JP4091919B2

JP4091919B2 - 板圧延における板クラウン形状制御方法

Info

Publication number: JP4091919B2
Application number: JP2004022979A
Authority: JP
Inventors: 恭行高町; 茂小川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP2005211953A

Description

本発明は、ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置の動作限界時間起因で、最終的に板クラウン形状制御装置の設定に不具合を起こすことなく、当該圧延機での目標とする圧延材の板クラウン形状を得ることができる、板圧延における板クラウン形状制御方法に関する。

圧延材の板クラウンおよび板形状を計算機制御によって、圧延後の目標板クラウンおよび板形状を達成するためには、圧延条件が与えられた時点で、先ず、その圧延で生じる板クラウンおよび板形状を実用的精度で表現するモデル、すなわち板クラウン形状予測モデルが必要となる。このモデルは、圧延現象を表現する物理モデルとして、たとえば、特許文献１で開示されている『圧延制御方法』が知られている。この方法では、ロール変形を代表するパラメータとして、圧延材とワークロールとの間の幅方向荷重分布が一様である場合に実現される板クラウン定義点位置での板クラウンをメカニカル板クラウンＣとして定義している。圧延条件によって計算されるメカニカル板クラウンＣは、ミル形式によって異なるが、たとえばペアクロスミルの場合、次式のように計算されることが知られている。
Ｃ＝Ａ_P・Ｐ＋Ａ_F・Ｆ＋Ｃo＋Ｃ_cross （1）
ここで、Ｐは圧延荷重、Ｆはワークロールベンディング力、Ｃoはロールプロフィルの影響項、クロス角によるメカニカル板クラウン制御量項であり、Ａ_P、Ａ_Fはミル形式、ミルディメンジョン、圧延材板幅などの圧延条件の関数として求められるモデル係数である。

このメカニカル板クラウンＣは、圧延機の変形特性のみで決まる変形量であるが、実圧延での幅方向荷重分布は入側板クラウンや圧延材の幅方向メタルフローなどに起因する材料変形特性によって様々に変化することから、出側板クラウンＣ_ｈは、メカニカル板クラウンには一致せず、一般的に次式で表される。
Ｃ_ｈ＝（１−η）Ｃ＋η（１−ｒ）Ｃ_H （2）
ここで、ηはクラウン比率遺伝係数、ｒは圧下率、Ｃ_Hは入側板クラウンである。

また、複数の圧延パスを有し、かつ最終パスで目標板クラウン形状を達成するための最適スケジュール計算、すなわち上述したメカニカル板クラウン、上記関係式および板圧延形状限界を考慮して、板クラウン形状制御装置における制御量を計算する方法が特許文献２に開示されている。すなわち、この計算方法では、実圧延操業で与えられた最終パス出側の目標板クラウン形状を達成し、かつ各圧延パス出側での圧延形状限界を考慮した最適な各パス出側板クラウンを算出されている。さらに上記式（2）を用いて、各圧延パスにおける目標メカニカル板クラウンを算出し、その算出値を実現するために、たとえばワークロールベンディングとクロス角の設定量が式（1）を用いて計算されることになる。

このとき、ペアクロスミルのように板クラウン形状制御装置が２種類（ワークロールベンダとぺアクロス角）ある場合、この２種類の制御装置の設置値を決める必要がある。ここでは、このような場合の板クラウン形状制御装置における設定値の一般的な計算方法ついて述べる。このときの当該圧延機のメカニカルクラウン制御範囲と目標メカニカル板クラウンの関係を図３に示す。一般的には、たとえば圧延操業中の圧延荷重変動によるスタンド間板形状の悪化などに速やかに対処するため、制御応答性の速いワークロールベンダは、できるだけ余力、たとえばバランス設定とし、前回のクロス角設定値（図３○位置）から変更して、図３の●位置でクロス角が決定される。上記バランス設定は、ワークロールベンダに上ワークロールの自重を支持するだけのベンダ力を付与したバランス状態に設定するものである。このバランス状態では、インクリース力およびディクリース力に余裕がある状態となっている。
特開昭５９−１３０６１４号公報特開昭５９−７６６０５号公報

しかしながら、近年の圧延生産性の向上対策などに伴い、圧延ピッチが大幅に短縮されてきており、アイドリング中にクロス角変更を行うペアクロスミルでは、その動作能力によっては、圧延材が当該圧延機に到達するまでに、図３の●位置クロス角設定量に不可能な場合がある。この場合、図３の◎位置で示すように、クロス角動作可能限界値でクロス角を設定し、それらの制御設置値で圧延が行われることになる。

上記従来技術によると、当該圧延機で目標とするメカニカル板クラウンを実現不可であるため、当該圧延機以降のスタンド間で通板形状に悪影響をおよぼし、圧延通板トラブルの要因となっていた。

本発明は、上述した従来技術の問題を解決し、設定計算時に板クラウンおよび板形状設定計算精度を良好し、圧延後の目標の板クラウンおよび板形状を得るための板クラウン形状制御方法を提供する。

上記目的を達成するための本発明の要旨とするところは、下記の通りである。
（１）板クラウン形状制御装置として少なくともワークロールベンダを有し、さらに、その他の板クラウン形状制御装置をも有する圧延機の各板クラウン形状制御装置の設定値を計算して板クラウン形状を制御する、板圧延における板クラウン形状制御方法において、当該圧延でのワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置の動作限界時間を演算し、該動作限界時間とワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置の動作時間とから、当該圧延におけるワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置の最大変更量を演算し、該最大変更量を板クラウン形状設定計算モデルに加味して、ワークロールベンダとそれ以外の板クラウン形状制御装置の設定値を算出して板クラウン形状を制御することを特徴とする、板圧延における板クラウン形状制御方法。
（２）前記ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置が、ペアクロスミルまたはモノクロスミルのクロス角制御装置であることを特徴とする、上記（１）に記載の板圧延における板クラウン形状制御方法。
（３）前記ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置が、６段圧延機の中間ロールシフト装置であることを特徴とする、上記（１）に記載の板圧延における板クラウン形状制御方法。
（４）前記ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置が、ボトル形状のワークロールプロフイ−ルを有し、上、下ワークロールを軸方向に互いに逆向きにシフトさせて板クラウン形状を制御する装置であることを特徴とする、上記（１）に記載の板圧延における板クラウン形状制御方法。

以上説明してきたように、本発明を適用すれば、従来技術に比べて、当該圧延での前記ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置の動作限界時間起因で、最終的に板クラウン形状制御装置の設定に不具合を起こすことなく、当該圧延機での目標とする圧延材の板クラウン形状を得ることができ、熱間圧延機列において、目標とする板クラウン形状を安定的に提供することができる。

ペアクロスミルのクロス角変更は、たとえば、（１）クロス角制御設定値の決定→（２）ワークロール水切板の退避→（３）ワークロールベンダ力変更（バランス状態）→（４）クロス角変更→（５）ワークロール水切板の設置の手順で行われる。このため、ペアクロスミルのクロス角変更には、ワークロールベンダ力変更に比べて、多大な時間がかかることがわかる。このようなミルでは、圧延ピッチが小さくなり、クロス角設定変更に適用されるアイドリング時間が短くなると、［背景技術］の項でも述べたように、クロス角の制御設定値の変更が間に合わなくなる場合がある。ここで、たとえば図２に示した熱間連続圧延機列を用いて、クロス角設定過程について簡単に説明しておく。言うまでもないがクロス角の設定変更は、圧延材が当該圧延機に到着するまでに終了する必要がある。たとえば、図５に示した熱間連続圧延機列では、ペアクロスミルがＦ１〜Ｆ３の圧延機に配置されており、たとえば、圧延材先端が最終粗ミル〜熱間圧延機列間の図５のＡ位置を通過した時点で、図４で示した目標メカニカル板クラウン設定に対するクロス角設定値（図４の●位置）に達していなくても強制的にクロス角設定装置の動作が中止（中止信号が出される）がされ、たとえば、クロス角変更設定値（図４の◎位置）が当該圧延でのクロス角となり、それで圧延操業が行われることになる。

先ず、発明者らは、図４に示した当該圧延機で目標の板クラウン形状を達成するためのメカニカルクラウン制御範囲と目標メカニカル板クラウンの関係から、クロス角設定値が図４の◎位置であても、ワークロールベンダ値の設定値が変更できれば、圧延材の当該圧延機における目標板クラウン形状を達成可能（図４の○位置）であることに着目した。このとき、クロス角変更設定値（図４の◎位置）を検出し、式（1）を用いてワークロールベンダ力に迅速に変更することも考えられるが、この場合、クロス角度の実測が必要となる。ワークロールベンダ力再変更の場合、上記クロス角設定装置の動作中止信号が出され最終的なクロス角を正確に把握するまでに時間がかかり、その間も圧延材は後面へ進行していることから、その設定値を算出が当該圧延に間に合わないこともあることが、発明者らの調査からわかった。

上述したように、当該圧延機で目標の板クラウン形状を達成する解があるにもかかわらず、板クラウン形状制御装置の設備動作限界でそれが達成できない。発明者らは、板クラウン形状計算モデルが起動するタイミングで、図５のＡ位置を圧延材先端が通過する時間と上記クロス角制御装置の動作時間から、クロス角制御装置の最大動作量が演算できれば、それをクロス角の最大変更量として、従来技術である特許文献２に開示されている板クラウン形状設定計算モデル取り込めれば、従来技術である板クラウン形状設定計算モデルを用いて、上記不具合を起こすことなく、板クラウン形状制御装置の設定値を計算できることを見い出した。本発明の具体的な計算方法を実施例で詳しく説明するものとする。

本発明の具体事例を以下に示す。図２には、熱間圧延機列の板クラウン形状設定計算および本発明の計算タイミングを説明するための一例を示す。図２に示した熱間圧延機列は、７スタンドから構成され、第１〜３までの圧延機にペアクロスミルを配置した。このとき、熱間圧延機列の設定計算は、たとえば、図２のＢ位置での最終粗ミル出側圧延材温度計に圧延材先端が通過してから、その板温度を初期値として、図２に示した手順で板厚、板クラウン形状設定計算が行われる。ここで、たとえば、上記手順で設定計算が終了し、板クラウン形状制御装置がその設定値に変更されることになる。このとき、図２のＡ位置は、そこを圧延材先端が通過した時点で、ペアクロス設定変更を止める位置である。すなわち、この位置を圧延材先端が通過すれば、ペアクロス角設定の途中であってもそれが中止されることになる。この位置は、圧延操業上あらかじめ設置位置として決められている。

発明者らは、圧延設定計算において、図２の熱間圧延機列の各圧延機での圧延材通過時間を計算する時間トラッキングモデルから計算され、これは、前記各圧延機での圧延材温度計算やその結果に基づく圧延荷重計算に使用されていることを知見していた。これより、圧延材先端が図２のＡ位置を通過してから、熱間圧延機列の最終圧延機までの時間トラッキング計算はすでに実施されており、図２のＢ〜Ａ間で圧延材先端が通過する時間は、上記トラッキングモデル用いれば、図２のＢ〜Ａ間での予測経過時間Δｔ_Ｂを算出することができる。この予測時間Δｔ_Ｂは、ペアクロス角を変更する動作限界時間に相当することがわかる。このとき、Δｔ_Ｂには、圧延設定計算時間や時間トラッキングモデルの予測誤差が含まれており、ペアクロス角変更の動作限界時間Δｔ_Ｂ ^′としては、次式が望ましい。
Δｔ_Ｂ ^′＝Δｔ_Ｂ−α （3）
ここで、αは動作限界時間の安全サイドを取るための係数であり、これは、予め圧延操業から決めればよい（α≧０．０）。

次に、ペアクロスミルのクロス角変更量（Δθ）に対する変更時間（Δｔ_θ）を、たとえば、Δθの関数として次式で表現することを考える。
Δｔ_θ＝ｆ（Δθ）（4）
このとき、ｆ（Δθ）は、予めΔθを変更し、その変更時間を関数として表現しておけばよい。ここでは、Δｔ_θを関数型として表現することを考えたが、たとえば、Δｔ_θとΔθを表現可能なテーブルを用意してもよい。

式（3）、（4）より、次式が得られることがわかる。
Δｔ_Ｂ ^′＝ｆ（Δθ_ＭＡＸ）（5）
ここで、式（5）を用いて、ペアクロス角変更量の動作限界時間Δｔ_Ｂ ^′に対応したペアクロス角に最大変更量Δθ_ＭＡＸを演算すればよい。
このとき、板クラウン形状設定計算モデルに用いられるクロス角の上下限値は、前圧延材におけるクロス角設定値をθ_ｏｌｄとした場合、次式で与えられる。
θ_ＭＡＸ＝θ_ｏｌｄ＋Δθ_ＭＡＸ（6）
θ_ＭＩＮ＝θ_ｏｌｄ−Δθ_ＭＡＸ（7）
ただし、式（6）、（7）におけるクロス角の上下限値は、設備上の上下限値を越えた場合、その値に変更されることは言うまでもない。ちなみに、従来計算方法におけるクロス角の上下限値は設備上の上下限値に一致する。

クロス角の動作時間を考慮して得られた式（6）、（7）のクロス角の上下限値を用いて、特許文献２に開示されている方法を用いれば、クロス角とワークロールベンダ設定値を計算することができる。このときの本発明と従来技術との板クラウン形状制御設定値を比較した結果を図１に示す。図より、本発明によれば、クロス角の動作限界内で、当該圧延機で目標の板クラウン形状を達成するための、図１（a）の○位置に示したペアクロスミルのクロス角およびワークロールベンダ力を得ることができる。また、従来技術（図１（b））による板クラウン形状設定では、最終的に、クロス角制御装置の動作限界となり、図１（b）の◎位置で示したペアクロスミルのクロス角（ワークロールベンダ力はバランス）で圧延操業を行うことになる。すなわち、従来技術では、当該圧延機で目標の板クラウン形状を達成できないことになり、当該圧延機で通板形状に悪化してしまった。

ここでは、ペアクロス角変更の動作限界時間を圧延ライン上の位置から計算したが、たとえば、圧延材先端が圧延機に噛み込む時間を基準に考えてもよい。また、上述では、ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置をペアクロスミルのクロス角度変更装置としたが、たとえば６段圧延機の中間ロールシフト装置やＣＶＣミルのワークロールシフト装置として考えることもできる。さらに、上記ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置は、上述した装置に限ることなく、他の制御装置を適用してもよい。

メカニカルクラウン制御範囲と目標メカニカル板クラウンとの関係を、本発明と従来技術とを比較して示す線図である。本発明の実施形態を説明するための模式図である。従来技術の問題点を説明するためのもので、メカニカルクラウン制御範囲と目標メカニカル板クラウンとの関係を示す線図である。本発明の実施の形態を説明するためのもので、メカニカルクラウン制御範囲と目標メカニカル板クラウンとの関係を示す線図である。従来技術の問題点を説明するための模式図である。

Claims

板クラウン形状制御装置として少なくともワークロールベンダを有し、さらに、その他の板クラウン形状制御装置をも有する圧延機の各板クラウン形状制御装置の設定値を計算して板クラウン形状を制御する、板圧延における板クラウン形状制御方法において、当該圧延でのワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置の動作限界時間を演算し、該動作限界時間とワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置の動作時間とから、当該圧延におけるワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置の最大変更量を演算し、該最大変更量を板クラウン形状設定計算モデルに加味して、ワークロールベンダとそれ以外の板クラウン形状制御装置の設定値を算出して板クラウン形状を制御することを特徴とする、板圧延における板クラウン形状制御方法。
前記ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置が、ペアクロスミルまたはモノクロスミルのクロス角制御装置であることを特徴とする、請求項１に記載の板圧延における板クラウン形状制御方法。
前記ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置が、６段圧延機の中間ロールシフト装置であることを特徴とする、請求項１に記載の板圧延における板クラウン形状制御方法。
前記ワークロールベンダ以外の板クラウン形状制御装置が、ボトル形状のワークロールプロフイ−ルを有し、上、下ワークロールを軸方向に互いに逆向きにシフトさせて板クラウン形状を制御する装置であることを特徴とする、請求項１に記載の板圧延における板クラウン形状制御方法。