JP2005118841A - Plate shape control method and plate rolling mill - Google Patents
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Description
本発明は、圧延機における板形状制御方法、特に少なくとも上下いずれかのロールアセンブリーが、軸方向に3分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有する分割バックアップロール型板圧延機を用いた板形状制御方法および板圧延機に関する。 The present invention relates to a plate shape control method in a rolling mill, in particular, a split backup roll type plate rolling in which at least one of the upper and lower roll assemblies has a mechanism for supporting a work roll by a divided backup roll divided into three or more in the axial direction. The present invention relates to a plate shape control method using a mill and a plate rolling machine.
最近、分割バックアップロールの荷重分布を測定し、圧延材とワークロール間の荷重分布を推定し、これにより圧延後の板クラウン・板形状を高精度で推定し得る分割バックアップロール型板圧延機が注目されている(例えば、特許文献1参照)。 Recently, there has been a split backup roll type plate rolling mill that can measure the load distribution of the split backup roll and estimate the load distribution between the rolled material and the work roll. It is attracting attention (see, for example, Patent Document 1).
また、上記板圧延機おいて、高精度で板形状を制御する方法が提案されている。この板形状制御方法は、前記板圧延機において各分割バックアップロールの測定荷重から推定される圧延材〜ワークロール間の幅方向荷重分布が所望の値となるように幅方向板厚板分布・形状制御装置を制御する(例えば、特許文献2参照)。
板圧延の場合、圧延前の圧延材は長手方向に幅変動やキャンバー(横曲がり)が発生しており、圧延中に圧延材両側のエッジ位置は大きく変化する。この結果、圧延材のエッジと圧延材エッジの直上(または直下)に位置する分割バックアップロールのエッジとの位置関係、例えば図3に示す分割バックアップロール21、27の圧下有効幅(圧延材Sの両エッジと分割バックアップロール21、27のエッジとの間の水平距離)δw、δdが常に変動している。このような場合、分割バックアップロール21、27の荷重は、圧下有効幅δw、δdの影響を顕著に受ける。このため、上記従来の板形状制御方法では、圧延荷重分布推定および目標荷重値の決定に少なからず誤差を生じ、所望の寸法、形状を得られず、特に板エッジ近傍の板形状や板厚が不良となるおそれがあった。
In the case of plate rolling, the rolled material before rolling undergoes width variation and camber (lateral bending) in the longitudinal direction, and the edge positions on both sides of the rolled material change greatly during rolling. As a result, the positional relationship between the edge of the rolled material and the edge of the divided backup roll located immediately above (or directly below) the rolled material edge, for example, the effective rolling reduction width of the
本発明は、上記問題点を解消することを課題とし、高精度の寸法、形状制御および圧延操業の安定化を図ることが可能な分割バックアップロール型板圧延機による板形状制御方法および板圧延機を提供するものである。 An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems, and to provide a plate shape control method and a plate rolling machine using a split backup roll type plate rolling machine capable of achieving high-precision size and shape control and stabilization of rolling operation. Is to provide.
本発明の板形状制御方法は、少なくとも上、下いずれか一方のロールアセンブリーが軸方向に3分割以上に分割された分割バックアップロールによって上、下ワークロールを支持する機構を有し、各分割バックアップロールはそれぞれ独立した荷重測定装置を配備し、さらに板形状制御装置を備えた板圧延機で、板圧延時に測定した各分割バックアップロールの荷重および圧下位置に基づいて板圧延時の板形状を推定し、推定結果に基づいて目標形状となるように該板形状制御装置を制御する板形制御方法において、圧延中の圧延材の幅方向両エッジ位置を測定または推定し、この測定値または推定値に基づき各分割バックアップロールの圧下位置を制御することを特徴としている。 The plate shape control method of the present invention has a mechanism for supporting the upper and lower work rolls by a divided backup roll in which at least one of the upper and lower roll assemblies is divided into three or more parts in the axial direction. Each backup roll is equipped with an independent load measuring device and a plate rolling machine equipped with a plate shape control device, and the plate shape at the time of plate rolling is determined based on the load and rolling position of each divided backup roll measured at the time of plate rolling. In the plate shape control method for controlling the plate shape control device so as to obtain a target shape based on the estimation result, the width direction both edge positions of the rolled material being rolled are measured or estimated, and this measured value or estimated It is characterized by controlling the reduction position of each divided backup roll based on the value.
本発明の板圧延機は、上記板形状制御方法を実施するための圧延機であって、板両エッジの板幅方向の位置をそれぞれ測定する板両エッジ測定装置、または板幅測定装置および板片エッジの板幅方向の位置を測定する板片エッジ測定装置を、前記圧延機の入側または出側の少なくとも一方に設けたことを特徴としている。 The plate rolling machine of the present invention is a rolling mill for carrying out the above plate shape control method, and measures both the plate edge measuring device or the plate width measuring device and the plate for measuring the positions of the plate edges in the plate width direction. A plate piece edge measuring device for measuring the position of one edge in the plate width direction is provided on at least one of the entrance side and the exit side of the rolling mill.
本発明では、圧延材の幅方向両エッジ位置の測定値または推定値に基づき各分割バックアップロールの圧下位置を制御するので、高精度の寸法、形状制御および圧延操業の安定化を図ることができる。 In the present invention, since the rolling position of each divided backup roll is controlled based on the measured value or estimated value of the width direction both edge positions of the rolled material, high-precision dimension and shape control and stabilization of the rolling operation can be achieved. .
図1および図2は本発明の実施の形態を示すもので、図1は板形状制御方法を実施する板圧延機の側面図であり、図2は上ワークロールおよび分割バックアップロールの配置を示す平面図である。 1 and 2 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a side view of a plate rolling machine for carrying out a plate shape control method, and FIG. 2 shows an arrangement of upper work rolls and divided backup rolls. It is a top view.
板圧延機8は、主圧下装置17および主荷重測定装置18がハウジング9に設けられている。ハウジング9内に上インナーハウジング15および下インナーハウジング45が設けられている。上インナーハウジング15は、主圧下装置17により昇降可能に配されている。
In the
上インナーハウジング15に、上ロールアセンブリー10が設けられている。上ロールアセンブリー10には分割バックアップロール21〜27が配され、上ワークロール13を支持している。また、各々の分割バックアップロール21〜27には独立した荷重測定装置321〜327が配備されている。図中301〜307は、各分割バックアップロール21〜27に独立に配した圧下装置の例である。図2に示すように、3個の入側分割バックアップロール22、24、26と4個の出側分割バックアップロール21、23、25、27とがロール軸方向に交互に配置されている。
An
下インナーハウジング45にも、同様に下ロールアセンブリー40が設けられ、下ワークロール43を支持している。下ロールアセンブリー40は、分割バックアップロール51〜57、圧下装置601〜607、および荷重測定装置621〜627を備えている。入側分割バックアップロール52、54、56と出側分割バックアップロール51、53、55、57の配置は、上インナーハウジング15のものと同じである。また、上分割バックアップロール21〜27と下分割バックアップロール51〜57とは上下対称となっている。
Similarly, a
圧延機入側に、両エッジ位置測定装置70が配置されている。圧延機が板幅測定装置を備えている場合は、片エッジ位置測定装置であってもよい。また、これらエッジ位置測定装置を、圧延機出側に設けてもよい。
Both edge
板圧延機8はまた、分割バックアップロール21〜27、51〜57の圧下パターン制御機構やワークロールベンダー等をアクチュエータとする板形状制御装置(いずれも図示しない)を有する。板形状制御装置には、各荷重測定装置321〜327、621〜627および両エッジ位置測定装置70の測定値が入力される。また、各分割バックアップロール圧下装置301〜307、601〜607は板形状制御装置からの指令に基づいて作動する。
The
なお、上記板圧延機8は上、下とも各分割バックアップロール21〜27、51〜57に圧下装置301〜307、601〜607および、荷重測定装置321〜327、621〜627を装備するものであったが、上、下の何れか片側に両装置が装備されていればよい。分割バックアップロールは、軸方向に3分割以上であればよく、入側、出側で対向するように配置されていてもよい。また、上、下の何れか片側のバックアップロールは非分割バックアップロールであってもよい。
In addition, the said
以上のように構成された板圧延機8において、板形状を次のように制御する。
圧延中に、各荷重測定装置321〜327、621〜627で各分割バックアップロール21〜27、51〜57に作用する荷重を、両エッジ位置測定装置70で圧延材Sの幅方向両エッジ位置を測定する。両エッジ位置測定装置70とワークロール13、43間が離れている場合には、板速度等を用いてエッジ位置測定時刻と圧延時刻の時間差の補正などを行うことが望ましい。なお、圧延材Sのエッジ位置の測定値の代わりにを推定値を用いてもよい。この場合には、圧延前の板幅、キャンバー形状、サイドガイドの設定位置などから圧延材Sのエッジ位置を推定する。
In the plate
During rolling, loads acting on the
圧延材の両エッジ位置の測定値または推定値に基づき、各分割バックアップロールの圧下位置を次のように制御する。 Based on the measured value or estimated value of both edge positions of the rolled material, the reduction position of each divided backup roll is controlled as follows.
第i分割バックアップロールに作用する荷重をqi、その位置に対応する圧延材〜ワークロール間荷重をpiとし、ワークロール軸心たわみの変形マトリクスをKW ij、分割バックアップロール系の変形マトリクスをKB ij、ロールクラウンの型式で表現したワークロールプロフィルをCW i 、分割バックアップロールプロフィルをCB i、ワークロール軸心たわみをyW iとすると、分割バックアップロールとワークロールの適合条件より、式(1)が得られる。
yW i=KB ijqj+CW i+CB i (1)
なお、本明細書の数式では、同添字の繰り返しがある場合にはアインシュタインの総和規約を用いて表現する。また、KB ijは第j分割バックアップロールに単位荷重が負荷された時の第i分割バックアップロールの変位を表す影響係数マトリクスであるが、ここでは、ハウジングの変数およびワークロール〜分割バックアップロールの接触による両ロールの偏平変形を含めた変形マトリクスとしている。
Load the q i which acts on the i split backup rolls, a load-rolled material - work roll corresponding to the position and p i, deformation matrix for K W ij of the work roll axis deflection, divided backup roll system deformation matrix Is expressed as K B ij , and the work roll profile expressed in roll crown type is C W i Assuming that the split backup roll profile is C B i and the work roll axis deflection is y W i , Equation (1) is obtained from the matching conditions of the split backup roll and the work roll.
y W i = K B ij q j + C W i + C B i (1)
In addition, in the mathematical expression of this specification, when there is repetition of the subscript, it is expressed using Einstein's sum rules. K B ij is an influence coefficient matrix representing the displacement of the i-th divided backup roll when a unit load is applied to the j-th divided backup roll. Here, the housing variables and the work rolls to the divided backup rolls are divided. The deformation matrix includes the flat deformation of both rolls due to contact.
一方、ワークロールたわみは、変形マトリクスKW ijおよび圧延材〜ワークロール間に作用する圧延荷重分布piを用いて、式(2)で表される。
yW i=KW ij(pj−qj) (2)
On the other hand, the work roll deflection is expressed by Expression (2) using the deformation matrix K W ij and the rolling load distribution p i acting between the rolled material and the work roll.
y W i = K W ij ( p j -q j) (2)
式(1)、式(2)よりyW iを消去し、整理すると圧延荷重分布piを求める式(3)が得られる。
pi=qi+[KW]−1 ij(KB jkqk+CW j+CB j)(3)
上記の右辺で、[KW]−1 ijはKW ijの逆マトリクスであり、KB jkとともに予め計算できる量である。また、CB jおよびCW jも測定あるいは推定可能な量であるので、本発明の圧延機によってqiの測定値が得られれば式(3)により圧延材〜ワークロール間の圧延荷重分布piは直ちに計算することが可能である。
Equation (1), erases the y W i from the equation (2), Equation (3) is obtained to determine the a to organize rolling force distribution p i.
p i = q i + [K W ] −1 ij (K B jk q k + C W j + C B j ) (3)
In the above right side, [K W ] −1 ij is an inverse matrix of K W ij and is a quantity that can be calculated in advance together with K B jk . Further, since C B j and C W j are also quantities that can be measured or estimated, if the measured value of q i is obtained by the rolling mill of the present invention, the rolling load distribution between the rolled material and the work rolls can be calculated by the equation (3) p i can be calculated immediately.
ところで、単位幅当たりの圧延荷重p* iは、一般に、入側板厚H、出側板厚h、変形抵抗k、摩擦係数μ、入側張力σ0、出側張力σ1の関数であり、式(4)で与えられる。
p* i=p*(H,h,k,μ,σ0,σ1) (4)
以上の要因の内、圧延材の板幅方向の位置によって大きく変動し、しかも圧延荷重分布に大きな影響を与える可能性のあるものは、入側張力、出側張力であり、これらは板形状を表現する伸び歪差Δεと圧延材のヤング率Eを通じて張力フィードバック効果と呼ばれる次のような関係を有することが判っている。
By the way, the rolling load p * i per unit width is generally a function of the entry side plate thickness H, the exit side plate thickness h, the deformation resistance k, the friction coefficient μ, the entry side tension σ 0 , and the exit side tension σ 1. It is given by (4).
p * i = p * (H, h, k, μ, σ 0 , σ 1 ) (4)
Among the above factors, the entry side tension and the exit side tension vary greatly depending on the position of the rolled material in the sheet width direction and may have a significant effect on the rolling load distribution. It is known that the following relationship called the tension feedback effect is obtained through the elongation strain difference Δε expressed and the Young's modulus E of the rolled material.
σ0=σ* 0−EΔε (5)
σ1=σ* 1−EΔε (6)
ここで、σ* 0、σ* 1は平均張力であり、式(5)、(6)中の伸び歪差Δεは、板幅方向に積分した時に零となるように相対値のみを取り出している。
σ 0 = σ * 0 −EΔε (5)
σ 1 = σ * 1− EΔε (6)
Here, σ * 0 and σ * 1 are average tensions, and only the relative value is extracted so that the elongation strain difference Δε in the equations (5) and (6) becomes zero when integrated in the plate width direction. Yes.
式(5)、(6)を式(4)に代入することにより式(7)を得る。
p* i=p*(H,h,k,μ,σ* 0,σ* 1,Δε) (7)
式(7)右辺括弧内のΔε以外の全ての因子は既知か、あるいは推定可能な量であるので圧延荷重piを分割バックアップロール荷重qi(測定値)から演算し、さらに式(7)を逆算することによって、伸び歪差Δεを演算算出することができる。その際、圧延材エッジの直上(または直下)に位置する分割バックアップロール(i=wおよびi=d)においては、図4に示すように圧延荷重pwとpdが同値の場合でも圧下有効幅δw、δdに応じて単位幅当たりの圧延荷重p* w、p* dが変化するため、測定もしくは推定した圧延材の両エッジ位置から圧下有効幅δw、δdを算出した上で式(8)、(9)によりp* w、p* dを演算算出する。
p* w=pw/δw (8)
p* d=pd/δd (9)
その他の分割バックアップロール(i≠w、d)については各分割バックアップロールの胴長wiを用いて式(10)で演算算出する。
p* i=pi/wi (10)
伸び歪差Δε、即ち、現在の板形状が演算算出されれば、これを所望の板形状とするべく板形状制御装置を操作すればよい。例えば、所望の板形状に相当する伸び歪差Δεoptを式(7)に代入して目標とすべき単位幅当たりの圧延荷重分布p*opt iを求め、さらに式(8)〜式(10)を逆算して所望の板形状に相当する圧延荷重分布popt iを算出しておき、これと現在の圧延荷重分布piの差分を解消するべく式(11)により各分割バックアップロールの圧下位置の操作量δuiを演算算出し、これに基づいて板形状制御装置を操作する。
By substituting Equations (5) and (6) into Equation (4), Equation (7) is obtained.
p * i = p * (H, h, k, μ, σ * 0 , σ * 1 , Δε) (7)
Since all the factors other than Δε in the right parenthesis in Equation (7) are known or can be estimated, the rolling load p i is calculated from the divided backup roll load q i (measured value), and then Equation (7) Can be calculated by calculating the elongation strain difference Δε. At that time, in the divided backup roll (i = w and i = d) located immediately above (or directly below) the rolled material edge, even if the rolling loads p w and p d are the same as shown in FIG. Since the rolling loads p * w and p * d per unit width change according to the widths δw and δd, the rolling reduction effective widths δw and δd are calculated from both edge positions of the measured or estimated rolled material, and then the equation (8 ) And (9), p * w and p * d are calculated.
p * w = p w / δw (8)
p * d = p d / δd (9)
Other resolving backup roll (i ≠ w, d) computes calculated by equation (10) using the torso length w i of each divided backup rolls for.
p * i = p i / w i (10)
If the elongation strain difference Δε, that is, the current plate shape is calculated and calculated, the plate shape control device may be operated to make this a desired plate shape. For example, the elongation strain difference Δε opt corresponding to the desired plate shape is substituted into the equation (7) to obtain the rolling load distribution p * opt i per unit width, and further the equations (8) to (10 ) calculated back to the advance by calculating the rolling force distribution p opt i corresponding to the desired plate shape, which the pressure of the split backup rolls by the formula (11) in order to eliminate the difference between the current rolling force distribution p i The operation amount δu i of the position is calculated and calculated, and the plate shape control device is operated based on this.
δui=F(δpi) (11)
ここで、δpiは、所望の板形状に相当する圧延荷重分布popt iと現在の圧延荷重分布piの差分であり、式(12)で求められる。
δpi=popt i−pi (12)
以上の手順を実行するためのフローチャート例を図5に示す。
δu i = F (δp i ) (11)
Here, δp i is the difference between the rolling load distribution p opt i corresponding to the desired plate shape and the current rolling load distribution p i , and is obtained by Expression (12).
δp i = p opt i −p i (12)
FIG. 5 shows an example of a flowchart for executing the above procedure.
図4に示したように、圧延材エッジの直上(または直下)に位置する分割バックアップロール(i=wおよびi=d)では、分割バックアップロール荷重qw、qdと圧延荷重pw、pdの作用する位置がワークロール13の胴長方向に異なるため、前述した式(2)、式(3)に代えて下記の式(2’)、式(3’)を用いることが望ましい。
yW i=KWe ijpj−KW ijqj (2’)
pi=[KWe]−1 ij{(KW jk+KB jk)qk+CW j+CB j} (3’)
ここで、KWe ijは圧延荷重pw、pdの作用位置を考慮したワークロールたわみ変形マトリクスであり、[KWe]−1 ijはその逆マトリクスである。図3、図4から明らかなように、圧延荷重pw、pdの作用位置は圧延材の両エッジ位置の測定値もしくは推定値から容易に求められ、変形マトリクスKWe ijおよびその逆マトリクス[KWe]−1 ijを算出することができる。
As shown in FIG. 4, in the divided backup rolls (i = w and i = d) located immediately above (or directly below) the rolled material edge, the divided backup roll loads q w and q d and the rolling loads p w and p Since the position where d acts differs in the body length direction of the
y W i = K We ij p j -K W ij q j (2 ')
p i = [K We ] −1 ij {(K W jk + K B jk ) q k + C W j + C B j } (3 ′)
Here, K We ij is a work roll deflection deformation matrix in consideration of the working positions of the rolling loads p w and p d , and [K We ] −1 ij is an inverse matrix thereof. As apparent from FIGS. 3 and 4, the operation positions of the rolling loads p w and p d can be easily obtained from measured values or estimated values of both edge positions of the rolled material, and the deformation matrix K We ij and its inverse matrix [ K We ] −1 ij can be calculated.
また、本発明により圧延材の幅方向板厚分布の制御も為し得ることは、例えば特許文献2の第6頁、第7頁を参照すれば、容易に想到できる。 Further, the fact that the thickness distribution in the width direction of the rolled material can be controlled by the present invention can be easily conceived by referring to, for example, pages 6 and 7 of Patent Document 2.
8 分割バックアップロール型板圧延機
9 ハウジング 10、40 ロールアセンブリー
13、43 ワークロール 15、45 インナーハウジング
17 主圧下装置 18 主荷重測定装置
21〜27 上分割バックアップロール
301〜307 上分割バックアップロール圧下装置
321〜327 上分割バックアップロール荷重測定装置
51〜57 下分割バックアップロール
601〜607 下分割バックアップロール圧下装置
621〜627 下分割バックアップロール荷重測定装置
70 圧延材エッジ位置測定装置
S 圧延材
8 Split backup roll type
21-27 Upper division backup roll 301-307 Upper division backup roll reduction device 321-327 Upper division backup roll load measuring device 51-57 Lower division backup roll 601-607 Lower division backup roll reduction device 621-627 Lower division backup roll
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