(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延ラインの粗圧延機における被圧延材の通板異常を検出する通板異常検出装置であって、
前記粗圧延機の粗圧延スタンドにおける圧延荷重の時間変化量を測定する圧延荷重変化量測定手段と、
前記圧延荷重変化量測定手段で測定した圧延荷重の時間変化量に基づいて、前記通板異常として前記粗圧延スタンドの入側から噛み込んだ前記被圧延材が前記粗圧延スタンドの出側から送出されない材料詰まりを検出する通板異常検出手段と、を備え、
前記通板異常検出手段は、前記圧延荷重の時間変化量が予め設定した正の第１の閾値を超えているとき、あるいは前記圧延荷重の時間変化量が予め設定した負の第２の閾値を下回っているときの少なくともいずれかの場合において、通板異常が発生していると判断することを特徴とする通板異常検出装置。
【請求項２】
前記通板異常検出手段は、前記粗圧延スタンドの入側から前記被圧延材を噛み込んでから所定時間が経過してから、前記被圧延材が当該粗圧延スタンドを所定長さ通過するまでの間、前記通板異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の通板異常検出装置。
【請求項３】
前記圧延荷重変化量測定手段は、前記粗圧延機のロールに取り付けられたロードセルで測定した圧延荷重に基づいて、前記圧延荷重の時間変化量を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の通板異常検出装置。
【請求項４】
前記通板異常検出手段により前記通板異常を検出したとき、前記熱間圧延ラインの操業を停止する操業停止手段を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の通板異常検出装置。
【請求項５】
熱間圧延ラインの粗圧延機における被圧延材の通板異常を検出する通板異常検出方法であって、
前記粗圧延機の粗圧延スタンドにおける圧延荷重の時間変化量を測定し、測定した圧延荷重の時間変化量に基づいて、前記通板異常として前記粗圧延スタンドの入側から噛み込んだ前記被圧延材が前記粗圧延スタンドの出側から送出されない材料詰まりを検出し、
前記材料詰まりを検出する際に、前記圧延荷重の時間変化量が予め設定した正の第１の閾値を超えているとき、あるいは前記圧延荷重の時間変化量が予め設定した負の第２の閾値を下回っているときの少なくともいずれかの場合において、通板異常が発生していると判断することを特徴とする通板異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延ラインの粗圧延機における通板異常を検出する通板異常検出装置及び通板異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延とは、一般的に、連続鋳造または造塊、分塊によって製造されたスラブ状の金属材料を加熱炉にて数百〜千数百℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、一対または複数対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させることで、薄く延ばし、コイル状に巻き取る一連のプロセスである（例えば、特許文献１参照）。
熱間圧延ラインでは、加熱炉により加熱された厚み１５０〜３００ｍｍの金属材料（被圧延材）が、粗圧延機や仕上圧延機により厚み０．８〜２５ｍｍまで圧延されて金属帯状に薄く延ばされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８５６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、熱間圧延ラインの粗圧延機では、通板異常として出側の材料詰まりがしばしば問題となる。出側材料詰まりが発生した場合、従来はオペレータが目視にてこれを確認し、非常停止ボタンを操作して圧延停止していた。ところが、目視確認が遅れると設備被害の拡大を招くため、自動で粗圧延機の出側材料詰まりを検出する機能が必要とされている。
自動で出側材料詰まりを検出する方法として、粗圧延機の出側直近にセンサを設け、当該センサで被圧延材を検出できない場合に出側材料詰まりが発生していると判断する方法が考えられる。
【０００５】
しかしながら、この方法は、圧延中の蒸気や粉塵等によってセンサが誤作動するおそれがあるため、通板異常検出の信頼性が低い。
そこで、本発明は、信頼性の高い粗圧延機での通板異常検出を行うことができる通板異常検出装置および通板異常検出方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る通板異常検出装置は、熱間圧延ラインの粗圧延機における被圧延材の通板異常を検出する通板異常検出装置であって、前記粗圧延機の粗圧延スタンドにおける圧延荷重の時間変化量を測定する圧延荷重変化量測定手段と、前記圧延荷重変化量測定手段で測定した圧延荷重の時間変化量に基づいて、前記通板異常として前記粗圧延スタンドの入側から噛み込んだ前記被圧延材が前記粗圧延スタンドの出側から送出されない材料詰まりを検出する通板異常検出手段と、を備え、前記通板異常検出手段は、前記圧延荷重の時間変化量が予め設定した正の第１の閾値を超えているとき、あるいは前記圧延荷重の時間変化量が予め設定した負の第２の閾値を下回っているときの少なくともいずれかの場合において、通板異常が発生していると判断ることを特徴としている。
このように、圧延荷重の変動を監視することで材料詰まりを検知するので、粗圧延機の出側直近に設けたセンサによって材料詰まりを検知する場合と比較して、圧延中の蒸気や粉塵等の影響を受けにくい構成とすることができる。そのため、信頼性の高い通板異常検出を行うことができる。
【０００７】
また、材料詰まり時にロールスリップを起こさず、詰まった場所を基点に材料がアコーディオン状に変形した場合に、圧延荷重が急増する現象を考慮して、圧延荷重の時間変化量が正の第１の閾値を超えているか否かを監視するので、適切に材料詰まりを検知することができる。
【０００８】
また、材料詰まり時にロールスリップを起こした場合に、圧延荷重が急減する現象を考慮して、圧延荷重の時間変化量が負の第２の閾値を下回っているか否かを監視するので、適切に材料詰まりを検知することができる。
【０００９】
さらに、上記において、前記通板異常検出手段は、前記粗圧延スタンドの入側から前記被圧延材を噛み込んでから所定時間が経過してから、前記被圧延材が当該粗圧延スタンドを所定長さ通過するまでの間、前記通板異常を検出することを特徴としている。
これにより、材料噛み込み時と材料噛み離し時は出側通板異常検知機能を非作動とすることができるので、材料噛み込み時と材料噛み離し時における荷重変動を、材料詰まりに起因する荷重変動であると誤判断するのを防止することができる。
【００１０】
また、上記において、前記圧延荷重変化量測定手段は、前記粗圧延機のロールに取り付けられたロードセルで測定した圧延荷重に基づいて、前記圧延荷重の時間変化量を測定することを特徴としている。
このように、一般に自動板厚制御用に取り付けられているロードセルを用いて圧延荷重を測定し、測定した圧延荷重の変動量に基づいて材料詰まりを検出するので、材料詰まり検出用に新たにセンサ等を設ける必要がない。そのため、コスト増大を伴うことなく材料詰まり検出を行うことができる。また、自動板厚制御用のロードセルは各圧延機にそれぞれ取り付けられているため、各圧延機で材料詰まりの検出が可能となる。したがって、複数の圧延機で材料詰まりを検出することで、検出精度を向上させることができる。
【００１１】
さらにまた、上記において、前記通板異常検出手段により前記通板異常を検出したとき、前記熱間圧延ラインの操業を停止する操業停止手段を備えることを特徴としている。
これにより、設備被害の拡大を確実に防止することができる。
また、本発明に係る通板異常検出方法は、熱間圧延ラインの粗圧延機における被圧延材の通板異常を検出する通板異常検出方法であって、前記粗圧延機の粗圧延スタンドにおける圧延荷重の時間変化量を測定し、測定した圧延荷重の時間変化量に基づいて、前記通板異常として前記粗圧延スタンドの入側から噛み込んだ前記被圧延材が前記粗圧延スタンドの出側から送出されない材料詰まりを検出し、前記材料詰まりを検出する際に、前記圧延荷重の時間変化量が予め設定した正の第１の閾値を超えているとき、あるいは前記圧延荷重の時間変化量が予め設定した負の第２の閾値を下回っているときの少なくともいずれかの場合において、通板異常が発生していると判断することを特徴としている。
このように、圧延荷重の変動を監視することで材料詰まりを検知するので、信頼性の高い通板異常検出方法とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧延荷重の変動を監視することにより、粗圧延機の出側材料詰まりを高精度で検出することができるので、設備被害の拡大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態における通板異常検出装置を備える熱間圧延設備の構成を示す図である。
【図２】通板異常検出装置２０で実行する通板異常検出処理手順を示すフローチャートである。
【図３】出側材料詰まり時の圧延荷重変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（構成）
図１は、本実施形態における通板異常検出装置を備える熱間圧延設備の構成を示す図である。
図中、符号１は熱間圧延設備である。この熱間圧延設備１は、熱間圧延ライン上流側から加熱炉２、ＨＳＢ（Hot Scale Breaker）３、サイジングプレス４、複数の粗圧延スタンド（Ｒ２，Ｒ４）からなる粗圧延機５、エッジヒータ６、クロップシャー７、ＦＳＢ（Finisher Scale Breaker）８、複数の仕上圧延スタンド（Ｆ１〜Ｆ７）からなる仕上圧延機９、ランナウトテーブル１０、コイラー（巻き取り設備）１１を備えている。
【００１５】
また、この熱間圧延設備１は通板異常検出装置２０を備える。通板異常検出装置２０は、図示しないＣＰＵやメモリ等を有するマイクロコンピュータによって構成されており、後述する通板異常検出処理を実行し、粗圧延スタンドＲ２のリバース圧延時における出側の通板異常（材料詰まり）を検出する。ここで、材料詰まりとは、粗圧延スタンドの入側から材料（被圧延材）を噛み込んだ状態で当該材料が詰まり、粗圧延スタンドの出側から送出されない状態をいう。
【００１６】
各圧延スタンドには、通常、自動板厚制御用として左右のロールにそれぞれロードセルが設けられており、これらロードセルによって左右の圧延荷重が測定可能となっている。通板異常検出装置２０は、粗圧延スタンドＲ２のロールに設けられたロードセルで検出した圧延荷重（左右の和荷重）に基づいて、粗圧延スタンドＲ２における出側材料詰まりを検出する。
図２は、通板異常検出装置２０で実行する通板異常検出処理手順を示すフローチャートである。この通板異常検出処理は、通板異常検知対象である粗圧延スタンドＲ２がロードオンとなったときに実行開始し、所定時間毎（例えば、０．５秒毎）に繰り返し実行される。
【００１７】
先ずステップＳ１で、通板異常検出装置２０は、現時刻が通板異常検知期間であるか否かを判定する。通板異常検知期間は、圧延荷重の急変が起こり得る材料噛み込み時と材料噛み離し時とを除いた期間とする。ここでは、粗圧延スタンドＲ２における材料噛み込みから所定時間（例えば、１秒）が経過してから、粗圧延スタンドＲ２を材料が一定長さ（例えば、材料の全長の８０％）通過するまでの期間を、通板異常検知期間とする。そして、現時刻が通板異常検知期間ではないと判断した場合にはそのまま通板異常検出処理を終了し、通板異常検知期間であると判断した場合にはステップＳ２に移行する。
ステップＳ２では、通板異常検出装置２０は、粗圧延スタンドＲ２の左右のロールに設けられたロードセルで測定した荷重を取得し、左右の荷重の和（和荷重）を算出する。そして、算出した和荷重を粗圧延スタンドＲ２の圧延荷重の今回値（以下、Ｐ（ｎ）とする）とする。
【００１８】
次に、ステップＳ３では、通板異常検出装置２０は、前回のサンプリングで取得した粗圧延スタンドＲ２の圧延荷重の前回値（以下、Ｐ（ｎ−１）とする）と、前記ステップＳ２で算出した粗圧延スタンドＲ２の圧延荷重の今回値Ｐ（ｎ）との差分、即ち圧延荷重の時間変化量ΔＰを算出し、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、通板異常検出装置２０は、前記ステップＳ３で算出した圧延荷重の時間変化量ΔＰが、予め設定した許容範囲外であるか否かを判定する。当該許容範囲は、出側材料詰まりを起こしていないときに圧延荷重の時間変化量ΔＰが取り得る範囲に設定する。
【００１９】
材料が粗圧延機の出側で材料詰まりを起こした場合、以下の２パターンの現象が考えられる。１つ目のパターンは、材料が粗圧延機の出側で詰まった後にロールスリップを起こさず、詰まった場所を基点に材料がアコーディオン状に変形するパターンである。この場合には、粗圧延機の出側で大きな負の張力が発生するため、圧延荷重が急増する。２つ目のパターンは、材料が粗圧延機の出側で詰まった後にロールスリップを起こすパターンである。この場合には、ロールが空転するため、圧延荷重が急減する。
【００２０】
そこで、これらの現象を考慮して、圧延荷重の時間変化量ΔＰが急増している（正の第１の閾値ΔＰTH1を超えている）か、又は急減している（負の第２の閾値ΔＰTH2を下回っている）場合に、圧延荷重の時間変化量ΔＰが許容範囲外であると判断する。
すなわち、ステップＳ４では、ΔＰ＞ΔＰTH1（例えば、５００トン）であるか、又はΔＰ＜ΔＰTH2（例えば、−３５０トン）であるかを判定する。これら閾値ΔＰTH1及びΔＰTH2は、材料詰まりに起因する圧延荷重の急増及び急減を確実に検出可能な値に設定する。例えば、予め通常圧延中に一定期間、圧延荷重変動を記録することで通常圧延時における圧延荷重の最大値及び最小値を把握し、第１の閾値ΔＰTH1が上記最大値よりも大きくなるように設定すると共に、第２の閾値ΔＰTH2が上記最小値よりも小さくなるように設定する。
【００２１】
そして、ΔＰ＞ΔＰTH1であるか、又はΔＰ＜ΔＰTH2であると判断した場合には、通板異常が発生していると判断してステップＳ５に移行し、それ以外の場合には通板異常の発生していない通常状態であると判断して、そのまま通板異常検出処理を終了する。
ステップＳ５では、通板異常検出装置２０は、通板異常時処理として熱間圧延ラインの操業を停止する処理を行う。なお、その際、オペレータに通板異常を報知すべく警報を発するようにしてもよい。
この図２において、ステップＳ３が圧延荷重変化量測定手段に対応し、ステップＳ１及びＳ４が通板異常検出手段に対応し、ステップＳ５が操業停止手段に対応している。
【００２２】
（動作）
次に、本実施形態の動作について、図３を参照しながら説明する。
熱間圧延設備１において、加熱炉２によって数百〜千数百℃に加熱された被圧延材７は、サイジングプレス４によって所定幅にプレスされた後、粗圧延機５により圧延される。このとき、粗圧延機５の粗圧延スタンドＲ２の左右のロールに設けられたロードセルで左右の圧延荷重が測定され、これが通板異常検出装置２０に入力される。
【００２３】
図３の時刻ｔ１で、粗圧延機５の粗圧延スタンドＲ２が材料を噛み込み、ロードオンとなると、粗圧延スタンドＲ２の圧延荷重がロードオン荷重まで上昇する。このとき、通板異常検出装置２０は、図２に示す通板異常検出処理を実行開始するが、時刻ｔ１はロードオン時刻であり通板異常検知期間ではないため、この時刻ｔ１では出側通板異常検知機能は非作動となる（ステップＳ１でＮｏ）。その後、時刻ｔ１から所定時間（例えば、１秒）後の時刻ｔ２まで、出側通板異常検知機能は非作動状態を継続する。
【００２４】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの材料噛み込み初期においては、通常、先端スリップ検知機能が作動され、被圧延材の先端部のスリップ内容に応じた保護対策等が行われる。この時刻ｔ１から時刻ｔ２までの材料噛み込み初期は、スリップにより圧延荷重が安定せず、ロードオン荷重に対して比較的大きく変動する。そのため、この材料噛み込み初期に出側通板異常検知機能を作動してしまうと、材料噛み込み初期特有の圧延荷重の変動を、材料詰まりに起因した荷重変動であると誤判断してしまい、熱間圧延ラインの操業を誤停止してしまう。
これに対して、本実施形態では、材料噛み込みから圧延荷重が安定するまでの所定時間が経過するまでの間、出側通板異常検知機能を非作動とするので、材料詰まりの誤検知を防止することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、材料が粗圧延スタンドを一定長さ（例えば、材料の全長の８０％）通過した後の材料噛み離し期間にも、出側通板異常検知機能を非作動とする。材料噛み離し時にも圧延荷重が急変するため、この材料噛み離し時に出側通板異常検知機能を作動してしまうと、材料噛み離し時の圧延荷重の変動を、材料詰まりに起因した荷重変動であると誤判断してしまい、熱間圧延ラインの操業を誤停止してしまう。したがって、上記材料噛み離し期間においても出側通板異常検知機能を非作動とすることで、材料詰まりの誤検知を防止することができる。
【００２６】
時刻ｔ２でロードオンが安定すると、通板異常検出装置２０は出側通板異常検知機能を作動する（ステップＳ１でＹｅｓ）。すると、通板異常検出装置２０は、ロードセルで測定した粗圧延スタンドＲ２の左右の圧延荷重を取得し、これらを合計した和荷重を粗圧延スタンドＲ２の圧延荷重の今回値Ｐ（ｎ）とする（ステップＳ２）。そして、今回の圧延荷重Ｐ（ｎ）と前回のサンプリングで取得した圧延荷重Ｐ（ｎ−１）との差ΔＰを、圧延荷重の時間変化量として算出し（ステップＳ３）、この差ΔＰが許容範囲外であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
材料詰まりが発生していない場合、ロードオンが安定した後の圧延荷重の変動は殆ど無く、圧延荷重の時間変化量ΔＰは許容範囲内となる（ステップＳ４でＮｏ）。そのため、この場合には、通板異常検出装置２０は材料詰まりが発生していないと判断し、熱間圧延ラインの操業を継続する。
【００２７】
その後、時刻ｔ３で、粗圧延スタンドＲ２において出側材料詰まりが発生したものとする。このとき、ロールスリップを起こさず、材料がアコーディオン状に変形すると、時刻ｔ３以降では矢印αに示すように圧延荷重が増大する。そして、圧延荷重の時間変化量ΔＰが第１の閾値ΔＰTH1（例えば、５００トン）を超えると（ステップＳ４でＹｅｓ）、通板異常検出装置２０は材料詰まりが発生したものと判断し、熱間圧延ラインの操業を非常停止する（ステップＳ５）。
このように、出側材料詰まりに起因して圧延荷重が急増する現象を考慮して、圧延中の圧延荷重の所定時間あたりの増加量ΔＰが一定値を超えたか否かを監視するので、精度良く材料詰まりを検知することができる。
【００２８】
一方、時刻ｔ３で材料詰まりが発生して圧延荷重が増加しても、所定時間あたりの増加量ΔＰが第１の閾値ΔＰTH1を超えない場合には（ステップＳ４でＮｏ）、通板異常検出装置２０は、材料詰まりは発生していないと判断してそのまま熱間圧延ラインでの操業を継続する。ところが、その後、すぐに時刻ｔ４で材料詰まりによって材料の行き場がなくなり、ロールが空転する。そのため、この時刻ｔ４以降では、矢印βに示すように圧延荷重は０に向けて急減する。すると、圧延荷重の時間変化量ΔＰが第２の閾値ΔＰTH2（例えば、−３５０トン）を下回るため（ステップＳ４でＹｅｓ）、通板異常検出装置２０は、材料詰まりが発生したものと判断し、熱間圧延ラインの操業を非常停止する（ステップＳ５）。
【００２９】
このように、出側材料詰まりに起因して圧延荷重が急減する現象を考慮して、圧延中の圧延荷重の所定時間あたりの減少量ΔＰが一定値を超えたか否かを監視するので、精度良く材料詰まりを検知することができる。
以上のように、圧延荷重を０．５秒周期でサンプリングし、前回値Ｐ（ｎ−１）と今回値Ｐ（ｎ）との差に基づいて材料詰まりを検出するので、材料詰まりが発生してから、最短０．５秒〜１．０秒で当該材料詰まりを検出することができる。したがって、オペレータの目視確認と比較して通板異常を早期検出することができ、設備被害の拡大を防止することができる。
【００３０】
ところで、粗圧延機における出側材料詰まりを自動検知する方法として、粗圧延機の出側直近にセンサを設け、当該センサで被圧延材を検出できない場合に材料詰まりが発生していると判断する方法がある。しかしながら、この方法は、圧延中の蒸気や粉塵等に起因してセンサが誤作動するおそれがあるため、信頼性が低い。これに対して、本実施形態では、粗圧延機のロールに取り付けられたロードセルによって計測した圧延荷重を用いるので、信頼性の高い材料詰まり検出を行うことができる。
【００３１】
また、上述したようなセンサを用いた材料詰まり検出方法では、センサの設置位置よりも下流側で発生した材料詰まりが検出できないため、検出精度を向上させるためにはセンサを複数設ける必要があり、その分コストが嵩む。これに対して、本実施形態では、一般に自動板厚制御用に設けられているロードセルの圧延荷重信号を用いて材料詰まり検出を行うので、材料詰まり検出用に新たにセンサ等を設ける必要がない。さらに、通常、各圧延スタンドのロールにそれぞれ自動板厚制御用のロードセルが取り付けられているため、各圧延スタンドにおいて出側材料詰まりを検出することが可能である。そのため、材料詰まりの検出精度を容易に向上させることができる。
【００３２】
（効果）
このように、上記実施形態では、粗圧延機の圧延荷重の時間変化量に基づいて、通板異常として材料詰まりを検出するので、粗圧延機の出側直近に設けたセンサによって材料を検出することで材料詰まりを検知する場合と比較して、圧延中の蒸気や粉塵等の影響を受けにくい構成とすることができる。そのため、信頼性の高い通板異常検出を行うことができる。
【００３３】
また、材料詰まり時に圧延荷重が急増又は急減することを考慮して、圧延荷重の時間変化量が許容範囲外であるか否かを監視し、圧延荷重の時間変化量が許容範囲外であるときに通板異常が発生していると判断するので、適切に材料詰まりを検知することができる。
さらに、粗圧延スタンドの入側からの材料噛み込みから所定時間が経過してから材料が所定長さ通過するまでの間を異常検知期間とし、通板異常を検出するので、材料噛み込み時と材料噛み離し時における荷重変動を、材料詰まりに起因する荷重変動であると誤判断するのを防止することができる。
【００３４】
また、粗圧延機の圧延荷重は、粗圧延機のロールに取り付けられたロードセルによって測定する。このように、一般に自動板厚制御用に取り付けられているロードセルを用いて圧延荷重を測定し、当該圧延荷重の変動に基づいて材料詰まりを検出するので、材料詰まり検出用に新たにセンサ等を設ける必要がない。そのため、コスト増大を伴うことなく材料詰まり検出を行うことができる。また、自動板厚制御用のロードセルは各圧延機にそれぞれ取り付けられているため、各圧延機で材料詰まりの検出が可能となる。したがって、複数の圧延機で材料詰まりを検出することで、検出精度を向上させることができる。
さらにまた、通板異常を検出した場合には、熱間圧延ラインの操業を停止するので、設備被害の拡大を確実に防止することができる。
以上のように、コスト増大を伴うことなく、信頼性の高い通板異常検出を行うことができる。
【００３５】
（変形例）
なお、上記実施形態においては、粗圧延スタンドＲ２における出側材料詰まりのみを検出する場合について説明したが、その他の圧延スタンドにおける出側材料詰まりも検出するようにしてもよい。このように、複数の圧延スタンドにおいて材料詰まりを検出することで、より検出精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…熱間圧延設備、２…加熱炉、３…ＨＳＢ、４…サイジングプレス、５…粗圧延機、６…エッジヒータ、７…クロップシャー、８…ＦＳＢ、９…仕上圧延機、１０…ランナウトテーブル、１０…コイラー、２０…通板異常検出装置
【図１】
0005750910.tif 000002
【図２】
0005750910.tif 000003
【図３】
0005750910.tif 000004