(57)【要約】【課題】  高精度の寸法、形状制御および圧延操業の安定化を図ることが可能な分割バックアップロール型板圧延機による板形状制御方法を提供する。【解決手段】  分割バックアップロール型板圧延機８において、板圧延時に測定した各分割バックアップロール２１〜２７、５１〜５７の荷重および圧下位置に基づいて板圧延時の板形状を推定し、推定結果に基づいて目標形状となるように板形状制御装置を制御する板形状制御方法であって、圧延中の圧延材Ｓの幅方向両エッジ位置を測定または推定し、この測定値または推定値に基づき各分割バックアップロール２１〜２７、５１〜５７の圧下位置を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上、下いずれか一方のロールアセンブリーが軸方向に３分割以上に分割された分割バックアップロールによって上、下ワークロールを支持する機構を有し、各分割バックアップロールはそれぞれ独立した荷重測定装置を配備し、さらに板形状制御装置を備えた板圧延機で、板圧延時に測定した各分割バックアップロールの荷重および圧下位置に基づいて板圧延時の板形状を推定し、推定結果に基づいて目標形状となるように該板形状制御装置を制御する板形制御方法において、圧延中の圧延材の幅方向両エッジ位置を測定または推定し、この測定値または推定値に基づき各分割バックアップロールの圧下位置を制御することを特徴とする板圧延機における板形状制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載した板形状制御方法を実施するための圧延機であって、板両エッジの板幅方向の位置をそれぞれ測定する板両エッジ測定装置、または板幅測定装置および板片エッジの板幅方向の位置を測定する板片エッジ測定装置を、前記圧延機の入側または出側の少なくとも一方に設けたことを特徴とする板圧延機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延機における板形状制御方法、特に少なくとも上下いずれかのロールアセンブリーが、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有する分割バックアップロール型板圧延機を用いた板形状制御方法および板圧延機に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、分割バックアップロールの荷重分布を測定し、圧延材とワークロール間の荷重分布を推定し、これにより圧延後の板クラウン・板形状を高精度で推定し得る分割バックアップロール型板圧延機が注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記板圧延機おいて、高精度で板形状を制御する方法が提案されている。この板形状制御方法は、前記板圧延機において各分割バックアップロールの測定荷重から推定される圧延材〜ワークロール間の幅方向荷重分布が所望の値となるように幅方向板厚板分布・形状制御装置を制御する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−６９０１０号公報（第３頁、図１および図３）
【特許文献２】特開平６−２６２２２８号公報（第２頁、第３頁、図１および図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
板圧延の場合、圧延前の圧延材は長手方向に幅変動やキャンバー（横曲がり）が発生しており、圧延中に圧延材両側のエッジ位置は大きく変化する。この結果、圧延材のエッジと圧延材エッジの直上（または直下）に位置する分割バックアップロールのエッジとの位置関係、例えば図３に示す分割バックアップロール２１、２７の圧下有効幅（圧延材Ｓの両エッジと分割バックアップロール２１、２７のエッジとの間の水平距離）δｗ、δｄが常に変動している。このような場合、分割バックアップロール２１、２７の荷重は、圧下有効幅δｗ、δｄの影響を顕著に受ける。このため、上記従来の板形状制御方法では、圧延荷重分布推定および目標荷重値の決定に少なからず誤差を生じ、所望の寸法、形状を得られず、特に板エッジ近傍の板形状や板厚が不良となるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消することを課題とし、高精度の寸法、形状制御および圧延操業の安定化を図ることが可能な分割バックアップロール型板圧延機による板形状制御方法および板圧延機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の板形状制御方法は、少なくとも上、下いずれか一方のロールアセンブリーが軸方向に３分割以上に分割された分割バックアップロールによって上、下ワークロールを支持する機構を有し、各分割バックアップロールはそれぞれ独立した荷重測定装置を配備し、さらに板形状制御装置を備えた板圧延機で、板圧延時に測定した各分割バックアップロールの荷重および圧下位置に基づいて板圧延時の板形状を推定し、推定結果に基づいて目標形状となるように該板形状制御装置を制御する板形制御方法において、圧延中の圧延材の幅方向両エッジ位置を測定または推定し、この測定値または推定値に基づき各分割バックアップロールの圧下位置を制御することを特徴としている。
【０００７】
本発明の板圧延機は、上記板形状制御方法を実施するための圧延機であって、板両エッジの板幅方向の位置をそれぞれ測定する板両エッジ測定装置、または板幅測定装置および板片エッジの板幅方向の位置を測定する板片エッジ測定装置を、前記圧延機の入側または出側の少なくとも一方に設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、圧延材の幅方向両エッジ位置の測定値または推定値に基づき各分割バックアップロールの圧下位置を制御するので、高精度の寸法、形状制御および圧延操業の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１および図２は本発明の実施の形態を示すもので、図１は板形状制御方法を実施する板圧延機の側面図であり、図２は上ワークロールおよび分割バックアップロールの配置を示す平面図である。
【００１０】
板圧延機８は、主圧下装置１７および主荷重測定装置１８がハウジング９に設けられている。ハウジング９内に上インナーハウジング１５および下インナーハウジング４５が設けられている。上インナーハウジング１５は、主圧下装置１７により昇降可能に配されている。
【００１１】
上インナーハウジング１５に、上ロールアセンブリー１０が設けられている。上ロールアセンブリー１０には分割バックアップロール２１〜２７が配され、上ワークロール１３を支持している。また、各々の分割バックアップロール２１〜２７には独立した荷重測定装置３２１〜３２７が配備されている。図中３０１〜３０７は、各分割バックアップロール２１〜２７に独立に配した圧下装置の例である。図２に示すように、３個の入側分割バックアップロール２２、２４、２６と４個の出側分割バックアップロール２１、２３、２５、２７とがロール軸方向に交互に配置されている。
【００１２】
下インナーハウジング４５にも、同様に下ロールアセンブリー４０が設けられ、下ワークロール４３を支持している。下ロールアセンブリー４０は、分割バックアップロール５１〜５７、圧下装置６０１〜６０７、および荷重測定装置６２１〜６２７を備えている。入側分割バックアップロール５２、５４、５６と出側分割バックアップロール５１、５３、５５、５７の配置は、上インナーハウジング１５のものと同じである。また、上分割バックアップロール２１〜２７と下分割バックアップロール５１〜５７とは上下対称となっている。
【００１３】
圧延機入側に、両エッジ位置測定装置７０が配置されている。圧延機が板幅測定装置を備えている場合は、片エッジ位置測定装置であってもよい。また、これらエッジ位置測定装置を、圧延機出側に設けてもよい。
【００１４】
板圧延機８はまた、分割バックアップロール２１〜２７、５１〜５７の圧下パターン制御機構やワークロールベンダー等をアクチュエータとする板形状制御装置（いずれも図示しない）を有する。板形状制御装置には、各荷重測定装置３２１〜３２７、６２１〜６２７および両エッジ位置測定装置７０の測定値が入力される。また、各分割バックアップロール圧下装置３０１〜３０７、６０１〜６０７は板形状制御装置からの指令に基づいて作動する。
【００１５】
なお、上記板圧延機８は上、下とも各分割バックアップロール２１〜２７、５１〜５７に圧下装置３０１〜３０７、６０１〜６０７および、荷重測定装置３２１〜３２７、６２１〜６２７を装備するものであったが、上、下の何れか片側に両装置が装備されていればよい。分割バックアップロールは、軸方向に３分割以上であればよく、入側、出側で対向するように配置されていてもよい。また、上、下の何れか片側のバックアップロールは非分割バックアップロールであってもよい。
【００１６】
以上のように構成された板圧延機８において、板形状を次のように制御する。
圧延中に、各荷重測定装置３２１〜３２７、６２１〜６２７で各分割バックアップロール２１〜２７、５１〜５７に作用する荷重を、両エッジ位置測定装置７０で圧延材Ｓの幅方向両エッジ位置を測定する。両エッジ位置測定装置７０とワークロール１３、４３間が離れている場合には、板速度等を用いてエッジ位置測定時刻と圧延時刻の時間差の補正などを行うことが望ましい。なお、圧延材Ｓのエッジ位置の測定値の代わりにを推定値を用いてもよい。この場合には、圧延前の板幅、キャンバー形状、サイドガイドの設定位置などから圧延材Ｓのエッジ位置を推定する。
【００１７】
圧延材の両エッジ位置の測定値または推定値に基づき、各分割バックアップロールの圧下位置を次のように制御する。
【００１８】
第ｉ分割バックアップロールに作用する荷重をｑｉ、その位置に対応する圧延材〜ワークロール間荷重をｐｉとし、ワークロール軸心たわみの変形マトリクスをＫＷｉｊ、分割バックアップロール系の変形マトリクスをＫＢｉｊ、ロールクラウンの型式で表現したワークロールプロフィルをＣＷｉ 、分割バックアップロールプロフィルをＣＢｉ、ワークロール軸心たわみをｙＷｉとすると、分割バックアップロールとワークロールの適合条件より、式（１）が得られる。
ｙＷｉ＝ＫＢｉｊｑｊ＋ＣＷｉ＋ＣＢｉ    （１）
なお、本明細書の数式では、同添字の繰り返しがある場合にはアインシュタインの総和規約を用いて表現する。また、ＫＢｉｊは第ｊ分割バックアップロールに単位荷重が負荷された時の第ｉ分割バックアップロールの変位を表す影響係数マトリクスであるが、ここでは、ハウジングの変数およびワークロール〜分割バックアップロールの接触による両ロールの偏平変形を含めた変形マトリクスとしている。
【００１９】
一方、ワークロールたわみは、変形マトリクスＫＷｉｊおよび圧延材〜ワークロール間に作用する圧延荷重分布ｐｉを用いて、式（２）で表される。
ｙＷｉ＝ＫＷｉｊ（ｐｊ−ｑｊ）  （２）
【００２０】
式（１）、式（２）よりｙＷｉを消去し、整理すると圧延荷重分布ｐｉを求める式（３）が得られる。
ｐｉ＝ｑｉ＋［ＫＷ］−１ｉｊ（ＫＢｊｋｑｋ＋ＣＷｊ＋ＣＢｊ）（３）
上記の右辺で、［ＫＷ］−１ｉｊはＫＷｉｊの逆マトリクスであり、ＫＢｊｋとともに予め計算できる量である。また、ＣＢｊおよびＣＷｊも測定あるいは推定可能な量であるので、本発明の圧延機によってｑｉの測定値が得られれば式（３）により圧延材〜ワークロール間の圧延荷重分布ｐｉは直ちに計算することが可能である。
【００２１】
ところで、単位幅当たりの圧延荷重ｐ＊ｉは、一般に、入側板厚Ｈ、出側板厚ｈ、変形抵抗ｋ、摩擦係数μ、入側張力σ０、出側張力σ１の関数であり、式（４）で与えられる。
ｐ＊ｉ＝ｐ＊（Ｈ，ｈ，ｋ，μ，σ０，σ１）  （４）
以上の要因の内、圧延材の板幅方向の位置によって大きく変動し、しかも圧延荷重分布に大きな影響を与える可能性のあるものは、入側張力、出側張力であり、これらは板形状を表現する伸び歪差Δεと圧延材のヤング率Ｅを通じて張力フィードバック効果と呼ばれる次のような関係を有することが判っている。
【００２２】
σ０＝σ＊０−ＥΔε    （５）
σ１＝σ＊１−ＥΔε    （６）
ここで、σ＊０、σ＊１は平均張力であり、式（５）、（６）中の伸び歪差Δεは、板幅方向に積分した時に零となるように相対値のみを取り出している。
【００２３】
式（５）、（６）を式（４）に代入することにより式（７）を得る。
ｐ＊ｉ＝ｐ＊（Ｈ，ｈ，ｋ，μ，σ＊０，σ＊１，Δε）  （７）
式（７）右辺括弧内のΔε以外の全ての因子は既知か、あるいは推定可能な量であるので圧延荷重ｐｉを分割バックアップロール荷重ｑｉ（測定値）から演算し、さらに式（７）を逆算することによって、伸び歪差Δεを演算算出することができる。その際、圧延材エッジの直上（または直下）に位置する分割バックアップロール（ｉ＝ｗおよびｉ＝ｄ）においては、図４に示すように圧延荷重ｐｗとｐｄが同値の場合でも圧下有効幅δｗ、δｄに応じて単位幅当たりの圧延荷重ｐ＊ｗ、ｐ＊ｄが変化するため、測定もしくは推定した圧延材の両エッジ位置から圧下有効幅δｗ、δｄを算出した上で式（８）、（９）によりｐ＊ｗ、ｐ＊ｄを演算算出する。
ｐ＊ｗ＝ｐｗ／δｗ     （８）
ｐ＊ｄ＝ｐｄ／δｄ      （９）
その他の分割バックアップロール（ｉ≠ｗ、ｄ）については各分割バックアップロールの胴長ｗｉを用いて式（１０）で演算算出する。
ｐ＊ｉ＝ｐｉ／ｗｉ      （１０）
伸び歪差Δε、即ち、現在の板形状が演算算出されれば、これを所望の板形状とするべく板形状制御装置を操作すればよい。例えば、所望の板形状に相当する伸び歪差Δεｏｐｔを式（７）に代入して目標とすべき単位幅当たりの圧延荷重分布ｐ＊ｏｐｔｉを求め、さらに式（８）〜式（１０）を逆算して所望の板形状に相当する圧延荷重分布ｐｏｐｔｉを算出しておき、これと現在の圧延荷重分布ｐｉの差分を解消するべく式（１１）により各分割バックアップロールの圧下位置の操作量δｕｉを演算算出し、これに基づいて板形状制御装置を操作する。
【００２４】
δｕｉ＝Ｆ（δｐｉ）          （１１）
ここで、δｐｉは、所望の板形状に相当する圧延荷重分布ｐｏｐｔｉと現在の圧延荷重分布ｐｉの差分であり、式（１２）で求められる。
δｐｉ＝ｐｏｐｔｉ−ｐｉ    （１２）
以上の手順を実行するためのフローチャート例を図５に示す。
【００２５】
図４に示したように、圧延材エッジの直上（または直下）に位置する分割バックアップロール（ｉ＝ｗおよびｉ＝ｄ）では、分割バックアップロール荷重ｑｗ、ｑｄと圧延荷重ｐｗ、ｐｄの作用する位置がワークロール１３の胴長方向に異なるため、前述した式（２）、式（３）に代えて下記の式（２’）、式（３’）を用いることが望ましい。
ｙＷｉ＝ＫＷｅｉｊｐｊ−ＫＷｉｊｑｊ  （２’）
ｐｉ＝［ＫＷｅ］−１ｉｊ｛（ＫＷｊｋ＋ＫＢｊｋ）ｑｋ＋ＣＷｊ＋ＣＢｊ｝  （３’）
ここで、ＫＷｅｉｊは圧延荷重ｐｗ、ｐｄの作用位置を考慮したワークロールたわみ変形マトリクスであり、［ＫＷｅ］−１ｉｊはその逆マトリクスである。図３、図４から明らかなように、圧延荷重ｐｗ、ｐｄの作用位置は圧延材の両エッジ位置の測定値もしくは推定値から容易に求められ、変形マトリクスＫＷｅｉｊおよびその逆マトリクス［ＫＷｅ］−１ｉｊを算出することができる。
【００２６】
また、本発明により圧延材の幅方向板厚分布の制御も為し得ることは、例えば特許文献２の第６頁、第７頁を参照すれば、容易に想到できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の方法を実施する上、下分割バックアップロールを備えた板圧延機を示す側面図である。
【図２】図１に示す板圧延機の分割バックアップロールの配置を示す平面図である。
【図３】圧延材のエッジと圧延材エッジの直上に位置する分割バックアップロールのエッジとの位置関係を説明する模式図である。
【図４】ワークロール〜分割バックアップロール間に作用する荷重ｑｗ，ｑｉ，ｑｄ，ワークロール〜圧延材間に作用する圧延荷重ｐｗ，ｐｉ，ｐｄ，および単位幅当たりの圧延荷重ｐ＊ｗ，ｐ＊ｉ，ｐ＊ｄの関係を説明する模式図である。
【図５】本発明の方法を実施するための手順を例示したフローチャート図である。
【符号の説明】
【００２８】
８  分割バックアップロール型板圧延機
９  ハウジング                    １０、４０  ロールアセンブリー
１３、４３  ワークロール            １５、４５  インナーハウジング
１７  主圧下装置                    １８  主荷重測定装置  
２１〜２７      上分割バックアップロール
３０１〜３０７  上分割バックアップロール圧下装置
３２１〜３２７  上分割バックアップロール荷重測定装置
５１〜５７      下分割バックアップロール
６０１〜６０７  下分割バックアップロール圧下装置
６２１〜６２７  下分割バックアップロール荷重測定装置
７０  圧延材エッジ位置測定装置
Ｓ  圧延材
【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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