冷間圧延方法及び金属板の製造方法
【課題】ハイブリッド潤滑システムが設けられた冷間タンデム圧延において、高速圧延に対応可能な冷間圧延の技術を提供する。
【解決手段】隣接圧延スタンドにおける圧延実績と当該圧延スタンド入側に設けられた第２圧延油供給系統より供給されたエマルション圧延油の供給量から隣接する圧延スタンドでの摩擦係数と圧延後の鋼板表面粗さを逆算して、圧延後の鋼板表面粗さを最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件として予測する。また、予め設定された最終圧延スタンド及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差の絶対値より最終圧延スタンドでの目標摩擦係数を設定する。最終圧延スタンドでの摩擦係数が目標摩擦係数となるように、最終圧延スタンド入側の第２圧延油供給系統から供給される第２のエマルション圧延油を供給する条件としての鋼板１表面粗さに基づき第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御する。
【解決手段】隣接圧延スタンドにおける圧延実績と当該圧延スタンド入側に設けられた第２圧延油供給系統より供給されたエマルション圧延油の供給量から隣接する圧延スタンドでの摩擦係数と圧延後の鋼板表面粗さを逆算して、圧延後の鋼板表面粗さを最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件として予測する。また、予め設定された最終圧延スタンド及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差の絶対値より最終圧延スタンドでの目標摩擦係数を設定する。最終圧延スタンドでの摩擦係数が目標摩擦係数となるように、最終圧延スタンド入側の第２圧延油供給系統から供給される第２のエマルション圧延油を供給する条件としての鋼板１表面粗さに基づき第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間タンデム圧延機の圧延スタンドに圧延油を供給する圧延油供給系統として、循環タンクに貯めたエマルション圧延油を循環供給する第１圧延油供給系統と、上記第１圧延油供給系統でのエマルション圧延油より高濃度のエマルション圧延油を供給する第２圧延油供給系統と、を備える冷間タンデム圧延機を用いて圧延する冷間圧延方法及びその冷間圧延方法を使用した金属板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧延材として鋼板を冷間圧延する際には、圧延中の鋼板とロールとの間に生ずる摩擦を低減させるための潤滑剤として潤滑油（圧延油）が用いられる。またこの潤滑油は、圧延時に生ずる摩擦発熱および加工発熱により高温となったロールならびに鋼板の冷却を行うための冷却剤としての役割も有する。そして、通常の冷間圧延においては、上記潤滑油としてエマルション圧延油（以下、単に「エマルション」とも呼ぶ）が用いられる。なお、エマルションとは、圧延油の粒子が水に安定して懸濁した状態の混合液体をいう。そのエマルションは、その濃度及び平均粒径で特徴づけられる。エマルションの濃度とは、エマルション全質量中の油分質量の比率である。平均粒径とは、エマルション中の圧延油の平均粒子径である。また、エマルションを作成するためには界面活性剤を添加する。界面活性剤の添加量は、圧延油量に対する質量濃度（対油濃度）で示される所定量である。そして、界面活性剤の添加後に、攪拌機及びポンプによるせん断を加えることによりエマルションの平均粒径を調整する。
【０００３】
冷間圧延時における上記エマルション圧延油の供給方式としては、エマルション圧延油を循環使用しない直接給油方式（ダイレクト方式）と、エマルション圧延油を循環させながら潤滑と冷却を行う循環給油方式（リサーキュレーション方式）とが知られている。
ここで、循環給油方式とは、エマルション圧延油を循環使用する方式をいう。なお、このエマルション圧延油は、通常、圧延油を濃度１〜５質量％程度に希釈し、界面活性剤を用いて水に油が分散したＯ／Ｗエマルション状態のエマルション圧延油である。この循環給油方式では、各圧延スタンドのロールバイト入側において潤滑のための圧延油を供給するための供給手段を備えると共に、圧延ロールに冷却用の圧延油を供給するための供給手段を備えるのが通常であり、上記潤滑用と冷却用とを同一のエマルション圧延油によって行うものである。
【０００４】
一方で、近年、地球環境問題の高まりやユーザーニーズの多様化を受け、冷間圧延製品の高強度化、薄物化（ゲージダウン）がますます進行している。特に単位時間当たりの圧延重量が低くなりがちな、圧延後の板厚が０．３ｍｍ以下といった薄物材に対し２０００ｍｐｍ以上の高速圧延が指向されている。しかしこの場合には、従来の循環給油方式では潤滑不足となり、チャタリングと呼ばれるロールとその駆動系の捻り振動が障害になっている。
【０００５】
従来、潤滑不足に起因した高速圧延域でのチャタリングを解消する手段として、特許文献１に示すようなハイブリッド潤滑方式や特許文献２に示すような隣接する圧延スタンドの摩擦係数を適正範囲に制御する方法が知られている。ハイブリッド潤滑方式では、循環給油方式と併行して直接給油方式を採用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６５４７２４号公報
【特許文献２】特許第３３６８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術では、循環給油方式で供給する第１のエマルション圧延油とは異なる第２の系統から第２のエマルション圧延油を供給し、その第２のエマルション圧延油の供給流量を調整することで、その下流側及び隣接する圧延スタンドにおける潤滑状態を調整する技術である。しかしながら、上記従来技術に記載のように、目標の潤滑状態が得られるように第２のエマルション圧延油の流量をフィードバック制御した場合、所望の潤滑状態が反映されるまでには制御の応答及び流量バルブの開度応答に伴うむだ時間が発生する。特に圧延速度が速い後段圧延スタンドではむだ時間に伴う応答遅れの影響が顕著となるため、必ずしも十分にチャタリングの発生を解消することができない場合があった。
【０００８】
本発明は、上記のような点を鑑みてなされたものであり、ハイブリッド潤滑システムが設けられた冷間タンデム圧延において、高速圧延に対応可能な冷間圧延の技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、前述したようなハイブリッド潤滑システムを利用した高速圧延に際し、第２のエマルション圧延油の流量制御遅れに伴うチャタリングを抑制する技術について鋭意検討した。
そして、チャタリングの発生源となるタンデム圧延機の最終圧延スタンド、及び圧延スタンド間張力を介して影響を与える隣接圧延スタンドでの潤滑状態のバランスを適切に保つことが必要であるとの知見に基づき、本発明者らは、次のように第２のエマルション圧延油の供給量を制御することで、隣接する２つの圧延スタンドにおける摩擦係数のバランスを適切に保ち、チャタリングを抑制できるという結論に至った。
【００１０】
すなわち、本発明の一態様では、最終圧延スタンドに隣接する圧延スタンドにおける圧延実績と当該圧延スタンド入側に設けられた第２圧延油供給系統より供給されたエマルション圧延油の供給量から隣接する圧延スタンドでの摩擦係数と圧延後の鋼板表面粗さを逆算して、圧延後の鋼板表面粗さを、最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件として予測する。また、予め設定された最終圧延スタンド及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差より最終圧延スタンドでの目標摩擦係数を設定する。そして、最終圧延スタンドでの摩擦係数が目標摩擦係数となるように、最終圧延スタンド入側の第２圧延油供給系統から供給される第２のエマルション圧延油を供給する条件としての鋼板表面粗さに基づき、第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御する。
【００１１】
そして、上記課題を解決するために、本発明における請求項１に記載した発明は、冷間タンデム圧延機の圧延スタンドに圧延油を供給する圧延油供給系統として、循環タンクに貯めた第１のエマルション圧延油を循環供給する第１圧延油供給系統と、上記第１のエマルション圧延油より高濃度の第２のエマルション圧延油を供給する第２圧延油供給系統と、を備え、
最終圧延スタンドの上流に位置する上流側圧延スタンドでの摩擦係数と当該上流側圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件とから、最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件を予測し、
その予測される第２のエマルション圧延油の供給条件から計算される最終圧延スタンドの摩擦係数が設定した目標摩擦係数となるように、上記最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御することを特徴とする。
【００１２】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記予測される第２のエマルション圧延油の供給条件は、上記上流側圧延スタンドでの圧延後の圧延材の表面粗さを含み、
上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドでの摩擦係数に基づき設定されることを特徴とする。
【００１３】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、最終圧延スタンドに圧延材が噛み込むと、最終圧延スタンドでの摩擦係数を推定し、推定した最終圧延スタンドでの摩擦係数からフィードバック制御の制御量を求め、その求めたフィードバック制御の制御量で上記フィードフォワード制御の制御量を補正することを特徴とする。
【００１４】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドの摩擦係数と最終圧延スタンドの摩擦係数との摩擦係数差の絶対値が０以上、０．０１以下となるように設定されることを特徴とする。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷間圧延方法により、金属板とする圧延材を冷間圧延して金属板を製造することを特徴とする金属板の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１又は請求項２に係る発明によれば、最終圧延スタンド入側に対する第２のエマルション圧延油の流量制御を、上流側圧延スタンドでの摩擦係数と当該上流側圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件とに基づきフィードフォワード制御する。これによって、最終圧延スタンドの状態から求めた摩擦係数によるフィードバック制御で発生していた、流量制御に伴うむだ時間が解消され、高速圧延域においても逐一摩擦係数のバランスを調整することができるようになる。
【００１６】
この結果、本発明によれば、ハイブリッド潤滑システムを有したタンデム圧延機により高速圧延を行う場合においても必要とされる適切な潤滑状態を確保し続けることが可能となる。
また請求項３に係る発明によれば、最終圧延スタンドに圧延材が噛み込まれ圧延が開始された後は、最終圧延スタンドでの摩擦係数に基づく第２のエマルション圧延油のフィードバック制御とフィードフォワード制御を併用することで、より高精度にチャタリングを防止することが可能となる。
【００１７】
又請求項４に係る発明によれば、より確実に上流側圧延スタンドでの摩擦係数と最終圧延スタンドでの摩擦係数との間のバランスを適正化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る冷間圧延設備の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る供給制御部の構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る摩擦係数差の最適範囲を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（構成）
まず冷間圧延設備その他の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における、複数の圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を説明するための概要構成図である。尚、本実施形態では、圧延材として鋼板を例に挙げる。圧延材は、アルミ板その他のストリップであっても適用可能である。
【００２０】
図１に示す冷間タンデム圧延機は、圧延材（鋼板）１の入側（図１では左側）から順に第１圧延スタンド〜第５圧延スタンド（＃１ＳＴＤ〜＃５ＳＴＤ）の５圧延スタンドの圧延機を有する冷間タンデム圧延機の場合を示している。また、この冷間タンデム圧延機において、隣り合う圧延スタンド間には図示しないテンションロールおよびデフロールが適宜、設置されている。圧延スタンドや鋼板の搬送装置などは特に限定されない。
【００２１】
また本実施形態では、冷間タンデム圧延機の圧延スタンドや鋼板に圧延油を供給する圧延油供給系統として、第１圧延油供給系統２と第２圧延油供給系統１２との２系統を備える。第１圧延油供給系統２は、循環タンクに貯めたエマルション圧延油（第１のエマルション圧延油）を循環供給する。一方、第２圧延油供給系統１２は、上記第１のエマルション圧延油より高濃度の第２のエマルション圧延油を供給する直接給油方式となっている。
【００２２】
第１圧延油供給系統２は、各圧延スタンド毎に、圧延スタンドの入側に潤滑用クーラントヘッダー３を配置すると共に圧延スタンドの出側に冷却用クーラントヘッダー４を配置して構成される。上記潤滑用クーラントヘッダー３及び冷却用クーラントヘッダー４は、圧延油供給ライン７を介して循環式圧延油供給タンク５に接続している。また上記圧延油供給ライン７の途中にはポンプ６が介装されている。循環式圧延油供給タンク５には、循環使用されるエマルション圧延油（第１のエマルション圧延油）１１が貯蔵されている。そして、循環式圧延油供給タンク５内に貯蔵されている第１のエマルション圧延油１１は、ポンプ６により圧送され圧延油供給ライン７を通じて各圧延スタンドに配置された上記各クーラントヘッダー３、４に供給される。そして、循環使用される第１のエマルション圧延油１１が、それぞれの潤滑用クーラントヘッダー３及び冷却用クーラントヘッダー４にそれぞれ設けられたスプレーノズルから供給される構成となっている。
【００２３】
このように、循環式圧延油供給タンク５内からポンプ６により圧延油供給ライン７内を圧送された第１のエマルション圧延油１１は、各圧延スタンドに配置された潤滑用クーラントヘッダー３からロールバイトに向けて供給されると共に、冷却用クーラントヘッダー４からワークロールに向けて供給される。
この供給された第１のエマルション圧延油１１は、鋼板１によって系外に持ち出されたり蒸発によって失われたりしたものを除いて、回収オイルパン８で回収され、戻り配管９を通じて循環式圧延油供給タンク５内に戻される。
【００２４】
このように、第１圧延油供給系統２は、循環式圧延油供給タンク５、ポンプ６、圧延油供給ライン７、潤滑用クーラントヘッダー３、冷却用クーラントヘッダー４、回収オイルパン８、戻り配管９によって構成され、供給された第１のエマルション圧延油１１を循環使用する。
なお、第１圧延油供給系統２を使用した、第１のエマルション圧延油１１の各クーラントヘッダー３、４への供給は、圧延材の圧延開始時から実施されることが好ましい。これによって、各ロール及び鋼板１に対して所定の圧延油が供給された状態となる。
【００２５】
ここで、上記第１のエマルション圧延油１１は、循環式圧延油供給タンク５内に収容されている温水（希釈水）と圧延油原液とを混合することで形成される。この混合される温水と圧延油原液は、攪拌機１０の攪拌羽の回転数を調整することによって、つまり攪拌度合を調整することで、目的とする所望の平均粒径を有する第１のエマルション圧延油１１とされる。
【００２６】
上記第１のエマルション圧延油１１を構成する圧延油としては、通常の冷間圧延に用いられるものが適用できる。すなわち上記圧延油としては、例えば、天然油脂、脂肪酸エステル、炭化水素系合成潤滑油のいずれかを基油としたものを用いることができる。さらに、これらの圧延油には、油性向上剤、極圧添加剤、酸化防止剤などの通常の冷間圧延油に用いられる添加剤を加えても良い。
【００２７】
また、圧延油に添加される界面活性剤としては、イオン系、非イオン系のいずれを用いても良く、通常の循環式クーラントシステム（循環式圧延油供給方式）で使用されるものを用いればよい。
そして、第１のエマルション圧延油１１としては、前述したような圧延油を、好ましくは濃度１〜５質量％程度、より好ましくは濃度１．２〜３．０質量％程度に希釈し、また前述したような界面活性剤を用いて水に油が分散したＯ／Ｗエマルションにしたものが用いられる。なお、その平均粒径としては、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは７〜１０μｍ程度とする。
【００２８】
本実施形態では、上述のように、上記第１圧延油供給系統２とは別に第２圧延油供給系統１２を備える。この第２圧延油供給系統１２は、潤滑ノズルヘッダー２３、流量制御弁２２、供給ライン２１、供給ポンプ２０、エマルションタンク１８を備えて構成される。
上記エマルションタンク１８内には、攪拌機１９が配置されている。またエマルションタンク１８に対し圧延油原油タンク１４及び温水タンク１５がエマルションタンク１８に接続する。そして、圧延油原油タンク１４に貯蔵されている圧延油原油、及び温水タンク１５内に貯蔵されている温水が、ポンプ１６、流量制御弁１７を介してエマルションタンク１８内へ送給されると共に、エマルションタンク１８内で混合されて、第２のエマルション圧延油１３となる。
【００２９】
エマルションタンク１８内のエマルション温度条件は、第１のエマルション圧延油１１の条件とそれぞれ同一とすることが好ましい。またエマルションタンク１８内の第２のエマルション圧延油１３は、攪拌機１９の攪拌羽の回転数を調整することにより平均粒径１５〜３０μｍに調整される。エマルションタンク１８内のエマルション濃度は、３〜１５質量％の範囲内に調整する。
【００３０】
そして、エマルションタンク１８内の第２のエマルション圧延油１３は、供給ポンプ２０により、供給ライン２１、流量制御弁２２を経由して潤滑ノズルヘッダー２３に送られる。潤滑ノズルヘッダー２３は、鋼板１の上面側及び下面側の両方に分岐して配置されることで、所望の濃度の第２のエマルション圧延油１３を鋼板１の表裏両面に向けて複数のスプレーノズルから噴射可能に構成されている。
【００３１】
図１に例示する構成において、鋼板１に噴射された第２のエマルション圧延油１３は、循環系統を構成する圧延油回収循環手段としての回収オイルパン８に回収される。そして、回収された第２のエマルション圧延油１３は、循環使用されているエマルション圧延油１１と共に、戻り配管９を経由して循環式圧延油供給タンク５内に集められて第１のエマルション圧延油となる。すなわち、回収されたエマルション圧延油１１、１３は、循環式圧延油供給タンク５内の攪拌機１０により攪拌された後、ポンプ６および潤滑用クーラントヘッダー３のスプレーノズル部と冷却用クーラントヘッダー４のスプレーノズル部での強いせん断を繰り返し受け、循環使用される第１のエマルション圧延油１１として設定された粒径まで細分化される。
【００３２】
ここで、図１に示す冷間圧延機においては、第２圧延油供給系統１２の潤滑ノズルヘッダー２３を、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及びその隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤの各入側に設けた場合を示している。他の圧延スタンドの入側に上記潤滑ノズルヘッダー２３を設けても良い。各潤滑ノズルヘッダー２３のノズルスプレーから供給されるエマルション圧延油の量は、個別の流量制御弁２２で調整される。上記隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤは、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの前段、つまり上流に位置する圧延スタンドである。
【００３３】
また、潤滑ノズルヘッダー２３に送られる第２のエマルション圧延油１３の調整方法についても上述の方法に限定されない。例えば、第２のエマルション圧延油１３の濃度調整手段として、潤滑ノズルヘッダー２３の直近にてノズルミックス方式によって圧延油原油と第１のエマルション圧延油１１と温水のいずれかを混合して、第２のエマルション圧延油としても良いし、エマルションタンク１８内に第１のエマルション圧延油１１を混合しても良い。また、第２のエマルション圧延油１３の粒径調整手段として、第２のエマルション圧延油１３が潤滑ノズルヘッダー２３に到達する経路内にスタティックミキサーなどの機械的せん断手段や気体との混合手段を設けても良い。
【００３４】
以上のような圧延油の供給設備においては、循環式圧延油供給方式である第１圧延油供給系統２によって、各圧延スタンドの入側及び出側において、鋼板１（ロールバイト）及びロールに対し、相対的に低濃度のエマルション圧延油を供給することで、当該鋼板１及びロールの潤滑及び冷却を実施する。なお、第１圧延油供給系統２では圧延油を循環使用するため、圧延油の原単位が低い。
【００３５】
更に本実施形態では、直接式圧延油供給方式である第２圧延油供給系統１２によって、相対的に圧延速度が高くなる後段の圧延スタンドである最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及びその隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤの各入側において、第１のエマルション圧延油よりも高濃度の第２のエマルション圧延油を鋼板１に供給する。この第２圧延油供給系統１２からのエマルション圧延油の供給によって、潤滑不足に起因した高速圧延域でのチャタリングを解消する。チャタリングの抑制は、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ、及び圧延スタンド間張力を介して影響を与える隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの潤滑状態のバランスを適切に保つことで実施する。具体的には、隣接する２つの圧延スタンドである、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤと隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤとの間の摩擦係数のバランスを適切に保つことで、チャタリングを抑制する。なお、上記隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤとは最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに隣接する前段の圧延スタンドを指す。
【００３６】
以上のようなことから、圧延スタンド入側に供給する第２のエマルション圧延油について流量制御を実施して、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数を適正に調整することが重要となる。
【００３７】
次に、上記第２圧延油供給系統１２を使用した第２のエマルション圧延油の供給制御方法について説明する。
本実施形態では、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数と圧延後の鋼板１表面粗さを推定し、その推定した隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ圧延後の鋼板１表面粗さと最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに設定される目標摩擦係数に基づき、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給する第２のエマルション圧延油の流量をフィードフォワード制御することで、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤと隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤとの間の摩擦係数のバランスを適切に保つ。具体的には、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数から最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの目標摩擦係数を設定し、上記推定した鋼板１表面粗さを、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件として予測し、その推定した鋼板１表面粗さを変数として最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給する第２のエマルション圧延油をフィードフォワード制御する。更に、本実施形態では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに対し対象とする圧延材が噛み込まれて、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数を推定可能となった場合には、その最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数に基づきフィードバック制御量を求め、そのフィードバック制御量で上記フィードフォワード制御の制御量を補正する処理を行う。
【００３８】
以下、第２圧延油供給系統１２から供給する圧延油による摩擦係数の調整について詳細に説明する。
図２は、本実施形態の第２のエマルション圧延油の供給制御を実施する供給制御部３０の制御ブロックを示した図である。
上記供給制御部３０は、図２に示すように、第１摩擦係数逆算部３１、圧延後表面粗さ推定部３２、目標摩擦係数設定部３３、供給流量制御部３４、第２摩擦係数逆算部３５、摩擦係数推定部３６、及びＦＢ分演算部３７を備える。
【００３９】
第１摩擦係数逆算部３１は、隣接する圧延スタンド（隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ）での摩擦係数を求める。すなわち、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤにおける圧延実績から、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄ等の圧延モデルや摩擦係数モデルによって、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数を逆算（推定）する。また、第２摩擦係数逆算部３５においても同様に最終圧延スタンド♯５ＳＴＤにおける圧延実績から摩擦係数を逆算（推定）する。なお、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに鋼板１が噛み込まれて、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤで圧延が開始される際に行われる。
【００４０】
先進率と摩擦係数との関係及び圧延荷重と摩擦係数の関係は、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄ等の圧延モデルによって明らかにされており、このような関係式を用いることで摩擦係数を推定することが出来る。また摩擦係数モデルは、圧延材の成分、板厚、圧下率、圧延速度、潤滑などの圧延条件と摩擦係数との関係を示すモデル式であり、例えば実績データを用いて重回帰分析などの統計処理によって作成することが可能である。
【００４１】
圧延後表面粗さ推定部３２は、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ入側で供給される第２のエマルション圧延油と第１摩擦係数逆算部３１が推定した隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数に基づき、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの圧延後の表面粗さを推定する。
ここで、隣接する圧延スタンドでの油膜厚ｈ１は、第１のエマルション圧延油１１によるロールバイト入口油膜ｈ１１と第２のエマルション圧延油１３によるロールバイト入口油膜ｈ１２によって構成される。従って、油膜厚の計算はレイノルズ方程式において油膜内での熱伝導を無視した下記（１）（２）式で計算できる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
ここで、
Ｕ1：材料速度（被圧延材の通板速度）［ｍｐｍ］
Ｕ2：ＷＲ速度（ワークロール周速度）［ｍｐｍ］
σ0：材料降伏応力［ｋｇｆ／ｍｍ２］
Ｌｄ：接触弧長（ワークロールと被圧延材との接触投影長さ）［ｍｍ］
Ｒ’：ＷＲ（ワークロール）扁平半径［ｍｍ］
η0：常温・常圧での粘度［Ｐａ・ｓ］
α1：圧力粘度係数［１／ＧＰａ］
β：温度粘度係数［１／℃］
Ｔm：クーラント温度［℃］
Ｔ0：周囲の温度（＝４０℃）
Ｃ：第１のエマルション圧延油１１の濃度［質量％］
ｄ：第１のエマルション圧延油１１の平均粒径［μｍ］
Ｆtrap：第１のエマルション圧延油１１のトラップ率（＝０．３）
Ｈ1：予め設定した係数
Ｑ：第２のエマルション圧延油１３の供給流量［Ｌ／ｍｉｎ］
である。
【００４４】
また、一般に冷間圧延におけるロールバイト界面での摩擦挙動は混合潤滑状態であり、その摩擦係数は一般に下記（３）式で表すことができる。このとき、（３）中の接触率αは、実験的に油膜厚とロールバイト中の合成粗さの関係式（４）で表せることが知られている（中島ら：鉄と鋼， ６５， （１９７９）， Ａ５３．参照）。
そして、隣接する圧延スタンドでの摩擦係数を用いて、（３）〜（５）式から隣接スタンドでの合成粗さ、すなわち隣接スタンド圧延後の鋼板１表面粗さσを推定することが出来る。μｂはバウデン試験によって求めることが出来る。μＬは定数で与えても良いが、一般的にμｂの１／１０程度である。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで、
μb：境界潤滑部の摩擦係数
μL：流体潤滑部の摩擦係数
α：接触率
である。
【００４７】
隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤに供給されるエマルション圧延油の供給条件を（１）（２）式に代入すると隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの油膜厚ｈ１が計算できる。計算油膜厚と、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄ等の圧延モデルによって計算された摩擦係数μ4を、（３）、（４）式を変形させた（５）式に代入することで、圧延後の鋼板１表面粗さを推定することが可能である。
【００４８】
【数３】
【００４９】
また目標摩擦係数設定部３３は、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄ等の圧延モデルによって計算された隣接する圧延スタンドでの摩擦係数μ4と、予め設定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差の絶対値とから、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの目標摩擦係数を設定する。
【００５０】
ここで、上記摩擦係数差の絶対値は、０以上０．０１以下となるように設定することが好ましい。両摩擦係数の差が上記範囲を超えるとチャタリングが発生しやすくなるためである。
図３は仕上げ厚０．２ｍｍの硬質ブリキ材を圧延速度２０００ｍｐｍで圧延した場合のチャタリング発生分布を示したグラフである。上流側圧延スタンドでの摩擦係数と最終圧延スタンドでの摩擦係数差の絶対値が０．０１より大きい圧延条件でチャタリングが発生しやすいことがわかる。
【００５１】
また、摩擦係数推定部３６は、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ圧延後の鋼板１表面粗さσを用い、（３）〜（４）式を変形した（６）式によって最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数を予測する。
【００５２】
【数４】
【００５３】
ここで、
ｈ1*：最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの油膜厚［μｍ］
ｒ：最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの圧下率
Ｒ1，Ｒ2：最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでのＷＲ（ワークロール）摩耗係数
ＷＲton：最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでのＷＲ（ワークロールでの）圧延量［ｔｏｎ］
なお、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数の予測は、上記計算方法に限定されない。例えば、圧延される材料の板厚や圧下率、クーラント供給量、エマルションの濃度や粒径、圧延長、圧延速度などの圧延条件を用いた重回帰分析によって摩擦係数モデル式を作成してもよい。
【００５４】
ＦＢ分演算部３７は、フィードバック制御分の制御量を演算する。ＦＢ分演算部３７は、例えば、第２摩擦係数逆算部３５にて逆算（推定）した最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数と目標摩擦係数設定部３３で設定した目標摩擦係数との偏差を求め、その偏差に対し、予め設定したゲインＧを乗算した後に、ＰＩ（比例積分）項を演算してフィードバック制御量を求め、求めたフィードバック制御量を上記供給流量制御部３４に出力する。フィードバック制御量の出力は、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに鋼板１が噛み込まれている場合とする。
【００５５】
供給流量制御部３４は、摩擦係数推定部３６で推定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数が目標摩擦係数設定部３３が設定した目標摩擦係数となるように、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給する第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御する。第２のエマルション圧延油の供給量の制御は、各流量制御弁２２の開度を調整することで実施する。
【００５６】
また、上記供給流量制御部３４は、ＦＢ分演算部３７からフィードバック制御量の入力がある場合には、そのフィードバック制御量分も加味して最終的な最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側への第２エマルションの供給量を調整する。すなわち、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに圧延材が噛み込まれ最終圧延スタンド♯５ＳＴＤで圧延が開始された後は、フィードフォワード制御の制御量を、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの逆算摩擦係数に基づく第２のエマルション圧延油のフィードバック制御の制御量で補正する。この結果、高精度に最終圧延スタンド♯５ＳＴＤを制御することが可能となる。
【００５７】
ここで、フィードバック制御とフィードフォワード制御の併用は以下のようにして行う。目標摩擦係数設定部３３にて設定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの目標摩擦係数μset、摩擦係数推定部３６で推定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数μ及び最終圧延スタンド♯５ＳＴＤにおける圧延実績からＢｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄなどの圧延モデルを用いて逆算される摩擦係数μ5を用いて、最終スタンド入側での第２のエマルション圧延油の供給流量制御値Ｑを（７）式で設定する。
【００５８】
【数５】
【００５９】
ここで、
ＧFF：フィードフォワード制御の調整ゲイン
ＧFB：フィードバック制御の調整ゲイン
Ｋp：フィードバック制御の比例ゲイン
ＫI：フィードバックの積分ゲイン
Ｓ ：積分時間
である。
【００６０】
また、βは圧延速度及び制御方式によって変化する定数であり、圧延速度がゼロあるいはフィードフォワード制御のみを行うときは「β=０」である。
ここで、潤滑不足が生じない軟質材を圧延材とした圧延や、低速圧延時、加減速部での圧延など、チャタリングが発生しにくいケースの場合は、上記フィードフォワード制御による圧延油の調整を行わなくとも良い。チャタリングが発生しやすい操業条件となった場合にのみ上記フィードフォワード制御あるいはさらにフィードバック制御を実施しても、同様の効果が得られる。
【００６１】
（作用効果）
本実施形態では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに隣接する圧延スタンドにおける圧延実績と、当該隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ入側で供給された第２のエマルション圧延油の供給量とから、隣接する圧延スタンドでの摩擦係数と圧延後の鋼板１表面粗さとを逆算してそれぞれ推定する。さらに、予め設定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差の絶対値から最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの目標摩擦係数を設定する。
【００６２】
そして、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数が上記目標摩擦係数となるように、上記推定した鋼板１表面粗さ（予測した最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件）に基づき、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御によって調整する。これによって、隣接する２つの圧延スタンドにおける摩擦係数のバランスを適切に保ち、チャタリングを抑制する。
【００６３】
このとき、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの逆算摩擦係数によるフィードバック制御によって最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量を調整する代わりに、本実施形態では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの逆算摩擦係数を使用しない上述のようなフィードフォワード制御によって最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量を制御する。この結果、第２のエマルション圧延油の流量制御に伴うむだ時間が解消され、高速圧延域においても逐一摩擦係数のバランスを調整することができる。
【００６４】
さらに、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに圧延材が噛み込まれ、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの圧延が開始された後は、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの逆算摩擦係数に基づく第２のエマルション圧延油のフィードバック制御による制御量を、上記フィードフォワード制御の制御量に加味することで、より高精度にチャタリングを防止することが可能となる。
【００６５】
また、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及び隣接する圧延スタンドとの上記摩擦係数差の絶対値を、０以上、０．０１以下とする。これは、両摩擦係数の差が上記範囲を超えるとチャタリングが発生しやすくなるためである。
【実施例１】
【００６６】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１に示す実施形態の全５圧延スタンドの冷間タンデム圧延機を用い、母材厚２．０ｍｍ、板幅８５０〜９５０ｍｍの硬質ブリキ原板を圧延材として仕上げ厚０．１８０ｍｍまで、目標速度を２２００ｍ／ｍｉｎとして圧延した。圧延油は合成エステル油をベースに植物油脂が添加された基油に対して、油性剤、酸化防止剤をそれぞれ１質量％ずつ添加し、また界面活性剤としてノニオン系界面活性剤を対油濃度で３質量％だけ添加したものを使用した。
【００６７】
第１圧延油供給系統２から供給されて循環使用される第１のエマルション圧延油１１は、圧延油の濃度３．０質量％、平均粒径９μｍ、温度５５℃のエマルション圧延油に調整した。一方、上記と同様の圧延油原油および温水を、圧延油原油タンク１４、温水タンク１５からエマルションタンク１８に移送した。このとき、エマルションタンク１８中のエマルション濃度が１０質量％となるようにそれぞれの供給量を調整した。次いで、エマルションタンク１８内に収容された混合物を攪拌機１９の攪拌羽の回転を調整して攪拌することにより、平均粒径２０μｍの第２のエマルション圧延油１３を調製した。なお、第２のエマルション圧延油１３の温度は循環使用されるエマルション圧延油１１と同一とした。
【００６８】
本実施例1では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及び隣接する隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤにおける圧延実績からＢｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄの圧延モデルを用いて各圧延スタンドでの摩擦係数μ4、μ5を逐次逆算した。次に、当該圧延スタンド入側に設けられた第２圧延油供給系統１２より供給された第２のエマルション圧延油の供給量実績から（１）〜（２）式を用いて隣接する圧延スタンドでの油膜厚みｈ1を逐次逆算した。続いて、（５）式から隣接する圧延スタンド通過後の鋼板１表面粗さσを算出することで、（６）式から最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数を逐次推定した。
【００６９】
そして、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤと（６）式から推定した最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの摩擦係数を用いて（７）式の制御に基づくフィードフォワード制御（β＝０）を実施し、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側の第２圧延油供給系統１２より供給されるエマルション圧延油の供給量を制御した。
本実施例２では（７）式の制御に基づくフィードフォワード制御及び最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数μ5を用いたフィードバック制御を実施した以外は、実施例１と同一条件とした。
【００７０】
また、本実施例３では、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数と予測した摩擦係数との差が０以上、０．０１以下となるように制御した以外は、実施例２と同一条件とした。
摩擦係数の算出に用いた圧延条件以外の係数は、下記の表１に示す数値を用いた。
【００７１】
【表１】
【００７２】
ここで、比較例として、特許文献１に記載の第２のエマルション圧延油を用いたフィードバック機構を設けて、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに隣接した圧延スタンドと最終圧延スタンド♯５ＳＴＤとの摩擦係数の差が一定範囲となるように第２のエマルション圧延油１３の流量をフィードバック制御した。なお、摩擦係数差の範囲は実施例と同一とした。
【００７３】
以上のような圧延油供給を行って、高速圧延を実施した場合の＃４圧延スタンド及び最終圧延スタンド♯５ＳＴＤにおける実績摩擦係数とチャタリングの発生状況を表２に示す。なお、実績摩擦係数は当該圧延速度での圧延荷重及び張力等から逆算した値である。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２中、○、△、×は、次のことを指す。
〇・・・チャタリング発生なし
△・・・軽度のチャタリング発生
×・・・チャタリング発生
表２から分かるように、本実施例では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの摩擦係数を最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの上流側に設置した第２のエマルション圧延油供給工程の供給位置にて予め予測することで、隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差を即座に一定範囲に調整することができていており、特にフィードフォワード制御とフィードバック制御を併用し、かつ制御すべき摩擦係数の差を０．０１以下とすることで、いずれの圧延速度においてもチャタリングの発生は見られなかった。
【００７６】
一方、比較例のような第２のエマルション圧延油のフィードバック制御では圧延速度１８００ｍｐｍまでは摩擦係数の差が一定範囲となるように制御可能であったが、２０００ｍｐｍ以上の圧延速度ではフィードバック制御に伴うむだ時間発生により制御が追いつかずに軽度のチャタリングが発生し始めた。また、圧延速度２２００ｍｐｍでは重度のチャタリングが発生し、鋼板１の表面品質が著しく低下した。
【００７７】
上記実施例より、本発明に係る潤滑油供給方法を用いることで、ハイブリッド潤滑方式を用いた高速圧延においても、後段圧延スタンドでの摩擦係数を適正な範囲に続けることが可能であり、安定して高い生産性と良好な鋼板１形状を得ることができることが確認された。
【符号の説明】
【００７８】
１ 鋼板（圧延材）
２ 第１圧延油供給系統
３ 潤滑用クーラントヘッダー
４ 冷却用クーラントヘッダー
５ 循環式圧延油供給タンク
６ ポンプ
７ 圧延油供給ライン
８ 回収オイルパン
９ 戻り配管
１０ 攪拌機
１１ 第１のエマルション圧延油
１２ 第２圧延油供給系統
１３ 第２のエマルション圧延油
１４ 圧延油原油タンク
１５ 温水タンク
１６ ポンプ
１７ 流量制御弁
１８ エマルションタンク
１９ 攪拌機
２０ 供給ポンプ
２１ 供給ライン
２２ 流量制御弁
２３ 潤滑ノズルヘッダー
３０ 供給制御部
３１ 第１摩擦係数逆算部
３２ 圧延後表面粗さ推定部
３３ 目標摩擦係数設定部
３４ 供給流量制御部
３５ 第２摩擦係数逆算部
３６ 摩擦係数推定部
３７ ＦＢ分演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間タンデム圧延機の圧延スタンドに圧延油を供給する圧延油供給系統として、循環タンクに貯めたエマルション圧延油を循環供給する第１圧延油供給系統と、上記第１圧延油供給系統でのエマルション圧延油より高濃度のエマルション圧延油を供給する第２圧延油供給系統と、を備える冷間タンデム圧延機を用いて圧延する冷間圧延方法及びその冷間圧延方法を使用した金属板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧延材として鋼板を冷間圧延する際には、圧延中の鋼板とロールとの間に生ずる摩擦を低減させるための潤滑剤として潤滑油（圧延油）が用いられる。またこの潤滑油は、圧延時に生ずる摩擦発熱および加工発熱により高温となったロールならびに鋼板の冷却を行うための冷却剤としての役割も有する。そして、通常の冷間圧延においては、上記潤滑油としてエマルション圧延油（以下、単に「エマルション」とも呼ぶ）が用いられる。なお、エマルションとは、圧延油の粒子が水に安定して懸濁した状態の混合液体をいう。そのエマルションは、その濃度及び平均粒径で特徴づけられる。エマルションの濃度とは、エマルション全質量中の油分質量の比率である。平均粒径とは、エマルション中の圧延油の平均粒子径である。また、エマルションを作成するためには界面活性剤を添加する。界面活性剤の添加量は、圧延油量に対する質量濃度（対油濃度）で示される所定量である。そして、界面活性剤の添加後に、攪拌機及びポンプによるせん断を加えることによりエマルションの平均粒径を調整する。
【０００３】
冷間圧延時における上記エマルション圧延油の供給方式としては、エマルション圧延油を循環使用しない直接給油方式（ダイレクト方式）と、エマルション圧延油を循環させながら潤滑と冷却を行う循環給油方式（リサーキュレーション方式）とが知られている。
ここで、循環給油方式とは、エマルション圧延油を循環使用する方式をいう。なお、このエマルション圧延油は、通常、圧延油を濃度１〜５質量％程度に希釈し、界面活性剤を用いて水に油が分散したＯ／Ｗエマルション状態のエマルション圧延油である。この循環給油方式では、各圧延スタンドのロールバイト入側において潤滑のための圧延油を供給するための供給手段を備えると共に、圧延ロールに冷却用の圧延油を供給するための供給手段を備えるのが通常であり、上記潤滑用と冷却用とを同一のエマルション圧延油によって行うものである。
【０００４】
一方で、近年、地球環境問題の高まりやユーザーニーズの多様化を受け、冷間圧延製品の高強度化、薄物化（ゲージダウン）がますます進行している。特に単位時間当たりの圧延重量が低くなりがちな、圧延後の板厚が０．３ｍｍ以下といった薄物材に対し２０００ｍｐｍ以上の高速圧延が指向されている。しかしこの場合には、従来の循環給油方式では潤滑不足となり、チャタリングと呼ばれるロールとその駆動系の捻り振動が障害になっている。
【０００５】
従来、潤滑不足に起因した高速圧延域でのチャタリングを解消する手段として、特許文献１に示すようなハイブリッド潤滑方式や特許文献２に示すような隣接する圧延スタンドの摩擦係数を適正範囲に制御する方法が知られている。ハイブリッド潤滑方式では、循環給油方式と併行して直接給油方式を採用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６５４７２４号公報
【特許文献２】特許第３３６８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術では、循環給油方式で供給する第１のエマルション圧延油とは異なる第２の系統から第２のエマルション圧延油を供給し、その第２のエマルション圧延油の供給流量を調整することで、その下流側及び隣接する圧延スタンドにおける潤滑状態を調整する技術である。しかしながら、上記従来技術に記載のように、目標の潤滑状態が得られるように第２のエマルション圧延油の流量をフィードバック制御した場合、所望の潤滑状態が反映されるまでには制御の応答及び流量バルブの開度応答に伴うむだ時間が発生する。特に圧延速度が速い後段圧延スタンドではむだ時間に伴う応答遅れの影響が顕著となるため、必ずしも十分にチャタリングの発生を解消することができない場合があった。
【０００８】
本発明は、上記のような点を鑑みてなされたものであり、ハイブリッド潤滑システムが設けられた冷間タンデム圧延において、高速圧延に対応可能な冷間圧延の技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、前述したようなハイブリッド潤滑システムを利用した高速圧延に際し、第２のエマルション圧延油の流量制御遅れに伴うチャタリングを抑制する技術について鋭意検討した。
そして、チャタリングの発生源となるタンデム圧延機の最終圧延スタンド、及び圧延スタンド間張力を介して影響を与える隣接圧延スタンドでの潤滑状態のバランスを適切に保つことが必要であるとの知見に基づき、本発明者らは、次のように第２のエマルション圧延油の供給量を制御することで、隣接する２つの圧延スタンドにおける摩擦係数のバランスを適切に保ち、チャタリングを抑制できるという結論に至った。
【００１０】
すなわち、本発明の一態様では、最終圧延スタンドに隣接する圧延スタンドにおける圧延実績と当該圧延スタンド入側に設けられた第２圧延油供給系統より供給されたエマルション圧延油の供給量から隣接する圧延スタンドでの摩擦係数と圧延後の鋼板表面粗さを逆算して、圧延後の鋼板表面粗さを、最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件として予測する。また、予め設定された最終圧延スタンド及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差より最終圧延スタンドでの目標摩擦係数を設定する。そして、最終圧延スタンドでの摩擦係数が目標摩擦係数となるように、最終圧延スタンド入側の第２圧延油供給系統から供給される第２のエマルション圧延油を供給する条件としての鋼板表面粗さに基づき、第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御する。
【００１１】
そして、上記課題を解決するために、本発明における請求項１に記載した発明は、冷間タンデム圧延機の圧延スタンドに圧延油を供給する圧延油供給系統として、循環タンクに貯めた第１のエマルション圧延油を循環供給する第１圧延油供給系統と、上記第１のエマルション圧延油より高濃度の第２のエマルション圧延油を供給する第２圧延油供給系統と、を備え、
最終圧延スタンドの上流に位置する上流側圧延スタンドでの摩擦係数と当該上流側圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件とから、最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件を予測し、
その予測される第２のエマルション圧延油の供給条件から計算される最終圧延スタンドの摩擦係数が設定した目標摩擦係数となるように、上記最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御することを特徴とする。
【００１２】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記予測される第２のエマルション圧延油の供給条件は、上記上流側圧延スタンドでの圧延後の圧延材の表面粗さを含み、
上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドでの摩擦係数に基づき設定されることを特徴とする。
【００１３】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、最終圧延スタンドに圧延材が噛み込むと、最終圧延スタンドでの摩擦係数を推定し、推定した最終圧延スタンドでの摩擦係数からフィードバック制御の制御量を求め、その求めたフィードバック制御の制御量で上記フィードフォワード制御の制御量を補正することを特徴とする。
【００１４】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドの摩擦係数と最終圧延スタンドの摩擦係数との摩擦係数差の絶対値が０以上、０．０１以下となるように設定されることを特徴とする。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷間圧延方法により、金属板とする圧延材を冷間圧延して金属板を製造することを特徴とする金属板の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１又は請求項２に係る発明によれば、最終圧延スタンド入側に対する第２のエマルション圧延油の流量制御を、上流側圧延スタンドでの摩擦係数と当該上流側圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件とに基づきフィードフォワード制御する。これによって、最終圧延スタンドの状態から求めた摩擦係数によるフィードバック制御で発生していた、流量制御に伴うむだ時間が解消され、高速圧延域においても逐一摩擦係数のバランスを調整することができるようになる。
【００１６】
この結果、本発明によれば、ハイブリッド潤滑システムを有したタンデム圧延機により高速圧延を行う場合においても必要とされる適切な潤滑状態を確保し続けることが可能となる。
また請求項３に係る発明によれば、最終圧延スタンドに圧延材が噛み込まれ圧延が開始された後は、最終圧延スタンドでの摩擦係数に基づく第２のエマルション圧延油のフィードバック制御とフィードフォワード制御を併用することで、より高精度にチャタリングを防止することが可能となる。
【００１７】
又請求項４に係る発明によれば、より確実に上流側圧延スタンドでの摩擦係数と最終圧延スタンドでの摩擦係数との間のバランスを適正化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る冷間圧延設備の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る供給制御部の構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る摩擦係数差の最適範囲を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（構成）
まず冷間圧延設備その他の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における、複数の圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を説明するための概要構成図である。尚、本実施形態では、圧延材として鋼板を例に挙げる。圧延材は、アルミ板その他のストリップであっても適用可能である。
【００２０】
図１に示す冷間タンデム圧延機は、圧延材（鋼板）１の入側（図１では左側）から順に第１圧延スタンド〜第５圧延スタンド（＃１ＳＴＤ〜＃５ＳＴＤ）の５圧延スタンドの圧延機を有する冷間タンデム圧延機の場合を示している。また、この冷間タンデム圧延機において、隣り合う圧延スタンド間には図示しないテンションロールおよびデフロールが適宜、設置されている。圧延スタンドや鋼板の搬送装置などは特に限定されない。
【００２１】
また本実施形態では、冷間タンデム圧延機の圧延スタンドや鋼板に圧延油を供給する圧延油供給系統として、第１圧延油供給系統２と第２圧延油供給系統１２との２系統を備える。第１圧延油供給系統２は、循環タンクに貯めたエマルション圧延油（第１のエマルション圧延油）を循環供給する。一方、第２圧延油供給系統１２は、上記第１のエマルション圧延油より高濃度の第２のエマルション圧延油を供給する直接給油方式となっている。
【００２２】
第１圧延油供給系統２は、各圧延スタンド毎に、圧延スタンドの入側に潤滑用クーラントヘッダー３を配置すると共に圧延スタンドの出側に冷却用クーラントヘッダー４を配置して構成される。上記潤滑用クーラントヘッダー３及び冷却用クーラントヘッダー４は、圧延油供給ライン７を介して循環式圧延油供給タンク５に接続している。また上記圧延油供給ライン７の途中にはポンプ６が介装されている。循環式圧延油供給タンク５には、循環使用されるエマルション圧延油（第１のエマルション圧延油）１１が貯蔵されている。そして、循環式圧延油供給タンク５内に貯蔵されている第１のエマルション圧延油１１は、ポンプ６により圧送され圧延油供給ライン７を通じて各圧延スタンドに配置された上記各クーラントヘッダー３、４に供給される。そして、循環使用される第１のエマルション圧延油１１が、それぞれの潤滑用クーラントヘッダー３及び冷却用クーラントヘッダー４にそれぞれ設けられたスプレーノズルから供給される構成となっている。
【００２３】
このように、循環式圧延油供給タンク５内からポンプ６により圧延油供給ライン７内を圧送された第１のエマルション圧延油１１は、各圧延スタンドに配置された潤滑用クーラントヘッダー３からロールバイトに向けて供給されると共に、冷却用クーラントヘッダー４からワークロールに向けて供給される。
この供給された第１のエマルション圧延油１１は、鋼板１によって系外に持ち出されたり蒸発によって失われたりしたものを除いて、回収オイルパン８で回収され、戻り配管９を通じて循環式圧延油供給タンク５内に戻される。
【００２４】
このように、第１圧延油供給系統２は、循環式圧延油供給タンク５、ポンプ６、圧延油供給ライン７、潤滑用クーラントヘッダー３、冷却用クーラントヘッダー４、回収オイルパン８、戻り配管９によって構成され、供給された第１のエマルション圧延油１１を循環使用する。
なお、第１圧延油供給系統２を使用した、第１のエマルション圧延油１１の各クーラントヘッダー３、４への供給は、圧延材の圧延開始時から実施されることが好ましい。これによって、各ロール及び鋼板１に対して所定の圧延油が供給された状態となる。
【００２５】
ここで、上記第１のエマルション圧延油１１は、循環式圧延油供給タンク５内に収容されている温水（希釈水）と圧延油原液とを混合することで形成される。この混合される温水と圧延油原液は、攪拌機１０の攪拌羽の回転数を調整することによって、つまり攪拌度合を調整することで、目的とする所望の平均粒径を有する第１のエマルション圧延油１１とされる。
【００２６】
上記第１のエマルション圧延油１１を構成する圧延油としては、通常の冷間圧延に用いられるものが適用できる。すなわち上記圧延油としては、例えば、天然油脂、脂肪酸エステル、炭化水素系合成潤滑油のいずれかを基油としたものを用いることができる。さらに、これらの圧延油には、油性向上剤、極圧添加剤、酸化防止剤などの通常の冷間圧延油に用いられる添加剤を加えても良い。
【００２７】
また、圧延油に添加される界面活性剤としては、イオン系、非イオン系のいずれを用いても良く、通常の循環式クーラントシステム（循環式圧延油供給方式）で使用されるものを用いればよい。
そして、第１のエマルション圧延油１１としては、前述したような圧延油を、好ましくは濃度１〜５質量％程度、より好ましくは濃度１．２〜３．０質量％程度に希釈し、また前述したような界面活性剤を用いて水に油が分散したＯ／Ｗエマルションにしたものが用いられる。なお、その平均粒径としては、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは７〜１０μｍ程度とする。
【００２８】
本実施形態では、上述のように、上記第１圧延油供給系統２とは別に第２圧延油供給系統１２を備える。この第２圧延油供給系統１２は、潤滑ノズルヘッダー２３、流量制御弁２２、供給ライン２１、供給ポンプ２０、エマルションタンク１８を備えて構成される。
上記エマルションタンク１８内には、攪拌機１９が配置されている。またエマルションタンク１８に対し圧延油原油タンク１４及び温水タンク１５がエマルションタンク１８に接続する。そして、圧延油原油タンク１４に貯蔵されている圧延油原油、及び温水タンク１５内に貯蔵されている温水が、ポンプ１６、流量制御弁１７を介してエマルションタンク１８内へ送給されると共に、エマルションタンク１８内で混合されて、第２のエマルション圧延油１３となる。
【００２９】
エマルションタンク１８内のエマルション温度条件は、第１のエマルション圧延油１１の条件とそれぞれ同一とすることが好ましい。またエマルションタンク１８内の第２のエマルション圧延油１３は、攪拌機１９の攪拌羽の回転数を調整することにより平均粒径１５〜３０μｍに調整される。エマルションタンク１８内のエマルション濃度は、３〜１５質量％の範囲内に調整する。
【００３０】
そして、エマルションタンク１８内の第２のエマルション圧延油１３は、供給ポンプ２０により、供給ライン２１、流量制御弁２２を経由して潤滑ノズルヘッダー２３に送られる。潤滑ノズルヘッダー２３は、鋼板１の上面側及び下面側の両方に分岐して配置されることで、所望の濃度の第２のエマルション圧延油１３を鋼板１の表裏両面に向けて複数のスプレーノズルから噴射可能に構成されている。
【００３１】
図１に例示する構成において、鋼板１に噴射された第２のエマルション圧延油１３は、循環系統を構成する圧延油回収循環手段としての回収オイルパン８に回収される。そして、回収された第２のエマルション圧延油１３は、循環使用されているエマルション圧延油１１と共に、戻り配管９を経由して循環式圧延油供給タンク５内に集められて第１のエマルション圧延油となる。すなわち、回収されたエマルション圧延油１１、１３は、循環式圧延油供給タンク５内の攪拌機１０により攪拌された後、ポンプ６および潤滑用クーラントヘッダー３のスプレーノズル部と冷却用クーラントヘッダー４のスプレーノズル部での強いせん断を繰り返し受け、循環使用される第１のエマルション圧延油１１として設定された粒径まで細分化される。
【００３２】
ここで、図１に示す冷間圧延機においては、第２圧延油供給系統１２の潤滑ノズルヘッダー２３を、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及びその隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤの各入側に設けた場合を示している。他の圧延スタンドの入側に上記潤滑ノズルヘッダー２３を設けても良い。各潤滑ノズルヘッダー２３のノズルスプレーから供給されるエマルション圧延油の量は、個別の流量制御弁２２で調整される。上記隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤは、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの前段、つまり上流に位置する圧延スタンドである。
【００３３】
また、潤滑ノズルヘッダー２３に送られる第２のエマルション圧延油１３の調整方法についても上述の方法に限定されない。例えば、第２のエマルション圧延油１３の濃度調整手段として、潤滑ノズルヘッダー２３の直近にてノズルミックス方式によって圧延油原油と第１のエマルション圧延油１１と温水のいずれかを混合して、第２のエマルション圧延油としても良いし、エマルションタンク１８内に第１のエマルション圧延油１１を混合しても良い。また、第２のエマルション圧延油１３の粒径調整手段として、第２のエマルション圧延油１３が潤滑ノズルヘッダー２３に到達する経路内にスタティックミキサーなどの機械的せん断手段や気体との混合手段を設けても良い。
【００３４】
以上のような圧延油の供給設備においては、循環式圧延油供給方式である第１圧延油供給系統２によって、各圧延スタンドの入側及び出側において、鋼板１（ロールバイト）及びロールに対し、相対的に低濃度のエマルション圧延油を供給することで、当該鋼板１及びロールの潤滑及び冷却を実施する。なお、第１圧延油供給系統２では圧延油を循環使用するため、圧延油の原単位が低い。
【００３５】
更に本実施形態では、直接式圧延油供給方式である第２圧延油供給系統１２によって、相対的に圧延速度が高くなる後段の圧延スタンドである最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及びその隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤの各入側において、第１のエマルション圧延油よりも高濃度の第２のエマルション圧延油を鋼板１に供給する。この第２圧延油供給系統１２からのエマルション圧延油の供給によって、潤滑不足に起因した高速圧延域でのチャタリングを解消する。チャタリングの抑制は、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ、及び圧延スタンド間張力を介して影響を与える隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの潤滑状態のバランスを適切に保つことで実施する。具体的には、隣接する２つの圧延スタンドである、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤと隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤとの間の摩擦係数のバランスを適切に保つことで、チャタリングを抑制する。なお、上記隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤとは最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに隣接する前段の圧延スタンドを指す。
【００３６】
以上のようなことから、圧延スタンド入側に供給する第２のエマルション圧延油について流量制御を実施して、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数を適正に調整することが重要となる。
【００３７】
次に、上記第２圧延油供給系統１２を使用した第２のエマルション圧延油の供給制御方法について説明する。
本実施形態では、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数と圧延後の鋼板１表面粗さを推定し、その推定した隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ圧延後の鋼板１表面粗さと最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに設定される目標摩擦係数に基づき、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給する第２のエマルション圧延油の流量をフィードフォワード制御することで、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤと隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤとの間の摩擦係数のバランスを適切に保つ。具体的には、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数から最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの目標摩擦係数を設定し、上記推定した鋼板１表面粗さを、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件として予測し、その推定した鋼板１表面粗さを変数として最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給する第２のエマルション圧延油をフィードフォワード制御する。更に、本実施形態では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに対し対象とする圧延材が噛み込まれて、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数を推定可能となった場合には、その最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数に基づきフィードバック制御量を求め、そのフィードバック制御量で上記フィードフォワード制御の制御量を補正する処理を行う。
【００３８】
以下、第２圧延油供給系統１２から供給する圧延油による摩擦係数の調整について詳細に説明する。
図２は、本実施形態の第２のエマルション圧延油の供給制御を実施する供給制御部３０の制御ブロックを示した図である。
上記供給制御部３０は、図２に示すように、第１摩擦係数逆算部３１、圧延後表面粗さ推定部３２、目標摩擦係数設定部３３、供給流量制御部３４、第２摩擦係数逆算部３５、摩擦係数推定部３６、及びＦＢ分演算部３７を備える。
【００３９】
第１摩擦係数逆算部３１は、隣接する圧延スタンド（隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ）での摩擦係数を求める。すなわち、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤにおける圧延実績から、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄ等の圧延モデルや摩擦係数モデルによって、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数を逆算（推定）する。また、第２摩擦係数逆算部３５においても同様に最終圧延スタンド♯５ＳＴＤにおける圧延実績から摩擦係数を逆算（推定）する。なお、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに鋼板１が噛み込まれて、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤで圧延が開始される際に行われる。
【００４０】
先進率と摩擦係数との関係及び圧延荷重と摩擦係数の関係は、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄ等の圧延モデルによって明らかにされており、このような関係式を用いることで摩擦係数を推定することが出来る。また摩擦係数モデルは、圧延材の成分、板厚、圧下率、圧延速度、潤滑などの圧延条件と摩擦係数との関係を示すモデル式であり、例えば実績データを用いて重回帰分析などの統計処理によって作成することが可能である。
【００４１】
圧延後表面粗さ推定部３２は、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ入側で供給される第２のエマルション圧延油と第１摩擦係数逆算部３１が推定した隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数に基づき、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの圧延後の表面粗さを推定する。
ここで、隣接する圧延スタンドでの油膜厚ｈ１は、第１のエマルション圧延油１１によるロールバイト入口油膜ｈ１１と第２のエマルション圧延油１３によるロールバイト入口油膜ｈ１２によって構成される。従って、油膜厚の計算はレイノルズ方程式において油膜内での熱伝導を無視した下記（１）（２）式で計算できる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
ここで、
Ｕ1：材料速度（被圧延材の通板速度）［ｍｐｍ］
Ｕ2：ＷＲ速度（ワークロール周速度）［ｍｐｍ］
σ0：材料降伏応力［ｋｇｆ／ｍｍ２］
Ｌｄ：接触弧長（ワークロールと被圧延材との接触投影長さ）［ｍｍ］
Ｒ’：ＷＲ（ワークロール）扁平半径［ｍｍ］
η0：常温・常圧での粘度［Ｐａ・ｓ］
α1：圧力粘度係数［１／ＧＰａ］
β：温度粘度係数［１／℃］
Ｔm：クーラント温度［℃］
Ｔ0：周囲の温度（＝４０℃）
Ｃ：第１のエマルション圧延油１１の濃度［質量％］
ｄ：第１のエマルション圧延油１１の平均粒径［μｍ］
Ｆtrap：第１のエマルション圧延油１１のトラップ率（＝０．３）
Ｈ1：予め設定した係数
Ｑ：第２のエマルション圧延油１３の供給流量［Ｌ／ｍｉｎ］
である。
【００４４】
また、一般に冷間圧延におけるロールバイト界面での摩擦挙動は混合潤滑状態であり、その摩擦係数は一般に下記（３）式で表すことができる。このとき、（３）中の接触率αは、実験的に油膜厚とロールバイト中の合成粗さの関係式（４）で表せることが知られている（中島ら：鉄と鋼， ６５， （１９７９）， Ａ５３．参照）。
そして、隣接する圧延スタンドでの摩擦係数を用いて、（３）〜（５）式から隣接スタンドでの合成粗さ、すなわち隣接スタンド圧延後の鋼板１表面粗さσを推定することが出来る。μｂはバウデン試験によって求めることが出来る。μＬは定数で与えても良いが、一般的にμｂの１／１０程度である。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで、
μb：境界潤滑部の摩擦係数
μL：流体潤滑部の摩擦係数
α：接触率
である。
【００４７】
隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤに供給されるエマルション圧延油の供給条件を（１）（２）式に代入すると隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの油膜厚ｈ１が計算できる。計算油膜厚と、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄ等の圧延モデルによって計算された摩擦係数μ4を、（３）、（４）式を変形させた（５）式に代入することで、圧延後の鋼板１表面粗さを推定することが可能である。
【００４８】
【数３】
【００４９】
また目標摩擦係数設定部３３は、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄ等の圧延モデルによって計算された隣接する圧延スタンドでの摩擦係数μ4と、予め設定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差の絶対値とから、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの目標摩擦係数を設定する。
【００５０】
ここで、上記摩擦係数差の絶対値は、０以上０．０１以下となるように設定することが好ましい。両摩擦係数の差が上記範囲を超えるとチャタリングが発生しやすくなるためである。
図３は仕上げ厚０．２ｍｍの硬質ブリキ材を圧延速度２０００ｍｐｍで圧延した場合のチャタリング発生分布を示したグラフである。上流側圧延スタンドでの摩擦係数と最終圧延スタンドでの摩擦係数差の絶対値が０．０１より大きい圧延条件でチャタリングが発生しやすいことがわかる。
【００５１】
また、摩擦係数推定部３６は、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ圧延後の鋼板１表面粗さσを用い、（３）〜（４）式を変形した（６）式によって最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数を予測する。
【００５２】
【数４】
【００５３】
ここで、
ｈ1*：最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの油膜厚［μｍ］
ｒ：最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの圧下率
Ｒ1，Ｒ2：最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでのＷＲ（ワークロール）摩耗係数
ＷＲton：最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでのＷＲ（ワークロールでの）圧延量［ｔｏｎ］
なお、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数の予測は、上記計算方法に限定されない。例えば、圧延される材料の板厚や圧下率、クーラント供給量、エマルションの濃度や粒径、圧延長、圧延速度などの圧延条件を用いた重回帰分析によって摩擦係数モデル式を作成してもよい。
【００５４】
ＦＢ分演算部３７は、フィードバック制御分の制御量を演算する。ＦＢ分演算部３７は、例えば、第２摩擦係数逆算部３５にて逆算（推定）した最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数と目標摩擦係数設定部３３で設定した目標摩擦係数との偏差を求め、その偏差に対し、予め設定したゲインＧを乗算した後に、ＰＩ（比例積分）項を演算してフィードバック制御量を求め、求めたフィードバック制御量を上記供給流量制御部３４に出力する。フィードバック制御量の出力は、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに鋼板１が噛み込まれている場合とする。
【００５５】
供給流量制御部３４は、摩擦係数推定部３６で推定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数が目標摩擦係数設定部３３が設定した目標摩擦係数となるように、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給する第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御する。第２のエマルション圧延油の供給量の制御は、各流量制御弁２２の開度を調整することで実施する。
【００５６】
また、上記供給流量制御部３４は、ＦＢ分演算部３７からフィードバック制御量の入力がある場合には、そのフィードバック制御量分も加味して最終的な最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側への第２エマルションの供給量を調整する。すなわち、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに圧延材が噛み込まれ最終圧延スタンド♯５ＳＴＤで圧延が開始された後は、フィードフォワード制御の制御量を、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの逆算摩擦係数に基づく第２のエマルション圧延油のフィードバック制御の制御量で補正する。この結果、高精度に最終圧延スタンド♯５ＳＴＤを制御することが可能となる。
【００５７】
ここで、フィードバック制御とフィードフォワード制御の併用は以下のようにして行う。目標摩擦係数設定部３３にて設定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの目標摩擦係数μset、摩擦係数推定部３６で推定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数μ及び最終圧延スタンド♯５ＳＴＤにおける圧延実績からＢｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄなどの圧延モデルを用いて逆算される摩擦係数μ5を用いて、最終スタンド入側での第２のエマルション圧延油の供給流量制御値Ｑを（７）式で設定する。
【００５８】
【数５】
【００５９】
ここで、
ＧFF：フィードフォワード制御の調整ゲイン
ＧFB：フィードバック制御の調整ゲイン
Ｋp：フィードバック制御の比例ゲイン
ＫI：フィードバックの積分ゲイン
Ｓ ：積分時間
である。
【００６０】
また、βは圧延速度及び制御方式によって変化する定数であり、圧延速度がゼロあるいはフィードフォワード制御のみを行うときは「β=０」である。
ここで、潤滑不足が生じない軟質材を圧延材とした圧延や、低速圧延時、加減速部での圧延など、チャタリングが発生しにくいケースの場合は、上記フィードフォワード制御による圧延油の調整を行わなくとも良い。チャタリングが発生しやすい操業条件となった場合にのみ上記フィードフォワード制御あるいはさらにフィードバック制御を実施しても、同様の効果が得られる。
【００６１】
（作用効果）
本実施形態では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに隣接する圧延スタンドにおける圧延実績と、当該隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤ入側で供給された第２のエマルション圧延油の供給量とから、隣接する圧延スタンドでの摩擦係数と圧延後の鋼板１表面粗さとを逆算してそれぞれ推定する。さらに、予め設定された最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及び隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差の絶対値から最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの目標摩擦係数を設定する。
【００６２】
そして、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数が上記目標摩擦係数となるように、上記推定した鋼板１表面粗さ（予測した最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件）に基づき、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御によって調整する。これによって、隣接する２つの圧延スタンドにおける摩擦係数のバランスを適切に保ち、チャタリングを抑制する。
【００６３】
このとき、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの逆算摩擦係数によるフィードバック制御によって最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量を調整する代わりに、本実施形態では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの逆算摩擦係数を使用しない上述のようなフィードフォワード制御によって最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量を制御する。この結果、第２のエマルション圧延油の流量制御に伴うむだ時間が解消され、高速圧延域においても逐一摩擦係数のバランスを調整することができる。
【００６４】
さらに、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに圧延材が噛み込まれ、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの圧延が開始された後は、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの逆算摩擦係数に基づく第２のエマルション圧延油のフィードバック制御による制御量を、上記フィードフォワード制御の制御量に加味することで、より高精度にチャタリングを防止することが可能となる。
【００６５】
また、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及び隣接する圧延スタンドとの上記摩擦係数差の絶対値を、０以上、０．０１以下とする。これは、両摩擦係数の差が上記範囲を超えるとチャタリングが発生しやすくなるためである。
【実施例１】
【００６６】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１に示す実施形態の全５圧延スタンドの冷間タンデム圧延機を用い、母材厚２．０ｍｍ、板幅８５０〜９５０ｍｍの硬質ブリキ原板を圧延材として仕上げ厚０．１８０ｍｍまで、目標速度を２２００ｍ／ｍｉｎとして圧延した。圧延油は合成エステル油をベースに植物油脂が添加された基油に対して、油性剤、酸化防止剤をそれぞれ１質量％ずつ添加し、また界面活性剤としてノニオン系界面活性剤を対油濃度で３質量％だけ添加したものを使用した。
【００６７】
第１圧延油供給系統２から供給されて循環使用される第１のエマルション圧延油１１は、圧延油の濃度３．０質量％、平均粒径９μｍ、温度５５℃のエマルション圧延油に調整した。一方、上記と同様の圧延油原油および温水を、圧延油原油タンク１４、温水タンク１５からエマルションタンク１８に移送した。このとき、エマルションタンク１８中のエマルション濃度が１０質量％となるようにそれぞれの供給量を調整した。次いで、エマルションタンク１８内に収容された混合物を攪拌機１９の攪拌羽の回転を調整して攪拌することにより、平均粒径２０μｍの第２のエマルション圧延油１３を調製した。なお、第２のエマルション圧延油１３の温度は循環使用されるエマルション圧延油１１と同一とした。
【００６８】
本実施例1では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ及び隣接する隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤにおける圧延実績からＢｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄの圧延モデルを用いて各圧延スタンドでの摩擦係数μ4、μ5を逐次逆算した。次に、当該圧延スタンド入側に設けられた第２圧延油供給系統１２より供給された第２のエマルション圧延油の供給量実績から（１）〜（２）式を用いて隣接する圧延スタンドでの油膜厚みｈ1を逐次逆算した。続いて、（５）式から隣接する圧延スタンド通過後の鋼板１表面粗さσを算出することで、（６）式から最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数を逐次推定した。
【００６９】
そして、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤと（６）式から推定した最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの摩擦係数を用いて（７）式の制御に基づくフィードフォワード制御（β＝０）を実施し、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤ入側の第２圧延油供給系統１２より供給されるエマルション圧延油の供給量を制御した。
本実施例２では（７）式の制御に基づくフィードフォワード制御及び最終圧延スタンド♯５ＳＴＤでの摩擦係数μ5を用いたフィードバック制御を実施した以外は、実施例１と同一条件とした。
【００７０】
また、本実施例３では、隣接圧延スタンド♯４ＳＴＤでの摩擦係数と予測した摩擦係数との差が０以上、０．０１以下となるように制御した以外は、実施例２と同一条件とした。
摩擦係数の算出に用いた圧延条件以外の係数は、下記の表１に示す数値を用いた。
【００７１】
【表１】
【００７２】
ここで、比較例として、特許文献１に記載の第２のエマルション圧延油を用いたフィードバック機構を設けて、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤに隣接した圧延スタンドと最終圧延スタンド♯５ＳＴＤとの摩擦係数の差が一定範囲となるように第２のエマルション圧延油１３の流量をフィードバック制御した。なお、摩擦係数差の範囲は実施例と同一とした。
【００７３】
以上のような圧延油供給を行って、高速圧延を実施した場合の＃４圧延スタンド及び最終圧延スタンド♯５ＳＴＤにおける実績摩擦係数とチャタリングの発生状況を表２に示す。なお、実績摩擦係数は当該圧延速度での圧延荷重及び張力等から逆算した値である。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２中、○、△、×は、次のことを指す。
〇・・・チャタリング発生なし
△・・・軽度のチャタリング発生
×・・・チャタリング発生
表２から分かるように、本実施例では、最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの摩擦係数を最終圧延スタンド♯５ＳＴＤの上流側に設置した第２のエマルション圧延油供給工程の供給位置にて予め予測することで、隣接する圧延スタンドとの摩擦係数差を即座に一定範囲に調整することができていており、特にフィードフォワード制御とフィードバック制御を併用し、かつ制御すべき摩擦係数の差を０．０１以下とすることで、いずれの圧延速度においてもチャタリングの発生は見られなかった。
【００７６】
一方、比較例のような第２のエマルション圧延油のフィードバック制御では圧延速度１８００ｍｐｍまでは摩擦係数の差が一定範囲となるように制御可能であったが、２０００ｍｐｍ以上の圧延速度ではフィードバック制御に伴うむだ時間発生により制御が追いつかずに軽度のチャタリングが発生し始めた。また、圧延速度２２００ｍｐｍでは重度のチャタリングが発生し、鋼板１の表面品質が著しく低下した。
【００７７】
上記実施例より、本発明に係る潤滑油供給方法を用いることで、ハイブリッド潤滑方式を用いた高速圧延においても、後段圧延スタンドでの摩擦係数を適正な範囲に続けることが可能であり、安定して高い生産性と良好な鋼板１形状を得ることができることが確認された。
【符号の説明】
【００７８】
１ 鋼板（圧延材）
２ 第１圧延油供給系統
３ 潤滑用クーラントヘッダー
４ 冷却用クーラントヘッダー
５ 循環式圧延油供給タンク
６ ポンプ
７ 圧延油供給ライン
８ 回収オイルパン
９ 戻り配管
１０ 攪拌機
１１ 第１のエマルション圧延油
１２ 第２圧延油供給系統
１３ 第２のエマルション圧延油
１４ 圧延油原油タンク
１５ 温水タンク
１６ ポンプ
１７ 流量制御弁
１８ エマルションタンク
１９ 攪拌機
２０ 供給ポンプ
２１ 供給ライン
２２ 流量制御弁
２３ 潤滑ノズルヘッダー
３０ 供給制御部
３１ 第１摩擦係数逆算部
３２ 圧延後表面粗さ推定部
３３ 目標摩擦係数設定部
３４ 供給流量制御部
３５ 第２摩擦係数逆算部
３６ 摩擦係数推定部
３７ ＦＢ分演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間タンデム圧延機の圧延スタンドに圧延油を供給する圧延油供給系統として、循環タンクに貯めた第１のエマルション圧延油を循環供給する第１圧延油供給系統と、上記第１のエマルション圧延油より高濃度の第２のエマルション圧延油を供給する第２圧延油供給系統と、を備え、
最終圧延スタンドの上流に位置する上流側圧延スタンドでの摩擦係数と当該上流側圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件とから、最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件を予測し、
その予測される第２のエマルション圧延油の供給条件から計算される最終圧延スタンドの摩擦係数が設定した目標摩擦係数となるように、上記最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御することを特徴とする冷間圧延方法。
【請求項２】
上記予測される第２のエマルション圧延油の供給条件は、上記上流側圧延スタンドでの圧延後の圧延材の表面粗さを含み、
上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドでの摩擦係数に基づき設定されることを特徴とする請求項１に記載した冷間圧延方法。
【請求項３】
最終圧延スタンドに圧延材が噛み込むと、最終圧延スタンドでの摩擦係数を推定し、推定した最終圧延スタンドでの摩擦係数からフィードバック制御の制御量を求め、その求めたフィードバック制御の制御量で上記フィードフォワード制御の制御量を補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した冷間圧延方法。
【請求項４】
上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドの摩擦係数と最終圧延スタンドの摩擦係数との摩擦係数差の絶対値が０以上、０．０１以下となるように設定されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した冷間圧延方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷間圧延方法により、金属板とする圧延材を冷間圧延して金属板を製造することを特徴とする金属板の製造方法。
【請求項１】
冷間タンデム圧延機の圧延スタンドに圧延油を供給する圧延油供給系統として、循環タンクに貯めた第１のエマルション圧延油を循環供給する第１圧延油供給系統と、上記第１のエマルション圧延油より高濃度の第２のエマルション圧延油を供給する第２圧延油供給系統と、を備え、
最終圧延スタンドの上流に位置する上流側圧延スタンドでの摩擦係数と当該上流側圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件とから、最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給条件を予測し、
その予測される第２のエマルション圧延油の供給条件から計算される最終圧延スタンドの摩擦係数が設定した目標摩擦係数となるように、上記最終圧延スタンド入側に供給される第２のエマルション圧延油の供給量をフィードフォワード制御することを特徴とする冷間圧延方法。
【請求項２】
上記予測される第２のエマルション圧延油の供給条件は、上記上流側圧延スタンドでの圧延後の圧延材の表面粗さを含み、
上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドでの摩擦係数に基づき設定されることを特徴とする請求項１に記載した冷間圧延方法。
【請求項３】
最終圧延スタンドに圧延材が噛み込むと、最終圧延スタンドでの摩擦係数を推定し、推定した最終圧延スタンドでの摩擦係数からフィードバック制御の制御量を求め、その求めたフィードバック制御の制御量で上記フィードフォワード制御の制御量を補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した冷間圧延方法。
【請求項４】
上記目標摩擦係数は、上流側圧延スタンドの摩擦係数と最終圧延スタンドの摩擦係数との摩擦係数差の絶対値が０以上、０．０１以下となるように設定されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した冷間圧延方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷間圧延方法により、金属板とする圧延材を冷間圧延して金属板を製造することを特徴とする金属板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９９７５７（Ｐ２０１３−９９７５７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４１５８（Ｐ２０１１−２４４１５８）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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