JP2005334910A - 圧延機のクーラント制御装置並びに板プロファイル制御装置及び平坦度制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ロールバレル方向に複数個のクーラントノズルとそれをON/OFFするクーラントバルブから成り、圧延ロールを冷却するロールクーラント及びロールバイトに潤滑油を供給するバイトクーラントを備えた鋼板等を圧延するものにおいて、圧延機で圧延される圧延材の板プロファイルもしくは平坦度の偏差に基づく信号を比例・積分する第一の演算装置40と、第一の演算装置の出力をクーラント制御のON/OFFレベルに変換しロールクーラント及び/又はバイトクーラントのロールバレル方向の全クーラントバルブを制御する第二の演算装置41とから成るクーラントレベル制御装置46を備える。
【選択図】 図1
Description
圧延機の出側には圧延材の平坦度もしくは板クラウンを検出する平坦度計もしくはクラウン計が設置され、これらによる検出値を用いて前記ワークロールベンディング装置のベンディング力を操作するフィードバック制御が適用されている。
図6は鋼板を熱間圧延するタンデム圧延機のクラウン・平坦度制御の従来技術の一例である(例えば、非特許文献1参照)。
図6において、圧延材1は圧延機2〜7により減厚される。最終圧延スタンド7の出側にはクラウン計8と平坦度計9が設置されている。クラウン計・平坦度計フィードバック制御装置10には、クラウン計8及び平坦度計9により検出された圧延材1の板クラウン実績値及び平坦度実績値が入力されている。11から13は圧延機5〜7のそれぞれのスタンドには、ワークロールベンダー制御装置11〜13が設置されている。ワークロールベンダーは周知の板クラウン及び平坦度を修正するための設備である。クラウン計・平坦度計フィードバック制御装置10は、圧延機7の出側板クラウン及び/又は平坦度が所定の値になるよう圧延機5〜7のワークロールベンディング力修正値をワークロールベンダー制御装置11〜13に出力する。この従来例ではクラウン及び平坦度の制御にワークロールベンダーのみを用いており、ロールクーラントを用いた制御については記載されていない。
図7は鋼板等を冷間で圧延する冷間圧延機の平坦度制御の従来例である(例えば、非特許文献1参照)。
図7において、圧延機21は、上下一対のワークロール、中間ロール、バックアップロールから成る6重圧延機であり、圧延材1を圧延している。22は圧延機21のロールギャップを制御するロールギャップ制御装置、23は圧延機21の入り側に設置された入り側クーラントで、ロールバイトクーラントとワークロールクーラントから成る。24は圧延機21の出側クーラントで、下ワークロールを冷却する。25は平坦度制御装置、26は圧延機21のレベリングを操作するレベリング制御装置、27は圧延機21にワークロールベンダーを操作するワークロールベンダー制御装置、28は中間ロールを軸方向にシフトする中間ロールシフト制御装置、29は入り側クーラント23を操作する入り側クーラント制御装置、30は出側クーラント24を操作する出側クーラント制御装置である。これらの制御装置26〜30は平坦度制御装置25から操作信号を入力している。すなわち、本従来例では、レベリング、ワークロールベンダー、中間ロールシフト、入り側クーラント、及び出側クーラントを操作端とする平坦度制御の例である。平坦度計9で検出した平坦度実績値を用い、これが目標平坦度となるよう、上記の操作端の設定値修正量を平坦度制御装置25が演算し操作する。本従来例ではクーラントを平坦度制御の操作端として用いている。しかしクーラントの操作方法は冷却水を噴射するか否か、すなわちONかOFFかの2値での制御である。これを図8、図9、図10を用いて詳細に説明する。
図8は一対のワークロール31とバックアップロール32からなる4重圧延機である。33A、33Bは圧延機入り側に設置され、ロールバイトに潤滑油を供給するバイトクーラントノズル、34A、34Bはバイトクーラントノズル33A、33Bを噴射するか否かを制御するバイトクーラントバルブ、35A、35Bは圧延機出側に設置されワークロールを冷却するための冷却水を供給するロールクーラントノズル、36A、36Bはロールクーラントノズル35A、35Bを噴射するか否かを制御するロールクーラントバルブである。37はバイトクーラントバルブ34A、34B及びロールクーラントバルブ36A、36BのON/OFFを制御するクーラント制御装置である。
図9は図8を上から見た平面図である。図9において、31はワークロールであり、上部のバイトクーラントとワークロールクーラントのみを示す。ノズルとバルブは通常図9に示すようにロールバレル方向に複数個ある。図9ではバイトクーラント、ロールクーラントとも23個あり、各ノズルにバルブが対応して設けられている。他の構成例としてノズルをいくつかのゾーン、例えば23個のノズルを5ゾーンに分け、各ゾーンに一つのバルブを設置し、同じゾーンのノズルは同時にON/OFFする設備もある。
1は圧延材で、図9の場合ではノズルNo.5〜No.19が板幅内である。通常バイトクーラントは板幅全域に供給するため、No.5〜No.19のノズルに対応するバルブがONされ、他のバルブはOFFとなる。
次に出側のロールクーラントが平坦度制御の操作端として用いられる場合を説明する。通常圧延機出側に設置された平坦度計も板幅方向の複数点の板平坦度を検出する。これら複数点の平坦度実績値信号を用いロールクーラントノズルNo.5〜No.19のON/OFFを決定する。図10はON/OFF決定方法の一例である。図10の横軸は平坦度目標値と平坦度実績値の差、すなわち平坦度偏差に基づき、各ロールクーラントノズルのON/OFFを決定するための入力信号である。この入力信号がある値“A”より大きい場合、そのノズルはONすると判断する。また入力信号がある値“B”より小さい場合、そのノズルはOFFすると判断する。このような予め設定した閾値を用い各バルブのON/OFFを決定する。
また図7の従来技術に示すように、平坦度のフィードバック制御にはクーラントを操作端としている。しかしこれも前記のようにON/OFFの2値制御であり、制御インクリメントを上げるのには限界があった。
この発明は、クーラントにより板プロファイル及び平坦度を制御する際に、ノズルのON時間とOFF時間を操作するクーラント制御を採用する。図5はこの発明の適用の条件であるクーラント制御を説明するための概念図である。図5において、TcはクーラントノズルON/OFFの制御周期であり、この周期を等分割する。図5は10等分した例であり、その1区分が△tである。Tc =3(sec) とすると△t = 0.3(sec)となる。ここでレベルという考え方を導入する。図5はレベル5とレベル7のON/OFFパターンを示している。すなわち、ON時間とOFF時間の割合を0〜10の11レベル設け、△t間隔でON時間とOFF時間を変更する。図5に示すようにレベル5はON時間は5×△t、OFF時間も 5×△t となる。レベル7はON時間は7×△t、OFF時間は3×△tとなる。
図1はこの発明の実施の形態1における圧延機のクーラントレベル制御装置を示す構成図、図2は偏差・レベル変換器の動作説明図である。
図1のクーラントレベル制御装置は、図9に示すクーラント設備を対象に記載している。すなわち、ロールバレル方向に23個のノズルが配置され、それぞれのノズルにON/OFFバルブが設けられているものであり、クーラント制御を備えた圧延機において、ロールバレル方向に複数個あるクーラントノズルそれぞれに対しレベル制御を適用し、各クーラントノズルのレベル修正量を比例・積分制御(PI制御)により算出するクーラントレベル制御装置を備えることにより、板プロファイルあるいは平坦度を制御する。
図1において、εは板プロファイルもしくは平坦度の偏差、すなわち目標値と実績値との差に基づいて演算された値である。前述のように板プロファイルあるいは平坦度は、圧延材幅方向の板厚分布あるいは伸びの分布である。従って板プロファイルあるいは平坦度の目標値も幅方向の分布として与えられ、実績値も幅方向の分布として検出される。従って、εを23個のバルブ毎に演算することは容易であり、εは比例・積分制御(PI制御)装置40に入力される。このPI制御装置40も23個のバルブ毎に設けられ、入力信号であるεに応じて比例・積分演算するものであり、クーラントレベル制御装置の第一の演算装置を構成する。PI制御装置40の出力は偏差・レベル変換器41に入力される。この偏差・レベル変換器41もバルブ毎に23個あり、クーラントレベル制御装置の第二の演算装置を構成する。
図2は偏差・レベル変換器の構成の一例である。図2において、横軸はPI制御装置40の出力、縦軸はクーラントノズレのレベル修正量である。横軸の零を境にPI制御装置40の出力がプラスに大きくなるとレベル修正量は階段状にプラス方向に大きくなり、ノズルのON時間が増加しロール熱膨張量は減少する。逆にPI制御装置40の出力がマイナスに大きくなるとレベル修正量は階段状にマイナス方向に大きくなり、ノズルのON時間が減少しロール熱膨張量は増加する。例えば、図1のεが平坦度偏差で延びの実績値が目標値より大きい場合に平坦度偏差がプラスとすると、PI制御装置40の出力はプラスとなりレベル修正量は増加方向に出力される。これにより、該当するバルブのON時間が増加し、そのロール位置のロール熱膨張量は減少し出側板厚が厚くなることで伸びが低下する。板プロファイルの場合も同様であり、図1に示すクーラントレベル制御装置の適用により板プロファイルあるいは平坦度の制御が可能である。
図3はこの発明の実施の形態2における圧延機のクーラント制御装置を示す構成図である。この実施の形態2は圧延機の出側に設置された板プロファイル計による板プロファイル実績値を用い、ロールクーラントを操作する板プロファイルのフィードバック制御に関する。すなわち、ロールバレル方向に複数個のノズルとそれをON/OFFするバルブからなる圧延ロールを冷却するロールクーラントを備え、鋼板等を圧延する圧延機において、前記圧延機の出側に設置された板プロファイル計と、圧延材の目標板プロファイルを与える目標板プロファイル設定装置と、前記目標板プロファイルと前記板プロファイル計で検出された板プロファイル実績値とから前記圧延機のロールクーラントバルブに対応する板プロファイル偏差を演算する板プロファイル偏差演算装置と、板プロファイル演算装置の出力を用い前記ロールクーラントのレベルを演算する前記クーラントレベル制御装置と、指定されたレベルに従いクーラントバルブのON/OFFタイミングを制御するクーラントバルブ制御装置とを備え、前記圧延機のロール熱膨張量を変更することにより圧延材の板プロファイルを制御する。
図3において、上下一対のワークロール31とバックアップロール32から成る4重圧延機で圧延材1を圧延している。圧延機の出側には板プロファイル計43が設置されている。
35A、35Bは圧延機出側のワークロールクーラントノズル、36A、36BはそのノズルをON/OFFするクーラントバルブ、42はクーラントバルブ制御装置、44は目標板プロファイル設定装置、45は板プロファイル偏差演算装置、46はクーラントレベル制御装置である。目標板プロファイル設定装置44は、圧延機出側における圧延材1
の目標板プロファイルを設定する。例えば図9に示すようなクーラントノズルと圧延材の
関係であった場合、No.5〜No.19のノズルのバレル方向位置に対応した15個の目標板プ
ロファイル値を板プロファイル偏差演算装置45へ出力する。板プロファイル計43から
は幅方向位置に対応した実績板プロファイルが検出され板プロファイル偏差演算装置45へ送られる。板プロファイル偏差演算装置45では、例えば(1)式によって板プロファイル偏差を演算する。
クーラントレベル制御装置46では図1に示す演算が行われ、各ノズルすなわち各ノズルに対応したバルブのレベル修正量が演算されクーラントバルブ制御装置42へ出力される。クーラントバルブ制御装置42は入力されたレベル修正量を加味したレベル設定値を演算し、この設定値の値に応じてクーラントバルブ36A、36Bの各バルブのON時間・OFF時間を制御する。これによりロールクーラントを操作端とした板プロファイルフィードバック制御が高精度に行える。
図4はこの発明の実施の形態3における圧延機のクーラント制御装置を示す構成図である。この実施の形態3は圧延機の出側に設置された平坦度計による平坦度実績値を用い、ロールクーラントを操作する圧延材平坦度のフィードバック制御に関する。すなわち、ロールバレル方向に複数個のノズルとそれをON/OFFするバルブからなる圧延ロールを冷却するロールクーラント及びロールバイトに潤滑油を供給するバイトクーラントを備え、鋼板等を圧延する圧延機において、前記圧延機の出側に設置された平坦度計と、圧延材の目標平坦度を与える目標平坦度設定装置と、前記目標平坦度と前記平坦度計で検出された平坦度実績値とから前記圧延機のロールクーラントバルブ及び/もしくはバイトクーラントバルブに対応する平坦度偏差を演算する平坦度偏差演算装置と、平坦度演算装置の出力を用い前記ロールクーラント及び/もしくはバイトクーラントのレベルを演算する上記クーラントレベル制御装置と、指定されたレベルに従いロールクーラントバルブ及び/もしくはバイトクーラントバルブのON/OFFタイミングを制御するクーラントバルブ制御装置とを備え、前記圧延機のロール熱膨張量を変更することにより圧延材の平坦度を制御する。
図4において、上下一対のワークロール31とバックアップロール32から成る4重圧延機で圧延材1を圧延している。圧延機の出側には平坦度計9が設置されている。
33A、33Bは圧延機入り側のバイトクーラントノズル、34A、34BはそのノズルをON/OFFするクーラントバルブである。また35A、35Bは圧延機出側のワークロールクーラントノズル、36A、36BはそのノズルをON/OFFするクーラントバルブである。42はクーラントバルブ制御装置、46はクーラントレベル制御装置、47は目標平坦度設定装置、48は平坦度偏差演算装置である。目標平坦度設定装置47は、圧延機出側における圧延材1の目標平坦度を設定する。例えば図9に示すようなクーラントノズルと圧延材の関係であった場合、No.5〜No.19のノズルのバレル方向位置に対応した15個の目標平坦度値を平坦度偏差演算装置48へ出力する。平坦度計9からは幅方向位置に対応した実績平坦度が検出され平坦度偏差演算装置48へ送られる。平坦度偏差演算装置48では、例えば(2)式によって平坦度偏差を演算する。
2〜7、21 圧延機
8 クラウン計
9 平坦度計
10 クラウン計・平坦度計フィードバック制御装置
11〜13、27 ワークロールベンダー制御装置
22 ロールギャップ制御装置
23 入り側クーラント
24 出側クーラント
25 平坦度制御装置
26 レベリング制御装置
28 中間ロールシフト制御装置
29 入り側クーラント制御装置
30 出側クーラント制御装置
31 ワークロール
32 バックアップロール
33A 上バイトクーラントノズル
33B 下バイトクーラントノズル
34A 上バイトクーラントバルブ
34B 下バイトクーラントバルブ
35A 上ロールクーラントノズル
35B 下ロールクーラントノズル
36A 上ロールクーラントバルブ
36B 下ロールクーラントバルブ
40 比例・積分制御(PI制御)装置
41 偏差・レベル変換器
42 クーラントバルブ制御装置
43 板プロファイル計
44 目標板プロファイル設定装置
45 板プロファイル偏差演算装置
46 クーラントレベル制御装置
47 目標平坦度設定装置
48 平坦度偏差演算装置
Claims (4)
- ロールバレル方向に複数個のクーラントノズルとそれをON/OFFするクーラントバルブから成り、圧延ロールを冷却するロールクーラント及びロールバイトに潤滑油を供給するバイトクーラントを備えた鋼板等を圧延する圧延機において、前記圧延機で圧延される圧延材の板プロファイルもしくは平坦度の偏差に基づく信号を比例・積分する第一の演算装置と、前記第一の演算装置の出力をクーラント制御のON/OFFレベルに変換し前記ロールクーラント及び/又はバイトクーラントのロールバレル方向の全クーラントバルブを制御する第二の演算装置とから成るクーラントレベル制御装置を備えたことを特徴とする圧延機のクーラント制御装置。
- 第一の演算装置は比例・積分制御(PI制御)装置であり、第二の演算装置は偏差・レベル変換器であることを特徴とする請求項1記載の圧延機のクーラント制御装置。
- ロールバレル方向に複数個のクーラントノズルとそれをON/OFFするクーラントバルブから成り、圧延ロールを冷却するロールクーラントを備えた鋼板等を圧延する圧延機において、前記圧延機の出側に設置された板プロファイル計と、圧延材の目標板プロファイルを与える目標板プロファイル設定装置と、前記目標板プロファイルと前記板プロファイル計で検出された板プロファイル実績値とから前記圧延機のロールクーラントバルブに対応する板プロファイル偏差を演算する板プロファイル偏差演算装置と、前記板プロファイル演算演算装置の出力を用い前記ロールクーラントのレベルを演算するクーラントレベル制御装置と、指定されたレベルに従いクーラントバルブのON/OFFタイミングを制御するクーラントバルブ制御装置とを備え、前記圧延機のロール熱膨張量を変更することにより圧延材の板プロファイルを制御することを特徴とする圧延機の板プロファイル制御装置。
- ロールバレル方向に複数個のクーラントノズルとそれをON/OFFするクーラントバルブから成り、圧延ロールを冷却するロールクーラント及びロールバイトに潤滑油を供給するバイトクーラントを備えた鋼板等を圧延する圧延機において、前記圧延機の出側に設置された平坦度計と、圧延材の目標平坦度を与える目標平坦度設定装置と、前記目標平坦度と前記平坦度計で検出された平坦度実績値とから前記圧延機のロールクーラントバルブ及び/又はバイトクーラントバルブに対応する平坦度偏差を演算する平坦度偏差演算装置と、前記平坦度偏差演算装置の出力を用い前記ロールクーラント及び/又はバイトクーラントのレベルを演算するクーラントレベル制御装置と、指定されたレベルに従いロールクーラントバルブ及び/又はバイトクーラントバルブのON/OFFタイミングを制御するクーラントバルブ制御装置を備え、前記圧延機のロール熱膨張量を変更することにより圧延材の平坦度を制御することを特徴とする圧延機の平坦度制御装置。
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