JP3542896B2 - 鋼板の圧延における板厚制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被圧延材である鋼板の圧延ロール噛み込み端部の板厚制御方法であり、特に圧延ロール噛込み端部で発生する過薄部を防止して厚み偏差の少ない鋼板を得るための圧延方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板の圧延では、狙い厚ｈを得るロール開度Ｇを設定する為に、下記式（１）を用いるゲージメータ方式を用いるのが一般的である。
【０００３】
【数１】
ｈ＝Ｇ＋Ｆ／Ｍ （１）
ここで、Ｆは圧延荷重、Ｍは圧延機のバネ定数に相当するミル定数であり、Ｆ／Ｍは圧延荷重Ｆが作用する際のミルの変形量（ミルストレッチ）である。
【０００４】
鋼板の圧延で一般的に用いられている自動板厚制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）の原理は、ロール開度Ｇ₀ で圧延を行なう際に圧下量や変形抵抗から予め予測される目標圧延荷重Ｆ₀ で生じるミル変形量Ｆ₀ ／Ｍと実際の圧延荷重Ｆ_a で生じるミル変形量Ｆ_a ／Ｍとの差である板厚偏差Δｈ＝（Ｆ_a ―Ｆ₀ ）／Ｍを求め、板厚偏差Δｈが０になるように下記式（２）でロール開度修正量Ｇを逐次計算しつつ、油圧圧下装置を調整することでロール開度をフィードバック制御するものである。
【０００５】
【数２】
ΔＧ＝―η・（Ｆ_a ―Ｆ₀ ）／Ｍ （２）
ここで、ηはＡＧＣチューニング係数であり、制御の安定性を考慮してη＜１．０が採用される。
【０００６】
しかしながら、ロール噛込み先端部の非定常部では、噛込みの衝撃荷重により圧延ロールを含む圧下機構に慣性力が作用する為、定常部に比較して急激な変化を伴う過荷重が発生することにより、上記式（２）に示す自動板厚制御（以下ＡＧＣと称す）の原理式からロール開度を締める方向に過大なロール開度修正が行なわれる。そのため、ロール噛込み直後からＡＧＣを行なうと油圧圧下装置の応答遅延時間後に過薄部が発生する。これを防止するため、従来、例えば、特開平６―２３８３１３号公報や特開平６―３０４６３５号公報に提案されているように、噛込開始から所定の板長間だけロール開度に予め定めた補正量を加算することによって過薄部の低減が試みられている。また、ロール開度に補正量を印加する方法とは別に、前記チューンング係数ηを板先端の非定常部が圧延ロールを通過する所定の時間だけ補正することで前述したＡＧＣの応答遅れによる過薄部の発生を防止する方法も特開平６−６３６２７号公報に提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、僅かな板長間で局所的な過冷却が発生している板先端部の温度を精度良く予測することは困難であり、しかも、板先端部のクロップ形状によっても荷重の大きさや板長手方向の変化が圧延条件毎に異なる為、板先端部の荷重予測精度は極めて低い。従って、鋼板先端部の予測荷重に基づき前記式（１）から求められるロール開度補正の的中精度も低く、前記特開平６―２３８３１３号公報や特開平６―３０４６３５号公報で提案の方法では、過薄部を含む板厚偏差を十分な精度で制御することができないという問題がある。
また、特開平６−６３６２７号公報のようにチューニング係数ηを補正する方法もＡＧＣがロール開度を解放する方向に作用する、即ち、Ｆ_a ＜Ｆ₀ である場合にはいたずらにＡＧＣの制御性能を低下させて過薄部の距離を延長する問題がある。
【０００８】
本発明は、簡単に、しかも、高精度で鋼板先端部に於ける過薄部の発生を低減して高い板厚精度を実現できる板厚の制御方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するため種々実験・検討した結果、鋼板が圧延ロールに噛込む際、鋼板先端部において荷重計が検出する荷重は圧延ロールに働く慣性力を含んでおり、この慣性力を含んだ測定荷重値でＡＧＣがロール開度を制御するため、前記ＡＧＣがロール開度を締める方向に過大な修正を行ない、油圧圧下装置の応答遅延時間後に過薄部が発生することが判明した。このため、荷重計の検出荷重値から慣性力を除外すればロール噛込み先端からＡＧＣを行なって板厚偏差を低減できる知見を得た。
【００１０】
この知見に基づいて本発明は成されたものであり、その手段は、ゲージメータ方式に基づいてＡＧＣを行いつつ鋼板を圧延する方法において、鋼板の先端が圧延ロールに噛み込んだ際に該荷重計に働く荷重を検出し、この検出荷重から、前記検出荷重から該慣性力を除外した荷重を推定し、この推定荷重に基づいて、前記噛み込み後における圧延ロールの開度を調整して前記鋼板の先端部のＡＧＣを行なう方法である。
【００１１】
本発明は、圧延ロールに設けた荷重計の検出値から圧下機構に作用する慣性力を除く圧延荷重を推定することであり、以下にその詳細を述べる。
図３の模式図に示すように、被圧延材１は圧延ロール１４ａ、１４ｂを含む上下の圧下機構２，３により圧延されるが、この圧下機構２，３に被圧延材１が噛込む際の荷重の釣り合いから、上部圧下機構２の運動方程式は下式（３）となる。
【００１２】
【数３】

【００１３】
ここで、ｍは上部圧下機構の質量、Ｆ_R は圧延荷重、Ｆ_L は上部圧延機構に設けた荷重計からの検出荷重であり、ｘはミル変形量（ミルストレッチ）である。また、左辺第１項は上部圧下機構に作用する慣性力である。
【００１４】
上記式（３）に於いて、ｄｘ／ｄｔ＝Ｚ₁ 、ｘ＝Ｚ₂ 、Ｆ_R ＝Ｚ₃ と置き、Ｆ_L を入力値ｕ、出力値ｙ＝Ｚ₂ とすると該式（３）は、下式（４）の状態方程式で示される。
【００１５】
【数４】

【００１６】
ここで、Ｚ_1,d 、Ｚ_2,d 、Ｚ_3,d は上記式（４）で定義した状態変数Ｚ₁ 、Ｚ₂ 、Ｚ₃ の時間微分値である。
【００１７】
そして、この上記式（４）に於ける状態変数の推定値を指標ｐを用いて表すと、これら状態変数の推定値Ｚ_1,P 、Ｚ_2,P 、Ｚ_3,P を求める状態観測式は下記式（５）の関数形となる。
【００１８】
【数５】

【００１９】
ここで、ｇ₁ 、ｇ₂ 、ｇ₃ は状態観測式のゲインである。
【００２０】
更に、上記式（５）の状態観測式を展開すると下式（６）となる。
【００２１】
【数６】

【００２２】
この式（６）に於いて、状態変数Ｚ₁ 、Ｚ₂ 、Ｚ₃ はそれぞれｄｘ／ｄｔ（＝ｖ）、ｘ、Ｆ_R であり、入力値ｕ＝Ｆ_L であることから、前記式（５）と同様、それぞれの時間微分値を指標ｄ、推定値を指標ｐで表わすと状態観測式は最終的に下記式（７）のようになる。
【００２３】
【数７】

【００２４】
この式（７）は、ミル変形量ｘ＝Ｆ_L ／Ｍと置いてＳをラプラス演算子としてブロック図で表わすと図２のような状態観測器に展開される。即ち、この状態観測器の出力として得ようとする圧延荷重の推定値Ｆ_R,P は、式（７―ｃ）に従って荷重計９の検出荷重から求めたミル変形量ｘ＝Ｆ_L ／Ｍとミル変形量の推定値ｘ_P との差（ｘ―ｘ_P ）にゲインｇ₃ を乗じて積分することで求められる。その際、この演算に必要なミル変形量の推定値ｘ_P は式（７―ｂ）を積分することで求められ、更には式（７−ｂ）の演算に必要なミル変形速度の推定値ｖ_P は式（７−ａ）を積分することで求められる。
尚、式（７）に於けるｍは前述した上部圧下機構の質量であり、圧延機に応じて予め設定したものである。
【００２５】
本発明はこのようにして構成した状態観測器を荷重計の出力端に配置することで、荷重計からの検出荷重Ｆ_L を入力として上部圧下機構２に作用する慣性力を除く圧延荷重の推定値Ｆ_R,P をＡＧＣ制御装置に出力する。ＡＧＣ制御装置では、前述の式（２）に示すＡＧＣの原理式に於ける実績圧延荷重Ｆ_a を圧延荷重の推定値Ｆ_R,P に置き換えた下式（８）でロール開度の修正量ΔＧが計算され、油圧圧下装置を駆動することでロール開度のフィードバック制御が為される。
【００２６】
【数８】
ΔＧ＝―η・（Ｆ_R,P ―Ｆ₀ ）／Ｍ （８）
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明例を適用した可逆式圧延機に於ける自動板厚制御の構成図である。
図に示すように、４は被圧延材である鋼板であり、上下一対のバックアップロール５でバックアップされた上下一対のワークロール６で圧延される。このワークロール６のロール開度Ｇは油圧圧下シリンダー７によりシリンダー位置検出器８で移動量を検出しながら制御される。
【００２８】
１０は状態観測器であり、図２に示すように荷重計９で測定した検出荷重Ｆ_L とミル定数の逆数を積算するミル定数積算部２０と、この積算値Ｘとミル変形量の推定値ｘ_P をフィードバックして加減算する加減算部２１と、この加減算値にゲインｇ₁ を積算するゲイン積算部２２と、前記荷重計９で測定した検出荷重Ｆ_L にフィードバックした圧延荷重の推定値Ｆ_R,P を加算する加算部２４と、この加算値に上部圧下機構の質量ｍの逆数を積算する質量積算部２５と、この質量積算部２５、前記ゲイン積算部２２からの各演算値を加算してミル変形速度の時間微分値（ミル変形加速度）の推定値Ｖ_d,P を演算する加算部２６と、該加算部２６の演算値を積分してミル変形速度の推定値ｖ_P を求める積分器２７と、加減算部２１からの加減算値にゲインｇ₂ を積算するゲイン積算部２８と、ゲイン積算部２８からのゲイン積算値と前記積分器２７で演算したミル変形量の推定値ｖ_P を加減算する加減算部２９と、この加減算部２９の演算値を積分してミル変形量の推定値ｘ_P を求める積分器３０と、加減算部２１からの加減算値にゲインｇ₃ を積算して圧延荷重の時間微分値（荷重変化率）の推定値Ｆ_R,d,P を求めるゲイン積算部３１と、該ゲイン積算部３１からの圧延荷重の時間微分値の推定値Ｆ_R,d,P を積分して圧延荷重の推定値Ｆ_R,P を求める積分器３２から構成している。そして、この状態観測器１０は上バックアップロール５の上部に設置した荷重計９で測定した検出荷重Ｆ_L を入力し、この検出荷重Ｆ_L から慣性力を除いた圧延荷重の推定値Ｆ_R,P を求める。
【００２９】
１１はＡＧＣ制御装置であり、状態観測器１０からこの求めた圧延荷重の推定値Ｆ_R,P 及びプロセスコンピュータ１２からＡＧＣに必要な目標圧延荷重Ｆ₀ 、ミル定数Ｍ、更には、チューニング係数ηを入力し、この入力した圧延荷重の推定値Ｆ_R,P と目標圧延荷重Ｆ₀ から荷重偏差ΔＦ＝（Ｆ_R,P ―Ｆ₀ ）を求め、この荷重偏差ΔＦからロール開度修正量ΔＧ＝―η・ΔＦ／Ｍを演算する。そして、この求めたロール開度修正量ΔＧに基づきサーボ弁１３により油圧圧下シリンダー７の作動油の流量と方向を制御することによって板厚偏差Δｈが０になるように制御する。
【００３０】
図４は、本発明例を適用したときの鋼板４のロール噛込先端部に於ける荷重計９による検出荷重Ｆ_L 及び状態観測器１０を介した後の圧延荷重の推定値Ｆ_R,P の推移を示したものである。ここで、ＡＧＣがロール開度を解放方向に制御する場合において、目標圧延荷重Ｆ₀ は２２００ｔｏｎ、定常部圧延荷重は２５００ｔｏｎ、ＡＧＣ開始位置は荷重５００ｔｏｎ検出時、ＡＧＣチューニング係数ηは０．９５である。
【００３１】
図５は荷重計９による検出荷重Ｆ_L を直接入力として、特開平６―２３８３１３号公報で提案の鋼板４のロール噛込み先端部で外部からのロール開度補正を必要とする従来ＡＧＣと、上記本発明例による圧延荷重の推定値Ｆ_R,P を入力としてＡＧＣを行なった場合のロール開度修正量ΔＧの推移を油圧圧下シリンダー位置検出器８の出力値で比較したものである（尚、比較のために外部からのロール開度補正は除いている）。
【００３２】
図６は、前記図５の条件下で圧延を行った際の、従来ＡＧＣと本発明例のＡＧＣによる板厚偏差の推移を比較したものである。
【００３３】
この図４から従来ＡＧＣにおいては鋼板４のロール噛込先端部では上部圧下機構２に作用する慣性力の影響で荷重計９が過荷重を検出していることが分かる。そして、図５から従来ＡＧＣでは過荷重の発生位置からＡＧＣの応答遅れ距離後にロール開度が一旦開度を締める方向に作用していることが判る。この結果、図６に示すように、ＡＧＣの開始後に鋼板４の先端部（先端から２００〜４５０ｍｍ部分に過薄部を発生させていることが分かる。
【００３４】
これに対して、本発明例のように状態観測器１０を介して推定される圧延荷重は、図４に示すように過荷重の原因となる上部圧下機構に作用する慣性力が除去された圧延荷重となっており、これに基づいて行なわれるＡＧＣも図５に示すように従来に見られる過薄部を発生させていたロール開度を締める方向の動作もなく円滑に定常の制御状態に推移していることが分かる。そして、図６から分かるように前記従来ＡＧＣに比較して、ＡＧＣ開始後に発生する過薄部を大幅に低減できていることが明らかである。また、本発明はロール噛込先端部に限らず、ロール噛込先端部を通過した後、圧延材がロールを噛抜けるまで適用される。従って、圧延材の板内厚偏差や変形抵抗誤差によって発生する荷重変動から慣性力を除去した正味の荷重変動によりＡＧＣが行なわれることから、より高精度の板厚制御が実現できることは自明である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、あらゆる圧延条件に対応して、簡単に、しかも、高精度で鋼板先端部に於ける過薄部の発生を大幅に低減させることが可能となり、製品の歩留向上や板厚不足による降格率減少が達成できる等の多大な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のＡＧＣ制御システム構成を示すフロー図である。
【図２】
本発明の状態観測器例のブロック図である。
【図３】
被圧延材が圧延される際の荷重の釣り合い状態を示す模式図である。
【図４】
鋼板のロール噛込み先端部における荷重計の出力値の推移を示す図である。
【図５】
ロール開度修正量の推移を示す図である。
【図６】
鋼板の先端部の板厚偏差の推移を示す図である。
【符号の説明】
１：被圧延材
２：上部圧下機構
３：下部圧下機構
４：鋼板
５：バックアップロール
６：ワークロール
７：油圧圧下シリンダー
８：シリンダー位置検出器
９：荷重計
１０：状態観測器
１１：ＡＧＣ制御装置
１２：プロセスコンピューター
１３：サーボ弁
１４ａ、１４ｂ：圧延ロール
１５：ＡＧＣ開始点
２０：ミル定数積算部
２１、２９：加減算部
２２、２８、３１：ゲイン積算部
２４、２６：加算部
２５：質量積算部
２７、３０、３２：積分器
Ｆ_a ：実際の圧延荷重
Ｆ_L ：検出荷重
Ｆ_R ：圧延荷重
Ｆ_R,P ：圧延荷重の推定値
Ｆ_R,d,P ：圧延荷重の時間微分値の推定値
ｇ ：ゲイン
Ｇ ：ロール開度
ｍ ：上部圧延機構の質量
Ｍ ：ミル常数
Ｓ ：ラプラス演算子
ｘ ：ミル変形量
η ：ＡＧＣチューニング係数

Claims (1)

1. ゲージメータ方式に基づいて自動板厚制御を行いつつ鋼板を圧延する方法において、鋼板の先端が圧延ロールに噛み込んだ際に該圧延ロールに働く荷重を検出し、この検出荷重から鋼板の先端が前記圧延ロールに噛み込んだ際に該圧延ロールに働く慣性力を除外した推定圧延荷重を求め、この推定圧延荷重に基づいて、前記噛み込み後における圧延ロールの開度を調整して前記鋼板の先端部の自動板厚制御を行なうことを特徴とする鋼板の圧延に於ける板厚制御方法。

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