(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯の調質圧延方法において、
調質圧延されている金属帯の伸び率、金属帯に負荷されている圧延荷重および金属帯の圧延速度を検出し、
圧延速度が加速または減速されるとき、圧延速度の変化量に対応して増加または減少させるべき圧延荷重の変化量を、金属帯の変形抵抗値に基づき、圧延荷重を圧延速度によって偏微分して得られる線圧変化率に圧延速度の変化量と金属帯の幅とを乗算することによって求め、
圧延速度を速くするときには圧延荷重を増加し、圧延速度を遅くするときには圧延荷重を減少するように制御することによって、金属帯の伸び率が予め定める値になるように圧延することを特徴とする金属帯の調質圧延方法。
【請求項２】
金属帯の調質圧延装置であって、
金属帯の伸び率を検出する伸び率検出手段と、
金属帯に負荷されている圧延荷重を検出する荷重検出手段と、
金属帯の圧延速度を検出する圧延速度検出手段と、
圧延速度検出手段および荷重検出手段の検出出力に応答し、加速または減速される圧延速度の変化量に対応して増加または減少させるべき圧延荷重の変化量を、金属帯の変形抵抗値に基づき、圧延荷重を圧延速度によって偏微分して得られる線圧変化率に圧延速度の変化量と金属帯の幅とを乗算する演算手段と、
演算手段の演算結果の出力に応答し、圧延速度の加速に従って圧延荷重を増加し圧延速度の減速に従って圧延荷重を減少させて、金属帯の伸び率が予め定める値になるように制御する制御手段とを含むことを特徴とする金属帯の調質圧延装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属帯の機械的性質および形状などの調整を目的として行われる調質圧延に関し、特に圧延速度が変化した場合においても安定した金属帯の伸び率を得ることができる金属帯の調質圧延方法および調質圧延装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金属帯には、その機械的性質、形状および表面粗さなどの調整を目的として、高くても数パーセントの圧下率で調質圧延と呼ばれる圧延が施されている。金属帯の調質圧延に際しては、予め定める伸び率を得るために、金属帯に負荷される圧延荷重Ｐは、金属帯の種類、金属帯の幅、金属帯の厚み、伸び率および張力が定まれば式（１）によって決定される。
Ｐ＝ｗ・ｆｐ（ε，Ｔ，Ｈ，Ｖ，Ｌ）                        …（１）
ここで、    Ｗ：金属帯の幅
ε：伸び率
Ｔ：張力
Ｈ：金属帯の厚み
Ｖ：圧延速度
Ｌ：接触孤長
【０００３】
しかしながら、金属帯の塑性変形である伸びに関係する性質である変形抵抗値は、圧延速度すなわち金属帯が変形を受けるひずみ速度の影響によって変化するので、圧延速度を変化させると圧延の初期に設定された条件において得られた伸び率が変化し、予め定める伸び率を安定して得ることができないという問題があった。この問題を解決するために、従来圧延速度を変化させたとき、圧延荷重または圧延装置の入側出側の張力を手動もしくはフィードバック制御によって変化させて補正し、所望の伸び率を得ている。
【０００４】
図５は、圧延速度の変化に対応して圧延荷重を変化させる補正方法の概略を示す図である。図５に示す時刻ｔ０〜ｔ１の期間は圧延の初期すなわち金属帯の圧延方向前方側の端部である頭部を圧延している時期に相当し、圧延速度ｖ１は比較的遅く、圧延速度ｖ１で圧延されている状態で、予め定める所望の伸び率ＥＬ１になるように圧延荷重Ｐ１が設定される。圧延荷重Ｐ１が設定された後、時刻ｔ１〜ｔ２の期間においては、生産能率の観点から圧延速度ｖ１が、ｖ１＜ｖ２である圧延速度ｖ２まで加速される。このとき、圧延速度の増加にともない金属帯の変形抵抗値が変化するので、圧延荷重がＰ１のままでは、図５に示すように金属帯の伸び率は低下する。
【０００５】
したがって、伸び率が所望の値であるＥＬ１になるように、圧延荷重Ｐ１をＰ１＜Ｐ２である圧延荷重Ｐ２まで増加させて補正する。圧延荷重Ｐ２に増加された時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、圧延速度ｖ２および圧延荷重Ｐ２において伸び率ＥＬ１を安定して得ることができる。
【０００６】
さらに時刻ｔ３〜ｔ４の期間では、圧延されている金属帯の圧延方向後方側の端部である尾部近くに達するので、圧延を終了するべく圧延速度は圧延初期と同様の圧延速度ｖ１にまで減速される。このとき、圧延速度の減少にともない金属帯の変形抵抗値が変化するので、圧延荷重がＰ２のままでは、図５に示すように金属帯の伸び率は向上する。したがって、伸び率が所望の値であるＥＬ１になるように、圧延荷重Ｐ２を圧延荷重Ｐ１まで減少させて補正する。圧延荷重に代えて張力を変化させて補正をする場合についても、前述の圧延荷重を変化させて補正をする場合とほぼ同様にして行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
圧延速度の変化に応答し、圧延荷重または圧延装置の入側出側の張力を手動もしくはフィードバック制御によって補正し、所望の伸び率を得るという従来の補正方法では、以下のような問題がある。単に伸び率の変化のみをとらえて、圧延速度変化に対して圧延荷重を変化させるので、圧延速度変化に対する圧延荷重変化の応答に時間を要する。したがって、圧延速度が速いと金属帯の伸び率が、金属帯の長手方向全長に対して高い割合で、所望の伸び率を外れるいわゆる伸び率外れになるという問題がある。特に手動によって補正する場合には、伸び率の変動を感知し圧延速度変化に追随して圧延荷重を変化させる応答が遅くなるので、金属帯の全長に対する前記伸び率外れの割合がさらに多くなる。
【０００８】
圧延速度の変化量を小さくすることによって、すなわち圧延速度ｖ１に対して圧延速度ｖ２を余り速くしなければ、金属帯の伸び率に及ぼす影響が小さくなるので、所望の伸び率に対するずれ量すなわち補正しなければならない伸び率のずれ量は小さくなる。また伸び率の所望の値からのずれを補正するために圧延速度の変化に追随して変化させるべき圧延荷重の変化量も小さくなり、圧延荷重変化の応答に要する時間が短縮されるので、伸び率外れの割合は少なくなる。しかしながら、実際の生産時における圧延速度として選択される圧延速度ｖ２の値を小さくすることによって金属帯の伸び率外れは少なくなるけれども、調質圧延の生産能率が低下するので、生産性の観点から好ましくないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、圧延速度によらず安定して所望の伸び率を得ることができる金属帯の調質圧延方法および調質圧延装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属帯の調質圧延方法において、
調質圧延されている金属帯の伸び率、金属帯に負荷されている圧延荷重および金属帯の圧延速度を検出し、
圧延速度が加速または減速されるとき、圧延速度の変化量に対応して増加または減少させるべき圧延荷重の変化量を、金属帯の変形抵抗値に基づき、圧延荷重を圧延速度によって偏微分して得られる線圧変化率に圧延速度の変化量と金属帯の幅とを乗算することによって求め、
圧延速度を速くするときには圧延荷重を増加し、圧延速度を遅くするときには圧延荷重を減少するように制御することによって、金属帯の伸び率が予め定める値になるように圧延することを特徴とする金属帯の調質圧延方法である。
【００１１】
また本発明は、金属帯の調質圧延装置であって、
金属帯の伸び率を検出する伸び率検出手段と、
金属帯に負荷されている圧延荷重を検出する荷重検出手段と、
金属帯の圧延速度を検出する圧延速度検出手段と、
圧延速度検出手段および荷重検出手段の検出出力に応答し、加速または減速される圧延速度の変化量に対応して増加または減少させるべき圧延荷重の変化量を、金属帯の変形抵抗値に基づき、圧延荷重を圧延速度によって偏微分して得られる線圧変化率に圧延速度の変化量と金属帯の幅とを乗算する演算手段と、
演算手段の演算結果の出力に応答し、圧延速度の加速に従って圧延荷重を増加し圧延速度の減速に従って圧延荷重を減少させて、金属帯の伸び率が予め定める値になるように制御する制御手段とを含むことを特徴とする金属帯の調質圧延装置である。
【００１２】
本発明に従えば、圧延速度が加速または減速されるとき、圧延速度の変化量に対応して増加または減少させるべき圧延荷重の変化量が、金属帯の変形抵抗値に基づき、圧延荷重を圧延速度によって偏微分して得られる線圧変化率に圧延速度の変化量と金属帯の幅とを乗算して求められる。圧延に必要とされる圧延荷重は金属帯の変形抵抗値に比例し、金属帯の変形抵抗値は、ひずみ速度すなわち圧延速度に比例する。したがって、圧延速度の変化に追随して変化させるべき圧延荷重の変化量を、金属帯の変形抵抗値に基づいて求めることによって、その精度を高めることができる。
【００１３】
さらにこのようにして求められる圧延荷重の変化量を用いて、圧延速度を速くするときには圧延荷重を増加し、圧延速度を遅くするときには圧延荷重を減少するように制御することによって、金属帯の伸び率を予め定める値になるように圧延することができるので、圧延速度が変化した場合においても安定して所望の伸び率を得ることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である金属帯の調質圧延装置１の概略構成を示す図である。金属帯の調質圧延装置１（以後、単に調質圧延装置１と略称する）には、入側ブライドルロール３と、第１張力検出器４と、圧延ロール５と、第２張力検出器６と、出側ブライドルロール７とが、矢符８にて示す金属帯である鋼帯２が走行しかつ圧延される方向の上流側から下流側に向ってこの順序で設けられる。入側および出側ブライドルロール３，７は、調質圧延装置１において走行する鋼帯２の入側および出側の張力の調整や伸び率の調整を行うために設けられる。
【００１５】
また入側および出側ブライドルロール３，７には、圧延前後における鋼帯２の走行速度の差に基づいて鋼帯２の伸び率を検出する伸び率検出手段１７が設けられる。第１張力検出器４は圧延ロール５の入側に設けられ、第２張力検出器６は圧延ロールの出側に設けられ、圧延されている鋼帯２の張力をそれぞれ検出する。
【００１６】
圧延ロール５は、一対のワークロール１８ａ，１８ｂと、一対の中間ロール１９ａ，１９ｂと、一対のバックアップロール２０ａ，２０ｂとを含み、鋼帯２の走行方向に垂直な方向に軸線を有し、図示しないロールハウジングに軸受によって回転自在に支持される。対をなす各ロールは鋼帯２に関して対称な位置にそれぞれ配置される。すなわち鋼帯２に接してワークロール１８ａ，１８ｂが配置され、ワークロール１８ａ，１８ｂの外方に中間ロール１９ａ，１９ｂが配置され、さらに中間ロール１９ａ，１９ｂの外方にバックアップロール２０ａ，２０ｂが配置される。
【００１７】
バックアップロール２０ｂには、バックアップロール２０ｂを回転駆動する駆動源である電動機２１が接続される。電動機２１には、たとえばパルスジェネレータなどのロール回転速度を検出する圧延速度検出手段２２が設けられる。圧延ロール５が支持されるロールハウジングには、圧下シリンダ２３が設けられ、圧下シリンダ２３を動作させることによって圧延ロール５を圧下し、圧延される鋼帯２に圧延荷重を負荷する。圧下シリンダ２３によって負荷される圧延荷重は、ロールハウジングに設けられる荷重検出手段２４によって検出される。
【００１８】
図２は、図１に示す調質圧延装置１のシステム構成を示すブロック図である。調質圧延装置１のシステムには、上位コンピュータ３０（以後、上位ＣＰＵと呼ぶ）と、制御手段３１とが備えられ、制御手段３１は上位ＣＰＵ３０に接続される。制御手段３１は、たとえばＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）によって実現される。制御手段３１には、前述の圧下シリンダ２３、荷重検出手段２４、電動機２１、圧延速度検出手段２２、伸び率検出手段１７、第１および第２張力検出器４，６が、それぞれ接続される。
【００１９】
制御手段３１は、荷重検出手段２４、圧延速度検出手段２２および伸び率検出手段１７などの検出出力と、金属帯の変形抵抗値とに基づいて、加速または減速される圧延速度の変化量に対応して増加または減少させるべき圧延荷重の変化量を演算する。すなわち制御手段３１は、演算手段でもある。制御手段３１は演算結果に応答する制御信号を、圧下シリンダ２３などに与え、演算結果に基づく設定値に従い圧延が実行される。
【００２０】
以下鋼帯２が調質圧延されるとき、圧延速度ｖの加速または減速にともなって、鋼帯２の延び率を予め定める所望の値に安定して得ることができるように圧延荷重Ｐを増加または減少させる制御について説明する。図３は、鋼帯２が調質圧延されている状態を示す概略図である。鋼帯２が、図３に示すように調質圧延されているとき、鋼帯２の変形抵抗値Ｋは、式（２）によって求めることができる。また式（２）中のひずみ速度εｖは、式（３）に示すように鋼帯２の入側圧延速度ｖ０に比例する。
Ｋ＝Ｋ´（１＋ａ・εｖｍ）                              …（２）
εｖ∝ｖ０・√（ｒ）／√（Ｒ´ｈ１）                    …（３）
ここで、  Ｋ´：鋼帯の静的変形抵抗値
ａ  ：定数
εｖ  ：ひずみ速度
ｍ  ：ひずみ速度指数
ｖ０：入側の圧延速度
ｒ  ：圧下率
Ｒ´：偏平ワークロールの半径
ｈ１：圧延入側の鋼帯の厚み
【００２１】
式（２）および式（３）に示すように、鋼帯２の変形抵抗値Ｋは、ひずみ速度εｖすなわち入側の圧延速度ｖ０によって影響を受ける。さらに鋼帯２が圧延されるときの圧延荷重Ｐは、式（４）に示すように鋼帯２の変形抵抗値Ｋに比例する。したがって、圧延速度ｖが加速または減速されるとき、圧延速度ｖの変化量Δｖに対応して増加または減少させるべき圧延荷重Ｐの変化量ΔＰを、圧延速度ｖ０の影響を受ける変形抵抗値Ｋに基づいて定めることによって、鋼帯２の伸び率を所望の値に保つべき圧延荷重の変化量ΔＰを精度良く求めることができる。
圧延荷重Ｐ∝変形抵抗値Ｋ                              …（４）
【００２２】
実際の制御における圧延荷重Ｐの変化量ΔＰは、次のようにして求められている。式（２）〜（４）に示すように圧延荷重Ｐには入側圧延速度ｖ０という圧延速度ｖの成分を含むので、圧延荷重Ｐを圧延速度ｖによって偏微分することができる。前記偏微分によって得られる∂Ｐ／∂ｖは、鋼帯２の圧延方向に垂直な幅方向の単位長さにおける圧延速度変化に対する圧延荷重変化の比を表し、以後この∂Ｐ／∂ｖを線圧変化率と呼ぶ。圧延速度ｖに加速または減速の速度変化があるとき、まず線圧変化率∂Ｐ／∂ｖを求め、線圧変化率∂Ｐ／∂ｖに圧延速度ｖの変化量Δｖと、鋼帯２の幅ｗとを乗算することによって、圧延速度の変化量Δｖに対応する圧延荷重の変化量ΔＰを演算する。演算結果が制御手段３１によって圧下シリンダ２３に指示され、圧下シリンダ２３が動作して圧延荷重を変化量ΔＰだけ変化させる。
【００２３】
このような演算および圧延速度変化に追随する圧延荷重変化の制御は、図２に示すシステム構成によって実現される。図４は、図２に示すシステム構成の動作を説明するフローチャートである。ステップｓ０では、調質圧延されるべき鋼帯２の所望の伸び率および伸び率に対する圧延荷重Ｐおよび張力などが、上位ＣＰＵ３０に入力されメモリ３３にストアされている状態にある。これらの情報は、鋼帯２と同種の鋼帯を製造した過去の実績に基づき選定された値が初期設定値として入力されている。また前記線圧変化率∂Ｐ／∂ｖの演算に用いられる鋼帯２の静的変形抵抗値Ｋ´、定数ａ、ひずみ指数ｍ、圧下率ｒ、偏平ワークロールの半径Ｒ´、鋼帯２の圧延前の厚みである元厚ｈ１および鋼帯２の幅ｗなどの情報は、メモリ３３に予めストアされていたものが読出されている状態である。
【００２４】
ステップｓ１では、メモリ３３にストアされている圧延荷重Ｐ、張力および所望の伸び率が読出される。ステップｓ２では、読出された圧延荷重Ｐ、張力および伸び率に従って、調質圧延条件の初期設定が行われる。ステップｓ３では、初期設定された条件において調質圧延が開始される。
【００２５】
ステップｓ４では、圧延速度検出手段２２の検出出力に基づいて圧延速度ｖが加速または減速されている状態にあるか否かが制御手段３１において判断される。この判断が肯定であるとき、すなわち圧延速度ｖが加速または減速され速度変化が生じているときはステップｓ５に進む。
【００２６】
ステップｓ５では、圧延速度の変化量Δｖに対応する圧延荷重の変化量ΔＰを制御手段３１によって算出する。すなわち圧延速度検出手段２２の検出出力である圧延速度ｖにおける圧延荷重Ｐを式（２）〜（４）に基づいて求め、次に圧延荷重Ｐを圧延速度成分によって偏微分して線圧変化率∂Ｐ／∂ｖを求め、さらに線圧変化率∂Ｐ／∂ｖに圧延荷重の変化量Δｖと鋼帯２の幅ｗとを乗算して、圧延荷重の変化量ΔＰを算出する。
【００２７】
ステップＳ６では、演算結果である圧延荷重の変化量ΔＰに応答して制御手段３１は圧下シリンダ２３に制御信号を与える。ステップＳ７では、制御手段３１からの制御信号に従って圧下シリンダ２３が動作し、圧延荷重Ｐが変更される。圧延荷重Ｐの変化は、荷重検出手段２４によって検出され、検出出力は制御手段３１に入力される。制御手段３１では、圧延荷重の変化量ΔＰが達成されたとき、圧下シリンダ２３に対して動作停止の制御信号を出力し、圧延荷重Ｐの変更が終了する。圧延荷重Ｐの変更が終了するとステップｓ４に戻り、以降のステップに進行する。
【００２８】
ステップＳ４における判断が否定であるとき、すなわち圧延速度に変化が生じていないとき、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、圧延速度に変化が生じていないので、設定された圧延条件を変更することなく圧延が継続される。
【００２９】
ステップｓ９では、鋼帯２の圧延方向後方側の端部である尾端が調質圧延される位置に達したか否かが判断される。なお鋼帯２の尾端が調質圧延される位置に達したか否かは、次のようにして判断することができる。鋼帯２の長さを製造情報として予め上位ＣＰＵ３０に入力し、この鋼帯２の長さの情報を制御手段３１に与える。調質圧延装置１には、たとえばメジャーリングロールなどの距離計が備えられ、メジャーリングロールによって調質圧延される鋼帯２の長さを計測し、計測結果を制御手段３１に与える。計測された長さと、予め入力されている鋼帯２の長さとを制御手段３１において比較することによって、鋼帯２の尾端が調質圧延位置に到達したか否かを判断することができる。
【００３０】
ステップｓ９における判断が否定であるとき、ステップｓ４に戻り以降のステップに進む。判断が肯定であるときは、ステップｓ１０に進む。ステップｓ１０では、鋼帯２を調質圧延する一連の動作が終了する。
【００３１】
本実施の形態では、線圧変化率∂Ｐ／∂ｖを制御手段３１によって演算するように構成されるけれども、鋼帯の鋼種、鋼帯の圧延前の元厚、鋼帯の幅および所望の伸び率などの条件に対応する線圧変化率∂Ｐ／∂ｖを製造実績から求め、求められた線圧変化率∂Ｐ／∂ｖをテーブルとしてメモリ３３にストアするように構成されてもよい。この場合、上位ＣＰＵ３０のメモリ３３から読出した線圧変化率∂Ｐ／∂ｖのうち、実行されている調質圧延の諸条件に対応する線圧変化率∂Ｐ／∂ｖを選択し、それを用いて圧延荷重の変化量ΔＰを演算し、演算結果に基づいて圧延荷重を制御する。
【００３２】
このように、本実施の形態では調質圧延において圧延速度ｖが変化するとき、圧延速度ｖの変化に追随して変化させるべき圧延荷重の変化量ΔＰを、鋼帯２の変形抵抗値Ｋに基づいて求めるので、その精度を高くすることができる。この精度の高い圧延荷重の変化量ΔＰを用いて、圧延速度ｖを速くするときには圧延荷重Ｐを増加し、圧延速度ｖを遅くするときには圧延荷重Ｐを減少するように制御するので、圧延速度ｖが変化した場合においても所望の伸び率を安定して得ることができる。
【００３３】
以上に述べたように、本実施の形態では、金属帯は鋼帯であるけれども、これに限定されることなく、銅帯など他の金属からなるものであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、圧延速度が加速または減速されるとき、圧延速度の変化量に対応して増加または減少させるべき圧延荷重の変化量が、金属帯の変形抵抗値に基づいて求められる。圧延に必要とされる圧延荷重は金属帯の変形抵抗値に比例し、金属帯の変形抵抗値は、ひずみ速度すなわち圧延速度に比例する。したがって、圧延速度の変化に追随して変化させるべき圧延荷重の変化量を、金属帯の変形抵抗値に基づいて求めることによって、その精度を高めることができる。
【００３５】
さらにこのようにして求められる圧延荷重の変化量を用いて、圧延速度を速くするときには圧延荷重を増加し、圧延速度を遅くするときには圧延荷重を減少するように制御することによって、金属帯の伸び率が予め定める値になるように圧延することができるので、圧延速度が変化した場合においても安定して所望の伸び率を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である金属帯の調質圧延装置１の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す調質圧延装置１のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】鋼帯２が調質圧延されている状態を示す概略図である。
【図４】図２に示すシステム構成の動作を説明するフローチャートである。
【図５】圧延速度の変化に対応して圧延荷重を変化させる補正方法の概略を示す図である。
【符号の説明】
１  調質圧延装置
２  鋼帯
１７  伸び率検出手段
２２  圧延速度検出手段
２４  荷重検出手段
３０  上位ＣＰＵ
３１  制御手段
３３  メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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