JP2635345B2 - 圧延機の板材形状制御装置 - Google Patents

圧延機の板材形状制御装置

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JP2635345B2 JP63003165A JP316588A JP2635345B2 JP 2635345 B2 JP2635345 B2 JP 2635345B2 JP 63003165 A JP63003165 A JP 63003165A JP 316588 A JP316588 A JP 316588A JP 2635345 B2 JP2635345 B2 JP 2635345B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ロールベンディング機構を有する圧延機
により板材の圧延形状を制御する圧延機の板材形状制御
装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第2図は従来の圧延機で圧延された板材の板形状概念
図であり、図において、21は板材で、この板材21の伸び
率が板幅方向に一様でない場合には、端部に波打ち部22
が生じ、その大きさは平坦部23の所定長lに対し、mだ
け上方に波打った場合にl′と伸び、その波の急峻度λ
はm/lとなり、次式の関係がある。
また、第3図は同じく板クラウン概念図であり、板材
21に当接されたワークロール24及びこれに添接したバッ
クアップロール25は板材21が圧延されることで、板材21
の反力を受けて曲げ現象を生じ、それぞれたわみ曲線24
a,25aのようなクラウンを生じることになる。
なお、図中、斜線部aは上記両ロール24,25の接触弾
性ひずみ接近量、斜線部bはワークロール24と板材21の
接触による弾性扁平量である。
一方、これに対して、目標の板形状を得るためにロー
ルベンディング力をプリセットする板材形状制御装置
が、例えば、特公昭52−15253号に示されている。これ
によれば、板形状を決定づける板幅方向の伸び率を一定
にするロールベンディング力の計算式を、理論的に究明
して関係式を導き、これによりベンディング力を決定し
ている。
すなわち、この板材形状制御装置は、ロールベンディ
ング力を、板幅、単位幅当りの平均圧延荷重、ワークロ
ールクラウンおよび入側板クラウンの関数として演算
し、この演算結果をロールベンディング力のプリセット
値として、このロールベンディング力を平均圧延荷重と
実測による同様の平均圧延荷重との偏差にもとづいて修
正するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の圧延機の板材形状制御装置は以上のように構成
されているので、板幅方向の伸び率を一定にするロール
ベンディング力を計算により導き決定することができた
が、その求まった値は、圧延機に関して固有のロールベ
ンディング力の制約範囲を考慮していないため、常に実
現可能なロールベンディング力のプリセットパターンに
なっているとは限らず、しかもこの理論的な計算式を解
明するのに、現状でも各製鉄メーカーが苦労しておりた
やすく求まらないなどの問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、常に実現可能なロールベンディング力の
プリセット値を計算して目標とする板クラウン及び良好
な板形状を得ることができるようにした圧延機の板材形
状制御装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る圧延機の板状形状制御装置は圧延機の
予測圧延力及び圧延速度と上記板材の板厚及び張力など
のスケジュール計算を行うスケジュール計算装置と、こ
のスケジュール計算装置で求めた予測圧延力、板厚、張
力及び圧延速度などより各スタンドロールベンディング
力制約及び各スタンド間形状制約を満足する最終スタン
ドでのクラウン制御範囲を求める最大・最小クラウン演
算装置と、各スタンド出側および最終スタンド出側クラ
ウンに対してオペレータが実ラインの実績および経験値
に基づいて修正した目標形状を各スタンド出側に入力す
るとともに、オペレータが実ラインの実績および経験値
に基づいて修正した目標クラウンに対する修正値を最終
スタンド出側クラウンに入力する目標形状・クラウン修
正値入力装置と、この目標形状・クラウン修正値入力装
置よりの形状の目標値と目標クラウン修正値とを入力す
ると共に、上記最大・最小クラウン演算装置で求めたク
ラウン制御範囲内に目標クラウン及び形状があった場合
に各スタンドロールベンディング力制約、各スタンド間
形状制約、最終スタンドでの板クラウン及び板形状を目
標値にする制約条件と共に各スタンドロールベンディン
グ力に係る評価関数を導入して線形計画法により各スタ
ンドロールベンディング力のプリセット値を求めるプリ
セット値演算装置とを備えたものである。
〔作用〕
この発明における第1ステップでは、一般に知られて
いる板クラウンモデル、板形状モデルを基にして、各ス
タンドロールベンディング力制約及び各スタンド間形状
制約の両方を満たすように、前段から後段へ最大、最小
のクラウンを逐次求めていき、最終スタンドでのクラウ
ン制御範囲を求めて、目標とする板クラウンがこの範囲
内にあるかを調査し、第2ステップでは、上記範囲内に
あるならば、評価関数として各スタンドロールベンディ
ング力またはスタンド間形状の総和を、制約条件として
操業状況を考慮して目標形状で修正される各スタンド間
形状制約、各スタンドロールベンディング力制約、最終
スタンド形状、クラウンを操業状況及びモデル誤差を考
慮して修正される目標値に制約する条件の下で、線形計
画法を用いて、ロールベンディング力またはスタンド間
形状の総和を最小とする各スタンドロールベンディング
力プリセット値を決定する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図はこの発明の一実施例を示すブロック構成図で
あって、第1図において、Aはワークロールベンディン
グ力装置をもつ4段圧延機、1は板材、2はこの板材1
に圧接されるワークロール、3はワークロール2に接し
てこれを補強するバックアップロール、4はロールベン
ディング力設定装置、5は板材1の形状検出器、6はク
ラウン検出器、7は修正演算装置、8は線形計画法によ
るプリセット値演算装置、9はクラウン制御範囲を求め
る最大、最小クラウン演算装置、10はクラウン及び形状
に対する各スタンドロールベンディング力の影響係数演
算装置、11は板厚、圧延力、張力、圧延速度などのスケ
ジュール計算装置、12は目標形状・クラウン修正値入力
装置である。
次に、動作の原理について説明し、続いて実施例の動
作について説明する。
まず、基本となる板クラウンCi及び板形状εは以下
のようになる。
(1)式は板クラウンに関する式、(2)式は板形状
に関する式であり、(1)式において、▲αi 1▼,▲α
i 2▼,▲αi 3▼,▲αi 4▼,▲αi 5▼はそれぞれ圧延荷
重(Pi)、ロールベンディング力(Fi)、ワークロール
クラウン(RCWi)、バックアップロールクラウン
(RCBi)によるクラウン影響係数、クラウン遺伝係数で
ある。(2)式においては、ξiは形状に関する係
数、hは板厚である。
それぞれの影響係数は、たとえばロール(はり)の曲
がりに関する(3)式の力学方程式から求まる。
x:ロール軸方向座標 y:ロール軸たわみ量 E:ロールの縦弾性係数 I:ロールの断面2次モーメント PF:軸方向単位長さ当たりの荷重 G:ロールの横弾性係数 A:ロール断面積 k(x):ロール軸方向の圧延荷重分布 (3)式を解くには、ロール軸方向の圧延荷重分布k
(x)及び境界条件を与えればよい。また、多くの条件で
圧延実験を行なうと、(1),(2)式の各影響係数が
求まり、Pi,Fi,RCWi,RCBi,Ci-1など変数を与えると、板
クラウンCi,板形状εは予測できる。
次に、スタンド間形状制約及び各スタンドロールベン
ディング力制約を満足する最終スタンドにおけるクラン
ク制御範囲を求める。すなわち、最大クラウンを求める
時は、ロールベンディング力制御条件の最小値▲FL i
を(1)式に代入し、(2)式によりその時の形状ε
が求まる。この時、スタンド間形状制約▲εL i▼ε
▲εU i▼を満足しない時は、逆に(2)式の左辺を▲
εL i▼あるいは▲εU i▼と置き直して解いた▲C* i▼を
(1)式に代入し、逆にFiを求める。この過程を最終ス
タンドまで逐次計算すると、最大クラウン▲Cmax N▼が
求まる。
逆に、ロールベンディング力の最大値▲FU i▼を用い
て上記と同様に計算すると、最小クラウン▲Cmin N▼が
得られる。
ただし、最終スタンドでの目標形状は通常零あるの
で、▲εL N▼=▲εU N▼=0とする。
このようにして得られた▲Cmin N▼、▲Cmax N▼が▲
min N▼CN▲Cmax N▼ならば、目標形状、クラウン
を満足する各スタンドロールベンディング力プリセット
値が存在することになる。
ここまでの過程が各スタンド間形状制約、各スタンド
ロールベンディング力制約、最終スタンドでのクラウン
形状を目標値とする制約をそれぞれ満足する各スタンド
ロールベンディング力が存在するかしないかを調査する
第1ステップとなる。
この第1ステップでロールベンディング力が存在する
と判断されたならば、次の第2ステップにて各スタンド
ロールベンディング力プリセット値が決定される。
まず、iスタンドにおけるクラウン及び形状に対する
jスタンドでのロールベンディング力の影響係数を∂Ci
/∂Fj,∂εi/∂Fjとすろと、(1),(2)式から次の
ように表わされる。
である。
たとえば、第4スタンドでのクラウン及び形状に及ぼ
す第2スタンドのロールベンディング力の影響係数は、 となる。
こうして影響係数が求まるので、次のようにして各ス
タンドロールベンディング力のプリセット値は決定され
る。
いま、評価関数を とする。なお、Φは各スタンドロールベンディング力に
係る評価関数とする。また、制約条件のうち、 各スタンド間形状制約を εi L+εi Aεεiv+εi A i=1,N−1 ……
(9) とし、各スタンドロールベンディング力制約を Fi LFiFi U i=1,N ……(10) とし、最終スタンドクラウン、形状制約を CAIM:目標クラウン ▲CA AIM▼:目標クラウンに対する修正量 εAIM:目標形状 εi A,▲εA AIM▼:目標形状に対する修正量 とする。ここで(9),(11),(12)式は次式のよう
にFiの線形結合で表わされる。
▲ε0 i▼:(1),(2)式でFi=0として求まる形
状。(13)式より、 となり、また、 Ci 0:(1)式でFi=0として求まるクラウン(14)式よ
となる。また となる。
以上のように、制約式を(9a),(10),(11a),
(12a)式の4・N個とし、評価関数を(8)式とし、
またすべての式が線形結合で表わされているところか
ら、線形計画法(LP)を用いることで、全制約条件を満
足し、かつロールベンディング力の総和を最小とするよ
うな各スタンドロールベンディング力のプリセット値が
求まる。
この第2のステップはフィールドバック制御にも採用
でき、この場合にはクラウン検出器6及び形状検出器5
で検出されたクラウン偏差、形状偏差を(11a),(12
a)式の右辺に代入して、 とする。ただし、添字sは第2ステップで求めたプリセ
ット値▲FS i▼を(1),(2)式に代入した時のεi,
Ciを意味する。このようにして、(9a),(10),(11
a),(12a)式を置き換え、同様にFiを求めると、これ
がフィードバックによるロールベンディング力修正量と
なる。
また、各スタンドロールベンディング力のプリセット
値は次のようにして決定することもできる。
いま、評価関数を とし、制約条件のうち、 各セタンド間形状制約を上記実施例と同じく、 とし、各スタンドロールベンディング力制約を Fi LFiFi U i=1,N ……(10) とし、最終スタンドクラウン、形状制約を (13)式より となる。
である。また、(9),(11),(12)式は となる。
以上のように制約式を(9a),(10),(11b),(1
2b)式の4・N個とし、評価関数を(16)式とし、また
すべての式が線形結合で表されているところから線形計
画法(LP)を用いることで、(9a),(10),(11
b),(12b)式の全制約条件を満足し、かつ各スタンド
間形状の総和を最小とするような各スタンドロールベン
ディング力のプリセット値が求まる。
この第2ステップもフィードバック制御に採用でき、
この場合には、クランク検出器36及び形状検出器35で検
出された実測値と目標値とのクラウン偏差、形状偏差を
考慮して、(9a),(10),(11b),(12b)式を下記
のように置き換えると良い。
従って、 Fi LFi S+ΔFiFi U ……(19) となる。
Fi S:ロールベンディングカプリセット値 ΔFi:▲FS i▼からの修正ロールベンディング力 (1)式の各物理量は、板材1が先端から後端へ圧延
されるにつれて変化していくために、プリセット時の値
と異なり、クラウン及び板形状が目標値からはずれてい
く。上記(18)〜(21)式の制約式と(15)式の評価関
数で線形計画法を用いることで、フィードバック時のプ
リセット時からの修正ロールベンディング力が求まる。
次に、上記実施例の形状制御について第1図を参照し
て説明する。
まず、スケジュール計算装置11は板厚、圧延力、張
力、圧延速度などのスケジュール計算を行ない、この計
算結果に基づいて、クラウン及び形状に対する各スタン
ドロールベンディング力の各影響係数を影響係数演算装
置10により計算する。このロールベンディング力の影響
係数を用いて、最大、最小クラウン演算装置9により、
クラウン制御範囲を求め、ここで、目標クラウンに制御
可能と判断されたならば、評価関数として各スタンドロ
ールベンディング力またはスタンド間形状の総和を導入
し、各スタンド出側および最終スタンド出側クラウンに
対してオペレータが実ラインの実績および経験値に基づ
いて修正した目標形状に対する修正量を各スタンド出側
に入力するとともに、オペレータが実ラインの実績およ
び経験値に基づいて修正した目標クラウンに対する修正
量を最終スタンド出側クラウンに入力する目標形状・ク
ラウン修正値入力装置12を設けて測定できない中間スタ
ンド形状を操業状況を見ながらモデル推定誤差を吸収さ
せ、操業に適用できるように修正すると共に、線形計画
法を用いてワークロールベンディング力のプリセット値
Fiをプリセット値演算装置8により演算する。このプリ
セット値はロールベンディング力設定装置4に出力され
ワークロールベンディング力が制御される。この制御動
作はプリセット時つまり、板材1が圧延される前になさ
れ、板材1が通板されると、形状検出器5とクラウン検
出器6による板材形状及びクラウン実績値が修正演算装
置7に送られ、ここで、目標クラウン、形状との偏差が
計算され、プリセット時と同様の制御動作により、修正
ロールベンディング力を演算する。そして演算結果をロ
ールベンディング力設定装置4に出力し、ワークロール
ベンディング力が制御される。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、スケジュール計算
により与えられた予測圧延力、板厚、張力、圧延速度な
どにもとづき目標クラウン、形状を満足した板材を得る
ため、各スタンドロールベンディング力制約、各スタン
ド間形状制約を満足させるように、各スタンド出側の最
大、最小クラウンを求め、目標クラウン、形状がクラウ
ン制御範囲内にあった場合、評価関数として各スタンド
ロールベンディング力の総和または各スタンド間形状の
総和を導入し、操業状況を考慮して目標形状で修正可能
な各スタンド間形状制約、各スタンドロールベンディン
グ力制約および最終スタンド形状・クラウンを目標値に
する制約を条件として、線形計画法を用いて各スタンド
ロールベンディング力のプリセット値を決定するように
構成したので、目標となる板のクラウン形状を満足する
良好な品質の板製品が得られると共に、通板中に生じた
クラウン、形状の不良を修正できるものが得られる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による板材の形状制御方法
を示すブロック構成図、第2図は圧延による板形状概念
図、第3図は同じくクラウン概念図である。 8はプリセット値演算装置、9は最大、最小クラウン演
算装置、10は影響係数演算装置、11はスケジュール計算
装置、12は目標形状及びクラウン修正値入力装置。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロールベンディング機構を有する圧延機に
    より板材の圧延形状を制御する圧延機の板状形状制御装
    置において、上記圧延機の予測圧延力及び圧延速度と上
    記板材の板厚及び張力などのスケジュール計算を行うス
    ケジュール計算装置と、このスケジュール計算装置で求
    めた予測圧延力、板厚、張力及び圧延速度などより各ス
    タンドロールベンディング力制約及び各スタンド間形状
    制約を満足する最終スタンドでのクラウン制御範囲を求
    める最大・最小クラウン演算装置と、各スタンド出側に
    オペレータが実ラインの実績および経験値に基づいて修
    正した目標形状に対する修正量を入力するとともに、最
    終スタンド出側クラウンにオペレータが実ラインの実績
    および経験値に基づいて修正した目標クラウンに対する
    修正量を入力する目標形状・クラウン修正値入力装置
    と、この目標形状・クラウン修正値入力装置から目標形
    状に対する修正量と目標クラウンに対する修正量とを入
    力すると共に、上記最大・最小クラウン演算装置で求め
    たクラウン制御範囲内に目標クラウン及び形状があった
    場合に各スタンドロールベンディング力制約、各スタン
    ド間形状制約、最終スタンドでの板クラウン及び板形状
    を目標値にする制約条件と共に各スタンドロールベンデ
    ィング力に係る評価関数を導入して、線形計画法により
    各スタンドロールベンディング力のプリセット値を求め
    るプリセット値演算装置とを備えた圧延機の板状形状制
    御装置。
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