JP2021122834A - 圧延制御システムおよび圧延制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】仕上圧延機から被圧延材の尾端が抜け出た後において当該尾端が蛇行するのを抑制する。【解決手段】圧延制御システムは、仕上圧延機と、巻取機と、一対のピンチロールと、ピンチロール荷重計と、制御装置と、を備える。巻取機は、仕上圧延機から送り出された被圧延材を巻き取る。ピンチロールは、仕上圧延機と巻取機の間に設けられる。ピンチロール荷重計は、第１および第２荷重を計測する。第１荷重は、ピンチロールのワークサイドにおける荷重である。第２荷重は、ピンチロールのドライブサイドにおける荷重である。制御装置は、ピンチロールの間のギャップを制御する。制御装置は、被圧延材の尾端が仕上圧延機を抜け出たタイミング以降において、第１および第２荷重の計測値の差に基づいて計算されたギャップ指令値をピンチロールに出力するフィードバック制御を実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、圧延制御システムおよび圧延制御方法に関する。

圧延操業においては、圧延ロールの幅方向の中央の位置で被圧延材の尾端が安定せず、この幅方向の端部に向かって尾端が移動する現象が知られている。このような現象は、尾端の「蛇行」と呼ばれる。

尾端の蛇行を抑制する従来の技術として、特開２０１０−２４７１７７号公報に開示のものが例示される。この従来技術は、仕上圧延機での圧延中における蛇行を抑制する技術である。この従来技術では、仕上圧延機のオペサイド（ワークサイド）における荷重と、この仕上圧延機のドライブサイドにおける荷重との差に基づいた制御（差荷重制御）が行われる。

特開２０１０−２４７１７７号公報

ところで、仕上圧延機の下流には、被圧延材を巻き取る巻取機が設置される。また、仕上圧延機と巻取機の間には、一対のピンチロールが設置される。ここで、一般的なピンチロールの役割は、仕上圧延機から送り出された被圧延材を巻取機に誘導することにある。

上記従来技術の差荷重制御は、仕上圧延機の圧延ロールに適用される。そのため、仕上圧延機が被圧延材を送り出している間は、この差荷重制御の実行が蛇行を抑制することが予想される。しかしながら、仕上圧延機から尾端が抜け出た後は、被圧延材に荷重を加えるものがピンチロールしかなくなる。そのため、この期間において尾端が蛇行する可能性があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、仕上圧延機から被圧延材の尾端が抜け出た後において当該尾端が蛇行するのを抑制する技術を提供することを目的とする。

第１の発明は、圧延制御システムであり、次の特徴を有する。
前記圧延制御システムは、仕上圧延機と、巻取機と、一対のピンチロールと、ピンチロール荷重計と、制御装置と、を備える。
前記巻取機は、前記仕上圧延機から送り出された被圧延材を巻き取る。
前記ピンチロールは、前記仕上圧延機と前記巻取機の間に設けられる。
前記ピンチロール荷重計は、第１および第２荷重を計測する。前記第１荷重は、前記ピンチロールのワークサイドにおける荷重である。前記第２荷重は、前記ピンチロールのドライブサイドにおける荷重である。
前記制御装置は、前記ピンチロールの間のギャップを制御する。
前記制御装置は、前記尾端が前記仕上圧延機を抜け出たタイミング以降において、前記第１および第２荷重の計測値の差に基づいて計算されたギャップ指令値を前記ピンチロールに出力するフィードバック制御を実行する。

第２の発明は、圧延制御方法であり、次の特徴を有する。
前記圧延制御方法は、仕上圧延機と、前記仕上圧延機から送り出された被圧延材を巻き取る巻取機の間に設けられる一対のピンチロールの間のギャップを制御する方法である。
前記圧延制御方法では、第１および第２荷重が計測される。前記第１荷重は、前記ピンチロールのワークサイドにおける荷重である。前記第２荷重は、前記ピンチロールのドライブサイドにおける荷重である。
前記圧延制御方法では、前記第１および第２荷重の計測値の差に基づいて計算されたギャップ指令値を前記ピンチロールに出力するフィードバック制御が実行される。前記フィードバック制御は、前記尾端が前記仕上圧延機を抜け出たタイミング以降において実行される。

第１または第２の発明によれば、被圧延材の尾端が仕上圧延機を抜け出たタイミング以降において、第１および第２荷重の計測値の差に基づいて計算されたギャップ指令値をピンチロールに出力するフィードバック制御が実行される。そのため、尾端が仕上圧延機を抜け出たタイミング以降において、当該尾端が蛇行するのを抑制することが可能となる。従って、巻取機にて巻き取られる被圧延材の形状を改善して製品の品質を高めることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る圧延制御システムの構成例を示す図である。 実施の形態におけるピンチロールの制御構成の一例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る圧延制御システムおよび圧延制御方法ついて説明する。

１．圧延制御システムの構成
図１は、本発明の実施の形態に係る圧延制御システム（以下、単に「システム」とも称す。）の構成例を示す図である。図１に示されるシステム１００は、鋼板などの被圧延材１０を製造する設備として、圧延スタンド２０および３０と、ピンチロール４０と、巻取機５０と、制御装置６０と、を備えている。

圧延スタンド２０および３０は、仕上圧延機を構成する。仕上圧延機は、少なくとも２基の圧延スタンドを有している。圧延スタンド２０は、これらのスタンドのうち最も上流に位置する。圧延スタンド３０は、これらのスタンドのうち最も下流に位置する。圧延スタンド３０は、いわゆるラストスタンドである。

圧延スタンド２０は、上圧延ロール２１と、下圧延ロール２２とを備える。これらの圧延ロールによって被圧延材１０が潰される。圧延スタンド２０は、また、上圧延ロール２１を圧下する圧下装置２３を備える。圧延スタンド２０には、荷重計２４が取り付けられる。荷重計２４は、上圧延ロール２１の幅方向における荷重ＦＭＲを計測する。荷重ＦＭＲには、ワークサイドにおける荷重ＦＭＲ＿ＷＳと、ドライブサイドにおける荷重ＦＭＲ＿ＤＳとが含まれる。なお、「ワークサイド」とは幅方向の一端を意味し、「ドライブサイド」とは幅方向の他端を意味する。

圧延スタンド３０は、上圧延ロール３１と、下圧延ロール３２とを備える。圧延スタンド３０は、また、上圧延ロール３１を圧下する圧下装置３３を備える。これらの構成は、圧延スタンド２０の構成と同じである。圧延スタンド３０には、荷重計３４が取り付けられる。荷重計３４は荷重計２４の構成と同じである。圧延スタンド３０よりも下流側を流れる被圧延材１０は、「ストリップ」とも呼ばれる。

ピンチロール４０は、上ピンチロール４１と、下ピンチロール４２とを備える。ピンチロール４０は、また、上ピンチロール４１を圧下する圧下装置４３を備える。これらの構成は、圧延スタンド２０の構成と基本的に同じである。ピンチロール４０には、荷重計４４が取り付けられる。荷重計４４は、上ピンチロール４１の幅方向における荷重ＦＰＲを計測する。荷重ＦＰＲには、ワークサイドにおける荷重ＦＰＲ＿ＷＳと、ドライブサイドにおける荷重ＦＰＲ＿ＤＳとが含まれる。

巻取機５０は、仕上圧延機から送り出された被圧延材１０（すなわち、ストリップ）を巻き取る。

制御装置６０は、典型的には、プロセッサ、メモリ、入出力インターフェースなどを備えるコンピュータである。プロセッサは、メモリに格納されているプログラムに従って各種の圧延制御を実行する。各種の圧延制御には、後述する荷重制御および位置制御が含まれる。入力インターフェースには、荷重計２４、３４および４４が接続されている。出力インターフェースには、圧下装置２３、３３および４３が接続されている。

２．荷重制御および位置制御
荷重制御は、被圧延材１０の尾端が蛇行するのを抑制する目的で行われる。荷重制御は、第１荷重制御と、第２荷重制御とを含む。第１荷重制御は、被圧延材１０の尾端が圧延スタンド２０から圧延スタンド３０までの間に位置する間に行われる。第２荷重制御は、この尾端が圧延スタンド３０からピンチロール４０までの間に位置する間に行われる。

第１荷重制御では、被圧延材１０の尾端の直下流に位置する圧延スタンドＴＭＳのロールギャップＴＭＳ＿ＧＡＰが制御される。「圧延スタンドＴＭＳ」とは、被圧延材１０の尾端よりも下流側に位置し、かつ、この尾端からの距離が最も短い仕上圧延機の圧延スタンドを意味する。「ロールギャップＴＭＳ＿ＧＡＰ」とは、圧延スタンドＴＭＳが有する一対の圧延ロールの間の隙間を意味する。

ロールギャップＴＭＳ＿ＧＡＰの制御は、圧延スタンドＴＭＳにおいて計測された荷重ＦＭＲ＿ＷＳと、荷重ＦＭＲ＿ＤＳとの差（以下、「差荷重ＤＦＭＲ」とも称す。）に基づいたフィードバック制御として実行される。このフィードバック制御は、圧延スタンドＴＭＳにおける差荷重制御である。このフィードバック制御では、差荷重ＤＦＭＲに調整ゲインが乗算される。この調整ゲインは、差荷重ＤＦＭＲをロールギャップに変換するためのゲインである。

このフィードバック制御では、また、圧延スタンドＴＭＳにおける現在のロールギャップの目標値ＲＥＦ＿ＭＲ＿ＧＡＰに、変換後の差荷重ＤＦＭＲが加算される。目標値ＲＥＦ＿ＭＲ＿ＧＡＰには、ワークサイドにおける目標値ＲＥＦ＿ＭＲ＿ＧＡＰ＿ＷＳと、ドライブサイドにおける目標値ＲＥＦ＿ＭＲ＿ＧＡＰ＿ＤＳとが含まれる。差荷重ＤＦＭＲが加算された目標値ＲＥＦ＿ＭＲ＿ＧＡＰは、ギャップ指令値として、圧延スタンドＴＭＳの圧下装置に入力される。なお、差荷重ＤＦＭＲに基づいたフィードバック制御については、ここで述べた制御に限られず、公知の制御が適用されてもよい。

第１荷重制御では、また、ピンチロール４０のロールギャップＰＲ＿ＧＡＰの制御も行われる。「ロールギャップＰＲ＿ＧＡＰ」とは、上ピンチロール４１と下ピンチロール４２の間の隙間を意味する。ロールギャップＰＲ＿ＧＡＰの制御は、フィードフォワード制御として実行される。このフィードフォワード制御では、荷重の目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿Ｆに調整ゲインが乗算される。この調整ゲインは、荷重をロールギャップに変換するためのゲインである。変換後の目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿Ｆは、ギャップ指令値として、圧下装置４３に入力される。

ただし、ロールギャップＰＲ＿ＧＡＰの制御は、被圧延材１０の先端がピンチロール４０に入り込んだタイミング以降に行われる。被圧延材１０の先端がピンチロール４０に入り込むタイミングよりも前に行われるのが、上ピンチロール４１の位置制御である。このタイミングよりも前においては、被圧延材１０の先端がピンチロール４０よりも上流側に位置する。そのため、上ピンチロール４１の位置は適度な位置にあればよく、故に、この位置制御はフィードフォワード制御として実行される。このフィードフォワード制御では、ロールギャップの目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰが、ギャップ指令値として圧下装置４３に入力される。

なお、ここで説明した第１荷重制御は、被圧延材１０の尾端が蛇行するのを抑制する目的で従来から行われていた圧延制御の一例である。本実施の形態における特徴は、次に説明する第２荷重制御にある。

第１荷重制御と同様に、第２荷重制御では、ロールギャップＰＲ＿ＧＡＰが制御される。ただし、第２荷重制御では、このロールギャップＰＲ＿ＧＡＰの制御が、荷重計４４で計測された荷重ＦＰＲ＿ＷＳと、荷重ＦＰＲ＿ＤＳとの差（以下、「差荷重ＤＦＰＲ」とも称す。）に基づいたフィードバック制御として実行される。このフィードバック制御は、ピンチロール４０における差荷重制御である。このフィードバック制御では、差荷重ＤＦＰＲに調整ゲインが乗算される。この調整ゲインは、差荷重ＤＦＰＲをロールギャップに変換するためのゲインである。

このフィードバック制御では、また、現在のロールギャップの目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰに、変換後の差荷重ＤＦＰＲが加算される。目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰには、ワークサイドにおける目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰ＿ＷＳと、ドライブサイドにおける目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰ＿ＤＳとが含まれる。変換後の差荷重ＤＦＰＲが加算された目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰは、ギャップ指令値として圧下装置４３に入力される。

３．ピンチロールにおける圧延制御
以下、ピンチロール４０を制御対象とする圧延制御に着目して詳細に説明する。図２は、実施の形態におけるピンチロール４０の制御構成の一例を示すブロック図である。

図２の２段目に示される目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿Ｆは、ピンチロール４０の荷重ＦＰＲの目標値であり、除算器６１ａに入力される。除算器６１ａは、目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿Ｆをワークサイド用とドライブサイド用とに等分すべく、入力値を２で割る。

除算処理後の２つの目標値は、乗算器６２ａに入力される。乗算器６２ａは、これらの入力値に調整ゲインＧＡＩＮを乗算する。この調整ゲインＧＡＩＮは、荷重をロールギャップに変換するためのゲインである。

乗算処理後の２つの目標値は、リミッタ６３ａに入力される。リミッタ６３ａは、ワークサイド用の入力値が目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿Ｆの上限を上回る場合、加算器６４ａに上限を出力する。この入力値が目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿Ｆの下限を下回る場合、リミッタ６３ａは、加算器６４ａに下限を出力する。この入力値が上限と下限の間である場合、リミッタ６３ａは、入力値をそのまま加算器６４ａに出力する。ドライブサイド用の入力値に対する処理については、出力先が加算器６４ｂに置き換えられる他は、上述した処理の内容と同じである。

加算器６４ａは、入力値に基づいて目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰ＿ＷＳを計算する。加算器６４ｂは、入力値に基づいて目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰ＿ＤＳを計算する。これらの目標値は、ギャップ指令値として圧下装置４３に入力される。

また、図２の５段目に示される差荷重ＤＦＰＲは、ワークサイドにおける荷重ＦＰＲ＿ＷＳからドライブサイドにおける荷重ＦＰＲ＿ＤＳを減算した値であり（ＤＦＰＲ＝ＦＰＲ＿ＷＳ−ＦＰＲ＿ＤＳ）、除算器６１ｂに入力される。除算器６１ｂは、差荷重ＤＦＰＲをワークサイド用とドライブサイド用とに等分すべく、入力値を２で割る。

除算処理後の差荷重ＤＦＰＲは、乗算器６２ｂに入力される。乗算器６２ｂは、入力値に調整ゲインＧＡＩＮを乗算する。この調整ゲインＧＡＩＮは、荷重をロールギャップに変換するためのゲインである。

乗算処理後の差荷重ＤＦＰＲは、リミッタ６３ｂに入力される。リミッタ６３ｂは、ワークサイド用の入力値が差荷重ＤＦＰＲの上限を上回る場合、加算器６４ｃに上限を出力する。この入力値が差荷重ＤＦＰＲの下限を下回る場合、リミッタ６３ｂは、加算器６４ｃに下限を出力する。この入力値が上限と下限の間である場合、リミッタ６３ｂは、入力値をそのまま加算器６４ｃに出力する。ドライブサイド用の入力値に対する処理については、出力先が乗算器６２ｃに置き換えられる他は、上述した処理の内容と同じである。

加算器６４ｃは、入力値に基づいて目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰ＿ＷＳを計算する。乗算器６２ｃは、入力値に−１を乗算して加算器６４ｄに出力する。加算器６４ｄは、入力値に基づいて目標値ＲＥＦ＿ＰＲ＿ＧＡＰ＿ＤＳを計算する。これらの目標値は、ギャップ指令値として圧下装置４３に入力される。

スイッチ６６ａ〜６６ｃは、トリガ回路６５ａからのトリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｉｎに基づいてＯＮとＯＦＦとを切り替える。トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｉｎは、荷重計４４が上ピンチロール４１の幅方向の荷重を検出した場合に出力される。トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｉｎの出力前において、スイッチ６６ａはＯＮ状態であり、スイッチ６６ｂおよび６６ｃはＯＦＦ状態である。トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｉｎが出力されると、スイッチ６６ａはＯＮからＯＦＦに切り替えられ、スイッチ６６ｂおよび６６ｃはＯＦＦからＯＮに切り替えられる。

つまり、トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｉｎの出力前においては、図２の３段目に示される目標値ＲＥＦ＿ＲＰ＿ＧＡＰがスイッチ６６ａを介して加算器６４ａおよび６４ｂに入力される。一方、リミッタ６３ａからの出力は、スイッチ６６ｂで遮断される。トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｉｎが出力されたタイミング以降は、目標値ＲＥＦ＿ＲＰ＿ＧＡＰがスイッチ６６ａで遮断される。一方、リミッタ６３ａからの出力は、スイッチ６６ｂを介して加算器６４ａおよび６４ｂに入力される。このような制御構成により、トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｉｎが出力されるタイミングの前と後で、２種類のフィードフォワード制御の実行が切り替えられる。

スイッチ６６ｄおよび６６ｅは、トリガ回路６５ｂからのトリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｏｕｔに基づいてＯＮとＯＦＦとを切り替える。トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｏｕｔは、荷重計３４が上圧延ロール３１の幅方向の荷重を検出した場合に出力される。トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｏｕｔの出力前において、スイッチ６６ｄおよび６６ｅはＯＦＦ状態である。トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｏｕｔが出力されると、これらのスイッチはＯＦＦからＯＮに切り替えられる。

つまり、トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｏｕｔの出力前においては、差荷重ＤＦＰＲは除算器６１ｂに入力されない。そのため、トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｉｎが出力されてから、トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｏｕｔが出力されるまでは、リミッタ６３ｂからの出力が加算器６４ｃおよび乗算器６２ｃに入力されない。従って、この間は、リミッタ６３ａからの出力に基づいたフィードフォワード制御が行われる。トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｏｕｔが出力されたタイミング以降は、リミッタ６３ａからの出力が加算器６４ｃおよび６４ｄで修正されるフィードバック制御が行われる。このような制御構成により、トリガ信号Ｍｅｔａｌ＿Ｏｕｔが出力されるタイミングよりも前においてはフィードフォワード制御が実行され、このタイミング以降においてはフィードバック制御の実行に切り替えられる。

４．実施の形態による効果
以上説明した実施の形態によれば、被圧延材１０の尾端が圧延スタンド２０から圧延スタンド３０までの間に位置する間は第１荷重制御が行われる。また、被圧延材１０の尾端が圧延スタンド３０を抜け出るタイミング以降においては、第１荷重制御の実行から切り替わる形で第２荷重制御が行われる。上述したように、第１荷重制御は、被圧延材１０の尾端が蛇行するのを抑制する目的で従来から行われていたものである。そのため、第１荷重制御から切り替わる形で第２荷重制御が行われることで、被圧延材１０の尾端が圧延スタンド３０を抜け出るタイミングよりも前だけでなく、このタイミング以降においても被圧延材１０の尾端が蛇行するのを抑制することが可能となる。従って、巻取機５０にて巻き取られるストリップの形状を改善して製品の品質を高めることが可能となる。

１０ 被圧延材
２０，３０ 圧延スタンド
２１，３１ 上圧延ロール
２２，３２ 下圧延ロール
２３，３３，４３ 圧下装置
２４，３４，４４ 荷重計
４０ ピンチロール
４１ 上ピンチロール
４２ 下ピンチロール
５０ 巻取機
６０ 制御装置
１００ 圧延制御システム

Claims (2)

1. 仕上圧延機と、
   前記仕上圧延機から送り出された被圧延材を巻き取る巻取機と、
   前記仕上圧延機と前記巻取機の間に設けられる一対のピンチロールと、
   前記ピンチロールのワークサイドにおける荷重である第１荷重と、前記ピンチロールのドライブサイドにおける荷重である第２荷重と、を計測するピンチロール荷重計と、
   前記ピンチロールの間のギャップを制御する制御装置と、
   を備える圧延制御システムであって、
   前記制御装置が、前記尾端が前記仕上圧延機を抜け出たタイミング以降において、前記第１および第２荷重の計測値の差に基づいて計算されたギャップ指令値を前記ピンチロールに出力するフィードバック制御を実行する
   ことを特徴とする圧延制御システム。
2. 仕上圧延機と、前記仕上圧延機から送り出された被圧延材を巻き取る巻取機の間に設けられる一対のピンチロールの間のギャップを制御する圧延制御方法であって、
   前記ピンチロールのワークサイドにおける荷重である第１荷重と、前記ピンチロールのドライブサイドにおける荷重である第２荷重と、を計測し、
   前記尾端が前記仕上圧延機を抜け出たタイミング以降において、前記第１および第２荷重の計測値の差に基づいて計算されたギャップ指令値を前記ピンチロールに出力するフィードバック制御を実行する
   ことを特徴とする圧延制御方法。

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