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技術 棒線材圧延機の張力制御方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 田邉孝治清水健悦稲葉健一安達鋼治山崎義信赤石一則
出願日 2000年7月5日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 2000-203200
公開日 2002年1月22日 (18年11ヶ月経過) 公開番号 2002-018508
状態 特許登録済
技術分野 金属圧延一般 圧延の制御
主要キーワード 同心リング状 高速ブロック 線材速度 後方圧 トラブル原因 直径変動 線材製品 サイズ数
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年1月22日)のものです。
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図面 (6)

課題

棒線材仕上げ圧延などにおいて、圧延機間の距離に関係なく高速走行圧延材張力を高精度制御する。

解決手段

(1) 前方圧延機の出側で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材先端後方圧延機に噛み込んだ直後の測定値の変化Δd1Fに基づいて張力制御する。 (2)後方圧延機の出側でロールフリー面直径を測定し、Δd1Fにより生じる変化Δd2Fに基づいて張力制御する。 (3)Δd1FおよびΔd2Fに基づいて張力制御する。 (4)後方圧延機の出側でロールフリー面直径を測定し、圧延材尾端が前方圧延機を抜けた直後の測定値の変化Δd2Tに基づいて次圧延材の張力制御を行う。

効果

簡易設備で容易に制御でき、1級品製造歩留まりが向上するほか、後工程でのトラブル発生が減少し安定操業が実現される。

概要

背景

棒鋼鋼線材連続熱間圧延において、仕上げ圧延での圧延機間張力が変動すると圧延製品の直径や真円度が変動する。線材の場合は、このほかレーイングヘッドで形成されるリング径が変動し、非同心リング状にしてコンベア上を搬送する際のトラブル原因となり、該コンベア上で熱処理する場合は製品材質が変動する。さらにコイル集束やコイル結束においてもトラブル原因となる。このため圧延機間の張力制御が必要である。

棒線材圧延における従来の張力制御方法としては、圧延機間での圧延材ループ量が一定に維持されるように制御するループ制御が最も一般的に行われている。しかし、レイアウト上、圧延機間の距離が十分確保できない場合や、高速圧延の場合には、ループ制御では圧延機モーターの制御が追従し難く、十分な制御を行うことができない。

特許第2789796号公報には、圧延機間での圧延材脈動を検出して張力制御する装置が提案されている。この技術は、圧延機出側での線材の脈動を撮像装置により検出し、検出した脈動が解消されるように次の圧延機ロール回転速度を制御するものであり、高速ブロックミル後方サイジングミルを設置した場合の両ミル間の張力制御が行えるとされている。

概要

棒線材仕上げ圧延などにおいて、圧延機間の距離に関係なく高速走行圧延材の張力を高精度制御する。

(1) 前方圧延機の出側で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材先端後方圧延機に噛み込んだ直後の測定値の変化Δd1Fに基づいて張力制御する。 (2)後方圧延機の出側でロールフリー面直径を測定し、Δd1Fにより生じる変化Δd2Fに基づいて張力制御する。 (3)Δd1FおよびΔd2Fに基づいて張力制御する。 (4)後方圧延機の出側でロールフリー面直径を測定し、圧延材尾端が前方圧延機を抜けた直後の測定値の変化Δd2Tに基づいて次圧延材の張力制御を行う。

簡易設備で容易に制御でき、1級品製造歩留まりが向上するほか、後工程でのトラブル発生が減少し安定操業が実現される。

目的

そこで本発明が解決しようとする課題は、棒線材熱間圧延ラインの仕上げ圧延などにおいて、圧延機間の距離に関係なく、圧延機間を高速走行する圧延材の張力を適正範囲に高精度で制御することにより、安定操業を達成するとともに圧延製品の寸法不良を解消することである。ここで圧延機とは、単独のロールスタンドで形成されたものに加え、ブロックミルのように複数のロールスタンドで構成されたものも含むものとする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

前方圧延機後方圧延機を順に通過させて棒線材圧延する際、前方圧延機の出側で圧延材ロールフリー面直径を測定し、圧延材先端が後方圧延機に噛み込んだ直後の該測定値の変化に基づいて、該圧延材における両圧延機間張力を制御することを特徴とする棒線材圧延機の張力制御方法

請求項2

前方圧延機と後方圧延機を順に通過させて棒線材を圧延する際、後方圧延機の出側で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材先端が後方圧延機に噛み込んだ時点前後における前方圧延機での圧下前後相当部位による該測定値の変化に基づいて、該圧延材における両圧延機間の張力を制御することを特徴とする棒線材圧延機の張力制御方法。

請求項3

前方圧延機と後方圧延機を順に通過させて棒線材を圧延する際、前方圧延機の出側と後方圧延機の出側の2箇所で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材先端が後方圧延機に噛み込んだ直後の前方圧延機出側の該測定値の変化と、圧延材先端が後方圧延機に噛み込んだ時点前後における前方圧延機での圧下前後相当部位による後方圧延機出側の該測定値の変化とに基づいて、該圧延材における両圧延機間の張力を制御することを特徴とする棒線材圧延機の張力制御方法。

請求項4

前方圧延機と後方圧延機を順に通過させて棒線材を圧延する際、後方圧延機の出側で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材尾端が前方圧延機を抜けた直後の該測定値の変化に基づいて、次圧延材の両圧延機間の張力を制御することを特徴とする棒線材圧延機の張力制御方法。

技術分野

0001

本発明は、棒線材連続熱間圧延ライン仕上げ圧延などにおいて、圧延機間張力を適正範囲に制御するための方法に関するものである。

背景技術

0002

棒鋼鋼線材連続熱間圧延において、仕上げ圧延での圧延機間の張力が変動すると圧延製品の直径や真円度が変動する。線材の場合は、このほかレーイングヘッドで形成されるリング径が変動し、非同心リング状にしてコンベア上を搬送する際のトラブル原因となり、該コンベア上で熱処理する場合は製品材質が変動する。さらにコイル集束やコイル結束においてもトラブル原因となる。このため圧延機間の張力制御が必要である。

0003

棒線材圧延における従来の張力制御方法としては、圧延機間での圧延材ループ量が一定に維持されるように制御するループ制御が最も一般的に行われている。しかし、レイアウト上、圧延機間の距離が十分確保できない場合や、高速圧延の場合には、ループ制御では圧延機モーターの制御が追従し難く、十分な制御を行うことができない。

0004

特許第2789796号公報には、圧延機間での圧延材脈動を検出して張力制御する装置が提案されている。この技術は、圧延機出側での線材の脈動を撮像装置により検出し、検出した脈動が解消されるように次の圧延機ロール回転速度を制御するものであり、高速ブロックミル後方サイジングミルを設置した場合の両ミル間の張力制御が行えるとされている。

発明が解決しようとする課題

0005

近年、棒鋼や鋼線材などの連続熱間圧延ラインにおいて、仕上げ圧延温度を従来よりも低下することにより圧延製品の材質を改善する技術が開発され、実用化されている。その際、従来の仕上げ圧延最終スタンドの後面に、クーリングトラフとそれに続く圧延機を設置する動向にある。すなわちクーリングトラフで圧延材温度を低下させたのちに、低温圧延可能な新設圧延機で圧延することが行われる。

0006

この場合の課題として、特に線材の高速圧延の場合、従来の最終スタンドと新設圧延機の間での張力制御が困難な点があげられる。すなわち上記のようにループ制御は採用できず、また上記公報の技術は、圧延材の脈動と張力とが直接的な関係にはないため、十分な精度が得られるか疑問が残る。

0007

そこで本発明が解決しようとする課題は、棒線材熱間圧延ラインの仕上げ圧延などにおいて、圧延機間の距離に関係なく、圧延機間を高速走行する圧延材の張力を適正範囲に高精度で制御することにより、安定操業を達成するとともに圧延製品の寸法不良を解消することである。ここで圧延機とは、単独のロールスタンドで形成されたものに加え、ブロックミルのように複数のロールスタンドで構成されたものも含むものとする。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決するための本発明の第1発明法は、前方圧延機と後方圧延機を順に通過させて棒線材を圧延する際、前方圧延機の出側で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材先端が後方圧延機に噛み込んだ直後の該測定値の変化に基づいて、該圧延材における両圧延機間の張力を制御することを特徴とする棒線材圧延機の張力制御方法である。

0009

また本発明の第2発明法は、前方圧延機と後方圧延機を順に通過させて棒線材を圧延する際、後方圧延機の出側で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材先端が後方圧延機に噛み込んだ時点前後における前方圧延機での圧下前後相当部位による該測定値の変化に基づいて、該圧延材における両圧延機間の張力を制御することを特徴とする棒線材圧延機の張力制御方法である。

0010

また本発明の第3発明法は、前方圧延機と後方圧延機を順に通過させて棒線材を圧延する際、前方圧延機の出側と後方圧延機の出側の2箇所で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材先端が後方圧延機に噛み込んだ直後の前方圧延機出側の該測定値の変化と、圧延材先端が後方圧延機に噛み込んだ時点前後における前方圧延機での圧下前後相当部位による後方圧延機出側の該測定値の変化とに基づいて、該圧延材における両圧延機間の張力を制御することを特徴とする棒線材圧延機の張力制御方法である。

0011

また本発明の第4発明法は、前方圧延機と後方圧延機を順に通過させて棒線材を圧延する際、後方圧延機の出側で圧延材のロールフリー面直径を測定し、圧延材尾端が前方圧延機を抜けた直後の該測定値の変化に基づいて、次圧延材の両圧延機間の張力を制御することを特徴とする棒線材圧延機の張力制御方法である。

発明を実施するための最良の形態

0012

本発明法は、図1の例に示すように、圧延材1を、前方圧延機2と後方圧延機3を順に通過させて圧延する際、両圧延機2,3の間での圧延材1の張力を制御する方法である。第1発明法は、図1の例のように、前方圧延機2の出側で測寸装置4により圧延材1のロールフリー面直径d1 を測定し、該測定値の変化に基づいて圧延機2,3間の張力を制御する。

0013

ロールフリー面直径とは、図3のように、圧延ロール拘束されなかった面の直径である。図3は前方圧延機2の出側の状態であり、図1の圧延ロール7を出たときの圧延材1の直角断面でロールフリー面直径dを示している。なおロールフリー面直径dの測定は、圧延材1をはさんレーザ投光器および受光器を設けるなどにより行うことができる。また本発明においては、直径dの変化に基づいて制御するので、直径dに相当する値を測定すればよい。ただし、以下の説明では便宜上直径dを用いる。また前方圧延機2出側での測定値をd1、後方圧延機3出側での測定値をd2 と記す。

0014

測寸装置4による圧延材1の先端Fから尾端Tまでのロールフリー面直径d1の変化を模式図に示すと、図4のようになる。すなわち、圧延材1の先端が後方圧延機に噛み込むまでは張力が掛からず直径d1Fであったのが、噛み込んだ後は張力が掛かってd1Mに減少する。このときのd1Fからd1Mへの変化をΔd1Fとする。

0015

第1発明法の張力制御は、圧延材1の先端が後方圧延機3に噛み込んだ直後の、このロールフリー面直径d1 の変化Δd1Fに基づいて行う。ここで噛み込んだ直後とは、圧延材1の先端が後方圧延機に噛み込んだ瞬間に前方圧延機のロール出側にあった張力有無の境目となる部位が測寸装置に到達したタイミングを意味するものである。

0016

両圧延機2,3間には適正な張力が掛かるように、あらかじめ、前方圧延機2の圧延ロール7および後方圧延機3の圧延ロール8について、回転速度あるいはロール隙が調整してある。このため、圧延材1が後方圧延機3に噛み込むまでは張力が掛からないが、噛み込んだ瞬間に両圧延機2,3間に張力が掛かる。すると、前方圧延機2出側の測寸装置4で測定されるロールフリー面直径d1が、張力なしのときよりΔd1Fだけ小さくなるので、これによって噛み込んだ瞬間を検知することができる。

0017

第1発明法の制御に際しては、図1に示すように、測寸装置4の測定値d1 を制御器6に入力し、また所定張力の状態における直径変動Δd10をあらかじめ入力しておく。そしてd1 の上記変化Δd1FからΔd1F−Δd10の値に応じて圧延ロール7または8、あるいは圧延ロール7および8の回転速度を調整し、Δd1F−Δd10が所定範囲となるように制御する。なお圧延ロール7あるいは8については、ロール隙を調整することもできる。そして、圧延材1が前方圧延機2を抜けるまで制御を続けることができる。

0018

第2発明法は、図1の例のように、後方圧延機3の出側で測寸装置5により圧延材1のロールフリー面直径d2 を測定し、該測定値の変化に基づいて該圧延材1の張力を制御する。測寸装置5による圧延材1の先端Fから尾端Tまでのロールフリー面直径d2の変化を模式図に示すと、図5のようになる。

0019

図5においてd2Fは、図4における直径d1Fの部位の後方圧延機通過後の直径、すなわち圧延機2,3間で無張力状態であった部位が後方圧延機3で圧延された後のロールフリー面直径d2 である。d2Mは、図4における直径d1Mの部位の後方圧延機通過後で、圧延材1の尾端Tが前方圧延機2を抜けるまでの直径d2 であり、圧延機2,3間で張力が掛かっているのでd2FよりΔd2Fだけ小さくなる。尾端Tが前方圧延機2を抜けると圧延機2,3間は再び無張力状態となるので、尾端T側ではロールフリー面直径d2 は大きくなり、d2Tとなる。この差d2T−d2MをΔd2Tとする。

0020

第2発明法の張力制御は、後方圧延機3出側におけるロールフリー面直径d2のこの変化Δd2Fに基づいて行う。Δd2Fは、上記のように図4におけるΔd1Fによって生じるものであり、圧延材先端が後方圧延機3に噛み込んだ時点前後において前方圧延機2で圧延された圧延材部位(これを前方圧延機での圧下前後相当部位という)による変化を意味する。

0021

制御に際しては、図1に示すように、測寸装置5の測定値d2 を制御器6に入力し、また所定張力の状態における直径変動Δd20をあらかじめ入力しておく。そしてd2 の上記変化Δd2FからΔd2F−Δd20の値に応じて圧延ロール7または8、あるいは圧延ロール7および8の回転速度を調整し、Δd2F−Δd20が所定範囲となるように制御する。なお圧延ロール7あるいは8については、ロール隙を調整することもできる。そして、圧延材1が前方圧延機2を抜けるまで制御を続けることができる。

0022

第3発明法は、図1の例のように、前方圧延機2の出側で測寸装置4により圧延材1のロールフリー面直径d1 を測定するとともに、後方圧延機3の出側で測寸装置5により圧延材1のロールフリー面直径d2 を測定し、両測定値の変化に基づいて圧延機2,3間の張力を制御する。制御は第1発明法におけるΔd1Fおよび第2発明法におけるΔd2Fに基づいて行う。

0023

制御に際しては、図1に示すように、制御器6にd1 ,d2 ,Δd10,Δd20を入力し、d1 の変化Δd1Fおよびd2 の変化Δd2Fに基づいて演算処理し、あらかじめ入力しておいた適切な張力状態に、圧延ロール7または8、あるいは圧延ロール7および8を調整することができる。

0024

この第3発明法によれば、温度変化ロール摩耗といった操業上の変動要素を制御器6で修正することが可能となるので、個々のデータで制御を行う第1発明法や第2発明法に比べてより正確な制御が可能となる。ここでその一例をあげれば、Δd1Fについては、さらに上流側の圧延機群不可避的に発生した寸法変動や温度のバラツキの影響が残る場合があるため、Δd1FとΔd2Fの差や、各々に適当な定数を乗じた値の差(C1 Δd1F−C2 Δd2F)等を用いて張力制御を行う方法に適用することができる。

0025

つぎに本発明の第4発明法は、図2の例のように、後方圧延機3の出側で測寸装置5により当該圧延材1Aのロールフリー面直径d2 を測定し、圧延材1Aの尾端が前方圧延機2を抜けた直後の測定値d2 の変化Δd2Tに基づいて次圧延材1Bの張力制御を行う。

0026

制御に際しては、図2に示すように、測寸装置5の測定値d2 を制御器6に入力し、また所定張力の状態における直径変動Δd20をあらかじめ入力しておく。そしてd2 の上記変化Δd2TからΔd2T−Δd20の値に応じて、次圧延材1Bを圧延するときの圧延ロール7または8、あるいは圧延ロール7および8の回転速度あるいはロール隙の初期値を設定する。

0027

この第4発明法は、当該圧延材1Aについて張力がフリーになったときのd2の変化により、同一の材質および寸法で同一の条件により圧延される次圧延材1Bについて、張力制御のベースデータを提供することでより高精度な張力制御を行うことができる。当該圧延材の張力制御はできないものの、製品の種類、サイズ数が少なく、切替頻度が少ない場合には簡易な手段で実用上十分な効果が得られる。

0028

また第2発明法および第4発明法では、後方圧延機が最終の圧延スタンドであれば、製品の寸法管理を目的とした測寸装置と、張力制御のための測寸装置を兼用することが可能であり、初期投資をほとんどせずに実現できる。以上述べた本発明の第1〜第4発明法において、対象とする圧延機2,3は、図1および図2に示すような複数対の圧延ロール群からなるもののほか、前方圧延機2、後方圧延機3の一方または双方が1対の圧延ロールからなる場合であってもよい。以上に説明した実施形態により、ループ制御を行わずとも、圧延機間の張力制御を精度よく行うことができる。

0029

以下に具体的な操業の一例を示す。鋼線材の連続熱間圧延ラインにおいて、図1に示すような前方圧延機2を最終前圧延機、後方圧延機3を最終圧延機として、両圧延機2,3間の張力制御を行った。両圧延機2,3間の線材寸法は直径9.6mm、線材速度は64m/secである。圧延ロール7と8の間の適正張力は、両ロール速度比で0.5〜1.5%だけ圧延ロール8を速く回転させる条件とした。

0030

この条件における前方圧延機2出側のロールフリー面の測寸装置4における測定値d1 の変化量Δd10と上記速度比の関係とを、あらかじめ求めて制御器6に入力しておいた。そして実際の圧延において、圧延材先端が後方圧延機3に噛み込んだ直後のロールフリー面直径の変化Δd1FからΔd1F−Δd10を演算し、この値が0に近付くように圧延ロール7および8の速度を調整して張力制御を行った。

0031

圧延結果、線材製品の寸法精度が向上し、1級品圧延ラインにおける製造歩留まりも向上した。また圧延後のレーイングヘッドで形成されるリング径の変動はなく、非同心リング状にしてコンベア上を搬送する際のトラブルは発生せず、コイル集束やコイル結束においてもトラブルはなかった。さらに、圧延ロールの摩耗が減少し、またミスロールなどのトラブルも生じなかった。

発明の効果

0032

本発明により、棒線材熱間圧延ラインの仕上げ圧延などにおいて、圧延機間の距離が短い場合でも、圧延機間を高速走行する圧延材の張力を適正範囲に高精度で制御することができ、しかも比較的簡易な設備で容易に制御できる。したがって圧延製品の寸法精度が向上し、1級品の製造歩留まりが向上するほか、圧延後の工程におけるトラブル発生が減少し安定操業が実現される。

図面の簡単な説明

0033

図1本発明の第1〜第3発明法の説明図である。
図2本発明の第4発明法の説明図である。
図3本発明におけるロールフリー面直径の説明図である。
図4本発明における前方圧延機出側のロールフリー面直径d1 の変化を示す模式図である。
図5本発明における後方圧延機出側のロールフリー面直径d2 の変化を示す模式図である。

--

0034

1…圧延材2…前方圧延機
3…後方圧延機 4,5…測寸装置
6…制御器7,8…圧延ロール

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