JP2015123495A - 圧延機の板厚制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作することで、圧延荷重の計測誤差の影響を受けない精確な板厚制御方法を提供する。【解決手段】圧延機１に備えられた圧延スタンド２で圧延される圧延材Ｗの板厚を制御する板厚制御方法であって、圧延スタンドの入側に備えられた後方張力計６で検出された後方張力と、圧延スタンド２の出側に備えられた前方張力計７で検出された前方張力に基づき、圧延スタンドのロールギャップを操作する。さらに、高精度の板厚制御を実現するために、板厚制御に自動板厚制御技術（ＡＧＣ）を用いると共に、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御方法を同時使用し、このような同時使用時においても過制御を防ぐようにしている。【選択図】図１
Description
本発明は、圧延機で圧延材を圧延する際に用いられる板厚制御方法に関する。
従来から、薄鋼板等の圧延材は、複数の圧延スタンドを有するタンデム圧延機により熱間圧延で製造されている。これら圧延材の最終製品の評価基準のひとつとして板厚があり、圧延スタンドの出側板厚を目標板厚に追従させるために、様々な制御技術（自動板厚制御技術、ＡＧＣ）が開発されている。
例えば、自動板厚制御でよく用いられる式であって、出側板厚、ロールギャップ、荷重の間で成り立つ式として一般に知られているゲージメータ式を式（１）に示す。
例えば、自動板厚制御でよく用いられる式であって、出側板厚、ロールギャップ、荷重の間で成り立つ式として一般に知られているゲージメータ式を式（１）に示す。
ここで、荷重変動量は式（２）で表される。
また従来から、自動板厚制御の１つとして、圧延スタンドに備えられたロードセルで検出された圧延荷重に基づき、ロールギャップを操作することで、圧延荷重の変動による出側板厚の変動を低減するＢＩＳＲＡ−ＡＧＣがある（非特許文献１を参照）。
ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣの基本的な考え方は、圧延荷重が変動しても出側板厚が変動しないようにロールギャップを操作することである。したがって、式（１）にΔｈ＝０を代入したときのΔＳをＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによるロールギャップの指令量とする。
ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣの基本的な考え方は、圧延荷重が変動しても出側板厚が変動しないようにロールギャップを操作することである。したがって、式（１）にΔｈ＝０を代入したときのΔＳをＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによるロールギャップの指令量とする。
しかしながら、実際には圧延荷重の計測誤差やミル定数の誤差があるため、式（３）に基づきロールギャップを操作しても、Δｈ＝０とはならない。そこで、圧延荷重の計測誤
差やミル定数の誤差があることを見越して、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによるロールギャップの操作によって板厚変動が生じることを防止するために、チューニング率αを導入し、通常はチューニング率αを１より小とする。
差やミル定数の誤差があることを見越して、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによるロールギャップの操作によって板厚変動が生じることを防止するために、チューニング率αを導入し、通常はチューニング率αを１より小とする。
一方、特許文献１では、硬度むらに起因する鋼帯の長手方向の板厚変動を抑制するに際し、チューニング率αを１より大として過剰に制御することにより、板の硬い部分を予め薄めに、軟らかい部分を予め厚めに圧延することで、最終スタンド出側の板厚変動を低減するようにしている。
しかしながら、荷重変動の要因は硬度むらだけでなく、後方張力変動、前方張力変動、入側板厚変動、温度変動など様々ある。それ故、特許文献１に開示された技術のように、チューニング率αを１より大とした場合、硬度むら以外の要因による荷重変動に対して過剰に制御することになり、かえって板厚変動が大きくなる。
このようにＢＩＳＲＡ−ＡＧＣは、後方張力変動、前方張力変動などあらゆる要因が重なった結果としての圧延荷重の変動に基づき、ロールギャップを操作するが、この荷重に計測誤差があるために、チューニング率αを１より小としてロールギャップの操作量を小さくせざるを得ず、結果として荷重変動による出側板厚を除去しきれないという問題がある。
このようにＢＩＳＲＡ−ＡＧＣは、後方張力変動、前方張力変動などあらゆる要因が重なった結果としての圧延荷重の変動に基づき、ロールギャップを操作するが、この荷重に計測誤差があるために、チューニング率αを１より小としてロールギャップの操作量を小さくせざるを得ず、結果として荷重変動による出側板厚を除去しきれないという問題がある。
また、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御と、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣや絶対値ＡＧＣのようなＡＧＣを同時に使用した場合、後方張力変動と前方張力変動による板厚変動に対しては二重に制御し、過剰に制御することになる。
そこで、本発明は、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作することで、荷重の計測誤差の影響を受けずに、後方張力変動と前方張力変動による板厚変動を低減することを目的とする。加えて、本発明は、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御とＡＧＣとを同時に使用した際に、過剰に制御することを防止することを目的とする。
そこで、本発明は、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作することで、荷重の計測誤差の影響を受けずに、後方張力変動と前方張力変動による板厚変動を低減することを目的とする。加えて、本発明は、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御とＡＧＣとを同時に使用した際に、過剰に制御することを防止することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る圧延機の板厚制御方法は、圧延機に備えられた複数の圧延スタンドで圧延される圧延材の板厚を制御する板厚制御方法であって、前記圧延スタンドの入側に備えられた張力計で検出された後方張力と、前記圧延スタンドの出側に備えられた張力計で検出された前方張力に基づき、前記圧延スタンドのロールギャップを操作することを特徴とする。
本発明に係る圧延機の板厚制御方法は、圧延機に備えられた複数の圧延スタンドで圧延される圧延材の板厚を制御する板厚制御方法であって、前記圧延スタンドの入側に備えられた張力計で検出された後方張力と、前記圧延スタンドの出側に備えられた張力計で検出された前方張力に基づき、前記圧延スタンドのロールギャップを操作することを特徴とする。
好ましくは、前述した板厚制御方法と、前記圧延スタンドに備えられたロードセルで検出された圧延荷重に基づきロールギャップを操作するＡＧＣ制御と、を同時に行うに際し、前記ＡＧＣ制御においては、前記ロードセルで検出された圧延荷重から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分を差し引いた値に基づき、ロールギャップを操作するとよい。
本発明の板厚制御技術を用いることで、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作することで、圧延荷重の計測誤差の影響を受けずに、後方張力変動と前方張力変動による板厚変動を低減することができる。加えて、後方張力と前方張力に基づきロールギャ
ップを操作する板厚制御方法とＡＧＣとを同時に使用した際に、過剰に制御することを防止することが可能となる。
ップを操作する板厚制御方法とＡＧＣとを同時に使用した際に、過剰に制御することを防止することが可能となる。
以下、本発明の実施形態を、薄鋼板等を圧延するタンデム型の圧延機１（連続圧延機）を例示しつつ図を基に説明する。
タンデム型の圧延機１は、複数の圧延スタンド２を連続的に備えるものであって、この圧延機１に本発明の板厚制御方法は適用されるものとなっている。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
タンデム型の圧延機１は、複数の圧延スタンド２を連続的に備えるものであって、この圧延機１に本発明の板厚制御方法は適用されるものとなっている。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図１は、前述のタンデム型の圧延機１を構成する１つの圧延スタンド２を模式的に示したものである。
圧延スタンド２は、上下一対の圧延ロール（ワークロール３，３）と、それぞれの圧延ロールをバックアップするバックアップロール４，４を備える。圧延スタンド２の圧延ロールは、ロールギャップ制御装置８によりその圧下位置が変更可能となっていて、ギャップ量が可変とされている。また、圧延スタンド２には、圧延荷重を計測するロードセル５（荷重計測装置）が設置されている。
圧延スタンド２は、上下一対の圧延ロール（ワークロール３，３）と、それぞれの圧延ロールをバックアップするバックアップロール４，４を備える。圧延スタンド２の圧延ロールは、ロールギャップ制御装置８によりその圧下位置が変更可能となっていて、ギャップ量が可変とされている。また、圧延スタンド２には、圧延荷重を計測するロードセル５（荷重計測装置）が設置されている。
圧延スタンド２の出側には、圧延材Ｗの板厚を検出する板厚計（図示せず）が設けられている。また、圧延スタンド２の出側には、圧延材Ｗの張力（前方張力）を測定する前方張力計７が設けられている。圧延スタンド２の入側には、圧延材Ｗの張力（後方張力）を測定する後方張力計６が設けられている。
この圧延機１においては、圧延材Ｗは複数の圧延スタンド２を通ることで所望の板厚、板幅、板クラウンの製品板へと圧延され、コイル巻き取り機で巻き取られ次の工程へと搬送される。
この圧延機１においては、圧延材Ｗは複数の圧延スタンド２を通ることで所望の板厚、板幅、板クラウンの製品板へと圧延され、コイル巻き取り機で巻き取られ次の工程へと搬送される。
圧延スタンド２の出側板厚を目標値とするため、本実施形態では、圧延スタンド２の入側に備えられた張力計で検出された後方張力と、圧延スタンド２の出側に備えられた張力計で検出された前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する圧延機１の板厚制御方法を採用している。さらに、高精度の板厚制御を実現するために、板厚制御に、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣや絶対値ＡＧＣを用いると共に、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御方法を同時使用し、このような同時使用時においても過制御を防ぐようにしている。
このような制御を可能とするため、圧延スタンド２には、板厚制御装置９、荷重計算装置１０、ＡＧＣ部１１が設けられている。
以下、本発明での板厚制御方法の詳細を、図１のブロック図、及び図２に示すフローチャートを基に説明する。
まず、図２のＳＴＥＰ１では、板厚制御装置９にて、後方張力計６で計測した後方張力、前方張力計７で計測した前方張力に基づき、ロールギャップへの指令値ΔＳｔを、式(５)により計算する。
以下、本発明での板厚制御方法の詳細を、図１のブロック図、及び図２に示すフローチャートを基に説明する。
まず、図２のＳＴＥＰ１では、板厚制御装置９にて、後方張力計６で計測した後方張力、前方張力計７で計測した前方張力に基づき、ロールギャップへの指令値ΔＳｔを、式(５)により計算する。
ここで、Δは制御開始時点からの変化量を表す。
次に、ＳＴＥＰ２において、荷重計算装置１０にて、ロードセル５で計測した荷重と、後方張力、前方張力に基づき、ＡＧＣ部１１で用いるための荷重ΔＰＢを、式（６）により計算する。式（６）では、ロードセル５で検出された圧延荷重から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分を差し引くことを行っている。なお、本実施形態のＡＧＣ部１１では、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを行っている。
次に、ＳＴＥＰ２において、荷重計算装置１０にて、ロードセル５で計測した荷重と、後方張力、前方張力に基づき、ＡＧＣ部１１で用いるための荷重ΔＰＢを、式（６）により計算する。式（６）では、ロードセル５で検出された圧延荷重から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分を差し引くことを行っている。なお、本実施形態のＡＧＣ部１１では、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを行っている。
ＳＴＥＰ３では、ＡＧＣ部１１にて算出した荷重ΔＰＢに基づき、ロールギャップへの指令値ΔＳＢを、式(７)にて計算する。
さらに、ＳＴＥＰ４において、板厚制御装置９とＡＧＣ部１１によるロールギャップへの指令値の和をロールギャップ制御装置８に入力する。
次に、ＳＴＥＰ５では、ロールギャップ制御装置８にて、入力されたロールギャップの指令値ΔＳｔ＋ΔＳＢに従い、ロールギャップを制御する。
板厚制御装置９にて、式（５）にてロールギャップへの指令値ΔＳｔを計算する理由を以下に示す。
次に、ＳＴＥＰ５では、ロールギャップ制御装置８にて、入力されたロールギャップの指令値ΔＳｔ＋ΔＳＢに従い、ロールギャップを制御する。
板厚制御装置９にて、式（５）にてロールギャップへの指令値ΔＳｔを計算する理由を以下に示す。
今、ΔＰＲ＝０として式（１）、式（２）を連立すると式（８）が得られる。
板厚制御装置９の目的は、後方張力や前方張力が変動したときに、出側板厚が変動しないようにロールギャップを操作することであるから、式（８）にΔｈ＝０を代入したときのΔＳを板厚制御装置９によるロールギャップの指令値ΔＳｔとする。
実際には、ミル定数、影響係数、後方張力および前方張力の計測値に誤差があるため、各項に制御ゲインＫｂとＫｆを乗じる様にすると、式（５）となる。
次に、荷重ΔＰＢを式（６）により計算する理由について以下に示す。
まず、式（５）にて、ミル定数、影響係数、後方張力および前方張力の計測値に誤差がなく、Ｋｂ＝１、Ｋｆ＝１とした場合について説明する。この場合、後方張力および前方張力が変化したときに、板厚制御装置９により出側板厚の変動を０にすることができるため、Δｈ＝０となる。従って、このときの荷重変動は、式（２）より以下の様になる。
次に、荷重ΔＰＢを式（６）により計算する理由について以下に示す。
まず、式（５）にて、ミル定数、影響係数、後方張力および前方張力の計測値に誤差がなく、Ｋｂ＝１、Ｋｆ＝１とした場合について説明する。この場合、後方張力および前方張力が変化したときに、板厚制御装置９により出側板厚の変動を０にすることができるため、Δｈ＝０となる。従って、このときの荷重変動は、式（２）より以下の様になる。
これは後方張力変動および前方張力変動による荷重変動であり、この荷重変動による出側板厚の変動は既に板厚制御装置９が０にしているので、この荷重変動に対してＡＧＣ部１１が更に制御する必要はない。従って荷重の計測値から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分だけ差し引いた値ΔＰＢを、式（１１）に示すような形でＡＧＣ部１１の計算に用いる。
上ではＫｂ＝１、Ｋｆ＝１とした場合について説明したが、それ以外の場合は差し引く荷重にＫｂ、Ｋｆを乗じればよく、結果として式（６）が得られる。
以上述べた本発明にかかる板厚制御方法を適用したシミュレーション結果を、以下に示す。
本シミュレーションにおいては、図３（ａ）に示す後方張力変動による荷重変動、図３（ｂ）に示す前方張力変動による荷重変動、図３（ｃ）に示すその他要因による荷重変動を与えたときの出側板厚偏差を評価した。なお、図３（ｄ）は、後方張力変動による荷重変動、前方張力変動による荷重変動、その他要因による荷重変動を全て加えた変動の総量を示したものである。図３（ａ）〜図３（ｄ）における横軸は時間（ｓｅｃ）であり、縦軸は荷重（ｔｏｎ）である。
本シミュレーションにおいては、図３（ａ）に示す後方張力変動による荷重変動、図３（ｂ）に示す前方張力変動による荷重変動、図３（ｃ）に示すその他要因による荷重変動を与えたときの出側板厚偏差を評価した。なお、図３（ｄ）は、後方張力変動による荷重変動、前方張力変動による荷重変動、その他要因による荷重変動を全て加えた変動の総量を示したものである。図３（ａ）〜図３（ｄ）における横軸は時間（ｓｅｃ）であり、縦軸は荷重（ｔｏｎ）である。
図４にシミュレーション結果を示している。図４における横軸は時間（ｓｅｃ）であり、縦軸はロールギャップ乃至は出側板厚荷重（いずれもμｍ）である。
図４（ａ）は、従来手法である「ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ」を適用して板厚を制御した結果を示している。
図４（ｂ）は、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」のみを採用した際のシミュレーション結果を示している。
図４（ａ）は、従来手法である「ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ」を適用して板厚を制御した結果を示している。
図４（ｂ）は、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」のみを採用した際のシミュレーション結果を示している。
図４（ｃ）は、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ」を同時に採用した際のシミュレーション結果を示している。なお、図４（ｃ）では、過制御の抑制は行われていない。
図４（ｄ）は、過制御の抑制を行いつつ、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ」を同時に採用した際のシミュレーション結果を示している。
図４（ｄ）は、過制御の抑制を行いつつ、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ」を同時に採用した際のシミュレーション結果を示している。
なお、図４（ａ）〜図４（ｄ）におけるシミュレーション結果は、ロールギャップと出側板厚偏差であり、シミュレーションでの各パラメータは、チューニング率α＝０．７、制御ゲインＫｂ＝０．９、制御ゲインＫｆ＝０．９としている。
図４（ａ）の結果から明らかなように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用したときは、ロールギャップの操作量が不足しており、出側板厚偏差が除去しきれていない。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」を適用したときは、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用したときよりもロールギャップの操作量が大きく、出側板厚偏差を小さくできている。
図４（ａ）の結果から明らかなように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用したときは、ロールギャップの操作量が不足しており、出側板厚偏差が除去しきれていない。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」を適用したときは、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用したときよりもロールギャップの操作量が大きく、出側板厚偏差を小さくできている。
一方、図４（ｃ）に示すように、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ」を同時に適用したときは、板厚制御が過剰に作用し、出側板厚偏差が大きくなっている。
図４（ｄ）に示すように、過制御の抑制を行いつつ、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ」を同時に適用したときは、最も出側板厚偏差を小さくできている。つまり、圧延スタンド２
の後方張力と前方張力の変動による出側板厚の変動を低減しつつ、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用することによる過剰な制御を抑制しつつ、適切な板厚制御が実現できている。
図４（ｄ）に示すように、過制御の抑制を行いつつ、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ」を同時に適用したときは、最も出側板厚偏差を小さくできている。つまり、圧延スタンド２
の後方張力と前方張力の変動による出側板厚の変動を低減しつつ、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用することによる過剰な制御を抑制しつつ、適切な板厚制御が実現できている。
以上述べたように、圧延スタンド２の入側に備えられた張力計６で検出された後方張力と、圧延スタンド２の出側に備えられた張力計７で検出された前方張力に基づき、圧延スタンド２のロールギャップを操作することで、圧延荷重の計測誤差の影響を受けずに、板厚変動を低減することが可能となる。加えて、このような後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御方法とＡＧＣとを同時に使用した際に、過制御の状態となるのを防止することができるようになる。
以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、圧延材Ｗとしては鋼材に限定されず、アルミ材や銅材などであってもよい。
例えば、圧延材Ｗとしては鋼材に限定されず、アルミ材や銅材などであってもよい。
１ 圧延機
２ 圧延スタンド
３ ワークロール
４ バックアップロール
５ ロードセル
６ 後方張力計
７ 前方張力計
８ ロールギャップ制御装置
９ 板厚制御装置
１０ 荷重計算装置
１１ ＡＧＣ部
Ｗ 圧延材
２ 圧延スタンド
３ ワークロール
４ バックアップロール
５ ロードセル
６ 後方張力計
７ 前方張力計
８ ロールギャップ制御装置
９ 板厚制御装置
１０ 荷重計算装置
１１ ＡＧＣ部
Ｗ 圧延材
Claims (2)
- 圧延機に備えられた複数の圧延スタンドで圧延される圧延材の板厚を制御する板厚制御方法であって、
前記圧延スタンドの入側に備えられた張力計で検出された後方張力と、前記圧延スタンドの出側に備えられた張力計で検出された前方張力に基づき、前記圧延スタンドのロールギャップを操作することを特徴とする圧延機の板厚制御方法。 - 請求項１に記載された板厚制御方法と、前記圧延スタンドに備えられたロードセルで検出された圧延荷重に基づきロールギャップを操作するＡＧＣ制御と、を同時に行うに際し、
前記ＡＧＣ制御においては、前記ロードセルで検出された圧延荷重から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分を差し引いた値に基づき、ロールギャップを操作することを特徴とする圧延機の板厚制御方法。
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2013
- 2013-12-27 JP JP2013271951A patent/JP6091411B2/ja active Active
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