JP2014188559A - 熱間タンデム圧延ミル制御装置及び熱間タンデム圧延ミルの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱間タンデム圧延ミル151を制御対象とし、複数の圧延スタンド152に備えられたワークロール153で鋼板の圧延を連続的に制御する熱間タンデム圧延ミル制御装置100において、以下の構成をとる。圧延速度が上限に達するリスクが鋼板の特性に依存して異なることに着目して、速度マージンを、鋼板毎に設定可能とし、セットアップ演算で設定可能な圧延速度の最大値を適切化する。ここで、圧延中に特定の圧延スタンド152の圧延速度がロール速度の上限値に達した際に、各圧延スタンド152の圧延速度を低下させるよう制御を行い、圧延スタンド152間の速度バランスの乱れを最小化することがより望ましい。
【選択図】図1
Description
圧延速度が上限に達するリスクが鋼板の特性に依存して異なることに着目して、速度マージンを、鋼板毎に設定可能とし、セットアップ演算で設定可能な圧延速度の最大値を適切化する。
ここで、圧延中に特定の圧延スタンドの圧延速度がロール速度の上限値に達した際に、熱間タンデム圧延ミルの各圧延スタンドの圧延速度を低下させるよう制御を行い、圧延スタンド間の速度バランスの乱れを最小化することがより望ましい。
以下に述べる実施の形態は、圧延速度が上限に達するリスクが鋼板の特性に依存して速度マージンが異なることに着目して、鋼板毎に設定可能とし、セットアップ演算で設定可能な圧延速度の最大値を適切化している。また、圧延中に特定の圧延スタンドの圧延速度が上限に達した際に、圧延スタンド間の速度バランスの乱れを最小化する手法である。
図1は、本発明の一実施の形態に係る熱間タンデム圧延ミル制御装置の構成を示すブロック図である。
熱間タンデム圧延ミル制御装置100は、制御対象150から稼動実績等の種々の信号を受信し、また制御信号を制御対象150に出力する。まず制御対象150の構成を説明する。
制御対象150は、複数の圧延スタンド(以下、単に「スタンド」と記すことがある)からなる熱間タンデム圧延ミルである。図1の例では、仕上げミル151は、7つの圧延スタンド152(F1〜F7)を圧延材の搬送方向に沿って連続配置した構成となっている。圧延材は、図中左から右に移動する。なお、以降の説明において、7つの圧延スタンドを区別する必要がある場合は、F1〜F7の符号を用いて区別する。
基準圧延速度Vr_stdに加えて、各圧延スタンド152には個別の速度指令Vri_ssが与えられ、各圧延スタンド152に与えられるワークロール速度の指令Vri_refは、下式(1)のように、基準圧延速度Vr_stdと個別の速度指令Vri_ssを乗じた値となる。逆に、個別の速度指令Vri_ssは、ワークロール速度の指令Vri_refを基準圧延速度Vr_stdで除した値となる。
Vri_ref=Vri_ss×Vr_std・・・・(1)
次に、熱間タンデム圧延ミル制御装置100の構成を説明する。
図1に示すように、熱間タンデム圧延ミル制御装置100は、セットアップ部101と、速度マージンテーブル102と、速度上限値決定部103と、ドラフトスケジュールテーブル104と、速度パターンテーブル105と、定数テーブル130を備えている。また、熱間タンデム圧延ミル制御装置100は、実績収集部106と、ダイナミック速度上限テーブル107と、上限速度判定部108と、速度指令修正部109と、圧下位置制御部120と、速度制御部121とを備えている。熱間タンデム圧延ミル制御装置100は、例えばコンピュータを用いて構成することができる。
図2は、セットアップ部101が実行する処理を示すフローチャートである。
セットアップ部101は、上位計算機50から、鋼種、目標板厚、目標板幅等の圧延に必要な情報を受信した後、これから圧延される粗材160に対する制御指令を算出する処理を行う。
図3に示すように、ドラフトスケジュールテーブル104は、粗材160と鋼板161の厚み差に対して、各圧延スタンド152で圧延される値を、厚み差に対する百分率の情報(パーセント値)として格納している。各ドラフトスケジュールは、圧延される鋼板の鋼種、目標の板厚、目標の板幅で各レコードに層別されている。
すなわち圧延スタンドF1では、下式(2)に示すように、
(数2)
32.5mm×24/100 = 7.8mm・・・・(2)
であるから、35mmの粗材を27.2mm(35mm−7.8mm)に圧延すべきであることを示している。同様に、
(数3)
32.5mm×16/100 = 5.2mm・・・・(3)
であるから、圧延スタンドF2では27.2mmの板を22.0mm(27.2mm−5.2mm)に圧延すべきであることを示している。あるレコードに対して、ドラフトスケジュールの各圧延スタンド152の数値の総和は100であり、同様の計算手順を繰り返すと、最終スタンドF7の出側板厚は目標板厚である2.5mmになる。このようにしてセットアップ部101は、ステップS1で、上位計算機50から受け取った次回圧延される鋼板の鋼種、板厚、板幅からドラフトスケジュールテーブル104の該当するレコードを検索し、各圧延スタンド152の圧延量(パーセント値)を取り込む。
速度パターンテーブル105には、鋼板161の鋼種、目標の板厚及び目標の板幅といった圧延条件ごとに、圧延の各段階における速度が格納されている。すなわち、圧延条件ごとに、最終スタンドF7から鋼板161の先端が払い出されるときの速度(初期速度)、その後の第1加速度、第2加速度、最大速度、最大速度から鋼板161の尾端を圧延する際に終期速度まで減速するときの減速度、及び終期速度が蓄積されている。
Kf = Kεn(dε/dt)mexp(A/T)・・・・(4)
ただし、ε:ひずみ、(dε/dt):ひずみ速度
K、n、m、A:鋼種ごとに決まる定数
Vsi = Vs7×hi/h7・・・・(5)
ただし、Vsi:第iスタンドの出側板速
hi:第iスタンドの出側板厚
h7:第7スタンド(最終スタンド)の出側板厚
(数6)
Vri = Vsi/fi・・・・(6)
ただし、Vri:第iスタンドのロール速度
fi:第iスタンドの先進率
先進率は、同様に「板圧延の理論と実際」の第2章(2次元圧延理論)で述べられており、例えば、関数g1を用いて下式(7)のような関係式となることが、広く知られている。
f = g1(H、 h、 R´、 tb、 tf、 kf)・・・・(7)
ただし、f:先進率、H:圧延スタンドの入側板厚、h:圧延スタンドの出側板厚、
R´:偏平ロール径、tb:鋼板の後方張力、tf:鋼板の前方張力、
kf:変形抵抗
さらに、セットアップ部101は、各圧延スタンド152の圧延荷重を計算する(ステップS5)。圧延荷重の計算方法も同様に「板圧延の理論と実際」の第2章(2次元圧延理論)で述べられている。圧延荷重は変形抵抗が大きいほど、また入側板厚が厚くかつ出側板厚が薄いほど大きな値となり、関数g2を用いて以下のような関係式で表される。
p = g2(H、 h、 R´、 tb、 tf、 Kf、 Qp、 Qs)・・・・(8)
ただし、p:圧延荷重、Qp:ピーニング効果、Qs:圧下力関数
上位計算機50から受信したものとして、各圧延スタンド152のワークロール径、入側と出側の鋼板張力がある。またセットアップ計算で求めたものとして、各圧延スタンド152の荷重や入側と出側の板厚がある。さらに定数テーブル130から読み出すものとして、モータとワークロールのギア比、モータの最大回転速度、最大トルク、最大パワーがある。
Vri_pos = Vr7_max_org×Vr_std_pos×(h7/hi)×(f7/fi)・・・・(9)
(数10)
Vr7_max_org = Mr7_max×(2×π×R7)/G7・・・・(10)
ただし、Mr7_max:最終スタンドF7のワークロール153のモータの最大回転数
G7:最終スタンドF7のモータ系とロール径のギア比
R7:最終スタンドF7のワークロール153の半径
S = h-p/K・・・・(11)
ただし、S:圧下位置、p:圧延荷重、K:ミルばね定数
V_stab=Vri_pos×(1+fi)×hi/h7・・・・(12)
ただし、fi:第iスタンドの先進率、hi:第iスタンドの出側板厚、
h7:最終スタンドF7の出側板厚
まず、速度上限値決定部103は、セットアップ部101が出力した速度制限値算出パラメータを取り込む(ステップS11)。
Vri_max1 = Mri_max×(2×π×Ri)/Gi・・・・(13)
ただし、Mri_max:モータ最大回転数、Gi:ギア比、Ri:ワークロール153の半径
(数14)
Tr = g3(Vr、 R、 R´、 H、 h、 P、 tb、 tf、 b、 GL)・・・・(14)
ただし、Vr:ロール速度、R:ロール径、R´:偏平ロール径、H:入側板厚、
h:出側板厚、P:圧延荷重、tb:後方張力、tf:前方張力、
b:圧延材の板幅、GL:ロストルクの定数項
(数15)
Vri_max2=g3-1(Tri_max、 Ri、 Ri´、 Hi、 hi、 Pi、 tbi、 tfi、 bi、 GLi)・・・・(15)
(数16)
Mp=a×Vr×Tr/R・・・・(16)
ただし、a:係数、Vr:ロール速度、R:ロール径、Tr:トルク
(数17)
Vri_max3 = Mpi_max×Ri/(a×Tr)・・・・(17)
(数18)
Vri_max = Min(Vri_max1、Vri_max2、Vri_max3)・・・・(18)
(数19)
Min(α1・Vr1_max、α2・Vr2_max、・・・・、Vr7_max)・・・・(19)
(数20)
αi = (1+fi)×hi/{(1+f7)×h7}・・・・(20)
ただし、fi:第iスタンドの先進率、hi:第iスタンドの出側板厚、
f7:最終スタンド(F7)の先進率、h7:最終スタンド(F7)の出側板厚
(数21)
Vr_std_max = (αj・Vrj_max/Vr7_max_org)・・・・(21)
既述したように、速度マージンV_marは、基準圧延速度の最大値Vr_std_maxに対して、セットアップ計算で実際に設定可能な基準圧延速度であるVr_std_pos、との間の差分を示しており、これらの関係は、下式(22)で与えられる。ただし、Vr_std_posは、圧延スタンド152のワークロール153の速度の制限値(以下、「速度制限値」と記す)である。
(数22)
Vr_std_pos = Vr_std_max-V_mar・・・・(22)
(数23)
Vri_sc= Gsc×[Vr(i+1)_comp]×(Vri/Vr(i+1))・・・・(23)
ただし、Vri_sc:第iスタンドのサクセシブ補正量
Vr(i+1)_comp:第i+1スタンドの速度指令変化量
Vri:第iスタンドのロール速度
Vr(i+1):第i+1スタンドのロール速度
Gsc:定数
上限速度判定部108は、圧延開始のトリガを受けて起動し、圧延中にロール速度の上限値を超えた圧延スタンド152があるかどうかを判定する処理を行うものである。
ダイナミック速度上限テーブル107では、次回圧延される鋼板に対して速度上限値決定部103が算出して出力した各圧延スタンド152のロール速度上限値(図8では最大速度と表記)を格納している。図8の例では、例えば圧延スタンドF1の上限のロール速度が320mpmであるという情報(レコード)が格納されている。同様に、圧延スタンドF2〜F7のロール速度上限値が格納されている。
速度指令修正部109は、上限速度判定部108と同様に圧延開始のトリガを受けて起動し、ロール速度上限値を超過した圧延スタンド152があるかどうかを判定する処理を行う。
速度上限値決定部103は、圧延に先立ったセットアップ演算で算出された圧延荷重や圧延速度から各圧延スタンド152の圧延トルク、モータパワーを算出し、これらとそれぞれの上限値との比較から、各圧延スタンド152の速度制限値(許容される基準圧延速度)を算出する。
次回圧延する鋼板の仕様に対応付けて速度マージンテーブル102から抽出した基準圧延速度のマージン(V_mar)を考慮して、次回圧延される鋼板の基準圧延速度の指令値(ロール速度上限値)を決定する。
また速度上限値決定部103は各圧延スタンド152の上限速度(ロール速度上限値)を、ダイナミック速度上限テーブル107に出力する。
また圧延中に特定の圧延スタンドでロール速度が上限に達したときには,最終スタンドを基点に圧延速度を低下する処理を行うことにより、タンデム圧延の速度バランスを維持した状態で、圧延を継続できる。
本発明の第2の実施の形態として、上限速度超過スタンドがある場合に、速度指令修正部109が最終スタンドのロール速度の値ではなく、基準圧延速度の値を低下させる場合の例を示す。
まず、速度指令修正部109は、当該鋼板161の圧延が終了したか否かを判定する(ステップS41)。圧延が終了していた場合には、速度指令修正部109による処理を終え、圧延が終了していなければステップS42へ以降する。
図11は、本発明の第3の実施の形態に係る熱間タンデム圧延ミル制御装置の構成例を示すブロック図である。
以下、本発明の第3の実施の形態として、上述した第1の実施の形態をエッジャ1110と2つの圧延スタンドR1,R2を備える粗ミル1102と、5つの圧延スタンド152(F1〜F5)を備える仕上げミル1103から構成される制御対象1101に適用した場合の例を示す。制御対象1101のこのような構成は、いわゆるミニミルと呼ばれる。
例えば、上記した実施の形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態例の構成の一部を他の実施の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態例の構成に他の実施の形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態例の構成の一部について、他の構成の追加・置換、削除をすることが可能である。
Claims (7)
- 複数の圧延スタンドを備えた熱間タンデム圧延ミルを制御対象とし、該圧延スタンドに備えられたワークロールで鋼板の圧延を連続的に制御する熱間タンデム圧延ミル制御装置において、
前記熱間タンデム圧延ミルが許容する圧延速度の最大値と前記熱間タンデム圧延ミル制御装置が出力可能な圧延速度指令の最大値の差分に対応した値である速度マージンを、圧延条件と対応付けて格納する速度マージンテーブルと、
圧延に先立って、次回圧延される鋼板に対する各圧延スタンドの圧延速度の上限値を算出し、該圧延速度の上限値の値から最大圧延速度を決定し、該最大圧延速度と該速度マージンテーブルの前記速度マージンから、当該熱間タンデム圧延ミル制御装置から出力できる圧延速度指令の最大値を決定する速度上限値決定部と、
前記次回圧延される鋼板のための制御指令として、前記圧延速度指令の最大値を上限として各圧延スタンドのロール速度の指令値を計算して出力するセットアップ部と、を備える
熱間タンデム圧延ミル制御装置。 - 前記速度上限値決定部が算出した各圧延スタンドの圧延速度の上限値を格納するダイナミック速度上限テーブルと、
該鋼板を圧延しているときの各圧延スタンドの実績圧延速度を取り込み、前記ダイナミック速度上限テーブルに格納されている各圧延スタンドの圧延速度の上限値と比較し、前記圧延速度の上限値に達した圧延スタンドの有無を判定する上限速度判定部と、
前記上限速度判定部が前記圧延速度の上限値に達した圧延スタンドがあると判定した場合に、前記熱間タンデム圧延ミルの圧延スタンドの圧延速度を低下させるための指令を出力する速度指令修正部と、
前記速度指令修正部が出力する指令に基づいて、前記熱間タンデム圧延ミルの各圧延スタンドの圧延速度を低下させる
請求項1記載の熱間タンデム圧延ミル制御装置。 - 前記速度指令修正部は、前記上限速度判定部が前記圧延速度の上限値に達した圧延スタンドがあると判定した場合に、前記熱間タンデム圧延ミルの基準圧延速度を低下させる指令を出力する
請求項2記載の熱間タンデム圧延ミル制御装置。 - 前記速度指令修正部は、前記上限速度判定部が前記圧延速度の上限値に達した圧延スタンドがあると判定した場合に、前記熱間タンデム圧延ミルの最下流側の圧延スタンドの圧延速度を低下させる指令を出力する
請求項2記載の熱間タンデム圧延ミル制御装置。 - 前記速度上限値決定部は、各圧延スタンドが鋼板を圧延したときの、ワークロールの最大回転数と圧延トルクとモータパワーを算出し、そのいずれもが上限値を超過しない範囲で設定可能な圧延速度を各圧延スタンドの圧延速度の上限値として算出し、前記ダイナミック速度上限テーブルに出力する
請求項1乃至4のいずれかに記載の熱間タンデム圧延ミル制御装置。 - 前記圧延条件は、少なくとも鋼板の鋼種、板厚、板幅の一以上を含む
請求項5に記載の熱間タンデム圧延ミル制御装置。 - 複数の圧延スタンドを備えた熱間タンデム圧延ミルを制御対象とし、該圧延スタンドに備えられたワークロールで鋼板の圧延を連続的に制御する熱間タンデム圧延ミル制御装置における熱間タンデム圧延ミルの制御方法において、
前記熱間タンデム圧延ミルが許容する圧延速度の最大値と前記熱間タンデム圧延ミル制御装置が出力可能な圧延速度指令の最大値の差分に対応した値である速度マージンを、圧延条件と対応付けて格納し、
圧延に先立って、次回圧延される鋼板に対する各圧延スタンドの圧延速度の上限値を算出し、
各圧延スタンドの圧延速度の上限値から最大圧延速度を決定し、
該熱間タンデム圧延ミルの最大圧延速度と該速度マージンから、前記熱間タンデム圧延ミル制御装置から出力できる圧延速度指令の最大値を決定し、
前記次回圧延される鋼板のための制御指令として、前記圧延速度指令の最大値を上限として各圧延スタンドのロール速度の指令値を計算し、
該鋼板を圧延しているときの各圧延スタンドの実績圧延速度を取り込み、各圧延スタンドの圧延速度の上限値と比較して、前記圧延速度の上限値に達した圧延スタンドの有無を判定し、
前記圧延速度の上限値に達した圧延スタンドがあると判定された場合に、前記熱間タンデム圧延ミルの圧延スタンドの圧延速度を低下させるための指令を出力する
熱間タンデム圧延ミルの制御方法。
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