(57)【要約】【課題】金属板材の圧延において、圧延材の伸び率が左右均等になるような圧延操業を実施するための板圧延方法を提供すること。【解決手段】４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法で、キスロール締め込み状態における、上下補強ロールの各圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値から、圧下装置の零点と圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または制御を行うことを特徴とする板圧延方法。【選択図】　　　　図１
2004001068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法で、キスロール締め込み状態における、上下補強ロールの各圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値のみから、圧下装置の零点と圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または制御を行うことを特徴する板圧延方法。
【請求項２】
４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法で、キスロール締め込み状態における、作業ロール、作業ロールおよび中間ロールのうちのすべてのロールのロール軸方向に作用するスラスト反力の測定値と、上下どちらか一方の補強ロールの各圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値のみから、圧下装置の零点と圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または制御を行うことを特徴する板圧延方法。
【請求項３】
前記圧下装置の零点と圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求める際に、さらに予め求めておいた定数を用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の板圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板等の金属板材を圧延する際の圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板材の圧延操業における重要課題の一つに、圧延材の伸び率を作業側と駆動側とで等しくすることがある。尚、以下の説明では、表記を簡単にするため作業側と駆動側のことを左右と称することにする。伸び差が左右不均等になった場合、キャンバーや板厚ウェッジという圧延材の平面形状および寸法精度不良を生ずるばかりではなく、蛇行や尻絞りという通板トラブルを生じることがある。
左右の伸び率を均等にするための操作手段としては、圧延機の圧下位置の左右差の解消、すなわち圧下レベリング操作が用いられる。通常、圧下レベリングの操作は、圧延前の設定、圧延中の操作ともに、オペレータが圧延操業を注意深く観察しながら操作している場合がほとんどであるが、上述したキャンバーや板厚ウェッジの品質不良や通板トラブルを十分に制御できているとは言えない。
【０００３】
上記問題に対して、特許文献１には、圧延機のロードセル荷重の左右差の和に対する比に基づいて圧下レベリング制御を実施する技術が開示されている。また、特許文献２には、圧延機入側の圧延材のずれ、すなわち蛇行量を直接検出することにより、圧下レベリングを操作する技術が開示されている。
ここで例示した圧延材の伸び率の左右差を零にするための技術は、何れも制御手段としては圧下レベリングを最適化することを目標としているが、何れの技術も、圧延材の伸び率に左右差を生じ、これが圧延材の蛇行やキャンバーとして検出されてからアクションを起こすフィードバック方式の制御技術である。このような方式の制御の場合、圧延材の伸び率に左右差を生じてから、これが蛇行やキャンバーとして検出されるまでには有意な時間遅れが存在し、そのためこれらフィードバック方式の制御のみで蛇行やキャンバーの問題を完全に解決するまでには至っていない。
【０００４】
上記技術の問題点を解決できる可能性のある技術として、特許文献３および特許文献４が開示されている。これらの技術は、上記フィードバック方式の技術とは異なり、圧延機の変形特性の左右非対称性を正確に把握し、さらには圧延材の寸法や変形抵抗のような変形特性の左右非対称性をも正確に把握した上で、圧延開始前の圧下設定値を最適に設定して、圧延材頭部の圧延開始時点から蛇行やキャンバーを発生させない操業を実現することを目的としていた。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５８−５１７７１号公報
【特許文献２】
特開昭５９−１９１５１０号公報
【特許文献３】
特許第２６０４５２８号掲載公報
【特許文献４】
特開平１０−２６３６５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記の特許文献３においては、特に圧延機の変形特性の左右非対称性を同定するため、圧下装置を操作してキスロール締め込みを実施し、作業側および駆動側の圧下位置と圧延荷重測定用ロードセルの出力を、複数の圧下位置条件に対して測定し、各圧下位置条件に対応するロール系の変形を計算して分離し、その結果として求められる圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定し、このようにして得られた圧延機の変形特性を利用して、最適な圧下レベリング設定を実施する技術が開示されている。ここで、キスロール締め込みとは、圧延材の存在しない状態で、上下作業ロールを互いに接触させて、ロール間に負荷を与えることを意味している。
【０００７】
また、特許文献４においては、キスロール締め込みによる圧下零点調整および圧延機の変形特性の左右非対称性を抽出する際に、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力を測定し、ロール間スラスト力による外乱を分離し得られた圧下装置の零点と圧延機の変形特性に基づき、最適な圧下レベリング設定および制御を実施する手段を開示している。ここでスラスト反力とは、各ロール胴部の接触面において主としてロール間の微小なクロス角の存在によって発生するスラスト力の各ロールに関する合力に抗して、当該ロールを定位置に保持するための反力である。
【０００８】
しかしながら、特許文献３に開示されている技術を実施したところ、圧延機によっては、同定された圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に十分な再現性が見られない場合があり、このため圧下位置の設定値を必ずしも最適化することができず、その結果として、蛇行やキャンバーの発生を十分に防止できていなかった。この問題点を改善できる技術として上述した特許文献４に開示されている技術があるが、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下双方の補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力の測定が必須となるため、これらすべての値を測定できる測定装置が備わっていない圧延機では適用することができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下双方の補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力の測定装置がすべて備わっていない圧延機においても、圧下装置の零点と圧延機の変形特性を再現性良く求めることができ、その結果を活用した板圧延機の圧下位置設定および／または圧下位置制御を効果的に行うことが可能な板圧延方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法で、キスロール締め込み状態における、上下補強ロールの各圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値のみから、圧下装置の零点と圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または制御を行うことを特徴する板圧延方法。
（２）４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法で、キスロール締め込み状態における、作業ロール、作業ロールおよび中間ロールのうちのすべてのロールのロール軸方向に作用するスラスト反力の測定値と、上下どちらか一方の補強ロールの各圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値のみから、圧下装置の零点と圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または制御を行うことを特徴する板圧延方法。
（３）前記圧下装置の零点と圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求める際に、さらに予め求めておいた定数を用いることを特徴とする（１）または（２）記載の板圧延方法。
【００１１】
圧延機のロードセルで測定される圧延荷重の左右差には、圧延材と作業ロール間の圧延荷重分布の左右非対称性の他に、例えば４段圧延機の場合、作業ロールと補強ロールの間、６段圧延機の場合、作業ロールと中間ロール、中間ロールと補強ロールとの間にロール軸方向に作用するスラスト力が最も大きな要因として含まれている。これらのロール間に作用するスラスト力は、ロールに余分なモーメントを与え、このモーメントに釣り合うように左右の圧延荷重差が変化するので、圧延機のロードセルで測定された荷重の左右差から圧延材〜作業ロール間で生じている圧延荷重分布の左右非対称性を把握するという目的に対しては重大な外乱となる。
上述のロール間スラスト力が発生する主原因は、互いに接触すると隣り合うロールの回転軸が、ロールチョックとハウジングウィンドウ間の僅かな間隙の分だけ平行位置からずれることによる。このように隣り合うロール軸の平行度に誤差を生じた場合、ロール回転に伴う両者のロール周速ベクトルにロール軸方向の偏差成分を生じることになり、この偏差成分にしたがって、ロール回転に伴って常にロール軸方向の滑りを生じることになる。このような滑りによって発生する力がロール間スラスト力であり、滑りを継続的に発生させる力が、ロールチョックを軸方向に固定しているキーパープレート等から作用するスラスト反力ということになる。
【００１２】
以上説明したようにロール間スラスト力は、隣り合うロール軸の僅かな平行度の誤差によって発生するので、その方向や大きさは一般には不明であり、また、ロール表面性状の変化とともに時々刻々変化する可能性のある不安定なものである。したがって、圧下零点調整では、作業側および駆動側のロードセルで測定される荷重が所定の荷重に等しくなるように圧下位置がリセットされ、圧下レベリングの零点も同時にリセットされるので、このとき、上述したようなロール間スラスト力が作用してロードセル荷重の左右差に外乱が含まれていると、正確な圧下レベリングの零点調整は実行できなくなり、以後の圧下レベリング設定には、常時この零点の誤差が含まれることになる。また、キスロール締め込みデータより圧延機の変形特性を把握する場合においても、作業側および駆動側の圧下位置と圧延荷重測定用ロードセル荷重測定値を基本データとして、圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定するので、上述したようなロール間スラスト力によってロードセル荷重に外乱が混入した場合、これが圧延機の変形特性の左右非対称性の同定結果に対する大きな誤差要因となることがわかる。
【００１３】
このようなスラスト力の外乱に対して、前掲の特許文献４の方法では、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力を測定し、ロール間スラスト力による外乱を分離する方法を開示している。しかしながら、この方法では、前述したように補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下双方の補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力の測定が必須となるため、これらすべての値を測定できる測定装置が備わっていない圧延機では適用することができない。例えば、熱間仕上圧延機のように通常７スタンドある設備に上述のような測定装置をすべての圧延機に装備することは設備費用の面から大きな負担となるため、現実的に上記方法を適用するのは困難な場合が多い。
【００１４】
そこで、本発明者らは、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下双方の補強ロール反力の測定装置がすべて備わっていない圧延機の場合について、キスロール締め込み時の圧下零点調整および圧延機の変形特性の左右非対称性を抽出する方法に関しての種々の検討を行い、ロール間スラスト力を算出する方程式系においてある種の近似や仮定をおくことで、実用的にも十分な精度が得られることを確認した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下では、簡単にするためすべて４段圧延機を例として説明するが、本発明は、さらに中間ロールが加えられた形式の５段あるいは６段以上の圧延機にも同様に適用できることは勿論である。
【００１６】
先ず、本発明の請求項１の板圧延方法で、キスロール締め込み時の上下・左右の補強ロール反力の測定値から、各ロールの変形量の左右差を演算する際に必要となる各ロール間に作用するスラスト力および線荷重分布の左右差を演算する方法を説明する。特許文献４に開示されているように、キスロール締め込み状態において利用可能な方程式は、各ロールのロール軸方向の力の平衡条件式４個と、各ロールのモーメントの平衡条件式４個の合計８個である。図７には、各ロールに作用するロール軸方向の力と各ロールのモーメントに関係する力を模式的に示している。この場合、図７に示した力の成分のうち測定値が利用できるのは次の２個である。
ＰｄｆＴ：上補強ロール圧下支点位置における補強ロール反力左右差
ＰｄｆＢ：下補強ロール圧下支点位置における補強ロール反力左右差
また、未知数となるのは次の１０個の変数である。
ＴＷＴ：上作業ロールに作用するスラスト反力
ＴＷＢ：下作業ロールに作用するスラスト反力
ＴＢＴ：上補強ロールチョックに作用するスラスト反力
ＴＷＢＴ：上作業ロール〜補強ロール間に作用するスラスト力
ＴＷＷ：上下作業ロール間に作用するスラスト力
ＴＷＢＢ：下作業ロール〜補強ロール間に作用するスラスト力
ＴＢＢ：下補強ロールチョックに作用するスラスト反力
ｐｄｆＷＢＴ：上作業ロール〜補強ロール間の線荷重分布の左右差
ｐｄｆＷＢＢ：下作業ロール〜補強ロール間の線荷重分布の左右差
ｐｄｆＷＷ：上下作業ロール間の線荷重分布の左右差
【００１７】
本発明の請求項１の場合、上下補強ロール反力測定用ロードセルが配置されているが、作業ロールのスラスト反力測定装置がないので、上、下の作業ロールに作用するスラスト反力ＴＷＴ、ＴＷＢが測定不可能となり、未知数が２個超過してしまい方程式を解くことができない。そこで、本発明の請求項１では、作業ロール〜補強ロール間に作用する上下のスラスト力ＴＷＢＴ、ＴＷＢＢを零と仮定して方程式を解くものとする。この場合、特許文献４に開示されている各ロールのロール軸方向の力の平衡条件式およびモーメントの平衡条件式は、以下のようになる。すなわち、上補強ロール、上作業ロール、下作業ロール、下補強ロールのロール軸方向の力の平衡条件式はそれぞれ次のようになる。
ＴＢＴ＝０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
−ＴＷＷ＝ＴＷＴ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
ＴＷＷ＝ＴＷＢ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
ＴＢＢ＝０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
【００１８】
また、上補強ロール、上作業ロール、下作業ロール、下補強ロールのモーメントの平衡条件式は次式で与えられる。
ｐｄｆＷＢＴ（ｌＷＢＴ）２／１２＝ＰｄｆＴ・ａＢＴ／２　　　　　　　　　　　（５）
ＴＷＷ・ＤＷＴ／２−ｐｄｆＷＢＴ（ｌＷＢＴ）２／１２＋ｐｄｆＷＷ（ｌＷＷ）２／１２＝０　　（６）
ＴＷＷ・ＤＷＢ／２＋ｐｄｆＷＢＢ（ｌＷＢＢ）２／１２−ｐｄｆＷＷ（ｌＷＷ）２／１２＝０　　（７）
−ｐｄｆＷＢＢ（ｌＷＢＢ）２／１２＝−ＰｄｆＢ・ａＢＢ／２　　　　　　　　　（８）
ここで、ＤＢＴ、ＤＢＢ、ＤＷＴ、ＤＷＢは、それぞれ上、下の補強ロール直径、上、下の作業ロール直径であり、ｌＷＢＴ、ｌＷＷ、ｌＷＢＢは、それぞれ上補強ロール〜上作業ロール接触領域、上下作業ロール接触領域、下補強ロール〜下作業ロール接触領域のロール軸方向長さである。以上の式（１）〜（８）を連立して解くことにより、上述の未知数が演算される。
【００１９】
次に、本発明の請求項２の板圧延方法で、キスロール締め込み時の上下作業ロール軸方向に作用するスラスト反力の測定値と、下補強ロールの各圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値から、各ロールの変形量の左右差を演算する際に必要となる各ロール間に作用するスラスト力および線荷重分布の左右差を演算する方法を説明する。尚、ここでは、下補強ロール反力を測定する例を示しているが、上補強ロール反力を測定した場合でも同様に適用できることは言うまでもない。この場合、図７に示した力の成分のうち測定値が利用できるのは次の３個である。
ＰｄｆＢ：下補強ロール圧下支点位置における補強ロール反力左右差
ＴＷＴ：上作業ロールに作用するスラスト反力
ＴＷＢ：下作業ロールに作用するスラスト反力
また、未知数となるのは次の９個の変数である。
ＰｄｆＴ：上補強ロール圧下支点位置における補強ロール反力左右差
ＴＢＴ：上補強ロールチョックに作用するスラスト反力
ＴＷＢＴ：上作業ロール〜補強ロール間に作用するスラスト力
ＴＷＷ：上下作業ロール間に作用するスラスト力
ＴＷＢＢ：下作業ロール〜補強ロール間に作用するスラスト力
ＴＢＢ：下補強ロールチョックに作用するスラスト反力
ｐｄｆＷＢＴ：上作業ロール〜補強ロール間の線荷重分布の左右差
ｐｄｆＷＢＢ：下作業ロール〜補強ロール間の線荷重分布の左右差
ｐｄｆＷＷ：上下作業ロール間の線荷重分布の左右差
【００２０】
本発明の請求項２の場合、キスロール締め込み時の上下・左右の補強ロール反力の測定値から上下作業ロールのスラスト反力測定装置および下補強ロール反力測定用ロードセルが配置しているが、上補強ロール反力測定用ロードセルがないので、上補強ロール圧下支点位置における補強ロール反力左右差ＰｄｆＴが測定不可能となり、未知数が１個超過してしまう。そこで、本発明の請求項２では、上作業ロール〜補強ロール間に作用する上スラスト力ＴＷＢＴを零と仮定して方程式を解くものとする。この場合、特許文献４に開示されている各ロールのロール軸方向の力の平衡条件式およびモーメントの平衡条件式は、以下のようになる。すなわち、上補強ロール、上作業ロール、下作業ロール、下補強ロールのロール軸方向の力の平衡条件式はそれぞれ次のようになる。
ＴＢＴ＝０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（９）
−ＴＷＷ＝ＴＷＴ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）
ＴＷＷ−ＴＷＢＢ＝ＴＷＢ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１１）
ＴＷＢＢ＝ＴＢＢ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１２）
また、上補強ロール、上作業ロール、下作業ロール、下補強ロールのモーメントの平衡条件式は次式で与えられる。
2004001068.tif 000003
以上の式（９）〜（１６）を連立して解くことにより、上述の未知数が演算される。尚、図７中の補強ロールに作用するスラスト反力の作用点位置と補強ロール軸心位置との距離ｈＢＴおよびｈＢＢは、例えば、既知のスラスト力を与えて補強ロール反力変化を観察することで予め同定しておくものとする。
【００２１】
次に、本発明の請求項３の板圧延方法で、予め求めておいた定数を使用して、各ロールの変形量の左右差を演算する際に必要となる各ロール間に作用するスラスト力および線荷重分布の左右差を演算する方法を説明する。上述のように、上下・左右の補強ロール反力が測定可能な場合と、上下どちらか一方の左右の補強ロール反力および上下作業ロールのスラスト反力が測定可能な場合で、未知数が前者では２個、後者では１個超過してしまい方程式を解くことができない。本発明の請求項３では、例えば、次のような仮定をおいて新たな条件式を導入するものとする。
（ａ）ロール間クロス角とロール間スラスト力は比例する。
（ｂ）１圧延単位中で変化するのは作業ロールの微小クロス角である。
（ｃ）上下補強ロールの相対的クロス角は１圧延単位中変化しない。
上記（ａ）の仮定はクロス角が微小な場合には良い精度で成立することが実験的に確認されている。尚、補強ロール〜作業ロール間と上下作業ロール間では摩擦係数が異なる可能性があるが、これ以上変数を増やすことはできないので、ここでは摩擦係数すなわちロール間クロス角とロール間スラスト力との比例定数は一定と仮定する。また、（ｂ）、（ｃ）の仮定は補強ロールのネック強度が作業ロールよりも極めて大きいことからハウジング〜チョック間のギャップが十分小さく管理できている場合にはさほど無理のない仮定と考える。
【００２２】
上述の仮定に従って条件式を導くと下記式（１７）を得る。
ＴＷＷ＝ＴＷＢＴ＋ＴＷＢＢ＋ＴＢ　　　　　　　　　　　　　　　　（１７）
ここで、ＴＢは下補強ロールを基準とした上補強ロールの微小クロスに起因するスラスト力に相当する定数であり、予め与えなければならない。また、未知数が２個超過してしまう場合では、上述のような条件式の追加に加え、例えば、ＴＷＢＴ＝ＴＷＢＢのような仮定をおいて、未知数を一個減らすことが必要となる。
以上のように導出した式（１７）を、特許文献４記載のロール軸方向の力の平衡条件式およびモーメントの平衡条件式に、新たな方程式として加えることで未知数が超過してしまう条件でも解を求めることができる。
【００２３】
尚、式（１７）の定数ＴＢは、例えば、以下のような方法で求めることができる。
ＴＢは上述のように上下補強ロール間の相対的クロス角に起因するという物理的意味があるので作業ロール組替によって変動する可能性は少ない。そこで、１圧延単位の圧下設定実績を分析した上でＴＢを決め、その値を次の作業ロール組替後の圧下零調計算に生かすという学習的使用方法が考えられる。
また、圧延機の変形特性を求める場合は、上記のようして学習により求めたＴＢを補強ロールのセット毎にデータベース化しておき、キスロール締め込み状態で圧延機の変形特性を測定する際にその値を使用するようにすればよい。
【００２４】
以上では４段圧延機を例にとって説明してきたが、さらに中間ロールが増えた圧延機型式の場合、中間ロールが一本増える毎に、ロール間接触領域が一箇所増えので、増える未知数は追加された接触領域に作用するスラスト力と線荷重分布の左右差の２個になる。一方、利用可能な方程式も当該ロールのロール軸方向の力の平衡条件式とモーメント平衡条件式の２個が増えることになり、当該中間ロールのスラスト反力が測定可能であれば、他のロールに関する方程式と連立することにより、すべての解を求めることが可能となる。従って、本発明の請求項２の方法では、４段以上の圧延機の場合でも、少なくとも補強ロール以外のすべてのロールに作用するスラスト反力を測定するので、４段圧延機の場合と同様にロール間に作用する線荷重分布の左右差等の未知数を求めることが可能となる。また、本発明の請求項１の方法では、新たに追加された接触領域に作用するスラスト力を零とおくことによって、同様に未知数を求めることが可能であるが、補強ロール以外の何れかのロールに作用するスラスト反力を測定することが可能であれば、より解の精度を高めることができる。
また、本発明の請求項３の方法では、４段以上の圧延機の場合でも、上記で示したような仮定に従って、新たな条件式を導入することで、４段圧延機の場合と同様にロール間に作用する線荷重分布の左右差等の未知数を求めることが可能となる。
【００２５】
次に、上述のロールの力の平衡条件式およびモーメントの平衡条件式に基づく圧下零点調整方法および圧延機の変形特性の左右非対称性を抽出する方法を説明する。
図１は、本発明の請求項１の板圧延方法で、４段圧延機の圧下零点調整の好ましい実施形態のアルゴリズムを示す図である。圧下零点調整は、ロール組み替えの後に実施されるものであり、通常は補強ロール反力が所定の零調荷重になるまでキスロール締め込みを実施する（Ｆ１−１）。このとき左右の補強ロール反力が等しくなるように圧下レベリングも調整した上で圧下位置を仮に零にリセットする（Ｆ１−２）。この補強ロール反力としては、上または下補強ロールの反力を単独で用いてもよいし、例えば、上下補強ロール反力の平均値を用いてもよい。図１のアルゴリズムでは、その状態で、上下・左右の補強ロール反力を測定し（Ｆ１−３）、上述の式（１）〜（８）より、上下作業ロール間に作用するスラスト力ＴＷＷおよび各ロール線荷重分布の左右差ｐｄｆＷＢＴ、ｐｄｆＷＢＢ、ｐｄｆＷＷを演算する（Ｆ１−４）。この演算結果を用いて、圧下零調状態におけるロール変形量の左右差を計算し、この左右差を圧下支点位置に換算して圧下零点位置の補正量を演算する（Ｆ１−５）。ロール変形量の左右差は、主として各ロール間に作用する線荷重分布の左右非対称成分によって発生し、その主因はロール偏平変形量の左右差であり、これは既に求められたｐｄｆＷＢＴ、ｐｄｆＷＢＢ、ｐｄｆＷＷより直ちに計算することができる。この計算結果より求められるロール胴端位置における偏平変形量の合計の左右差を補強ロールの圧下支点位置にまで外挿することで、圧下零点位置の補正量が演算できる。この圧下零点位置の補正量に基づき、ロール変形量の左右非対称量分を解消する方向に圧下位置を移動した位置を真の零点とする。圧下位置零点をこのように設定することによって、実際の圧延時に発生する左右非対称負荷および変形を考慮して正確な圧下設定を実施することが可能となる（Ｆ１−６）。尚、同様の効果を得ることを目的とする場合、図１のように圧下零点を修正してしまうのではなくて、零調時のこのようなロール非対称変形量そのものを記憶しておき、実際の圧下設定時に常にその分を補正する方法でも対処することができる。
【００２６】
尚、本発明請求項２における４段圧延機の圧下零点調整の実施形態は、図１のアルゴリズムのフローのＦ１−３の内容を「キスロール締め込みの上下作業ロールスラスト反力および下補強ロール反力を測定」に、Ｆ１−４の内容を「補強ロールおよび作業ロールに作用するロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式（９）〜（１６）より上下作業ロール間および下作業ロール〜補強ロール間に作用するスラスト力および各ロール線荷重分布の左右差を演算」に置き換えることで同様に実施することができる。
【００２７】
また、本発明請求項３における４段圧延機の圧下零点調整の実施形態は、図１のアルゴリズムのフローのＦ１−３の内容を「キスロール締め込みの上下・左右補強ロール反力を測定および定数ＴＢを読込」または「キスロール締め込みの上下作業ロールスラスト反力、下補強ロール反力を測定および定数ＴＢを読込」、Ｆ１−４の内容を「特開平１０−２６３６５６号記載の補強ロールおよび作業ロールに作用するロール軸方向の力の平衡条件式、モーメントの平衡条件式および条件式（１７）より上下作業ロール間および下作業ロール〜補強ロール間に作用するスラスト力および各ロール線荷重分布の左右差を演算」に置き換えることで同様に実施することができる。
【００２８】
図２は、本発明の請求項１の板圧延方法で、４段圧延機の変形特性を求める際のデータ採取手続きおよび変形特性を演算抽出するアルゴリズムを示している。ここで言う変形特性とは、いわゆるミルストレッチであり、圧延荷重が負荷された際、圧延機の弾性変形の結果として生ずる上下作業ロール間のギャップの変化を意味する。このミルストレッチの把握の際、ロール系の変形については、既存の方法で高精度に求めることができるが、ロール系以外のハウジング・圧下系の変形特性は多くの弾性接触面を含むため理論的に正確に把握することは一般に困難である。そこで、特公平４−７４０８４号公報では、圧延作業前に予めキスロール締め込みテストを実施して、そのときの各締め込み荷重に対する変形量からロール系の変形量を計算して分離し、ハウジング・圧下系の変形特性を分離する方法が開示されており、特開平６−１８２４１８号公報では、左右のハウジング・圧下系の変形特性を独立して分離する方法が開示されている。ところが、特開平６−１８２４１８号公報の方法では、ロール間に作用するスラスト力の影響が一切考慮されていないので、ロール間スラスト力がある程度以上の値になった場合には十分な精度が得られない問題があった。
【００２９】
本発明請求項１は、この問題も解決できる技術であり、キスロール締め込みテストを実施する際に、上下・左右の補強ロール反力を測定する。以下、図２を参照しながらデータ採取手続きを説明する。先ず、キスロール締め込み状態で所定の圧下位置まで締め込む（Ｆ２−１）。この時、圧下位置の左右差すなわち圧下レベリングは固定したまま、左右の圧下位置を同じ方向に同じ量だけ変化させる運転モードで操作する。同時圧下モードで運転する限り圧下レベリングが変化することはない。この時の各圧下位置の実績値と上下・左右補強ロール反力を測定する（Ｆ２−２、Ｆ２−３）。次に、左右同時圧下モードで圧下装置を一定量だけ締め込み、上記の測定を行い、所定の圧下位置水準のデータ採取が完了するまで繰り返す。つまり、Ｆ２−４においてデータ採取完了か否かを判断し、Ｎｏの場合、圧下位置を変更（Ｆ２−５）し、Ｙｅｓの場合は次のステップ（Ｆ２−６）に進む。この圧下位置水準の数は多い方がよいが、通常の圧延機では１０〜２０点程度のデータを採取できれば実用的な精度は得られる。ただし、この時、圧下装置を締め込む方向と開放する方向とで締め込み荷重に差異を生じる、いわゆるミルヒステリシスを生ずることが多いので、このような場合には、締め込み方向と開放方向の少なくとも１往復動作に対するデータを採取し、例えば、両者の測定データを平均化する等の操作を行うことが好ましい。
【００３０】
次に、上記の手続きにしたがって採取したデータを用いて、ハウジング・圧下系の変形特性を左右独立に演算抽出するアルゴリズムを説明する。まず、各圧下位置条件に対する上下・左右補強ロール反力の測定値を抽出する（Ｆ２−６）。次に、上記した圧下零点調整の場合と全く同様にして、補強ロールおよび作業ロールに作用するロール軸方向の力の補強ロールおよび作業ロールに作用するロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式（１）〜（８）より上下作業ロール間に作用するスラスト力および各ロール線荷重分布の左右差を演算する（Ｆ２−７）。これらロール間の荷重分布が求められれば、特公平４−７４０８４号公報に開示されている方法等によって、補強ロールおよび作業ロールのたわみ変形および偏平変形を左右差を含めて計算することができ、これらの変形の結果として補強ロールの圧下支点位置に生じる変位を計算することができる（Ｆ２−８）。最後にミル全体の変形量は圧下位置変化で評価されているので、これより上記圧下支点位置におけるロール系の変形量を差し引き、ハウジング・圧下系の変形特性を左右独立に演算する（Ｆ２−９）。このようにロール間スラスト力の正確な同定に基づくロール変形計算を実施することで、ハウジング・圧下系の変形特性を、その左右差を含めて正確に把握することが可能になる。
【００３１】
尚、本発明請求項２における４段圧延機の変形特性算出の実施形態は、図２のアルゴリズムのフローのＦ２−３の内容を「各圧下位置の上下作業ロールスラスト反力および下補強ロール反力を測定」に、Ｆ２−６の内容を「キスロール締め込みの各圧下位置条件に対する上下作業ロールスラスト反力および下補強ロール反力測定値を抽出」に、Ｆ２−７の内容を「補強ロールおよび作業ロールに作用するロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式（９）〜（１６）より上下作業ロール間および下作業ロール〜補強ロール間に作用するスラスト力および各ロール線荷重分布の左右差を演算」に、置き換えることで同様に実施することができる。
【００３２】
また、本発明請求項３における４段圧延機の変形特性算出の実施形態は、図２のアルゴリズムのフローのＦ２−３の内容を「各圧下位置の上下・左右補強ロール反力および定数ＴＢを読込」または「各圧下位置の上下作業ロールスラスト反力、下補強ロール反力を測定および定数ＴＢを読込」に、Ｆ２−６の内容はそのままか、または「キスロール締め込みの各圧下位置条件に対する上下作業ロールスラスト反力および下補強ロール反力測定値を抽出」に、Ｆ２−７の内容を「特開平１０−２６３６５６号記載の補強ロールおよび作業ロールに作用するロール軸方向の力の平衡条件式、モーメントの平衡条件式および条件式（１７）より上下作業ロール間および下作業ロール〜補強ロール間に作用するスラスト力および各ロール線荷重分布の左右差を演算」に、置き換えることで同様に実施することができる。
【００３３】
図３は、本発明の請求項１、２または３の圧延機の圧延方法であって、上述の方法で同定した圧延機ハウジング・圧下系の変形特性を用いて最適な圧下レベリングを設定する方法の例を示している。
先ず、これから圧延しようとする圧延材の板幅、入側板厚、目標とする出側板厚、圧延速度、熱間圧延の場合には圧延温度を含む変形抵抗特性値等の圧延条件を入力する（Ｆ３−１）。次いで、入力された圧延条件と、作業ロール直径、作業ロールの弾性定数等の圧延機側の条件を考慮して圧延荷重を予測計算する（Ｆ３−２）。次に、上記圧延荷重の計算値、圧延速度から、上述の実施形態による方法で同定した左右の圧延機ハウジング・圧下系の変形特性に基づき、ロール系以外の板圧延機の変形量を作業側および駆動側個別に演算する（Ｆ３−３）。さらに上記圧延荷重にからロール系の変形量を計算して、この変化量と上記ロール系以外の板圧延機の変形量から、作業側端部と駆動側端部におけるロールギャップ変化を計算する（Ｆ３−４）。最後に、上記ロールギャップ変化の計算値と、板厚の左右差すなわち板厚ウェッジの目標値とから、圧下レベリング設定値を計算し、これに基づいて圧下レベリング設定を実行する（Ｆ３−５）。ここで、目標とする板厚ウェッジは、通常は左右対称な板厚分布すなわち板厚ウェッジ零であるが、入側板厚に無視できない板厚ウェッジが存在し、これを１パスの圧延で矯正した場合、蛇行やキャンバーあるいは平坦度不良が発生すると判断された場合は、零以外の板厚ウェッジ目標を設定することも好ましい。また、上述の圧下レベリング設定を実施する際、圧下零点調整時に記憶しておいたロール非対称変形量分を同時に補正することでより高精度な圧下レベリング設定を実現することができる。
【００３４】
また、圧延実行中に動的な圧下レベリング制御を実施する場合は、例えば、昭和５５年度塑性加工春季講演会（１９８０）ｐｐ．６１〜６４に発表されている論文「ホットストリップ圧延における蛇行制御方法の研究（第１報）」（中島、菊間、松本、梶原、木村、田川著）において定義されている第１種平行剛性と第２種平行剛性を用いて、圧延実行中の圧延荷重変動の左右測定値等の測定データより、圧延材の板厚ウェッジの変動を予測し、これを所望の値にするための圧下レベリング制御量を左右の圧延機ハウジング・圧下系の変形特性に基づき演算し制御を実施する。このような制御を実行することにより、圧延中に発生する変動要因によって発生する蛇行や板厚ウェッジを実用上問題のないレベルに抑えることが可能となる。
【００３５】
図４には、本発明請求項１または請求項３の板圧延方法を実施するための板圧延機の構成で、上下・左右に補強ロール反力測定用ロードセルを有する４段圧延機の好ましい実施形態を示す。図４において、圧延機１は、ハウジング２に作業ロールチョック５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄおよび補強ロールチョック６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを介して回転自在に支持された作業ロール３ａ、３ｂと、補強ロール４ａ、４ｂを具備して成り、４段圧延機を構成している。ハウジング２には左右一対、つまり作業側と駆動側の圧下装置９ａ、９ｂが設けられており、上下の作業ロール３ａ、３ｂの間隙を制御する。上下補強ロールの左右の圧下支点位置には、補強ロール反力測定用ロードセル７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが配備されている。このような構成の４段圧延機を用いることにより、上下・左右の補強ロール反力を測定することが可能となり、本発明請求項１の板圧延方法が実施できる。尚、図４には、インクリース作業ロールベンディング装置１０ａ、１０ｂ、ディクリース作業ロールベンディング装置１１ａ、１１ｂ、補強ロールバランス装置１２ａ、１２ｂ、パスライン高さ調整用ライナー１３ａ、１３ｂを表示しているが、本発明の板圧延機では、必須要件でない。
【００３６】
また、上下補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力は、通常ロードセルによって測定するが、例えば、油圧圧下装置を有する圧延機の場合、圧下シリンダー内または圧下シリンダーに直結する配管内の油圧の測定値から計算する方法でもよい。ただし、この場合、油圧圧下が急速に圧下位置を変更している状態では、測定値に大きな誤差を生ずるので、圧力データを採取する時は一時的に圧下位置を保定する等の措置を講ずる必要がある。
【００３７】
図５には、本発明請求項２または請求項３の板圧延方法を実施するための板圧延機の構成で、上下作業ロールスラスト反力の測定装置と下補強ロール反力の測定装置を有する４段圧延機の好ましい実施形態を示す。図４において、圧延機１は、ハウジング２に作業ロールチョック５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄおよび補強ロールチョック６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを介して回転自在に支持された作業ロール３ａ、３ｂと、補強ロール４ａ、４ｂを具備して成り、４段圧延機を構成している。ハウジング２には左右一対、つまり作業側と駆動側の圧下装置９ａ、９ｂが設けられており、上下の作業ロール３ａ、３ｂの間隙を制御する。上下補強ロールの左右の圧下支点位置には、補強ロール反力測定用ロードセル７ｂ、７ｄ、が配備されている。また作業ロール３ａ、３ｂは、作業ロールに作用するスラスト反力を測定するためのロードセル８ａ、８ｂが配備されている。このような構成の４段圧延機を用いることにより、上下どちらか一方の補強ロール反力、すなわち、図５の例では下の左右の補強ロール反力と、補強ロール以外のすべてのロール、すなわち、図５の例の場合は、上下作業ロールに作用するスラスト反力を測定することが可能となり、本発明請求項２の板圧延方法が実施できる。尚、図５には、インクリース作業ロールベンディング装置１０ａ、１０ｂ、ディクリース作業ロールベンディング装置１１ａ、１１ｂ、補強ロールバランス装置１２ａ、１２ｂ、パスライン高さ調整用ライナー１３ａ、１３ｂを表示しているが、本発明の板圧延機では、必須要件ではない。
【００３８】
図５は、ロードセル８ａ、８ｂによって作業ロールのスラスト反力を測定する例であるが、作業ロールシフト装置のアクチュエータが油圧シリンダーの場合は、ロードセル８ａ、８ｂの代わりに油圧シリンダー内あるいは油圧シリンダーに直結する油圧配管の圧力を測定する圧力測定装置で作業ロールスラスト反力測定装置を代用してもよい。また、作業ロールシフト装置を有しない場合は、作業ロールのロールチョック内に配備されたスラスト反力測定装置や作業ロールチョックをロール軸方向に拘束するキーパプレートに作用する荷重を測定する装置等を採用すればよい。
【００３９】
以上述べてきたように、発明では、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下双方の補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力の測定装置がすべて備わっていない圧延機においても、圧下装置の零点と圧延機の変形特性を再現性良く求め、その結果を活用した板圧延機の圧下位置設定および制御を実施することよって、圧延操業における蛇行や通板トラブルの発生頻度を大幅に低減し、さらに圧延材のキャンバーや板厚ウェッジも大幅に低減が可能になる。
【００４０】
【実施例】
図６に示すような７台の４段圧延機２４ａ〜２４ｇを有する熱間仕上圧延機に本発明の板圧延方法を適用した場合の実施例について説明する。
図６において、２０は圧延材、２１は圧延材の移動方向を示し、２２は演算処理装置、２３は圧下位置制御装置である。４段圧延機２４ａ〜２４ｇの全ての圧延機には、左右独立に検出可能な下補強ロール反力測定用ロードセル２５ａ〜２５ｇ、左右独立に操作可能な電動圧下装置２６ａ〜２６ｇが装備され（図６では左右の一方を図示）、第１〜第３スタンドの４段圧延機２４ａ〜２４ｃには、左右独立に検出可能な上補強ロール反力測定用ロードセル２７ａ〜２７ｃが装備されている（図６では左右の一方を図示）。第４、６、７スタンドの４段圧延機２４ｄ、２４ｆ、２４ｇには、上下作業ロールのロール軸方向に作用するスラスト反力の測定が可能な上スラスト反力測定用ロードセル２８ｄ、２８ｆ、２８ｇと下スラスト反力測定用ロードセル２９ｄ、２９ｆ、２９ｇが装備されている（図６では左右の一方を図示）。また、第５、６、７スタンドの上部には左右に油圧圧下装置３０ｅ〜３０ｇ、油圧シリンダー圧力測定装置３１ｅ〜３１ｇが装備されている（図６では左右の一方を図示）。この油圧圧下装置３０ｅ〜３０ｇには、一時的に圧下位置を保定する機能も備わっており、油圧シリンダー圧力測定装置３１ｅ〜３１ｇの油圧を測定することで、左右の上補強ロール反力を求めることが可能となっている。
【００４１】
演算処理装置２２では、各スタンドに備わっているセンサ、すなわち、下補強ロール反力測定用ロードセル２５ａ〜２５ｇ、上補強ロール反力測定用ロードセル２７ａ〜２７ｃ、上作業ロールスラスト反力測定用ロードセル２８ｄ、２８ｆ、２８ｇ、下作業ロールスラスト反力測定用ロードセル２９ｄ、２９ｆ、２９ｇ、油圧シリンダー圧力測定装置３１ｅ〜３１ｇの各測定値が読み込まれ、これらの測定値に基づき、各スタンドの左右の圧下位置設定値および／または制御値が演算され、これらが圧下位置制御装置２３に送られる。圧下位置制御装置２３では、前記の圧下位置設定値および／または制御値に基づき、各スタンドの電動圧下装置２６ａ〜２６ｇを左右独立に操作し、圧下レベリング設定・制御の実施が可能な構成となっている。
【００４２】
尚、図６において、第１〜第３、第５スタンドの圧延機では、上下・左右の補強ロール反力を測定することが可能であるので、本発明請求項１または請求項３の板圧延方法が実施できる。また、第４スタンドの圧延機では、下の左右の補強ロール反力および上下作業ロールに作用するスラスト反力を測定することが可能であるので、本発明請求項２または請求項３の板圧延方法が実施できる。
【００４３】
このような構成の圧延機を使用して、圧下装置の零点と圧延機の変形特性に基づく圧延実行時の圧下位置設定・制御に関して、従来方法と本発明の方法との比較を行った。尚、第６〜第７スタンドについては、上下作業ロールのスラスト反力と上下の補強ロール反力の測定が可能であるので、特許文献４に開示されている方法をそのまま適用し、第１〜第５スタンドについて、従来方法と本発明の方法との比較を行った。
【００４４】
先ず、従来方法では、特許文献４に開示されている方法が、第１〜第５スタンドで測定装置が不足となるため適用できないので、圧下位置零点の調整は、下の左右の補強ロール反力が等しくなるように調整した上で、特許文献３に開示されている方法で同定した圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に基づき、圧延実行前の圧下レベリング設定および圧延実行中の圧下レベリング制御を実施した。その結果、出側板厚１．２ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄物広幅材の圧延した場合、板厚ウェッジ、キャンバーが発生すると共に、第５スタンドにおいて蛇行による絞り込みが発生した。
【００４５】
一方、本発明の方法では、第１〜第３、第５スタンドに本発明請求項１の板圧延方法を、第４スタンドに本発明請求項２の板圧延方法を適用し、圧下装置の零点と圧延機の変形特性に基づく圧延実行前の圧下レベリング設定および圧延実行中の圧下レベリング制御を実施した。その結果、従来法で絞り込みが生じた出側板厚１．２ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄物広幅材を圧延した場合でも、板厚ウェッジ、キャンバーの発生も少なく、圧延材を圧延ラインに真直に通板させることができた。
【００４６】
以上のように、本発明の方法では、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下双方の補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力の測定装置がすべて備わっていない圧延機においても、圧下装置の零点と圧延機の変形特性を再現性良く求め、その結果を活用した板圧延機の圧下位置設定・制御を実施するので、圧延材頭部の圧延開始時点から板厚ウェッジやキャンバーを発生させない安定な圧延操業を実現できることが証明された。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によって、従来オペレータに頼っていた圧延機の圧下レベリング設定・制御が自動化できることになる上、従来以上に正確かつ適切な圧下レベリング設定・制御が可能になるので、圧延操業における蛇行や通板トラブルの発生頻度を大幅に低減し、さらに圧延材のキャンバーや板厚ウェッジも大幅に低減することが可能になるので、圧延に要するコスト削減と品質向上を同時に達成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明請求項１の板圧延方法で、４段圧延機の場合の圧下零点調整方法の好ましい実施形態のアルゴリズムを示す図。
【図２】本発明請求項１の板圧延方法で、４段圧延機の場合の変形特性同定のための実機データ測定の手続きおよび変形特性演算の好ましい実施形態のアルゴリズムを示す図。
【図３】本発明請求項１、請求項２または請求項３の板圧延方法で、４段圧延機の場合の圧下位置設定方法の好ましい実施形態のアルゴリズムを示す図。
【図４】本発明請求項１または請求項３の板圧延方法を実施するための板圧延機の構成で、上下・左右に補強ロール反力測定用ロードセルを有する４段圧延機の場合の好ましい実施形態を示す図。
【図５】本発明請求項２または請求項３の板圧延方法を実施するための板圧延機の構成で、上下作業ロールスラスト反力の測定装置と下補強ロール反力の測定装置を有する４段圧延機の場合の好ましい実施形態を示す図。
【図６】７台の４段圧延機を有する熱間仕上圧延機で、本発明の板圧延方法を適用した場合の実施例を示す図。
【図７】４段圧延機の各ロールに作用するロール軸方向の力と鉛直方向の力の左右非対称成分を示す模式図。
【符号の説明】
１…４段圧延機　　　　　　　　　　　２…ハウジング
３ａ、３ｂ…作業ロール　　　　　　　４ａ、４ｂ…補強ロール
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ…作業ロールチョック
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…補強ロールチョック
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…補強ロール反力測定用ロードセル
８ａ、８ｂ…スラスト反力測定用ロードセル
９ａ、９ｂ…圧下装置
１０ａ、１０ｂ…インクリース作業ロールベンディング装置
１１ａ、１１ｂ…ディクリース作業ロールベンディング装置
１２ａ、１２ｂ…補強ロールバランス装置
１３ａ、１３ｂ…パスライン高さ調整用ライナー
１４ａ、１４ｂ…キーパプレート
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ…補強ロール反力測定用ロードセルの出力
１６…上作業ロール〜上補強ロール間線荷重分布
１７…上下作業ロール間線荷重分布
１８…下作業ロール〜下補強ロール間線荷重分布
２０…圧延材　　　　　　　　　　　　２１…圧延材の移動方向
２２…演算処理装置　　　　　　　　　２３…圧下位置制御装置
２４ａ〜２４ｇ…４段圧延機
２５ａ〜２５ｇ…下補強ロール反力測定用ロードセル
２６ａ〜２６ｇ…電動圧下装置
２７ａ〜２７ｃ…上補強ロール反力測定用ロードセル
２８ｄ、２８ｆ、２８ｇ…上作業ロールスラスト反力測定用ロードセル
２９ｄ、２９ｆ、２９ｇ…下作業ロールスラスト反力測定用ロードセル
３０ｅ〜３０ｇ…油圧圧下装置
３１ｅ〜３１ｇ…油圧シリンダー圧力測定装置
【図１】
2004001068.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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