特許ウォッチ

公開番号2025008798
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023111301
出願日2023-07-06
発明の名称圧延荷重および先進率演算装置ならびに該方法
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人
主分類B21B 37/00 20060101AFI20250109BHJP(本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き)
要約【課題】本発明は、正負にかかわらず、圧延荷重および先進率を算出できる圧延荷重および先進率演算装置ならびに該方法を提供する。
【解決手段】本発明の圧延荷重および先進率演算装置1000は、ワークロールの第1ないし第3半径に基づき第1ないし第3圧延荷重モデルによって第1ないし第3圧延荷重を求める圧延荷重演算処理と、前記第1ないし第3圧延荷重に基づきロール扁平変形の計算によって前記第1ないし第3半径を求める半径演算処理とを、初期値を前記ワークロールの半径として、前記第1ないし第3圧延荷重および前記第1ないし第3半径が収束するまで交互に実行し、これによって求めた前記第1ないし第3半径に基づき第1ないし第3先進率モデルによって第1ないし第3先進率を求め、これら求めた前記第1ないし第3圧延荷重および前記第1ないし第3先進率の中から最終的な圧延荷重および先進率を決定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
一対のワークロールで被圧延材を圧延する圧延装置における圧延荷重および先進率を求める圧延荷重および先進率演算装置であって、
前記ワークロールの第１ないし第３半径に基づき第１ないし第３圧延荷重モデルによって第１ないし第３圧延荷重を求める圧延荷重演算処理と、前記第１ないし第３圧延荷重に基づきロール扁平変形の計算によって前記第１ないし第３半径を求める半径演算処理とを、初期値を前記ワークロールの半径として、前記第１ないし第３圧延荷重および前記第１ないし第３半径が収束するまで交互に実行する第１演算処理部と、
前記第１演算処理部で求めた前記第１ないし第３半径に基づき第１ないし第３先進率モデルによって第１ないし第３先進率を求める第２演算処理部と、
前記第１演算処理部で求めた前記第１ないし第３圧延荷重および前記第２演算処理部で求めた前記第１ないし第３先進率の中から最終的な圧延荷重および先進率を決定する決定処理部とを備え、
前記第１ないし第３圧延荷重モデルは、ロールバイトの被圧延材における微小領域に作用する力の釣り合いから求められた微分方程式に基づいて求められた、圧延荷重を求めるモデル式であり、
前記第１ないし第３先進率モデルは、前記微分方程式に基づいて求められた、先進率を求めるモデル式であり、
前記第１圧延荷重、前記第１先進率および前記第１半径は、中立点が前記ロールバイトの入側における外側にある場合の圧延荷重および先進率であり、
前記第２圧延荷重、前記第２先進率および前記第２半径は、前記中立点が前記ロールバイトの中にある場合の圧延荷重および先進率であり、
前記第３圧延荷重、前記第３先進率および前記第３半径は、前記中立点が前記ロールバイトの出側にある場合の圧延荷重および先進率である、
圧延荷重および先進率演算装置。
続きを表示（約 3,800 文字）【請求項２】
前記決定処理部は、
前記第３先進率が負である場合には、前記第３圧延荷重および前記第３先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定し、
前記第１先進率が前記第２先進率より大きい場合には、前記第１圧延荷重および前記第１先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定し、
前記第３先進率が負である場合および前記第１先進率が前記第２先進率より大きい場合を除く場合には、前記第２圧延荷重および前記第２先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定する、
請求項１に記載の圧延荷重および先進率演算装置。
【請求項３】
前記第１ないし第３圧延荷重モデルおよび前記第１ないし第３先進率モデルは、摩擦係数をμとし、ワークロール表面と被圧延材間の相対速度によるせん断応力係数をαとし、圧延中における前記被圧延材の速度をｖとし、前記圧延中における前記ワークロールの表面速度をｖ
Ｒ
とし、前記圧延中における前記ワークロールと前記被圧延材との接触面での面圧をｓとし、前記圧延中における前記ワークロールと前記被圧延材とのの接触面でのせん断応力τとした場合に、摩擦則を、τ＝｛μ＋α・（ｖ－ｖ
Ｒ
）｝・ｓとして、前記微分方程式を解くことによって求められたモデル式である、
請求項１に記載の圧延荷重および先進率演算装置。
【請求項４】
前記被圧延材における出側の厚さをｈ
２
とし、圧下量を△ｈとし、扁平変形後の前記ワークロールの半径をＲとし、摩擦係数をμとし、ワークロール表面と被圧延材間の相対速度によるせん断応力係数をαとし、前記ワークロールの表面速度をｖ
Ｒ
とし、出側の圧延張力をσ
ｏｕｔ
とし、前記被圧延材における出側の変形抵抗をσ
ｏｕｔ，ｙ
とし、入側の圧延張力をσ
ｉｎ
とし、前記被圧延材における入側の変形抵抗をσ
ｉｎ，ｙ
とした場合に、前記第１先進率モデル式は、次式１であり、前記第１圧延荷重モデル式は、次式２であり、前記第２先進率モデル式は、次式３であり、前記第２圧延荷重モデル式は、次式４であり、前記第３先進率モデル式は、次式５であり、前記第３圧延荷重モデル式は、次式６である、
請求項１に記載の圧延荷重および先進率演算装置。
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23
107
ただし、Ａ
１
、Ｂ
１
、Ｃ
１
、Ｄ
１
、ＤＤ、Ｅ
＋
、Ｅ
－
、Ｆ、ｔ
ｎ
およびｔ
Ｌ
は、次式７－１～式７－１０によって定義される。
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231
112
【請求項５】
一対のワークロールで被圧延材を圧延する圧延装置における圧延荷重および先進率を求める、コンピュータによって実行される圧延荷重および先進率演算方法であって、
前記ワークロールの第１ないし第３半径に基づき第１ないし第３圧延荷重モデルによって第１ないし第３圧延荷重を求める圧延荷重演算処理と、前記第１ないし第３圧延荷重に基づきロール扁平変形の計算によって前記第１ないし第３半径を求める半径演算処理とを、初期値を前記ワークロールの半径として、前記第１ないし第３圧延荷重および前記第１ないし第３半径が収束するまで交互に実行する第１演算処理工程と、
前記第１演算処理工程で求めた前記第１ないし第３半径に基づき第１ないし第３先進率モデルによって第１ないし第３先進率を求める第２演算処理工程と、
前記第１演算処理工程で求めた前記第１ないし第３圧延荷重および前記第２演算処理工程で求めた前記第１ないし第３先進率の中から最終的な圧延荷重および先進率を決定する決定処理工程とを備え、
前記第１ないし第３圧延荷重モデルは、ロールバイトの被圧延材における微小領域に作用する力の釣り合いから求められた微分方程式に基づいて求められた、圧延荷重を求めるモデル式であり、
前記第１ないし第３先進率モデルは、前記微分方程式に基づいて求められた、先進率を求めるモデル式であり、
前記第１圧延荷重、前記第１先進率および前記第１半径は、中立点が前記ロールバイトの入側における外側にある場合の圧延荷重および先進率であり、
前記第２圧延荷重、前記第２先進率および前記第２半径は、前記中立点が前記ロールバイトの中にある場合の圧延荷重および先進率であり、
前記第３圧延荷重、前記第３先進率および前記第３半径は、前記中立点が前記ロールバイトの出側にある場合の圧延荷重および先進率である、
圧延荷重および先進率演算方法。
【請求項６】
前記決定処理工程は、
前記第３先進率が負である場合には、前記第３圧延荷重および前記第３先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定し、
前記第１先進率が前記第２先進率より大きい場合には、前記第１圧延荷重および前記第１先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定し、
前記第３先進率が負である場合および前記第１先進率が前記第２先進率より大きい場合を除く場合には、前記第２圧延荷重および前記第２先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定する、
請求項５に記載の圧延荷重および先進率演算方法。
【請求項７】
前記第１ないし第３圧延荷重モデルおよび前記第１ないし第３先進率モデルは、摩擦係数をμとし、ワークロール表面と被圧延材間の相対速度によるせん断応力係数をαとし、圧延中における前記被圧延材の速度をｖとし、前記圧延中における前記ワークロールの表面速度をｖ
Ｒ
とし、前記圧延中における前記ワークロールと前記被圧延材との接触面での面圧をｓとし、前記圧延中における前記ワークロールと前記被圧延材との接触面でのせん断応力τとした場合に、摩擦則を、τ＝｛μ＋α・（ｖ－ｖ
Ｒ
）｝・ｓとして、前記微分方程式を解くことによって求められたモデル式である、
請求項５に記載の圧延荷重および先進率演算方法。
【請求項８】
前記被圧延材における出側の厚さをｈ
２
とし、圧下量を△ｈとし、扁平変形後の前記ワークロールの半径をＲとし、摩擦係数をμとし、ワークロール表面と被圧延材間の相対速度によるせん断応力係数をαとし、前記ワークロールの表面速度をｖ
Ｒ
とし、出側の圧延張力をσ
ｏｕｔ
とし、前記被圧延材における出側の変形抵抗をσ
ｏｕｔ，ｙ
とし、入側の圧延張力をσ
ｉｎ
とし、前記被圧延材における入側の変形抵抗をσ
ｉｎ，ｙ
とした場合に、前記第１先進率モデル式は、次式１であり、前記第１圧延荷重モデル式は、次式２であり、前記第２先進率モデル式は、次式３であり、前記第２圧延荷重モデル式は、次式４であり、前記第３先進率モデル式は、次式５であり、前記第３圧延荷重モデル式は、次式６である、
請求項５に記載の圧延荷重および先進率演算方法。
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ただし、Ａ
１
、Ｂ
１
、Ｃ
１
、Ｄ
１
、ＤＤ、Ｅ
＋
、Ｅ
－
、Ｆ、ｔ
ｎ
およびｔ
Ｌ
は、次式７－１～式７－１０によって定義される。
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発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対のワークロールで被圧延材を圧延する圧延装置における圧延荷重および先進率を求める圧延荷重および先進率演算装置、ならびに、圧延荷重および先進率演算方法に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
一対のワークロールで被圧延材を圧延する際の圧延プロセスの解析には、一般に、圧延理論が用いられる。この圧延理論は、Ｋａｒｍａｎの理論に始まり、種々の近似解析法の研究を経て、例えばＮａｄａｉの解やＢｌａｎｄ＆Ｆｏｒｄの冷間圧延理論等へ発展した。これらは、一般に、古典圧延理論と呼ばれ、これに対し、コンピュータ（計算機）の発達により、有限要素法を用いた数値解析による圧延プロセスの解析も研究、開発されている。
【０００３】
この古典圧延理論では、被圧延材における出側の速度ｖとワークロールの表面速度（ロール周速）ｖ
Ｒ
との比である先進率ｆ
Ｓ
（＝（ｖ－ｖ
Ｒ
）／ｖ
Ｒ
）は、正の値となり、被圧延材における出側の速度ｖよりワークロールの表面速度ｖ
Ｒ
が速くなる領域（負の先進率領域）は、存在しない。しかしながら、実際の圧延では、圧延中に先進率ｆ
Ｓ
が負になることが知られている。圧延装置を制御する場合、現実に起こる負の先進率を考慮しなければならず、例えば、特許文献１に提案されている。
【０００４】
この特許文献1に開示された冷間圧延における圧延スケジュールの設定方法は、冷間タンデムミルにおけるストリップの圧延の際に、圧延時の各スタンドのロール速度と各スタンド出側の板速度から先進率を求め、得られた先進率から摩擦係数予測式を、先進率が正の領域と負の領域についてそれぞれ作成し、これらの摩擦係数予測式から、目標の先進率となるように各スタンドの圧下配分、張力、圧延速度を修正し、圧延スケジュールを設定する。より具体的には、前記速度ｖ、ｖ
Ｒ
の実測により先進率ｆ
ｓ
が求められ、先進率ｆ
Ｓ
が負である場合には、｜ｆ
ｓ
｜として、先進率ｆ
Ｓ
が正である場合に用いる摩擦係数予測式を用いて先進率ｆ
Ｓ
が負である場合の摩擦係数μが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平０３－１５１１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、ハイテン材（高張力鋼材、ＨｉｇｈＴｅｎｓｉｌｅＳｔｒｅｎｇｔｈＳｔｅｅｌＳｈｅｅｔｓ）の需要が伸びている。このハイテン材の製造では、しばしば、負の先進率が生じるため、正の先進率領域だけでなく、負の先進率領域でも先進率や圧延荷重の算出が要望されている。前記特許文献１では、先進率ｆ
Ｓ
は、実測されており、算出されていない。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、正負にかかわらず、圧延荷重および先進率を算出できる圧延荷重および先進率演算装置、ならびに、圧延荷重および先進率演算方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる圧延荷重および先進率演算装置は、一対のワークロールで被圧延材を圧延する圧延装置における圧延荷重および先進率を求める装置であって、前記ワークロールの第１ないし第３半径に基づき第１ないし第３圧延荷重モデルによって第１ないし第３圧延荷重を求める圧延荷重演算処理と、前記第１ないし第３圧延荷重に基づきロール扁平変形の計算によって前記第１ないし第３半径を求める半径演算処理とを、初期値を前記ワークロールの半径として、前記第１ないし第３圧延荷重および前記第１ないし第３半径が収束するまで交互に実行する第１演算処理部と、前記第１演算処理部で求めた前記第１ないし第３半径に基づき第１ないし第３先進率モデルによって第１ないし第３先進率を求める第２演算処理部と、前記第１演算処理部で求めた前記第１ないし第３圧延荷重および前記第２演算処理部で求めた前記第１ないし第３先進率の中から最終的な圧延荷重および先進率を決定する決定処理部とを備える。本発明の他の一態様にかかる圧延荷重および先進率演算方法は、一対のワークロールで被圧延材を圧延する圧延装置における圧延荷重および先進率を求める、コンピュータによって実行される方法であって、前記ワークロールの第１ないし第３半径に基づき第１ないし第３圧延荷重モデルによって第１ないし第３圧延荷重を求める圧延荷重演算処理と、前記第１ないし第３圧延荷重に基づきロール扁平変形の計算によって前記第１ないし第３半径を求める半径演算処理とを、初期値を前記ワークロールの半径として、前記第１ないし第３圧延荷重および前記第１ないし第３半径が収束するまで交互に実行する第１演算処理工程と、前記第１演算処理工程で求めた前記第１ないし第３半径に基づき第１ないし第３先進率モデルによって第１ないし第３先進率を求める第２演算処理工程と、前記第１演算処理工程で求めた前記第１ないし第３圧延荷重および前記第２演算処理工程で求めた前記第１ないし第３先進率の中から最終的な圧延荷重および先進率を決定する決定処理工程とを備える。ここで、これら上述の圧延荷重および先進率演算装置ならびに該方法において、前記第１ないし第３圧延荷重モデルは、ロールバイトの被圧延材における微小領域に作用する力の釣り合いから求められた微分方程式に基づいて求められた、圧延荷重を求めるモデル式であり、前記第１ないし第３先進率モデルは、前記微分方程式に基づいて求められた、先進率を求めるモデル式であり、前記第１圧延荷重、前記第１先進率および前記第１半径は、中立点が前記ロールバイトの入側における外側にある場合の圧延荷重および先進率であり、前記第２圧延荷重、前記第２先進率および前記第２半径は、前記中立点が前記ロールバイトの中にある場合の圧延荷重および先進率であり、前記第３圧延荷重、前記第３先進率および前記第３半径は、前記中立点が前記ロールバイトの出側にある場合の圧延荷重および先進率である。
【０００９】
このような圧延荷重および先進率演算装置ならびに圧延荷重および先進率演算方法は、３個に場合分けすることによって初めて微分方程式に基づき近似的に求められた解析解の第１ないし第３圧延荷重モデル式ならびに第１ないし第３先進率モデル式に基づいて圧延荷重および先進率を求めるので、正負にかかわらず、圧延荷重および先進率を算出できる。
【００１０】
他の一態様では、これら上述の圧延荷重および先進率演算装置ならびに該方法において、前記決定処理部および前記決定処理工程それぞれは、前記第３先進率が負である場合には、前記第３圧延荷重および前記第３先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定し、前記第１先進率が前記第２先進率より大きい場合には、前記第１圧延荷重および前記第１先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定し、前記第３先進率が負である場合および前記第１先進率が前記第２先進率より大きい場合を除く場合には、前記第２圧延荷重および前記第２先進率を前記最終的な圧延荷重および先進率に決定する。
（【００１１】以降は省略されています）

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