(57)【要約】【課題】  複数のコイラで圧延板を巻き取る圧延機において、コイラを切り替える際の圧延板のゲートエプロンとの接触を確実に防止し、確実安定にコイラ切り替えおよび圧延板の巻き取りを行う、圧延板の巻き取り方法および装置を提供する。【解決手段】  コイラの前にピンチロール、ゲートエプロンを設置し、複数のコイラで圧延板を巻き取る圧延機において、ピンチロールの出側における先行圧延板の尾端および後行圧延板の先端の振れまわり挙動を計算し、ゲートエプロンの位置および/または角度を制御し、圧延板とゲートエプロンの接触を回避することを特徴とする、圧延板の巻き取り方法。ゲートエプロンの位置および／または角度が可変である圧延板の巻き取り装置。さらに圧延板の先端および尾端のコイラ間での振れまわり挙動を計算する演算装置ならびにゲートエプロンの位置および/または角度の制御装置を有する。【選択図】      図６
2005193279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイラの前に設置したピンチロールおよび該ピンチロールの出側に設置したゲートエプロンにより圧延板の搬送方向を切り替えて、複数のコイラにより圧延板を巻き取る圧延機において、前記ピンチロールの出側における先行圧延板の尾端および後行圧延板の先端の振れまわり挙動を、圧延板の板厚、板幅、質量密度、ヤング率、通板速度、ピンチロールへの圧延板の巻き付き長、ピンチロールのオフセット量、上下ピンチロール径、ピンチロールと搬送ロール間の距離の値に基づいて計算し、該振れまわり挙動に応じて前記ゲートエプロンの位置および/または角度を制御し、圧延板とゲートエプロンの接触を回避することを特徴とする圧延板の巻き取り方法。
【請求項２】
複数のコイラの前にピンチロールを設置し、該ピンチロールの出側にゲートエプロンを設置した圧延機において、前記ゲートエプロンの位置および/または角度が可変であることを特徴とする圧延板の巻き取り装置。
【請求項３】
ピンチロール出側における先行圧延板の尾端および後行圧延板の先端の振れまわり挙動を、圧延板の板厚、板幅、質量密度、ヤング率、通板速度、ピンチロールへの圧延板の巻き付き長、ピンチロールのオフセット量、上下ピンチロール径、ピンチロールと搬送ロール間の距離の値に基づいて計算する演算装置ならびにゲートエプロンの位置および/または角度の制御装置を有することを特徴とする請求項２記載の圧延板の巻き取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のコイラにより圧延板を順次巻き取る圧延機のピンチロール間のゲートエプロンにおいて、圧延板の先端および尾端とゲートエプロンとの接触を防止し、安定確実に圧延板を巻き取るコイラの切り替えを行う方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属板を連続して圧延し、コイラの前に設置したピンチロールによって複数のコイラに切り替えて圧延板を巻き取る圧延機において、コイラの切り替えは、以下の装置および方法により行っていた。先行圧延板の尾端の通過から後行圧延板の先端の通過までの間隔が極めて短い場合、ゲートエプロンを移動させる時間がないため、特許文献１に開示された以下の方法および装置を用いる。図１は、最終圧延スタンドから遠いNo.2コイラによる圧延板の巻き取りを示したものであり、図２は、最終圧延スタンドに近いNo.1コイラによる圧延板の巻き取りを示したものである。
【０００３】
図１に示した状態から図２に示したように圧延板の巻き取りを最終圧延スタンドに近いNo.1コイラへ切り替える場合、図１のNo.2コイラ７で先行圧延板の巻き取り中に、後行圧延板の先端がNo.1コイラのゲートに誘導されるようにNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3のオフセットを制御する。これにより圧延板は、図１のNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3の中心を結ぶ直線の垂直方向に曲げられて、先行圧延板の尾端の通過後、引き続き後行圧延板の先端をNo.1コイラで巻き取る。
【０００４】
逆に図２に示したようにNo.1コイラで圧延板を巻き取っている際に、No.2コイラへ切り替える場合、No.1コイラによる先行圧延板の巻き取り中に、後行圧延板の先端がNo.2コイラに誘導されるように、図２のNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3のオフセットを制御する。これにより圧延板は、図２のNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3の中心を結ぶ直線の垂直方向に曲げられて、先行圧延板の尾端の通過後、後行圧延板の先端がNo.2コイラに誘導される。
【０００５】
この時、ピンチロールのオフセットによる圧延板先端の誘導は不安定であるため、ピンチロールの後面の搬送ロール10の前にゲートエプロンを設置し、圧延板の先端が巻き取り対象となるコイラのゲートと違う方向に向かうのを防止している。このゲートエプロンは固定設置であり、このためピンチロールによる圧延板の押さえが弱い場合には圧延板とゲートエプロンが接触し、圧延板が破損する場合がある。
【０００６】
この問題の解決策として、巻き取り用ピンチロールの制御による圧延板のだぶつきの防止方法が特許文献２に開示されている。しかし、コイラゲートにおける圧延板の挙動は、瞬間的な張力の抜けによるだぶつきばかりでなく、例えばピンチロールに巻き付いている部分の圧延板には通板速度およびロール径から成る遠心力が作用しており、圧延板の尾端がピンチロールから開放されると、この遠心力による圧延板の尾端の振れまわりが生じ、圧延板とゲートエプロンが接触することがある。
【０００７】
例えば、図１においてNo.2コイラ７での巻き取りが完了する前に、圧延板をNo.1コイラに誘導するようにNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3を制御しているため、No.2コイラ７で巻き取られている圧延板の尾端は、No.1ピンチロール2およびNo.1ピンチロール（下）3によりNo.1コイラ方向に曲げられ、下向きの遠心力を受けることになる。同様に、図２において、No.1コイラ6で巻き取られている圧延板の尾端は、上向きの遠心力を受けることになる。
【０００８】
この遠心力に起因する圧延板の尾端の振れまわりは、速度の順位を規定したピンチロールの制御方法やピンチロールの押し力の調整・設定では回避不可能であり、通板速度の増加とともに遠心力が大きくなるため、圧延板の尾端の振れまわりが増大し、この結果圧延板と尾端のゲートエプロンの接触を助長することとなる。
【０００９】
【特許文献１】特開平8-281326号公報
【特許文献２】特開平11-277133号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、複数のコイラによって圧延板を巻き取る圧延機において、生産性を向上させるために先行圧延板の尾端の通過から後行圧延板の先端の通過までの間隔が極めて短くなった場合でも、圧延板を巻き取るコイラの切り替えにおける不安定さを解消し、確実安定なコイラの切り替えおよび巻き取りを達成させる、圧延板の巻き取り方法および装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、圧延サイクルの高速化時および／または圧延板を連続で圧延し、コイラ前段に設置したシャーにより切り分け、複数のコイラで巻き取る連続操業状態において、通板速度、圧延板の材質等、圧延条件から圧延板の先端および尾端の振れまわり挙動を計算によって求めた。その結果、例えば通板速度の増加等により圧延板の先端および尾端とゲートエプロンが接触しないゲートエプロンの位置および／または角度の条件が極めて狭くなることを見出した。
【００１２】
また先行圧延板の尾端から後行圧延板の先端がゲート切り替え部を通過する時間間隔は非常に短いものの、圧延板の先端から尾端までがゲート切り替え部を通過する時間間隔は長いことから、予め先行圧延板の尾端および後行圧延板の先端の振れまわり挙動の計算結果から、圧延板とゲートエプロンとの接触を回避し得るゲートエプロンの位置および／または角度を予測し、圧延板を巻き取っている間に、ゲートエプロンの位置および／または角度を圧延板と接触しないように制御して、コイラの切り替えを安定して行う方法および装置の発明に至った。
【００１３】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）  コイラの前に設置したピンチロールおよび該ピンチロールの出側に設置したゲートエプロンにより圧延板の搬送方向を切り替えて、複数のコイラにより圧延板を巻き取る圧延機において、前記ピンチロールの出側における先行圧延板の尾端および後行圧延板の先端の振れまわり挙動を、圧延板の板厚、板幅、質量密度、ヤング率、通板速度、ピンチロールへの圧延板の巻き付き長、ピンチロールのオフセット量、上下ピンチロール径、ピンチロールと搬送ロール間の距離の値に基づいて計算し、該振れまわり挙動に応じて前記ゲートエプロンの位置および/または角度を制御し、圧延板とゲートエプロンの接触を回避することを特徴とする圧延板の巻き取り方法。
（２）  複数のコイラの前にピンチロールを設置し、該ピンチロールの出側にゲートエプロンを設置した圧延機において、前記ゲートエプロンの位置および/または角度が可変であることを特徴とする圧延板の巻き取り装置。
（３）  ピンチロール出側における先行圧延板の尾端および後行圧延板の先端の振れまわり挙動を、圧延板の板厚、板幅、質量密度、ヤング率、通板速度、ピンチロールへの圧延板の巻き付き長、ピンチロールのオフセット量、上下ピンチロール径、ピンチロールと搬送ロール間の距離の値に基づいて計算する演算装置ならびにゲートエプロンの位置および/または角度の制御装置を有することを特徴とする（２）記載の圧延板の巻き取り装置。
【発明の効果】
【００１４】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、圧延板を巻き取るコイラの切り替えにおいて、圧延板の板厚、板幅、通板速度、等の各種条件を制限することなく、圧延板の先端および尾端のゲートエプロンとの接触の防止が可能であり、圧延板の巻き取りが極めて安定化し、産業上の貢献が極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を実施例と共に説明する。
【００１６】
本実施例として使用した各条件は、板厚1.2mm、板幅1000mm、ヤング率21000kgf/mm2、質量密度7.43×10-10kgfs2/mm4、通板速度1000mpmである。
【００１７】
本発明者は、図１および図２に示した方法でゲート切り替えを行う際、No.1ピンチロール出側の圧延板の先端および尾端の挙動に着目した。まず図１において、No.2コイラ7で巻き取られている先行圧延板8の尾端付近はNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3により拘束されている状態にあり、この先行圧延板8に引き続き後行圧延板9がNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3の入り側まで達している。
【００１８】
この時、先行圧延板8のNo.1ピンチロール（上）2に巻き付いている部分には通板速度とNo.1ピンチロール（上）2の曲率により発生する下方の遠心力が作用している。したがって、この状態から先行圧延板8の尾端がNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3を抜けた場合、先行圧延板8の尾端の瞬間的な張力の開放による圧延板のだぶつきが無くても、先行圧延板8の尾端は下方遠心力により、下向きの振れまわりを生じる。この場合、先行圧延板8の尾端の軌跡は、図４の13で示した曲線になる。
【００１９】
また、後行圧延板9の先端はピンチロール（上）2およびピンチロール（下）3の中心を結ぶ直線と垂直な方向に誘導され、No.1コイラ6で巻き取られる。この場合、後行圧延板9の先端の軌跡は、図４の14で示した曲線になる。
【００２０】
一方、図２において、No.1コイラ6で巻き取られている先行圧延板8の尾端付近はNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3により拘束されている状態にあり、この先行圧延板8に引き続き後行圧延板9がNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3の入り側まで達している。
【００２１】
この時、先行圧延板8のNo.1ピンチロール（下）3に巻き付いている部分には通板速度とNo.1ピンチロール（下）3の曲率により発生する上方の遠心力が作用している。したがって、この状態から先行圧延板8の尾端がNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3を抜けた場合、先行圧延板の尾端の瞬間的な張力の開放による圧延板のだぶつきが無くても、先行圧延板8の尾端は上方遠心力により、上向きの振れまわりを生じる。この場合、先行圧延板8の尾端の軌跡は、図４の11で示した曲線になる。
【００２２】
また、後行圧延板9の先端はNo.1ピンチロール（上）2およびNo.1ピンチロール（下）3の中心を結ぶ直線と垂直な方向に誘導され、No.2コイラ7で巻き取られる。この場合、後行圧延板9の先端の軌跡は、図４の12で示した曲線になる。
【００２３】
以上のことから、No.1ピンチロール出側における圧延板の先端および尾端の軌跡は図４に11〜14で示した４つの軌跡となる。この各軌跡は、圧延板の板厚、板幅、質量密度、ヤング率、通板速度、ピンチロールへの圧延板の巻き付き長、ピンチロールのオフセット量、上下ピンチロール径、ピンチロールと搬送ロール間の距離の値の圧延条件によって変化するものである。
【００２４】
この圧延板の先端および尾端の振れまわり挙動は、外力の作用する片持ち梁の運動としてモデル化でき、例えばNo.2コイラで巻き取られる圧延板の尾端の振れまわり挙動のモデルは、図３（ａ），（ｂ）のようになる。
【００２５】
ここでは外力の作用する梁モデルを離散化表現し、Lagrangeの運動方程式による定式化を行い、ピンチロールと搬送ロール間において、数値解析により運動を解析評価する。
【００２６】
圧延板の尾端から搬送ロール10の支点までの圧延板長をLsとし、これをN分割に離散化する場合、各質点質量miは板厚ts、板幅Bs、質量密度ρsとして、また各質点間の剛性kiは、板ヤング率Es、質点間距離liとして、次式で表される。
【００２７】
【数１】
2005193279.tif 000003
【００２８】
これら各質点および各剛性、および各質点に作用する外力ベクトルにより、Lagrangeの運動方程式により定式化を行うと次式となる。
【００２９】
【数２】
2005193279.tif 000004
【００３０】
この運動方程式から、中心差分法による数値解析により、各時間における各質点の位置を導出する。
【００３１】
【数３】
2005193279.tif 000005
【００３２】
以上の演算により各時間における各質点の位置、つまりは圧延板の振れまわり挙動の時間変化が導出されることとなる。
【００３３】
なお、圧延板の尾端に作用する外力Fは、ロールに巻き付く圧延板の遠心力によるものであり、板がピンチロールに巻き付く長さをLl、上下ピンチロールの半径をそれぞれRおよびr、ピンチロールのオフセット量OS、ピンチロール後面における水平軸に対する圧延板の引っ張り方向角度をa、通板速度をus、ロールに巻き付く範囲の圧延板の質量をmとして、以下で表される。
F = m us2 / r  但し、No.1コイラからNo.2へのコイラ切り替え時
F = m us2 / R  但し、No.2コイラからNo.1へのコイラ切り替え時
m=Bs ts Ll ρs
Ll = r [ a+Sin-1{OS/(R+r)}]  但し、No.1コイラからNo.2コイラへの切り替え時
Ll = R [ a+Sin-1{OS/(R+r)}]  但し、No.2コイラからNo.1コイラへの切り替え時
図４は上記圧延板の振れまわり挙動の演算によりピンチロール出側におけるピンチロール出側を通過する圧延板の先端および尾端の通板軌跡11〜14を導出した結果の模式図であり、前述の実施例の条件に加え、板の振れまわり挙動の演算に用いる条件として、以下の値を用いた。
【００３４】
分割数5、ロール半径460mmおよび230mm、質点間距離200mm、時間増分0.008sec。
【００３５】
図４の４つの軌跡は、No.1コイラからNo.2コイラ切り替え時の、先行圧延板尾端の軌跡11および後行圧延板先端の軌跡12ならびにNo.2コイラからNo.1コイラ切り替え時の、先行圧延板尾端の軌跡13および後行圧延板先端の軌跡14である。これらの４つの軌跡の共有領域であるハッチング部分（ゲート条件安定化領域という）にゲートエプロン1の先端が配置されていれば圧延板とゲートエプロンは接触せず、安定なコイラ切り替えを行う事ができる。
【００３６】
しかし、圧延板の先端および尾端の軌跡11〜14は圧延板の材質、サイズおよび圧延条件により変化し、これに伴ってゲート条件安定化領域15も変化する。したがって、通板速度の高速化など、条件によってはゲート条件安定化領域15は極めて狭い状態となり、コイラの切り替えの際に圧延板とゲートエプロンが接触する場合がある。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｃ）は通板速度を（ａ）1000mpm、（ｂ）1300mpm、および（ｃ）1500mpmに増加させた場合におけるゲート条件安定化領域15の変化を表したものであり、ゲート条件安定化領域15は通板速度の増加に伴い極めて狭い範囲となる。この範囲にゲートエプロン1の先端を配置する場合、通板速度が（ａ）1000mpmではゲートエプロン１の先端位置がNo.1ピンチロールの接触点から通板方向におよそ700mm、鉛直方向におよそ-100mmの位置で、水平に対する角度がおよそ15度であったものが、通板速度が（ｃ）1500mpmの場合、ゲートエプロン１の先端位置はNo.1ピンチロールの接触点から通板方向におよそ800mm、鉛直方向におよそ-170mmの位置で角度がおよそ38度にしなければならない。この結果、例えばNo.2コイラからNo.1コイラ切り替え時の先行圧延板の尾端の軌跡13とゲートエプロン1は垂直に近い角度で接触することになる。また、ゲートエプロンの先端は安定範囲内の出来るだけピンチロールに近い方が良いのに、この先端がピンチロールから遠ざかってしまう。したがって、ゲートエプロン1を固定条件とした場合にはコイラの切り替えを安定させるため、通板速度に制限を設けなければならず、生産性の阻害要因となってしまう。
【００３８】
しかし、実際のコイラ切り替え時においては図６（ａ）〜（ｂ）で示す様に、コイラーを切り替わる時間に対して通板時間が十分長いので、通板時間のうちでゲートエプロンの位置および／または角度の変更が可能な時間的余裕がある。
【００３９】
図６（ｃ），（ｅ），（ｇ）にNo.1コイラーからNo.2コイラーへ切り替える際のローカルなゲート条件安定化領域を示す（以下、No.1からNo.2への切り替えの際、または、No.2からNo.1への切り替えの際のゲート条件安定化領域をローカルなゲート条件安定化領域とする。）。図６（ｃ），（ｅ），（ｇ）と速度が速くなっても、ローカルなゲート安定化条件はほとんど狭くなっていない。また、図６（ｄ），（ｆ），（ｈ）にNo.2コイラーからNo.1コイラーへ切り替える際のローカルなゲート安定化領域を示す。この場合でも、ローカルなゲート条件安定化領域はほとんど狭くなっていない。
【００４０】
次に、図６（ｃ）から（ｄ）への変化、図６（ｅ）から（ｆ）への変化、図６（ｇ）から（ｈ）への変化を比較すると、通板する速度が速くなるほどローカルなゲート安定化領域の位置がずれていることがわかる。すなわち、速度が速くなるほどこのようなずれが大きくなり、上述したゲート条件安定化領域が狭くなったものと考えられる。
【００４１】
No.1コイラからNo.2コイラへ切り替える際の軌跡11と軌跡12で囲まれるローカルなゲート条件安定化領域16と、No.2コイラからNo.1コイラへ切り替える際の軌跡13と軌跡14で囲まれるローカルなゲート条件安定化領域16とでは、ゲートエプロンの位置および／または角度をそれぞれ位置制御するには十分な領域があり、その位置の変更のための時間的余裕もある。これにより、図５で示した極めて狭いゲート条件安定化領域に制約されることが無くなる。
【００４２】
例えば、図６（ｈ）の通板速度増加時における軌跡13と軌跡14で囲まれるローカルな安定化領域16の範囲内に、ゲートエプロン１の先端位置を、No.1ピンチロールの接触点から通板方向におよそ560mm、鉛直方向におよそ-160mmの位置に設定すると、水平からの角度がおよそ18度となり、No.1コイラからNo.2コイラへ切り替える際と、No.2コイラからNo.1コイラへ切り替える際とでゲートエプロンの位置および／または角度を変えない場合に見られた尾端の軌跡13とゲートエプロン1の垂直に近い角度での接触が回避されることとなる。
【００４３】
一方、図６（ｇ）の軌跡11と軌跡12で囲まれるローカルな安定領域16の範囲内に、ゲートエプロン1の先端位置を、No.1ピンチロールの接触点から通板方向におよそ380mm、鉛直方向におよそ60mmの位置に設定すると、水平からの角度がおよそ6度となり、No.1コイラからNo.2コイラへ切り替える際と、No.2コイラからNo.1コイラへ切り替える際とでゲートエプロンの位置および／または角度を変えない場合に見られた、ゲートエプロン先端のピンチロールからの遠ざかりが回避されることとなる。
【００４４】
この結果から、通板速度が増加しても、ゲートエプロンをローカルなゲート条件安定化領域16内に設置することは十分可能であり、コイラの切り替えの際に通板速度を低下させるなど、操業の制約無しにゲートの切り替えおよび圧延板のコイラ巻き取りを安定化することができる事を実証した。
【００４５】
なお、ゲートエプロンの位置および／または角度の制御は先行圧延板の尾端が通過する前に行えば良く、また先行圧延板の尾端および後行圧延板の先端の振れまわり挙動の計算は、操業条件が決定していれば、操業前および操業中の先行圧延板の圧延前に行っても良く、先行圧延板の巻き取り開始から終了までの間に行っても良い。
【００４６】
以上、これまで２つのコイラによる巻き取りについて説明したが、３つ以上のコイラによって巻き取りを行うには、図１および２において、No.1コイラの後面のゲートエプロン1、搬送ロール10、No.2ピンチロール（上）4およびNo.2ピンチロール（下）5並びにNo.2コイラ7からなる構成の１組以上を、No.2コイラ7の後面に設置すれば良い。
【００４７】
なお本発明において、板厚は５０ｍｍ以下、板幅は３ｍ以下のもので十分精度があり、ヤング率はアルミなど鉄以外の金属でもよく、本発明の計算に用いられる数値は、一般的な製造範囲内であれば特に限定されるものではない。
【００４８】
図７にピンチロール出側を通過する圧延板の振れまわり挙動の解析フロー、およびゲート条件の変更フローを示す。ここではとくに説明を省略するが、発明の実施の形態で述べた計算の流れの概略を示した。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】コイラの切り替えにおける通板挙動を示す模式図（No.2コイラからNo.1コイラへの切り替え）。
【図２】コイラの切り替えにおける通板挙動を示す模式図（No.1コイラからNo.2コイラへの切り替え）。
【図３】ピンチロール出側を通過する圧延板の先端および尾端のモデル化例を示す図であり、（ａ）は梁モデル、（ｂ）は梁モデルの離散化表現を示す。
【図４】ピンチロール出側における圧延板の先端および尾端の通板軌跡例１を示す図。
【図５】ピンチロール出側における圧延板の先端および尾端の通板軌跡例２を示す図であり、通板速度が（ａ）は1000mpm、（ｂ）は1300mpm、（ｃ）は1500mpmの場合を示す。
【図６】ピンチロール出側における圧延板の先端および尾端の通板軌跡例３を示す図。
【図７】ピンチロール出側を通過する圧延板の振れまわり挙動の解析フロー、およびゲート条件変更フローを示す図。
【符号の説明】
【００５０】
1…ゲートエプロン
2…No.1ピンチロール（上）
3…No.1ピンチロール（下）
4…No.2ピンチロール（上）
5…No.2ピンチロール（下）
6…No.1コイラ
7…No.2コイラ
8…先行圧延板
9…後行圧延板
10…搬送ロール
11…No.1コイラからNo.2コイラ切り替え時の先行圧延板の尾端の軌跡
12…No.1コイラからNo.2コイラ切り替え時の後行圧延板の先端の軌跡
13…No.2コイラからNo.1コイラ切り替え時の先行圧延板の尾端の軌跡
14…No.2コイラからNo.1コイラ切り替え時の後行圧延板の先端の軌跡
15…ゲート条件安定化領域
16…ローカルなゲート条件安定化領域
【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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【図６】
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【図７】
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