JP3496327B2 - 圧延機における圧延材の形状制御方法 - Google Patents

圧延機における圧延材の形状制御方法

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    • B21BROLLING OF METAL
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    • B21B37/28Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
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    • B21B13/00Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories
    • B21B13/02Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories with axes of rolls arranged horizontally
    • B21B13/023Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories with axes of rolls arranged horizontally the axis of the rolls being other than perpendicular to the direction of movement of the product, e.g. cross-rolling

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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
材の形状を制御する形状制御アクチュエータを有する圧
延機における圧延材の形状制御方法に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】金属帯を圧延する圧延機において、圧延
材の形状を制御する方法として、圧延機の圧延方向出側
に形状検出器を設けて圧延中の圧延材形状(平坦度、板
クラウン等)を測定し、この測定値に基づいてロールベ
ンディング装置、ロールクロス装置、中間ロールシフト
装置および可変クラウン装置等の形状制御アクチュエー
タを操作して圧延形状を目標形状にする技術が知られて
いる。この方法では、形状検出器で測定する地点が圧延
機から離れた地点であるため検出遅れが生じ、高応答の
制御が難しいという欠点がある。また圧延スタンドを複
数台ならべたタンデム圧延機では圧延スタンドの圧延方
向出側の全てに形状検出器を設置することは設備費や物
理的なスペースの点からみて難しいという問題があっ
た。 【0003】これらの問題を解決する方法として特開昭
57−7309号公報に開示された方法がある。この方
法では圧延材の形状が変化する主因は圧延荷重の変動に
あるという考えに基づき、圧延材の圧延中に圧延荷重を
測定して圧延荷重の変動量を求め、この圧延荷重変動に
起因する形状変化を補正するロールベンディング装置等
の形状制御アクチュエータの操作量(ロールベンディン
グ力)を計算して形状制御アクチュエータを操作する方
法である。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
形状制御方法では、圧延荷重の変動量を求めるに際し、
制御開始時点での圧延荷重を基準値として記憶し、この
圧延荷重基準値からの変化量を算出する。従って、この
記憶タイミング以降の圧延荷重変動による形状変化を補
正するように形状制御アクチュエータを操作するため、
もし圧延荷重基準値の記憶タイミングで圧延材の圧延形
状が目標形状になっていない場合には、そのずれた形状
を維持するように制御動作がおこなわれてしまう。特に
圧延を開始する圧延材先頭部の通板の時には、通板性を
優先させることもあり、更に同部の板厚等も目標値にな
っていないため、圧延材の圧延形状が目標形状に一致し
ていない場合が多く、上記の圧延荷重基準値の記憶タイ
ミング(制御開始タイミング)を決定することが難しい
という問題がある。 【0005】また、例えば形状制御アクチュエータとし
てロールベンディング装置の他に、作業ロールと支えロ
ールを上下でそれぞれペアとして水平面内で上下逆方向
にクロスさせるロールクロス装置を備えた圧延機では、
圧延材の平坦度を向上させるためにロールクロス装置を
操作し、ロールクロス角度を調整する場合がある。しか
しながら、この例のような形状制御アクチュエータの操
作に対する形状変化に対しては、上記のように圧延荷重
のみを測定してロールベンディング力を操作する方法で
は目標形状を得ることはできない。 【0006】本発明方法は、係る従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、形状検出器のような高価な設備
と大きなスペースを必要とすることのない、安価で高応
答な圧延機における圧延材の形状制御方法を提供するこ
とを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、圧延材の形状
を制御する形状制御アクチュエータを有する圧延機にお
ける圧延材の形状制御方法であって、次の手順で行うこ
とを特徴とする制御方法を要旨とする。 【0008】圧延材の形状εをそれぞれの形状制御ア
クチュエータの操作量xi と圧延荷重Pとの下記関係式
(1)で表す。 【0009】圧延材の寸法・材質諸元(板幅、板厚お
よび材質等)から前記関係式(1)の係数ai 、bおよ
びcを圧延材の圧延開始前に求める。 【0010】圧延材の圧延中に形状制御アクチュエー
タの操作量xi および圧延荷重Pを測定して下記の関係
式(1)によって圧延材の形状εを演算する。 【0011】前記で求められた圧延材の形状εが目
標形状εaim になるような形状制御アクチュエータの操
作量xi を下記の関係式(1)により再演算する。 【0012】形状制御アクチュエータの操作量xi を
修正する。 【0013】 ε=Σai ・fi (xi )+b・P+c ・・・・(1) (i=1〜n) 【0014】 【作用】圧延材の平坦度および板クラウン等の形状に影
響を与える要因は種々存在するが、大きく分けて板厚、
板幅および材質などの圧延材によって定まるものと、圧
延荷重および形状制御アクチュエータの操作量のように
圧延状態によるものとに分類される。このうち板幅およ
び材質は圧延中はほぼ一定である。また、板厚は最も厳
格に取り扱われる品質項目であって、通常は板厚制御装
置等で所定の値に制御されている。従って、圧延中に形
状変化をもたらす主要因は圧延荷重および形状制御アク
チュエータの操作量である。 【0015】この形状制御アクチュエータの操作量の代
表的なものとしては、後述のロールベンディング力およ
びロールクロス角度のほか、中間ロールのロールシフト
量および可変クラウン装置のクラウン調整圧力等が挙げ
られる。 【0016】圧延荷重が変化すると圧延反力によるロー
ルのたわみが変化するため、圧延材の形状が変化する
が、この関係はほぼ線形な関係にある。 【0017】そこで、1〜nまでの形状制御アクチュエ
ータがある場合、圧延材の形状εは次の(1)式で表す
ことができる。 【0018】 ε=Σai ・fi (xi )+b・P+c ・・・・(1) (i=1〜n) ここで、a1 〜an ,b,cは圧延材の板幅、板厚およ
び材質等の寸法・材質諸元によって定まる定数であり、
fi (xi )は第i形状制御アクチュエータの操作量x
i のみの関数である。 【0019】以下に、本発明方法を図1に示す作業ロー
ル、圧延ロールからなる4段式圧延機で実施した具体的
な実施様態に基づいて説明する。ここでは、形状制御ア
クチュエータとしてロールベンディング装置5と、作業
ロール2と支えロール3を上下でそれぞれペアとして水
平面内で上下逆方向にクロスさせるロールクロス装置と
を用いる。 【0020】図2に示すように、ロールベンディング力
は圧延荷重と同じくロールのたわみを変化させて圧延材
の形状を変化させるものであり、ロールチョック4に加
えられるロールベンディング力Fと圧延材形状εは線形
な関係である。一方、図3に示すように、ロールクロス
装置はロールクロス角度θを変化させてロール間隙の幅
方向分布を変え、圧延材形状を変化させるが、ロール間
隙の幅方向分布の変化はロールクロス角度の2乗に比例
することが知られている。 【0021】以上のことから、圧延材の形状εは(1)
式および上記の関係より、次の(2)式で表せる。 【0022】 ε=a1 ・F+a2 ・θ2 +b・P+c ・・・(2) P:圧延荷重、 F:ロールベンディング力、 θ:ロ
ールクロス角度 ここで、係数a1 ,a2 ,bおよびcは板厚、板幅およ
び材質などの圧延材によって定まる定数であり、予め統
計的手法等により過去の実績から圧延すべきコイル毎に
求めて置くか、あるいは、圧延理論式を用いて算出して
もよい。 【0023】圧延材の形状を目標形状εaim に制御する
には、(2)式においてε=εaimが成り立つようにロ
ールベンディング力Fとロールクロス角度θを操作すれ
ばよいが、ロールベンディング装置がロールクロス装置
より応答が速いため、ロールベンディング力F’を圧延
中の圧延荷重Pおよびロールクロス角度θに応じて
(3)式で操作するのが望ましい。 【0024】 F' =(εaim −a2 ・θ2 −b・P−c)/a1 ・・・(3) 前述のように、係数a1 ,a2 ,bおよびcは圧延を開
始する前に予め求めておくので、圧延中は(3)式の演
算は単純な四則演算のみでよく、制御周期を短くするこ
とが可能となる。 【0025】なお、説明のための実施様態として、シン
グルスタンドからなる4段式圧延機を用いたがこれに限
るものではなく、本発明方法を複数スタンドからなる圧
延設備における複数スタンド、或いは多段式圧延機に適
用しても同効果が得られることはいうまでもない。 【0026】また同様に、形状制御アクチュエータとし
てロールベンディング装置とロールクロス装置を例に説
明したがロールの軸方向シフト装置および可変クラウン
装置等の別の装置であってもよい。この場合、それぞれ
の形状制御アクチュエータの操作量を中間ロールのシフ
ト量Ls、またはクラウン調整圧力Pcとすると、形状
εとこれらのアクチュエータ操作量Ls、Pcとの線形
関係を利用して、前述の関係式(1)のfi (xi )項
をfs(Ls)またはfc(Pc)とし、下記の(4)
式、或いは(5)式を適用することで実現される。 【0027】 fs(Ls)=Ls ・・・・(4) fc(Pc)=Pc ・・・・(5) 【0028】 【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。 【0029】図1は本発明方法を実施する際に用いた4
段式圧延機の模式図および形状制御装置のブロック図で
ある。 【0030】圧延機は、作業ロール2、支えロール3か
らなる4段式圧延機であり、圧延材1は作業ロール2に
よって所定の板厚に圧延される。形状制御アクチュエー
タとしてロールベンディング装置5および作業ロール2
と支えロール3とを上下でそれぞれペアとして上下逆方
向にクロスさせるロールクロス装置(図示しない)を備
えている。 【0031】コイル情報伝送器30は圧延材(コイル)
の情報を有しており、コイル情報伝送器30はこの情報
を計算機40へ出力する。計算機40には、予め圧延材
の形状εを形状制御アクチュエータの操作量であるロー
ルベンディング力Fとロールクロス角度θと圧延荷重P
の関係式(2)で表したときの係数(a1 ,a2 ,bお
よびc)を過去の実績から統計的手法により求めてお
き、対象となる圧延材群毎にテーブルの形で格納してあ
る。計算機40では、コイル情報伝送器30から得た圧
延前・後の板幅、板厚および材質等のコイル情報に基づ
き、上記係数テーブルから所定の係数を選びだし、ロー
ルベンディング力演算器50に入力する。 【0032】圧延材1を圧延中には、ロードセル10に
より圧延荷重Pが、ロールベンディング力測定器20に
よりロールベンディング力Fが、またロールクロス角度
検出器15でロールクロス角度θが測定され、ロールベ
ンディング力演算器50に入力される。ロールベンディ
ング力演算器50は、計算機40から入力された関係式
の係数(a1 ,a2 ,bおよびc)と、ロードセル10
から入力された圧延荷重Pと、ロールベンディング力測
定器20から入力されたロールベンディング力Fと、ロ
ールクロス角度検出器15から入力されたロールクロス
角度θに基づき、圧延材1の形状が目標形状εaim とな
るようなロールベンディング力F' を(3)式により求
めてロールベンディング装置5に入力し、ロールベンデ
ィング装置5はロールベンディング力Fがこの入力値に
なるよう制御するように構成した。 【0033】上述の形状制御装置を実稼働中の5スタン
ド冷間連続圧延機の第1〜4スタンドに設置し、低炭素
鋼板(板厚0.4〜2.5mm)をεaim =0として仕
上げ圧延を行ったところ、優れた応答性ならびに従来法
の大がかりな形状検出器を用いた形状制御装置によるも
のと遜色ない形状精度の圧延形状制御結果が得られた。 【0034】また、従来は形状制御装置を設置していな
い第1〜4スタンドのいずれかにおいて形状不良となり
板破断を引き起こす場合もあったが、本発明方法を実施
することにより同種の原因による板破断は激減し、総板
破断事故が1/2に減少した。 【0035】 【発明の効果】本発明方法によれば、形状制御アクチュ
エータの操作量および圧延荷重を測定して、予め圧延開
始前に定めておいた関係式によって圧延材の形状を演算
して求めることにより、形状検出器のような高価な設備
と大きなスペースを必要とすることなく、かつ、検出時
間遅れのない安価で高応答な圧延材の形状制御が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明方法を実施する際に用いた、圧延機の模
式図および形状制御装置のブロック図である。 【図2】本発明方法を実施する際に、形状制御アクチュ
エータの操作量の一つとして用いるロールベンディング
力Fの説明図である。 【図3】本発明方法を実施する際に、形状制御アクチュ
エータの操作量の一つとして用いるロールクロス角度θ
の説明図である。 【符号の説明】 1 圧延材 2 作業ロール 3 支えロール 4 ロールチョック 5 ロールベンディング装置 10 ロードセル 15 ロールクロス角度検出器 20 ロールベンディング力測定器 30 コイル情報伝送装置 40 計算機 50 ロールベンディング力演算器

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】圧延材の形状を制御する形状制御アクチュ
    エータを有する圧延機における圧延材の形状制御方法で
    あって、圧延材の形状εをそれぞれの形状制御アクチュ
    エータの操作量xi と圧延荷重Pとの下記関係式(1)
    で表し、圧延材の寸法・材質諸元から前記関係式(1)
    の係数ai 、bおよびcを圧延材の圧延開始前に求め、
    圧延材の圧延中に形状制御アクチュエータの操作量xi
    および圧延荷重Pを測定して下記の関係式(1)によっ
    て圧延材の形状εを演算し、求められた圧延材の形状ε
    が目標形状εaim になるような形状制御アクチュエータ
    の操作量xi を下記の関係式(1)により再演算し、形
    状制御アクチュエータの操作量xi を修正することを特
    徴とする圧延機の形状制御方法。 ε=Σai ・fi (xi )+b・P+c ・・・・(1) (i=1〜n)
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