JP2006289420A - 圧延形状制御方法および圧延形状制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
板幅方向の左右で形状が揺れる現象が発生していた。これは、クーラント制御とレベリングまたはベンダー制御が干渉することが原因であった。
【解決手段】
板幅方向に複数ゾーンに分割し、それぞれのゾーン内で噴射するクーラントの割合を決める。圧延材の形状によって、それぞれのゾーン内の噴射する割合を変更することによって、左右のバランスを保持する。
【効果】
クーラント噴射における板幅方向のバランスを保持し、且つ板形状の精度を向上させることが可能となる。形状精度が向上することで、操業の安定性も向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧延機における形状制御方法および形状制御装置に関し、特に、クーラント（圧延油）等の冷却物質を用いた形状制御方法および形状制御装置に関する。

圧延機制御には、従来より、圧延油（クーラント）または水を用いて圧延材の形状を制御する方法がある。クーラントは、圧延材とワークロールの潤滑および冷却のために圧延材およびワークロールに向かって噴射される。また、水は圧延機出側に設けられたワークロール冷却用の水噴射装置によってワークロールに噴射される。

このような技術は、例えば、特開昭５５−８１０１０号公報に知られている。

特開昭５５−８１０１０号公報

クーラントの制御のために、クーラント噴射ノズルを被圧延材の幅方向に多数並べ、これらのオン・オフをクーラントバルブで制御することとなる。すなわち、検出した被圧延材の形状が目標形状となるように、各々のクーラント噴射ノズルのオン・オフを制御する。このように、検出した被圧延材の形状と目標形状の偏差に応じてオンとするクーラント噴射ノズルを選択する場合、特に、圧延材の形状がある程度目標形状に近づいてくると、クーラントノズルの左側と右側でＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、圧延材の形状が左右に揺さぶられ、形状精度が低下する場合があった。そのために、製品品質が低下し、圧延操作が不安定になるという問題があった。

本発明の目的は、製品品質の低下を抑制し、安定した圧延が可能な圧延機における形状制御方法および形状制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明では、並べられた噴射ノズルが分けられた領域について、目標形状と検出された形状の偏差に応じて、各々の領域に属する噴射ノズルのうち噴射状態とする噴射ノズルを選択するように構成した。また、各々の領域毎に噴射ノズルの噴射分布を制御するように構成した。

本発明によって、製品品質がさらに向上し、安定した操業を実現できる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１に形状制御装置５を含んだシステムの概要を示す。圧延機スタンド１の出側における圧延材２の板形状を圧延機出側に設置された形状検出ロール３の出力に基づいて形状検出器４によって測定する。圧延機の形状制御は形状制御装置５によってなされ、形状検出結果を基に、目標形状設定部５５で設定された目標形状との偏差が形状偏差演算部５４で演算され、これに基づいて、ベンディング制御部５３がワークロール１１の撓みを変更するロールベンダー７０，７１を制御し、レベリング制御部５２がワークロール１１の左右のギャップ差（レベリング）を圧下設置制御装置６を介して制御し、クーラント制御部
５１がクーラントバルブ８を制御することでクーラント噴射ノズル９から圧延材２に噴射するクーラントを操作している。

これらの制御を説明する。ロールベンダーは、形状の左右対称な成分を制御し、レベリングは左右非対称な形状を修正する。クーラント制御は、局所的な伸びや、局所的な形状不良を修正する。クーラントの操作方法は、板幅方向に複数設置されたクーラント噴射ノズル９のＯＮ／ＯＦＦを決定する。ワークロール１１にクーラントを噴射するとワークロール１１が冷却され収縮する。逆にクーラントを噴射していない部分のワークロール１１は、圧延による発熱で膨張する。ワークロール１１が膨張した部分では、圧延材がより薄く伸ばされ、ワークロール１１が収縮した部分では伸びが抑制される。したがって、クーラントを噴射した部分の圧延材の形状は張る方向となり、クーラントを噴射していない部分の圧延材の形状は伸び方向となる。圧延機の形状制御においては、予め目標形状が決められ、形状制御装置５は形状検出器４による検出形状が目標形状に近づくように、アクチュエータを操作する。クーラント噴射ノズル９のＯＮ／ＯＦＦを決定する方法は様々であるが、一般に、目標形状より伸びている部分にクーラントを噴射し、伸びていない（張っている）部分のクーラント噴射を止めている。このように、クーラントを用いた形状制御装置５においては、圧延材の板形状が目標形状に近づくように、クーラント噴射ノズル９のＯＮ／ＯＦＦを操作している。

クーラントは圧延材２およびワークロール１１の潤滑と冷却のために噴射する。安定した圧延を維持するために、ある一定量以上のクーラントを噴射する必要がある。このことを、まず、概念的に発明すると、板幅方向の左右で噴射する割合が同等になるように、クーラントノズルＯＮ／ＯＦＦを決定すればよい。板幅方向で複数のゾーンに分けて、予め各ゾーン内でＯＮするノズル数を決めておき、クーラントノズルのＯＮ／ＯＦＦを判定する。各ゾーン毎に、ＯＮするノズルとＯＦＦするノズルの割合を決めておくことで、板幅方向におけるクーラント流量のバランスを保つことができる。左右対称な形状不良は、ロールベンディングによって修正し、左右非対称な形状不良が発生した場合には、レベリングを操作する。ロールベンディングやレベリングでは除去できない局部的な形状不良を、クーラント制御によって修正する。このように、それぞれのアクチュエータの役割を分担することによって、互いの干渉を防ぎ、形状の精度が向上する。

図３はクーラント制御の詳細を示している。

クーラント制御部５１は、クーラント分割位置演算部５１４およびゾーン毎ＯＮ比率設定部５１５が含まれる。さらに、３ゾーンに分割するため、ノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部として、右クーラントノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部５１６，中央クーラントノズルＯＮ／OFF判定部５１７及び左クーラントノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部５１８を有している。ただし分割するゾーン数は３つに限定されることは無く２つ以上であればよい。形状偏差演算部
５４は、目標形状設定部５５により設定された目標形状と、形状検出器４により測定された圧延材２の板形状とを比較し、ベンダー，レベリング、さらには、図２に示すような、クーラント各々のアクチュエータ（セクション１，２…ｉ…）に対応したそれぞれの形状偏差Δεｉを計算する（ここで、ｉは、１，２…ｉ…を示すものであり、以下、単にｉと記した場合、Δε１，Δε２，…Δεｉ…の如く計算することを示す）。クーラントゾーン分割位置演算部５１４は、クーラントノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部５１６〜５１８に板幅に応じたゾーン設定を出力する。ゾーン毎ＯＮ比率設定部５１５は、クーラントノズル
ＯＮ／ＯＦＦ判定部５１６〜５１８に各ゾーンのクーラントノズルＯＮ比率を出力する。各ゾーンのクーラントノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部５１６〜５１８は、ゾーン設定および
ＯＮ比率設定に基づいてクーラントノズルのＯＮ／ＯＦＦを判定する。クーラントバルブ制御部５１３は、ノズルＯＮ／ＯＦＦ指令に基づいてクーラントバルブを操作する。

すなわち、該割合のクーラント噴射ノズル９をＯＮするように、ゾーン毎ＯＮ比率設定部５１５によって設定されたクーラントを噴射する割合（ＯＮ比率）に応じて、クーラントノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部５１６〜５１８は、上記ＯＮ比率に基づいた数のノズルを
ＯＮする指令を出力する。クーラントノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部５１６〜５１８によって出力されたノズルＯＮ／ＯＦＦ指令に基づいて、クーラントバルブ制御部５１３がクーラントバルブ８のＯＮ／ＯＦＦを操作しクーラントを噴射または停止する。

すなわち図４に示すクーラントノズルＯＮ／ＯＦＦ判定のように、クラス分け機構
Ａ５１１１が図５のメンバーシップ関数に従ってＡＮＢｉ(ネガティブビッグ)，ＡＮＳｉ
（ネガティブスモール），ＡＺＯｉ（ゼロ），ＡＰＢｉ（ポジティブビッグ），ＡＰＳｉ(ポジティブスモール)にクラス分けをする。同様にクラス分け機構Ｂ５１１２およびクラス分け機構Ｃ５１１３がＢＮＢｉ，ＢＮＳｉ，ＢＺＯｉ，ＢＰＢｉ，ＢＰＳｉ，ＣＮＢｉ，ＣＮＳｉ，ＣＺＯｉ，ＣＰＢｉ，ＣＰＳｉを求める。次に予め決められたルールベース
５１１６に従って、ファジィ推論機構５１１４がそれぞれのセクションの噴射度合いαｉを求めるためのクラス分け結果ＮＢｉ，ＮＳｉ，ＺＯｉ，ＰＢｉ，ＰＳｉを求める。噴射度合い演算機構５１１５は、数式１によってｉセクションのノズルを噴射する度合いαｉを求める。したがって、ノズルＯＮ／ＯＦＦ判定機構５１６１，５１７１，５１８１が、有効ノズル数にクーラントＯＮ比率を掛けてＯＮノズル数を演算し、噴射度合いαｉが大きい順に噴射するノズルを選定する。

図４はクーラントノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部５１６〜５１８を示している。本実施例では、板幅全体の形状偏差データを用いて、図５のようなメンバーシップ関数を持つクラス分け機構Ａによって各ノズルセクションの確信度ＡＰＢ（ポジティブビッグ），ＡＰＳ
（ポジティブスモール），ＡＮＢ（ネガティブビッグ），ＡＮＳ（ネガティブスモール），ＡＺＯ（ゼロ）を求める。クラス分け機構Ｂ，Ｃでも同様に確信度を求める。これらの確信度からルールベース５１１６に基づいてクーラントｉ番目のセクションにおける確信度ＮＢｉ，ＮＳｉ，ＺＯｉ，ＰＳｉ，ＰＢｉを求める。

次に噴射度合い演算機構５１１５において、数式１のように係数ρによる重み付けした重心を求める関数を用いて、ｉ番目のセクションの噴射度合いαｉを求める。

本発明では、右側，中央，左側ゾーンのそれぞれにＯＮ／ＯＦＦ判定機構５１６１，
５１７１，５１８１が設けてあり、ゾーン分割位置演算部により設定される各ゾーンの最大最小セクション範囲内のノズルのＯＮ／ＯＦＦを判定する。噴射度合いαｉの値が大きなセクションから順に、ゾーン毎ＯＮ比率設定部により設定されたＯＮ比率（ｒＲ，ｒＣ，ｒＬ）に応じてノズルをＯＮする指令を出力する。

クーラントゾーン分割位置演算部５１４の例を図６に示す。クーラントゾーン分割位置演算部５１４は、ステップ６０２，６０４,６０６,６０８で板幅から各ゾーンの最大最小セクションＮo.を選択する。先ず、板幅データの上下限チェックを行い、ステップ６１０，６１２，６１４次に板幅範囲Ｗｍｉｎ（ｊ），Ｗｍａｘ（ｊ）に対応した各ゾーンの最大最小セクションＮo.（Ｎ１（ｊ）〜Ｎ６（ｊ））を格納したデータベース５１４１を参照して、現在板幅に対応する各ゾーンの最大最小セクションＮo.を選択する。これは１つの実施例であり、圧延材の板幅，板厚，鋼種などによって各ゾーンが一意に決まる方法であれば良い。

図７にクーラントＯＮ比率初期設定部５１５の構成を示す。本実施例では、ステップ
７０２，７０４，７０６，７０８で、板幅が上限下限範囲内にあるか判断し、さらにステップ７１０，７１２，７１４で板幅範囲Ｗｍｉｎ（ｊ），Ｗｍａｘ（ｊ）に対した各圧延開始時にクーラントＯＮ比率の初期設定をデータベース５１５は行い、圧延中に形状偏差Δεｉを用いてＯＮ比率を変更する方式となっている。このように初期設定は、板幅毎のデータベース５１５１を参照して、板幅に対応した各ゾーンＯＮ比率初期値として格納された（ＲＲ（ｊ），ＲＣ（ｊ），ＲＬ（ｊ））を検索する。圧延中には、数式２により各ゾーンの形状偏差平均値（εＲ，εＣ，εＬ）を求める。

また、数式３のようにＯＮ比率変更分ΔｒＲ，ΔｒＣ，ΔｒＬを求める。

ここで、Ｇは各項の重み（ゲイン）を表している。さらに、数式４のように初期設定値に変更分を加算して、各ゾーンのＯＮ比率を決定する。

このＯＮ比率決定方法は１つの例であり、例えばファジィ推論により、ＯＮ比率の増減を判定しても良い。また、予め設定したパターンに基づいてＯＮ比率を変更しても良い。

本実施例では、右側，中央，左側にゾーン分割して説明しているが、駆動側，中央，非駆動側として分割しても良い。

圧延機の形状制御装置を含んだ全体システムの概要図。 クーラント噴射ノズルの構成図。 構成ブロック図。 ノズルＯＮ／ＯＦＦ判定部の例。 メンバーシップ関数を示す図。 ゾーン分割位置演算部の詳細図。 クーラントＯＮ比率演算部の詳細図。

符号の説明

１…圧延機スタンド、２…圧延材、３…形状検出ロール、４…形状検出器、５…形状制御装置、６…圧下位置制御装置、８…クーラントバルブ、９…クーラント噴射ノズル、
５１…クーラント制御部、５２…レベリング制御部、５３…ベンディング制御部、５４…形状偏差演算部、５５…目標形状設定部、７０…ワークロールベンダー、７１…中間ロールベンダー。

Claims (12)

1. 被圧延材の幅方向に並べられた噴射ノズルから冷却物質を噴射して作業ロールを冷却することで被圧延材の形状を制御する圧延機における形状制御方法において、前記並べられた噴射ノズルが分けられた領域について、目標形状と検出された形状の偏差に応じて、各々の領域に属する噴射ノズルのうち噴射状態にする噴射ノズルを選択する圧延機における形状制御方法。
2. 請求項１において、板幅に応じて領域分けする圧延機における形状制御方法。
3. 請求項１において、目標形状と検出された形状の偏差に応じて前記領域に属する噴射ノズルのうちの噴射状態とする噴射ノズルの割合を決めることで、噴射状態にする噴射ノズルを選択する圧延機における形状制御方法。
4. 請求項２において、各噴射ノズルについて優先順位を求め、優先順位の高いものから前記噴射状態とする噴射ノズルを選択する圧延機における形状制御方法。
5. 請求項４において、各噴射ノズルに対応した目標形状との偏差を求め、該偏差に応じて前記噴射状態とする噴射ノズルを選択する圧延機における形状制御方法。
6. 請求項５において、該偏差に応じてファジィ理論を用いて前記噴射状態とする噴射ノズルを選択する圧延機における形状制御方法。
7. 請求項３において、前記噴射状態とする噴射ノズルの割合を変更する圧延機における形状制御方法。
8. 請求項７において、圧延材の板幅，板厚あるいは鋼種に応じて前記割合を初期設定し、さらに、前記割合を変更する圧延機における形状制御方法。
9. 請求項１において、前記冷却物質は圧延の潤滑を兼ねるクーラントである圧延機における形状制御方法。
10. 被圧延材の幅方向に並べられた噴射ノズルから冷却物質を噴射して作業ロールを冷却することで被圧延材の形状を制御する圧延機における形状制御方法において、前記並べられた噴射ノズルが分けられた領域について、各々の領域ごとに噴射ノズルの噴射分布を制御する圧延機における形状制御方法。
11. 被圧延材の幅方向に並べられた噴射ノズルから噴射される作業ロールを冷却する冷却物質を制御する圧延機における形状制御装置において、目標形状を検出された形状との偏差を演算する手段と、前記並べられた噴射ノズルが分けられた領域について前記偏差に応じて各々の領域に属する噴射ノズルのうち噴射状態とする噴射ノズルを選択する手段を有することを特徴とする圧延機における形状制御装置。
12. 被圧延材の幅方向に並べられた噴射ノズルから噴射される作業ロールを冷却する冷却物質を制御する圧延形状制御装置において、前記並べられた噴射ノズルが分けられた領域について各々の領域毎に噴射ノズルの噴射分布を制御する手段を有することを特徴とする圧延機における形状制御装置。

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