JP2014121725A - 板厚制御方法および板厚制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した通板性を確保しつつ板厚制御の精度向上を図ること。
【解決手段】板厚制御装置４において、リミット設定部４３は、鋼板Ｓの蛇行量、マスフロー補償量、および形状変化の急峻度の許容値のうちの少なくとも１つをもとに、ワークロール３１ａ，３１ｂを閉方向に調整するときの圧下量の閉方向変化量およびワークロール３１ａ，３１ｂを開方向に調整するときの開方向変化量の上限値を設定する。板厚制御部４１は、調整前後の圧下量の変化量がリミット設定部４３によって設定された上限値を超えない範囲内で圧下量を調整し、鋼板Ｓの板厚制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定の搬送方向に搬送される鋼板の板厚を目標の板厚に圧延するための板厚制御を行う板厚制御方法および板厚制御装置に関する。

圧延機による鋼板の圧延においては、圧延後の板厚を目標値に近づけて目標値に対する板厚偏差を低減させるための板厚制御が行われており、その１つとして、ゲージメータ式を用いて行う自動板厚制御（絶対値ＡＧＣ）が知られている。この絶対値ＡＧＣでは、圧延荷重の実測値等をもとに出側板厚（ゲージメータ板厚）を予測し、目標板厚とゲージメータ板厚との差をもとにロールギャップ（圧下量）を調整する。

このようなゲージメータ式を用いた板厚制御による板厚精度を向上させるための技術としては、例えば、厚み計による板厚の実測値をもとにゲージメータ式のオフセット項を補正するようにしたものが知られている（特許文献１を参照）。また、鋼板の長手方向に沿ったゲージメータ板厚の平均板厚と鋼板長とによってオフセット項を決定するようにしたものもある（特許文献２を参照）。

特公昭５８−７３６５号公報 特公昭６１−２９８０５号公報

しかしながら、圧下量の調整前後においてその変化が大きいと、鋼板の蛇行や形状悪化、マスフローの乱れによるループの発生等を招き、通板性を阻害する場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定した通板性を確保しつつ板厚制御の精度向上を図ることができる板厚制御方法および板厚制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる板厚制御方法は、所定の搬送方向に搬送される鋼板の板厚を目標の板厚に圧延するための板厚制御を行う板厚制御方法であって、前記鋼板の蛇行量、マスフロー補償量、および形状変化の急峻度の許容値のうちの少なくとも１つをもとに、ワークロールを閉方向に調整するときの圧下量の閉方向変化量およびワークロールを開方向に調整するときの開方向変化量の上限値を設定する設定工程と、調整前後の圧下量の変化量が前記上限値を超えない範囲内で圧下量を調整し、前記鋼板の板厚制御を行う板厚制御工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる板厚制御装置は、所定の搬送方向に搬送される鋼板の板厚を目標の板厚に圧延するための板厚制御を行う板厚制御装置であって、前記鋼板の蛇行量、マスフロー補償量、および形状変化の急峻度の許容値のうちの少なくとも１つをもとに、ワークロールを閉方向に調整するときの圧下量の閉方向変化量およびワークロールを開方向に調整するときの開方向変化量の上限値を設定する設定手段と、調整前後の圧下量の変化量が前記上限値を超えない範囲内で圧下量を調整し、前記鋼板の板厚制御を行う板厚制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、安定した通板性を確保しつつ板厚制御の精度向上を図ることができる。

図１は、圧延ラインの概略構成例を示す模式図である。 図２は、圧延スタンドの概略構成例および仕上圧延機の制御系の概略構成例を示す模式図である。 図３は、リミット設定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、第７スタンドとコイル巻取機との間の搬送経路を示す図である。 図５は、圧延後の鋼板の側端部の形状を模式的に示す側面図である。 図６は、コイルの長手方向の各位置における板厚偏差をプロットして示した図である。 図７は、板厚裏歩留を月毎にプロットして示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の板厚制御方法および板厚制御装置を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

図１は、本実施の形態の板厚制御装置４（図２を参照）を適用する圧延ライン１の概略構成例を示す模式図である。なお、図１では、一方向の連続スタンド（タンデム）圧延機を図示しているが、適用可能な圧延機はこれに限定されるものではなく、単一スタンド圧延機や、リバース式圧延機等にも同様に適用できる。

図１に示すように、圧延ライン１は、不図示の搬送ローラ等によって形成される鋼板Ｓの搬送経路に沿って設置された仕上圧延機２とコイル巻取機７とを含む。この圧延ライン１において、搬送経路上を通板方向Ａ１に搬送される圧延対象の鋼板Ｓは、仕上圧延機２によって所望の板厚に圧延された後、コイル巻取機７によって巻き取られ、コイルとされて次工程等へと送られる。

仕上圧延機２は、複数（図１では７つ）の圧延スタンド３（第１〜第７スタンド３−１〜３−７）で構成され、最終スタンドである第７スタンド３−７の圧延方向出側には、鋼板Ｓの板厚を測定する板厚計６が設置されている。

コイル巻取機７は、１対のピンチロール７１ａ，７１ｂと、ダウンコイラー７３と、１対のコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂとを備える。ピンチロール７１ａ，７１ｂは、鋼板Ｓの上下面を押圧状態で挟持しつつ回転することによって、鋼板Ｓに適正な張力を作用させながらダウンコイラー７３に送り込むものである。ダウンコイラー７３は、ピンチロール７１ａ，７１ｂから送り込まれた鋼板Ｓの先端部を巻き付け回転することによって、鋼板Ｓをコイル状に巻き取るものである。コイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂは、ピンチロール７１ａ，７１ｂの上流側に鋼板Ｓの搬送経路を幅方向に挟んで対向配置され、鋼板Ｓの中心位置を矯正する。鋼板Ｓは、搬送経路上を搬送される過程で蛇行する場合があり、そのままではダウンコイラー７３によって巻き取る際に巻きずれが発生し得る。コイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂは、この巻きずれを防止するためのものであり、鋼板Ｓの幅方向の動きを規制しつつピンチロール７１ａ，７１ｂへと案内する。

次に、仕上圧延機２を構成する各圧延スタンドの構成と、仕上圧延機２の制御系の構成を説明する。図２は、１つの圧延スタンド３を拡大して示すとともに、仕上圧延機２の制御系の概略構成例を示す模式図である。図２に示すように、各圧延スタンド３は、圧延対象の鋼板Ｓを間に挟んで上下から圧下する１対のワークロール３１ａ，３１ｂと、ワークロール３１ａ，３１ｂの各々に圧下力を印加する１対のバックアップロール３３ａ，３３ｂと、バックアップロール３３ａ，３３ｂを介してワークロール３１ａ，３１ｂ間のロールギャップ（ワークロール３１ａ，３１ｂの圧下量）を変更するための圧下装置３５と、ワークロール３１ａ，３１ｂの上流側に鋼板Ｓの搬送経路を幅方向に挟んで対向配置され、鋼板Ｓの中心位置を矯正する１対のサイドガイド３７ａ，３７ｂとを備える。また、各圧延スタンド３は、ロードセル等の荷重検出器３９を備えており、鋼板Ｓの圧延時において圧延荷重を検出し、検出値を後述する板厚制御部４１に出力する。

このような圧延スタンド３を複数備えた仕上圧延機２は、板厚制御装置４を備える。この板厚制御装置４は、板厚制御手段としての板厚制御部４１と、設定手段としてのリミット設定部４３とを備える。

板厚制御部４１は、ゲージメータ式を用いてワークロール３１ａ，３１ｂの圧下量を調整し、圧下装置３５を制御することによって圧延対象の鋼板Ｓの板厚制御を行う（絶対値ＡＧＣ）。この板厚制御部４１の装置構成は、公知技術を適用することで実現できる。

ここで、板厚制御部４１が行う絶対値ＡＧＣによる板厚制御の概要について簡単に説明する。絶対値ＡＧＣでは、荷重検出器３９から入力される圧延荷重Ｐの検出値をもとに、次式（１）に示すゲージメータ式に従ってゲージメータ板厚ｈ_GMを予測する。そして、目標とする出側の板厚と予測したゲージメータ板厚ｈ_GMとの偏差Δｈが小さくなるように、ワークロール３１ａ，３１ｂの圧下量をＰＩ制御によって調整する。次式（１）において、Ｓはロールギャップ、Ｋはミル定数、Ｗｅはロール磨耗、Ｔｈはロール熱膨張、Ｓｏｉｌは油膜厚の各値を表し、ＯＦＳはオフセット学習項を表す。オフセット学習項ＯＦＳの値としては、例えば、ゲージメータ板厚および別途予測されるマスフロー板厚の予測誤差を指数平滑化した値を用いる。

リミット設定部４３は、板厚制御部４１が調整する圧下量の上限値（調整量上限値）を設定する処理（リミット設定処理）を行う。このリミット設定部４３は、例えば、ＣＰＵ等の演算装置、主記憶装置、ハードディスクや各種記憶媒体等の補助記憶装置、通信装置、表示装置や印刷装置等の出力装置、入力装置、各部を接続し、あるいは外部入力を接続するインターフェース装置等を備えた公知のハードウェア構成で実現でき、例えばワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータを利用することができる。

図３は、リミット設定部４３が行うリミット設定処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、リミット設定部４３が図３に示す処理手順に従って圧下量の調整量上限値を設定し（設定工程）、板厚制御部４１が前述の調整量上限値を超えないように各圧延スタンド３における圧下量を調整して圧延対象の鋼板Ｓの板厚制御を行う（板厚制御工程）ことで、板厚制御方法を実施する。

図３に示すように、リミット設定処理では、リミット設定部４３は、先ず、圧延スタンド３毎に蛇行許容リミットを設定する（ステップｓ１）。

この蛇行許容リミットについて、設定対象の圧延スタンド３が第７スタンド（最終スタンド）３−７の場合を例にとって説明する。図４は、第７スタンド３−７とコイル巻取機７との間の搬送経路を示す図である。上記したように、第７スタンド３−７の下流側にはコイル巻取機７のコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂが設置されている。このコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂの開度Ｄ２１は、鋼板Ｓの幅等に応じて適宜調整される。

ここで、圧下量が変化すると、両端部にミル剛性差が生じて鋼板Ｓが蛇行する場合がある。この鋼板Ｓの蛇行量は、圧下量の変化が大きく圧延荷重が増加するほど増大し、通板性を阻害する要因となる。すなわち、鋼板Ｓは、その蛇行量（搬送経路の中心位置Ｌ２１に対する鋼板Ｓの中心位置Ｌ２３のずれ量）が小さければ図４中に実線で示すようにコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂ間に進入できるが、図４中に破線で示すように蛇行量Ｄ２３が大きくなると、鋼板Ｓがコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂと衝突してしてしまい、コイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂの内側に進入できなくなる。

したがって、第７スタンド３−７の圧下量を調整する際には、第７スタンド３−７を送り出されてからコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂに到達するまでの間の鋼板Ｓの蛇行量を考慮する必要がある。この蛇行量は、圧下量の変化量、具体的には、ロールギャップが狭まる方向（閉方向）への圧下量の変化量（開方向変化量）またはロールギャップが広がる方向（開方向）への圧下量の変化量（閉方向変化量）によって定まる単位蛇行量と、第７スタンド３−７からコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂまでの距離Ｄ２５とから求めることができる。そして、許容される蛇行量（許容蛇行量）は、鋼板Ｓの両側端面がコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂの内側を通過可能な中心位置Ｌ２３の範囲として設定することができる。

具体的な処理としては、圧下量の変化量（閉方向変化量または開方向変化量）と単位蛇行量との関係式を事前に定義しておく。そして、ステップｓ１では、リミット設定部４３は先ず、コイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂの開度Ｄ２１をもとに許容蛇行量を決定し、この許容蛇行量と、第７スタンド３−７からコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂまでの距離Ｄ２５とから許容される単位蛇行量を逆算する。その後、リミット設定部４３は、前述の関係式に従い、逆算した単位蛇行量に対応する圧下量の変化量を閉方向変化量および開方向変化量として算出し、これらを蛇行許容リミットとして設定する。このように蛇行許容リミットを設定することによれば、鋼板Ｓの蛇行によって通板性が阻害される事態を抑制できる。

なお、ここでは、第７スタンド３−７について蛇行許容リミットを設定する場合を説明したが、第１〜第６スタンド３−１〜３−６について蛇行許容リミットを設定する場合には、コイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂまでの距離Ｄ２５にかえて次の圧延スタンド３のサイドガイド３７ａ，３７ｂまでの距離を用い、該当するサイドガイド３７ａ，３７ｂの開度をもとに同様の要領で設定する。

図３に戻る。続いて、リミット設定部４３は、圧延スタンド３毎にマスフロー許容リミットを設定する（ステップｓ３）。圧下量が変化すると、圧延スタンド３の入側と出側とでマスフローに乱れが生じてループが発生する場合があり、通板性を阻害する要因となる。そこで、圧延スタンド３の入側を通過する単位時間あたりの鋼板Ｓの体積と、出側を通過する単位時間あたりの鋼板Ｓの体積との体積差をループ発生の指標値として用いる。具体的には、入側の体積に対する前述の体積差の割合をマスフロー補償量とし、圧下量の閉方向変化量とマスフロー補償量との関係式および圧下量の開方向変化量とマスフロー補償量との関係式を事前に定義しておく。

そして、ステップｓ３では、リミット設定部４３は先ず、マスフロー補償量の許容値（許容マスフロー補償量）を指定する（指定工程）。この許容マスフロー補償量の指定は、例えば、オペレータが手介入可能な値として操業上定められている値の範囲内においてオペレータの入力操作を受け付けることにより行う。このとき、閉方向と開方向とで別個に値を指定し、閉方向についての許容値および開方向についての許容値を許容マスフロー補償量とする。なお、許容マスフロー補償量は、オペレータの入力操作を受け付けて指定する構成に限らず、事前に固定値として設定しておく構成としてもよい。具体的な値の一例としては、例えば、許容マスフロー補償量は、閉方向について０．５［％］以下、開方向について１．０［％］以下とする。開方向に比べて閉方向の許容値を小さくしているのは、閉方向に圧下量が変化する場合（ロールギャップが狭まる場合）の方が開方向に圧下量が変化する場合よりもマスフローの乱れが生じ易いためである。

その後、リミット設定部４３は、前述の関係式に従って閉方向についての許容値に対応する圧下量の閉方向変化量を算出するとともに、開方向についての許容値に対応する圧下量の開方向変化量を算出して、これらをマスフロー許容リミットとして設定する。このようにマスフロー許容リミットを設定することによれば、ループの発生を回避して通板性を確保することができる。

図３に戻る。続いて、リミット設定部４３は、圧延スタンド３毎に形状許容リミットを設定する（ステップｓ５）。図５は、圧延後の鋼板Ｓの側端部の形状を模式的に示す側面図である。鋼板Ｓを圧延する際、圧下量の変化が大きく圧延荷重が増加すると、図５に示すように側端部にうねりが生じて形状悪化し、通板性を阻害する要因となる。

そこで、図５に示す１つのうねりの高さＨをその幅Ｗで除した急峻度（Ｈ／Ｗ）を形状変化の指標値として用い、圧下量の変化量（閉方向変化量または開方向変化量）と急峻度との関係式を事前に定義しておく。そして、ステップｓ５では、リミット設定部４３は先ず、急峻度の許容値（許容急峻度）を指定する。この許容急峻度の指定は、例えばオペレータの入力操作を受け付けることにより行う。なお、許容急峻度は、オペレータの入力操作を受け付けて指定する構成に限らず、事前に固定値として設定しておく構成としてもよい。具体的な値の一例としては、例えば、許容急峻度は、±０．５［％］以下とする。この範囲内であれば、形状変化を十分小さく抑えられるためである。

その後、リミット設定部４３は、前述の関係式に従い、許容急峻度に対応する圧下量の変化量を閉方向変化量および開方向変化量として算出し、これらを形状許容リミットとして設定する。このようにマスフロー許容リミットを設定することによれば、圧延時に鋼板Ｓの側端部に生じる波状の形状変化を通板性に影響しない程度に抑制し、通板性を確保することができる。

図３に戻る。続いて、リミット設定部４３は、圧下量の閉方向の調整量上限値および開方向の調整量上限値を設定する（ステップｓ７）。具体的には、ステップｓ１で蛇行許容リミットとして設定した圧下量の閉方向変化量、ステップｓ３でマスフロー許容リミットとして設定した圧下量の閉方向変化量、およびステップｓ５で形状許容リミットとして設定した圧下量の閉方向変化量のうちの最小値を圧下量の閉方向の調整量上限値とする一方、ステップｓ１で蛇行許容リミットとして設定した圧下量の開方向変化量、ステップｓ３でマスフロー許容リミットとして設定した圧下量の開方向変化量、およびステップｓ５で形状許容リミットとして設定した圧下量の開方向変化量のうちの最小値を圧下量の開方向の調整量上限値とする。そして、リミット設定部４３は、設定した圧下量の閉方向の調整量上限値および開方向の調整量上限値を板厚制御部４１に出力する（ステップｓ９）。

その後は、板厚制御部４１は、リミット設定部４３によって設定された圧下量の閉方向の調整量上限値および開方向の調整量上限値の範囲内で圧下量の調整を行い、鋼板Ｓの板厚制御を行う。圧下量を閉方向に調整するときに調整量が閉方向の調整量上限値を超える場合には調整量を閉方向の調整量上限値に修正し、圧下量を開方向に調整するときに調整量が開方向の調整量上限値を超える場合には調整量を開方向の調整量上限値に修正して、板厚制御を行う。

以上説明したように、本実施の形態によれば、通板性に影響する蛇行量、マスフロー補償量、急峻度を考慮して圧下量の閉方向の調整量上限値および開方向の調整量上限値を適切に設定することができる。そして、調整の前後でその調整量が前述の調整量上限値を超えないように圧下量を調整し、板厚制御を行うことができる。これによれば、板厚制御部４１による圧下量の調整量を通板性が確保される範囲に制限することができる。したがって、安定した通板性を確保しつつ板厚制御の精度向上を図ることができる。

なお、上記した実施の形態では、蛇行許容リミットとして設定した圧下量の閉方向変化量、マスフロー許容リミットとして設定した圧下量の閉方向変化量、および形状許容リミットとして設定した圧下量の閉方向変化量のうちの最小値を圧下量の閉方向の調整量上限値とし、蛇行許容リミットとして設定した圧下量の開方向変化量、マスフロー許容リミットとして設定した圧下量の開方向変化量、および形状許容リミットとして設定した圧下量の開方向変化量のうちの最小値を圧下量の開方向の調整量上限値とした。これに対し、蛇行許容リミット、マスフロー許容リミット、および形状許容リミットのうちのいずれか１つ、あるいは２つを選んで設定し、圧下量の閉方向の調整量上限値および開方向の調整量上限値を設定するようにしてもよい。２つを選ぶ場合は、小さい方の閉方向変化量を圧下量の閉方向の調整量上限値とし、小さい方の開方向変化量を圧下量の開方向の調整量上限値とすればよい。

また、上記した実施の形態では、絶対値ＡＧＣにより板厚を制御する場合について説明したが、板厚制御の手法については特に限定されるものではなく、別の手法で行う場合にも同様に適用できる。

（実施例）
図３の処理手順に従ってリミット設定処理を行い、圧下量の閉方向の調整量上限値および開方向の調整量上限値を設定した。このとき、第１〜第６スタンド３−１〜３−６について蛇行許容リミットを設定するのに用いるサイドガイド３７ａ，３７ｂの開度を４０［ｍｍ］とし、次の圧延スタンド３のサイドガイド３７ａ，３７ｂまでの距離を５６００［ｍｍ］とした。また、第７スタンド３−７について蛇行許容リミットを設定するのに用いるコイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂの開度を５０［ｍｍ］とし、コイラーサイドガイド７５ａ，７５ｂまでの距離を１００００［ｍｍ］とした。

そして、設定した圧下量の閉方向の調整量上限値および開方向の調整量上限値の範囲内で圧下量の調整を行い、鋼板の板厚制御を行った。本実施例では、板厚が１２［ｍｍ］で、板幅が１４７４［ｍｍ］のハイテン材（高張力鋼板）を対象とした。その後、得られたコイルの長手方向に沿って目標の板厚に対する板厚偏差を測定した。測定結果を図６に示す。この結果、板厚偏差１５０［μｍ］以内のオンゲージ率は９９［％］であり、板厚不良を十分に削減できた。また、得られたコイルの先端１０［ｍ］の近傍３点における板厚偏差の平均を先端板厚精度として算出した。この結果、十分な先端板厚精度が得られた。

また、従来の操業にかえて実施例による操業を開始し、板厚裏歩留を月毎に集計した。集計結果を図７に示す。この結果、実施例による操業によって板厚裏歩留が大きく低減した。

１ 圧延ライン
２ 仕上圧延機
３（３−１〜３−７） 圧延スタンド
３１ａ，３１ｂ ワークロール
３３ａ，３３ｂ バックアップロール
３５ 圧下装置
３７ａ，３７ｂ サイドガイド
３９ 荷重検出器
４ 板厚制御装置
４１ 板厚制御部
４３ リミット設定部
６ 板厚計
７ コイル巻取機
７１ａ，７１ｂ ピンチロール
７３ ダウンコイラー
７５ａ，７５ｂ コイラーサイドガイド
Ｓ 鋼板

Claims (3)

1. 所定の搬送方向に搬送される鋼板の板厚を目標の板厚に圧延するための板厚制御を行う板厚制御方法であって、
   前記鋼板の蛇行量、マスフロー補償量、および形状変化の急峻度の許容値のうちの少なくとも１つをもとに、ワークロールを閉方向に調整するときの圧下量の閉方向変化量およびワークロールを開方向に調整するときの開方向変化量の上限値を設定する設定工程と、
   調整前後の圧下量の変化量が前記上限値を超えない範囲内で圧下量を調整し、前記鋼板の板厚制御を行う板厚制御工程と、
   を含むことを特徴とする板厚制御方法。
2. 前記設定工程は、前記マスフロー補償量の許容値として、前記閉方向についての許容値を指定するとともに、前記閉方向についての許容値よりも大きい値で前記開方向について許容値を指定する指定工程を含み、
   前記鋼板の蛇行量の許容値、前記マスフロー補償量の前記閉方向についての許容値、および前記形状変化の急峻度の許容値毎に前記閉方向変化量を算出し、該許容値毎の閉方向変化量のうちの最小値を前記閉方向変化量の上限値として設定するとともに、前記鋼板の蛇行量の許容値、前記マスフロー補償量の前記開方向についての許容値、および前記形状変化の急峻度の許容値毎に前記開方向変化量を算出し、該許容値毎の開方向変化量のうちの最小値を前記開方向変化量の上限値として設定することを特徴とする請求項１に記載の板厚制御方法。
3. 所定の搬送方向に搬送される鋼板の板厚を目標の板厚に圧延するための板厚制御を行う板厚制御装置であって、
   前記鋼板の蛇行量、マスフロー補償量、および形状変化の急峻度の許容値のうちの少なくとも１つをもとに、ワークロールを閉方向に調整するときの圧下量の閉方向変化量およびワークロールを開方向に調整するときの開方向変化量の上限値を設定する設定手段と、
   調整前後の圧下量の変化量が前記上限値を超えない範囲内で圧下量を調整し、前記鋼板の板厚制御を行う板厚制御手段と、
   を備えることを特徴とする板厚制御装置。

Images