JP2963240B2 - タンデム圧延機の張力制御方法 - Google Patents

タンデム圧延機の張力制御方法

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JP2963240B2
JP2963240B2 JP3169586A JP16958691A JP2963240B2 JP 2963240 B2 JP2963240 B2 JP 2963240B2 JP 3169586 A JP3169586 A JP 3169586A JP 16958691 A JP16958691 A JP 16958691A JP 2963240 B2 JP2963240 B2 JP 2963240B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱延工場の仕上工程で
タンデム圧延機により圧延を実施する際のスタンド間に
おける被圧延材張力の制御に利用しうる。
【0002】
【従来の技術】本発明と関連のある従来技術は、例えば
特開昭56−139210号,特開昭57−19321
3号,特開昭59−118220号,及び特開昭59−
127917号の各公報に開示されている。
【0003】タンデム熱間圧延機においてスタンド間に
おける被圧延材(以下、圧延材という)張力は圧延板厚
に影響を及ぼす。そこで従来は、スタンド間にル−パを
配設しこのル−パによりスタンド間の圧延材張力を一定
に維持するようにしている。図5に、タンデム仕上圧延
機の一例を示す。ル−パは電動機IMで駆動される。ル
−パ高さ制御器H.Cおよびル−パ張力制御器により、
ル−パの高さが設定範囲内にありかつストリップのスタ
ンド間張力が目標値に安定するように電動機IMのトル
ク(電流)が制御される。ストリップの圧延板厚はフィ
−ドフォワ−ド板厚制御機能F.Fと自動板圧制御機能
AGCで制御される。図5中のAGCのブロックに接続
したSRは圧下レオナ−ド、SMは圧下電動機、S0は
ロ−ルギャップ検出器、LCは圧延荷重計であり、F1
〜F7が各スタンドである。各スタンドの圧延ロ−ルは
ロ−ル駆動電動機Mで回転駆動され、この速度を主機レ
オナ−ドSRが制御する。SACはサクセッシブまたは
マスフロ−制御入力を意味する。
【0004】ところでこの種のタンデム圧延機では、ル
−パの応答性(数rad/sec)および圧延速度(Mによる
速度)の応答性(十数rad/sec)が、ロ−ル開度を定め
る油圧圧下位置制御装置(SR+SM)の応答性(百数十rad/
sec)に比べて桁違いに低いので、圧下位置(ロ−ル開
度)の変更によるスタンド間張力の変化をルーパにより
十分制御できない。張力変動が生じると、AGC制御が
乱されて、板厚が目標値からずれたり薄物の圧延材の圧
延時に平坦度不良が生じたりする。例えば検出した板厚
が目標値より大きくなると、AGCがロール間間隙を狭
くするように圧下を調整するが、それによって該スタン
ドの下流側スタンド間の圧延材張力が小さくなり、その
結果、当該スタンドの圧延反力が見かけ上大きくなり、
AGCはさらに板厚を小さくする方向に動き、目標より
も板厚が薄くなる。
【0005】冷間圧延においては、張力変動を圧下位置
(ロ−ル開度)制御により抑制している。従来のこの一
態様を図6に示し、図7には図6に示す圧延設備の、圧
延制御機能を示す。この例では、#1スタンドにおいて
圧下による板厚制御を実施し、#2〜#4スタンドでは
ロ−ル周速(スタンド間ロ−ル周速比)により板厚を決
定する。スタンド間張力が変化し、許容範囲を外れると
圧下により張力を許容範囲に戻す(圧下による張力制限
制御)。#4−5スタンド間において速度による張力モ
ニタAGC(スタンド間ロ−ル周速比制御による板厚制
御)を実施する。図6においてAPCは圧下位置制御装
置、ATCは張力制御機能、ASRがロ−ル周速比制御
による板厚制御機能である。これらの制御機能の内容を
図7に示す。 スタンド間ロ−ル周速比により板厚を決
定しロ−ル周速比制御により板厚を制御し、圧下により
スタンド間張力を制御する場合、油圧圧下位置制御装置
の応答性が高いので、ロ−ル周速の変化による張力変化
を十分吸収する速応性が高い張力制御が実現する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、iスタ
ンドの張力制御による圧下の変化は上流側張力(iスタ
ンドとi−1スタンド間の圧延材張力)と下流側張力
(iスタンドとi+1スタンド間の圧延材張力)の両者
に変化をもたらす。これらの変化は、各スタンドにおい
て張力制御による圧下の変化を誘起し、これらが前方張
力および後方張力に変化をもたらす。すなわちiスタン
ドにおける張力制御による更なる圧下の変化を誘起す
る。このようにしてスタンド間で張力制御が相互作用し
て張力制御が微小であるが発振してしまう。
【0007】冷間圧延の場合には、圧下を操作した場
合、上流側スタンド間張力は大きく変化するが下流側ス
タンド間張力はほとんど変化しないので、このような問
題は大きくはない。しかし熱間圧延の場合には、下流側
スタンド間張力の変化が無視できず、上述の問題が起り
易い。この種の問題に内在する圧延挙動を更に詳しく説
明する。図8に、熱間タンデム圧延において、スタンド
間ロ−ル周速比により板厚を決定しロ−ル周速比制御に
より板厚を制御し圧下によりスタンド間張力を制御する
場合の、制御系のブロック図を示す。図8に示す記号及
び以下に示す記号は次の通りの事項を意味する。
【0008】 M(i):ミル剛性係数 Q(i):塑性係数 R(i):偏平ロ−ル径 γ(i):圧下率 f(i):先進率 H(i):入側板厚 h(i):出側板厚 V(i):入側板速度 v(i):出側板速度 T(i):上流側張力(後方張力) S(i):圧下位置(圧下を下げる方向を−とする)であり、変数に添付された(i)はiスタンドの変数を意
味する。 (1) #2スタンド上流側張力偏差(張力のゆるみ:ΔT
(1)−)を検出する。
【0009】(2) 圧下による張力制御系C (2)が圧下位
置を上げる(ΔS (2)+)。
【0010】(3) これにより出側板厚が増す(Δh (2)
+)
【0011】(4) 圧下率γ (2)が小さくなり、先進率f
(2)が小さくなる(Δf (2)−)。冷間圧延ではΔf
(2)はほとんど零である。 γ(2)=(H(2)−h(2))/
H(2)f(2)=func(γ(2),μ(2),R(2))
【0012】(5) ロ−ル周速は一定なので、出側板速度
が減速する(Δv (2)−)。
【0013】(6) 上記(3)と(5)により、入側速度が増速
する(ΔV (2)+)。
【0014】(7) #1スタンド出側板速は変化しない
(Δv (1)=0)。
【0015】(8) 上記(6)と(7)より、#2スタンド後方
張力=#1スタンド前方張力が張る(ΔT(1)+)。
【0016】ここまでで、#2スタンド後方張力の偏差
が吸収される。冷間圧延の場合には、係数B (2)が小さ
いため、圧下による張力制御の効果は下流スタンドには
大きくは波及しない。しかし熱間圧延の場合には次の問
題が大きくなる。
【0017】(9) #3スタンド入側板速は変化なし(Δ
(2)=0)。
【0018】(10) 上記(5)および(9)により、#2スタ
ンド前方張力=#3スタンド後方張力が張る(ΔT (2)
+)。
【0019】単一スタンドのみに圧下による張力制御系
を導入した場合にはここまでの変化となる。以下、全ス
タンドに圧下による張力制御系を導入している場合につ
いて説明する。
【0020】(11) 上記(10)の変化を検出して#3スタ
ンドの張力制御系(C (3))が圧下位置を下げる(ΔS
(3)−)。
【0021】(12) 上記(3)〜(8)と逆に制御され、#3
スタンド後方張力=#2スタンド前方張力が緩む(ΔT
(2)−)。
【0022】(13) 上記(12)に伴い、#2スタンド出側
板厚が(更に)増してしまう(Δh (2)++)。
【0023】(14) 上記(3)〜(8)と同様に、#2スタン
ド後方張力=#1スタンド前方張力が(更に)張る(Δ
(1)++)。◇このようにして圧下による張力制御が
過制御になり張力制御系が微小であるが発振する。この
種の発振は、板厚精度の悪化につながる。
【0024】本発明は、タンデム圧延においてロ−ル周
速の変化およびその他の要因によるスタンド間張力変化
を効果的に防止しかつ張力制御を安定に行なうスタンド
間張力制御装置を提供することを課題とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、圧延スタンドの上流側スタンド間の被圧延材張力を
測定し、上流側スタンド間の被圧延材張力実績値と上流
側スタンド間の被圧延材張力目標値との偏差を実質的に
零にすべく、前記圧延スタンドのロール間間隙を修正す
るタンデム圧延機の張力制御方法において、上流側スタ
ンド間の被圧延材張力実績値と上流側スタンド間の被圧
延材張力目標値との偏差に基づいて前記圧延スタンドの
ロール間間隙修正量を算出すると共に、該ロール間間隙
修正量により前記圧延スタンドの下流側スタンド間の被
圧延材張力が変動する量を算出し、該下流側スタンド間
の被圧延材張力変動量を実質的に零にする当該スタンド
ロール回転速度変更量及び当該スタンドより上流のスタ
ンドの回転速度変更量を算出し、前記圧延スタンドのロ
ール間間隙修正量とロール回転速度修正量を同時に変更
することで前記圧延スタンドの下流側スタンド間の被圧
延材張力に影響を及ぼすことなく、前記圧延スタンドの
上流側スタンド間の被圧延材張力を制御する。
【0026】また、該ロール間間隙修正量により前記圧
延スタンドの下流側スタンド間の被圧延材張力が変動す
る量の算出にあたっては、該ロール間間隙修正量により
生ずる当該スタンドの先進率変化を算出し、該先進率変
化に基づいて下流側スタンド間の被圧延材張力変化量を
算出する。
【0027】
【作用】圧延ロ−ル間間隙の変更に伴なう下流側への影
響は、主に圧延ロール間間隙変更に伴う先進率の変化を
定量化することによって定量化できる。先進率は、例え
ば圧延のモデル式である次の第(1)式で表わすことがで
きる。
【0028】
【数1】
【0029】 但し、f (i):先進率, μ (i):摩擦係数, H (i):ロ−ル入側板厚, h (i):ロ−ル出側板厚, R (i):ロ−ル径, γ (i):圧下率[(H (i)−h (i))/H (i)であり、変数に添付された(i)はiスタンドの変数を意
味する。 また、前方張力と後方張力を加味して次の第
(2)式の計算を実施すれば、更に正確に先進率を求める
ことができる。
【0030】
【数2】
【0031】 従って、この先進率の変動に起因する下流側スタンド間
の張力変動を打ち消すように当該圧延スタンドのロール
回転速度、上流側圧延スタンド、もしくは下流側圧延ス
タンドのロ−ル回転速度を調整すれば、前方(下流側ス
タンド間)張力の変化を実質的に零にでき、板厚精度を
高めることができる。
【0032】
【実施例】図1に本発明を実施する熱間仕上圧延工程に
おけるタンデム圧延機の構成を一例として示す。図1を
参照すると、この実施例では、7基の圧延スタンド#
1,#2,#3,#4,#5,#6,及び#7が設けら
れている。各々の圧延スタンドには、圧下位置を調整す
るための油圧圧下機構と、圧延ロ−ルを回転駆動する主
機速度モ−タが設けられている。また、ロ−ル位置、即
ちロ−ル間間隙を検出するロ−ル位置検出器と、圧延荷
重を検出するロ−ドセルが各圧延スタンドに設けられて
いる。更に、隣接する圧延スタンドの間には、圧延材
(鋼材)の張力を検出する張力計がそれぞれ設けられて
いる。
【0033】図1のタンデム圧延機の制御系の構成を図
2に示す。なお図2には3基の圧延スタンドとそれに対
応する制御系を示してあるが、他の圧延スタンドについ
ても同様の制御が実施される。図2においては、中央の
i番目の圧延スタンドとそれに関連する要素は、その符
号に「(i)」を付して他のスタンドと区別し、それより
1スタンド上流側の圧延スタンドに対応する要素は、符
号に「(i-1)」を付し、1スタンド下流側の圧延スタン
ドに対応する要素は、符号に「(i+1)」を付してある。
【0034】図2を参照して各制御要素について説明す
る。圧下制御装置PCは、圧下位置指令に基づいて油圧
圧下機構を制御し、圧下位置(ロ−ル間間隙)を調整す
る。この実施例では、圧下位置指令信号は張力制御装置
TCから出力される。板厚計算装置SHは、次に示すゲ
−ジメ−タ式に基づいてスタンド出側板厚を計算し、計
算結果を速度補正装置VA(i)及びVA(i+1)に出力す
る。
【0035】
【数3】 h(i)=S(i)+(F(i)/M(i))+Δ(i) ・・・(3) 但し、h(i):iスタンド出側板厚, S(i):iスタンド圧下位置, F(i):iスタンド圧延荷重実績, M(i):iスタンドミル剛性係数, Δ(i):iスタンド各種補正量 あり、張力制御装置TC(i)は、スタンド間に配置さ
れた張力計が出力するスタンド上流側張力に基づいて、
圧下位置指令信号を出力する。この装置の構成を図3に
示す。図3を参照すると、入力される検出張力と予め設
定された張力設定値との差分、即ち張力偏差T(i-1)-T
(i-1)が、不感帯処理装置(横軸が入力レベル,縦軸が
出力レベルを示し、各々零に設定すれば不感帯処理は無
いものと等価となる。)101を介してPI制御装置1
02に入力され、PI制御装置102が圧下位置指令信
号ΔS(i)を生成する。
【0036】再び図2を参照すると、速度補正装置VA
(i)には、張力制御装置TC(i)の出力する圧下位置指令
信号ΔS(i),板厚計算装置SH(i-1)の出力する前スタ
ンド出側板厚h(i-1),及び板厚計算装置SH(i)の出力
する当スタンド出側板厚が入力される。速度補正装置V
A(i)の構成を図3に示す。図3を参照すると、入力さ
れる前スタンド出側板厚信号h(i-1)は、圧延材の移動
速度に応じて時間を遅らせる遅延要素111を通り、該
前スタンド入側板厚H(i)として、板厚計算装置SH
(i)から出力される当スタンド出側板厚h(i-1)と共に先
進率計算装置112に入力される。また、先進率計算装
置112は、張力制御装置TC (i)から出力される圧下
位置指令信号を取り込んで、下式のようにスタンド出側
板厚h(i)をh'(i)に補正する。
【0037】
【数4】 h’(i)=h (i)+(∂h/∂S (i))ΔS (i) ・・・(4) h (i) iスタンド出側板厚 h’ (i) iスタンド補正後のh (i) ΔS (i) iスタンド圧下位置指令 ∂h/∂S(i): iスタンドの圧下を動作させた時にiスタンドの出 側板厚に及ぼす影響係数ここで、変数に添付された(i)はiスタンドの変数を意
味する。 これらの入力信号に基づいて、先進率計算装置
112においては、前に示した第(1)式(又は第(2)式)
の計算を実施して、当スタンドにおける先進率f (i)
を計算する。メモリ113は、制御開始時の先進率f0
(i)を記憶し保持する。従って変換装置114には、制
御開始時の先進率と現在の先進率との偏差f0(i)−f
(i)、すなわち先進率の変化分が入力される。変換装置
114は、入力される先進率の変化分をロ−ル周速度の
変化に換算する。その計算結果が、PI制御装置115
に入力される。PI制御装置115は、ロ−ル周速度
指令ΔVr(i)を出力する。
【0038】一方、図1に示すように7番圧延スタンド
の出側にはX線板厚計が設置されている。このX線板厚
計の出力する検出板厚信号が、図2に示すX線モニタ板
厚制御装置XHCに入力される。X線モニタ板厚制御装
置XHCは、予め設定された出側板厚目標値と入力され
る検出板厚との差分、即ち板厚偏差に基づいて、その偏
差を修正するように各スタンド間のロ−ル周速度比を修
正する。この修正結果に基づいて、各々の圧延スタンド
に対応付けられた7つのロ−ル周速度基準信号を生成
し、それらを主機モ−タ速度制御装置MVCに対して出
力する。
【0039】主機モ−タ速度制御装置MVCは、X線モ
ニタ板厚制御装置XHCの出力する7つのロ−ル周速度
基準信号と、各速度補正装置VA(1)〜VA(7)の出力す
るロ−ル周速度偏差指令とに基づいて、各圧延スタンド
の主機モ−タ速度基準信号を生成する。主機モ−タ速度
制御装置MVCの構成を図4に示す。図4に示すよう
に、この主機モ−タ速度制御装置MVCは、各スタンド
間のマスフロ−が変化しないように、サクセシブをとり
ながら、各スタンドの主機モ−タ速度を調整する。7番
スタンドのロ−ル周速度基準とVA(7)からのロ−ル周
速度偏差指令によって生成された7番スタンドのロ−ル
周速度は、ロ−ル周速度からモ−タ回転速度に変換され
て出力される。同様に6番スタンドのロ−ル周速度は、
6番スタンドのロ−ル周速度基準とVA(6)からのロ−
ル周速度偏差指令によって生成されるが、7番スタンド
のロ−ル周速度に応じて修正された後で、モ−タ回転速
度に変換されて出力される。5番スタンドのロ−ル周速
度は、5番スタンドのロ−ル周速度基準とVA(5)から
のロ−ル周速度偏差指令によって生成され、6番スタン
ドのロ−ル周速度に応じて修正される。同様に、4番ス
タンドのロ−ル周速度は、4番スタンドのロ−ル周速度
基準とVA(4)からのロ−ル周速度偏差指令によって生
成され、5番スタンドのロ−ル周速度に応じて修正さ
れ、3番スタンドのロ−ル周速度は、3番スタンドのロ
−ル周速度基準とVA(3)からのロ−ル周速度偏差指令
によって生成され、4番スタンドのロ−ル周速度に応じ
て修正され、2番スタンドのロ−ル周速度は、2番スタ
ンドのロ−ル周速度基準とVA(2)からのロ−ル周速度
偏差指令によって生成され、3番スタンドのロ−ル周速
度に応じて修正され、1番スタンドのロ−ル周速度は、
1番スタンドのロ−ル周速度基準とVA(1)からのロ−
ル周速度偏差指令によって生成され、2番スタンドのロ
−ル周速度に応じて修正される。
【0040】上述の構成によれば、i番スタンド入側に
張力変化の外乱が加わった場合に次のように制御が実施
される。図2を参照しながら説明する。
【0041】(1) i番スタンド上流側張力偏差(張力の
ゆるみ:−)を検出する。
【0042】(2) 張力制御装置TC(i)が圧下位置指令
を修正(圧下位置:+)。
【0043】(3) 圧下制御装置PC(i)が圧下位置を上
げる。
【0044】(4) これにより出側板厚が増す(Δh
(i):+)。
【0045】(5) 圧下率γが小さくなり、先進率fが小
さくなる(Δf(i):−)。
【0046】(6) 速度補正装置VA(i)が、圧下位置指
令の変化に応じて、先進率の変化による影響を補償する
ように、ロ−ル周速度Vr(i)を上げる。
【0047】(7) i番スタンド出側板速度は変化せず、
i番スタンド出側の圧延材張力も変化しない。
【0048】(8) i+1番スタンドの張力制御系には外
乱の影響が及ばない。
【0049】(9) 上記(3)の修正により、i番スタンド
入側の張力偏差が打ち消されるので、i−1番スタンド
出側の張力変化及び板速度変化はなくなり、i−1番ス
タンド入側の張力変化もなく、i−1番スタンドの張力
制御系には外乱の影響が及ばない。
【0050】最初の外乱の張力変化が+側であった場合
には、上記動作と逆方向の制御が実施され、いずれにし
ても、i番スタンドの張力制御系のみで外乱の影響が補
償され、その影響がi−1番スタンド及びi+1番スタ
ンドに及ぶことはないので、隣接するスタンドの張力制
御系がお互いに干渉する現象は生じない。
【0051】なお、先進率計算装置112において、第
(2)式に示す計算式から先進率を計算する場合には、i
−1番目とi番目スタンド間の張力計の出力を後方張力
σb (i)とし、i番目とi+1番目スタンド間の張力計の
出力を前方張力σf (i)として検出した結果を利用すれ
ばよい。
【0052】
【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、i番スタ
ンド入側における張力変動をi番スタンドの圧下量(圧
下位置)の修正によって抑制するとともに、圧下量の修
正によって生じるi番スタンドの先進率の変化に対応し
て、各スタンドのロ−ル回転速度を修正するので、i番
スタンド下流側における張力変化を抑制でき、i番スタ
ンドにおける張力制御の影響がi−1スタンド及びi+
1スタンドに及ぶのを防止して、複数の制御系間の干渉
によって生じる発振を避けることができる。これによっ
て精度の高い板厚制御が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例のタンデム圧延機の構成を示す正面図
である。
【図2】 図1の圧延機の一部分とその制御系の構成を
示すブロック図である。
【図3】 図2の張力制御装置TCと速度補正装置VA
の構成を示すブロック図である。
【図4】 図2の主機モ−タ速度制御装置MVCの構成
を示すブロック図である。
【図5】 タンデム圧延システムの従来例を示すブロッ
ク図である。
【図6】 張力制御を実施する従来例を示すブロック図
である。
【図7】 図6の装置の制御の内容を示すブロック図で
ある。
【図8】 3スタンドの張力制御系の構成を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
102,115:PI制御装置 111:遅延要
素 112:先進率計算装置 113:メモリ 114:変換装置 TC(i),TC(i-1),TC(i+1):張力制御装置 PC(i),PC(i-1),PC(i+1):圧下制御装置 SH(i),SH(i-1),SH(i+1):板厚計算装置 VA(i),VA(i-1),VA(i+1):速度補正装置 XHC:X線モニタ板厚制御装置 MVC:主機モ−タ速度制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 谷 正 晴 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社 君津製鐵所内 (72)発明者 香 取 英 夫 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社 中央研究本部内 (72)発明者 植 山 高 次 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社 中央研究本部内 (72)発明者 福 井 信 夫 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社 君津製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭61−52918(JP,A) 特開 昭52−122249(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B21B 37/48 - 37/52 B21B 37/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧延スタンドの上流側スタンド間の被圧延
    材張力を測定し、上流側スタンド間の被圧延材張力実績
    値と上流側スタンド間の被圧延材張力目標値との偏差を
    実質的に零にすべく、前記圧延スタンドのロール間間隙
    を修正するタンデム圧延機の張力制御方法において、 上流側スタンド間の被圧延材張力実績値と上流側スタン
    ド間の被圧延材張力目標値との偏差に基づいて前記圧延
    スタンドのロール間間隙修正量を算出すると共に、該ロ
    ール間間隙修正量により前記圧延スタンドの下流側スタ
    ンド間の被圧延材張力が変動する量を算出し、該下流側
    スタンド間の被圧延材張力変動量を実質的に零にする当
    該スタンドロール回転速度変更量及び当該スタンドより
    流のスタンドの回転速度変更量を算出し、前記圧延ス
    タンドのロール間間隙修正量とロール回転速度修正量を
    同時に変更することで前記圧延スタンドの下流側スタン
    ド間の被圧延材張力に影響を及ぼすことなく、前記圧延
    スタンドの上流側スタンド間の被圧延材張力を制御する
    ことを特徴とするタンデム圧延機の張力制御方法。
  2. 【請求項2】前記ロール間間隙修正量により前記圧延ス
    タンドの下流側スタンド間の被圧延材張力が変動する量
    の算出にあたっては、該ロール間間隙修正量により生ず
    る当該スタンドの先進率変化を算出し、該先進率変化に
    基づいて下流側スタンド間の被圧延材張力変化量を算出
    することを特徴とする請求項1に記載のタンデム圧延機
    の張力制御方法。
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