JP3443974B2 - ロール間隙設定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属帯を圧延する圧延
機における板厚精度向上のための初期ロール間隙を設定
するロール間隙設定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロール間隙は従来より（１）式に基づい
て設定されている。このなかで圧延荷重は圧延理論によ
り（１）’式のような入側および出側板厚、張力、二次
元平均変形抵抗、ならびに摩擦係数の関数により計算さ
れる。（１）’式中の二次元平均変形抵抗Ｋm 、および
摩擦係数μの予測精度が圧延荷重に、最終的にはロール
間隙の設定精度に大きく影響を与えることになる。

【０００３】

【数１】

【０００４】ここで、Ｓ ：ロール間隙、 ｈ ：
出側板厚、 Ｍ ：ミル剛性、Ｋm ：二次元平均変形
抵抗、σb ：後方張力応力、 Ｐ ：荷重、Ｒ’：偏平
ロール径、 Ｈ ：入側板厚、 ｈ ：出側板厚、
ｆr ：圧下力関数、 Ｃ0 ：定数、 ＢＢ：
板幅 圧延中のロールと被圧延材の間の摩擦係数は圧延油のロ
ールバイト内への引き込み量と相関が強いことが知られ
ている。この引き込み量は圧延速度、ワークロール表面
粗度、圧延油濃度、圧延油粘度、および噛みこみ角等に
よりきまる。また二次元平均変形抵抗は対数歪み、歪み
速度の影響が強いことが知られている。

【０００５】これらの予測式の学習は、従来より圧延中
のコイルから採取したデータを用いて次圧延コイル用に
更新することが常であった。例えば特開昭６１−２２２
６１８号公報には、圧延中のコイルの実績値を取り込み
二次元平均変形抵抗、摩擦係数を演算で求め、それより
二次元平均変形抵抗、摩擦係数の予測式を補正すること
で次回のセットアップ精度を向上させる方法が、また特
開昭５８−６５５０６号公報には、圧延中のコイルの第
一圧延機での実績データから母材二次元平均変形抵抗を
求め、それに基づき全スタンドの二次元平均変形抵抗を
予測し、その二次元平均変形抵抗を用いて計算した各ス
タンド荷重と各スタンド実績荷重から荷重予測式を修正
し、セットアップ精度を向上させる方法等が提案されて
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
いずれの方法も１つの被圧延材圧延中の実績データのみ
で二次元平均変形抵抗ならびに摩擦係数の予測式等を学
習していたにすぎないため、次々と圧延される被圧延材
の実績データを積み重ねてみないとわからない二次元平
均変形抵抗ならびに摩擦係数の特性、例えばロール粗度
の低下につながる圧延量と摩擦係数の変化および同一コ
イル内ではほとんど変化しない圧延ロールと被圧延材と
の間の噛みこみ角と摩擦係数の影響については学習でき
なかった。

【０００７】また二次元平均変形抵抗については、定常
圧延状態では、ほとんど変化しない歪み速度と変形抵抗
の関係を学習でき難かった。

【０００８】そのため、従来はコイル情報および実績デ
ータをオフラインで蓄積し、人間がそのデータを解析す
ることで二次元平均変形抵抗ならびに摩擦係数の予測式
の調整を行なっていた。しかしながら、これらの二次元
平均変形抵抗ならびに摩擦係数の特性は、圧延ロールの
変更および圧延油の変更等の圧延条件により大きく変化
し、その変更のたびにオフラインによる解析が必要とな
り、時間的制約からも、事実上適正な調整ができずロー
ル間隙設定精度悪化につながっていた。

【０００９】本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、複数コイルの実績データ把握で
のみ可能な二次元平均変形抵抗ならびに摩擦係数の特性
の学習をすることにより初めてなし得る、高精度のロー
ル間隙設定方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属帯を圧延
する圧延機におけるロール間隙の設定を適切に行うため
のロール間隙設定方法であって、次の手順で行うことを
要旨とする。

【００１１】（１）本発明の第一の方法に関しては、
複数コイルの圧延中に複数スタンドまたは複数パスの入
側板厚、出側板厚、圧延荷重、先進率、および張力の実
績データを測定する。

【００１２】これらの測定値と圧延理論式を用いて圧
延ロールと被圧延材との摩擦係数および被圧延材の二次
元平均変形抵抗を演算する。

【００１３】その演算結果および前記測定値を複数コ
イルの圧延中に一定期間（例えば圧延ロール交換迄）記
憶装置に蓄積する。

【００１４】前記演算結果および前記測定値に基づい
て、二次元平均変形抵抗式および摩擦係数式を学習す
る。

【００１５】前記学習結果に基づきロール間隙の設定
を行う。

【００１６】（２）本発明の第二の方法に関しては、
（１）において、二次元平均変形抵抗式を対数歪みおよ
び歪み速度の関数として表現し、それを学習する。

【００１７】（３）本発明の第三の方法に関しては、
（１）または（２）において、摩擦係数式を圧延速度、
ロール圧延距離および噛みこみ角の関数として表現し、
それを学習する。

【００１８】

【作用】実績データからの二次元平均変形抵抗、ならび
に摩擦係数の学習は次のようにおこなう。

【００１９】圧延荷重ｐを関数ｆ1 を用いて（２）式
で、また先進率ｆx を関数ｆ2 を用いて（２）' 式で与
える。

【００２０】

【数２】

【００２１】ここで、Ｈ ：スタンド入側板厚、
ｈ ：スタンド出側板厚 σf ：スタンド出側張力応力、 σb ：スタンド入側
張力応力 Ｒ ：ロール半径、 Ｋm ：被圧延材の二次元平均
変形抵抗 μ ：摩擦係数 なお（２）および（２）' 式中のｐ、Ｈ、ｈ、σb 、σ
f 、Ｒ、ｆx は何れもオンラインから収集された実績値
を用い、また被圧延材の２次元平均変形抵抗Ｋm および
摩擦係数μは（２）および（２）’式を具体化した下記
（３）および（４）式を連立させて逆算する。

【００２２】

【数３】

【００２３】ここで、ｆr ：圧下力関数、
Ｒ' ：偏平ロール径 φn ：先進率式より求めた中立角（ロール速度と板速と
が同じになる点の角度） φi ：かみ込み角、 ａ ：μＲ' ／ｈ このようにして得られる実績２次元平均変形抵抗ならび
に実績摩擦係数と、その時の実績板厚、張力、圧延ロー
ル径、圧延ロール圧延距離および荷重等の圧延条件と共
に、データとしてオンライン計算機に蓄積する。その
後、或タイミング（たとえば圧延ロール交換後）におい
てこれらのデータを用いて二次元平均変形抵抗ならびに
摩擦係数の予測式を学習する。なお、この学習のタイミ
ングはオペレータ等が状況判断により自由に指令出来る
ようにすることが望ましい。その予測式を用い各スタン
ドのロールギャップを（１）式に基づき設定する。

【００２４】また、これらの学習は最小自乗法、総最小
自乗法等のデータの静的同定法を用いるほかに、ニュー
ラルネットを用いて学習する等の周知の技術が使用でき
る。

【００２５】本発明第２の方法における２次元平均変形
抵抗式の学習は、各スタンドの実績Ｋｍ（ｉ，ｊ）、対
数歪みε（ｉ，ｊ）、および歪み速度εv （ｉ，ｊ）を
用いて次のようにして行なう（なお、ｉはスタンド、ｊ
は同一材質区分での他の被圧延材をあらわす）。ここ
で、対数歪みεは板厚より（５）式で計算でき、また歪
み速度εv は単位時間当たりどれほどの歪みを与えてい
るかを示すもので、基本的には、板厚および板速より計
算できる（定義としていくつか提案されているが、例え
ば（６）式に示すＴｒｉｎｋの式がある）。

【００２６】

【数４】

【００２７】ここで、Ｈφ：ｉスタンド入側板厚（母
材）、 ｈi ：ｉスタンド出側板厚、ｖR ：ロール速度 実績２次元平均変形抵抗を対数歪みεと平均歪み速度で
整理すると図２に示すような特性があらわれる。そこ
で、この２次元平均変形抵抗を（７）式で表されるよう
に最小自乗法等の周知の技術を用いてオンラインで自動
的にそのパラメータａ1 〜ａ7 （またはその一部）を決
定する。

【００２８】

【数５】

【００２９】このようにして、オンラインで自動的に二
次元平均変形抵抗式を学習することにより新しい鋼種の
圧延の際、あるいは同一材質区分内でのメジャーな材質
が変わって行ったときでさえ材質区分のメンテナンスを
すること無しに高精度の二次元平均変形抵抗予測が維持
でき、高精度のロール間隙設定が行える。

【００３０】本発明第３の方法における摩擦係数式の学
習は、スタンド毎の実績摩擦係数μ（ｋ，ｊ）、板速ｖ
（ｋ，ｊ）、ワークロール圧延距離Ｌ（ｋ，ｊ）および
噛みこみ角θｉ（ｋ，ｊ）を用いて各スタンド毎に次の
ように行なう（ｋは同一被圧延材でのサンプリング数、
ｊは同一ワークロール内での他の被圧延材をあらわ
す）。ここで、ワークロール圧延距離Ｌはモータ回転数
実績およびロール半径より計算でき、また噛みこみ角は
板厚および荷重より（８）式の計算により求められる。

【００３１】

【数６】

【００３２】ここで、ＢＢ：板幅、 Ｃ0 ：定数 実績摩擦係数を整理すると図３（ａ）および図３（ｂ）
のようになる。これは、摩擦係数μがロール速度Ｖ、圧
延距離Ｌおよび噛みこみ角θとの相関が強いことを表し
ている。そこで、この摩擦係数μを（９）式で表される
ように最小自乗法等の周知の技術を用いてオンラインで
自動的にそのパラメータｂ1 〜ｂ10（またはその一部）
を決定する。このようにして、オンラインで自動的に摩
擦係数を学習することによりワークロール粗度の変更，
圧延油の変更等にたいしても自動的に摩擦係数予測式を
調整でき、高精度にロール間隙を設定できるという優れ
た特徴を持たすことが可能となる。

【００３３】

【数７】

【００３４】ここで、Ｌ：圧延距離、 θi ：かみ込
み角、 Ｖ：ロール速度 なお、上記説明はタンデムミルを対象にして行ったが、
レバースミルにおいても上記スタンドをパスと読み替え
ることで同様の特徴を持たすことが可能となる。

【００３５】

【実施例】本発明方法を５スタンドの冷間圧延用タンデ
ムミルに適用したロール間隙設定システムの一実施例の
ブロック図を図１に示す。

【００３６】ワークロール１を交換した後、被圧延材を
圧延中に板厚計２、板速計３、ロードセル４および張力
計５等の各測定機により実測値をオンラインで採取し
た。その後演算装置６にて（３）式および（４）式を用
いて各スタンドの二次元平均変形抵抗実績Ｋm ならびに
摩擦係数実績μを計算した。この全スタンド分の計算結
果と実測データおよびコイル情報を被圧延材１本につき
の一回以上採取し、それを外部記憶装置７に保管した。
このようにして、現在圧延中のワークロールが交換され
るまでデータを蓄積した。圧延中のワークロールが交換
されたとき、またはオペレータからの指令がでたとき
に、外部記憶装置７から複数コイルのデータをとりだ
し、それを用いて摩擦係数式および二次元平均変形抵抗
式を（７）式および（９）式で学習し、その後この学習
結果を用いロール間隙の設定をロール間隙設定機により
行った。

【００３７】なお、二次元平均変形抵抗が、被圧延材の
添加元素等であらかじめ分類された材質区分毎に対数歪
みεおよび歪み速度εv と二次元平均変形抵抗Ｋm の関
係を（７）式で表せるようにパラメータａ1 〜ａ7 を最
小自乗法により回帰計算した。

【００３８】また、摩擦係数の学習については、スタン
ド毎にロール速度Ｖ、噛みこみ角θおよびワークロール
圧延距離Ｌと摩擦係数μの関係を（９）式で表せるよう
にｂ1 〜ｂ10を最小自乗法により回帰計算した。

【００３９】図４に従来方法によるロール間隙設定方法
と本発明によるロール間隙設定方法での荷重予測精度比
較を示す。従来の学習機能のみを備えたロール間隙設定
方法、すなわち現圧延材での予測誤差を次圧延材計算に
反映させる学習方法によるものでは、圧延油を変更した
り、ワークロール圧延距離による摩擦係数の特性が変わ
った場合には対応できず、ロール替え毎に予測精度が大
きく外れることとなった。しかしながら、本発明では、
未知の圧延油に対しても学習完了後（オペレータによる
学習指示後）についてはその効果は発揮され、その後の
ロール替えについては、高精度に予測することが出来
た。

【００４０】

【発明の効果】本発明の第１の方法では、自動的に二次
元平均変形抵抗ならびに摩擦係数式を学習することか
ら、あらゆるスケジュールおよび操業条件の変化にたい
しても柔軟に対応でき高精度にロール間隙を設定するこ
とが可能となり、その結果、板厚精度が向上し、歩留が
向上する。

【００４１】本発明の第２の方法では、自動的かつ確実
に二次元平均変形抵抗予測を学習することが可能とな
り、ロール間隙設定精度の向上につながる。

【００４２】本発明の第３の方法では、自動的かつ確実
に摩擦係数予測を学習することから、ロール間隙設定精
度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を５スタンドの冷間圧延用タンデム
ミルに適用したロール間隙設定システムの一実施例のブ
ロック図である。

【図２】対数歪みεおよび歪み速度εv と二次元平均変
形抵抗Ｋm との相関関係を示す説明図である。

【図３】圧延距離Ｌ、噛みこみ角θおよびロール速度Ｖ
と摩擦係数μとの相関相関関係を示す説明図である。

【図４】従来方法によるロール間隙設定方法と本発明に
よるロール間隙設定方法での荷重予測精度の比較図であ
る。

【符号の説明】

１ ワークロール ２ 板厚計 ３ 板速計 ４ ロードセル ５ 張力計 ６ 演算装置 ７ 外部記憶装置 ８ ロールギャップ設定機 ９ 入出力装置

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属帯を圧延する圧延機のロール間隙設定
   方法において、複数コイルの圧延中に複数スタンドまた
   は複数パスの入側板厚、出側板厚、圧延荷重、先進率、
   および張力の実績データを測定し、これらの測定値と圧
   延理論式を用いて圧延ロールと被圧延材との摩擦係数お
   よび被圧延材の二次元平均変形抵抗を演算し、その演算
   結果および前記測定値を複数コイルの圧延中に一定期間
   蓄積し、前記演算結果および前記測定値に基づいて二次
   元平均変形抵抗式および摩擦係数式を学習し、前記学習
   結果に基づきロール間隙の設定を行うことを特徴とする
   ロール間隙設定方法。
2. 【請求項２】二次元平均変形抵抗式を対数歪みおよび歪
   み速度の関数表現として学習することを特徴とする請求
   項１に記載のロール間隙設定方法。
3. 【請求項３】摩擦係数式を圧延速度、ロール圧延距離お
   よび噛みこみ角の関数表現として学習することを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載のロール間隙設定方
   法。