(57)【要約】【課題】圧延中における圧延ロールギャップの調整を渦電流式のギャップセンサの検出値を利用して高精度で行うことができる圧延ロールギャップ調整方法を提供する。【解決手段】渦電流式のギャップセンサ１７の検出値を利用して、圧延中における圧延ロールギャップの調整を行う方法において、圧延ロール１４、１５の温度上昇に伴って発生するギャップセンサ１７の検出誤差を補正するための補正関数Ｆ（ｔ）を、圧延開始時を起点とする時間関数として決定し、ギャップセンサ１７の検出値を補正関数Ｆ（ｔ）で補正して得られた演算値を用いて圧延ロールギャップの調整を行う。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦電流式のギャップセンサの検出値を利用して、圧延中における圧延ロールギャップの調整を行う方法において、
圧延ロールの温度上昇に伴って発生する前記ギャップセンサの検出誤差を補正するための補正関数を、圧延開始時を起点とする時間関数として決定し、
前記ギャップセンサの検出値を前記補正関数で補正して得られた演算値を用いて前記圧延ロールギャップの調整を行うことを特徴とする圧延ロールギャップ調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対となる圧延ロールの間の圧延ロールギャップの調整方法に関し、特に、渦電流式のギャップセンサの検出値を利用して圧延ロールギャップの調整を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対となる上圧延ロールと下圧延ロールで金属材料を挟んで圧延する作業では、上圧延ロールと下圧延ロールの間の圧延ロールギャップが圧延材の厚みとなるように設定される。圧延が開始されると、上圧延ロール及び下圧延ロールに作用する圧延反力によって各圧延ロールが変形し、圧延ロールギャップが増大する。このため、圧延ロールに作用する圧延反力を荷重計で検出し、検出された荷重値を圧延装置の推定ミル剛性で除して得られた値を圧延ロールギャップ増大量とする（例えば、特許文献１参照）。そして、この圧延ロールギャップ増大量が消失するように、上圧延ロールと下圧延ロールの位置を調整して、圧延材の厚みの変動を防止する。
【０００３】
しかし、特許文献１に記載された板厚制御方法では、検出された荷重値を圧延装置の推定ミル剛性で除した値を圧延ロールギャップ増大量と推定するため、圧延ロールギャップ増大量が消失するように上圧延ロールと下圧延ロールを近づけると、圧延反力が増加して圧延ロールギャップ増大量が更に増大し、制御系が発散するおそれがある。このため、推定された圧延ロールギャップ増大量より小さい値で上圧延ロールと下圧延ロールの位置調整を行って制御系の発散を防止する必要があり、制御応答性が悪いという問題がある。
また、圧延装置の推定ミル剛性が非線形であるため、圧延ロールの荷重−変位関係がヒステリシス（履歴依存性）を有するものとなり、圧延ロールギャップ増大量に大きな誤差が生じ、圧延材の厚みを高精度で制御できないという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献２では、圧延装置の圧延ロールの直下及び／又は直上に対向して配置され、該圧延ロールとの距離を測定するギャップセンサと、圧延装置の基台フレームに配置され、前記ギャップセンサを圧延ロールに対して進退可能に支持するエアシリンダと、前記ギャップセンサと前記基台フレームとの距離を測定する距離計と、前記ギャップセンサから出力される測定値と前記距離計から出力される測定値の和から前記基台フレームに対する圧延ロールの位置を求めて出力する演算手段とを有する圧延ロール位置測定装置及びそれを用いた圧延ロールギャップ調整方法の発明が開示されている。
この発明では、圧延ロールの位置が、ギャップセンサの測定値と距離計の測定値の和として得られるので、圧延ロールギャップ増大量を推定する従来の方法に比べて、圧延ロールの位置を正確に求めることができる。また、測定された圧延ロールの位置に基づいて圧延ロールを移動することにより、圧延中における圧延ロールギャップの調整を行うので、迅速かつ高精度で圧延ロールギャップの調整を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８８６１３号公報
【特許文献２】特開２００９−２４８１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、渦電流式のギャップセンサの検出値を利用して、圧延中における圧延ロールギャップの調整を行うと、検出精度が２０〜３０μｍのギャップセンサにおいて１００μｍを超える検出誤差が発生する場合があり、圧延ロールの精確な位置の測定及び圧延ロールギャップの調整ができないことを本発明者等は発見した。
【０００７】
渦電流式のギャップセンサは、精度が高く、応答速度が速いことに加え、埃や水、油などにも強いという特長を有している。本発明は、渦電流式のギャップセンサの特長を生かすべく、圧延中における圧延ロールギャップの調整を渦電流式のギャップセンサの検出値を利用して高精度で行うことができる圧延ロールギャップ調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、渦電流式のギャップセンサの検出値を利用して圧延ロールギャップの調整を行った際に発生する検出誤差が圧延ロール表面近傍の温度上昇に起因することを見いだした。具体的には、圧延ロール表面近傍の温度が上昇して当該圧延ロール表面近傍の透磁率や導電率が変化することにより、渦電流式のギャップセンサの検出値に誤差が生じることが明らかとなった。
渦電流式のギャップセンサでは、センサヘッド内部のコイルに高周波電流を流し、高周波磁界を発生させている。この磁界内に測定対象物（導電体又は磁性体）が近づいたとき、測定対象物に渦電流が発生し、センサヘッド内部のコイルのインダクタンス（インピーダンス）が変化する。渦電流式のギャップセンサでは、このインダクタンスの変化に基づいて測定対象物との距離を検出している。測定対象物の透磁率や導電率が変化した場合、測定対象物に発生する渦電流が変化するため、センサヘッド内部のコイルのインダクタンスも変化し、検出値に誤差が生じることになる。
【０００９】
そこで、本発明では、圧延ロールの温度上昇に伴って、渦電流式のギャップセンサに発生する検出誤差を補正するための補正関数を導入する。即ち、本発明は、渦電流式のギャップセンサの検出値を利用して、圧延中における圧延ロールギャップの調整を行う方法において、圧延ロールの温度上昇に伴って発生する前記ギャップセンサの検出誤差を補正するための補正関数を、圧延開始時を起点とする時間関数として決定し、前記ギャップセンサの検出値を前記補正関数で補正して得られた演算値を用いて前記圧延ロールギャップの調整を行うことを特徴としている。
ここで、「圧延ロールギャップ」とは、対となる上圧延ロールと下圧延ロールとの間の間隙のことである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る圧延ロールギャップ調整方法では、渦電流式のギャップセンサの検出値を利用して、圧延中における圧延ロールギャップの調整を行う際に、圧延ロールの温度上昇に伴って発生する検出誤差を補正する補正関数によってギャップセンサの検出値を補正するので、渦電流式のギャップセンサが有する様々な特長を享受しつつ、圧延ロールギャップの調整を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧延ロールギャップ調整方法に使用する圧延ロール位置測定装置の断面図である。
【図２】（Ａ）は、圧延中におけるギャップセンサの検出値の推移の一例を示すグラフ、（Ｂ）は、圧延中におけるギャップセンサの望ましい検出値の軌跡を表す模式図である。
【図３】圧延中における圧延ロール表面近傍の温度変化の一例を示したグラフである。
【図４】測定対象物の温度がギャップセンサの検出値に及ぼす影響を調べるために実施した試験の模式図であって、（Ａ）は測定対象物である鋼板を加熱している様子を、（Ｂ）は加熱された鋼板をギャップセンサで測定している様子をそれぞれ示している。
【図５】図４の試験結果であって、鋼板の厚さが６ｍｍの場合を示している。
【図６】補正関数の一例を示すグラフである。
【図７】本実施の形態に係る圧延ロールギャップ調整方法が適用される圧延装置の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態に付き説明し、本発明の理解に供する。
【００１３】
先ず、本発明の一実施の形態に係る圧延ロールギャップ調整方法に使用する圧延ロール位置測定装置について説明する。
金属材料の圧延に使用される圧延装置２５は、対となる圧延ロール、即ち下圧延ロール１４と上圧延ロール１５を備えている（図７参照）。下圧延ロール１４及び上圧延ロール１５には、各圧延ロールの位置を測定するための圧延ロール位置測定装置が設置されている。下圧延ロール１４の位置を測定するための圧延ロール位置測定装置１０を図１に示す。なお、上圧延ロール１５の位置を測定するための圧延ロール位置測定装置の構成も同様である。
【００１４】
圧延ロール位置測定装置１０は、下圧延ロール１４の直下に配置され、下圧延ロール１４の圧延面に対峙するギャップ測定部１１と、圧延装置２５のハウジング１６に固定され、ギャップ測定部１１を下圧延ロール１４に対して進退可能に支持するエアシリンダ１２と、ハウジング１６に対するギャップセンサ１７の相対変位を測定する変位計１３とを備えている。
【００１５】
ギャップ測定部１１の上部には、下圧延ロール１４の圧延面までの距離を測定するギャップセンサ１７が内蔵されている。また、下圧延ロール１４の圧延面に面する、ギャップ測定部１１の上面には、圧延面に向けて流体を噴射する噴射孔１８がギャップセンサ１７の周囲に設けられている。下圧延ロール１４の圧延面に向けて流体を噴射することにより、ギャップ測定部１１は下向きの反力を受け、ギャップセンサ１７と圧延面との間に間隙が形成される。噴射孔１８から噴射される流体の圧力としては、例えば０．３〜０．５ＭＰａとすることで、ギャップセンサ１７と圧延面との間に５〜１０ｍｍの間隙が形成される。
【００１６】
ギャップセンサ１７には、精度が高く、応答速度が速いことに加え、埃や水、油などにも強い渦電流式変位計を使用する。渦電流式変位計の測定範囲は、一般に０〜１０ｍｍ程度、検出精度は２０〜３０μｍである。
【００１７】
エアシリンダ１２は、ピストンロッド１９がピストンチューブ２１から上方に向けて延出するように、圧延装置２５のハウジング１６上に立設されている。ピストンロッド１９の上端部にはギャップ測定部１１が接続され、ピストンロッド１９の下端部には、ピストンチューブ２１内を上下方向に摺動するピストン２０が接続されている。ピストンチューブ２１内は、ピストン２０によって上側エア室と下側エア室に画成されており、上側エア室から排気し、下側エア室から給気することによりピストン２０が上方に摺動し、上側エア室から給気し、下側エア室から排気することによりピストン２０が下方に摺動する。
【００１８】
ハウジング１６に対するギャップ測定部１１の相対変位を測定する変位計１３には、接触式変位計を使用する。本実施の形態では、有底円筒状の筒状部１３ａと、筒状部１３ａ内に挿入され、筒状部１３ａの軸方向に進退するロッド１３ｂとを有する差動トランス式変位計を使用する。差動トランス式変位計は精度が高く、広い測定範囲（例えば０〜３００ｍｍ）を有し、悪環境下でも使用することができる。
圧延ロール位置測定装置１０では、ピストンチューブ２１の底面にロッド１３ｂの先端部が固定され、ピストンロッド１９及びピストン２０の中心軸に沿って形成された中空部に筒状部１３ａが挿入されている。ピストン２０がピストンチューブ２１内で摺動すると、ロッド１３ｂに対して筒状部１３ａが相対移動することにより、ハウジング１６に対するギャップセンサ１７（ギャップ測定部１１）の相対変位が検出される。
なお、変位計１３として、磁歪式変位計など他の接触式変位計を使用しても良い。
【００１９】
次に、渦電流式のギャップセンサに生じる検出誤差について説明する。
図２（Ａ）は、圧延開始から圧延終了までに計測されたギャップセンサの検出値の推移の一例を示したものである。圧延開始と共にギャップセンサの検出値は１０．５２ｍｍ付近から９．７ｍｍ付近に急低下し、圧延が終了するとギャップセンサの検出値は１０．４０ｍｍ付近から徐々に１０．５４ｍｍ付近に戻っている。一方、図２（Ｂ）は、ギャップセンサが示すべき検出値の軌跡を示しており、ステップ関数的な軌跡とならなければならない。つまり、図２（Ａ）と図２（Ｂ）の軌跡の差が、渦電流式のギャップセンサに発生した検出誤差であると考えられる。
【００２０】
図３は、圧延中における圧延ロール表面近傍の温度変化の一例（出典：日本鉄鋼協会編「板圧延の理論と実際」の図６．１２）を示したものである。圧延ロールに熱電対を埋め込んで測定した結果が示されており、測定時の圧延材入側温度は１２３０℃、圧延材入側板厚は９０．４ｍｍ、圧延材出側板厚は６９．９ｍｍである。
図中の曲線Ａは、ギャップセンサ近傍の温度を同図上にプロットしたものである。具体的には、渦電流式のギャップセンサからの高周波磁界によって圧延ロール表面に生じた渦電流の影響が及ぶ範囲（表皮効果による深さ。本例では、圧延ロールの表面から６．８６ｍｍ程度までの位置）の温度曲線において、圧延ロール内に埋め込んだ熱電対の位置が最下点に達したとき、即ち、ギャップセンサ近傍に位置するときの温度を結んだものである。ここで、表皮効果とは、高周波電流が導体中を流れる時、電流密度が導体の表面で高く、表面から離れると低くなる現象のことである。周波数が高くなるほど電流が表面へ集中するので、導体の交流抵抗は高くなる。
同図より、圧延時におけるギャップセンサが最も近接するときのロール表面近傍の温度は５０〜１００℃程度であることがわかる。なお、温度が顕著に上昇するのは、圧延ロール表面近傍（１０ｍｍ以下）に限られており、圧延ロール全体の温度はあまり変化していない。そのため、圧延時の温度変化により圧延ロール自体の膨張・収縮がギャップ計測に与える影響は小さいと考えられる。
【００２１】
図４は、測定対象物の温度がギャップセンサの検出値に及ぼす影響を調べるために実施した試験を示したものである。熱電対３６が取り付けられた鋼板３５をヒータで８０℃に加熱した後（図４（Ａ）参照）、熱せられた鋼板３５とギャップセンサ１７との間に３ｍｍの間隙を設けた状態で、鋼板３５の温度を計測した（（図４（Ｂ）参照））。
【００２２】
鋼板３５の厚さが６ｍｍの場合の試験結果を図５に示す。この図から、鋼板３５の温度が低下するにつれてギャップ（ギャップセンサ１７による検出値）が増大すること、即ちギャップセンサ１７の検出誤差（＝｜検出値−３ｍｍ｜）が鋼板３５の温度によって変化することがわかる。従って、測定対象物の温度がギャップセンサ１７の検出値に影響を及ぼすことがわかる。
なお、試験に使用したギャップセンサ１７の温度ドリフトは−１μｍ／℃であるが、ギャップセンサ１７自身の温度上昇が観測されていない。従って、ギャップセンサ１７自身の温度ドリフトの影響は無視することができる。
【００２３】
そこで、本発明では、圧延ロールの温度上昇に伴って、渦電流式のギャップセンサに発生する検出誤差を補正するための補正関数を導入する。ここでは、補正関数の算出方法の一例を示す。
先ず、圧延開始時から圧延終了までの圧延ロール表面近傍の温度ａを計測し、圧延ロール表面近傍の温度ａの時刻歴変化をａ＝Ａ（ｔ）として求めておく。なお、ｔは圧延開始時からの時間である。
また、圧延ロールの圧延面とギャップセンサとの間の間隙等を設定し、例えば図４に示した試験方法を用いて、ギャップセンサの検出誤差（補正量ｅ）と圧延ロール表面近傍の温度ａとの相関関係をｅ＝Ｅ（ａ）として求めておく。
（１）式に示すように、ｅ＝Ｅ（ａ）にａ＝Ａ（ｔ）を代入することにより、ギャップセンサの検出誤差を補正するための補正関数Ｆを、圧延開始時を起点とする時間関数として決定することができる。
ｅ＝Ｅ（Ａ（ｔ））＝Ｆ（ｔ）        （１）
【００２４】
圧延ロールの圧延面とギャップセンサとの間の間隙を１０ｍｍとして、上記方法によって決定した補正関数Ｆ（ｔ）の一例を図６に示す。Ｆ（ｔ）は（２）式で示され、Ｆ（ｔ）の単位はｍｍ、ｔの単位はｓｅｃである。
Ｆ（ｔ）＝５．１×１０−５×ｔ２−４．２×１０−３×ｔ      （２）
【００２５】
続いて、本発明の一実施の形態に係る圧延ロールギャップ調整方法について説明する。
本実施の形態に係る圧延ロールギャップ調整方法が適用される圧延装置の制御ブロック図を図７に示す。なお、同図では、便宜上、圧延ロール位置測定装置１０と圧延装置２５が異なる位置に示されているが、圧延ロール位置測定装置１０は圧延装置２５に設置されている。また、シリンダ２６による下圧延ロール１４の制御のみ示しているが、シリンダ２７による上圧延ロール１５の制御の場合も同様である。
【００２６】
（ＳＴＥＰ−１）圧延開始前（上圧延ロール１５及び下圧延ロール１４が加熱されていない時点）において、圧延ロールギャップがゼロの状態、即ち上圧延ロール１５と下圧延ロール１４が接触している状態で、圧延ロール位置測定装置１０のエアシリンダ１２を起動させてギャップ測定部１１を上昇させ、ギャップセンサ１７を下圧延ロール１４の圧延面に接触させる。
（ＳＴＥＰ−２）ギャップ測定部１１に設けられた噴射孔１８から圧延面に向けて流体を噴射してギャップ測定部１１を下方に移動させ、下圧延ロール１４の圧延面とギャップセンサ１７との間に間隙を設ける。なお、ギャップ測定部１１には、下圧延ロール１４の圧延面に向かう力がエアシリンダ１２により常時作用している。
【００２７】
（ＳＴＥＰ−３）ギャップセンサ１７の検出値Ｇ０と変位計１３の検出値Ｌ０との和Ｐ０をミルセンタ位置として求める。なお、この時点では、下圧延ロール１４が加熱されていないので、ギャップセンサ１７の検出値Ｇ０を補正する必要はない。
（ＳＴＥＰ−４）圧延材Ｓを圧延するため、シリンダ２６を作動させて下圧延ロール１４を基準値Ｈだけ下方に移動させる。下圧延ロール１４を下方に基準値Ｈだけ移動させる際、噴射孔１８からの流体の噴出によりギャップ測定部１１は下向きの力を受け下方に移動する。
【００２８】
（ＳＴＥＰ−５）圧延が開始されると、演算器３１において、ギャップセンサ１７の検出値Ｇ１と変位計１３の検出値Ｌ１との和Ｐ１が補正関数Ｆ（ｔ）によって補正され、演算値ＰＳが算出される（図７参照）。
（ＳＴＥＰ−６）演算器３０において、下圧延ロール１４の実変位量ＨＳがＰ０−ＰＳとして算出され、基準値Ｈとの差ΔＨ（＝ＨＳ−Ｈ）が算出される。
（ＳＴＥＰ−７）調節器２９では、演算器３０において算出されたΔＨとシリンダ２６の変位量との偏差に比例する指令信号を油圧サーボ弁２８に出力して油圧サーボ弁２８の開度を制御することにより、下圧延ロール１４を上方にΔＨだけ移動させる。
【００２９】
以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、圧延ロール位置測定装置として、エアシリンダによりギャップ測定部を移動させる方式としているが、これに限るものではなく、例えば浮力によってギャップ測定部を圧延ロールの圧延面に向けて押し付けるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、ギャップセンサの検出値と変位計の検出値との和を補正しているが、ギャップセンサの検出値を補正した後に変位計の検出値と合算してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０：圧延ロール位置測定装置、１１：ギャップ測定部、１２：エアシリンダ、１３：変位計、１３ａ：筒状部、１３ｂ：ロッド、１４：下圧延ロール（圧延ロール）、１５：上圧延ロール（圧延ロール）、１６：ハウジング、１７：ギャップセンサ、１８：噴射孔、１９：ピストンロッド、２０：ピストン、２１：ピストンチューブ、２５：圧延装置、２６、２７：シリンダ、２８：油圧サーボ弁、２９：調節器、３０、３１：演算器、３５：鋼板、３６：熱電対、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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【図６】
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【図７】
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