(57)【要約】【課題】圧延機列の圧延機間にサイドルーパー装置が備えられている条鋼熱間圧延設備において、圧延機間を走行する圧延材がサイドルーパー装置のキッカーローラからごく短時間離れることによる圧延材の幅広がりを検知できるようにした、条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法を提供すること。【解決手段】圧延機間における圧延材ループのループ高さ変化速度を連続的に測定し、ループ高さ変化速度を連続的に測定し、その測定されたループ高さ変化速度がキッカーローラの移動可能な最大移動加速度を上回ったことを検知することで、圧延材がキッカーローラからごく短時間離れることによる圧延材の幅広がりの発生を検知する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平と垂直の圧延機を交互に配置した圧延機列を備えるとともに、該圧延機列の圧延機間に、該圧延機間を走行する圧延材にキッカーローラを接触させて圧延材ループを形成するサイドルーパー装置を備えた条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法であって、圧延機間における圧延材ループのループ高さ変化速度を連続的に測定し、その測定結果に基づいて圧延機間を走行する圧延材に幅広がりが生じたことを検知することを特徴とする条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法。
【請求項２】
前記測定されたループ高さ変化速度が前記キッカーローラの移動可能な最大移動加速度を上回ったことを検知することにより、圧延機間を走行する圧延材に幅広がりが生じたことを検知することを特徴とする請求項１記載の条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延機列の圧延機間にサイドルーパー装置が備えられている条鋼熱間圧延設備において、圧延機間を走行する圧延材がサイドルーパー装置のキッカーローラからごく短時間に離れることによる圧延材の幅広がりを検知できるようにした、条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビレット等の鋼片を圧延して線材，棒鋼などの条鋼を製造する条鋼熱間圧延設備は、上流側から、加熱炉、粗圧延機列、仕上げ圧延機列、ピンチロール、巻取り装置がこの順に配設されている。鋼片は、前記加熱炉で所定温度に加熱され、次いで前記各圧延機列で連続的に圧延を施された後、線材あるいは棒鋼となる。前記の圧延機列は、圧延ロール軸が水平方向へ延びる圧延ロールを有する圧延機（水平圧延機）と圧延ロール軸が垂直上下方向へ延びる圧延ロールを有する圧延機（垂直圧延機）とを交互に多数配置して構成されている。
【０００３】
前記圧延機列の圧延機間においては、圧延材に過大な張力が作用すると、該圧延機間出側での圧延材形状が悪くなる。張力が過大な場合、圧延材の尾端部が該圧延機間の入側圧延機を抜けた際に、それまで発生していた張力が開放される結果、該圧延機間出側での圧延材の幅寸法が大きくなってしまう。
【０００４】
圧延時における圧延材の表面疵発生を防止するには、所定値より圧延材幅寸法が大きくなることを防ぐ必要がある。このため、圧延機列の圧延機間には、ルーパー装置を配置して、圧延機間を走行している圧延材にその張力変動を吸収させるための圧延材ループを形成するようにしている。
【０００５】
図５は条鋼熱間圧延設備の圧延機列の圧延機間に配設されたサイドルーパー装置を説明するための平面図である。
【０００６】
図５において、１は水平圧延機、２は水平圧延機１の下流側に配置された垂直圧延機である。圧延機１，２間に配設されたサイドルーパー装置は、圧延材ＷのパスラインＰＬ（圧延材零位置）の側方に水平に延びる平滑なループ床（図示せず）や、平面視にてパスラインＰＬと直角な方向に進退可能で、圧延材Ｗに接触して圧延材ループを形成するためのキッカーローラ（キックローラ）１１を有する蹴り出し装置（図示せず）などを備えている。前記キッカーローラ１１は棒状の支持アームの先端に取り付けられており、該支持アームは、ばね、あるいはエアシリンダなど駆動手段によって駆動されるようになっている。２１はサイドルーパー装置の入側支点ローラ、２２はサイドルーパー装置の出側支点ローラである。なお、図５では、キッカーローラ１１による圧延材Ｗに作用する力をバネによるものとして示している。
【０００７】
前記支点ローラ２１，２２とキッカーローラ１１とにより、支点ローラ２１，２２間に緩やかに湾曲する圧延材ループが形成される。形成された圧延材ループのループ高さ（ループ量）ｈは、前記ループ床の上方に配設されたループセンサ（図示せず）により連続的に検出される。定常状態では、サイドルーパー装置の前記ループセンサによってそのループ高さｈが検出され、これがサイドルーパー装置の前後にある圧延機１，２の一方又は両方の速度制御器に与えられて圧延ロール速度が制御されることにより、常時所定のループ高さｈが保持されるようになっている。
【０００８】
サイドルーパー装置では、圧延材Ｗが定常的に圧延機１，２間を通材している場合、キッカーローラ１１を介して圧延材Ｗに作用するバネの反力Ｐと圧延材Ｗにかかる張力の前記Ｐと相対する方向成分とがつりあい状態にある。そして、ループ高さｈが変化することに伴い、キッカーローラ１１が圧延材Ｗを押す力が変化するため圧延機１，２間の張力も変化する結果、圧延材Ｗの幅寸法も変化することになる。そこで、ループ高さｈをある所定の位置に保持するようにすることで、前記張力変化による圧延後の形状悪化に起因する表面疵発生を防止している。
【０００９】
ところが、前記加熱炉でビレットなどの鋼片に発生する長手方向における温度むら（鋼片長手方向における部分的ふくれの発生）や、サイドルーパ装置の前後の圧延機間で発生する瞬間的な圧延材の速度差などにより、ループ高さｈが短時間に急激に変化し、圧延機間を走行する圧延材がキッカーローラからごく短時間（０．２〜２秒程度）離れる場合がある。
【００１０】
この場合には、圧延材にはキッカーローラから押される力がなくなるため、圧延機間には張力が発生せず、圧延材はサイドルーパー装置の入側の圧延機から出側の圧延機へ押される結果、圧延材に圧縮力が作用し、圧延材幅寸法が所定値より大きくなってしまう。
【００１１】
ところが、例えば特開昭５９−４９１１号公報に開示されているループ高さの絶対値を監視するようにした従来技術では、圧延機間を走行する圧延材がサイドルーパー装置のキッカーローラからごく短時間離れて非接触状態（フリー状態）となることに起因して生じる圧延材の幅広がりを検知することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５９−４９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明の課題は、圧延機列の圧延機間にサイドルーパー装置が備えられている条鋼熱間圧延設備において、圧延機間を走行する圧延材がサイドルーパー装置のキッカーローラからごく短時間離れることによる圧延材の幅広がりを検知できるようにした、条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１５】
請求項１の発明は、水平と垂直の圧延機を交互に配置した圧延機列を備えるとともに、該圧延機列の圧延機間に、該圧延機間を走行する圧延材にキッカーローラを接触させて圧延材ループを形成するサイドルーパー装置を備えた条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法であって、圧延機間における圧延材ループのループ高さ変化速度を連続的に測定し、その測定結果に基づいて圧延機間を走行する圧延材に幅広がりが生じたことを検知することを特徴とする条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法において、前記測定されたループ高さ変化速度が前記キッカーローラの移動可能な最大移動加速度を上回ったことを検知することにより、圧延機間を走行する圧延材に幅広がりが生じたことを検知することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法によると、圧延機列の圧延機間に、該圧延機間を走行する圧延材にキッカーローラを接触させて圧延材ループを形成するサイドルーパー装置を備えた条鋼熱間圧延設備において、圧延材ループのループ高さ変化速度を連続的に測定し、その測定結果に基づいて、前記キッカーローラがループ高さの急激な変動に追従できずに圧延材が該キッカーローラからごく短時間離れることによる圧延材の幅広がりを検知することができる。これにより、圧延材の幅広がりが検知された場合には、例えば、それ以降に圧延機列に供される鋼片について加熱炉において加熱時間を延ばして該鋼片の長手方向の温度むらを解消することで、圧延材の幅広がりの発生をなくして幅広がりに起因する圧延材表面疵の発生の防止に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ループ高さ変化量と圧延材幅広がり量との関係を示す図である。
【図２】ループ高さ変化速度と圧延材幅広がり量との関係を示す図である。
【図３】本発明の方法による幅広がり検知の原理を説明するための平面図である。
【図４】図３における蹴り出し装置の運動系モデル図である。
【図５】条鋼熱間圧延設備の圧延機列の圧延機間に配設されたサイドルーパー装置を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について、詳しく説明する。
【００２０】
圧延機列の圧延機間にサイドルーパー装置を備えた条鋼熱間圧延設備における圧延機間での圧延材の幅広がりを調べるために、ループ高さｈの変化量（定常通材時でのループ高さ設定値との差）と圧延材幅広がり量との関係を、以下のようにして調べた。
【００２１】
前記の図５に示す圧延機１，２間において、入側の水平圧延機１にて直径３０ｍｍの断面丸形状に圧延された圧延材（軟鋼材で温度９５０℃）が出側の垂直圧延機２にて長径３７ｍｍ、短径２３ｍｍの断面楕円形状に圧延されている状態で、入側の圧延機１のロール回転数を増減させて、圧延機１，２間のループ高さｈを変化させたときの、圧延機２出側の圧延材幅寸法（前記長径の寸法）の変動量をＣＣＤカメラにて測定した。
【００２２】
ループ高さｈについては、ループセンサであるＨＭＰＤ（Hot Metal Position Detector）によって測定した。このＨＭＰＤは、圧延材から放射される赤外線をＣＣＤ素子にて検知し、その圧延材の通材位置を電圧にて出力するようにした公知のものである。そして、ループ高さｈの測定値から、ループ高さ変化量（定常通材時でのループ高さ設定値との差）を求めた。なお、ループ高さｈは、前記ＨＭＰＤにより、１００ｍｓの時間間隔で測定した。また、後述するループ高さ変化速度は、ループ高さｈの単位時間当たりの変化量であり、当該時刻より１００ｍｓ前のループ高さｈと当該時刻のループ高さｈとの差分値を時間１００ｍｓで割り算することで算出した。
【００２３】
結果を図１と図２に示す。図１はループ高さ変化量と圧延材幅広がり量との関係を示す図である。
【００２４】
図１の結果について考察する。前記図５に関して先に述べたように、圧延材が定常的に圧延機１，２間を通材しているときには、キッカーローラ１１を介して圧延材に作用するバネの反力Ｐと圧延材にかかる張力の前記Ｐと相対する方向成分とがつりあい状態にある。そして、図１中の（イ）に示すように、前記バネの反力Ｐに打ち勝つように圧延機１，２間の張力が高くなり、ループ高さｈがループ高さ設定値より小さくなると（ループ高さ変化量がマイナス）、垂直圧延機２出側での圧延材の幅が、ループ高さ設定値での圧延材幅より小さくなる（圧延材幅広がり量がマイナス）。
【００２５】
一方、図１中の（ロ）に示すように、ループ高さｈがループ高さ設定値より大きくなるときには、前記バネの反力Ｐと圧延材にかかる張力の前記反力Ｐと相対する方向成分がつりあい状態を保ったままでループ高さｈが変化するため、圧延機１，２間の張力が変化せず、垂直圧延機２出側での圧延材の幅が、ループ高さ設定値での圧延材幅に対して変化しない。
【００２６】
ただし、ループ高さｈが短時間に急激に変化し、そのため圧延材がキッカーローラ１１から短時間離れるときには、圧延機１，２間の圧延材に圧縮力が瞬時に作用することになり、図１中の（ハ）に示すように、垂直圧延機２出側での圧延材の幅が、ループ高さ設定値での圧延材幅より大きくなる（圧延材幅広がり量がプラス）。
【００２７】
図２はループ高さ変化速度と圧延材幅広がり量との関係を示す図である。
【００２８】
図２は、前記図１中の（ロ），（ハ）のデータについてループ高さ変化速度と圧延材幅広がり量との関係で整理したものである。図２に示すように、ループ高さ変化速度がこの例では約１００ｍｍ／ｓを超えると、キッカーローラ１１がループ高さｈの急激な変動に追従できず、ループ高さ変化速度の増大に伴い圧延材幅が所定値より大きくなる幅広がりが生じている。
【００２９】
以上のことから、ループ高さの絶対値を管理しているだけの従来技術では、圧延機１，２間を走行している圧延材がキッカーローラからごく短時間離れることによる圧延材の幅広がりを検知できず、本発明者らは、この場合においてはループ高さ変化速度を管理する必要があるとの知見を得た。
【００３０】
そこで、本発明による圧延材幅広がり検知方法は、ループ高さ変化速度を連続的に測定し、その測定されたループ高さ変化速度がキッカーローラの移動可能な最大移動加速度を上回ったことを検知することで、圧延材がキッカーローラからごく短時間離れることによる圧延材の幅広がりの発生を検知できるようにしたものである。
【００３１】
このような本発明方法の妥当性を確認するため、前記の図１，図２のデータを求める際に用いたサイドルーパー装置の蹴り出し装置でのキッカーローラの移動可能な最大移動加速度を算出し、この値と、前記図２において幅広がりが発生する臨界速度となっている前記の約１００ｍｍ／ｓのループ高さ変化速度との対応についてチェックしたので、以下に説明する。
【００３２】
図３は本発明の方法による幅広がり検知の原理を説明するための平面図、図４は図３における蹴り出し装置の運動系モデル図である。
【００３３】
図３において、１０は圧延機１，２間に配設されたサイドルーパー装置の蹴り出し装置である。蹴り出し装置１０は、先端部にキッカーローラ１１が取り付けられた棒状の支持アーム１２を備えており、この支持アーム１２はバネ１３によって駆動されるようになっている。支持アーム１２の基端は、破線で示すパスラインＰＬ（圧延材零位置）上に位置されている。１４は圧延材ループのループ高さを検出する前述のＨＭＰＤからなるループセンサである。
【００３４】
また、ｘ０はキッカーローラ１１の定常位置（圧延ロール速度制御により、常時所定のループ高さが保持されているときのキッカーローラ１１の位置）における変位長さである。Ｌ１は入側支点ローラ２１とパスラインＰＬ（圧延材零位置）上におけるキッカーローラ１１との距離であり、Ｌ２はループセンサ１４と出側支点ローラ２２との距離である。この例では、ｘ０＝４７８ｍｍ、Ｌ１＝６４０ｍｍ、Ｌ２＝９２０ｍｍである。なお、入側支点ローラ２１と出側支点ローラ２２との距離Ｌ３は、Ｌ３＝２４８０ｍｍである。また、バネ１３支点位置とパスラインＰＬとの距離：５３４ｍｍ、所定のループ高さ：８０ｍｍ（本実施形態の場合）、キッカーローラ１１の位置におけるループ高さ：５５．７ｍｍ［８０ｍｍ×（６４０／９２０）＝５５．７ｍｍ）、前記のｘ０＝５３４−５５．７＝４７８ｍｍ、である。
【００３５】
そして、図４の蹴り出し装置の運動系モデルから、バネ下質量（キッカーローラ付き支持アームを水平方向（作動方向）に動かすのに要する力）をＭ、このバネ下質量Ｍに作用する力をＦ、同じく加速度ａ、バネ定数をｋ、キッカーローラ１１の定常位置からの変位をｘ、キッカーローラ１１の定常位置における変位長さをｘ０、バネの初期張力Ｆ０とすると、この蹴り出し装置１０の運動方程式は、下記の式（１）〜式（３）のようになる。
【００３６】
【数１】
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【００３７】
ここで、バネ定数ｋは式（４）で求められる。式（４）において、Ｇ：横弾性係数、Ｎ：バネの有効巻き数、Ｄ：バネの平均直径、ｄ：バネの線径である。また、横弾性係数Ｇは式（５）で求められる。式（５）において、Ｅ：バネ材のヤング率、σ：バネのポアソン比である。この例では、ヤング率Ｅ：２１０００ｋｇｆ／ｍｍ２、ポアソン比σ：０．３の物性値などから、バネ定数ｋはｋ＝０．６８４ｋｇｆ／ｍｍとなった。
【００３８】
そして、キッカーローラ１１の移動可能な最大移動加速度は、式（３）から求めることができる。式（３）において、Ｍ＝４．７ｋｇ（バネばかりで実測）、ｋ＝０．６８４ｋｇｆ／ｍｍ、ｘ０＝４７８ｍｍ、Ｆ０＝０、ｘ＝０を代入して、キッカーローラ１１の移動可能な最大移動加速度として、６９．６ｍｍ／ｓ２を得た。
【００３９】
キッカーローラ１１の移動可能な最大移動加速度が６９．６ｍｍ／ｓ２の場合に、キッカーローラ１１が追従可能なループ高さ変化速度は、蹴り出し装置１０の位置とループセンサ（ＨＭＰＤ）の位置とから比例配分すると、（６９．６ｍｍ／ｓ÷Ｌ１）×Ｌ２＝（６９．６ｍｍ／ｓ÷６４０ｍｍ）×９２０ｍｍ＝１００．１ｍｍ／ｓとなる。
【００４０】
この算出された１００．１ｍｍ／ｓというループ高さ変化速度の値は、前記図２において幅広がりが発生する臨界速度となっている前記の約１００ｍｍ／ｓというループ高さ変化速度の値とよく一致するという結果が得られた。すなわち、ループ高さ変化速度を連続的に測定し、その測定されたループ高さ変化速度がキッカーローラ１１の移動可能な最大移動加速度を上回ったことを検知することで、圧延材がキッカーローラ１１からごく短時間離れることによる圧延材の幅広がりの発生を検知するという本発明方法の妥当性を実験に基づいて確認した。
【００４１】
このように、本発明の条鋼熱間圧延設備における圧延材幅広がり検知方法によると、圧延材ループのループ高さ変化速度を連続的に測定し、測定されたループ高さ変化速度がサイドルーパー装置のキッカーローラの移動可能な最大移動加速度を上回ったことを検知することで、圧延材が前記キッカーローラからごく短時間離れることによる圧延材の幅広がりを検知することができる。
【００４２】
これにより、圧延材の幅広がりが検知された場合には、例えば、それ以降に圧延機列に供される鋼片について加熱炉において加熱時間を延ばして該鋼片の長手方向の温度むらを解消したり、あるいは、圧延材の幅広がりが頻繁に検知される場合には、キッカーローラを作動させるバネを変更してキッカーローラの最大移動加速度を大きくしたりすることで、圧延材の幅広がりの発生をなくして幅広がりに起因する圧延材表面疵の発生の防止に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…水平圧延機
２…垂直圧延機
１０…蹴り出し装置
１１…キッカーローラ
１２…支持アーム
１３…バネ
１４…ループセンサ（ＨＭＰＤ）
２１…入側支持ロール
２２…出側支持ロール
【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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