JP3615996B2 - 連続圧延機の板厚制御方法、パススケジュール算出方法及び板厚制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続した複数の圧延機において板圧延をおこなう連続圧延機に関し、特に各圧延機間の張力変動の抑制を考慮した連続圧延機の板厚制御方法,パススケジュール算出方法及び板厚制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は板厚制御方式の中で最も代表的なゲージメーター方式の板厚制御の一例を示すブロック図である。以下、この板厚制御方式の動作について簡単に説明する。図6において、圧下装置1から圧延機2に向かって圧下位置を制御する圧下位置SAが指定される。このとき、TPは圧下装置1の応答を近似した場合の速度を表す時定数、τはそのときのむだ時間を表す。
【0003】
圧延機2に指示された圧下位置SA及びミル定数Mによって圧延荷重FAが決定される。そして、被圧延材は圧延機2の圧延荷重FAと塑性係数Q+ΔQの要因3によって板厚h+Δhに圧延される。このとき、圧延現象の外乱要因として被圧延材の入側板厚偏差ΔHや温度による塑性変化ΔQがある。これらの変動ΔHやΔQによる被圧延材の出側板厚h+Δhの変動Δhを無くするのがゲージメーター方式の板厚制御である。
【0004】
次に、動作を説明する。このようなゲージメーター方式板厚制御装置は、被圧延材の圧延開始直後のタイミングによってスイッチ6を一時的に動作させ、基準圧下位置記憶装置4に基準圧下位置SA0を記憶し、基準圧延荷重記憶装置5には基準圧延荷重FA0を記憶させる。そして、以後は圧下位置SAと基準圧下位置SA0との差分ΔSA、圧延荷重FAと基準圧延荷重FA0との差分ΔFAをミル定数Mとチューニング率αおよびゲインGにより算出した、圧下装置1の圧下位置SAを制御して被圧延材の板厚偏差Δhを無くする圧下位置修正量ΔS*が出力される。ΔS*は次の式により算出される。
【0005】
【数1】
【0006】
理論的には、チューニング率α=1、ゲインG=1としたときに出側板厚偏差Δhを小さくすると最大の効果を得られると考えられる。しかし、チューニング率αを1に近づけて、圧下位置を大きく動作させると、圧延機2のロール速度が変動することにより圧延機相互間の張力が大きく乱れることとなり、安全操業に支障がある為、実際には、圧延状況を見た上でチューニング率αを出来る限り大きく調節するという方法をとっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
板圧延の制御方法としては、例えば、特開平4−210805号公報、特公平6−71616号公報があるが、いずれの例もゲージメーター方式や絶対ゲージ確保方式やモニタ方式の板厚制御を相互に組み合わせたときに、板厚データの搬送タイミングや圧下位置の算出方法を工夫することにより、板厚精度の向上を図るものである。そして、いずれの例も通板性(張力変動の抑制)を考慮した上で、制御限界やチューニング率を制御するものではない。実際には、張力への影響も考慮した上で板厚制御をする必要がある。
【0008】
上述のような従来の連続圧延機の板厚制御方法においては、チューニング率αを変化させたときの張力に対する影響が定式化されておらず、圧延状況を見た上で試行錯誤式にチューニング率αを調節していた。
【0009】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、チューニング率αを変化させた時の張力への影響を定式化することにより、チューニング率αの調節を容易にすることが可能な連続圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る連続圧延機の板厚制御方法においては、連続圧延機のゲージメーター方式の板厚制御方法であって、被圧延材が圧延機に入る直前の入側板厚偏差を求める入側板厚偏差検出工程と、被圧延材が圧延機を通過直後の出側板厚偏差を求める出側板厚偏差検出工程と、入側板厚偏差及び出側板厚偏差とから板速度の先進率変動を求める先進率変動算出工程と、先進率変動,入側板厚偏差及び出側板厚偏差とに基づいて、圧延機間の張力変動抑制に係るチューニング率を調節するチューニング率調節工程とを有する。
【0011】
また、圧下装置の特性を定数で近似することにより導出可能な張力抑制を優先するときのチューニング率の最適値を使用し、さらに、塑性係数を仮定することにより、被圧延材の圧延前にチューニング率の下限値を算出する下限値算出工程をさらに有し、チューニング率調節工程は、下限値を使用して被圧延材の圧延前にもチューニング率を調節する。
【0012】
また、下限値算出工程は、複数の圧延機のチューニング率の下限値を算出し、チューニング率調節工程は、与えられたパススケジュールに依存した複数の圧延機に対する張力負荷を一定とするチューニング率の基準値を設定し、さらに、同一係数を基準値に加えることにより、複数の圧延機のチューニング率を求める。
【0013】
また、チューニング率調節工程は、圧延開始直後に記憶した基準圧延荷重により求めた塑性係数を使用して、圧延中にチューニング率を調整する。
【0015】
また、この発明に係る連続圧延機の板厚制御装置は、連続圧延機のゲージメーター方式の板厚制御装置であって、被圧延材が圧延機に入る直前の入側板厚偏差を求める入側板厚偏差検出手段と、被圧延材が圧延機を通過直後の出側板厚偏差を求める出側板厚偏差検出手段と、入側板厚偏差及び出側板厚偏差とから板速度の先進率変動を求める先進率変動算出手段と、先進率変動,入側板厚偏差及び出側板厚偏差とに基づいて、圧延機間の張力変動抑制に係るチューニング率を調節するチューニング率調節手段とを有する。
【0016】
また、圧下装置の特性を定数で近似することにより導出可能な張力抑制を優先するときのチューニング率の最適値を使用し、さらに、塑性係数を仮定することにより、被圧延材の圧延前にチューニング率の下限値を算出する下限値算出手段をさらに有し、チューニング率調節手段は、下限値を使用して被圧延材の圧延前にもチューニング率を調節する。
【0017】
また、下限値算出手段は、複数の圧延機のチューニング率の下限値を算出し、チューニング率調節手段は、与えられたパススケジュールに依存した複数の圧延機に対する張力負荷を一定とするチューニング率の基準値を設定し、さらに、同一係数を基準値に加えることにより、複数の圧延機のチューニング率を求める。
【0018】
また、チューニング率調節手段は、圧延開始直後に記憶した基準圧延荷重により求めた塑性係数を使用して、圧延中にチューニング率を調整する。
【0019】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は符号8の圧延機iと符号9の圧延機i+1の間の張力をモデル化したときの模式図である。圧延機間の張力σは、圧延機iの出側板速度Vi outと圧延機i+1の入側板速度Vi+1 inの差分の積分に比例すると考えることが出来る。すなわち、
【0020】
【数2】
【0021】
この出側板速度Vi outは、後方の圧延機のロール速度Vi rolと次の関係式で表すことが出来る。
【0022】
【数3】
【0023】
ここで、fsiは先進率と呼ばれ、ロール速度Vi rolに対する出側板速度Vi outの増加率を表す。ロール速度Vi rolが一定になるように制御がされていると仮定すると(3)式より、fsiの変動Δfsiが増加すると出側板速度Vi outの変動が増加し、張力σが乱れる方向に動く。同様に、圧延機i+1においても出側板速度Vi+1 outは次の関係式で表すことが出来る。
【0024】
【数4】
【0025】
さらに、圧延機i+1の入側板速度Vi+1 inは、先進率fsi+1で表すと、マスフロー保存則より、
【0026】
【数5】
【0027】
ここで、Hi+1,hi+1は、それぞれ圧延機i+1の入側板厚、出側板厚である。ロール速度V(+) rolが一定になるように制御がされていると仮定すると(5)式より、Hi+1,hi+1の変動にも依存するが、一般的にfsi+1の変動Δfsi+1が増加するとV i+1 in の変動が増加し、張力σが乱れる方向に動く。
【0028】
そこで、先進率変動Δfsを小さくするための条件を求める。先進率fsは最も簡単な近似式を用いて、入側板厚Hと出側板厚hにより、
【0029】
【数6】
【0030】
と表すことが出来る。入側板厚偏差の最も大きな部分の偏差をΔH、それが圧延機を通過した後の残りの偏差をΔhとすると(図2)、先進率変動の絶対値
|Δfs|は、
【0031】
【数7】
【0032】
と書ける(先進率変動算出工程、先進率変動算出手段)。したがって(7)式より、
【0033】
ΔH・h−Δh・H<0のとき、Δh:小 →|Δfs|:小 →張力変動:小
ΔH・h−Δh・H>0のとき、Δh:大 →|Δfs|:小 →張力変動:小
【0034】
図3は出側板厚偏差Δhと先進率変動Δfsの関係の一例を示す。この原理を利用し、チューニング率αの大きさを調節する。
【0035】
図4は本発明におけるチューニング率α調節の原理の一実施例を示すブロック図である。図4において、符号10は、この発明において新しく導入されたチューニング率αの調節装置(チューニング率調節工程、チューニング率調節手段)である。符号11は、被圧延材が圧延機に入る直前の板厚偏差ΔHを直接計測する計測機構(入側板厚偏差検出工程、入側板厚偏差検出手段)、符号12は、被圧延材が圧延ロールを通過直後の板厚偏差Δhを直接計測する計測機構(入側板厚偏差検出工程、出側板厚偏差検出工程)である。
【0036】
チューニング率α調節装置10では、計測機構11,12から得られた板厚偏差ΔH,Δh、さらにパススケジュールの設定入側板厚Hと出側板厚hとから、
【0037】
【数8】
【0038】
を算出する。(7)式よりK<0のとき、
【0039】
Δh:小 →|Δfs|:小 →張力変動:小
【0040】
であるから、出側板厚偏差Δhを小さくすべく、チューニング率αを大きくすれば張力変動Δσが小さくなるため、チューニング率αに調整係数C>0を加える。一方、K>0のとき、
【0041】
Δh:大 →|Δfs|:小 →張力変動:小
【0042】
であるから、出側板厚偏差Δhを大きくすべく、チューニング率αを小さくすれば張力変動Δσが小さくなる。これは、最終圧延機の出側板厚偏差を小さくするという本来の目的には反し、αはできる限り大きくすべきである。そこで、張力変動抑制による安全操業の視点から、張力変動Δσに基づいて決定する係数
【0043】
f(Δσ)>0
【0044】
をチューニング率αから減ずるという方法によりαを決定する。
【0045】
以上のアルゴリズムにより、従来のように圧延における張力変動の様子を見た上で試行錯誤式にチューニング率αを決定する必要がなくなり、場合によってはチューニング率αを大きくしたほうが張力変動Δσを抑制することができる圧延状況を検知し、また、安全操業の視点も含めた上で、最大の効果を得る為の最適なチューニング率αを得ることが出来る。
【0046】
尚、本実施の形態においては、被圧延材が圧延機に入る直前の板厚偏差ΔH及び被圧延材が圧延ロールを通過直後の板厚偏差Δh(入側板厚偏差検出手段、出側板厚偏差検出手段)は、計測機構11,12によって検出されているが、板厚偏差ΔH及び板厚偏差Δhは、ロードセル13からの圧延荷重や圧下装置1からの圧下位置S等の物理量を使って間接的に算出されても良い。
【0047】
実施の形態2.
以下ではさらに、(7)式を使用することにより、張力変動抑制を優先した場合のチューニング率αの最適値を理論的に求める。図5は図6のゲージメーター方式板厚制御のブロック図を変形して書き替えた図である。出側板厚偏差Δhと圧下位置変化ΔSAを数式化すると、
【0048】
【数9】
【0049】
【数10】
【0050】
ここで、
【0051】
【数11】
【0052】
【数12】
【0053】
である。式(10)より、
【0054】
【数13】
【0055】
であるから、(13)式を(9)式に代入すると、
【0056】
【数14】
【0057】
【数15】
【0058】
(14)式を(7)式に代入すると、
【0059】
【数16】
【0060】
を得る。ところで、張力変動Δσが最も小さくなるためのチューニング率αの最適値は
【0061】
【数17】
【0062】
となる点チルダαである。これをHp≒Hc(定数)と仮定して求めると、入側板厚偏差ΔHと出側板厚偏差Δhに依らないチルダαの関係式、
【0063】
【数18】
【0064】
を得る。ここで、Hpは圧下装置1の応答の特性を表し、これを定数Hcとして近似する場合には、例えば、被圧延材の最大の偏差ΔHMaxに対し、板厚制御装置が出力した最大指令値ΔS*Maxに対する実際の最大出力値ΔSMax Aの比率をHcとすれば、圧延機の特性を反映したチルダαを求めることが出来る。圧延前に塑性係数Qを仮定し(18)式を使用してチルダαを求めれば、張力変動Δσを最も小さくすべく、チューニング率αの値チルダαを把握できると同時に、板厚制御の視点からのαの下限値チルダαを圧延前に把握できる(下限値算出工程、下限値算出手段)。それにより、実施の形態1のK<0の場合を回避することができ、チューニング時間の短縮を図ることができる。
【0065】
実施の形態3.
また、圧延前に塑性係数Qを仮定し(18)式を使用して各圧延機iに対するチルダαiを求めれば、与えられたパススケジュールに依存した張力変動Δσに対するチューニング率αの負荷バランスを知ることが出来る。このチルダαiを基準として、各圧延機iでのチューニング率αに対して同一の係数C>0を加えるという形
【0066】
【数19】
【0067】
でチューニング率αの調整をすれば、各圧延機間の張力変動の偏りを抑制することができる。
【0068】
実施の形態4.
上述の実施の形態3において、圧延前に(18)式を使用して各圧延機iに対するチルダαiを求める場合、塑性係数Qを仮定しなければならないが、一般的に塑性係数Qは圧延荷重Fとの関係として、
【0069】
【数20】
【0070】
と表せる。この関係式を利用し、圧延開始直後に基準圧延荷重記憶装置に記憶された基準圧延荷重FA0を(20)式に代入することにより求めた塑性係数Q0を使用して(18),(19)式によりチューニング率αiの調整をすれば、各圧延機間の張力変動の偏りを抑制すべく、チューニング率αiの調整をより正確に行うことが出来る。
【0071】
実施の形態5.
以下、この発明の実施の形態5について説明する。(18)式により、与えられたパススケジュールに依存した張力変動Δσに対するチューニング率αの負荷バランスを知ることが出来る。(18)式は入側板厚Hと出側板厚hの関数になっているため、これを利用して張力変動Δσに対する負荷が均一になるようなパススケジュールを求めることが出来る。すなわち、(18)式を各圧延機iについて置きかえると、
【0072】
【数21】
【0073】
となる。また、(14),(15)式より
【0074】
【数22】
【0075】
である。そこで、張力変動Δσに対する負荷が均一になるように、
【0076】
【数23】
【0077】
として、(21)式を満たすhiの組み合わせ{hi}の中から1つの組み合わせ{チルダhi}を以下の視点から選ぶ。
(21)式により{チルダhi}からチルダαiを求め、
【0078】
【数24】
【0079】
としてαiを(22)式に代入することにより、各圧延機の板厚制御に対して負荷を均一に与えたときの、各圧延機での入側板厚偏差Δhi−1に対する出側板厚偏差Δhiを求めることが出来る。そこで、圧延機1の実際の入側板厚偏差ΔHi=Δh0に対して、圧延機Nの目標の出側板厚偏差ΔhNが実現するように{チルダhi}とcを決定する。以上のパススケジュール設定方法を利用すれば、各圧延機間の張力変動Δσに対する負荷バランスを分散させたパススケジュールを得ることが出来る。
【0080】
【発明の効果】
この発明に係る連続圧延機の板厚制御方法においては、連続圧延機のゲージメーター方式の板厚制御方法であって、被圧延材が圧延機に入る直前の入側板厚偏差を求める入側板厚偏差検出工程と、被圧延材が圧延機を通過直後の出側板厚偏差を求める出側板厚偏差検出工程と、入側板厚偏差及び出側板厚偏差とから板速度の先進率変動を求める先進率変動算出工程と、先進率変動,入側板厚偏差及び出側板厚偏差とに基づいて、圧延機間の張力変動抑制に係るチューニング率を調節するチューニング率調節工程とを有する。そのため、最大の効果を得る為の最適なチューニング率αを得ることが出来る。また、チューニング率αを変化させた時の張力への影響を定式化することが可能となり、チューニング率αを容易に調節することできることとなる。
【0081】
また、圧下装置の特性を定数で近似することにより導出可能な張力抑制を優先するときのチューニング率の最適値を使用し、さらに、塑性係数を仮定することにより、被圧延材の圧延前にチューニング率の下限値を算出する下限値算出工程をさらに有し、チューニング率調節工程は、下限値を使用して被圧延材の圧延前にもチューニング率を調節する。そのため、K<0の場合を回避することができ、チューニング時間の短縮を図ることができる。
【0082】
また、下限値算出工程は、複数の圧延機のチューニング率の下限値を算出し、チューニング率調節工程は、与えられたパススケジュールに依存した複数の圧延機に対する張力負荷を一定とするチューニング率の基準値を設定し、さらに、同一係数を基準値に加えることにより、複数の圧延機のチューニング率を求める。そのため、各圧延機間の張力変動の偏りを抑制することができる。
【0083】
また、チューニング率調節工程は、圧延開始直後に記憶した基準圧延荷重により求めた塑性係数を使用して、圧延中にチューニング率を調整する。そのため、チューニング率の調整をより正確に行うことが出来る。
【0085】
また、この発明に係る連続圧延機の板厚制御装置は、連続圧延機のゲージメーター方式の板厚制御装置であって、被圧延材が圧延機に入る直前の入側板厚偏差を求める入側板厚偏差検出手段と、被圧延材が圧延機を通過直後の出側板厚偏差を求める出側板厚偏差検出手段と、入側板厚偏差及び出側板厚偏差とから板速度の先進率変動を求める先進率変動算出手段と、先進率変動,入側板厚偏差及び出側板厚偏差とに基づいて、圧延機間の張力変動抑制に係るチューニング率を調節するチューニング率調節手段とを有する。そのため、最大の効果を得る為の最適なチューニング率αを得ることが出来る。また、チューニング率αを変化させた時の張力への影響を定式化することが可能となり、チューニング率αを容易に調節することできることとなる。
【0086】
また、圧下装置の特性を定数で近似することにより導出可能な張力抑制を優先するときのチューニング率の最適値を使用し、さらに、塑性係数を仮定することにより、被圧延材の圧延前にチューニング率の下限値を算出する下限値算出手段をさらに有し、チューニング率調節手段は、下限値を使用して被圧延材の圧延前にもチューニング率を調節する。そのため、K<0の場合を回避することができ、チューニング時間の短縮を図ることができる。
【0087】
また、下限値算出手段は、複数の圧延機のチューニング率の下限値を算出し、チューニング率調節手段は、与えられたパススケジュールに依存した複数の圧延機に対する張力負荷を一定とするチューニング率の基準値を設定し、さらに、同一係数を基準値に加えることにより、複数の圧延機のチューニング率を求める。そのため、各圧延機間の張力変動の偏りを抑制することができる。
【0088】
また、チューニング率調節手段は、圧延開始直後に記憶した基準圧延荷重により求めた塑性係数を使用して、圧延中にチューニング率を調整する。そのため、チューニング率の調整をより正確に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧延機間の張力モデルを示す模式図である。
【図2】圧延機の入側、出側板厚偏差を示す模式図である。
【図3】出側板厚偏差と先進率変動の関係を示すグラフである。
【図4】本発明の実施の形態1を表す構成図である。
【図5】図6のブロック図を変形したブロック図である。
【図6】ゲージメーター方式の板厚制御の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 圧下装置、4 基準圧下位置記憶装置、5 基準圧延荷重記憶装置、6 スイッチ、10 チューニング率α調節装置(チューニング率調節工程、チューニング率調節手段)、11 計測機構(入側板厚偏差検出工程、入側板厚偏差検出手段)、12 計測機構(入側板厚偏差検出工程、出側板厚偏差検出工程)、
13 ロードセル、ΔH 入側板厚偏差、Δh 出側板厚偏差、Δfs先進率変動。
Claims (8)
- 連続圧延機のゲージメーター方式の板厚制御方法であって、
被圧延材が圧延機に入る直前の入側板厚偏差を求める入側板厚偏差検出工程と、
被圧延材が圧延機を通過直後の出側板厚偏差を求める出側板厚偏差検出工程と、
上記入側板厚偏差及び上記出側板厚偏差とから板速度の先進率変動を求める先進率変動算出工程と、
上記先進率変動,上記入側板厚偏差及び上記出側板厚偏差とに基づいて、圧延機間の張力変動抑制に係るチューニング率を調節するチューニング率調節工程と、
を有することを特徴とする連続圧延機の板厚制御方法。 - 圧下装置の特性を定数で近似することにより導出可能な張力抑制を優先するときのチューニング率の最適値を使用し、さらに、塑性係数を仮定することにより、被圧延材の圧延前にチューニング率の下限値を算出する下限値算出工程をさらに有し、
上記チューニング率調節工程は、上記下限値を使用して被圧延材の圧延前にもチューニング率を調節することを特徴とする請求項1記載の連続圧延機の板厚制御方法。 - 上記下限値算出工程は、複数の圧延機のチューニング率の下限値を算出し、
上記チューニング率調節工程は、与えられたパススケジュールに依存した該複数の圧延機に対する張力負荷を一定とするチューニング率の基準値を設定し、さらに、同一係数を該基準値に加えることにより、該複数の圧延機のチューニング率を求めることを特徴とする請求項2記載の連続圧延機の板厚制御方法。 - 上記チューニング率調節工程は、圧延開始直後に記憶した基準圧延荷重により求めた塑性係数を使用して、圧延中にチューニング率を調整することを特徴とする請求項3記載の連続圧延機の板厚制御方法。
- 連続圧延機のゲージメーター方式の板厚制御装置であって、
被圧延材が圧延機に入る直前の入側板厚偏差を求める入側板厚偏差検出手段と、
被圧延材が圧延機を通過直後の出側板厚偏差を求める出側板厚偏差検出手段と、
上記入側板厚偏差及び上記出側板厚偏差とから板速度の先進率変動を求める先進率変動算出手段と、
上記先進率変動,上記入側板厚偏差及び上記出側板厚偏差とに基づいて、圧延機間の張力変動抑制に係るチューニング率を調節するチューニング率調節手段と、
を有することを特徴とする連続圧延機の板厚制御装置。 - 圧下装置の特性を定数で近似することにより導出可能な張力抑制を優先するときのチューニング率の最適値を使用し、さらに、塑性係数を仮定することにより、被圧延材の圧延前にチューニング率の下限値を算出する下限値算出手段をさらに有し、
上記チューニング率調節手段は、上記下限値を使用して被圧延材の圧延前にもチューニング率を調節することを特徴とする請求項5記載の連続圧延機の板厚制御装置。 - 上記下限値算出手段は、複数の圧延機のチューニング率の下限値を算出し、
上記チューニング率調節手段は、与えられたパススケジュールに依存した該複数の圧延機に対する張力負荷を一定とするチューニング率の基準値を設定し、さらに、同一係数を該基準値に加えることにより、該複数の圧延機のチューニング率を求めることを特徴とする請求項6記載の連続圧延機の板厚制御装置。 - 上記チューニング率調節手段は、圧延開始直後に記憶した基準圧延荷重により求めた塑性係数を使用して、圧延中にチューニング率を調整することを特徴とする請求項7記載の連続圧延機の板厚制御装置。
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