鋼帯の圧延方法
【課題】圧延定常部から尾端部に至るまでの圧延全長において安定した蛇行制御を行うことができる鋼帯の圧延方法を提供する。
【解決手段】任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間において張力測定用ロールで検出される左右差張力が零又は目標値以下となるようにｉ番スタンドでレベリング制御を行う際に、そのレベリング制御を、下流側のスタンドほど早いタイミングで開始するとともに、レベリング制御を開始したｉ番スタンドにおいて、ｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差張力が零又は目標値以下となった後に、その上流側の（ｉ−１）番スタンドでの前記レベリング制御を開始する。
【解決手段】任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間において張力測定用ロールで検出される左右差張力が零又は目標値以下となるようにｉ番スタンドでレベリング制御を行う際に、そのレベリング制御を、下流側のスタンドほど早いタイミングで開始するとともに、レベリング制御を開始したｉ番スタンドにおいて、ｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差張力が零又は目標値以下となった後に、その上流側の（ｉ−１）番スタンドでの前記レベリング制御を開始する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンデム圧延機による鋼帯の圧延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、熱間連続圧延等の分野においては、ペアクロスロール圧延機など各種のクラウン制御ミルが実用化された結果、板クラウンのない平坦な鋼帯を安定して製造できるようになってきた。しかしながら、板クラウンが小さくなった分だけ圧延中に鋼帯が蛇行しやすくなり、特に被圧延材（以下、「熱延鋼帯」を例に説明する）の尾端部が尻抜けする際に、熱延鋼帯がサイドガイドに衝突して倒れ込んで圧延される、いわゆる絞り込みが発生するという新たな問題が生じている。仕上圧延機における熱延鋼帯の尾端部通板性向上は、稼動率向上およびロール原単位向上のために、非常に重要な課題である。
【０００３】
圧延機における鋼帯の蛇行現象は、一般的に２階積分特性を持つと言われている。図９はその物理的解釈を示したもので、図９（Ａ）は、鋼帯の尾端がワークロールを抜ける瞬間を上方から見た図である。例えば、鋼帯が蛇行した場合、図９（Ｂ）に示すように鋼帯が寄った側の圧延荷重が一方よりも高くなるため、ロール開度が一方よりも広くなる。当然、ロールギャップの狭い側は他方よりも薄く圧延されるため、圧延方向に長く伸ばされ、通板速度は他方よりも遅くなる。このため、鋼帯は図９（Ａ）に示すように圧延部を境界にくの字型に折れ曲がることになる。一旦、鋼帯が曲がると、そこから後方の蛇行量は時間とともに増大する。これにより、図９（Ｂ）に示すように、板道がロールセンタから外れると、鋼帯が曲がった方向（図９（Ｂ）では右方向）のミル伸びが増大してロールギャップが開き、図９（Ｃ）に示すように、さらにたわみを助長することで、時間の２乗に比例した蛇行量が発生する。
【０００４】
こうした問題を回避するための代表的な鋼帯の蛇行制御技術は、図１０に示すように圧延機の圧延荷重の左右差Pdfにより発生する左右ロール開度差Sdfを打ち消すように、比例制御でレベリング修正量SLを動かす蛇行制御（平行剛性制御）である。図１０において、αは制御ゲイン（０〜１）、Ｍは平行剛性である。この蛇行制御技術は、圧延機の圧下装置（スクリュー、油圧シリンダ等）のレベリング修正量SLを、下記の（i）式に従い蛇行を抑制する方向に制御する方法（一般にレベリング操作と呼ぶ）である。なお、下記（i）〜（iii）式において、αは制御ゲイン、Pdfは圧延荷重の左右差（以下、「差荷重Pdf」という）、Sdfは左右ロールの開度差、Ｍは平行剛性または左右剛性、Ｌは左右圧下装置間距離、ｙｃは圧延ラインの幅方向中心に対する熱延鋼帯の幅中央のずれ量（以下、単に「蛇行量ｙｃ」という）を示す。
【０００５】
平行剛性または左右剛性Ｍは、下記（ii）式に示すように、差荷重Pdfと圧下装置位置での左右ロール開度差Sdfの比で表される。また、蛇行量ｙｃと差荷重Pdfとの関係は、下記（iii）式のように表される。つまり、平行剛性Ｍが高い圧延機では、差荷重Pdfによる左右ロール開度差Sdfが生じにくいこと、また、下記（iii）式に示す関係から、鋼帯の蛇行量ｙｃによって発生する差荷重Pdfに起因した左右ロール開度差Sdfも生じにくいことになる。
SL＝−α（Pdf／Ｍ） …（i）
Ｍ＝Pdf／Sdf …（ii）
ｙｃ＝（Pdf・Ｌ）／２Ｐ＝（Sdf・Ｌ）／（２Ｐ・Ｍ） …（iii）
【０００６】
上記（iii）式に示すように鋼帯の蛇行量ｙｃと差荷重Pdfとは比例関係にあるが、実際の圧延においては、差荷重を発生させる要因が他にも多数存在する。例えば、鋼帯の左右板厚差、左右温度差（≒左右塑性定数差）、圧延機の腐食および磨耗劣化に伴う左右バネ定数差、ワークロールとバックアップロールの平行度ズレによるロール間スラスト力等がそれにあたる。全ての差荷重の要因をモニタするためには、各要因に対応して複数のセンサが必要となり、これに伴う多額の導入コスト、メンテナンスコストが発生する。また、上記（iii）式に示す蛇行量ｙｃは上下ワークロールに挟まれた被圧延領域におけるものであり、例えば、蛇行センサを設ける場合には、必然的にワークロールとの干渉を避けるために、被圧延領域から数メートル退避した位置に設置することが必要となるため、被圧延領域における蛇行量ｙｃを直接測定することは困難である。
【０００７】
以上の理由により、複数の差荷重要因の中から蛇行量ｙｃによる差荷重のみを抽出することは事実上困難であり、全ての要因の総和である差荷重Pdfに基づく圧下位置制御を行う必要があった。したがって、圧延時に発生する差荷重Pdfが全て蛇行量ｙｃに起因するものと仮定して蛇行制御を行った場合、他要因による差荷重変動によって圧下位置制御が過制御となり、逆に絞り込みトラブルを助長させてしまうケースが発生するため、現状の制御ゲインαは圧延条件に応じて低めに設定せざるを得ず、このため、尾端蛇行による絞り込みトラブルを完全に解消できないという問題があった。
【０００８】
上記技術は、ｉ番スタンド（＝自スタンド）での圧延時に発生した尾端蛇行を同ｉ番スタンドにおけるレベリング制御にて蛇行制御する手法であるが、その上流側の（ｉ−１）番スタンドが圧延を完了する前段階（以下、「圧延定常部」という）において、レベリングを最適に設定しておくことで、尾端蛇行を予防することも有効であることは容易に想像できる。
但し、上記技術を応用し、圧延定常部において蛇行量ｙｃによる差荷重Pdfに基づいてレベリングを最適に設定することは現実には困難であった。タンデム圧延の圧延定常部においては、前後スタンドが圧延状態にあることによる鋼帯の拘束に加え、任意のｉ番スタンド（＝自スタンド）前後のスタンド間板張力による蛇行抑制効果が存在する。このため、仮に圧延定常部において、ｉ番スタンドのレベリングが尾端蛇行を誘発する不適な条件であった場合でも、レベリングによる左右非対称性が蛇行量ｙｃとして顕在化しない。このため、不適なレベリング設定が顕在化するのは（ｉ−１）番スタンドの圧延が完了し、尾端蛇行が顕在化した時であるため、顕在化した時にはすでに手遅れとなり、絞りトラブルが発生するケースが多い。また、上述のように、従来技術である差荷重Pdfに基づくレベリング制御は、蛇行量に起因した差荷重に基づくものであり、蛇行が顕在化しない圧延定常部への適用は困難であった。
【０００９】
これらを解決する手段として、特許文献１では、圧延ロールと平行な状態に回動自在に支持される張力測定用ロールを任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間に配置し、鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の反力について、板幅方向での鉛直方向反力の左右差を検出し、鋼帯の尾端部が（ｉ−２）番スタンドと（ｉ−１）番スタンド間に至る所定の時期より制御安定化所要時間以上前から、その鉛直方向反力の左右差が目標値となるように、ｉ番スタンドにおけるレベリング制御を実施し、さらに前記所定の時期と同時か或いはそれ以降鋼帯の尾端部が（ｉ−１）番スタンドを尻抜けするまでにその制御をロックし、また、尾端部については、従来の差荷重Pdfに基づくレベリング制御を実施するようにした圧延方法が提案されている。また、特許文献２では、板幅方向で複数に分割された張力測定用ロールを用いて、板幅方向の反力分布を検出し、各分割ロールで個別に検出した反力から鋼帯の蛇行量を求めるとともに、検出した反力及び前記蛇行量から鋼帯の板形状を求め、前記蛇行量及び板形状に基づいて鋼帯の蛇行及び形状を制御するようにした圧延方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平７−９６１２４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４６７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１は、少なくとも４スタンドからなる熱間仕上圧延機の最終スタンドを除き且つ上流から３番スタンド以降のスタンドに関するレベリング制御方法を開示し、また、特許文献２は、スタンド数に言及のない圧延機におけるレベリング制御方法を開示するものであるが、スタンドが複数存在するタンデム圧延においては、ｉ番スタンド（＝自スタンド）に関するレベリング制御手法だけでなく、複数のスタンド間（特に前後スタンド間）の相互作用を考慮する必要がある。
【００１２】
特許文献１の方法では、図１１に示すように、下流側の（ｉ＋１）番スタンドにおけるレベリングが不適であった場合でも、ｉ番スタンド（＝自スタンド）と（ｉ＋１）番スタンド間の鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向反力の左右差が目標値となるように制御するため、ｉ番スタンドのレベリングは下流側の（ｉ＋１）番スタンドの不適なレベリングに準ずる方向に制御され、このため、タンデム圧延機群全体としてはむしろ蛇行が誘発されてしまうおそれがある。つまり、従来技術に示されるレベリング制御をｉ番スタンド（＝自スタンド）で適正に実施するには、下流側の（ｉ＋１）番スタンドのレベリングが適正であることが前提となるが、特許文献１の方法にはそのような前提がなく、したがって、特許文献１の方法では蛇行トラブルを予防することができず、逆に蛇行トラブルがより誘発され易くなるおそれがある。
また、特許文献２についても、特許文献１と同様、前後スタンドの相互作用には言及しておらず、下流側の（ｉ＋１）番スタンドのレベリングが不適である場合には、ｉ番スタンド（＝自スタンド）における蛇行を誘発する恐れがある。
【００１３】
また、タンデム圧延機の構造に由来する根本的な問題として、タンデム圧延機の最終ｎ番スタンドの下流側には、各種センサ（板厚計、温度計）が設置されることに加え、冷却設備を有する百メートル以上のテーブルロール列が配置されるため、張力測定用ロールの配置は困難であり、このため最終ｎ番スタンドにおいて上記のようなレベリング制御を行うことは困難である。
したがって本発明の目的は、上記のような従来技術の課題を解決し、圧延定常部から尾端部に至るまでの圧延全長において、安定した蛇行制御を行うことができる鋼帯の圧延方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の特徴は、以下のとおりである。
［1］１〜ｎ番スタンド（但し、ｎ≧３）からなるタンデム圧延機の連続した２以上のスタンド間で、圧延ロールと平行に配置された張力測定用ロールを鋼帯に接触させ、鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の反力について、板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出し、（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでの任意の時期に、任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となるように、ｉ番スタンドでレベリング制御を行うとともに、該レベリング制御を（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでに終了させる鋼帯の圧延方法であって、前記レベリング制御を、下流側のスタンドほど早いタイミングで開始するとともに、レベリング制御を開始したｉ番スタンドにおいて、ｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となった後に、その上流側の（ｉ−１）番スタンドでの前記レベリング制御を開始することを特徴とする鋼帯の圧延方法。
【００１５】
［2］上記［1］の圧延方法において、少なくとも、最終ｎ番スタンド、（ｎ−１）番スタンド、（ｎ−２）番スタンドの各間で、張力測定用ロールにより板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出し、（ｎ−１）番スタンドと（ｎ−２）番スタンドにおいて、（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間、（ｎ−２）番スタンドと（ｎ−１）番スタンド間で、それぞれ前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となるようにレベリング制御を行うことを特徴とする鋼帯の圧延方法。
［3］上記［1］又は［2］の圧延方法において、最終ｎ番スタンドにおいては、（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間で張力測定用ロールにより検出された板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を参照し、レベリング制御を行うことを特徴とする鋼帯の圧延方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの圧延方法を用いて鋼帯を製造することを特徴とする鋼帯の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鋼帯の尾端部において蛇行が顕在化する前の圧延定常部の段階においてレベリング設定を最適に実施することができるため、尾端部での蛇行を予防することができ、安定した蛇行制御を行うことで、絞りトラブルを生じることなく鋼帯を安定的に製造することができる。このため薄物の鋼帯の製造においても、良好な鋼帯形状の確保と安定通板を実現することができ、絞りトラブル抑制によるライン稼動率向上およびロール原単位向上を達成しつつ、優れた品質の鋼帯を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を熱間仕上圧延機（タンデム圧延機）による熱延鋼帯の圧延に適用した場合の一実施形態を模式的に示すもので、熱間仕上圧延機の側面図
【図２】図１の実施形態において、圧延スタンド間に配置される張力測定用ロールを示す側面図
【図３】図２中のＡ−Ａ線に沿う矢視図（張力測定用ロールを模式的に示す正面図）
【図４】本発明において使用する張力測定用ロールの他の実施形態を模式的に示す正面図
【図５】本発明の一実施形態における制御開始時のフロー図
【図６】本発明の一実施形態における制御終了時のフロー図
【図７】本発明の効果を説明するための図面
【図８】実施例の従来法と本発明法について、各スタンド間におけるオフセンタ量と差張力を示すチャート図
【図９】蛇行現象の物理的解釈を示す説明図
【図１０】蛇行に対する従来の平行剛性制御の考え方を説明するための説明図
【図１１】差張力に基づくレベリング制御を行う従来技術において、スタンド毎の制御開始順序を考慮しない場合の問題点を説明するための図面
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図３は、本発明を熱間仕上圧延機（タンデム圧延機）による熱延鋼帯の圧延に適用した場合の一実施形態を模式的に示したものであり、図１は熱間仕上圧延機の側面図、図２は圧延スタンド間に配置される張力測定用ロールを示す側面図、図３は図２中のＡ−Ａ線に沿う矢視図である。
本発明法は、３スタンド以上のタンデム圧延機で行われる鋼帯の圧延を対象とするものであり、本実施形態の熱間仕上圧延機は７基の圧延スタンド１から構成されている。本発明法では、タンデム圧延機の連続した２以上のスタンド間に、張力測定用ロール２を配し、鋼帯張力の板幅方向での左右差を検出する。具体的には、図５に示されるように、圧延ロールと平行に配置された張力測定用ロール２を鋼帯Ｓに接触させ、鋼帯Ｓの圧延方向張力によって張力測定用ロール２に負荷される鉛直方向の反力について、板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出するものである。
【００１９】
張力測定用ロール２は、所謂ルーパーロール式のものであり、パスラインの下方位置に圧延ロールと平行に配置され、保持アーム３により上下方向回動可能に保持されている。この張力測定用ロール２は、鋼帯Ｓにその板幅方向で接触し、鋼帯Ｓを下方から押し上げることにより、鋼帯Ｓの圧延方向張力によって鉛直方向の反力が負荷されるが、この鉛直方向の反力が圧延ロールの作業側と駆動側、すなわち張力測定用ロール２の両端側（板幅方向の両側）でそれぞれ独立に検出され、その差分すなわち鉛直方向反力の左右差Δｆ1が求められる。作業側・駆動側それぞれの鉛直方向反力を独立して検出する手法としては、張力測定用ロール２のロールチョックにロードセルを設置するロードセル方式、保持アーム３のアーム回転軸周りにトーションバーを設置するトーションバー方式などが一般的であるが、これらに限定されるものではない。なお、本実施形態の張力測定用ロール２は、ロードセル４を用いたロードセル方式を採用している。
【００２０】
また、張力測定用ロール２としては、図４に示されるように、ロールが板幅方向で複数のセグメント２０に分割され、各セグメント２０に負荷される鉛直方向の反力を各セグメント毎に独立に検出でき、これにより板幅方向の鉛直方向反力分布を検出できる機能を有するものでもよい。この張力測定用ロール２では、板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2が検出できる。なお、ロールを構成する各セグメント２０に作用する板幅方向の鉛直方向反力分布を検出する手法としては、ロードセル方式（例えば、特開平１０-３１４８２１号公報、特表２００３−５０４２１１号公報参照）、エアベアリング方式（例えば、特開２００４−３０９１４２号公報参照）、トルクメータ方式（例えば、特開２００６−３４６７１４号公報参照）等があるが、いずれの方式でもよい。
【００２１】
張力測定用ロール２をどのスタンド間に配置するかは基本的には任意であるが、鋼帯Ｓの蛇行は下流側スタンド（圧延機後段側のスタンド）で生じやすいので、少なくとも、最終ｎ番スタンド、（ｎ−１）番スタンド、（ｎ−２）番スタンドの各間に張力測定用ロール２を配置し、少なくとも（ｎ−１）番スタンドと（ｎ−２）番スタンドにおいて本発明によるレベリング制御を実施するのが好ましい。
また、７スタンド以上の圧延機の場合には、４番スタンド以降で鋼帯Ｓの蛇行が生じやすいので、本実施形態では、４番スタンド（＝（ｎ−３）番スタンド）、５番スタンド（＝（ｎ−２）番スタンド）、６番スタンド（＝（ｎ−１）番スタンド）、最終ｎ番スタンドの各間に張力測定用ロール２を配置し、４番スタンド〜６番スタンドの３スタンドにおいて本発明によるレベリング制御を実施するようにしている。
【００２２】
本発明法では、任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間において、前記張力測定用ロール２で検出される鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2（以下、説明の便宜上、これらを総称して「差張力Δｆ」という。）が零又は目標値以下となるように、ｉ番スタンドでレベリング制御（以下、このレベリング制御を、最終ｎスタンドで行われるレベリング制御と区別する意味で「レベリング制御（Ｌ1）」という。）を行うが、このレベリング制御（Ｌ1）は、（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでの任意の時期に行われ、且つ（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでに、すなわち鋼帯Ｓの尾端部が（ｉ−１）番スタンドを抜けるまでに終了する。
【００２３】
通常、（ｉ−１）番スタンドにて鋼帯Ｓの尾端部の圧延を完了する際には、（ｉ−１）番スタンドとｉ番スタンド間の張力は零となるように制御するのが通常である。これは、（ｉ−１）番スタンドとｉ番スタンド間において張力が作用した状態で（ｉ−１）番スタンドでの圧延を完了した場合、スタンド間張力が圧延完了に伴い瞬間的に開放されるため、鋼帯Ｓの尾端部が跳ね上がる等の通板トラブルが生じる恐れがあるからである。したがって、本発明によるスタンド間の差張力Δｆを利用したレベリング制御（Ｌ1）が適用できる範囲は、必然的にスタンド間張力が安定的に付与されている期間に限られることになり、ｉ番スタンドでのレベリング制御（Ｌ1）は、（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでに、すなわち鋼帯Ｓの尾端部が（ｉ−１）番スタンドを抜けるまでに終了する必要がある。
【００２４】
本発明法では、上記レベリング制御（Ｌ1）を、下流側のスタンドほど早いタイミングで開始するとともに、レベリング制御（Ｌ1）を開始したｉ番スタンドにおいて、ｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の差張力Δｆが零又は目標値以下となった後、すなわちｉ番スタンドでのレベリング操作量が飽和した後、その上流側の（ｉ−１）番スタンドでの前記レベリング制御（Ｌ1）を開始するものである。
ここで、レベリング制御（Ｌ1）を行うことができる最も下流側のスタンドは、当然のことながら（ｎ−１）番スタンドである。最終ｎ番スタンドのレべリング制御については後述する。
【００２５】
本発明において、レベリング制御（Ｌ1）を下流側のスタンド→上流側のスタンドの順で開始するのは、ｉ番スタンドでｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の差張力Δｆに基づくレベリング設定を正しく行うには、（ｉ＋１）番スタンドを含む下流側スタンドでのレベリング設定が適正になされることが前提となるからである。すなわち、ｉ番スタンドにおけるレベリング操作を実施した場合、ｉ番スタンド出側での左右板厚差が変化し、その変化点は出側圧延速度で下流側スタンドに伝播する。上流側スタンドにおけるレベリング操作によって下流側スタンド（ｉ＋１、ｉ＋２、・・）の圧延現象における入力条件が変化する。このため、本発明のようにレベリング制御（Ｌ1）を下流側のスタンド→上流側のスタンドの順で開始しない場合（制御開始順序を考慮しない場合）には、ｉ番スタンドでのレベリング制御において、下流側スタンド（ｉ＋１、ｉ＋２・・）での不適なレベリング設定の影響で正しいレベリング設定ができず、下流側スタンドにおける蛇行挙動を変動させ、結果として、タンデム圧延機全体での蛇行を誘発するおそれがある。これに対して本発明においては、ｉ番スタンドでレベリング制御（Ｌ1）を開始する際には、その下流側の（ｉ＋１）番スタンド、（ｉ＋２）番スタンド・・でのレベリング制御は既に開始され且つレベリング操作量が飽和した状態であるため、これら上流側の条件変化に対応して、タンデム圧延機全体として適正なレベリング制御を実施することができる。
【００２６】
また、最終ｎ番スタンドでの圧延は、板厚が薄いという点では蛇行が生じやすいと言えるが、実際にはロールギャップのバランスがさほど崩れておらず、比較的安定である。圧延機が熱延仕上圧延機の場合、仕上圧延機の最終ｎ番スタンドは熱間圧延ラインにおける最終圧延スタンドであり、同スタンド出側においては製品寸法や形状を顧客の要求仕様内に収まるように制御する必要がある。通常、仕上圧延機の出側直近には板幅方向の板厚プロファイルを測定可能なX線厚み計が設置されており、同情報に基づくロールギャップ制御が実施されている。左右のロールギャップのバランス、つまり左右製品板厚差に関しても、直前のスタンドである仕上圧延機の最終ｎ番スタンドにおいて、左右板厚差が解消するようにオペレータがロールギャップのバランス調製を実施することが多い。
【００２７】
さらに、最終ｎ番スタンドの下流側は、冷却設備を有する百メートル以上のテーブルロール列、巻取り設備となるが、最終ｎ番スタンドにおけるロールバランスが不適の場合には、板の蛇行が生じ、コイル巻き取り形状が筍状となる品質不良や、巻取り設備に付随するサイドガイドでの先端突っ掛けトラブル等の通板トラブルが発生する。このため、同テーブルロール列における板先端の直進性の観点からも左右ロールギャップのバランス調整を実施するため、仕上圧延機の最終ｎ番スタンドのロールギャップバランスが極端に崩れることは稀である。
したがって、最終ｎ番スタンドでの圧延は、レベリング制御の形態がどのようなものであっても適切な制御がなされていれば、大きな問題はない。しかし、より適切な蛇行制御を行うためには、以下に述べるように（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間での差張力Δｆを参照し、レベリング制御を行うことが好ましい。
【００２８】
最終ｎ番スタンドでの圧延が開始されてから（ｎ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでの任意の時期において、最終ｎ番スタンドにおけるロールギャップバランスが極端に崩れている場合、最終ｎ番スタンドのバイト直下ではロールギャップが広い側に板が蛇行しようとする板挙動を、（ｎ−１）番スタンドの圧延バイト部において拘束するため、最終ｎ番スタンドのロールギャップが広い側のスタンド間張力が大きくなる。このため、最終ｎ番スタンドにおいても（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間での差張力Δｆを解消する方向にロールギャップバランスを修正することができる。
【００２９】
但し、最終ｎ番スタンドにおいては、レベリング制御（Ｌ1）を、（ｎ−１）番スタンドよりも早いタイミングで開始するとともに、最終ｎ番スタンドの制御ゲインを（ｎ−１）番スタンドの３〜５倍程度大きい値とするのが望ましい。これは、最終ｎ番スタンドと（ｎ−１）番スタンドでそれぞれ同じ左右ロールギャップ差の存在を仮定した場合、一般的には（ｎ−１）番スタンドでのロールギャップ差が差張力Δｆに及ぼす影響が、最終ｎ番スタンドでのそれに対して３〜５倍程度大きいことによるものである。
【００３０】
また、（ｎ−１）番スタンド以前のレベリング制御と異なり、最終ｎ番スタンドのレベリング制御開始後、前記差張力Δｆが零又は目標値以下となった後に、その上流側の（ｎ−１）番スタンドでの前記レベリング制御を開始する、とした制御開始タイミングは適用できない。このため、最終ｎ番スタンドにおけるレベリング制御が飽和するのに十分な所定時間経過した後に、（ｎ−１）番スタンドのレベリング制御を開始する等、時間的なタイムラグを設ければよい。
同手法により、下流側に差張力Δｆの測定手段を有さない最終ｎ番スタンドにおいても、上流側（ｎ−１）番スタンドとバランスを取りつつ、ロールギャップを解消する方向に制御可能となる。
【００３１】
図５は、本発明の一実施形態における制御開始時のフロー図である。コイラ巻取りが開始されて、スタンド間張力が安定化した後、最終ｎ番スタンドのレベリング制御を開始する。この時、差張力計の故障または制御ゲインチューニング前の過大な設定等により、レベリング制御量が異常に過大となり、逆に通板トラブルを誘発するような事態を防止するため、レベリング操作量にリミッタを設けることが望ましい。同リミッタ値は圧延ラインの操業状況に応じて設定すればよく、同ケースでは５００μｍ程度に設定しておくとよい。所定時間後、（ｎ−１）番スタンド（＝６番スタンド）と最終ｎ番スタンド（＝７番スタンド）間の差張力Δｆが零又は目標値以下となるように（ｎ−１）番スタンドにおけるレベリング制御を開始する。以上の制御により、最終ｎ番スタンド及び（ｎ−１）番スタンドのレベリングは、両スタンド間の差張力Δｆが零又は目標値以下となるように適正に制御される。以降、（ｎ−２）番スタンド、（ｎ−３）番スタンドの順で同様のレベリング制御、すなわち、ｉ番スタンド及び（ｉ＋１）番スタンド間の差張力Δｆが零又は目標値以下となるように、ｉ番スタンドでのレベリング制御を順次開始する。
【００３２】
図６は、制御終了時のフロー図であり、本発明においては、スタンド間張力を開放するタイミングよりも早いタイミング、つまり（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了する（すなわち、鋼帯の尾端部が（ｉ−１）番スタンドを抜ける）までのタイミングにおいてｉ番スタンドでのレベリング制御を終了させる。例えば、（ｉ−２）番スタンドと（ｉ−１）番スタンド間に鋼帯の尾端部が到達したタイミングにおいて、ｉ番スタンドにおけるレベリング制御を終了させる。
【００３３】
図７（ａ），（ｂ）は、本発明によるスタンド毎の制御開始順序を考慮した場合の通板挙動を示す概念図である。図１１に示す従来技術のように、制御開始順序を考慮しない場合には、レベリング制御を行うｉ番スタンドの下流側スタンドでの不適なレベリング設定によって、タンデム圧延機全体の蛇行が助長されるという問題があるのに対し、本発明のように、下流側のスタンドから蛇行制御を開始していくことにより、タンデム圧延機全体のレベリングを適正に制御でき、鋼帯の尾端部における蛇行トラブルを事前に予防することができる。
【００３４】
本発明法は、タンデム式の熱間仕上圧延機による熱延鋼帯の圧延に特に好適な方法であるが、その他に、冷間圧延ラインにおける鋼帯の圧延にも適用することができ、熱延鋼帯の圧延と同様、タンデム冷間圧延ラインでの鋼帯の蛇行防止に有効である。特に冷延鋼帯の圧延においては、タンデム圧延機を構成する各スタンド間の単位面積あたりの張力が大きいため、左右ロールギャップ差による板の不安定な挙動が熱延の場合よりも顕在化しにくい。つまり、左右ロールギャップ差の検知手段に乏しいため、ミル定数の変動等、圧延機側の異常によるギャップ差が発生した場合にも検知が遅れ、通板トラブルを誘発する可能性がある。したがって、差張力により圧延時のロールギャップバランスを判定する本発明は、冷間圧延にも大変有効な手段となり得る。
【実施例】
【００３５】
タンデム式熱間仕上圧延機において、本発明法と従来法により熱延鋼帯の圧延を行った。本発明法では、熱間仕上圧延機の全７スタンドのうち、３番スタンド〜７番スタンドの各スタンド間（全４箇所のスタンド間）に、張力測定用ロールを配置した。この張力測定用ロールは、作業側・駆動側のロールチョックに設置したロードセルにより、鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の反力を作業側・駆動側それぞれ独立に検出し、板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1を検出することができる。
【００３６】
本発明法と従来法（レベリング制御なし）により、同じ操業条件（最終スタンド出側板厚ｈ０＝１．２ｍｍ、板巾ｂ＝１２００ｍｍ）で連続して２本のコイルの圧延を行った。
本発明法では、コイラ巻取りを開始して、スタンド間張力が安定化した後、６番スタンド−７番スタンド間の作業側・駆動側の左右差Δｆ1が零となるように７番スタンド（＝最終スタンド）のレベリング制御を開始した。７番スタンドにおけるレベリング操作量が飽和した後、６番スタンド−７番スタンド間の左右差Δｆ1が零となるように、６番スタンドにおけるレベリング制御を開始した。以降、５番スタンド、４番スタンド、３番スタンドの順で同様のレベリング制御、すなわち、ｉ番スタンド及び（ｉ＋１）番スタンド間の左右差Δｆ1が零となるように、ｉ番スタンドでのレベリング制御を順次開始した。また、（ｉ−２）番スタンドと（ｉ−１）番スタンド間に鋼帯の尾端部が到達したタイミングにおいて、ｉ番スタンドにおけるレベリング制御を終了させた。
【００３７】
図８に、従来法（図８（Ａ））と本発明法（図８（Ｂ））について、最尾端圧延タイミング近傍の各スタンド間におけるオフセンタ量と差張力のデータを示す。スタンド間におけるオフセンタ量は、スタンド間に設置してある板幅検出センサに基づくオフセンタ量であり、板幅検出センサが設置されていないスタンド間については、スタンド間上部に設置したカメラ映像からオフセンタ量を検出した。
【００３８】
従来法では、圧延前の圧延機のレベリング零調において、作業側・駆動側の上下ワークロールギャップの左右バランスを調整した上で圧延を開始する。但し、圧延機の機械関連のガタ、腐食等による圧延機剛性の作業側・駆動側の左右差などの様々な左右非対称要因が存在することから、上記レベリング零調はあくまで初期レベリングとしての指標として活用されており、実際の圧延においては、オペレータが先端及び尾端における曲がり及び板形状（片伸び）を目視にて確認し、これらが左右バランスするように経験的にレベリング設定値を決定しているのが現状である。
【００３９】
図８（Ａ）に示す従来法（制御なし）では、最終スタンド及び６番スタンドにおいて、鋼帯尾端部は大きく作業側にオフセンタしており、さらに蛇行が発散した場合には、絞りトラブルに至るほどの蛇行状態であった。これに対して、図８（Ｂ）に示す本発明法では、蛇行制御を尾端部の前段階にあたる圧延定常部から実施することにより、差張力Δｆは各スタンドとも零に漸近するように安定的に制御され、最尾端における蛇行予防効果が確認できた。
【符号の説明】
【００４０】
１ 圧延スタンド
２ 張力測定用ロール
３ 保持アーム
４ ロードセル
２０ セグメント
Ｓ 鋼帯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンデム圧延機による鋼帯の圧延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、熱間連続圧延等の分野においては、ペアクロスロール圧延機など各種のクラウン制御ミルが実用化された結果、板クラウンのない平坦な鋼帯を安定して製造できるようになってきた。しかしながら、板クラウンが小さくなった分だけ圧延中に鋼帯が蛇行しやすくなり、特に被圧延材（以下、「熱延鋼帯」を例に説明する）の尾端部が尻抜けする際に、熱延鋼帯がサイドガイドに衝突して倒れ込んで圧延される、いわゆる絞り込みが発生するという新たな問題が生じている。仕上圧延機における熱延鋼帯の尾端部通板性向上は、稼動率向上およびロール原単位向上のために、非常に重要な課題である。
【０００３】
圧延機における鋼帯の蛇行現象は、一般的に２階積分特性を持つと言われている。図９はその物理的解釈を示したもので、図９（Ａ）は、鋼帯の尾端がワークロールを抜ける瞬間を上方から見た図である。例えば、鋼帯が蛇行した場合、図９（Ｂ）に示すように鋼帯が寄った側の圧延荷重が一方よりも高くなるため、ロール開度が一方よりも広くなる。当然、ロールギャップの狭い側は他方よりも薄く圧延されるため、圧延方向に長く伸ばされ、通板速度は他方よりも遅くなる。このため、鋼帯は図９（Ａ）に示すように圧延部を境界にくの字型に折れ曲がることになる。一旦、鋼帯が曲がると、そこから後方の蛇行量は時間とともに増大する。これにより、図９（Ｂ）に示すように、板道がロールセンタから外れると、鋼帯が曲がった方向（図９（Ｂ）では右方向）のミル伸びが増大してロールギャップが開き、図９（Ｃ）に示すように、さらにたわみを助長することで、時間の２乗に比例した蛇行量が発生する。
【０００４】
こうした問題を回避するための代表的な鋼帯の蛇行制御技術は、図１０に示すように圧延機の圧延荷重の左右差Pdfにより発生する左右ロール開度差Sdfを打ち消すように、比例制御でレベリング修正量SLを動かす蛇行制御（平行剛性制御）である。図１０において、αは制御ゲイン（０〜１）、Ｍは平行剛性である。この蛇行制御技術は、圧延機の圧下装置（スクリュー、油圧シリンダ等）のレベリング修正量SLを、下記の（i）式に従い蛇行を抑制する方向に制御する方法（一般にレベリング操作と呼ぶ）である。なお、下記（i）〜（iii）式において、αは制御ゲイン、Pdfは圧延荷重の左右差（以下、「差荷重Pdf」という）、Sdfは左右ロールの開度差、Ｍは平行剛性または左右剛性、Ｌは左右圧下装置間距離、ｙｃは圧延ラインの幅方向中心に対する熱延鋼帯の幅中央のずれ量（以下、単に「蛇行量ｙｃ」という）を示す。
【０００５】
平行剛性または左右剛性Ｍは、下記（ii）式に示すように、差荷重Pdfと圧下装置位置での左右ロール開度差Sdfの比で表される。また、蛇行量ｙｃと差荷重Pdfとの関係は、下記（iii）式のように表される。つまり、平行剛性Ｍが高い圧延機では、差荷重Pdfによる左右ロール開度差Sdfが生じにくいこと、また、下記（iii）式に示す関係から、鋼帯の蛇行量ｙｃによって発生する差荷重Pdfに起因した左右ロール開度差Sdfも生じにくいことになる。
SL＝−α（Pdf／Ｍ） …（i）
Ｍ＝Pdf／Sdf …（ii）
ｙｃ＝（Pdf・Ｌ）／２Ｐ＝（Sdf・Ｌ）／（２Ｐ・Ｍ） …（iii）
【０００６】
上記（iii）式に示すように鋼帯の蛇行量ｙｃと差荷重Pdfとは比例関係にあるが、実際の圧延においては、差荷重を発生させる要因が他にも多数存在する。例えば、鋼帯の左右板厚差、左右温度差（≒左右塑性定数差）、圧延機の腐食および磨耗劣化に伴う左右バネ定数差、ワークロールとバックアップロールの平行度ズレによるロール間スラスト力等がそれにあたる。全ての差荷重の要因をモニタするためには、各要因に対応して複数のセンサが必要となり、これに伴う多額の導入コスト、メンテナンスコストが発生する。また、上記（iii）式に示す蛇行量ｙｃは上下ワークロールに挟まれた被圧延領域におけるものであり、例えば、蛇行センサを設ける場合には、必然的にワークロールとの干渉を避けるために、被圧延領域から数メートル退避した位置に設置することが必要となるため、被圧延領域における蛇行量ｙｃを直接測定することは困難である。
【０００７】
以上の理由により、複数の差荷重要因の中から蛇行量ｙｃによる差荷重のみを抽出することは事実上困難であり、全ての要因の総和である差荷重Pdfに基づく圧下位置制御を行う必要があった。したがって、圧延時に発生する差荷重Pdfが全て蛇行量ｙｃに起因するものと仮定して蛇行制御を行った場合、他要因による差荷重変動によって圧下位置制御が過制御となり、逆に絞り込みトラブルを助長させてしまうケースが発生するため、現状の制御ゲインαは圧延条件に応じて低めに設定せざるを得ず、このため、尾端蛇行による絞り込みトラブルを完全に解消できないという問題があった。
【０００８】
上記技術は、ｉ番スタンド（＝自スタンド）での圧延時に発生した尾端蛇行を同ｉ番スタンドにおけるレベリング制御にて蛇行制御する手法であるが、その上流側の（ｉ−１）番スタンドが圧延を完了する前段階（以下、「圧延定常部」という）において、レベリングを最適に設定しておくことで、尾端蛇行を予防することも有効であることは容易に想像できる。
但し、上記技術を応用し、圧延定常部において蛇行量ｙｃによる差荷重Pdfに基づいてレベリングを最適に設定することは現実には困難であった。タンデム圧延の圧延定常部においては、前後スタンドが圧延状態にあることによる鋼帯の拘束に加え、任意のｉ番スタンド（＝自スタンド）前後のスタンド間板張力による蛇行抑制効果が存在する。このため、仮に圧延定常部において、ｉ番スタンドのレベリングが尾端蛇行を誘発する不適な条件であった場合でも、レベリングによる左右非対称性が蛇行量ｙｃとして顕在化しない。このため、不適なレベリング設定が顕在化するのは（ｉ−１）番スタンドの圧延が完了し、尾端蛇行が顕在化した時であるため、顕在化した時にはすでに手遅れとなり、絞りトラブルが発生するケースが多い。また、上述のように、従来技術である差荷重Pdfに基づくレベリング制御は、蛇行量に起因した差荷重に基づくものであり、蛇行が顕在化しない圧延定常部への適用は困難であった。
【０００９】
これらを解決する手段として、特許文献１では、圧延ロールと平行な状態に回動自在に支持される張力測定用ロールを任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間に配置し、鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の反力について、板幅方向での鉛直方向反力の左右差を検出し、鋼帯の尾端部が（ｉ−２）番スタンドと（ｉ−１）番スタンド間に至る所定の時期より制御安定化所要時間以上前から、その鉛直方向反力の左右差が目標値となるように、ｉ番スタンドにおけるレベリング制御を実施し、さらに前記所定の時期と同時か或いはそれ以降鋼帯の尾端部が（ｉ−１）番スタンドを尻抜けするまでにその制御をロックし、また、尾端部については、従来の差荷重Pdfに基づくレベリング制御を実施するようにした圧延方法が提案されている。また、特許文献２では、板幅方向で複数に分割された張力測定用ロールを用いて、板幅方向の反力分布を検出し、各分割ロールで個別に検出した反力から鋼帯の蛇行量を求めるとともに、検出した反力及び前記蛇行量から鋼帯の板形状を求め、前記蛇行量及び板形状に基づいて鋼帯の蛇行及び形状を制御するようにした圧延方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平７−９６１２４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４６７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１は、少なくとも４スタンドからなる熱間仕上圧延機の最終スタンドを除き且つ上流から３番スタンド以降のスタンドに関するレベリング制御方法を開示し、また、特許文献２は、スタンド数に言及のない圧延機におけるレベリング制御方法を開示するものであるが、スタンドが複数存在するタンデム圧延においては、ｉ番スタンド（＝自スタンド）に関するレベリング制御手法だけでなく、複数のスタンド間（特に前後スタンド間）の相互作用を考慮する必要がある。
【００１２】
特許文献１の方法では、図１１に示すように、下流側の（ｉ＋１）番スタンドにおけるレベリングが不適であった場合でも、ｉ番スタンド（＝自スタンド）と（ｉ＋１）番スタンド間の鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向反力の左右差が目標値となるように制御するため、ｉ番スタンドのレベリングは下流側の（ｉ＋１）番スタンドの不適なレベリングに準ずる方向に制御され、このため、タンデム圧延機群全体としてはむしろ蛇行が誘発されてしまうおそれがある。つまり、従来技術に示されるレベリング制御をｉ番スタンド（＝自スタンド）で適正に実施するには、下流側の（ｉ＋１）番スタンドのレベリングが適正であることが前提となるが、特許文献１の方法にはそのような前提がなく、したがって、特許文献１の方法では蛇行トラブルを予防することができず、逆に蛇行トラブルがより誘発され易くなるおそれがある。
また、特許文献２についても、特許文献１と同様、前後スタンドの相互作用には言及しておらず、下流側の（ｉ＋１）番スタンドのレベリングが不適である場合には、ｉ番スタンド（＝自スタンド）における蛇行を誘発する恐れがある。
【００１３】
また、タンデム圧延機の構造に由来する根本的な問題として、タンデム圧延機の最終ｎ番スタンドの下流側には、各種センサ（板厚計、温度計）が設置されることに加え、冷却設備を有する百メートル以上のテーブルロール列が配置されるため、張力測定用ロールの配置は困難であり、このため最終ｎ番スタンドにおいて上記のようなレベリング制御を行うことは困難である。
したがって本発明の目的は、上記のような従来技術の課題を解決し、圧延定常部から尾端部に至るまでの圧延全長において、安定した蛇行制御を行うことができる鋼帯の圧延方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の特徴は、以下のとおりである。
［1］１〜ｎ番スタンド（但し、ｎ≧３）からなるタンデム圧延機の連続した２以上のスタンド間で、圧延ロールと平行に配置された張力測定用ロールを鋼帯に接触させ、鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の反力について、板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出し、（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでの任意の時期に、任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となるように、ｉ番スタンドでレベリング制御を行うとともに、該レベリング制御を（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでに終了させる鋼帯の圧延方法であって、前記レベリング制御を、下流側のスタンドほど早いタイミングで開始するとともに、レベリング制御を開始したｉ番スタンドにおいて、ｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となった後に、その上流側の（ｉ−１）番スタンドでの前記レベリング制御を開始することを特徴とする鋼帯の圧延方法。
【００１５】
［2］上記［1］の圧延方法において、少なくとも、最終ｎ番スタンド、（ｎ−１）番スタンド、（ｎ−２）番スタンドの各間で、張力測定用ロールにより板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出し、（ｎ−１）番スタンドと（ｎ−２）番スタンドにおいて、（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間、（ｎ−２）番スタンドと（ｎ−１）番スタンド間で、それぞれ前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となるようにレベリング制御を行うことを特徴とする鋼帯の圧延方法。
［3］上記［1］又は［2］の圧延方法において、最終ｎ番スタンドにおいては、（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間で張力測定用ロールにより検出された板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を参照し、レベリング制御を行うことを特徴とする鋼帯の圧延方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの圧延方法を用いて鋼帯を製造することを特徴とする鋼帯の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鋼帯の尾端部において蛇行が顕在化する前の圧延定常部の段階においてレベリング設定を最適に実施することができるため、尾端部での蛇行を予防することができ、安定した蛇行制御を行うことで、絞りトラブルを生じることなく鋼帯を安定的に製造することができる。このため薄物の鋼帯の製造においても、良好な鋼帯形状の確保と安定通板を実現することができ、絞りトラブル抑制によるライン稼動率向上およびロール原単位向上を達成しつつ、優れた品質の鋼帯を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を熱間仕上圧延機（タンデム圧延機）による熱延鋼帯の圧延に適用した場合の一実施形態を模式的に示すもので、熱間仕上圧延機の側面図
【図２】図１の実施形態において、圧延スタンド間に配置される張力測定用ロールを示す側面図
【図３】図２中のＡ−Ａ線に沿う矢視図（張力測定用ロールを模式的に示す正面図）
【図４】本発明において使用する張力測定用ロールの他の実施形態を模式的に示す正面図
【図５】本発明の一実施形態における制御開始時のフロー図
【図６】本発明の一実施形態における制御終了時のフロー図
【図７】本発明の効果を説明するための図面
【図８】実施例の従来法と本発明法について、各スタンド間におけるオフセンタ量と差張力を示すチャート図
【図９】蛇行現象の物理的解釈を示す説明図
【図１０】蛇行に対する従来の平行剛性制御の考え方を説明するための説明図
【図１１】差張力に基づくレベリング制御を行う従来技術において、スタンド毎の制御開始順序を考慮しない場合の問題点を説明するための図面
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図３は、本発明を熱間仕上圧延機（タンデム圧延機）による熱延鋼帯の圧延に適用した場合の一実施形態を模式的に示したものであり、図１は熱間仕上圧延機の側面図、図２は圧延スタンド間に配置される張力測定用ロールを示す側面図、図３は図２中のＡ−Ａ線に沿う矢視図である。
本発明法は、３スタンド以上のタンデム圧延機で行われる鋼帯の圧延を対象とするものであり、本実施形態の熱間仕上圧延機は７基の圧延スタンド１から構成されている。本発明法では、タンデム圧延機の連続した２以上のスタンド間に、張力測定用ロール２を配し、鋼帯張力の板幅方向での左右差を検出する。具体的には、図５に示されるように、圧延ロールと平行に配置された張力測定用ロール２を鋼帯Ｓに接触させ、鋼帯Ｓの圧延方向張力によって張力測定用ロール２に負荷される鉛直方向の反力について、板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出するものである。
【００１９】
張力測定用ロール２は、所謂ルーパーロール式のものであり、パスラインの下方位置に圧延ロールと平行に配置され、保持アーム３により上下方向回動可能に保持されている。この張力測定用ロール２は、鋼帯Ｓにその板幅方向で接触し、鋼帯Ｓを下方から押し上げることにより、鋼帯Ｓの圧延方向張力によって鉛直方向の反力が負荷されるが、この鉛直方向の反力が圧延ロールの作業側と駆動側、すなわち張力測定用ロール２の両端側（板幅方向の両側）でそれぞれ独立に検出され、その差分すなわち鉛直方向反力の左右差Δｆ1が求められる。作業側・駆動側それぞれの鉛直方向反力を独立して検出する手法としては、張力測定用ロール２のロールチョックにロードセルを設置するロードセル方式、保持アーム３のアーム回転軸周りにトーションバーを設置するトーションバー方式などが一般的であるが、これらに限定されるものではない。なお、本実施形態の張力測定用ロール２は、ロードセル４を用いたロードセル方式を採用している。
【００２０】
また、張力測定用ロール２としては、図４に示されるように、ロールが板幅方向で複数のセグメント２０に分割され、各セグメント２０に負荷される鉛直方向の反力を各セグメント毎に独立に検出でき、これにより板幅方向の鉛直方向反力分布を検出できる機能を有するものでもよい。この張力測定用ロール２では、板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2が検出できる。なお、ロールを構成する各セグメント２０に作用する板幅方向の鉛直方向反力分布を検出する手法としては、ロードセル方式（例えば、特開平１０-３１４８２１号公報、特表２００３−５０４２１１号公報参照）、エアベアリング方式（例えば、特開２００４−３０９１４２号公報参照）、トルクメータ方式（例えば、特開２００６−３４６７１４号公報参照）等があるが、いずれの方式でもよい。
【００２１】
張力測定用ロール２をどのスタンド間に配置するかは基本的には任意であるが、鋼帯Ｓの蛇行は下流側スタンド（圧延機後段側のスタンド）で生じやすいので、少なくとも、最終ｎ番スタンド、（ｎ−１）番スタンド、（ｎ−２）番スタンドの各間に張力測定用ロール２を配置し、少なくとも（ｎ−１）番スタンドと（ｎ−２）番スタンドにおいて本発明によるレベリング制御を実施するのが好ましい。
また、７スタンド以上の圧延機の場合には、４番スタンド以降で鋼帯Ｓの蛇行が生じやすいので、本実施形態では、４番スタンド（＝（ｎ−３）番スタンド）、５番スタンド（＝（ｎ−２）番スタンド）、６番スタンド（＝（ｎ−１）番スタンド）、最終ｎ番スタンドの各間に張力測定用ロール２を配置し、４番スタンド〜６番スタンドの３スタンドにおいて本発明によるレベリング制御を実施するようにしている。
【００２２】
本発明法では、任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間において、前記張力測定用ロール２で検出される鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2（以下、説明の便宜上、これらを総称して「差張力Δｆ」という。）が零又は目標値以下となるように、ｉ番スタンドでレベリング制御（以下、このレベリング制御を、最終ｎスタンドで行われるレベリング制御と区別する意味で「レベリング制御（Ｌ1）」という。）を行うが、このレベリング制御（Ｌ1）は、（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでの任意の時期に行われ、且つ（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでに、すなわち鋼帯Ｓの尾端部が（ｉ−１）番スタンドを抜けるまでに終了する。
【００２３】
通常、（ｉ−１）番スタンドにて鋼帯Ｓの尾端部の圧延を完了する際には、（ｉ−１）番スタンドとｉ番スタンド間の張力は零となるように制御するのが通常である。これは、（ｉ−１）番スタンドとｉ番スタンド間において張力が作用した状態で（ｉ−１）番スタンドでの圧延を完了した場合、スタンド間張力が圧延完了に伴い瞬間的に開放されるため、鋼帯Ｓの尾端部が跳ね上がる等の通板トラブルが生じる恐れがあるからである。したがって、本発明によるスタンド間の差張力Δｆを利用したレベリング制御（Ｌ1）が適用できる範囲は、必然的にスタンド間張力が安定的に付与されている期間に限られることになり、ｉ番スタンドでのレベリング制御（Ｌ1）は、（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでに、すなわち鋼帯Ｓの尾端部が（ｉ−１）番スタンドを抜けるまでに終了する必要がある。
【００２４】
本発明法では、上記レベリング制御（Ｌ1）を、下流側のスタンドほど早いタイミングで開始するとともに、レベリング制御（Ｌ1）を開始したｉ番スタンドにおいて、ｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の差張力Δｆが零又は目標値以下となった後、すなわちｉ番スタンドでのレベリング操作量が飽和した後、その上流側の（ｉ−１）番スタンドでの前記レベリング制御（Ｌ1）を開始するものである。
ここで、レベリング制御（Ｌ1）を行うことができる最も下流側のスタンドは、当然のことながら（ｎ−１）番スタンドである。最終ｎ番スタンドのレべリング制御については後述する。
【００２５】
本発明において、レベリング制御（Ｌ1）を下流側のスタンド→上流側のスタンドの順で開始するのは、ｉ番スタンドでｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の差張力Δｆに基づくレベリング設定を正しく行うには、（ｉ＋１）番スタンドを含む下流側スタンドでのレベリング設定が適正になされることが前提となるからである。すなわち、ｉ番スタンドにおけるレベリング操作を実施した場合、ｉ番スタンド出側での左右板厚差が変化し、その変化点は出側圧延速度で下流側スタンドに伝播する。上流側スタンドにおけるレベリング操作によって下流側スタンド（ｉ＋１、ｉ＋２、・・）の圧延現象における入力条件が変化する。このため、本発明のようにレベリング制御（Ｌ1）を下流側のスタンド→上流側のスタンドの順で開始しない場合（制御開始順序を考慮しない場合）には、ｉ番スタンドでのレベリング制御において、下流側スタンド（ｉ＋１、ｉ＋２・・）での不適なレベリング設定の影響で正しいレベリング設定ができず、下流側スタンドにおける蛇行挙動を変動させ、結果として、タンデム圧延機全体での蛇行を誘発するおそれがある。これに対して本発明においては、ｉ番スタンドでレベリング制御（Ｌ1）を開始する際には、その下流側の（ｉ＋１）番スタンド、（ｉ＋２）番スタンド・・でのレベリング制御は既に開始され且つレベリング操作量が飽和した状態であるため、これら上流側の条件変化に対応して、タンデム圧延機全体として適正なレベリング制御を実施することができる。
【００２６】
また、最終ｎ番スタンドでの圧延は、板厚が薄いという点では蛇行が生じやすいと言えるが、実際にはロールギャップのバランスがさほど崩れておらず、比較的安定である。圧延機が熱延仕上圧延機の場合、仕上圧延機の最終ｎ番スタンドは熱間圧延ラインにおける最終圧延スタンドであり、同スタンド出側においては製品寸法や形状を顧客の要求仕様内に収まるように制御する必要がある。通常、仕上圧延機の出側直近には板幅方向の板厚プロファイルを測定可能なX線厚み計が設置されており、同情報に基づくロールギャップ制御が実施されている。左右のロールギャップのバランス、つまり左右製品板厚差に関しても、直前のスタンドである仕上圧延機の最終ｎ番スタンドにおいて、左右板厚差が解消するようにオペレータがロールギャップのバランス調製を実施することが多い。
【００２７】
さらに、最終ｎ番スタンドの下流側は、冷却設備を有する百メートル以上のテーブルロール列、巻取り設備となるが、最終ｎ番スタンドにおけるロールバランスが不適の場合には、板の蛇行が生じ、コイル巻き取り形状が筍状となる品質不良や、巻取り設備に付随するサイドガイドでの先端突っ掛けトラブル等の通板トラブルが発生する。このため、同テーブルロール列における板先端の直進性の観点からも左右ロールギャップのバランス調整を実施するため、仕上圧延機の最終ｎ番スタンドのロールギャップバランスが極端に崩れることは稀である。
したがって、最終ｎ番スタンドでの圧延は、レベリング制御の形態がどのようなものであっても適切な制御がなされていれば、大きな問題はない。しかし、より適切な蛇行制御を行うためには、以下に述べるように（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間での差張力Δｆを参照し、レベリング制御を行うことが好ましい。
【００２８】
最終ｎ番スタンドでの圧延が開始されてから（ｎ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでの任意の時期において、最終ｎ番スタンドにおけるロールギャップバランスが極端に崩れている場合、最終ｎ番スタンドのバイト直下ではロールギャップが広い側に板が蛇行しようとする板挙動を、（ｎ−１）番スタンドの圧延バイト部において拘束するため、最終ｎ番スタンドのロールギャップが広い側のスタンド間張力が大きくなる。このため、最終ｎ番スタンドにおいても（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間での差張力Δｆを解消する方向にロールギャップバランスを修正することができる。
【００２９】
但し、最終ｎ番スタンドにおいては、レベリング制御（Ｌ1）を、（ｎ−１）番スタンドよりも早いタイミングで開始するとともに、最終ｎ番スタンドの制御ゲインを（ｎ−１）番スタンドの３〜５倍程度大きい値とするのが望ましい。これは、最終ｎ番スタンドと（ｎ−１）番スタンドでそれぞれ同じ左右ロールギャップ差の存在を仮定した場合、一般的には（ｎ−１）番スタンドでのロールギャップ差が差張力Δｆに及ぼす影響が、最終ｎ番スタンドでのそれに対して３〜５倍程度大きいことによるものである。
【００３０】
また、（ｎ−１）番スタンド以前のレベリング制御と異なり、最終ｎ番スタンドのレベリング制御開始後、前記差張力Δｆが零又は目標値以下となった後に、その上流側の（ｎ−１）番スタンドでの前記レベリング制御を開始する、とした制御開始タイミングは適用できない。このため、最終ｎ番スタンドにおけるレベリング制御が飽和するのに十分な所定時間経過した後に、（ｎ−１）番スタンドのレベリング制御を開始する等、時間的なタイムラグを設ければよい。
同手法により、下流側に差張力Δｆの測定手段を有さない最終ｎ番スタンドにおいても、上流側（ｎ−１）番スタンドとバランスを取りつつ、ロールギャップを解消する方向に制御可能となる。
【００３１】
図５は、本発明の一実施形態における制御開始時のフロー図である。コイラ巻取りが開始されて、スタンド間張力が安定化した後、最終ｎ番スタンドのレベリング制御を開始する。この時、差張力計の故障または制御ゲインチューニング前の過大な設定等により、レベリング制御量が異常に過大となり、逆に通板トラブルを誘発するような事態を防止するため、レベリング操作量にリミッタを設けることが望ましい。同リミッタ値は圧延ラインの操業状況に応じて設定すればよく、同ケースでは５００μｍ程度に設定しておくとよい。所定時間後、（ｎ−１）番スタンド（＝６番スタンド）と最終ｎ番スタンド（＝７番スタンド）間の差張力Δｆが零又は目標値以下となるように（ｎ−１）番スタンドにおけるレベリング制御を開始する。以上の制御により、最終ｎ番スタンド及び（ｎ−１）番スタンドのレベリングは、両スタンド間の差張力Δｆが零又は目標値以下となるように適正に制御される。以降、（ｎ−２）番スタンド、（ｎ−３）番スタンドの順で同様のレベリング制御、すなわち、ｉ番スタンド及び（ｉ＋１）番スタンド間の差張力Δｆが零又は目標値以下となるように、ｉ番スタンドでのレベリング制御を順次開始する。
【００３２】
図６は、制御終了時のフロー図であり、本発明においては、スタンド間張力を開放するタイミングよりも早いタイミング、つまり（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了する（すなわち、鋼帯の尾端部が（ｉ−１）番スタンドを抜ける）までのタイミングにおいてｉ番スタンドでのレベリング制御を終了させる。例えば、（ｉ−２）番スタンドと（ｉ−１）番スタンド間に鋼帯の尾端部が到達したタイミングにおいて、ｉ番スタンドにおけるレベリング制御を終了させる。
【００３３】
図７（ａ），（ｂ）は、本発明によるスタンド毎の制御開始順序を考慮した場合の通板挙動を示す概念図である。図１１に示す従来技術のように、制御開始順序を考慮しない場合には、レベリング制御を行うｉ番スタンドの下流側スタンドでの不適なレベリング設定によって、タンデム圧延機全体の蛇行が助長されるという問題があるのに対し、本発明のように、下流側のスタンドから蛇行制御を開始していくことにより、タンデム圧延機全体のレベリングを適正に制御でき、鋼帯の尾端部における蛇行トラブルを事前に予防することができる。
【００３４】
本発明法は、タンデム式の熱間仕上圧延機による熱延鋼帯の圧延に特に好適な方法であるが、その他に、冷間圧延ラインにおける鋼帯の圧延にも適用することができ、熱延鋼帯の圧延と同様、タンデム冷間圧延ラインでの鋼帯の蛇行防止に有効である。特に冷延鋼帯の圧延においては、タンデム圧延機を構成する各スタンド間の単位面積あたりの張力が大きいため、左右ロールギャップ差による板の不安定な挙動が熱延の場合よりも顕在化しにくい。つまり、左右ロールギャップ差の検知手段に乏しいため、ミル定数の変動等、圧延機側の異常によるギャップ差が発生した場合にも検知が遅れ、通板トラブルを誘発する可能性がある。したがって、差張力により圧延時のロールギャップバランスを判定する本発明は、冷間圧延にも大変有効な手段となり得る。
【実施例】
【００３５】
タンデム式熱間仕上圧延機において、本発明法と従来法により熱延鋼帯の圧延を行った。本発明法では、熱間仕上圧延機の全７スタンドのうち、３番スタンド〜７番スタンドの各スタンド間（全４箇所のスタンド間）に、張力測定用ロールを配置した。この張力測定用ロールは、作業側・駆動側のロールチョックに設置したロードセルにより、鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の反力を作業側・駆動側それぞれ独立に検出し、板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1を検出することができる。
【００３６】
本発明法と従来法（レベリング制御なし）により、同じ操業条件（最終スタンド出側板厚ｈ０＝１．２ｍｍ、板巾ｂ＝１２００ｍｍ）で連続して２本のコイルの圧延を行った。
本発明法では、コイラ巻取りを開始して、スタンド間張力が安定化した後、６番スタンド−７番スタンド間の作業側・駆動側の左右差Δｆ1が零となるように７番スタンド（＝最終スタンド）のレベリング制御を開始した。７番スタンドにおけるレベリング操作量が飽和した後、６番スタンド−７番スタンド間の左右差Δｆ1が零となるように、６番スタンドにおけるレベリング制御を開始した。以降、５番スタンド、４番スタンド、３番スタンドの順で同様のレベリング制御、すなわち、ｉ番スタンド及び（ｉ＋１）番スタンド間の左右差Δｆ1が零となるように、ｉ番スタンドでのレベリング制御を順次開始した。また、（ｉ−２）番スタンドと（ｉ−１）番スタンド間に鋼帯の尾端部が到達したタイミングにおいて、ｉ番スタンドにおけるレベリング制御を終了させた。
【００３７】
図８に、従来法（図８（Ａ））と本発明法（図８（Ｂ））について、最尾端圧延タイミング近傍の各スタンド間におけるオフセンタ量と差張力のデータを示す。スタンド間におけるオフセンタ量は、スタンド間に設置してある板幅検出センサに基づくオフセンタ量であり、板幅検出センサが設置されていないスタンド間については、スタンド間上部に設置したカメラ映像からオフセンタ量を検出した。
【００３８】
従来法では、圧延前の圧延機のレベリング零調において、作業側・駆動側の上下ワークロールギャップの左右バランスを調整した上で圧延を開始する。但し、圧延機の機械関連のガタ、腐食等による圧延機剛性の作業側・駆動側の左右差などの様々な左右非対称要因が存在することから、上記レベリング零調はあくまで初期レベリングとしての指標として活用されており、実際の圧延においては、オペレータが先端及び尾端における曲がり及び板形状（片伸び）を目視にて確認し、これらが左右バランスするように経験的にレベリング設定値を決定しているのが現状である。
【００３９】
図８（Ａ）に示す従来法（制御なし）では、最終スタンド及び６番スタンドにおいて、鋼帯尾端部は大きく作業側にオフセンタしており、さらに蛇行が発散した場合には、絞りトラブルに至るほどの蛇行状態であった。これに対して、図８（Ｂ）に示す本発明法では、蛇行制御を尾端部の前段階にあたる圧延定常部から実施することにより、差張力Δｆは各スタンドとも零に漸近するように安定的に制御され、最尾端における蛇行予防効果が確認できた。
【符号の説明】
【００４０】
１ 圧延スタンド
２ 張力測定用ロール
３ 保持アーム
４ ロードセル
２０ セグメント
Ｓ 鋼帯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜ｎ番スタンド（但し、ｎ≧３）からなるタンデム圧延機の連続した２以上のスタンド間で、圧延ロールと平行に配置された張力測定用ロールを鋼帯に接触させ、鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の反力について、板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出し、（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでの任意の時期に、任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となるように、ｉ番スタンドでレベリング制御を行うとともに、該レベリング制御を（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでに終了させる鋼帯の圧延方法であって、
前記レベリング制御を、下流側のスタンドほど早いタイミングで開始するとともに、レベリング制御を開始したｉ番スタンドにおいて、ｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となった後に、その上流側の（ｉ−１）番スタンドでの前記レベリング制御を開始することを特徴とする鋼帯の圧延方法。
【請求項２】
少なくとも、最終ｎ番スタンド、（ｎ−１）番スタンド、（ｎ−２）番スタンドの各間で、張力測定用ロールにより板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出し、（ｎ−１）番スタンドと（ｎ−２）番スタンドにおいて、（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間、（ｎ−２）番スタンドと（ｎ−１）番スタンド間で、それぞれ前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となるようにレベリング制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼帯の圧延方法。
【請求項３】
最終ｎ番スタンドにおいては、（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間で張力測定用ロールにより検出された板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を参照し、レベリング制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼帯の圧延方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの圧延方法を用いて鋼帯を製造することを特徴とする鋼帯の製造方法。
【請求項１】
１〜ｎ番スタンド（但し、ｎ≧３）からなるタンデム圧延機の連続した２以上のスタンド間で、圧延ロールと平行に配置された張力測定用ロールを鋼帯に接触させ、鋼帯の圧延方向張力によって張力測定用ロールに負荷される鉛直方向の反力について、板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出し、（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでの任意の時期に、任意のｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となるように、ｉ番スタンドでレベリング制御を行うとともに、該レベリング制御を（ｉ−１）番スタンドでの圧延が完了するまでに終了させる鋼帯の圧延方法であって、
前記レベリング制御を、下流側のスタンドほど早いタイミングで開始するとともに、レベリング制御を開始したｉ番スタンドにおいて、ｉ番スタンドと（ｉ＋１）番スタンド間の前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となった後に、その上流側の（ｉ−１）番スタンドでの前記レベリング制御を開始することを特徴とする鋼帯の圧延方法。
【請求項２】
少なくとも、最終ｎ番スタンド、（ｎ−１）番スタンド、（ｎ−２）番スタンドの各間で、張力測定用ロールにより板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を検出し、（ｎ−１）番スタンドと（ｎ−２）番スタンドにおいて、（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間、（ｎ−２）番スタンドと（ｎ−１）番スタンド間で、それぞれ前記左右差Δｆ1又は左右偏差Δｆ2が零又は目標値以下となるようにレベリング制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼帯の圧延方法。
【請求項３】
最終ｎ番スタンドにおいては、（ｎ−１）番スタンドと最終ｎ番スタンド間で張力測定用ロールにより検出された板幅方向での鉛直方向反力の左右差Δｆ1又は板幅方向での鉛直方向反力分布の左右偏差Δｆ2を参照し、レベリング制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼帯の圧延方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの圧延方法を用いて鋼帯を製造することを特徴とする鋼帯の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１１５９２（Ｐ２０１３−１１１５９２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８３６１（Ｐ２０１１−２５８３６１）
【出願日】平成２３年１１月２６日（２０１１．１１．２６）
【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６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２６日（２０１１．１１．２６）
【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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