JP2015213940A - 圧延機の板厚制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣや絶対値ＡＧＣのようなＡＧＣ制御を行うに際し、圧延ロールの偏心による圧延荷重の変動を考慮した指令値を用いてロールギャップを操作することで、ロールギャップ変動とは別の板厚変動を低減すると同時に、ＡＧＣ制御がロール偏心による板厚変動を助長することを防止する圧延機の板厚制御方法を提供する。【解決手段】本発明の圧延機１の板厚制御方法は、圧延機１に備えられた１又は複数の延スタンド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２に備えられた荷重検出器５で検出された圧延荷重に基づき、当該圧延スタンド２のロールギャップを操作するＡＧＣ制御を行うに際し、ＡＧＣ制御においては、荷重検出器５で検出された圧延荷重からロール偏心による荷重変動成分を差引いた値に基づき、ロールギャップを操作する。【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。

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荷重検出器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。
ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣの基本的な考え方は、ロールギャップ変動とは別の板厚変動要因、例えば圧延スタンド入側の板厚変動や、圧延スタンド入側および出側の張力変動などにより、圧延荷重が変動することによる出側板厚の変動を低減するように、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を代入すると共に、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のチューニング率αを導入し、そのときのΔＳ_ＢをＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによるロールギャップの指令量とする（式（２））。

ところで、圧延スタンドには、ロール偏心と呼ばれる板厚変動要因が存在する。
ロール偏心とは、径方向断面視で、圧延ロールの回転軸の軸心と、当該圧延ロールの外径の中心とが径方向にずれてしまうことである。このロール偏心の原因としては、例えば、圧延ロール表面を精度よく研磨していても、ごくまれに軸心と外径の中心とが偏心してしまっていることなどが挙げられる。

このようなロール偏心をした圧延ロールを使用して圧延を行うと、ロールギャップが圧延ロールの回転周期に同期して変動し、圧下された圧延材の板厚が変動してしまうことがある。
上記したロール偏心による圧延材の板厚変動は、ロールギャップ変動以外の板厚変動要因とは異なり、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣにより圧延材の板厚変動を低減することができず、むしろ板厚変動を助長してしまう虞がある。

その理由は、以下に示す通りである。
圧延スタンドの板厚制御を行う際に、ロールギャップ変動とは別の板厚変動要因（例えば、圧延ロールにかかる圧延荷重が増加したときなど）である場合、圧延スタンドの出側板厚が厚くなる。そのとき、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣは、式（２）から導出された指令値により、ロールギャップを閉めて（狭めて）圧延スタンドの出側板厚が厚くなることを抑制する。

しかしながら、圧延スタンドの板厚制御を行う際に、ロール偏心の影響によりロールギャップ自体が変動した場合（例えば、ロールギャップが閉まるなどしたとき）は、圧延ロールにかかる圧延荷重が増加すると同時に、圧延スタンドの出側板厚が薄くなる。そのとき、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣは、式（２）から導出された指令値によりロールギャップを閉める制御を行うが、この場合には圧延スタンドの出側板厚がさらに薄くなってしまう虞がある。

上記の問題を解決するため、例えば、特許文献１に開示された圧延機の板厚制御方法がある。
特許文献１では、圧延機の板厚制御を行うに際し、圧延材の板厚変動におけるロール偏心成分が小さいときには、チューニング率を増加させて求めたロールギャップの指令値を用い、圧延材の板厚変動におけるロール偏心成分が大きいときには、チューニング率を減少させて求めたロールギャップの指令値を用いることにより、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣが圧延材の板厚変動を助長することを防止している。

また、圧延機の板厚制御を行うに際し、圧延材の板厚変動におけるロール偏心成分が大きい状態が継続した際には、最終的にチューニング率が負となるように求めたロールギャップの指令値を用いることにより、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣが板厚変動を助長することを防止している。

特開平８−１９８０９号公報

しかしながら、圧延機（圧延スタンド）では、ロールギャップ変動とは別の板厚変動と、ロール偏心による板厚変動とが同時に発生して、影響の大きい板厚変動要因となることが多い。
このような場合、上記した特許文献１の技術を採用したとしても、圧延機の板厚制御を行うには困難が生じている。

具体的には、特許文献１の技術では、チューニング率が正の値のときに求めたロールギャップの指令値を用いると、ロール偏心による板厚変動を助長させてしまう虞があり、またチューニング率が負のときに求めたロールギャップの指令値を用いると、ロールギャップ変動とは別の板厚変動を助長させてしまう虞がある。
つまり、特許文献１の技術を採用したとしても、ロール偏心による影響を完全に除去することができない。

また、通常のＡＧＣ制御と特許文献１の技術を同時に用いて、板厚制御を行うと、過制御となる虞がある。
そこで、本発明は上記問題点を鑑み、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣや絶対値ＡＧＣのようなＡＧＣ制御を行うに際し、圧延ロールの偏心による圧延荷重の変動を考慮した指令値を用いてロールギャップを操作することで、ロールギャップ変動とは別の板厚変動を低減すると同時に、ＡＧＣ制御がロール偏心による板厚変動を助長することを防止する圧延機の板厚制御方法を提供することを目的とする。

上記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１又は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、前記圧延スタンドに備えられた荷重検出器で検出された圧延荷重に基づき、当該圧延スタンドのロールギャップを操作するＡＧＣ制御を行うに際し、前記ＡＧＣ制御においては、前記荷重検出器で検出された圧延荷重からロール偏心による荷重変動成分を差引いた値に基づき、ロールギャップを操作することを特徴とする。

本発明に係る圧延機の板厚制御方法によれば、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣや絶対値ＡＧＣのようなＡＧＣ制御を行うに際し、圧延ロールの偏心による圧延荷重の変動を考慮した指令値を用いてロールギャップを操作することで、ロールギャップ変動とは別の板厚変動を低減すると同時に、ＡＧＣ制御がロール偏心による板厚変動を助長することを防止することが可能となる。

本発明に係る圧延機の板厚制御方法を示したブロック図である。 本発明に係る圧延機の板厚制御方法のフローチャートである。 ＡＧＣを適用せずに板厚制御を行った結果を示した図である。 チューニング率を正とした場合のＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用して、板厚制御を行った結果を示した図である。 チューニング率を負とした場合のＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用して、板厚制御を行った結果を示した図である。 本発明に係る板厚制御方法を用いて板厚制御を行った結果を示した図である。

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（連続圧延機）を例示しつつ、図を基に説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示された内容だけに限定されるものではない。

また、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。従って、それらについての詳細な説明は繰返さない。
この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。
図１は、上記した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。なお、圧延スタンド２は、１基であってもよい。

圧延スタンド２は、上下一対の圧延ロール３（ワークロール）と、それぞれの圧延ロール３をバックアップするバックアップロール４を備える。圧延スタンド２の圧延ロール３は、ロールギャップ制御装置９によりその圧下位置が変更可能となっていて、ロール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荷重検出器５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（図示せず）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（図示せず）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、圧延スタンド２の下流に配備されているコイル巻き取り機（図示せず）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、荷重検出器５で検出された圧延荷重から、ロール偏心による荷重変動成分を差引いた値に基づき、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採用している。
具体的には、本実施形態の板厚制御方法は、圧延スタンド２に備えられた荷重検出器５で圧延荷重を検出し、圧延スタンド２に備えられたロール偏心成分解析装置６にて、圧延ロール３、およびバックアップロール４の偏心による荷重変動成分を算出し、ロール偏芯成分除去装置７にて、ロール偏心成分解析装置６で算出したロール偏心による荷重変動成分と、荷重検出器５で検出された圧延荷重との差分を算出し、その差分に基づいてＡＧＣ部８がロールギャップ制御装置９に指令を出し圧延スタンド２のロールギャップを操作する。

以下、本発明での板厚制御方法の詳細を、図１に示すブロック図、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、まず、荷重検出器５にて、圧延荷重を所定のサンプリング周期でサンプリングして検出する。検出された圧延荷重は、ロール偏芯成分解析装置６に入力される。入力された圧延荷重は、ロール偏芯成分解析装置６において、高速フーリエ変換などを用いて周波数成分に分解される。得られたフーリエ変換後のデータから、ロール偏心に起因する荷重変動成分を抽出する。

その後、抽出されたロール偏心に起因する荷重変動成分（周波数空間における位相と振幅）を逆フーリエ変換することで、実空間における荷重変動成分の値を求める。
次に、ＳＴＥＰ２では、ロール偏心成分除去装置７にて、荷重検出器５で検出した圧延荷重から、ロール偏芯成分解析装置６で得られたロール偏心に起因する荷重変動成分（実空間における荷重変動成分の値）を差し引く。そのロール偏心に起因する荷重変動成分を差し引いた圧延荷重を、ＡＧＣ部８に入力する。

ＳＴＥＰ３では、ＡＧＣ部８にて、ロール偏心成分除去装置７から入力された、ロール偏心に起因する荷重変動成分が差し引かれた圧延荷重に基づき、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによるロールギャップ指令値ΔＳ_Ｂを算出する。
ロールギャップ指令値ΔＳ_Ｂを算出するにあたっては、例えば式（２）に、ロール偏心に起因する荷重変動成分が差し引かれた圧延荷重を、荷重変動量ΔＰに代入して算出する。その算出したロールギャップ指令値ΔＳ_Ｂを、ロールギャップ制御装置９に入力する。

さらに、ＳＴＥＰ４では、ロールギャップ制御装置９にて、ＡＧＣ部８から入力されたロールギャップ指令値ΔＳ_Ｂに従い、圧延スタンド２のロールギャップを制御する。

以上述べた本発明に係る圧延機の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、ロール偏心に起因する１秒周期のロールギャップ変動と、ランダムに発生する荷重変動を与えたときの、出側板厚偏差を評価した。
図３Ａ〜図３Ｄにシミュレーション結果を示している。図３Ａ〜図３Ｄにおける横軸は時間（ｓｅｃ）であり、縦軸は出側板厚偏差（μｍ）である。

図３Ａは、ＡＧＣを適用せずに、圧延スタンド２の出側の板厚を制御した結果を示している。
図３Ｂは、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用し、且つチューニング率を正とした際の圧延スタンド２の出側の板厚を制御した結果を示している。
図３Ｃは、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用し、且つチューニング率を負とした際の圧延スタンド２の出側の板厚を制御した結果を示している。

図３Ｄは、荷重検出器５で検出された圧延荷重から、ロール偏心による荷重変動成分を差引いた値に基づき、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用し、且つチューニング率を正とした際の圧延スタンド２の出側の板厚を制御した結果、つまり本発明に係る板厚制御方法を用いて板厚制御を行った結果を示している。
図３Ａに示すように、ＡＧＣを適用せずに、圧延スタンド２の出側の板厚を制御した際の出側板厚偏差は、およそ±１０（μｍ）の範囲であるが、始めの０（ｓｅｃ）〜１０（ｓｅｃ）間のときの出側板厚偏差は±５（μｍ）の範囲でマイナス側に振れることが多くなっている（右肩下がり）。また、１０（ｓｅｃ）〜２０（ｓｅｃ）間のときの出側板厚偏差は、±５（μｍ）の範囲でプラス側に振れることが多くなっている（右肩上がり）。

そして、２０（ｓｅｃ）〜３０（ｓｅｃ）間のときの出側板厚偏差は、±１０（μｍ）の範囲で大きく上下に振れるようになっている。
まとめると、図３Ａにおいての出側板厚偏差は、上下方向に大きく振れ、且つグラフの推移も一定ではない、つまり、ロール偏心に起因する１秒周期の変動と、ランダムな変動の両方の影響が大きく現れた結果となっている。

それ故、ＡＧＣを適用せずに、圧延スタンド２の出側の板厚を制御すると、出側板厚を精確に制御することができないことが分かる。
図３Ｂに示すように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用し、且つチューニング率を正とした際の出側板厚偏差は、一定の範囲ではあるが、０（ｓｅｃ）〜３０（ｓｅｃ）間、常におよそ±１０（μｍ）の範囲で推移している。

まとめると、図３Ｂにおいての出側板厚偏差は、図３Ａよりランダムな変動は低減しているものの、ロール偏心に起因する１秒周期の変動の影響はＡＧＣを適用しなかった際よりも強く現れている。
つまり、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用し、且つチューニング率を正として圧延スタンド２の出側の板厚を制御すると、ランダムな変動は収まるものの、出側板厚偏差の変動幅が増加してしまい、出側板厚を精確に制御することができないことが分かる。

図３Ｃに示すように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用し、チューニング率を負とした際の出側板厚偏差は、およそ±１０（μｍ）の範囲であるが、始めの０（ｓｅｃ）〜１０（ｓｅｃ）間のときの出側板厚偏差は、およそ±５（μｍ）より狭い範囲で振れていることが多く、その振れの推移は下方向（マイナス側）に向くようになっている（右肩下がり）。
また、１０（ｓｅｃ）〜２０（ｓｅｃ）間のときの出側板厚偏差は、およそ±５（μｍ）より狭い範囲で振れていることが多く、その振れの推移は上方向（プラス側）に向かったり、下方向（マイナス側）に向かったりするようになっている。

そして、２０（ｓｅｃ）〜３０（ｓｅｃ）間のときの出側板厚偏差は、およそ±５（μｍ）より狭い範囲で振れていることが多く、その振れの推移は１０（ｓｅｃ）〜２０（ｓｅｃ）間のときの出側板厚偏差の推移よりも上下方向に大きく、且つ下方向（マイナス側）に向くようになっている（右肩下がり）。
まとめると、図３Ｃにおいての出側板厚偏差は、ロール偏心に起因する１秒周期の変動は低減しているものの、ランダムな変動の影響はＡＧＣを適用しなかった際よりも強く現れている。

つまり、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用し、且つチューニング率を負として圧延スタンド２の出側の板厚を制御すると、出側板厚偏差の変動幅が図３Ｂよりも増加してしまい、且つその変動のランダムさが図３Ａよりも大きくなり、出側板厚を精確に制御することができないことが分かる。
一方で、図３Ｄに示すように、荷重検出器５で検出された圧延荷重から、ロール偏心による荷重変動成分を差引いた値に基づき、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用し、チューニング率を正とした際、つまり本発明に係る板厚制御方法を適用した際の出側板厚偏差は、０（ｓｅｃ）〜３０（ｓｅｃ）間、常におよそ±５（μｍ）の範囲で一定に推移しており、図３Ｂと比較して、ロール偏心に起因する１秒周期の変動の影響が小さいことが分かる。

まとめると、図３Ｄにおいての出側板厚偏差は、図３Ａ〜図３Ｃに示す出側板厚偏差と比較して、ランダムな変動を低減することができると同時に、ロール偏心に起因する１秒周期の変動を抑制することもできることが分かる。
つまり、本発明に係る板厚制御方法を適用して圧延スタンド２の出側の板厚を制御すると、出側板厚を精確に制御することができる。

以上述べたように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣや絶対値ＡＧＣのようなＡＧＣ制御を行うに際し、圧延ロール３の偏心による圧延荷重の変動を考慮した指令値を用いてロールギャップを操作することで、ロールギャップ変動とは別の板厚変動を低減すると同時に、ＡＧＣ制御がロール偏心による板厚変動を助長することを防止することが可能となる。
加えて、荷重検出器５で検出された圧延荷重から、ロール偏心による荷重変動成分を差引いた値に基づき、ロールギャップを操作する板厚制御方法と通常の圧延荷重による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。

なお、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。
例えば、本実施形態では、タンデム型の圧延機（連続圧延機）を例示して説明したが、リバース式の圧延機などであってもよい。
また、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。

特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操作手順、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 圧延機
２ 圧延スタンド
３ 圧延ロール（ワークロール）
４ バックアップロール
５ 荷重検出器
６ ロール偏心成分解析装置
７ ロール偏芯成分除去装置
８ ＡＧＣ部
９ ロールギャップ制御装置
Ｗ 圧延材

Claims (1)

1. 圧延機に備えられた１又は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、
   前記圧延スタンドに備えられた荷重検出器で検出された圧延荷重に基づき、当該圧延スタンドのロールギャップを操作するＡＧＣ制御を行うに際し、
   前記ＡＧＣ制御においては、前記荷重検出器で検出された圧延荷重からロール偏心による荷重変動成分を差引いた値に基づき、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。