JP2011218396A - 圧延制御方法および圧延制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リール偏心による被圧延材の板速度変動を吸収し、出側板厚に与える影響を最小とする。
【解決手段】圧延機および該圧延機の入側または出側の少なくとも一方に被圧延材を巻き出しまたは巻き取るテンションリールを備えた圧延機の制御装置において、前記圧延機とテンションリール間にある被圧延材に押圧力を印加するリール偏心除去ロール２１を備え、前記リール偏心除去ロールに印加する押圧力を、リール偏心除去ロールの基準位置との偏差と前記テンションリールに設定された張力設定値をもとに調整して、前記テンションリールに巻回された被圧延材の偏心に伴って発生する前記被圧延材の巻き出しまたは巻き取り速度の変動に伴う前記被圧延材への張力変動を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧延制御技術に係り、特に、半径が不均一に巻回された被圧延材を巻きだしあるいは巻き取りを行う場合における制御技術に関する。

圧延機においては、板状の被圧延材を円筒形のコイル状に巻いて保管し、あるいは運搬している。このコイル状に巻かれた被圧延材を圧延機で圧延する場合、被圧延材を巻き出して圧延機により圧延して板厚を薄くし、再度被圧延材を巻き取ってコイル状に巻くことを行なう。これを行なう装置として、テンションリールと呼ばれる機械装置が通常用いられる。

被圧延材をコイル状に巻く際、被圧延材をテンションリールの円筒状の機械装置（リール本体）に巻きつけて巻き取るが、被圧延材の先端部の上に一周した被圧延材が乗るため、被圧延材をコイル状に巻いた場合、先端部に板厚分の段差が発生する。テンションリールの円筒状の機械装置（リール本体）は半径が３００ｍｍ程度であり、被圧延材の板圧が３ｍｍ程度であった場合、１％のコイル半径の変動となる。

また、テンションリール本体ヘの被圧延材の巻きつけ方法として、円筒状の部分に板幅方向に溝を切ってそこに被圧延材の先端部を挿入して巻き取る方法が用いられており、その場合、板幅方向の溝の形状にもよるが、巻き取られた被圧延材コイルには半径変動が発生する。

被圧延材の巻き取りまたは巻き出しはテンションリールの円筒部分を回転させることで行なうため、コイルの半径方向寸法が変動すると、被圧延材の巻き取りおよび巻き出し速度が半径変動分だけ変動することになる。

圧延機においては、マスフローー定則と呼ばれる、「圧延機入側被圧延材速度×圧延機入側板厚＝圧延機出側被圧延材速度×圧延機出側板厚」という法則が成立する。これによると、入側板厚が一定でも入側被圧延材速度がリール半径変動により変動すると圧延機出側板厚も変動することとなり、被圧延材の製品精度が悪化する。

そのため、従来よりコイルの半径変動（テンションリールの半径寸法の変動であることからリール偏心と呼ぶ）を抑制するためのリール偏心制御が行なわれている。リール偏心制御の方法としては、圧延機出側板厚変動または、圧延機入側出側の張力変動からリールの半径変動に起因する速度変動を予測し、圧延機のロールギャップを変化させて出側板厚変動を抑制する方法、あるいはテンションリールを駆動する電動機の電流を操作して被圧延材速度を変化させ張力変動と出側板厚変動を抑制する方法が行なわれている（特許文献１，２）。

圧延機のロールギャップを変化させる方法では、張力変動が増大する問題があり、また出側板厚の抑制効果も張力変動のため小さいという問題があった。また、テンションリールを駆動する電動機の電流を変化させる方法は、リールの半径変動が局在化（角度にして１０〜３０度位）に限定されるため、大きな加減速電流を流さないと板厚変動を抑制できず実用的でないという問題があった。

特開平１０−２７７６１８号公報 特開２０００−８４６１５号公報

圧延機のリール偏心による板圧変動を除去する制御方法としては、前述したようにロールギャップを操作する方法、およびテンションリールを駆動する電動機の電流を操作する方法がある。

圧延機のロールギャップを変化させる方法では、圧延現象として張力変動が増大するため、操業の安定性に問題がある。また出側板厚の抑制効果も張力変動のため小さいという問題がある。

また、テンションリールを駆動する電動機の電流を変化させる方法は、リールの半径変動が局在化（角度にして１０〜３０度位）に限定されるため、大きな加減速電流を流さないと板厚変動を抑制できず実用的でないという問題がある。

リール偏心に起因する被圧延材の板速度変動は、リール回転速度を変化させて抑制する必要があるが、テンションリールは大きな慣性モーメントを持ち、電動機の駆動電流変化からリール速度変動までには時間遅れが存在するため板速度変動を抑制することは困難である。また、発生した被圧延材の板速度変動は、マスフロー一定則から出側板厚変動となり、これを抑制するのは困難である。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、リール偏心による被圧延材の板速度変動を効果的に吸収し、出側板厚に与える影響を最小とすることのできる圧延制御技術を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

圧延機および該圧延機の入側または出側の少なくとも一方に被圧延材を巻き出しまたは巻き取るテンションリールを備えた圧延機の制御装置において、前記圧延機とテンションリール間にある被圧延材に押圧力を印加するリール偏心除去ロールを備え、前記リール偏心除去ロールに印加する押圧力を、リール偏心除去ロールの基準位置との偏差と前記テンションリールに設定された張力設定値をもとに調整して、前記テンションリールに巻回された被圧延材の偏心に伴って発生する前記被圧延材の巻き出しまたは巻き取り速度の変動に伴う前記被圧延材への張力変動を抑制する。

本発明は、以上の構成を備えるため、リール偏心による被圧延材の板速度変動を効果的に吸収し、出側板厚に与える影響を最小とすることができる。

リール偏心抑制制御装置を説明する図である。 本発明の適用対象であるシングルスタンド圧延機を説明する図である。 テンションリールに被圧延材を巻きつける方法を説明する図である。 リール偏心による被圧延材速度変動を説明する図である。 テンションリール〜圧延機間の被圧延材長さの変動を説明する図である。 リール偏心による張力変動抑制動作を説明する図である。 リール偏心除去制御装置の詳細を示す図である。 押付圧調整装置の詳細を説明する図である。 タンデム圧延機における圧延スタンド間にロール偏心除去装置を配置した例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図２は本発明の適用対象であるシングルスタンド圧延機を説明する図である。

シングルスタンド圧延機は、圧延機１の圧延方向に対して入側に入側ＴＲ（テンションリールをＴＲと略記する）２、出側に出側ＴＲ３を備える。圧延に際しては、入側ＴＲ２から巻き出された被圧延材を圧延機１で圧延した後、出側ＴＲ３で巻き取る。圧延機１には、ロールギャップを変更して被圧延材の板厚を制御するためのロールギャップ制御装置７および圧延機１の速度を制御するためのミル速度制御装置４が設置される。

入側ＴＲ２および出側ＴＲ３は電動機により駆動されるが、前記電動機と電動機を駆動するための装置として、入側ＴＲ制御装置５および出側ＴＲ制御装置６が設置される。

圧延時は、圧延速度設定装置１０からの速度指令がミル速度制御装置４に対して出力され、ミル速度制御装置４は、圧延機１の速度を一定とするような制御を実施する。

圧延機１の入側、出側では、被圧延材に張力をかけることにより圧延を安定かつ効率的に実施する。そのために必要な張力を計算するのが入側張力設定装置１１および出側張力設定装置１２である。

入側張力設定装置１１が計算した入側張力設定値、および該入側張力設定値と入側張力計８の計測値との差分を入力とする入側張力制御部１３の出力は、入側張力電流変換装置１５を介して入側ＴＲ制御装置５に与えられ、入側ＴＲ制御装置５は与えられた電流となるように電動機電流を制御し被圧延材に所定の張力を与える。

また、出側張力設定装置１２が計算した出側張力設定値、および該出側張力設定値と出側張力計９の計測値との差分を入力とする出側張力制御部１４の出力は、出側張力電流変換装置１６を介して出側ＴＲ制御装置６に与えられ、出側ＴＲ制御装置６は与えられた電流となるように電動機電流を制御し被圧延材に所定の張力を与える。

張力電流変換装置１５、１６は、ＴＲの機械系を含むＴＲ制御装置を表す制御モデルに基き前記張力設定値が得られるような電流設定値（電動機トルク設定値）を演算する。なお、前記制御モデルには誤差を含むため、圧延機１の入側および出側に設置された入側張力計８および出側張力計９で測定された実績張力を用いて、入側張力制御１３および出側張力制御１４により張力設定値に補正を加えて、張力電流変換装置１５、１６に与え、入側ＴＲ制御装置５および出側ＴＲ制御装置６に設定する電流値を補正する。

なお、被圧延材の板厚は製品品質上重要であるため、板厚制御が実施される。板厚制御は、圧延機１の出側の板厚を出側板厚計１７により検出し、検出した板厚をもとに出側板厚制御装置１８はロールギャップ制御装置７を介して圧延機１のロールギャップを操作して行う
以上説明したように、シングルスタンド圧延機においては、巻取および巻出に用いられるＴＲによる張力制御は、電動機が発生するトルクを一定とするトルク一定制御により行われる。すなわち、張力計で検出した実績張力を用いて電動機電流指令を補正することで被圧延材にかかる張力を一定とする制御が行われている。電動機トルクは、電動機電流により得られるので、トルク一定制御に代えて電流一定制御とする場合も有る。

図３は、ＴＲに被圧延材を巻きつける方法を説明する図である。図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように２通りの方法がある。

図３（ａ）は、ＴＲの円筒部分に被圧延材をそのまま巻き付ける例を示す図である。この場合は、Ａ点からＢ点までの間で被圧延材が１枚分増加する。このため、この部分がリール半径が変化する部分となる。図３（ｂ）は、ＴＲの板幅方向に被圧延材の先端噛込用溝を機械的に設置した例を示す図である。この場合は、図に示すように被圧延材の先端部を先端噛込用溝に入れてからリールを回転させて被圧延材を巻き取る。このため、リール半径がＣ点からＤ点の間で変化する。

図３（ａ）、（ｂ）いずれの巻きつけ方法を用いても、リール半径が変化するため、リールを回転速度一定で回転させる場合、被圧延材の速度が変動する。

また、いずれの巻き付け方をした場合でも、被圧延材の板厚や先端部の状態によってリール半径の変動量が変化する事がわかる。従って、幾何学的にリール半径変動を求め、リール回転速度を変更することにより、リール偏心抑制制御を実施するのは困難である。

図４は、リール偏心による被圧延材速度変動を説明する図である。ここでは、理想的な状態として図４に示すようにリールの角度βの範囲でリール半径が変化し、リール周速度（円周方向の速度）が三角形状に変化すると仮定する。

図５は、テンションリール〜圧延機間の被圧延材長さの変動を説明する図である。圧延機入側を考えると、図５に示すように、リールから圧延機までの板長さ（Ｅ点からＦ点までの被圧延材の長さ）は、図５（ｃ）のように変化する。

テンションリール〜圧延機間の板長さが変化すると、テンションリール〜圧延機間の張力が変化する。張力が変動すると、トルク一定制御を実施してる入側ＴＲがそれに応じて速度を変化させて、張力変動を抑制し、リール〜圧延機間板長さを元の長さに戻す。このためリール速度も変動し、マスフロー一定則にしたがって圧延機出側板厚も変動する。

図６は、リール偏心による張力変動抑制動作を説明する図である。図６（ａ）に示すように、入側リールと圧延機間の被圧延材に、油圧シリンダ２２により押圧力を印加するリール偏心除去ロール２１を設置する。

油圧シリンダ２２に設定する押圧力は、入側張力設定に応じて変化させる。リール半径が変動しない場合は、シリンダ位置は一定位置となる。リール偏心により、リール半径が変化した場合、リール〜圧延機間板長さが変化し入側張力変動となって現れる。リール偏心除去ロール２１は、一定圧力で被圧延材に押付けられているため、入側張力が変動した場合、それに応じて位置が変化する。リール偏心によりリール径が大となる方向に変化した場合、入側張力は緩むため、リール偏心除去ロール２１は被圧延材を押し込む方向に移動し、リール〜圧延機間板長さを大きくすることによって、圧延機入側張力変動を抑制し、また出側板厚変動も抑制する。

リール半径変動が無い部分までリールが回転したら、リール偏心除去ロール２１の押付圧を変化させ、入側張力を小さくする方向に位置を移動させる。このとき入側張力変動分は入側ＴＲのトルクー定制御にて抑制する。また、入側ＴＲが制御可能であるか、または出側板厚変動が許容できるレートでリール偏心除去ロール２１の位置を変化させるように押付圧を変更する。

つまり、図６（ｄ）に示すように、リール偏心によるリール半径変動が大きい部分であるグリップマーク位置の近傍においてはリール偏心除去ロール位置を大きく動作させて入側張力変動および出側板厚変動を抑制し、その後は変化させた位置を徐々に元の位置までもどすことで、入側ＴＲのトルク一定制御によるリール速度変化を発生させ入側張力および出側板厚変動を抑制する。

図１はリール偏心抑制制御装置を説明する図である。図１に示すように、圧延機１と入側ＴＲ２の間に、リール偏心除去ロール２１およびその押付圧を調整するための油圧シリンダ２２を備える。また、油圧源２３および油圧源から油圧シリンダ２２に供給する油圧を調整するための圧力調整弁２４を備える。また、センサとしては、入側張力計２５を備え、張力実績３６を取り込む。圧延スケジュール設定装置３５は、被圧延材の製品情報に基づき、圧延機入側の張力設定３４を出力する。

リール偏心制御装置３１は、与えられた張力設定３４より、リール偏心除去ロール２１の位置実績３７を用いて、入側ＴＲ制御装置５に対する張力設定−１および押付圧調整装置３０に対する張力設定−２を設定する。

図７はリール偏心除去制御装置３１の詳細を示す図である。図７に示すように張力設定値３４をそのまま入側ＴＲ制御装置２に対する第１の張力設定値３２として出力する。

また、リール偏心除去ロールの位置実績３７と基準位置との偏差をリミッタにより制限し制限した値に対して変換ゲインＧ（位置を張力に変換）を積算した値と、前記張力設定値３４の和を第２の張力設定３３とする。

図８は、押付圧調整装置３０の詳細を説明する図である。図８に示すように、リール偏心除去制御装置３１からの第２の張力設定値と張力実績３６の偏差に積分ゲインを乗算した値と、前記第２の張力設定値３３の和に対して変換ゲイン（張力を圧力に変換）積算して、圧力調整弁２４に対する圧力指令を作成する。なお、入側ＴＲ制御装置５は、リール偏心除去制御装置３１からの第１の張力設定値を張力−電流変換装置１５により電流指令に変換した電流指令を受け取り、電流一定制御を実施する。

なお、リール偏心除去ロール２１は、被圧延材の張力実績に応じてその位置が変わるため、厳密には圧力指令を位置実績に応じて補正する必要がある。しかしながら、リール径が圧延状態に応じて変化（被圧延材を巻き取り、巻き出しするため、リール径がリール１回転毎に変化する。）するため幾何学的に考えて補正するのは困難であるため、本件発明では、張力実績を用いて、張力実績が設定張力と一致するよう積分制御を行なうことで補正を実施する。

なお、以上の例では、圧延機入側のテンションリールのリール偏心による入側張力および出側板厚への影響を除去する方法について説明したが、圧延機出側のテンションリールのリール偏心による出側張力および出側板厚への影響についても同様の方法で除去することが可能である。

また、以上の例では、シングルスタンド圧延機の入側および出側のテンションリールのリール偏心による影響を除去する方法について述べたが、同様にタンデム圧延機の入側および出側にテンションリールが設置されている場合においても適用できる。

図９は、タンデム圧延機における圧延スタンド間にロール偏心除去装置を配置した例を示す図である。図９に示すように、＃ｉ圧延スタンドと＃ｉ＋１圧延スタンドの間に、ロール偏心除去ロール２１’およびその押付圧を調整するための油圧シリンダ２２’を備える。また、センサとしては、入側張力計２５’を備え、張力実績３６’を取り込む。ロール偏心制御装置３１’は、与えられた張力設定をもとに、リール偏心除去ロール２１の位置実績３７を用いて、＃ｉ圧延スタンドに対する張力設定−１および押付圧調整装置３０’に対する張力設定−２を設定する。

このように、タンデム圧延機の圧延スタンド間にリール偏心除去装置と同様な構成を備えることにより、タンデム圧延機における圧延スタンドのロール偏心の影響を除去することができる。

１ 圧延機
２ 入側ＴＲ（テンションリール）
３ 出側ＴＲ（テンションリール）
４ ミル速度制御装置
５ 入側ＴＲ制御装置
６ 出側ＴＲ制御装置
７ ロールギャップ制御装置
８ 入力張力計
９ 出側張力計
１０ 圧延速度設定装置
１１ 入側張力設定装置
１２ 出側張力設定装置
１３ 入側張力制御部
１４ 出側張力制御部
１５ 入側張力−電流変換装置
１６ 出側張力−電流変換装置
１７ 出側板圧計
１８ 出側板厚制御装置
２１ リール偏心除去ロール
２２ 油圧シリンダ
２３ 油圧源
２４ 圧力調整弁
２５ 入側張力計
２６ 位置検出器
３０ 押し付け圧調整装置
３１ リール偏心除去装置
３５ 圧延スケジュール設定装置

Claims (8)

1. 圧延機および該圧延機の入側または出側の少なくとも一方に被圧延材を巻き出しまたは巻き取るテンションリールを備えた圧延機の制御装置において、
   前記圧延機とテンションリール間にある被圧延材に押圧力を印加するリール偏心除去ロールを備え、
   前記リール偏心除去ロールに印加する押圧力を、リール偏心除去ロールの基準位置との偏差と前記テンションリールに設定された張力設定値をもとに調整して、前記テンションリールに巻回された被圧延材の偏心に伴って発生する前記被圧延材の巻き出しまたは巻き取り速度の変動に伴う前記被圧延材への張力変動を抑制することを特徴とする圧延機の制御装置。
2. 請求項１記載の圧延機の制御装置において、
   圧延機の入側および出側に設けたテンションリールに対する張力目標値と前記リール偏心除去ロールに対する張力目標値は互に異なることを特徴とする圧延機の制御装置。
3. 請求項１記載の圧延機の制御装置において、
   前記圧延機はシングルスタンド圧延機であることを特徴とする圧延機の制御装置。
4. 複数の圧延スタンドにより構成されるタンデム圧延機および圧延機の入側または出側の少なくとも一方に被圧延材を巻き出しまたは巻き取るテンションリールを備えた圧延機の制御装置において、
   前記タンデム圧延機とテンションリール間にある被圧延材に押圧力を印加するリール偏心除去ロールを備え、
   前記リール偏心除去ロールに印加する押圧力を、リール偏心除去ロールの基準位置との偏差と前記テンションリールに設定された張力設定値をもとに調整して、前記テンションリールに巻回された被圧延材の偏心に伴って発生する前記被圧延材の巻き出しまたは巻き取り速度の変動に伴う前記被圧延材への張力変動を抑制することを特徴とする圧延機の制御装置。
5. 請求項４記載の圧延機の制御装置において、
   隣接する圧延スタンド間に該スタンド間の板長さを調節するロールを備え、該ロールに印加する押圧力を調整して、前記被圧延材の板速度変動に伴う前記被圧延材への張力変動を抑制することを特徴とする圧延機の制御装置。
6. 圧延機および該圧延機の入側または出側の少なくとも一方に被圧延材を巻き出しまたは巻き取るテンションリールを備えた圧延機の制御方法において、
   前記圧延機とテンションリール間にある被圧延材に押圧力を印加するリール偏心除去ロールに印加する押圧力を、リール偏心除去ロールの基準位置との偏差と前記テンションリールに設定された張力設定値をもとに調整して、前記テンションロールに巻回された被圧延材の偏心に伴って発生する前記被圧延材の巻き出しまたは巻き取り速度の変動に伴う前記被圧延材への張力変動を抑制することを特徴とする圧延機の制御方法。
7. 請求項６記載の圧延機の制御装置において、
   圧延機の入側および出側に設けたテンションリールに対する張力目標値と前記リール偏心除去ロールに対する張力目標値は互に異なることを特徴とする圧延機の制御方法。
8. 請求項６記載の圧延機の制御装置において、
   前記圧延機はシングルスタンド圧延機であることを特徴とする圧延機の制御方法。

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