(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタンド間にルーパを備える薄板熱間仕上げ圧延機において圧延材料先端部を上流側スタンドから下流側スタンド間を通板するにあたり、圧延材料先端がルーパロール上部を通過した時から下流側スタンドに噛み込むまでの間に、ルーパロールを待機位置からパスラインより上の位置まで上昇することを特徴とする薄板熱間仕上げ圧延機の通板方法。
【請求項２】
スタンド間にルーパを備える薄板熱間仕上げ圧延機において、圧延材料先端がルーパロール上部を通過した時から下流側スタンドへ噛み込むまでの間に、ルーパロールを待機位置からパスラインより上の位置まで上昇し、圧延材料が下流側スタンドに噛み込み後ルーパで材料張力制御を行うことを特徴とする薄板熱間仕上げ圧延機のルーパ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板熱間仕上げ圧延機の圧延材料（以下、材料）先端部のスタンド間通板方法および材料先端部のルーパ制御方法、より具体的には、材料先端部をスタンド間に通板時に発生する圧延後の材料の幅不足の防止に好適な薄板熱間仕上げ圧延機の材料先端部のスタンド間通板方法および材料先端部のルーパ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホットストリップミルと呼ばれる薄板熱間仕上げ圧延機は、例えば約6m毎にタンデム状に配置した複数（例えば4〜7台）の圧延機(以下、スタンドと呼ぶ)で構成される。通常、熱間シートバーと呼ばれる仕上げ圧延機入り側の圧延材料は、約30mm厚、約700〜2100mm幅、約70m長さで約1000℃の状態にある。本材料に対して、仕上げ圧延機の各スタンドで順次圧下をかけて、最終スタンドで所定の1.2〜数mmの製品板厚まで圧延する。鋼の材質上で要求される仕上げ温度である850℃以上の温度を実現するために、最大時は1200mpm程度の高速な圧延を行っている。
【０００３】
熱間仕上げ圧延機では、図1に示す様に、各スタンド間には、フレーム11の先端にルーパロール12が付設され、圧延中の材料1に適度なたるみ(ループ)を作るルーパと呼ばれる緩衝装置4が設置されている。これは、▲１▼材料1をルーパロール12で押し上げてスタンド間材料1に適度な張力を与えて、材料1に圧延機の中心を安定して走行させることを実現するとともに、▲２▼前後（上流側と下流側）のスタンドの体積速度(概スタンドの材料板厚と材料速度の積)のアンバランスに起因する過張力・無張力に対してルーパロール12を上下させることで張力を制御して材料1の破断・折れ込みを防止するものである。
【０００４】
通常、制御したい目標(単位)張力は、1Kg/mm2弱である。この張力が変動して小さくなると材料が蛇行し、大きくなると材料幅が狭まり、図2の幅チャートに示すような幅ネッキングと呼ばれる幅寸法不良を生じて製品歩留まりを悪化させる。
【０００５】
仕上げ圧延工程においては、シートバー先端を上記圧延機のスタンド群に通す(これを通板と呼ぶ)作業は、該シートバー全長の圧延の中で最も非定常な作業となり、製品寸法に関して難しい制御である。
【０００６】
従来技術における通板時の圧延機とルーパの制御方法について以下に説明する。
オペレータ又はプロセス計算機は、通板前に仕上げ圧延機の各スタンドに対して、材料の圧延反力に起因するスタンドの伸び変形と材料温度を予測して各スタンドの無負荷時ロール間隙とロール速度を設定し（これを圧延機のプリセットと呼ぶ）、材料先端部を各スタンドに順次噛み込ませる。
【０００７】
例えば、IスタンドとI+1スタンドの間に材料先端部を通板し、I+1スタンドに噛み込ませてルーパ制御をする方法について説明する。図3は材料先端がIスタンドとI+1スタンドの間のルーパロールを通過した様子を示しており、図3中、１は材料、2はIスタンド、3はI+1スタンド、4はルーパ、5は材料先端部をI+1スタンドのロールバイトに案内するガイド、6はルーパ制御装置である。ルーパ4はフレーム11と該フレーム11の先端に配置されたルーパロール12を備え、フレーム11をルーパ回転軸（図示なし）の周りに回転し、ルーパロール12を昇降する。13はストッパー（下限ストッパー）である。θはルーパ角度で、フレーム11の水平面からの仰角である。
【０００８】
Iスタンド2を出た材料1先端は、ストッパー13で下限位置に支持されるルーパ4のフレーム11上面に支えられて進行し、ルーパロール12を経て、I+1スタンド3入り側のガイド5に支えられてI+1スタンド3のロールバイトに進入する。
【０００９】
ここで前後のスタンド2と3のロールバイトを結ぶレベルをパスラインと呼ぶ。
材料先端部の通板時におけるルーパロール12上面の待機高さがパスライン近く（但し、パスラインより下）となるように、ストッパー13の位置が調整されている。これは、パスラインよりも高い位置にルーパロール12が待機すると、Iスタンド2から出た材料1が約10m/sにもおよぶ高速で進行中に、ルーパロール12に衝突して材料先端部が跳ね上がりI+1スタンド3への進入を困難にさせるからである。
ストッパー13で下限位置に支持されるルーパ4のルーパ角度θは、通常5〜8度程度である。
【００１０】
I+1スタンド3の圧延反力の発生をロードセル17bで検出すると同時に、ルーパ制御装置6はスタンド2、3間のルーパ4のルーパモータ14に立ちあがり指令を送り、まず、ルーパ角度θが所定ルーパ角度（目標角度）θ0になる迄ルーパロール12を上昇させて、その後、材料張力制御を開始する。なお、ルーパ4のルーパロール12が材料1に拘束されて所定ルーパ角度θ0迄上昇出来ない場合は、ルーパ制御装置6は、バックアップとして予め定められたタイマー時間後に材料張力制御を開始する場合もある。ルーパモータ14には電動モータ、油圧モータなどを使用する。
【００１１】
目標角度θ0は例えば20度前後で、前記▲１▼および▲２▼の観点から、圧延機内における材料の走行安定性、張力制御性等を考慮して経験的に設定される。
【００１２】
この材料張力制御は、まずルーパロール軸受け（図示なし）に装備するひずみゲージ15から材料張力を検出して(これをルーパ張力計と呼ぶ)、また、ルーパ駆動軸につながる角度計16からルーパ角度を検出する。検出した実際の張力とルーパ角度が各目標値となるように、Iスタンド2の圧延モータ18の速度とルーパモータ14のトルクを制御するものである。
【００１３】
材料1とルーパロール12の位置関係が材料張力Tに及ぼす影響を図4で説明する。説明を簡単にするため、ルーパロール12は前後スタンド間の中点で材料1を力Fで押し上げているとし、材料1はパスラインに対して仰角βで走行しているとする。幾何学的関係より、次式が成り立つ。
【００１４】
T=F/(2sinβ)  …(1)
すなわち、材料1が前後の両スタンドに噛みこんでおり、材料がたるんでいない状態で、パスライン上(即ち、β=0)で材料1がルーパロール12から力を受けた場合は、無限大な材料張力を発生し得る。これを特異状態と呼ぶ。この特異状態にならなくとも、β≒0（特異状態近辺）で大きな材料張力を発生して、材料1に幅ネッキングを生じる。特にこの現象は、ルーパの大きな慣性力に比して材料張力Fの小さい薄物材料で顕著である。
【００１５】
これを防ぐために消極的に行われている方法として、圧延機のプリセット時に前後（上流側と下流側）のスタンドの体積速度を一定にせずに、予測のばらつきを考慮して下流ほど体積速度を1％弱ほど小さく修飾して設定することも行なわれている。これにより、材料はスタンド間でループ気味に通板し、張力が発生しない時点でルーパを上昇させて特異状態の発生を防ぐことを狙っている。しかしこの修飾により、通板時に過大ループの発生が多くなり、ルーパロール12の材料への追従開始タイミングが遅れ、ルーパの材料張力制御の開始が遅れるという問題があり、また、ある確率で上記特異状態が発生するという問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、薄板熱間仕上げ圧延機において、スタンド間に材料先端部を通板時とその直後の上記特異状態又は特異状態近辺に起因する過大材料張力の発生を防止できる材料先端部のスタンド間通板方法および材料先端部のルーパ制御方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の手段は以下の通りである。
(1)スタンド間にルーパを備える薄板熱間仕上げ圧延機において圧延材料先端部を上流側スタンドから下流側スタンド間を通板するにあたり、圧延材料先端がルーパロール上部を通過した時から下流側スタンドに噛み込むまでの間に、ルーパロールを待機位置からパスラインより上の位置まで上昇することを特徴とする薄板熱間仕上げ圧延機の通板方法。
【００１８】
(2)スタンド間にルーパを備える薄板熱間仕上げ圧延機において、圧延材料先端がルーパロール上部を通過した時から下流側スタンドへ噛み込むまでの間に、ルーパロールを待機位置からパスラインより上の位置まで上昇し、圧延材料が下流側スタンドに噛み込み後ルーパで材料張力制御を行うことを特徴とする薄板熱間仕上げ圧延機のルーパ制御方法。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図5を用いて、具体的に説明する。なお、図5において、6aはルーパ制御装置である。図5のその他の部分には、説明済みの図3で説明した部分と同じ作用をする部分には同じ符号を付してある。本発明は、材料通板時に特異状態を回避して早期に材料にルーパロールを追従させることを実現するものであり、ルーパ張力計の初期出力タイミングを早めて、材料張力制御の開始を早めるものであり、この結果、過張力性の材料先端部幅不良を低減するものである。
【００２０】
具体的には、図5に示すように、Iスタンド2とI+1スタンド3間に材料先端部を通板時に、先端部がルーパロール12上部を通過した後、且つI+1スタンド3への噛みこみ前にルーパロール12を上昇させて、該I+1スタンド3に噛みこみが発生した時点では既にパスラインから相当量ほど高い所にルーパロール12を位置させる。
【００２１】
ここで言う相当量とは、望ましくは張力制御時の目標角度θ0であるが、材料速度とルーパ駆動系能力の関係から目標角度θ0までの立ち上がりが間に合わないならばこの間で可能な高さ迄で良い。
【００２２】
この結果、材料先端のI+1スタンド3への噛みこみと同時に、ルーパ角度θが目標角度θ0または目標角度θ0近くでルーパ4による材料張力制御が実効となりる。また、既に述べた特異状態を脱出している。また、圧延機のプリセットの誤差に起因して体積速度がアンバランスでIスタンド2のそれよりもI+1スタンド3のそれが大きくなった時、すなわち張力気味に通板時は、フレーム11はストッパー13に当たっていないので、材料張力がルーパロール12を押し下げることで機械的に過張力が開放される利点を有する。
【００２３】
なお、このルーパの上記相当量高さまでの立ち上げ方法に関しては、本発明では特に限定されず、種々の方法を採用できる。例えば、以下の方法を例示できるが、これらの方法に限定されない。
【００２４】
例えば、ルーパのトルクモータに対して一定電圧を供給して立ち上げて、上記相当量高さになり次第にこの高さを維持するようにルーパトルク指令値を操作するフィードバック制御を実施して、下流側スタンド噛み込みを待って材料張力制御を開始してもよい。
【００２５】
また、いわゆるバングバング制御と呼ばれるようにルーパのトルクモータに対して最大正トルクを指令して、相当量高さの半分の位置で最大負トルクに切り替えて、上記相当量高さに到達後にこの高さを維持するようにルーパトルク指令値を操作するフィードバック制御を実施して、下流側スタンド噛み込みを待って材料張力制御を開始してもよい。なお当然ながら、相当量高さまで立ちあがる前に下流側スタンド噛み込みが発生すると、直ちに材料張力制御を開始する。
【００２６】
本発明法による通板方法、ルーパ制御方法は、必ずしも複数の圧延スタンドの全スタンド間で行う必要はなく、幅ネッキングが発生しやすい適宜のスタンド間を選んで行うのがよい。
【００２７】
また、本発明においては、材料先端部が下流側スタンドに噛み込み後に行うルーパの材料張力制御方法は特に限定されない。従来から行われている種々の方法を採用できる。例えば、特公平02-030766号公報に記載される張力制御方法を例示できるが、この方法に限定されない。
【００２８】
なお、ルーパロールが材料先端部通過後の材料を押し上げた時に、材料は下方に撓んでガイドに支えられて次スタンドのロールバイトに進行することが必要である。ルーパロールから下流側の材料長(オーバハング長)をLとすると、材料力学の教えるところでは、片持ち梁の撓み量は、Lの4乗に比例して板厚の2乗に反比例する。本発明者らの計算では、L = 1000mmで板厚が4mmにて、この撓み量は約60mmである。ルーパロールと次スタンドとの距離が実機では2000mm以上有ることを考えれば、問題となる4mm以下の薄物材では十分な撓みを得ることが出きる。
【００２９】
【実施例】
仕上げ圧延機のルーパに本発明法を適用した例を述べる。本実施例では、前記本発明の実施の形態に記載したルーパ制御方法を、材料幅のネッキングが発生しやすいスタンド間予測板厚が4mm以下のスタンド間のルーパで適用した。その他のスタンド間ルーパでは従来通りの方式、即ち、材料の下流側スタンド噛みこみにて初めてルーパに上昇指令を与えてルーパによる張力制御を行う方式を適用した。
【００３０】
まず、本発明法を適用するルーパ（図5に示したIスタンド2とI+1スタンド3の間のルーパ4）について、無負荷時のルーパの特性を調べた。ルーパ制御装置6aがルーパ4に対して上昇指令を出した時のルーパ4のフレーム11の立ち上がり開始までの無駄時間τを求め、またルーパ角度θが15度近辺での回転角速度ωを求めた。発明者らの計測例では、τ=0.2sec、ω=7度/secであった。
【００３１】
ルーパ制御装置6aには、前記で求めたτ、ωのデータ、またIスタンド2とルーパロール12間の距離d1、ルーパロール12とI+1スタンド3間の距離d2のデータ及び材料サイズ、圧延速度等に基づいて予め設定されたルーパの目標角度θ0が入力されている。
【００３２】
ルーパ制御装置6aは、ロードセル17aでIスタンド2への材料噛みこみを検出した時点で、ストッパー13に支えられて待機位置にあるルーパ4の待機角度θsを計測する。次に、回転計19で検出するIスタンド2の圧延ロール周速に先進率を乗じてIスタンド2出側の材料速度Viを演算する。またIスタンド2とルーパロール12間の距離d1に基づいて、材料先端部のルーパロール12までの到達時間Tr(=d1/Vi)を演算し、さらに(Tr-τ)秒後にルーパロール12が実質的に上昇開始するように上昇指令タイマーを設定する。また、ルーパロール12とI+1スタンド3間の距離d2に基づいて、この上昇指令時のルーパ4の上昇目標角度θtを次式で演算する。
θt=Min(θ0、(θs+ωd2/Vi))  …(2)
すなわち、材料速度が遅い場合は張力制御時の目標角度θ0までルーパ4を上昇させることを要求し、材料速度が速い場合はI+1スタンド3に材料先端部が噛みこむ直前までルーパ4を可能な範囲で上昇させておく。
【００３３】
そして前記(Tr-τ)秒後、前記演算結果をルーパモータ14に指令し、ルーパロール12を上昇する。I+1スタンド3に材料先端部が噛みこむと同時に目標角度θ0としてルーパ4の材料張力制御を開始する。
【００３４】
本発明法を実施した結果、従来の通板方法で発生する材料先端部において両スタンドに拘束された材料をルーパロールが下から持ち上げるための接触(場合によっては衝突現象)と特異状態に起因する幅のネッキング現象を大幅に減少することができた。
【００３５】
また、本発明法を実施した結果、材料先端部が下流側スタンドに噛みこむ前にルーパロール上昇により材料が後ろから引っ張られることから、下流側スタンドへの材料の幅方向に均一な噛みこみを実現して、図6に示す材料のバタツキによる端部折れ込み等の操業異常を従来の通板方法に比べて減少できるという副次効果をも得た。
【００３６】
なお、前記で説明した本発明法の実施例は本発明の実施の形態の基本的な例であるが、各仕上げ圧延機の特性に合わせて以下の調整法の一つ又は二つ以上を組み合わせて行うことも可能である。
【００３７】
1.材料先端部がルーパロール12位置を通過し、ルーパロール12から十分離れた後にルーパロール12が上昇するようにして材料先端部の走行が阻害されることを防ぐ。例えば、材料先端部のルーパロール12までの到達時間Tr(=d1/Vi)を演算する式Tr=d1/Viにおいて、d1に代えて（d1＋δ）として計算する。ここでδはルーパロール12を上昇するときの材料先端部とルーパロール12との距離であり、例えばδ=500mmである。
【００３８】
2.コントローラ・計測機器等の処理・信号伝達遅れのバラツキを考慮して、ルーパロール12の実質立ち上げタイミングを材料先端が確実に通過した後とし、材料先端が下流側スタンド3噛みこみ時にルーパロール12の立ち上がりが完了していることが必要である。例えば(2)式でのd2を（d2-Δ）として計算する必要があり、ここでΔは余裕代であり、例えばΔ=500mmである。
【００３９】
3.先端跳ね上がり防止のために、通板中にルーパへの上昇指令時のルーパの上昇目標角度θtを、パスラインから数度上がった角度に留めて、特異状態の最も厳しい範囲に陥るのを避けるに留める。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、材料通板時に特異状態を回避し、早期に材料にルーパロールを追従させることができるので、圧延製品先端部において過張力に起因する幅ネッキングを大幅に減少できる。
【００４１】
また、材料先端部が出側スタンドに噛みこむ前にルーパロール上昇により材料が後ろから引っ張られるので、出側スタンドへの材料の幅方向に均一な噛みこみが行われるようになるため、従来の通板方法に比べて、材料のバタツキによる端部折れこみ等の操業異常を減少できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱間圧延機のスタンド間に設置されているルーパの要部配置を示す概略図。
【図２】幅ネッキングを生じたストリップの幅チャートの一例を示す図。
【図３】従来技術において、材料先端部をルーパを備えるスタンド間を通板する状況及びルーパ制御系統を説明する図。
【図４】ルーパロールから材料への押し上げ力Fと材料張力Tとの関係を説明する模式図。
【図５】本発明法において、材料先端部をルーパを備えるスタンド間を通板する状況及びルーパ制御系統を説明する図。
【図６】材料先端部のスタンド間での通板トラブル（端部折れ込み）を説明する図。
【符号の説明】
1  材料（熱間圧延材料）
2  Iスタンド
3  I+1スタンド
4  緩衝装置（ルーパ）
5  ガイド
6、6a  ルーパ制御装置
11  フレーム
12  ルーパロール
13  ストッパー（下限ストッパー）
14  ルーパモータ
15  ひずみゲージ
16  角度計
17a、17b  ロードセル
18  圧延モータ
19  回転計
θ  ルーパ角度
【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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