JP2714118B2 - 圧延機における形状制御方法および装置 - Google Patents

圧延機における形状制御方法および装置

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    • B21B37/28Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
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    • B21B2269/12Axial shifting the rolls

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、アクチュエータとして少なくとも圧下装
置、ベンダー、およびロール幅方向に分割されたロール
クーラント装置を含むアクチュエータを有するスタンド
にストリップを通してこれが所定の平坦度および板クラ
ウンとなるように制御する、圧延機における形状制御方
法および装置に関する。
なお、この明細書においては、平坦度制御および板ク
ラウン制御の両者を包含するものとして「形状制御」と
いう用語を用いることにする。
(従来の技術) 連続圧延機の出側板クラウンの制御技術については、
例えば、辻ほか「熱間圧延における高精度板厚・クラウ
ン制御技術の開発」(「鉄と銅」第74年(1988)第3号
第77〜84ページ)に記載されているものが知られてい
る。この文献中の第81ページ「3・2 クラウン形状制
御技術」の項に述べられているように、従来の板クラウ
ンの制御は、「圧延に先立ってあらかじめロールクロス
角、ロールベンダー力を設定する初期設定機能と、圧延
中にロールベンダーのみを操作するダイナミック制御機
能により構成された」クラウン形状制御システムによっ
て実施されている。
(発明が解決しようとする課題) 上述した従来のクラウン制御技術においては、連続圧
延機において、どのスタンドをどのように制御して板ク
ラウンの制御を遂行するのかが明確でなく、また、板ク
ラウン制御に伴う板平坦度の取扱いも明確でなかった。
本発明は、板平坦度不良を伴うことなく、板クラウン
を所望の値に制御することの可能な、圧延機における形
状制御方法および装置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明の圧延機における形
状制御においては、平坦度の許容範囲内で、板クラウン
の設定値および実測値間の偏差と各アクチュエータの板
クラウン効果との差の板幅全体にわたる2乗和を最小に
するように、ロールクーラント装置を除く各アクチュエ
ータの制御設定値を決定して板クラウンを制御し、板ク
ラウンの残差をロールクーラント装置で制御することを
特徴とする。
(作用) 平坦度の許容範囲内で、板クラウンの設定値および実
測値間の偏差の板幅全体にわたる2乗和が最小になるよ
うにロールクーラント装置以外のアクチュエータの設定
値を決定し、板クラウンの残差は板幅方向に分割された
ロールクーラント装置によって制御するようにして板ク
ラウンをフィードバック制御することにより、板平坦度
不良を伴うことなく、板クラウンを所望の値にすること
ができる。
(実施例) 以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明による形状制御装置の一実施例を示
し、第2図は第1図の形状制御装置を適用する連続圧延
機における1つのスタンドのロールおよびアクチュエー
タの配置構成を示すものである。第1図にはタンデム配
置の6スタンドから成る連続圧延機を示しているが、ス
タンド数は任意でよい。
第2図には、圧延対象のストリップ20を上下両側から
挟む形で上,下一対のワークロール31,32、同様に一対
の中間ロール33,34、および一対のバックアップロール3
5,36の計6個のロールを有する、いわゆる6段ミルの例
が示されているが、本発明は2段ミル、4段ミルなど、
ロール数は任意でよい。ミルの段数によっては、中間ロ
ールが無かったりバックアップロールが無かったりする
のは当然である。
第1図を参照して説明する各アクチュエータを、第2
図においてはその作用力の方向によって概念的に示して
おり、ワークロール31,32に対してはワークロールベン
ダー(WRB)37および上,下ワークロールシフト装置(W
RS)38,39が、上,下中間ロール33,34に対しては上,下
中間ロールベンダー(IMRB)40,41および上,下中間ロ
ールシフト装置(IMRS)42,43が、さらに上,下バック
アップロール35,36に対してはドライブサイド圧下装置4
4およびワークサイド圧下装置45が、それぞれ設けられ
ている。両圧下装置44,45による圧下量の差がレベリン
グ量であり、両圧下装置44,45を第1図ではレベリング
装置(LEV)46と総称する。各ロールを幅方向に複数位
置に分割して冷却するために複数のノズルを有するロー
ルクーラント装置(RCL)も設けられるが、図示は省略
されている。
第1図の連続圧延機は、タンデム配置の6スタンド1,
2,3,4,5,6から成っている。最終スタンド6の出側に、
平坦度計7およびクラウン計8が配設されている。クラ
ウン計8は、ストリップ20の板幅方向にN分割して板厚
を測定する。最終スタンド6の出側から得られるストリ
ップ20の平坦度およびクラウンの目標値を、その都度の
鋼種や板厚、板幅などに基づいて設定計算するために設
定計算手段9が設けられている。設定計算手段9は、ス
トリップ20の通板前、または鋼種や板厚、板幅などの変
更前に、所定の平坦度および板クラウンを得るための各
スタンドごとのレベリング量、ワークロールベンダー
力、中間ロールベンダー力、ワークロールシフト量、中
間ロールシフト量、幅方向分布としてのロールクーラン
ト量を計算し、それぞれ加算器21〜26を介して各スタン
ドのアクチュエータ11〜16にそれぞれ初期目標値として
設定する。ここでアクチュエータ11〜16はそれぞれアク
チュエータ制御装置を内蔵しているものとする。
最終スタンド6の出側に設けられた平坦度計7によっ
て測定されたストリップ20の平坦度と設定計算手段9に
よって設定された目標値との差すなわち平坦度偏差が加
算器10によって求められ、それをゼロにするためのレベ
リング量、ワークロールベンダー力、中間ロールベンダ
ー力、ワークロールシフト量、中間ロールシフト量およ
びロールクーラント量の目標値に対する補正量が各スタ
ンドごとに平坦度制御手段17によって算出され、それに
より設定計算手段9によって設定された初期目標値に加
算器26で補正が加えられ、その補正された各目標値が最
終スタンド6のアクチュエータ16に与えられる。
クラウン計8によって測定された板クラウンと設定計
算手段9によって設定された板クラウン目標値との差す
なわち板クラウン偏差が加算器18によって求められ、そ
れをゼロにするような最終スタンド以外の各スタンド1,
2,3,4,5ごとのレベリング量、ワークロールベンダー
力、中間ロールベンダー力、ワークロールシフト量、中
間ロールシフト量およびロールクーラント量の目標値に
対する補正量がクラウン制御手段19によって算出され、
これにより設定計算手段9によって設定された各目標値
に加算器21〜25で補正が加えられ、その補正された各目
標値が最終スタンド以外の各スタンド1〜5のアクチュ
エータ11〜15に与えられる。
さて、以上述べた構成による板クラウンの制御につい
て以下に詳細に述べる。
以下の説明おいては、各スタンドの出側におけるスト
リップ20の板クラウンを一般的に▲Co i,j▼と表現する
ことにする。ここで、サフィックスiは、ストリップ20
の流れの方向に見て何番目のスタンドであるかを表し、
サフィックスjは、ストリップ20の側縁端から見た板幅
方向分割値すなわち位置を表わす。
今、設定計算手段9の出力である板クラウン目標値
(板幅方向j分割部の各々の板厚)を、 とする。ただし、jはストリップ板幅方向の位置を表わ
す分割部の番号である。
また、クラウン計8の出力を、 とする。これは板幅方向j分割部の各々の板厚である。
以上の定義に従い、加算器18の出力として得られるク
ラウン偏差ΔC6,jは、 (ただし、j=1,2,…,N) となる。第1図の装置は、(3)式で計算されるΔC6,j
がゼロになるように制御動作する。
クラウン制御手段19では(3)式のクラウン偏差ΔC
6,jを入力として次の演算をする。
スタンド5のクラウン評価関数をJ5として、 すなわち、クラウン評価関数J5が最小となるように各ア
クチュエータの各目標値を決定する。なお、(4)式に
おける各符号は次のように定義されるものとする。
η:クラウン影響係数(スタンド5の出側クラウン
に対するスタンド6の出側クラウンの比) ΔL5:スタンド5のレベリング量 ΔFWB,5:スタンド5のワークロールベンディング力 ΔFI,5:スタンド5の中間ロールベンディング力 ΔSW,5:スタンド5の中間ワークロールシフト量 ΔSI,5:スタンド5の中間ロールシフト量 例えば板幅を2300mmとした場合、板幅方向に50mm間隔
で分割すれば、(4)式において、N=46となる。
(4)式の意味するところは、板幅方向全体にわたって
板クラウン偏差とこれを制御する量との偏差の2乗和を
最小とするようにしたことである。
(4)式から、 とすることによって、それぞれスタンド5のアクチュエ
ータ値として、レベリング量ΔL5、ワークロールベンデ
ィング力ΔFWB,5、中間ロールベンディング力ΔFI,5
ワークロールシフト量ΔSW,5、および中間ロールシフト
量ΔSI,5が求まる。
一般にアクチュエータの能力には機械的な限界があ
る。つまり、 である。
ここで、上サフィックスLLは下限値を示し、ULは上限
値を示す。
(5)〜(9)式で求まった各アクチュエータの各値
がそれぞれ(10)〜(14)式の範囲を超えていれば、そ
れらの下限値または上限値を各アクチュエータ値とす
る。
上記の方法で求まったスタンド5のアクチュエータ値
を、 とする。
次に、スタンド5のクラウン変化Δ▲CCAL 5,j▼は、 さて、任意のスタンドでのクラウン変化は平坦度変化
を生じさせる。クラウン変化が小さい場合には平坦度変
化を生ずることはないが、クラウン変化が大きい場合に
は平坦度も悪くなり、極端な場合には絞り込みやその他
の現象を生じて圧延ができなくなる。
そこで、平坦度不感帯を定義する。
第3図はクラウン変化に対する平坦度の不感帯を示す
図であり、A点からB点までの範囲は許容されるクラウ
ン変化範囲であるとする。これに対応してC点からD点
までが許容平坦度変化範囲となる。例えばC,D点の平坦
度の値は、急峻度で2.5%である。なお、急峻度という
のは、平坦度不良による波の高さをr、ピッチをLとし
たとき、 で表わされる値のことである。
(20)式のクラウン変化Δ▲CCAL 5,j▼が平坦度C,Dを
超える場合には、(20)式右辺の各アクチュエータの値
を減じて平坦度がC,D点の範囲内に入るようにする。
以上で各アクチュエータ値を求めることができる。
今、これらを再びΔL5,ΔFWB,5,ΔFI,5,ΔSW,5,ΔS
I,5とする。したがって、最終的にスタンド5の出側ク
ラウン変化は、 となる。
次にスタンド5の出側クラウン変化ΔC5,jをスタンド
6の出側クラウン変化に変換すれば、 となる。ここで、Δ▲C5 6,j▼は、スタンド5の出側ク
ラウン変化ΔC5,jをスタンド6の出側クラウン変化に換
算したものである。
(3)式のクラウン偏差ΔC6,jのうち、スタンド5の
クラウン制御により、(22)式で示されるΔ▲C5 6,j
だけ制御される。したがって残りのスタンド6の出側ク
ラウン偏差Δ▲CR 6,j▼は、 となる。
次に、このスタンド6の出側クラウン偏差Δ▲CR 6,j
▼をスタンド4で制御する。
再びスタンド4のクラウン評価関数をJ4として、 となるようにスタンド4のアクチュエータ値を決める。
スタンド4のクラウン制御はスタンド5のクラウン制
御と全く同様である。
残りのスタンド6の出側クラウン偏差Δ▲CR 6,j
は、 となる。このクラウン偏差Δ▲CR 6,j▼をスタンド3で
制御する。この制御はスタンド5、スタンド4の場合と
全く同様に行うことができる。
残りのスタンド6の出側クラウン偏差Δ▲CR 6,j
は、 となる。このクラウン偏差Δ▲CR 6,j▼をスタンド2で
制御する。この制御はスタンド5、スタンド4スタンド
3の場合と全く同様に行えばよい。
残りのスタンド6の出側クラウン偏差Δ▲CR 6,j
は、 となる。このクラウン偏差Δ▲CR 6,j▼をスタンド1で
制御する。この制御はスタンド5、スタンド4、スタン
ド3、スタンド2の場合と全く同様に行われる。
残りのスタンド6の出側クラウン偏差Δ▲CR 6,j
は、 となる。
さて、(28)式で示されるスタンド6の出側クラウン
偏差Δ▲CR 6,j▼はロールクーラント装置(RCL)で制
御される。このロールクーラント制御は、評価関数をJC
として、 すなわち、評価関数JCが最小となるように行われる。ロ
ールクーラント制御は板幅方向に分割して、ロールの板
幅方向各位置での直径ΔRi,jを制御して行う。
ここで、2Ci,j/2Ri,jは、iスタンドのロールの板幅
方向の直径Ri,jに対するiスタンドの出側クラウン影響
関数である。
以上の演算が第1図のクラウン制御手段19で行われ
る。これらの演算結果は、各スタンドの加算器21〜25を
通して、各スタンドのアクチュエータ11〜16に送出さ
れ、各アクチュエータの制御を介して板クラウンが制御
される。
以上詳述したように連続圧延機の最終スタンドを平坦
度制御とし、それ以外の各スタンドをクラウン制御と
し、さらにストリップの板幅方向にわたって出側板クラ
ウンが最小となるように(1)〜(29)式に従ってクラ
ウンを制御することにより、平坦度および板クラウンの
目標値を同時に達成することができる。
上記実施例は複数スタンドの場合のものであるが、ス
タンドが1つの場合には、そのスタンドをクラウン制御
スタンドとし、平坦度の許容範囲内で全く同様の方式に
より出側板クラウンを制御することができる。
また1つのスタンドのロール数についても、上記実施
例においては6段の場合について説明したが、本発明は
それに限らず2、3、4、5段ミルなどにおいてアクチ
ュエータが増減される場合も、全く同様のクラウン制御
を達成することができる。
〔発明の効果〕
ストリップの板幅方向にわたって出側板クラウンが最
小となるように各スタンドのアクチュエータを制御し、
板クラウンのフィードバック制御を行うことにより、平
坦度および板クラウンの目標値を同時に達成した高品位
のストリップを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による連続圧延機における形状制御装置
の一実施例を示すブロック図、第2図は第1図における
各スタンドのロール構成およびアクチュエータ操作力作
用方向を示す説明図、第3図はクラウン変化と平坦度変
化との関係を示すグラフである。 1〜6……スタンド、7……平坦度計、8……クラウン
計、9……設定計算手段、10,18,21〜26……加算器、11
〜16……アクチュエータ、17……平坦度制御手段、19…
…クラウン制御手段、20……ストリップ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アクチュエータとして少なくとも圧下装
    置、ベンダー、およびロール幅方向に複数個に分割され
    たロールクーラント装置を含むアクチュエータを有する
    スタンドにストリップを通してこれが所定の平坦度およ
    び板クラウンとなるようにアクチュエータを制御する、
    圧延機における形状制御方法において、前記スタンドを
    クラウン制御スタンドとし、平坦度の許容範囲内で、板
    クラウンの設定値および実測値間の偏差とアクチュエー
    タのクラウン効果との差の板幅全体にわたる2乗和を最
    小にするように、ロールクーラント装置を除く各アクチ
    ュエータの設定値を決定して板クラウンを制御し、板ク
    ラウンの残差を前記ロールクーラント装置で制御するこ
    とを特徴とする、圧延機における形状制御方法。
  2. 【請求項2】アクチュエータとして少なくとも圧下装
    置、ベンダー、およびロール幅方向に複数個に分割され
    たロールクーラント装置を含むアクチュエータを有する
    スタンドにストリップを通してこれが所定の平坦度およ
    び板クラウンとなるようにアクチュエータを制御する、
    圧延機における形状制御装置において、圧延機出側に設
    けられたクラウン計と、板クラウンの設定値および前記
    クラウン計による板クラウン実測値間の偏差とアクチュ
    エータのクラウン効果との差の板幅全体にわたる2乗和
    を最小にするように、平坦度の許容範囲内で、ロールク
    ーラント装置を除く各アクチュエータの出力設定値を決
    定して板クラウンを制御し、板クラウンの残差を前記ロ
    ールクーラント装置で制御する制御手段とを備えたこと
    を特徴とする、圧延機における形状制御装置。
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