている張力を操作することによって、仕上圧延工程の入側から出側までの間におけるシートバーの幅圧下量を制御する方法が採用されている。

ところが、仕上圧延工程において採用されている板幅制御方法の板幅制御能力は粗圧延工程において採用されている板幅制御方法の板幅制御能力に比べて小さい。このため、鋼板の板幅を大きく変化させる作業は主に粗圧延工程の役目になっている。特にプレス装置はエッジャーに比べてスラブを大幅に圧下することができる。これにより、連続鋳造工程で幅の広い材料を集約して鋳込み、熱間圧延工程において様々な板幅の鋼板に作り分けることが行われるようになっている。

プレス装置で幅圧下を行った後のスラブの断面形状は、幅方向端部が板厚方向に盛り上がった形状、いわゆるドッグボーン形状を呈している。このドッグボーン形状はその後の水平圧延によってならされ、幅戻りが生じる。スラブの先尾端部では、材料が長手方向に流れやすいために幅戻り量が定常部に比べて小さい。このため、水平圧延後のスラブの先尾端部の板幅が定常部の板幅に比べて狭くなる現象、いわゆる幅落ちが生じる。幅落ちが一旦生じると、その後の板幅制御によって板幅を回復させることは困難である。これにより、コイラーで巻き取られたコイルの板幅にも幅落ちが残存し、板幅が所望の板幅を下回る場合には切り捨てることになり、歩留ロスとなる。

このような背景から、幅落ちが発生することを抑制するために、特許文献１には、後続の水平圧延時におけるスラブ先後端部と定常部との幅戻り量の差に応じて、定常部の幅圧下量に対して幅が広くなるようにプレス装置によるスラブ先端部及び／又は尾端部の幅圧下量を制御する板幅制御方法（以下、段差プレスと呼ぶ）が提案されている。また、特許文献２には、スラブ先尾端部の少なくとも一方が定常部と比べて圧下量差αとなるようにプレス装置による幅圧下を行った後、少なくとも粗圧延機の１パス目でのスラブ先尾端部の少なくとも一方の垂直圧延を圧下量βで行う板幅制御方法が提案されている。

特開昭６３−１４０７０１号公報 特開２００２−３６１３０１号公報

一般に、粗圧延工程では、スラブはエッジャーを通過した後に水平ミルを通過する。しかしながら、特許文献１には、粗圧延工程の１パス目におけるエッジャーの開度の設定方法及び制御方法は開示されていない。一方、プレス装置による幅圧下では、スラブに座屈や捩れが生じることがある。スラブに座屈や捩れが生じた場合、実質的な幅圧下量が小さくなり、プレス装置の出側におけるスラブの幅がプレス装置による幅圧下量から想定されるものより広くなることがある。

特許文献２には、スラブ先尾端部の１パス目のエッジャーの幅圧下量をβとすることが提案されているが、座屈や捩れによってプレス装置の出側におけるスラブの幅が想定よりも広くなった場合、スラブ先尾端部に対する１パス目のエッジャーの幅圧下量は設定よりも大きくなる。この場合、プレス装置で予め幅を広くしたスラブ先尾端部が１パス目のエッジャーの幅圧下で大きく幅圧下されてしまい、幅落ち防止のためにプレス装置において先尾端部の幅を広げる段差プレスの効果が損なわれる。

また、プレス装置において定常部よりも幅を広くした先尾端部をエッジャーで軽圧下すると、それよりも幅が狭い定常部ではエッジャーが全くかからない状態となる。この場合、エッジャーによってスラブが横方向（圧延方向に対して垂直な方向）に拘束されないため、水平圧延の途中でスラブが圧延方向に対して傾いた方向で水平ロールに進入し、水平圧延出側でスラブが横方向に曲がってしまうことがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、プレス装置の出側におけるスラブの幅が所定値でない場合に段差プレスの効果が損なわれることを抑制可能な板幅制御方法及び板幅制御装置を提供することにある。

本発明に係る板幅制御方法は、プレス装置を利用して先端部の幅圧下量を定常部の幅圧下量より小さくして加熱したスラブを幅圧下した後、エッジャー及び粗圧延機を利用してスラブの垂直方向及び水平方向の粗圧延を行う熱間粗圧延工程における板幅制御方法であって、前記プレス装置の出側における前記スラブの先端部の幅を測定する測定ステップと、測定された前記スラブの先端部の幅に基づいて前記粗圧延の１パス目におけるエッジャーの開度を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る板幅制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、前記粗圧延の１パス目におけるエッジャーの開度を測定された前記スラブの先端部の幅に等しくなるように設定した後、粗圧延の際にエッジャーの圧延荷重が略一定になるようにエッジャーの開度を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る板幅制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、粗圧延の際、プレス装置の出側で全長に渡って測定されたスラブの幅に基づいてエッジャーの開度を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る板幅制御装置は、プレス装置を利用して先端部の幅圧下量を定常部の幅圧下量より小さくして加熱したスラブを幅圧下した後、エッジャー及び粗圧延機を利用してスラブの垂直方向及び水平方向の粗圧延を行う熱間粗圧延工程における板幅制御装置であって、前記プレス装置の出側における前記スラブの先端部の幅を測定する測定手段と、測定された前記スラブの先端部の幅に基づいて前記粗圧延の１パス目におけるエッジャーの開度を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る板幅制御方法及び板幅制御装置によれば、プレス装置の出側におけるスラブの幅が所定値でない場合に段差プレスの効果が損なわれることを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である板幅制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態である板幅制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本実施形態の板幅制御方法及び従来の板幅制御方法を実施した際の粗圧延機の出側におけるスラブ幅の変化を示す図である。 図４は、本実施形態の板幅制御方法及び従来の板幅制御方法を実施した際の粗圧延機の出側におけるスラブ幅の変化を示す図である。 図５は、プレス装置の出側におけるスラブの先尾端部及び定常部の目標幅を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である板幅制御装置の構成について説明する。

〔熱間圧延ラインの構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である板幅制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である板幅制御装置が適用される熱間圧延ラインの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である板幅制御装置が適用される熱間圧延ライン１は、プレス装置２の下流に水平圧延を行う３台の粗圧延機３ａ，３ｂ，３ｃ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）がスラブＳの搬送方向に対して直列に配置された構成を有している。また、粗圧延機３ａ，３ｂ，３ｃの上流側にはそれぞれ垂直圧延を行うエッジャー５ａ，５ｂ，５ｃ（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）が付設されている。プレス装置２において幅圧下されたスラブＳは、テーブルローラ４によってエッジャー５ａ，５ｂ，５ｃ及び粗圧延機３ａ，３ｂ，３ｃに順次搬送されることにより垂直圧延及び水平圧延される。粗圧延工程では、スラブＳの厚さから仕上圧延機入側までの圧下量を得るためにスラブＳを往復させて複数パスで圧延することもある。

〔板幅制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態である板幅制御装置の構成について説明する。

図２は、本発明の一実施形態である板幅制御装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、本発明の一実施形態である板幅制御装置１０は、操業用計算機（プロセスコンピュータ）１１、プレス出側幅計１２、荷重測定器１３、開度制御装置１４、及び油圧サーボ装置１５を主な構成要素として備えている。

操業用計算機１１は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成され、図１に示す熱間圧延ライン１を管理及び制御する。操業用計算機１１は、スラブＳがエッジャー５ａに到達する前までにエッジャー５ａのロール位置（以下、エッジャー開度と表記）が設定されるようにエッジャー開度の設定タイミングを制御する。

プレス出側幅計１２は、レーザ距離計によって構成されている。プレス出側幅計１２は、図１に示すプレス装置２によって幅圧下されたスラブ先端部の幅を測定し、測定値を開度制御装置１４に入力する。スラブＳの幅の測定方法としては、スラブＳの幅方向両側にレーザ距離計を設置して各レーザ距離計からスラブ側面までの距離を算出し、２台のレーザ距離計間の距離から各レーザ距離計からスラブ側面までの距離の和を差し引く方法、スラブＳの下方に線状の光源を設置し、ＣＣＤカメラ等を利用して上方からスラブＳの画像を撮影し、撮影画像からスラブＳによって遮られた光源の位置を検出することによってスラブ幅方向端部を検出する方法、光源は用いずにスラブＳの自発光をＣＣＤカメラ等で撮像し、撮影画像からスラブ幅方向端部を検出する方法等を用いることができる。

荷重測定器１３は、エッジャー５ａの圧延荷重を測定し、測定値を開度制御装置１４に入力する。

開度制御装置１４は、プレス出側幅計１２の測定値に基づいてエッジャー開度の目標値（目標開度）を算出し、算出された目標開度を油圧サーボ装置１５に入力する。具体的には、本実施形態では、開度制御装置１４は、エッジャー開度がプレス出側幅計１２によって計測されたスラブ先端部の幅に等しくなるように目標開度を設定し、その目標開度をスラブＳの全長に渡って保持する。但し、スラブＳの板幅が変動しても確実にエッジャー５ａでスラブを拘束するため、プレス出側幅計１２の測定値から一定値（０〜数ｍｍ程度）を差し引いた値を目標開度としてもよい。

油圧サーボ装置１５は、エッジャー開度を開度制御装置１４から入力された目標開度に調整する。

〔板幅制御処理〕
次に、図３乃至図５を参照して、本発明の一実施形態である板幅制御装置１０による板幅制御方法について説明する。

図３，４は、本実施形態の板幅制御方法及び従来の板幅制御方法を実施した際の粗圧延機３ａ（Ｒ１）の出側におけるスラブ幅の変化を定常部のスラブ幅を基準に示した図である。従来の板幅制御方法では、スラブ先端部に対するエッジャー５ａの幅圧下量が０［ｍｍ］となるようにエッジャー５ａの目標開度を設定し、その目標開度をスラブ全長に渡って保持するものとした。また、図５に示すように、スラブの先尾端部に対しては、板幅が定常部の板幅よりも２０［ｍｍ］広くなるように段差プレスが施され、プレス装置２の出側におけるスラブの先尾端部及び定常部の目標幅はそれぞれ１０２０［ｍｍ］及び１０００［ｍｍ］に設定されている。

図３は、プレス装置２の出側におけるスラブ幅が目標値通り（１０２０［ｍｍ］）であった場合の粗圧延機３ａ（Ｒ１）の出側におけるスラブ幅の変化を定常部のスラブ幅を基準に示したものである。本実施形態及び従来の板幅制御方法のいずれの場合もエッジャー５ａの目標開度は１０２０［ｍｍ］であるために、全長に渡ってエッジャー５ａによる幅圧下は行われない。このため、プレス装置２の出側におけるスラブ幅と粗圧延機３ａ（Ｒ１）の出側におけるスラブ幅との違いは、粗圧延機３ａ（Ｒ１）による水平圧延に伴う幅広がり量だけであり、本実施形態の板幅制御方法と従来の板幅制御方法とでは圧延結果に違いはない。

図４は、スラブの座屈や捩れ等によってプレス装置２の出側におけるスラブ幅が目標値より２０［ｍｍ］広くなった場合、すなわちスラブ幅が先尾端部で１０４０［ｍｍ］、定常部で１０２０［ｍｍ］となった場合の粗圧延機３ａ（Ｒ１）の出側におけるスラブ幅の変化を示す。従来の板幅制御方法では、エッジャー５ａの目標開度は１０２０［ｍｍ］であるために、定常部では、幅圧下量は０（＝１０２０−１０２０）［ｍｍ］となり、影響はない。しかしながら、先尾端部では、幅圧下量は２０（＝１０４０−１０２０）［ｍｍ］となり、エッジャー５ａの出側では先尾端部及び定常部共に板幅が１０２０［ｍｍ］となる。

そして、その後、粗圧延機３ａ（Ｒ１）による水平圧延おいて、プレス装置２及びエッジャー５ａによって幅圧下されたことによってスラブＳの幅方向端部に生じた厚み方向の盛り上がり、すなわちドッグボーンが幅方向に広がる幅戻りが生じる。１−（幅戻り量／幅圧下量）を幅圧下効率と定義し、その値を０．５とすると，粗圧延機３ａ（Ｒ１）の出側における先尾端部と定常部との板幅の差異は２０［ｍｍ］から１０［ｍｍ］に減少し、段差プレス量は半減してしまう。

図３，図４に示すように、粗圧延機３ａ（Ｒ１）の出側では、先端部に５〜６［ｍｍ］の幅落ちが生じている。粗圧延機３ｂ，３ｃ（Ｒ２，Ｒ３）ではさらに幅落ちが生じるため、従来の板幅制御方法では先端部の幅が定常部の幅よりも狭くなる。そして、先端部の幅が製品幅を下回った場合は幅不良となり、不良部を切り捨てる必要が生じるため、歩留が低下する。

一般に、熱間圧延工程では、幅不良が生じないように製品幅に一定のマージンを加算したものを目標幅としているが、従来の板幅制御方法ではこのマージンを大きくする必要があり、これも歩留低下の要因となる。また、図４に示す場合よりもスラブ出側幅が目標値よりもさらに広くなった場合も同様に、先尾端部と定常部との圧下量の差異の半分が粗圧延機３ａ（Ｒ１）の出側における先尾端部と定常部との板幅の差異となり、この場合は１０［ｍｍ］となるので段差プレスの量は半減する。

これに対し、本実施形態では、プレス装置２の出側におけるスラブ先端部の幅の測定値に基づいてエッジャー５ａの目標開度を設定する。このため、プレス装置２の出側におけるスラブ幅が目標値よりも２０［ｍｍ］広くなった場合、すなわち先尾端部及び定常部で板幅がそれぞれ１０４０［ｍｍ］及び１０２０［ｍｍ］となった場合、エッジャー５ａの目標開度は１０４０［ｍｍ］に設定される。

このため、スラブＳの先尾端部における幅圧下量は０［ｍｍ］となり、幅圧下されないので、段差プレスの効果が損なわれることはない。また、プレス装置２の出側におけるスラブ幅が広くなった場合や逆に何らかの理由によって狭くなった場合であっても、エッジャー５ａの目標開度は常にプレス装置２の出側におけるスラブ先端部の幅と等しく設定されるので、段差プレスの効果はプレス装置２の出側におけるスラブの幅が目標値である場合と変わることはない。

なお、本実施形態では、スラブ先端部に対するエッジャー５ａの幅圧下量が０［ｍｍ］になるようにエッジャー５ａの目標開度を設定し、その目標開度をスラブ全長に渡って保持するものとしたが、この場合、定常部ではエッジャー５ａが全くかからない状態となる。エッジャー５ａが全くかからない状態である場合、エッジャー５ａによってスラブＳが横方向に拘束されないため、水平圧延の途中でスラブＳが圧延方向に対して傾いた方向で水平ロールに進入し、その結果、水平圧延出側でスラブＳが横方向に曲がってしまう可能性がある。

そこで、プレス装置２の出側におけるスラブ先端部の幅の測定値に等しくなるようにエッジャー５ａの目標開度を設定した後、エッジャー５ａの圧延荷重が概略一定になるようにエッジャー開度を調整するようにしてもよい。具体的には、荷重測定器１３によって計測されたエッジャー５ａの圧延荷重の実績値と目標値とを比較し、実績値と目標値との偏差に基づくＰＩ制御等によってエッジャー開度を調整してもよい。これにより、エッジャー５ａのロールの位置はスラブ端面をならうように制御される。

プレス工程では、スラブＳを間欠的に移動しながら金型によってスラブＳを幅方向に圧縮するため、スラブＳの端部に凹凸が生じる。このため、上記の制御を行ってもエッジャー５ａの圧延荷重は完全に一定にはならないが、本制御の目的はエッジャー５ａによってスラブＳを拘束することであるので、エッジャー５ａの圧延荷重は概略一定であればよい。エッジャー５ａの圧延荷重の目標値は、幅圧下が生じない又は数ｍｍ以内の軽微なものとなるように定めればよく、通例数トン以内である。

エッジャー５ａをスラブ端面にならわせるために、プレス出側幅計１２を用いてプレス装置２の出側におけるスラブＳの幅を全長に渡って測定し、測定された幅に応じてエッジャー開度を制御してもよい。この場合もエッジャー５ａのロールをスラブ端面の凹凸に正確にならわせる必要はなく、エッジャー５ａのロールがスラブ端面にほぼ追従すればよい。

この方法では、プレス装置２の出側におけるスラブＳの長手方向位置と各長手方向位置における幅とを対応させて記憶し、エッジャー５ａのロールバイト下にある材料に対してその位置での幅に基づいてエッジャー開度を制御する必要がある。そのためには、プレス出側幅計１２及びエッジャー５ａの各位置においてスラブＳの長手方向位置を同定する手段、すなわちトラッキング手段が必要である。

トラッキング手段としては、例えばスラブＳを搬送するテーブルローラに接続したパルスジェネレータによって一定の回転角度毎にパルスを発生し、発生したパルスをカウントすることによって長さに変換する方法、スラブＳの上方から測長用のロールを接触させ、それに接続したパルスジェネレータによって一定の回転角度毎にパルスを発生し、パルスをカウントすることにより長さに変換する方法、レーザドップラー速度計によってスラブＳの速度を測定し、測定値を積分して長さに変換する方法、エッジャー５ａにおいては、エッジャー５ａに接続したパルスジェネレータにより一定の回転角度毎にパルスを発生し、パルスをカウントすることによって長さに変換する方法等、公知の技術を用いることができる。

本実施形態では、テーブルローラにパルスジェネレータを接続する方法を用いて、プレス出側幅計１２におけるスラブＳの速度を測定し、プレス出側幅計１２における測定値の立ち上がりのタイミングを起点としてスラブＳの速度を積分することにより、その位置におけるスラブＳの長手方向位置を求め、それとプレス出側幅測定値を対応させた。また、エッジャー５ａでは、エッジャー５ａの圧延荷重の立ち上がりのタイミングを起点として、スラブＳの速度をそれぞれ積分することにより現在のスラブＳの長手方向位置を求め、それに対応した幅に基づいてエッジャー開度を制御した。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態は、本発明をスラブＳの先端部に適用したものであるが、本発明はスラブＳの尾端部に対しても同様に適用することができる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 熱間圧延ライン
２ プレス装置
３ａ，３ｂ，３ｃ 粗圧延機
４ テーブルローラ
５ａ，５ｂ，５ｃ エッジャー
１０ 板幅制御装置
１１ 操業用計算機（プロセスコンピュータ）
１２ プレス出側幅計
１３ 荷重測定器
１４ 開度制御装置
１５ 油圧サーボ装置

Claims (3)

1. プレス装置を利用して先端部の幅圧下量を定常部の幅圧下量より小さくして加熱したスラブを幅圧下した後、エッジャー及び粗圧延機を利用してスラブの垂直方向及び水平方向の粗圧延を行う熱間粗圧延工程における板幅制御方法であって、
   前記プレス装置の出側における前記スラブの先端部の幅を測定する測定ステップと、
   前記粗圧延の１パス目におけるエッジャーの開度を測定された前記スラブの先端部の幅に等しくなるように制御する制御ステップと、を含み、
   前記制御ステップは、前記粗圧延の１パス目におけるエッジャーの開度を測定された前記スラブの先端部の幅に等しくなるように制御した後、エッジャーがスラブの定常部の端面にならうようにエッジャーの開度を制御するステップを含むことを特徴とする板幅制御方法。
2. 前記制御ステップは、前記エッジャーの圧延荷重又は前記プレス装置の出側で測定されたスラブの幅に基づいて、エッジャーがスラブの定常部の端面にならうようにエッジャーの開度を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の板幅制御方法。
3. プレス装置を利用して先端部の幅圧下量を定常部の幅圧下量より小さくして加熱したスラブを幅圧下した後、エッジャー及び粗圧延機を利用してスラブの垂直方向及び水平方向の粗圧延を行う熱間粗圧延工程における板幅制御装置であって、
   前記プレス装置の出側における前記スラブの先端部の幅を測定する測定手段と、
   前記粗圧延の１パス目におけるエッジャーの開度を測定された前記スラブの先端部の幅に等しくなるように制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記粗圧延の１パス目におけるエッジャーの開度を測定された前記スラブの先端部の幅に等しくなるように制御した後、エッジャーがスラブの定常部の端面にならうようにエッジャーの開度を制御することを特徴とする板幅制御装置。

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