JP2015051444A

JP2015051444A - タンデム圧延機の制御方法及び制御装置

Info

Publication number: JP2015051444A
Application number: JP2013184676A
Authority: JP
Inventors: 知義小笠原; Tomoyoshi Ogasawara
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-19

Abstract

【課題】張力変動の予測に基づいて張力変動後も基準張力に近づくように張力設定値を適切に設定すること。
【解決手段】制御装置１は、先行材の尾端部と後行材の先端部とを溶接接合し、溶接接合部前後の板厚が定常部の板厚と異なる仕上げ厚に圧延されるように先行材と後行材とを一つの連続した金属帯として連続的に圧延するタンデム圧延機の制御装置であって、金属帯の板厚変更点が各圧延スタンドに到達した時の各圧延スタンドの後方張力の変動量を予測する張力変動予測部５と、張力変動予測部５によって予測された各圧延スタンドの後方張力の変動量に基づいて各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整する張力設定部６と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、先行材の尾端部と後行材の先端部とを溶接接合し、溶接接合部前後の板厚が定常部の板厚と異なる仕上げ厚に圧延されるように先行材と後行材とを一つの連続した金属帯として連続的に圧延するタンデム圧延機の制御方法及び制御装置に関する。

一般に、冷間連続圧延工程では、タンデム圧延機の入側で先行材の尾端部と後行材の先端部とを溶接接合し、先行材と後行材とを一つの連続した金属帯としてタンデム圧延機で連続的に圧延する。そして、タンデム圧延機の出側において金属帯を製品単位の位置で切断し、切断された金属帯をテンションリールで順次巻き取る。

この冷間連続圧延工程において、先行材と後行材の硬度、母板厚、及び仕上げ厚のうちのいずれかが異なる場合、溶接接合部前後が定常部の板厚と異なる仕上げ厚に圧延されるように各圧延スタンドのロールギャップ及びロール速度を制御する、いわゆる走間板厚変更が行われる。この走間板厚変更時には、金属帯の板厚精度や形状を目標に近づけることが重要である。

ところが、通板安定性の観点では、走間板厚変更時には金属帯の張力変動を抑制することが望ましく、これまでに種々の方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、溶接接合部前後の区間において張力設定値を増加させることによって、溶接接合位置で張力が低下することにより絞りが発生することを抑制する技術が記載されている。

特開２００９−２２０１３６号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術によれば、硬質材から軟質材への走間板厚変更時には、張力が一時的に高くなるために、張力設定値を増加させることによって金属帯が破断する可能性がある。

また、圧延安定性の観点からは、材料毎に設計した基準張力で金属帯を圧延することが必要である。従って、張力変動後も張力を基準張力に近づけるためには、張力変動を評価して張力設定値を設定する必要がある。しかしながら、特許文献１記載の技術は、張力変動を評価していないために、張力設定値を適切に設定することができない。このため、特許文献１記載の技術によれば、走間板厚変更時に張力変動が大きくなった場合、絞りや破断といったトラブルが発生する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、張力変動の予測に基づいて張力変動後も基準張力に近づくように張力設定値を適切に設定可能なタンデム圧延機の制御方法及び制御装置を提供することにある。

本発明に係るタンデム圧延機の制御方法は、先行材の尾端部と後行材の先端部とを溶接接合し、溶接接合部前後の板厚が定常部の板厚と異なる仕上げ厚に圧延されるように先行材と後行材とを一つの連続した金属帯として連続的に圧延するタンデム圧延機の制御方法であって、金属帯の板厚変更点が各圧延スタンドに到達した時の各圧延スタンドの後方張力の変動量を予測する張力変動予測ステップと、前記張力変動予測ステップにおいて予測された各圧延スタンドの後方張力の変動量に基づいて各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整する張力設定ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係るタンデム圧延機の制御方法は、上記発明において、前記張力設定ステップは、各圧延スタンドの後方張力の下限値及び上限値を制約条件として、調整後の各圧延スタンドの後方張力の設定値に該後方張力の変動量を加算した値と調整前の各圧延スタンドの後方張力の設定値との偏差を最小にするように、各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係るタンデム圧延機の制御装置は、先行材の尾端部と後行材の先端部とを溶接接合し、溶接接合部前後の板厚が定常部の板厚と異なる仕上げ厚に圧延されるように先行材と後行材とを一つの連続した金属帯として連続的に圧延するタンデム圧延機の制御装置であって、金属帯の板厚変更点が各圧延スタンドに到達した時の各圧延スタンドの後方張力の変動量を予測する張力変動予測部と、前記張力変動予測部によって予測された各圧延スタンドの後方張力の変動量に基づいて各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整する張力設定部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るタンデム圧延機の制御方法及び制御装置によれば、張力変動の予測に基づいて張力変動後も基準張力に近づくように張力設定値を適切に設定することができる。

図１は、走間板厚変更時における各圧延スタンドの張力の設定値を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態であるタンデム圧延機の制御装置の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の一実施形態である走間板厚変更処理の流れを示すフローチャートである。図４は、本発明の一実施形態である走間板厚変更処理を説明するためのタイミングチャートである。図５は、従来法を用いた場合の走間板厚変更時の後方張力の変動量を示す図である。図６は、本発明法を用いた場合の走間板厚変更時の後方張力の変動量を示す図である。

図１は、走間板厚変更時における各圧延スタンドの張力設定値を示す模式図である。図１に示すように、通常、走間板厚変更時には、先行材と後行材との溶接接合部である板厚変更点がタンデム圧延機の各圧延スタンドに到達したタイミングで各圧延スタンドの後方張力の設定値が後行材に適した設定値に変更される。具体的には、板厚変更点が第２スタンドＳＴ２に到達したタイミング（時間ｔ＝ｔ２）で、図１（ａ）に示すように、第２スタンドＳＴ２の後方張力の設定値は先行材に適した設定値Ｔ_1-2 ^Iから後行材に適した設定値Ｔ_1-2 ^IIに変更される。

同様に、板厚変更点が第３スタンドＳＴ３に到達したタイミング（時間ｔ＝ｔ３）で、図１（ｂ）に示すように、第３スタンドＳＴ３の後方張力の設定値は先行材に適した設定値Ｔ_2-3 ^Iから後行材に適した設定値Ｔ_2-3 ^IIに変更される。同様に、板厚変更点が第４スタンドＳＴ４に到達したタイミング（時間ｔ＝ｔ４）で、図１（ｃ）に示すように、第４スタンドＳＴ４の後方張力の設定値は先行材に適した設定値Ｔ_3-4 ^Iから後行材に適した設定値Ｔ_3-4 ^IIに変更される。本発明は、板厚変更点が各圧延スタンドに到達した際の各圧延スタンドの後方張力の設定値を所定期間だけ後行材に適した設定値とは異なる値に設定し、張力変動がある場合であっても後方張力を後行材に適した設定値に近づけるものである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるタンデム圧延機の制御装置の構成及びその動作について説明する。

〔制御装置の構成〕
始めに、図２を参照して、本発明の一実施形態であるタンデム圧延機の制御装置の構成について説明する。

図２は、本発明の一実施形態であるタンデム圧延機の制御装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、本発明の一実施形態であるタンデム圧延機の制御装置は、４つの圧延スタンドＳＴ１〜ＳＴ４を有するタンデム圧延機による圧延処理を制御するものであり、材料情報データベース（ＤＢ）２、張力変動情報データベース（ＤＢ）３、トラッキング部４、張力変動予測部５、及び張力設定部６を備えている。

材料情報ＤＢ２は、以下の表１に示すような圧延対象の先行材及び後行材の規格名、入側厚、出側厚、及び板幅を示す材料情報テーブルを格納している。なお、材料情報テーブル内に先行材及び後行材の鋼種に関する情報を含めるようにしてもよい。

張力変動情報ＤＢ２は、以下の表２に示すような表１に示す先行材及び後行材を圧延した際の各圧延スタンドにおける張力変動の実績値を示す張力変動情報テーブルを格納している。なお、以下の表２では、張力変動の実績値を時系列に１０分割しているが、張力変動の実績値は任意の分割数及び時間間隔で分割してよい。

トラッキング部４は、先行材と後行材との溶接接合部である板厚変更点の位置をトラッキングし、板厚変更点の位置に関する情報を張力変動予測部５に入力する。

張力変動予測部５及び張力設定部６は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置がコンピュータプログラムを実行することによって実現される。各部の機能については後述する。

〔走間板厚変更処理〕
このような構成を有するタンデム圧延機の制御装置１は、以下に示す走間板厚変更処理を実行することによって、張力変動の予測に基づいて張力変動後も基準張力に近づくように各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整する。以下、図３に示すフローチャートを参照して、走間板厚変更処理を実行する際の制御装置１の動作について説明する。

図３は、本発明の一実施形態である走間板厚変更処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、タンデム圧延機での圧延処理が開始されたタイミングで開始となり、走間板厚変更処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、張力変動予測部５が、板厚変更点が通過した圧延スタンドを特定するためのプログラムカウンタＩ（＝２〜４）の値を２に設定する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、走間板厚変更処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、トラッキング部４が、板厚変更点の位置をトラッキングし、板厚変更点の位置に関する情報を張力変動予測部５に入力する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、走間板厚変更処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、張力変動予測部５が、板厚変更点の位置がプログラムカウンタＩの値に対応する第Ｉ圧延スタンドにα秒後に到達する位置にあるか否かを判別する。判別の結果、板厚変更点の位置が第Ｉ圧延スタンドにα秒後に到達する位置にない場合、張力変動予測部５は走間板厚変更処理をステップＳ２の処理に戻す。一方、板厚変更点の位置が第Ｉ圧延スタンドにα秒後に到達する位置にある場合には、張力変動予測部５は走間板厚変更処理をステップＳ４の処理に進める。

ステップＳ４の処理では、張力変動予測部５が、板厚変更点が第Ｉ圧延スタンドに到達した際の第Ｉ圧延スタンドの後方張力の変動量を予測する。具体的には、張力変動予測部４は、材料情報ＤＢ２内に格納されている材料情報テーブルから圧延対象の先行材及び後行材に対応する番号（Ｎｏ．）を読み出し、張力変動情報ＤＢ３から読み出された番号に対応する後方張力の変動量の実績値を読み出す。

なお、本実施形態では、張力変動予測部５は、実績値に基づいて第Ｉ圧延スタンドの後方張力の変動量を予測したが、圧延現象を再現するシミュレータを利用して計算によって第Ｉ圧延スタンドの後方張力の変動量を予測してもよい。また、張力変動予測部５は、予め各圧延スタンドの後方張力の変動値を予測しておいてもよい。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、走間板厚変更処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、張力設定部６が、ステップＳ４の処理によって予測された後方張力の変動量を用いて第Ｉ圧延スタンドの後方張力の設定値を第１設定値として算出し、第Ｉ圧延スタンドの後方張力を算出された第１設定値に調整する。具体的には、張力設定部６は、以下の数式（１）によって表される変更後の後方張力の設定値Ｔ^IItに後方張力の変動量ν_ｉ（ｉは変動量の分割数を示す。表２に示す例ではｉ＝１０）を加えた値と変更前の後方張力の設定値Ｔ^IIとの二乗誤差ｆを最小化するように変更後の後方張力の設定値を決定する２次計画問題を解くことによって第１設定値を算出する。なお、この際、張力設定部６は、以下の数式（２）に示すように、後方張力の上下限制約を満たすように変更後の後方張力の設定値Ｔ^IItを算出する。

より具体的には、図４（ａ）に示すように、張力設定部６は、板厚変更点が第２スタンドＳＴ２に到達するα秒前から第２スタンドＳＴ２の後方張力を先行材に適した設定値Ｔ_1-2 ^Iから第１設定値Ｔ_1-2 ^IItに調整する（Ｉ＝２）。同様に、図４（ｂ）に示すように、張力設定部６は、板厚変更点が第３スタンドＳＴ３に到達するα秒前から第３スタンドＳＴ３の後方張力を先行材に適した設定値Ｔ_2-3 ^Iから第１設定値Ｔ_2-3 ^IItに調整する（Ｉ＝３）。また、図４（ｃ）に示すように、張力設定部６は、板厚変更点が第４スタンドＳＴ４に到達するα秒前から第４スタンドＳＴ４の後方張力を先行材に適した設定値Ｔ_3-4 ^Iから第１設定値Ｔ_3-4 ^IItに調整する（Ｉ＝４）。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、走間板厚変更処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、張力設定部６が、第Ｉ圧延スタンドの後方張力を第１設定値に設定してから所定時間（α＋β）が経過したか否かを判別する。そして、張力設定部６は、第Ｉ圧延スタンドの後方張力を第１設定値に設定してから所定時間（α＋β）経過したタイミングで走間板厚変更処理をステップＳ７の処理に進める。

ステップＳ７の処理では、張力設定部６が、第Ｉ圧延スタンドの後方張力を後行材に適した張力設定値（第２設定値）に調整する。具体的には、図４（ａ）に示すように、張力設定部６は、板厚変更点が第２スタンドＳＴ２を通過してからβ秒経過したタイミングで、第２スタンドＳＴ２の後方張力を設定値Ｔ_1-2 ^IItから後行材に適した設定値Ｔ_1-2 ^IIに調整する（Ｉ＝２）。同様に、図４（ｂ）に示すように、張力設定部６は、板厚変更点が第３スタンドＳＴ３を通過してからβ秒経過したタイミングで、第３スタンドＳＴ３の後方張力を設定値Ｔ_2-3 ^IItから後行材に適した設定値Ｔ_2-3 ^IIに調整する（Ｉ＝３）。また、図４（ｃ）に示すように、張力設定部６は、板厚変更点が第４スタンドＳＴ４を通過してからβ秒経過したタイミングで、第４スタンドＳＴ４の後方張力を設定値Ｔ_3-4 ^IItから後行材に適した設定値Ｔ_3-4 ^IIに調整する（Ｉ＝４）。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、走間板厚変更処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、張力設定部６が、プログラムカウンタＩの値が４であるか否かを判別する。判別の結果、プログラムカウンタＩの値が４でない場合、張力設定部６は、板厚変更点が第４圧延スタンドを通過していないと判断し、走間板厚変更処理をステップＳ９の処理に進める。一方、プログラムカウンタＩの値が４である場合には、張力設定部６は、板厚変更点が第４圧延スタンドを通過したと判断し、一連の走間板厚変更処理を終了する。

ステップＳ９の処理では、張力設定部６が、プログラムカウンタＩの値を１増数する。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、走間板厚変更処理はステップＳ２の処理に戻る。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である走間板厚変更処理では、張力変動予測部５が、板厚変更点が各圧延スタンドに到達した時の各圧延スタンドの後方張力の変動量を予測し、張力設定部６が、張力変動予測部５によって予測された各圧延スタンドの後方張力の変動量に基づいて各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整するので、張力変動の予測に基づいて張力変動後も基準張力に近づくように張力設定値を適切に設定することができる。

規格Ａの金属帯（硬質材：母材厚２．６ｍｍ、仕上厚０．５ｍｍ、板幅１１５５ｍｍ）と規格Ｂの金属帯（軟質材：母材厚２．２ｍｍ、仕上厚０．５ｍｍ、板幅１１７６ｍｍ）に対する走間板厚変更において、板厚変更点が各圧延スタンドを通過する際の後方張力の変動量は図５に示すようになる。すなわち、圧延スタンドＳＴ１と圧延スタンドＳＴ２との間の金属帯の基準張力が２０［tonf］であるのに対して、走間板厚変更時には金属帯の張力のピーク値は約３５［tonf］と基準張力の約１．５倍程度になる。同様に、圧延スタンドＳＴ２と圧延スタンドＳＴ３との間及び圧延スタンドＳＴ３と圧延スタンドＳＴ４との間の金属帯の張力のピーク値は、走間板厚変更時には基準張力の２倍程度になる。

このため、走間板厚変更時には金属帯が破断する可能性があることから、実操業では、金属帯の圧延速度を減速させて、圧下を開放して金属帯を通板させている。しかしながら、金属帯の圧延速度を減速させた場合、金属帯の生産能率及び歩留まりが低下してしまう。そこで、本実施例では、上述の本発明の手法を用いて、以下の表３に示す後方張力の変動量の実績値を用いて後方張力の変動量を予測し、予測された変動量に基づいて後方張力の設定値を調整した。なお、以下の表３に示す後方張力の変動量は時間間隔を０．２秒として５分割されている。また、後方張力の設定値の上限値及び下限値はそれぞれ１５，２５［tonf］とした。また、変更前の後方張力の設定値は２０［tonf］とした。

以下に示す表４は、本発明法及び従来法による後方張力の設定値及び評価関数ｆ（数式（１）参照）の平方根を示す。表４に示すように、本発明法によれば、後方張力の設定値が従来法の設定値より低く、変更前の後方張力の設定値（＝２０［tonf］）からの偏差が従来法の２４．５［tonf］から１５．５［tonf］に改善している。また、図６に示すように、本実施例によれば、張力のピーク値が従来法の３５［tonf］から３０［tonf］程度に下がっており、過張力が緩和されている。これにより、本発明によれば、鋼帯が破断するリスクを軽減可能であることが確認された。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１制御装置
２材料情報データベース
３張力変動情報データベース
４トラッキング部
５張力変動予測部
６張力設定部
ＳＴ１第１圧延スタンド
ＳＴ２第２圧延スタンド
ＳＴ３第３圧延スタンド
ＳＴ４第４圧延スタンド

Claims

先行材の尾端部と後行材の先端部とを溶接接合し、溶接接合部前後の板厚が定常部の板厚と異なる仕上げ厚に圧延されるように先行材と後行材とを一つの連続した金属帯として連続的に圧延するタンデム圧延機の制御方法であって、
金属帯の板厚変更点が各圧延スタンドに到達した時の各圧延スタンドの後方張力の変動量を予測する張力変動予測ステップと、
前記張力変動予測ステップにおいて予測された各圧延スタンドの後方張力の変動量に基づいて各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整する張力設定ステップと、
を含むことを特徴とするタンデム圧延機の制御方法。
前記張力設定ステップは、各圧延スタンドの後方張力の下限値及び上限値を制約条件として、調整後の各圧延スタンドの後方張力の設定値に該後方張力の変動量を加算した値と調整前の各圧延スタンドの後方張力の設定値との偏差を最小にするように、各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のタンデム圧延機の制御方法。
先行材の尾端部と後行材の先端部とを溶接接合し、溶接接合部前後の板厚が定常部の板厚と異なる仕上げ厚に圧延されるように先行材と後行材とを一つの連続した金属帯として連続的に圧延するタンデム圧延機の制御装置であって、
金属帯の板厚変更点が各圧延スタンドに到達した時の各圧延スタンドの後方張力の変動量を予測する張力変動予測部と、
前記張力変動予測部によって予測された各圧延スタンドの後方張力の変動量に基づいて各圧延スタンドの後方張力の設定値を調整する張力設定部と、
を備えることを特徴とするタンデム圧延機の制御装置。