JP2006136895A

JP2006136895A - 板プロファイル制御装置

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Publication number: JP2006136895A
Application number: JP2004326119A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kitago; 和寿北郷
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: JP4402570B2

Abstract

【課題】圧延材の平坦度を悪化させることなく、板プロファイルの精度を向上させることができる板プロファイル制御装置を得る。
【解決手段】少なくとも上下一対のワークロールを有する複数の圧延スタンドと、各ワークロールに対向するように設けられ、ワークロールの回転軸方向に複数配置されたクーラントノズルと、各クーラントノズルに設けられ、クーラントノズルをそれぞれＯＮ／ＯＦＦするクーラントバルブと、最終の圧延スタンド出側に設けられ、圧延材の板プロファイルを計測する板プロファイル計と、圧延材の目標板プロファイルを設定する目標板プロファイル設定装置と、板プロファイル及び目標板プロファイルに基づいて、各圧延スタンドのクーラントレベルを演算するクーラントレベル制御装置と、このクーラントレベルに基づき、各クーラントバルブのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うクーラントバルブ制御装置とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、鋼板等を圧延する熱間タンデム圧延機における板プロファイルの制御装置に関するものである。

鋼板等の圧延において、圧延材の幅方向の厚み分布（以下、「板プロファイル」という）は、製品の品質を示すパラメータとして特に重要である。この板プロファイルの評価には、通常、圧延材の中央部の板厚と端部の板厚との差や、当該差を中央部の板厚で除した値（以下、「板クラウン」という）等が用いられる。

図６は、鋼板等の圧延の際に使用される従来の板クラウン制御装置の構成図であり、上記板クラウンを制御する操作端としてワークロールベンディング装置とＶＣロール１７とが備えられたものである。なお、ＶＣロール１７とは、図７に示されているように、スリーブ１８とアーバ１９とを備え、スリーブ１８及びアーバ１９間に周設された油圧室２０に油圧パワーユニットからの圧力油が導かれることにより、その油圧によってスリーブ１８の拡径を可能にしたバックアップロールのことを意味する。図６において、３機の圧延スタンドＦ１乃至Ｆ３により圧延材１を減厚する熱間タンデム圧延機には、Ｆ１圧延スタンドの上下側のバックアップロールとＦ３圧延スタンドの上側のバックアップロールとに上記ＶＣロール１７が使用され、且つ、Ｆ１乃至Ｆ３の全圧延スタンドにワークロールベンディング装置が備えられている。ＶＣロール圧力及びロールベンディング力のプリセット後、上記熱間タンデム圧延機により圧延材１の圧延が開始されると、板クラウン制御部２１は、圧延中に板プロファイル計８により検出された板プロファイル実績値に基づいて、Ｆ３圧延スタンド出側の板クラウン実績値を演算する。また、板クラウン制御部２１は、演算されたＦ３圧延スタンド出側の板クラウン実績値に基づいてワークロールベンディング力の修正値を演算し、その修正値をワークロールベンダー制御装置２２に出力する。なお、この修正値は、演算された板クラウン実績値が所定の目標値に近づくように設定されており、ワークロールベンダー制御装置２２は、入力された上記修正値に基づいてロールベンディング力の制御を行う（例えば、非特許文献１参照）。

また、図８は、ロールクーラントを備えた従来の板プロファイル制御装置の要部詳細図であり、一般的なクーラントノズルの配置を示したものである。図８において、圧延材１及びワークロール３ａ、３ｂ間に向けて潤滑用のバイトクーラントのノズル２３ａ及び２３ｂが、また、ワークロール３ａ、３ｂ及びバックアップロール４ａ、４ｂ間に向けて冷却用のロールクーラントのノズル２４ａ及び２４ｂがそれぞれ配置されている。なお、各クーラントノズルは圧延材１の幅方向に等間隔に設けられており、各クーラントノズルのＯＮ／ＯＦＦ制御、及び、流量制御により、ロールの熱膨張を制御する。図９は、このクーラントノズルからの噴射パターンの一例を示す図であり、１本の圧延材をトップ、中央、テールの３段階に分け、連続で複数本圧延する場合を示したものである。なお、このような噴射パターンは予め設定されたものであり、この設定された噴射パターン、即ち、圧延材の幅方向に渡って配置された各クーラントノズルのＯＮ／ＯＦＦパターンに従ってロールの冷却を行い、圧延中におけるロールの熱膨張を制御する（例えば、非特許文献２参照）。

塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第３２巻第３６３号（１９９１−４）第４２８頁塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第１６巻第１６８号（１９７５−１）第１１６頁

上記非特許文献２記載の板プロファイル制御装置では、予め設定されたクーラントノズルの噴射パターンを使用して、ロールの熱膨張を制御しているため、圧延中の状況に応じた制御を行うことができないという問題が生じていた。なお、非特許文献１記載の板クラウン制御装置は、板クラウンを制御する操作端としてワークロールベンディング装置とＶＣロールとが使用されるものであり、本発明とはその構成を全く異にするものである。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、板プロファイルのフィードバック制御を行うことにより、圧延材の平坦度を悪化させることなく、板プロファイルの精度を向上させることができる板プロファイル制御装置を提供することである。

この発明に係る板プロファイル制御装置は、少なくとも上下一対のワークロールを有する複数の圧延スタンドと、各ワークロールに対向するように設けられ、ワークロールの回転軸方向に複数配置されたクーラントノズルと、各クーラントノズルに設けられ、クーラントノズルをそれぞれＯＮ／ＯＦＦするクーラントバルブと、最終の圧延スタンド出側に設けられ、圧延スタンドによる圧延後の圧延材の板プロファイルを計測する板プロファイル計と、最終圧延スタンド出側における圧延材の目標板プロファイルを設定する目標板プロファイル設定装置と、板プロファイル計により計測された板プロファイル及び目標板プロファイル設定装置により設定された目標板プロファイルに基づいて、各圧延スタンドに対するクーラントレベルをそれぞれ演算するクーラントレベル制御装置と、このクーラントレベル制御装置により演算されたクーラントレベルに基づき、各クーラントバルブのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うクーラントバルブ制御装置とを備えたものである。

この発明は、少なくとも上下一対のワークロールを有する複数の圧延スタンドと、各ワークロールに対向するように設けられ、ワークロールの回転軸方向に複数配置されたクーラントノズルと、各クーラントノズルに設けられ、クーラントノズルをそれぞれＯＮ／ＯＦＦするクーラントバルブと、最終の圧延スタンド出側に設けられ、圧延スタンドによる圧延後の圧延材の板プロファイルを計測する板プロファイル計と、最終圧延スタンド出側における圧延材の目標板プロファイルを設定する目標板プロファイル設定装置と、板プロファイル計により計測された板プロファイル及び目標板プロファイル設定装置により設定された目標板プロファイルに基づいて、各圧延スタンドに対するクーラントレベルをそれぞれ演算するクーラントレベル制御装置と、このクーラントレベル制御装置により演算されたクーラントレベルに基づき、各クーラントバルブのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うクーラントバルブ制御装置とを備える構成としたことで、圧延材の平坦度を悪化させることなく、板プロファイルの精度を向上させることができる。

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における板プロファイル制御装置の構成図である。図１において、加熱された鋼板等の圧延材１を連続的に圧延する熱間タンデム圧延機は、第一圧延スタンド２ａ、第二圧延スタンド２ｂ、第三圧延スタンド２ｃ及び最終圧延スタンド２ｄの４スタンドで構成されており、各圧延スタンド２ａ乃至２ｄには、圧延材１の上下に配置された一対のワークロール３ａ及び３ｂと、このワークロール３ａ及び３ｂの上下に配置された一対のバックアップロール４ａ及び４ｂとが備えられている。各圧延スタンド２ａ乃至２ｄ出側には、上下のワークロール３ａ及び３ｂのそれぞれに対向するクーラントノズル５ａ及び５ｂと、このクーラントノズル５ａ及び５ｂをそれぞれＯＮ／ＯＦＦするクーラントバルブ６ａ及び６ｂとが設けられている。

また、クーラントレベル制御装置７には、熱間タンデム圧延機出側に設けられた板プロファイル計８によって圧延後の圧延材１の板厚が計測された後に、この板厚に基づいて板プロファイル計８により算出される圧延材１の板プロファイル実績値と、目標板プロファイル設定装置９により設定された、熱間タンデム圧延機出側における圧延材１の目標板プロファイルとに基づいて、後述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１０、並びに、この板プロファイル偏差演算装置１０により演算された板プロファイル偏差に基づいて、各圧延スタンド２ａ乃至２ｄに対するそれぞれのクーラントレベルを演算するクーラントレベル演算装置１１が備えられている。

ここで、クーラントレベルとは、クーラントノズル５ａ及び５ｂからの噴射パターンを表すものであり、具体的には、クーラントバルブ６ａ及び６ｂのＯＮ（開放）時間及びＯＦＦ（閉鎖）時間の割合を示したものである。以下に、クーラントレベルの概要を図２に基づいて説明する。図２において、Ｔ_Ｃはクーラントノズル５ａ及び５ｂのＯＮ／ＯＦＦの制御周期であり、それぞれの制御周期Ｔ_Ｃは等分割され、１区分の幅がΔｔに設定されている。ここで、クーラントノズル５ａ及び５ｂは、Δｔ毎にＯＮ／ＯＦＦ制御が可能であり、何区分のΔｔがＯＮ時間になっているのかによりクーラントレベルが設定される。例えば、図２に示すように制御周期Ｔ_Ｃが１０分割されている場合、全てがＯＦＦ時間であるレベル０から全てがＯＮ時間であるレベル１０までの１１レベルが設定されることとなる。なお、図２の左側の制御周期Ｔ_Ｃはレベル５を、また、右側の制御周期Ｔ_Ｃはレベル７を表している。例えば、制御周期Ｔ_Ｃ＝３（ｓｅｃ）である場合、１区分の時間はΔｔ＝０．３（ｓｅｃ）となる。したがって、レベル５のＯＮ時間は５×Δｔ＝１．５（ｓｅｃ）、ＯＦＦ時間も同様に５×Δｔ＝１．５（ｓｅｃ）となり、レベル７のＯＮ時間は７×Δｔ＝２．１（ｓｅｃ）、ＯＦＦ時間は３×Δｔ＝０．９（ｓｅｃ）となる。

このクーラントレベルがクーラントレベル演算装置１１により演算されると、クーラントバルブ制御装置１２は、演算されたクーラントレベルに基づいて各クーラントバルブ６ａ及び６ｂのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御する。

図３は、この発明の実施の形態１における板プロファイル制御装置の要部詳細図であり、各圧延スタンド２ａ乃至２ｄのワークロール３ａ及びクーラントノズル５ａと圧延材１との配置を示したものである。なお、図３は、圧延材１を上方から圧延する上側のワークロール３ａと、このワークロール３ａに対向する上側のクーラントノズル５ａとを示している。図３において、ワークロール３ａの回転軸方向に等間隔に設けられた複数のクーラントノズル５ａは、対応するワークロール３ａの幅方向に渡って配置されている。なお、図３では、３２個のクーラントノズル５ａが配置されている場合を示しており、各クーラントノズル５ａには、それぞれに対応する３２個のクーラントバルブ６ａが接続されている。即ち、クーラントバルブ６ａは、クーラントバルブ制御装置１２によりそれぞれ独立に制御される。

また、図３においては、３２個のクーラントノズル５ａがワークロール３ａの幅方向に渡って配置されているが、通常、圧延材１の幅はワークロール３ａの幅よりも小さいため、圧延材１の幅に合わせて、使用するクーラントノズル５ａを設定する。例えば、図３に示すように、圧延材１の幅がＮｏ５乃至Ｎｏ２８のクーラントノズル５ａの間隔と略同程度である場合、Ｎｏ１乃至Ｎｏ４、及び、Ｎｏ２９乃至Ｎｏ３２のクーラントノズル５ａの位置には圧延材１が存在せず、かかるクーラントノズル５ａは使用されない。

次に、上記構成を有する板プロファイル制御装置の動作について、図１乃至図３に基づいて具体的に説明する。
熱間タンデム圧延機により圧延材１の圧延が開始されると、熱間タンデム圧延機出側に設けられた板プロファイル計８により、圧延後の板プロファイル実績値が算出され、板プロファイル偏差演算装置１０に出力される。ここで、板プロファイル計８は、使用するクーラントノズル５ａ及び５ｂの設置位置と略同位置の板厚を測定する。即ち、Ｎｏ５乃至Ｎｏ２８のクーラントノズル５ａ及び５ｂの設置位置に合わせ、圧延材１の幅方向に対応する位置の板厚をそれぞれ検出し、検出した２４個の板厚についてそれぞれ板プロファイル実績値を算出する。また、目標板プロファイル設定装置９は、使用するクーラントノズル５ａ及び５ｂの設置位置に合わせた目標板プロファイルを板プロファイル偏差演算装置１０に出力する。即ち、Ｎｏ５乃至Ｎｏ２８のクーラントノズル５ａ及び５ｂの設置位置に合わせ、圧延材１の幅方向に対応する位置の目標板プロファイルを出力する。

かかる構成及び動作を有することにより、圧延材１の幅方向の伸びの分布、即ち、圧延材１の平坦度を悪化させることなく、その板プロファイルを目標板プロファイルに近づけることが可能となる。
つまり、圧延材１の平坦度を悪化させないためには、圧延スタンド２ａ乃至２ｄ入出側の板クラウン比率の変化をある範囲内に収めることが必要となる。理想的には、板クラウン比率の変化を同じにする、即ち、板クラウン比率一定を達成しなければならない。ここで、圧延材１の幅方向の任意の位置ｊにおける板クラウン比率は、次式によって表される。

ここで、ｈ_Cは圧延材１の幅方向中央部の板厚、ｈ_jは圧延材１の幅方向の位置ｊにおける板厚である。したがって、圧延材１を連続的に圧延する熱間タンデム圧延機の場合、板クラウン比率一定は次式のように表すことができる。

ここで、添え字ｉは圧延スタンドの番号であり、添え字ｆは最終の圧延スタンドを表している。上記式４を板プロファイルが変化した場合に拡張すると、次式が成立する。

次に、上記クーラントレベル演算装置１１の構成及び動作について説明する。
図４は、この発明の実施の形態１におけるクーラントレベル制御装置１１の構成図である。図４において、各圧延スタンド２ａ乃至２ｄに対するクーラントレベルを演算するクーラントレベル演算装置１１は、後述するクラウン遺伝係数及び圧延材の板厚に基づき設定ゲインを演算するゲイン設定装置１３と、板プロファイル実績値及び目標板プロファイルに基づき演算された板プロファイル偏差、並びに、クラウン遺伝係数及び圧延材の板厚に基づき演算された設定ゲインの積を演算する第一の演算装置１４と、この第一の演算装置１４の演算結果に応じた比例・積分演算を行う比例・積分制御装置（以下、「ＰＩ制御装置１５」という）と、このＰＩ制御装置１５による演算結果を各クーラントバルブ６ａ及び６ｂに対するクーラントレベルに変換する偏差・レベル変換器１６とを備えている。なお、上記ＰＩ制御装置１５及び偏差・レベル変換器１６により、特許請求の範囲における第二の演算装置が構成されている。
かかる構成を有するクーラントレベル演算装置１１の動作について、以下に詳細に説明する。

また、ゲイン設定装置１３により算出される設定ゲインＧ_STDは、圧延スタンド２ａ乃至２ｄ毎に異なる値を示し、圧延材１の平坦度を悪化させない条件として、次式により設定される。

ここで、式６の内容について以下に詳細に説明する。

従来より、板クラウンの推定式として次式が知られている（板圧延の理論と実際（日本鉄鋼協会）１０２頁）。

ここで、Ｃ_hは板クラウン、Ｐは圧延荷重、Ｃ_RWはワークロールクラウン、Ｃ_RBはバックアップロールクラウン、Ｆ_WBはロールベンダーによるロールベンド力、Ｂは圧延材１の幅、Ｌはバックアップロールのバレル長、α_P、α_C、α_Bはそれぞれ圧延荷重、ロールクラウン、ロールベンド力の影響係数、ηはクラウン遺伝係数、ｉは圧延スタンドの番号である。

ここで、この発明に係る板プロファイル制御装置のように、各圧延スタンド２ａ乃至２ｄに設けられたワークロール３ａ及び３ｂの膨張量を変更することによって板プロファイルを制御する場合について考える。即ち、ロールベンド力Ｆ_WB、圧延荷重Ｐ及びバックアップロールクラウンＣ_RBは一定であるとすると、圧延材１の幅方向の位置ｊにおける板クラウン変化量ΔＣ_hijは、次式により表される。

ここで、Δは変化量を示す。式８の両辺を圧延材１の中央部の板厚ｈ_ciで除算すると次式を得ることができる。

さらに、板クラウン比率一定の条件を式９に適用すると、次式を得ることができる。

ここで、式１０は、板クラウン比率一定を実現するためのｉ番目の圧延スタンドの圧延材幅方向の位置ｊにおける板クラウン比率変化量を示している。したがって、設定ゲインＧ_STDを、式６のように設定することにより、板クラウン比率一定、即ち、圧延材１の平坦度の悪化を防止することが可能となる。

図５は、この発明の実施の形態１における偏差・レベル変換器１６の動作を説明するための図であり、横軸はＰＩ制御装置１５からの出力を、また、縦軸はクーラントノズル６ａ及び６ｂに対するクーラントレベル修正量を示している。図５において、クーラントレベル修正量は、ＰＩ制御装置１５からの出力が０より大きくなると段階的に大きくなる。これはクーラントバルブ６ａ及び６ｂのＯＮ時間が増加し、ワークロール３ａ及び３ｂの熱膨張量が減少することを意味する。一方、ＰＩ制御装置１５からの出力が０より小さくなるとクーラントレベル修正量は段階的に小さくなる。これはクーラントバルブ６ａ及び６ｂのＯＮ時間が減少し、ワークロール３ａ及び３ｂの熱膨張量が増加することを意味する。

この発明の実施の形態１によれば、板プロファイル計８により計測された板プロファイルのフィードバック制御を行うことにより、ワークロール３ａ及び３ｂの部分的な冷却、即ち、部分的な熱膨張制御を可能とし、圧延材１の平坦度を悪化させることなく板プロファイルの精度を向上させることができ、圧延材１の良好な製品品質を確保することが可能となる。

この発明の実施の形態１における板プロファイル制御装置の構成図である。クーラントレベルを説明するための図である。この発明の実施の形態１における板プロファイル制御装置の要部詳細図である。この発明の実施の形態１におけるクーラントレベル制御装置の構成図である。この発明の実施の形態１における偏差・レベル変換器の動作を説明するための図である。従来の板クラウン制御装置の構成図である。ＶＣロールの断面図である。従来の板プロファイル制御装置の要部詳細図である。クーラントノズルからの噴射パターンの一例を示す図である。

符号の説明

１圧延材
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ圧延スタンド
３ａ、３ｂワークロール
４ａ、４ｂバックアップロール
５ａ、５ｂクーラントノズル
６ａ、６ｂクーラントバルブ
７クーラントレベル制御装置
８板プロファイル計
９目標板プロファイル設定装置
１０板プロファイル偏差演算装置
１１クーラントレベル演算装置
１２クーラントバルブ制御装置
１３ゲイン設定装置
１４第一の演算装置
１５ＰＩ制御装置
１６偏差・レベル変換器
１７ＶＣロール
１８スリーブ
１９アーバ
２０油圧室
２１板クラウン制御部
２２ワークロールベンダー制御装置
２３ａ、２３ｂバイトクーラントノズル
２４ａ、２４ｂロールクーラントノズル

Claims

少なくとも上下一対のワークロールを有する複数の圧延スタンドと、前記各ワークロールに対向するように設けられ、前記ワークロールの回転軸方向に複数配置されたクーラントノズルと、前記各クーラントノズルに設けられ、前記クーラントノズルをそれぞれＯＮ／ＯＦＦするクーラントバルブと、最終の前記圧延スタンド出側に設けられ、前記圧延スタンドによる圧延後の圧延材の板プロファイルを計測する板プロファイル計と、前記最終圧延スタンド出側における前記圧延材の目標板プロファイルを設定する目標板プロファイル設定装置と、前記板プロファイル計により計測された板プロファイル及び前記目標板プロファイル設定装置により設定された目標板プロファイルに基づいて、各圧延スタンドに対するクーラントレベルをそれぞれ演算するクーラントレベル制御装置と、このクーラントレベル制御装置により演算されたクーラントレベルに基づき、前記各クーラントバルブのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うクーラントバルブ制御装置とを備えたことを特徴とする板プロファイル制御装置。
クーラントレベル制御装置は、板プロファイル計により計測された板プロファイル及び目標板プロファイル設定装置により設定された目標板プロファイルに基づき演算された板プロファイル偏差、並びに、クラウン遺伝係数及び圧延材の板厚に基づき演算された設定ゲインの積を演算する第一の演算装置と、この第一の演算装置の演算結果に基づいてクーラントレベルを演算する第二の演算装置とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の板プロファイル制御装置。
板プロファイル計は、クーラントノズルの設置位置に応じた板プロファイルを計測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の板プロファイル制御装置。
クーラントレベルは、クーラントバルブのＯＮ時間の割合に基づいて設定されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の板プロファイル制御装置。