JP2013212523A - 被圧延材の蛇行制御方法および被圧延材の蛇行制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 圧延スタンドF5を被圧延材Sの尾端が通過すると、第1の制御ゲインKS1よりも低い第2の制御ゲインKS2でフィードバック制御を行って「センサ方式蛇行制御」を実施する。圧延スタンドF6を被圧延材Sの尾端が通過すると、第1の制御ゲインKS1でフィードバック制御を行って「センサ方式蛇行制御」を実施すると共に、第3の制御ゲインKL1よりも低い第4の制御ゲインKL2でフィードバック制御を行って「差荷重方式蛇行制御」を実施する。蛇行量検出センサ200を被圧延材Sの尾端が通過すると、「センサ方式蛇行制御」を終了すると共に、第3の制御ゲインKL1でフィードバック制御を行って「差荷重方式蛇行制御」を実施する。圧延スタンドF7を被圧延材Sの尾端が通過すると、「差荷重方式蛇行制御」を終了する。
【選択図】 図3
Description
一般的に、被圧延材の最尾端部が圧延機を通過すると、被圧延材の後方の拘束がなくなるため、極短時間で蛇行が大きくなることが知られている。そのため、極短時間であっても、蛇行を抑制するための制御が実行されない期間ができることは、被圧延材を安定して通板する観点から望ましくない。
まず、カメラを備えた蛇行検出装置により、圧延機を抜けて当該圧延機と次の(下流側の)圧延機との間で被圧延材が蛇行したことが検出されると、検出された蛇行量に応じて圧延ロールの左右のチョックの圧下量を制御する「センサ方式蛇行制御」を行う。
その後、被圧延材の尾端が蛇行検出装置を抜けると、前記次の(下流側の)圧延機に備わっているロードセルにより、当該次の(下流側の)圧延機のドライブサイドとワークサイドの差荷重を測定し、当該差荷重に応じて圧延ロールの左右のチョックの圧下量を制御する「差荷重方式蛇行制御」を行う。
かかる特許文献1では、「センサ方式蛇行制御」による無制御領域でも「差荷重方式蛇行制御」を実行することにより、安定した蛇行制御を行えるとしている。
また、特許文献3に記載の技術では、圧延機のドライブサイドとワークサイドの差荷重等から得られる蛇行量に基づいて、圧延機のドライブサイドとワークサイドの圧下位置の差の指令値を導出すると共に、予め圧延機毎に与えられた圧延機のセンタ圧下位置上昇量に基づいて圧延機のセンタ圧下位置の指令値を導出し、これらの指令値に基づいて、圧延機のドライブサイドとワークサイドの圧下位置を操作するようにしている。
しかしながら、圧延機を被圧延材が通過すると、被圧延材の後方張力が失われるので、圧延機のドライブサイドとワークサイドの差荷重が大きく変動することが知られている。このように大きく変動する差荷重を基に蛇行制御を行うことは好ましくない。
したがって、蛇行検出装置のようなセンサにより蛇行量を直接的に検知し、その蛇行量に基づいて蛇行制御を行う方が、圧延機のドライブサイドとワークサイドの差荷重に基づいて蛇行制御を行うよりも優れている。よって、特許文献2、3に記載の技術よりも、特許文献1に記載の技術のように、「センサ方式蛇行制御」と「差荷重方式蛇行制御」とを切り替えて使用する方が適切に蛇行制御を行うことができる。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、連続熱間圧延機で熱間圧延される被圧延材の蛇行を抑制することを目的とする。
図1は、熱間圧延ラインに配設された仕上圧延機群の概略構成の一例を示す図である。図1に示す例では、被圧延材Sは、図1の白抜きの矢印の方向(Y軸の正の方向)に通板されるものとする。
図1において、仕上圧延機群は、7つの圧延スタンドF1〜F7を有する。各圧延スタンドF1〜F7は、同じ構成を有する。図1に示すように、本実施形態では、最下流にある圧延スタンドF7に対し、蛇行制御装置100が設けられる。また、圧延スタンドF7と、圧延スタンドF7よりも1つ上流側の圧延スタンドF6との間の所定の位置(例えば、それらの中間の位置や出来るだけ圧延スタンドF7に近い位置)であって、被圧延材Sの上方の位置には、蛇行量検出センサ200が配置されている。
図1および図2において、圧延スタンドF7は、上ワークロール301a、下ワークロール301b、上バックアップロール302a、下バックアップロール302b、下バックアップロールチョック303a、303b、油圧シリンダ304a、304b、変位検出器305a、305b、および荷重検出器(ロードセル)306a、306bを備えて構成される。
油圧シリンダ304a(304b)は、下バックアップロールチョック303a(303b)に圧下力を作用させるためのものである。
変位検出器305a(305b)は、油圧シリンダ304a(304b)のピストンの動き量を検出することにより、ワークサイド(ドライブサイド)のロールギャップの変動を間接的に検出するものである。
カメラ201a(201b)は、被圧延材Sの幅方向(X軸方向)の端部が撮像領域に含まれるように、被圧延材Sの上方の位置であって、ワークサイド(ドライブサイド)の所定の位置に配置される。尚、本実施形態では、便宜上、図1および図2に示す位置に蛇行量検出センサ200(カメラ201a、201b)を配置した場合を挙げて説明したが、実際には、蛇行量検出センサ200(カメラ201a、201b)は、圧延スタンド間にあるサイドガイドに配置されている。
カメラ201a(201b)は、被圧延材Sの自発光が照射された状態で、被圧延材Sを撮像する。そうすると、被圧延材Sの蛇行量に応じて、撮像領域における画像の輝度の高い領域が変化する。蛇行量導出装置202は、この変化を探索することにより、被圧延材Sのワークサイド(ドライブサイド)の端部の位置を導出することができる。
例えば、蛇行量導出装置202は、蛇行がない場合の被圧延材Sの幅方向(X軸方向)の中央の位置を原点とするX軸上の座標を、被圧延材Sのワークサイド及びドライブサイドの端部の位置として導出し、導出した被圧延材Sのワークサイド及びドライブサイドの端部の位置から、被圧延材Sの幅方向(X軸方向)の中央の位置のX軸上の座標を導出する。そして、蛇行量導出装置202は、蛇行がない場合の被圧延材Sの幅方向(X軸方向)の中央の位置の座標を原点として、導出した被圧延材Sの幅方向(X軸方向)の中央の位置のX軸上の座標を導出し、導出した座標を被圧延材Sの蛇行量として導出する。
蛇行制御装置100は、設定器101と、演算器102と、調節器103と、加算アンプ104、105と、演算器106、107と、サーボ弁108、109と、演算器110と、設定器111と、演算器112と、調節器113と、加算アンプ114、115と、制御ゲイン設定器116と、を有する。
演算器102は、蛇行量導出装置202から出力された被圧延材Sの蛇行量と、設定器101から出力された「目標値」とを比較演算し、被圧延材Sの蛇行量の目標値に対する偏差を導出するものである。
加算アンプ104(105)は、変位検出器305a(305b)から出力された「油圧シリンダ304a(304b)のピストンの動き量」、すなわち「ワークサイド(ドライブサイド)のロールギャップの変動量」と、調節器103から出力された「圧下量の修正量」とを比較演算し、それらの差に応じたサーボ弁調整量を導出するものである。
サーボ弁108(109)は、演算器106(107)から出力されたサーボ弁調整量に基づいて、油圧シリンダ304a(304b)への圧油の流入量または流出量を制御する。これにより、油圧シリンダ304a(304b)は、下バックアップロールチョック303a(303b)に与える圧下力を調整し、下バックアップロールチョック303a(303b)の圧下量を変更する。これにより、ワークサイドおよびドライブサイドのロールギャップが変更されて、被圧延材の蛇行が抑制される。
設定器111は、ワークサイド、ドライブサイドにおける圧延荷重の差の目標値を出力するものである。
演算器112は、演算器110から出力された「ワークサイド、ドライブサイドにおける圧延荷重の差」と、設定器111から出力された「目標値」とを比較演算し、ワークサイド、ドライブサイドにおける圧延荷重の差の目標値に対する偏差を導出する。
加算アンプ114(115)は、変位検出器305a(305b)から出力された「油圧シリンダ304a(304b)のピストンの動き量」、すなわち「ワークサイド(ドライブサイド)のロールギャップの変動量」と、調節器113から出力された「圧下量の修正量」とを比較演算し、それらの差に応じたサーボ弁調整量を導出するものである。
制御ゲイン設定器116は、調節器103、113に対して動作の開始および停止を指示すると共に、制御ゲインKS、KLを設定するものである。
本実施形態では、図3に示すように、蛇行制御装置100は、制御区間(1)、制御区間(2)、制御区間(3)および制御区間(4)に制御区間を分割し、それぞれの制御区間で制御ゲインKを変更するようにしている。
制御区間(1)は、被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF5を通過してから、圧延スタンドF6を通過するまでの区間であり、「センサ方式蛇行制御」に対する制御区間である。
制御区間(2)は、被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF6を通過してから、蛇行量検出センサ200を通過するまで(蛇行量検出センサ200により検出されなくなるまで)の区間であり、「センサ方式蛇行制御」に対する制御区間である。
制御区間(4)は、被圧延材Sの尾端が蛇行量検出センサ200を通過してから、圧延スタンドF7を通過するまでの区間であり、「差荷重方式蛇行制御」に対する制御区間である。
まず、ステップS401において、制御ゲイン設定器116は、被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF5を通過したことが検出されるまで待機する。被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF5を通過したことは、例えば、圧延スタンドF5に備わっている荷重検出器(ロードセル)から出力された信号により判断することができる。
また、第2の制御ゲインKS2の値(大きさ)として、例えば、第1の制御ゲインKS1の値の0.7倍以下の範囲内(0<KS2≦0.7×KS1)の値が予めプロセスコンピュータから制御ゲイン設定器116に予め設定される。第2の制御ゲインKS2の値(大きさ)を、第1の制御ゲインKS1の値の0.7倍以下にするのは、第2の制御ゲインKS2の値(大きさ)が、第1の制御ゲインKS1の値の0.7倍を超えると、制御区間(1)から制御区間(2)に移行するときに、被圧延材Sの挙動が安定しなくなる虞があるからである。
そして、ステップS405において、制御ゲイン設定器116は、調節器113に対して、動作の開始を指示すると共に、制御ゲインKSとして、第3の制御ゲインKL1よりも大きさが小さい第4の制御ゲインKL2を設定する。これにより、「センサ方式蛇行制御」と「差荷重方式蛇行制御」との双方が実施される。
尚、ステップS404とステップS405の処理は、略同時に行われるものであるので、それらの処理順序は逆であってもよい。
また、第4の制御ゲインKL2の値(大きさ)として、例えば、第3の制御ゲインKL1の値の0.5倍程度の値が予めプロセスコンピュータから制御ゲイン設定器116に設定される。本実施形態では、被圧延材Sの硬さに応じて、第3の制御ゲインKL1の値に対する低減率(すなわち、第4の制御ゲインKL2の値(大きさ))がプロセスコンピュータにより変更されるようにする。具体的に、被圧延材Sの硬さが硬い程、第3の制御ゲインKL1の値に対する低減率を大きく(すなわち、第4の制御ゲインKL2の値(大きさ)を小さく)する。ただし、第4の制御ゲインKS4の値(大きさ)を、例えば、第3の制御ゲインKS3の値の0.5倍以下の範囲内(0<KS4≦0.5×KS3)の値となるようにする。このようにしないと、制御区間(3)から制御区間(4)に移行するときに、被圧延材Sの挙動が安定しなくなる虞があるからである。
この判定の結果、被圧延材Sの尾端が蛇行量検出センサ200を通過すると、ステップS407に進む。ステップS407に進むと、制御ゲイン設定器116は、調節器103に対して、動作の終了を指示する。これにより、調節器103と、加算アンプ104、105の動作が停止する。これにより、「差荷重方式蛇行制御」のみの実施が継続される。
ここで、第4の制御ゲインKL2から第3の制御ゲインKL1に復帰する際のゲイン変更レート(制御ゲインの単位時間当たりの変更量)を、固定値としても、可変としてもよい。このゲイン変更レートを固定値とする場合には、蛇行量検出センサ200の蛇行感知速度に基づいて当該固定値を定めることができる。一方、このゲイン変更レートを可変とする場合には、被圧延材Sの尾端が蛇行量検出センサ200を通過する際の圧延速度に比例する値を当該ゲイン変更レートとして設定することができる。
尚、ステップS407とステップS408の処理は、略同時に行われるものであるので、それらの処理順序は逆であってもよい。
この判定の結果、被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF7を通過すると、ステップS410に進む。ステップS410に進むと、制御ゲイン設定器116は、調節器113に対して、動作の終了を指示する。これにより、調節器113と、加算アンプ114、115の動作が停止する。
以上で、蛇行制御装置100による1つの被圧延材Sの蛇行の制御が終了する。
図5において、グラフ501は、本実施形態の手法で被圧延材Sの蛇行を制御した結果を示すグラフである。グラフ502は、特許文献1の手法で被圧延材Sの蛇行を制御した結果を示すグラフである。グラフ503は、「センサ方式蛇行制御」のみで被圧延材Sの蛇行を制御した結果を示すグラフである。
まず、図3に示したようにして制御区間(1)〜(4)を設定した。
また、第1の制御ゲインKS1の大きさを8000にした。そして、第2の制御ゲインKS2を第1の制御ゲインKS1の0.7倍にし、第2の制御ゲインKS2から第1の制御ゲインKS1に復帰する際のゲイン変更レートを3.2×105[/sec]にした。
また、第3の制御ゲインKL1の大きさを2000にした。そして、第4の制御ゲインKL2を第3の制御ゲインKL1の0.5倍にした。第4の制御ゲインKSLから第3の制御ゲインKS3に復帰する際のゲイン変更レートを2.0×105[/sec]にした。
まず、被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF5を通過してから蛇行量検出センサ200を通過するまでは、「センサ方式蛇行制御」を実施した。「センサ方式蛇行制御」における制御ゲインとして、本実施形態の手法で使用した第1の制御ゲインKS1を用いた。
そして、被圧延材Sの尾端が蛇行量検出センサ200を通過したときに「センサ方式蛇行制御」を終了し、「差荷重方式蛇行制御」を開始した。「差荷重方式蛇行制御」における制御ゲインとして、本実施形態の手法で使用した第3の制御ゲインKL1を用いた。そして、被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF7を通過したときに「差荷重方式蛇行制御」を終了した。
被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF5を通過してから圧延スタンドF7を通過するまで「センサ方式蛇行制御」を実施した。「センサ方式蛇行制御」における制御ゲインとして、本実施形態の手法で使用した第1の制御ゲインKS1を用いた。そして、被圧延材Sの尾端が圧延スタンドF7を通過したときに「センサ方式蛇行制御」を終了した。
図5に示すように、本実施形態の手法を用いれば、特許文献1に記載の技術や「センサ方式蛇行制御」のみを用いた場合に比べ、被圧延材Sの蛇行を抑制できることが分かる。
本実施形態では、蛇行制御装置100を圧延スタンドF7に対して設ける場合(制御対象の圧延スタンドが圧延スタンドF7である場合)を例に挙げて説明した。しかしながら、蛇行制御装置100を、圧延スタンドF3〜F6の何れか1つに対して設けるようにしてもよい。また、蛇行制御装置100を、圧延スタンドF3〜F7のうち、2つ以上に対して設けるようにしてもよい。このようにする場合には、蛇行量検出センサの数を2つ以上(蛇行制御装置100の数と同数)にすることができる。尚、制御区間(1)〜(4)の全てを設定することができなくなるので、上流側の2つの圧延スタンドF1、F2に対して蛇行制御装置100を設けることはできない。
また、制御区間(1)の上流側の起点と、制御区間(1)の下流側の起点(制御区間(2)、(3)の上流側の起点)は、被圧延材Sの尾端の通過を検出することができる位置であれば、圧延スタンドが配置されている地点でなくてもよい。
また、本実施形態では、図2に示す構成で「センサ方式蛇行制御」と「差荷重方式蛇行制御」を行うようにした。しかしながら、「センサ方式蛇行制御」そのものと、「差荷重方式蛇行制御」そのものは公知の技術であり、蛇行制御装置100における「センサ方式蛇行制御」および「差荷重方式蛇行制御」を行う部分の構成は、図2に示す構成に限定されるものではない。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
200 蛇行量検出センサ
301 ワークロール
302 バックアップロール
303 下バックアップロールチョック
304 油圧シリンダ
305 変位検出器
306 荷重検出器
F1〜F7 圧延スタンド
S 被圧延材
Claims (4)
- ドライブサイドおよびワークサイドの荷重を検出する荷重検出器と、ドライブサイドおよびワークサイドの圧下量を調整する圧下量調整器とをそれぞれが有する複数の圧延機を備えた連続熱間圧延設備で熱間圧延される被圧延材の蛇行を制御する被圧延材の蛇行制御方法であって、
前記被圧延材の尾端が、第1の地点を通過してから、制御対象の圧延機と、当該制御対象の圧延機よりも1つ上流側に配置された圧延機との間の蛇行量検出センサが設けられている地点を通過するまで、前記蛇行量検出センサにより検出された前記被圧延材の蛇行量に基づいてフィードバック制御を行って、前記制御対象の圧延機におけるドライブサイドおよびワークサイドの圧下量を制御するセンサ方式蛇行制御工程と、
前記被圧延材の尾端が、前記第1の地点よりも下流側の地点であって、前記蛇行量検出センサが設けられている地点よりも上流側の地点である第2の地点を通過してから、前記制御対象の圧延機が配置されている地点を通過するまで、前記制御対象の圧延機のドライブサイドおよびワークサイドの差荷重に基づいてフィードバック制御を行って、前記制御対象の圧延機におけるドライブサイドおよびワークサイドの圧下量を制御する差荷重方式蛇行制御工程と、を有し、
前記センサ方式蛇行制御工程は、
前記被圧延材の尾端が、前記第1の地点を通過してから前記第2の地点を通過するまでは、前記蛇行量検出センサにより検出された前記被圧延材の蛇行量に基づいて、第1の制御ゲインよりも大きさが小さい第2の制御ゲインでフィードバック制御を行い、
前記被圧延材の尾端が、前記第2の地点を通過してから前記蛇行量検出センサが設けられている地点を通過するまでは、前記第1の制御ゲインでフィードバック制御を行い、
前記差荷重方式蛇行制御工程は、
前記被圧延材の尾端が、前記第2の地点を通過してから前記蛇行量検出センサが設けられている地点を通過するまでは、前記制御対象の圧延機のドライブサイドおよびワークサイドの差荷重に基づいて、第3の制御ゲインよりも大きさが小さい第4の制御ゲインでフィードバック制御を行い、
前記被圧延材の尾端が、前記蛇行量検出センサが設けられている地点を通過してから前記制御対象の圧延機が配置されている地点を通過するまでは、前記制御対象の圧延機のドライブサイドおよびワークサイドの差荷重に基づいて、前記第3の制御ゲインでフィードバック制御を行うことを特徴とする被圧延材の蛇行制御方法。 - 前記複数の圧延機は、第1の圧延機と、前記第1の圧延機よりも下流側の位置に配置された第2の圧延機と、前記第2の圧延機よりも下流側の位置に配置された第3の圧延機とを含み、
前記第1の地点は、前記第1の圧延機が配置されている地点であり、
前記第2の地点は、前記第2の圧延機が配置されている地点であり、
前記制御対象の圧延機は、前記第3の圧延機であることを特徴とする請求項1に記載の被圧延材の蛇行制御方法。 - ドライブサイドおよびワークサイドの荷重を検出する荷重検出器と、ドライブサイドおよびワークサイドの圧下量を調整する圧下量調整器とをそれぞれが有する複数の圧延機を備えた連続熱間圧延設備と、
制御対象の圧延機と、当該制御対象の圧延機よりも1つ上流側に配置された圧延機との間に設けられ、前記連続熱間圧延設備で熱間圧延される被圧延材の蛇行量を検出する蛇行量検出センサと、を有し、
前記連続熱間圧延設備で熱間圧延される被圧延材の蛇行を制御する被圧延材の蛇行制御システムであって、
前記被圧延材の尾端が、第1の地点を通過してから、前記蛇行量検出センサが設けられている地点を通過するまで、前記蛇行量検出センサにより検出された前記被圧延材の蛇行量に基づいてフィードバック制御を行って、前記制御対象の圧延機におけるドライブサイドおよびワークサイドの圧下量を制御するセンサ方式蛇行制御手段と、
前記被圧延材の尾端が、前記第1の地点よりも下流側の地点であって、前記蛇行量検出センサが設けられている地点よりも上流側の地点である第2の地点を通過してから、前記制御対象の圧延機が配置されている地点を通過するまで、前記制御対象の圧延機のドライブサイドおよびワークサイドの差荷重に基づいてフィードバック制御を行って、前記制御対象の圧延機におけるドライブサイドおよびワークサイドの圧下量を制御する差荷重方式蛇行制御手段と、を有し、
前記センサ方式蛇行制御手段は、
前記被圧延材の尾端が、前記第1の地点を通過してから前記第2の地点を通過するまでは、前記蛇行量検出センサにより検出された前記被圧延材の蛇行量に基づいて、第1の制御ゲインよりも大きさが小さい第2の制御ゲインでフィードバック制御を行い、
前記被圧延材の尾端が、前記第2の地点を通過してから前記蛇行量検出センサが設けられている地点を通過するまでは、前記第1の制御ゲインでフィードバック制御を行い、
前記差荷重方式蛇行制御手段は、
前記被圧延材の尾端が、前記第2の地点を通過してから前記蛇行量検出センサが設けられている地点を通過するまでは、前記制御対象の圧延機のドライブサイドおよびワークサイドの差荷重に基づいて、第3の制御ゲインよりも大きさが小さい第4の制御ゲインでフィードバック制御を行い、
前記被圧延材の尾端が、前記蛇行量検出センサが設けられている地点を通過してから前記制御対象の圧延機が配置されている地点を通過するまでは、前記制御対象の圧延機のドライブサイドおよびワークサイドの差荷重に基づいて、前記第3の制御ゲインでフィードバック制御を行うことを特徴とする被圧延材の蛇行制御システム。 - 前記複数の圧延機は、第1の圧延機と、前記第1の圧延機よりも下流側の位置に配置された第2の圧延機と、前記第2の圧延機よりも下流側の位置に配置された第3の圧延機とを含み、
前記第1の地点は、前記第1の圧延機が配置されている地点であり、
前記第2の地点は、前記第2の圧延機が配置されている地点であり、
前記制御対象の圧延機は、前記第3の圧延機であることを特徴とする請求項3に記載の被圧延材の蛇行制御システム。
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