JP2001225102A - 自動板厚制御システムを備えた圧延機及びそのシステムを使用した圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧延対象材の先端から後端に亘り、その板厚
を目標板厚に正確に圧延加工可能とする自動板厚制御シ
ステムを備えた圧延機及びそのシステムを使用する圧延
方法を提供する。 【解決手段】 圧延方法を実施する自動板厚制御システ
ムを備えた圧延機は、圧延対象材の圧延条件から予測し
た予測圧延荷重に基づき、圧延機自体のミルスプリング
量を求め、圧延対象材の圧延に先立ち、圧延機のロール
間隙をその目標値からミルスプリング量だけ減少させる
指令を自動板厚制御システムに与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動板厚制御シス
テムを備えた圧延機及びそのシステムを使用して圧延す
る圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧延機の中には自動板厚制御システムを
備えたものがあり、この自動板厚制御システムは、圧延
機におけるワークロール間のロール間隙をその目標値に
維持すべく制御し、これにより、圧延機を通過した圧延
対象材はその板厚が均一となり、高精度な圧延加工が可
能なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した自
動板厚制御システムは圧延対象材の圧延条件、つまり、
その鋼種やサイズが限られた長尺なシート材の連続圧延
に好適するものであって、その鋼種やサイズが多種多様
で、しかも、連続圧延を行えない圧延対象材に対しては
不向きである。

【０００４】この点に関して詳述すると、圧延機に自動
板厚制御システムが備えられていても、圧延機のロール
間隙に圧延対象材が噛み込む際、そのロール間隙が目標
値から増加する現象、いわゆるミルスプリングの発生は
避けることができない。それゆえ、この後、自動板厚制
御システムの働きにより、ロール間隙を目標値に維持す
べく制御されたとしても、圧延後における圧延対象材は
その先端部の板厚が目標板厚から増加したものとなり、
その先端部分が不良となる。しかも、ミルスプリング量
は圧延対象材の圧延条件により大きく異なるため、ミル
スプリング量が大きいと、自動板厚制御システムが働い
ても、ロール間隙を目標値に復帰させるのに時間がかか
り、圧延対象材の不良な先端部領域を更に長くしてしま
う。このような圧延対象材における先端部の不良は、圧
延加工品の材料ロスを増加させることになり、この材料
ロスは特に圧延対象材の長さが比較的短い場合に顕著な
ものなる。

【０００５】本発明は上述の事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは圧延対象材をその全長に
亘り、一様な目標板厚にして圧延することができる自動
板厚制御システムを備えた圧延機及びそのシステムを使
用した圧延方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、自動板厚制御システムを備えた圧延機（請求項１）
及びそのシステムを使用する圧延方法（請求項３）は、
圧延対象材の圧延条件に基づき、圧延対象材の圧延に要
求される予測圧延荷重を算出するとともに、予測圧延荷
重及びミル剛性に基づき、圧延対象材が圧延機のロール
間隙に噛み込んだ際のミルスプリング量を推定し、そし
て、圧延対象材の圧延に先立ち、自動板厚制御システム
に対し、ロール間隙をその目標値からミルスプリング量
だけ減少させる指令信号を出力することにその特徴を有
する。

【０００７】上述の圧延機及び圧延方法（請求項１，
３）によれば、圧延対象材の圧延に先立ち、圧延機にお
けるロール間隙はその目標値からミルスプリング量だけ
予め減少した状態にあるので、圧延対象材の先端がロー
ル間隙に噛み込み、ミルスプリングが発生するとして
も、ロール間隙は目標値に復帰するだけである。したが
って、この後、自動板厚制御システムの働きにより、圧
延対象材はその先端からロール間隙の目標値により決定
される板厚を有するべく一様に圧延される。

【０００８】圧延対象材の圧延に先立ち、この圧延対象
材を予備圧延する予備圧延ステージを更に含む圧延機及
び圧延方法（請求項２，４）の場合にあっては、予備圧
延時での圧延対象材の実圧延荷重を検出し、そして、算
出手段又は算出工程は、予備圧延時での予備圧延条件を
実圧延荷重から圧延実績として求め、この圧延実績に基
づき計算圧延荷重を算出し、計算圧延荷重と前記実圧延
荷重との比較結果に基づき、前記予測圧延荷重を補正す
ることにその特徴を有する。

【０００９】上述の圧延機及び圧延方法（請求項２，
４）によれば、予備圧延ステージでの圧延対象材の圧延
実績が予測圧延荷重の算出に反映される結果、ミルスプ
リング量を推定がより正確になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、例えば４重式
の熱間圧延機が示されており、この圧延機は上下一対の
バックアップロール２間に上下一対のワークロール４を
備えている。下側のバックアップロール２はロードセル
６を介して圧下シリンダ８に支持されており、上側のバ
ックアップロール２は、圧下シリンダ８の伸縮に連動す
る圧下部材１０により上方から支持されている。

【００１１】圧下シリンダ８からは一対の油圧管路１２
が延び、これら油圧管路１２はサーボ弁１４を介して油
圧源ユニット１６に接続されている。油圧源ユニット１
６は油圧ポンプ、リザーバ及び圧力調整弁などから構成
され、一定の油圧をサーボ弁１４に向けて供給すること
ができる。サーボ弁１４は圧下シリンダ８への油圧の供
給量及び供給方向を制御して圧下シリンダ８の伸縮さ
せ、上下のワークロール４間にて規定されるロール間隙
を目標値に維持する。

【００１２】より詳しくは、圧縮機は自動圧延制御ユニ
ット（以下、ＡＧＣユニットと称する）１８を備えてい
る。ＡＧＣユニット１８の構成及び機能は既に公知であ
るので、その構成及び機能に関しては簡単に説明する。
ＡＧＣユニット１８はその出力側がサーボアンプ２０を
介してサーボ弁１４に電気的にされている一方、その入
力側にはバックアップロール２からの反力、つまり、圧
延反力を検出する前述したロードセル６に加え、圧下シ
リンダ８の伸縮量、すなわち、下側のワークロール４の
位置を検出する位置検出センサ２２や、各油圧管路１２
内の油圧を検出する圧力センサ２４、そして、入力装置
２６が電気的に接続されている。なお、位置検出センサ
２２は圧下シリンダ８に内蔵されている。

【００１３】入力装置２６からは、例えば板状をなす圧
延対象材Ａの入口及び出口サイズ（入口板厚、入口板
幅、出口板厚、出口板幅）や、その鋼種、圧延温度によ
り決定される変形抵抗等の圧延条件がＡＧＣユニット１
８に入力されると、ＡＧＣユニット１８は圧延加工に先
立ち、ワークロール４間のロール間隙を圧延対象材Ａの
出口側サイズ、すなわち、その出口板厚に相当する目標
値に設定する。

【００１４】この後、圧延加工の開始に伴い、圧延対象
材Ａが一対のワークロール４間を通過する際、ＡＧＣユ
ニット１８はロードセル６又は位置検出センサ２２及び
圧力センサ２２，２４からの検出信号の供給を受け、こ
れら検出信号に基づきサーボアンプ２０及びサーボ弁１
４を介して圧下シリンダ８の伸縮を制御し、ワークロー
ル４間のロール間隙をその目標値に維持する。

【００１５】したがって、圧延対象材Ａがロール間隙を
通過した後、圧延対象材Ａの出口サイズ、つまり、板厚
は圧延対象材Ａの先端部を除き、ロール間隙の目標値に
相当する出口板厚まで圧延されるが、その先端部での出
口板厚は目標値よりも増加する。すなわち、これは、前
述したように圧延対象材Ａの先端がロール間隙に噛み込
んだ際、圧延機自体に発生するミルスプリング量、すな
わち、メタルイン変位量に対し、ＡＧＣユニット１８の
作動上の応答遅れに起因する。

【００１６】このような不具合を解消するため、圧延機
はＡＧＣユニット１８と協働するオフセット制御ユニッ
ト２８を更に備えている。オフセット制御ユニット２８
はマイクロプロセッサやＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ、そ
して、入出力インタフェース等の周辺回路を含むコンピ
ュータからなり、後述する演算処理を実施し、その演算
結果を出力する。なお、オフセット制御ユニット２８
は、ＡＧＣユニット１８に一体的に組み込まれるか、ま
たは、図示のようにＡＧＣユニット１８とは別に用意さ
れるものであってもよい。

【００１７】オフセット制御ユニット２８の入力側は図
１から明らかなように入力装置２６に接続され、入力装
置２６からＡＧＣユニット１８と同様に、圧延対象材Ａ
に関し、その圧延条件の供給を受けることができる。こ
のようにして、圧延条件の供給を受けると、オフセット
制御ユニット２８は、以下の演算処理を順次実施してＡ
ＧＣユニット１８に制御指令を出力する。

【００１８】すなわち、オフセット制御ユニット２８は
先ず、いわゆる矩形換算法から導き出される次式に基づ
き、圧延対象材Ａの圧延に要求される圧延荷重の予測
値、つまり、予測圧延荷重Ｐを算出する。 Ｐ＝α×ｆ（Ｈin,Ｈout,Ｗin,Ｗout,Ｒ） ここで、Ｈin，Ｈin，Ｗin，Ｗoutは圧延対象材Ａの入
口板厚、出口板厚（ロール間隙の目標値に相当）、入口
板幅、出口板幅をそれぞれ表し、Ｒはワークロール４の
直径を表す。なお、圧延対象材Ａの入口板幅Ｗin及びワ
ークロール４の直径Ｒは既知の値であり、そして、圧延
対象材Ａの出口板幅Ｗoutもまた、圧延機の孔形幅によ
り決定される既知の値である。

【００１９】より具体的には、上式は、 Ｐ＝α・Ｘ^C1・Ｅ^C2・θｐ・Ｙ・ｅ^C3・^Ｅ で示すことができ、 Ｘ＝（Ｒ・（Ｈin−Ｈout）／２）^1/2 Ｙ＝Ｗin＋Ｗout Ｅ＝ＬＮ（Ｈin／Ｈout） θｐ＝Ｃ４＋Ｃ５／ｍ（ｍ＜０．６）、又は θｐ＝１（ｍ＝１）、又は θｐ＝Ｃ６＋Ｃ７／ｍ ただし、ｍ＝２・Ｘ／（Ｈin＋Ｈout）である。

【００２０】Ｃ１〜Ｃ７は定数、そして、αは圧延対象
材Ａの変形抵抗により決定されるパラメータであって、
圧延対象材Ａの各種圧延条件毎に決定されたデータテー
ブルから読み出される。なお、データテーブルはオフセ
ット制御ユニット２８のメモリに予め記憶されている。
したがって、オフセット制御ユニット２８は入力装置２
６から、その圧延対象材Ａの圧延条件が与えられると、
前式及びデータデーブルに基づき予測圧延荷重Ｐを算出
する。

【００２１】次に、オフセット制御ユニット２８は算出
した予測圧延荷重Ｐに基づき、図２示すようなマップか
ら圧縮機のメタルイン変位量を読み出する。図２のマッ
プは、圧縮機を使用した圧縮実験のデータから予め求め
られ、このマップもまたオフセット制御ユニット２８の
メモリに予め記憶されている。ここで、メタルイン変位
量とは、圧縮機自体の機械的な圧縮量に加え、圧下シリ
ンダ８内の油の圧縮量をも含むものである。

【００２２】そして、オフセット制御ユニット２８は予
測圧延荷重Ｐから求めたメタルイン変位量に相当する制
御指令をその出力側からＡＧＣユニット１８に供給す
る。制御指令を受け取ると、ＡＧＣユニット１８は制御
指令に基づき、一対のワークロール４間におけるロール
間隙をその目標値から前記メタルイン変位量に相当する
分だけ減少させ、この状態で、圧延対象材Ａの圧延に備
えて待機する。つまり、図３に示すようにロール間隙は
その目標値Ｇ0から制御間隙値Ｇ1に減少され、目標値Ｇ
0と制御間隙値Ｇ1との間の偏差量、すなわち、オフセッ
ト量が前記メタルイン変位量に相当する。

【００２３】上述したようにロール間隙が制御間隙値Ｇ
1に減少した状態で待機していれば、圧延対象材Ａの圧
延開始に伴い、圧延対象材Ａの先端が一対のワークロー
ル４間に噛み込むことで圧縮機にメタルイン変位量が発
生し、ロール間隙が制御間隙値Ｇ１から目標値Ｇ0に増
加しても、ロール間隙はその圧延対象材Ａの圧延条件に
より設定された目標値Ｇ0に戻るだけである。したがっ
て、この後、ＡＧＣユニット１８はロール間隙をその目
標値Ｇ0に維持すべく、圧下シリンダ８の伸縮を制御す
ればよく、その作動上の応答遅れの存在に拘わりなく、
圧延対象材Ａの出口板厚をその先端から後端に亘り、目
標値Ｇ0に一致した目標板厚に正確に圧延することがで
きる。この結果、圧延加工後における圧延対象材Ａはそ
の全長に亘って良品となり、材料ロスを大幅に低減する
ことが可能となる。

【００２４】本発明は上述した実施の形態に制約される
ものでなく、種々の変形が可能である。例えば、その圧
延加工に先立ち、圧延対象材Ａに対して予備圧延加工が
実施される場合にあっては、予備圧延加工での圧延実績
を考慮して、前述した予測圧延荷重Ｐの算出を行うこと
もでき、予測圧延荷重Ｐのより正確な算出が可能とな
る。

【００２５】例えば図４に示すように圧延対象材Ａの予
備圧延加工を実施する前段及び後段の予備圧延ステージ
３０，３２を更に備えた圧延機について、予測圧延荷重
Ｐの算出手順を説明する。なお、図４の予備圧延ステー
ジ３０，３２は例えば自動板厚制御システムを備えない
２重式の熱間圧延機であって、その下側のワークローラ
と圧下シリンダとの間のロードセル３４，３６は前述し
たオフセット制御ユニット２８に電気的にそれぞれ接続
されている。したがって、ロードセル３４，３６は予備
圧延加工時における実圧延荷重を検出し、その検出した
実圧延荷重をオフセット制御ユニット２８にそれぞれ供
給することができる。つまり、オフセット制御ユニット
２８は予備圧延加工時での圧延対象材Ａの圧延実績を、
ロードセル３４，３６にて検出した実圧延荷重として得
ることができる。

【００２６】このような圧延実績に関して具体的に説明
すると、先ず、前段の予備圧延ステージ３０にて、その
ロール間隙をＧfとして圧延対象材Ａが予備圧延され、
引き続き、後段の予備圧延ステージ３２にて、そのロー
ル間隙をＧrとして圧延対象材Ａが順次予備圧延される
ものとすると、ロードセル３４，３６は検出した実圧延
荷重Ｐf，Ｐｒをオフセット制御ユニット２８に供給
し、そして、オフセット制御ユニット２８は実圧延荷重
Ｐf，Ｐｒに基づき、予備圧延ステージ３０，３２のミ
ルスプリング量ΔＧf，ΔＧrを次式からそれぞれ算出す
る。

【００２７】ΔＧf＝Ｐf／Ｍf ΔＧr＝Ｐr／Ｍr なお、Ｍf,Ｍrはそれぞれ予備圧延ステージ３０，３２
のミル定数であって、予備圧延ステージ３０，３２の熱
間圧延機が同一のタイプである場合、Ｍf,Ｍrは同一の
値をとる。

【００２８】この後、オフセット制御ユニット２８は、
算出したミルスプリング量ΔＧf，ΔＧrに基づき、予備
圧延ステージ３０，３２での圧延対象材Ａの出口板厚Ｈ
fout,Ｈroutは次式から算出する。 Ｈfout＝Ｇf＋ΔＧf Ｈrout＝Ｇr＋ΔＧr 上記の２式から明らかなように予備圧延ステージ３２，
３４を通過した後における圧延対象材Ａの出口板厚は、
そのロール間隙にミルスプリング量を加算した値であ
る。

【００２９】この後、オフセット制御ユニット２８は、
前述した予測圧延荷重Ｐの算出式を使用し、後段の予備
圧延ステージ３４での計算圧延荷重Ｐmを算出する。こ
の場合、計算圧延荷重Ｐmは下式から算出される。 Ｐm＝α・ｆ（Ｈfout, Ｈrout,Ｗrin,Ｗrout,Ｒr） ここで、Ｗrin,Ｗrout,Ｒrは、予備圧延ステージ３４で
の圧延対象材Ａの入口板幅、その出口板幅、ワークロー
ラの直径をそれぞれ示し、これらＷrin,Ｗrout,Ｒrは圧
延ステージ３２自体の既知の値である。

【００３０】このようにして計算圧延荷重Ｐmが算出さ
れると、予備圧延ステージ３２での計算圧延荷重Ｐmに
対する実圧延荷重Ｐrの比、すなわち、荷重比Ｋ（＝Ｐr
／Ｐm）は、前述の予測圧延荷重Ｐの算出に関し、その
算出の正確さを示すものとなる。それゆえ、オフセット
制御ユニット２８は、圧延対象材Ａが後段の予備圧延ス
テージ３２を通過した後、圧延機における一対のワーク
ロール４間のロール間隙に到達する前に、荷重比Ｋを付
加した下式に基づき予備圧延荷重Ｐを算出する。

【００３１】 Ｐ＝α・Ｋ・Ｐm ＝α・Ｋ・ｆ（Ｈrout,Ｈout,Ｗrout,Ｗout,Ｒ） このようにして予備圧延荷重Ｐの算出にあたり、荷重比
Ｋを考慮すると、予備圧延荷重Ｐの算出式が適切に補正
される結果、予備圧延荷重Ｐをより正確に算出できる。

【００３２】この結果、予備圧延荷重Ｐに基づいて求め
られるメタルイン変位量、すなわち、オフセット制御ユ
ニット２８からＡＧＣユニット１８に供給される制御指
令もまた正確になり、ロール間隙の制御間隙値をより適
切に設定しておくことができ、圧延対象材Ａの高精度な
圧延加工が可能となる。図４の圧延機は、前後２つの予
備圧延ステージ３０，３２を備えているが、予備圧延ス
テージを３個以上備えていてもよく、この場合にはその
圧延機に最も近い２つの予備圧延ステージから得た圧延
実績に基づき、荷重比Ｋを算出すれぱよい。

【００３３】また、１個の予備圧延ステージ３２のみを
備えている場合にあっても、その予備圧延加工での圧延
実績から荷重比Ｋの算出、つまり、予測圧延荷重の補正
は同様にして可能である。更に、予備圧延ステージ３２
を構成する圧延機が逆転式である場合には予備圧延ステ
ージ３２から２回分以上の圧延実績を得ることができ、
しかも、圧延機もまた逆転式のものであって、そのＡＧ
Ｃユニット１８の作動がオンオフ可能である場合には、
予備圧延ステージを別に設けずとも、圧延機自体を予備
圧延ステージとして使用でき、圧延機での予備圧延から
圧延対象材Ａの圧延実績を得ることができる。この場
合、圧延機のロードセル６は、図４中破線で示すように
オフセット制御ユニット２８にも電気的に接続され、そ
の検出した実圧延荷重をオフセット制御ユニット２８に
供給することができる。

【００３４】更にまた、予測圧延荷重の補正に関して
は、圧延実績から得られる荷重比Ｋに代えて、計算圧延
荷重と実圧延荷重の偏差等に基づき、予測圧延荷重の補
正を行うものであってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１，
３に係わる自動板厚制御システムを備えた圧延機及びそ
のシステムを使用する圧延方法によれば、圧延対象材料
の圧延条件から予測圧延荷重を算出し、そして、この予
測圧延荷重から求めた圧延機自体のミルスプリング量に
基づき、ロール間隙を圧延対象材の圧延に先立ち、その
目標値から予め減少させてあるので、圧延加工の開始に
伴い、圧延対象材がロール間隙に噛み込み、ミルスプリ
ングが発生しても、ロール間隙はその目標値に戻るだけ
である。この結果、この後の自動板厚制御システムの働
きにより、圧延対象材料はその先端から後端に亘り、目
標値に相当する板厚に正確に圧延加工され、その材料ロ
スを大幅に減少することができる。

【００３６】そして、請求項２，４に係わる圧延機及び
圧延方法によれば、圧延対象材の予備圧延時での圧延実
績に基づき、予測圧延荷重を補正して算出するようにし
てあるので、予備圧延荷重つまりミルスプリング量のよ
り正確な算出が可能となり、圧延対象材料の高精度な圧
延可能が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の圧延方法を実施する圧延機の概略
構成図である。

【図２】圧縮機における圧延荷重とメタルイン変位量と
の関係を示すグラフである。

【図３】圧延機のロール間隙が目標値から制御間隙値に
減少される様子を示した図である。

【図４】他の実施形態の圧延方法を実施するための圧延
機の概略構成図である。

【符号の説明】

４ ワークロール ６ ロードセル ８ 圧下シリンダ １４ サーボ弁 １６ 油圧源ユニット １８ ＡＧＣユニット ２６ 入力装置 ２８ オフセット制御ユニット ３０，３２ 予備圧延ステージ ３４，３６ ロードセル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 威夫 愛知県知多市新知字落合73番地の１ (72)発明者 上田 明 愛媛県新居浜市宇高町５丁目11番37号 Ｆターム(参考） 4E024 AA07 CC01 CC02 CC05 EE01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延対象材がロール間隙を通過する際、
   前記ロール間隙を目標値に維持すべく制御する自動板厚
   制御システムを備えた圧延機において、 前記圧延対象材の圧延条件に基づき予測圧延荷重を算出
   する算出手段と、 前記予測圧延荷重及びミル剛性に基づき、前記圧延対象
   材が前記ロール間隙に噛み込んだ際のミルスプリング量
   を推定する推定手段と、 前記圧延対象材の圧延に先立ち、前記自動板厚制御シス
   テムに対し、前記ロール間隙を前記目標値から前記ミル
   スプリング量だけ予め減少させておく指令信号を出力す
   る出力手段とを具備したことを特徴とする自動板厚制御
   システムを備えた圧延機。
2. 【請求項２】 前記圧延機での前記圧延対象材の圧延に
   先立ち、前記圧延対象材を予備圧延する予備圧延ステー
   ジを更に含む場合、前記予備圧延時での前記圧延対象材
   の実圧延荷重を検出する検出手段を更に具備し、 前記算出手段は、前記予備圧延時での予備圧延条件を前
   記実圧延荷重から圧延実績として求めて、この圧延実績
   に基づき計算圧延荷重を算出し、 前記計算圧延荷重と前記実圧延荷重との間の比較結果に
   基づき、前記予測圧延荷重を補正することを特徴とする
   請求項１に記載の自動板厚制御システムを備えた圧延
   機。
3. 【請求項３】 圧延対象材がロール間隙を通過する際、
   前記ロール間隙を目標値に維持すべく制御する自動板厚
   制御システムを使用した圧延方法において、 前記圧延対象材の圧延条件に基づいて予測荷重を算出す
   る算出工程と、 前記予測圧延荷重及びミル剛性に基づき、前記圧延対象
   材が前記ロール間隙に噛み込んだ際のミルスプリング量
   を推定する推定工程と、 前記圧延対象材の圧延に先立ち、前記自動板厚制御シス
   テムに対し、前記ロール間隙を前記目標値から前記ミル
   スプリング量だけ予め減少させておく指令を出力する出
   力工程とを具備したことを特徴とする自動板厚制御シス
   テムを使用した圧延方法。
4. 【請求項４】 前記圧延対象材の圧延に先立ち、前記圧
   延対象材を予備圧延する予備圧延ステージを更に含む場
   合、前記予備圧延時での前記圧延対象材の実圧延荷重を
   検出する検出工程を更に具備し、 前記算出工程は、前記予備圧延時での予備圧延条件を前
   記実圧延荷重から圧延実績として求め、この圧延実績に
   基づき計算圧延荷重を算出し、 前記計算圧延荷重と前記実圧延荷重との間の比較結果に
   基づき、前記予測圧延荷重を補正することを特徴とする
   請求項３に記載の自動板厚制御システムを使用した圧延
   方法。