JP4227243B2

JP4227243B2 - 圧延機の尾端部蛇行制御方法

Info

Publication number: JP4227243B2
Application number: JP11911099A
Authority: JP
Inventors: 篤石井; 茂小川; 健二山田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: JP2000312911A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延操業において、被圧延材の尾端部が圧延機を通板する際に発生する蛇行による絞り込みを防止するための蛇行制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧延の操業において、鋼ストリップ（以下、単に“圧延材”と記す）の尾端部が各スタンドの圧延機を通り抜ける際、いわゆる尻抜け時に、圧延材が圧延機の幅方向中心、すなわち、ミルセンターから幅方向に横ずれ（以下、“蛇行”と称する）し、これが原因で圧延材の尾端部が圧延機入側に設けられているサイドガイドと接触し、圧延材が折れ込んだ状態で圧延される、いわゆる絞り込みという現象が発生する。このような絞り込みが起った場合、過大な圧延荷重が圧延機に加わるため、圧延ロールに疵が入ったり、場合によっては、圧延ロールが破損し圧延不能になるなど大きなトラブルが発生する。
【０００３】
このような圧延トラブルを避ける技術、すなわち、蛇行を防止し圧延材を圧延ラインに真直に通板させる制御技術を一般に蛇行制御技術と称するが、従来から、圧延材が蛇行した時、圧延機の作業側と駆動側（以下、“左右”と簡易表記する）の圧延荷重に差が生じるので、この左右の荷重差を蛇行量と強い相関のある制御量として、この荷重差をなくす方向に圧延機の左右の圧下位置差の制御（以下、この左右の圧下位置差を制御する制御方法を“圧下レベリング制御”と呼ぶことにする）を行う方法がある。また、この方法の改良として、例えば特公昭５８−５１７７１号公報のように圧延機の左右に圧延荷重検出器を設け、左右の圧延荷重を別々に検出し、左右の荷重差の左右の荷重和に対する比（以下これを“荷重差率”と称する）を演算し、この荷重差率に基づいて圧下レベリング制御を行う方法、また、特開昭５６−１６０８１７号公報のように、荷重差検出信号に圧下位置差信号に基づく補正信号を加算し、圧下位置差変更時の荷重差の変動を補正し、圧下レベリング制御する方法などが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の蛇行制御方法では、測定されるロードセル荷重の左右差信号に基づいて圧下レベリング制御を行っているので、ロードセルから検出される荷重に種々の外乱が含まれる場合には、かえって蛇行を助長するような制御になる場合もあり、必ずしも十分な効果をあげるまでに至っていない。
そこで、本発明では、ロードセル荷重に含まれる外乱を特定し、この外乱の影響を補正した圧延荷重差または荷重差率に基づいた圧下レベリング制御を行うことによって従来に比して高精度な蛇行制御方法を提示するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、綿密な調査および解析検討の結果、圧延機のロードセルで測定される圧延荷重の左右差には、圧延材と作業ロール間の圧延荷重分布の左右非対称性の他に、例えば４段圧延機の場合、作業ロールと補強ロールの間、６段圧延機の場合、作業ロールと中間ロール、中間ロールと補強ロールとの間にロール軸方向に作用するスラスト力が最も大きな要因として含まれていることを知見した。これらのスラスト力は、ロールに余分なモーメントを与え、このモーメントに釣り合うようにロール間の接触荷重のロール軸方向分布が変化し、これが最終的に圧延機の圧延荷重用ロードセルで測定される荷重の左右差に対する外乱として現れることになる。
【０００６】
上述したようなロール間スラスト力が発生する主原因は、互いに接触すると隣り合うロールの回転軸が、ロールチョックとハウジングウィンドウ間の僅かな間隙の分だけ平行位置からずれることによる。このように隣り合うロール軸の平行度に誤差を生じた場合、ロール回転に伴う両者のロール周速ベクトルにロール軸方向の偏差成分を生じることになり、この偏差成分にしたがって、ロール回転に伴って常にロール軸方向の滑りを生じることになる。このような滑りによって発生する力がロール間スラスト力であり、滑りを継続的に発生させる力が、ロールチョックを軸方向に固定しているキーパープレート等から作用するスラスト反力ということになる。
【０００７】
以上説明したようにロール間スラスト力は、隣り合うロール軸の僅かな平行度の誤差によって発生するので、その方向や大きさは一般には不明であり、また、ロール表面性状の変化とともに時々刻々変化する可能性のある不安定なものである。したがって、上記に示したような圧延荷重の左右差または荷重差率による蛇行制御を行う場合においても、圧延荷重測定用ロードセルの左右差にはロール間スラスト力による外乱が混入することになるので、この影響を排除して圧下レベリング制御を実施する必要があることがわかる。
【０００８】
さらに、熱間仕上圧延設備のように圧延材の尾端部が各スタンド間を数秒で通り抜ける尻抜け時に、上記のようなスラスト力の影響を考慮した蛇行制御を実施する場合には、荷重差または荷重差率に及ぼすスラスト力の影響係数を予め算出しておき、尻抜け時にはスラスト力の補正演算を、この影響係数を用いた四則演算程度にとどめ、短時間にする必要がある。
【０００９】
そこで本発明では、４段以上の多段圧延機において、該圧延機の上下の少なくとも一方の作業側および駆動側の圧延荷重をそれぞれ検出し、荷重差または荷重差率を求め、この値に基づいて該圧延機の圧下レベリング制御を行い、被圧延材の蛇行を防止する蛇行制御方法において、上下の少なくとも一方の荷重差または荷重差率に及ぼす互いに接触するロール間に作用するロール軸方向スラスト力の影響係数を算出するステップと、補強ロール以外のロールのうち上下の少なくとも一方のすべてのロールのロール軸方向スラスト反力を前記圧延荷重測定と同時点で測定し、この測定値および該スラスト力影響係数に基づいて荷重差または荷重差率を補正するステップと、この補正した荷重差または荷重差率に基づいて圧下レベリング制御するステップからなることを特徴とする圧延機の尾端部蛇行制御方法を開示する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図１の流れ図および図２の圧延設備に基づいて説明する。図２の圧延設備は、作業ロール（以下、“ＷＲ”と簡易表記する）１ａ、１ｂ、補強ロール（以下、“ＢＵＲ”と簡易表記する）２ａ、２ｂからなる４段圧延機で、ＢＵＲ反力測定用ロードセル６ａ、６ｂ、スラスト反力測定用ロードセル７ａ、圧下装置８ａ、８ｂ、演算装置９が設けられている。
【００１１】
各ロールのロール軸方向にスラスト力が生じた場合、これらのスラスト力は、ロールに余分なモーメントを与え、このモーメントに釣り合うようにロール間の接触荷重のロール軸方向分布が変化し、これが最終的に圧延機の圧延荷重用ロードセルで測定される荷重の左右差に対する外乱として現れる。したがって、これらのスラスト力を測定あるいは推定し、圧延荷重差への影響を排除して圧下レベリング制御を実施することによって従来に比べ高精度な蛇行制御を行うことができる。上ＷＲとＢＵＲの間で生じたスラスト力Ｔ_WB ^Tは、圧延材−ＷＲ間に作用するスラスト力を零と見なせるならば、作業ロールチョック４ｂを介してスラスト反力測定用ロードセル７ａで測定されるＴ_W ^Tと一致する。したがって、実測されたロードセル荷重の左右差Ｐ_df ^Tからこのスラスト力による外乱の影響を差し引いた値Ｐ_df ^T*は、下記（１）式により算出される。
Ｐ_df ^T*＝Ｐ_df ^T−ｆ_T・Ｔ_W ^T （１）
ただし、
Ｐ_df ^T*：スラスト力の影響を差し引いた上ロードセル荷重の左右差
Ｐ_df ^T：実測した上ロードセル荷重の左右差
Ｔ_W ^T：実測した上ＷＲスラスト反力
ｆ_T ：上圧延荷重差に及ぼす上ＷＲ−ＢＵＲ間スラスト力の影響係数
である。尚、各記号の上の添字のＴは圧延機の上部を意味する。
【００１２】
また、上圧延荷重差に及ぼす上ＷＲ−ＢＵＲ間スラスト力の影響係数ｆ_Tは、ＢＵＲに作用するスラスト反力の作用点位置などから決まる影響係数であり、既知のスラスト力を与えてロードセル荷重の左右差の変化を観察することによって求めることができる。このようなスラスト力の影響係数を予め算出しておき、実際の尻抜け時には、このスラスト力影響係数を用いることによってスラスト力の補正演算を短時間で実施することができる。
【００１３】
以上のようなスラスト力影響係数の算出ステップを経た後、尾端部通板時におけるスラスト力の影響を考慮した圧延荷重差による蛇行制御は、以下のようにして実施される。すなわち、ロードセル６ａ、６ｂにおいて作業側と駆動側の圧延荷重Ｐ_W、Ｐ_D、スラスト反力測定用ロードセル７ａにおいて上ＷＲスラスト反力Ｔ_W ^Tが測定され、演算装置９へ出力される。演算装置９においては、これらの測定値から圧延荷重差Ｐ_dfおよび／またはその時間微分値ｄＰ_df／ｄｔが算出され、予め算出しておいたスラスト力の影響係数ｆ_Tに基づき、スラスト力の影響を差し引いた上ロードセル荷重の左右差Ｐ_df ^T*および／またはその時間微分値ｄＰ_df ^T*／ｄｔが算出される。尚、この際の演算は、第（１）式に示したような簡単な式での演算であり、尻抜け時の数秒の短い時間においても十分に実行可能である。これら補正されたＰ_df ^T*および／またはｄＰ_df ^T*／ｄｔに比例および／または微分ゲインを乗じ、圧下レベリング制御量ΔＳ_dfが算出され、このΔＳ_dfが圧下装置８ａ、８ｂに出力される。圧下装置８ａ、８ｂにおいては、圧下レベリング制御量ΔＳ_dfに基づき、蛇行を抑制するための圧下レベリング制御が上記の手順で繰り返し実施される。尚、この場合は圧延荷重差による制御の例を示したが、Ｐ_df ^T*を作業側と駆動側の和荷重で割った荷重差率を用いた制御の場合でも同様の効果を得ることができる。
【００１４】
また、上述の例は、４段圧延機の上部にロードセルを有する場合であるが、下部にＢＵＲ反力測定用ロードセルおよびスラスト反力測定用ロードセルを有するような設備、あるいは図３に示すような上下両方にこれらのロードセル（６ｃ，６ｄおよび７ｂが下部ロードセル）を有する設備に対しても同様に適用できる。また、６段以上の圧延機の場合は、中間ロールにもスラスト反力測定用ロードセルの設置を行えば、同様に適用することができる。例えば、６段圧延機の場合は下記（２）式を用いて、同様にＰ_ｄｆ ^Ｔ＊を算出する。
Ｐ_df ^T*＝Ｐ_df ^T−ｆ_BIT・Ｔ_BI ^T−ｆ _IWT・Ｔ_W ^T （２）
Ｔ_BI ^T−Ｔ_W ^T ＝Ｔ_I ^T
ただし、
Ｔ_I ^T ：実測した上中間ロールスラスト反力
Ｔ_W ^T ：実測した上ＷＲスラスト反力
Ｔ_BI ^T ：上ＢＵＲ−中間ロール間に作用するスラスト力
ｆ_BIT ：上圧延荷重差に及ぼす上ＢＵＲ−中間ロール間スラスト力の影響係数
ｆ _IWT ：上圧延荷重差に及ぼす上中間ロール−ＷＲ間スラスト力の影響係数
である。尚、この場合は、スラスト力の影響係数ｆ _IWTおよびｆ_BITを予め算出しておく必要がある。
【００１５】
以上説明したように本発明では、荷重差または荷重差率に及ぼすロール軸方向のスラスト力影響係数を予め算出するステップと、圧延材の尾端部通板時に、この影響係数およびスラスト力の測定に基づいて補正演算を実施するステップと、この補正した荷重差または荷重差率に基づいて圧下レベリング制御を行うステップによって尾端部の蛇行制御を実施することによって、高速でかつ従来に比してより高精度な制御を実現することができる。
【００１６】
【実施例】
図２に示す圧延設備と同等の機能を有する熱間の仕上圧延機の第７スタンドに本発明の蛇行制御方法を適用した場合の実施例について説明する。
圧延荷重差率に基づく蛇行制御に関して、従来方法とスラスト力の影響を考慮した本発明の方法との比較を行った。先ず、スラスト力の影響の補正は行わず、従来の圧延荷重差率に基づく圧下レベリング制御を、圧延材が第６スタンドを抜けてから第７スタンドを抜けるまでの間で実施した。この結果、出側板厚１．２mm、幅１２００mmの薄物広幅材の圧延した場合、第７スタンドの圧延機において、絞り込みが発生した。
【００１７】
一方、本発明の蛇行制御方法では、予め算出しておいたスラスト力の影響係数およびスラスト反力の測定値に基づき、荷重差率の補正を行い、この補正された荷重差率に基づき、第６スタンドを抜けてから第７スタンドを抜けるまで、圧下レベリング制御を実施した。その結果、従来法で絞り込みが生じた出側板厚１．２mm、幅１２００mmの薄物広幅材の圧延した場合でも、圧延材を圧延ラインに真直に通板させることができ、圧延材の尻抜け圧延時に事故がない安定な圧延操業を実現することができた。
このように、実際の熱間の圧延設備に、本発明の蛇行制御方法を適用した場合においても、圧延材の尾端部が圧延機を通板する際に発生する蛇行を正確に制御することができ、絞り込みを防止できることが検証された。
【００１８】
【発明の効果】
本発明方法は以上説明した通り、圧延材が圧延機を通板する際に発生する蛇行を正確に制御することができ、その結果、圧延材の尻抜け圧延時の事故がほとんど皆無の状態となり、圧延操業の作業効率および歩留を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す流れ図。
【図２】本発明の好ましい実施の形態を説明するための圧延設備の構成図。
【図３】本発明の他の好ましい実施の形態を説明するための圧延設備の構成図。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ作業ロール
２ａ、２ｂ補強ロール
３圧延材
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ作業ロールチョック
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ補強ロールチョック
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ補強ロール反力測定用ロードセル
７ａ、７ｂスラスト反力測定用ロードセル
８ａ、８ｂ圧下装置
９演算装置
１０演算装置９の出力

Claims

４段以上の多段圧延機の上下の少なくとも一方の作業側および駆動側の圧延荷重をそれぞれ検出し、荷重差または荷重差率を求め、この値に基づいて該圧延機の圧下レベリング制御を行い、被圧延材の蛇行を防止する蛇行制御方法において、
上下の少なくとも一方の荷重差または荷重差率に及ぼす互いに接触するロール間に作用するロール軸方向スラスト力の影響係数を算出するステップと、補強ロール以外のロールのうち上下の少なくとも一方のすべてのロールのロール軸方向スラスト反力を前記圧延荷重測定と同時点で測定し、この測定値および該スラスト力影響係数に基づいて荷重差または荷重差率を補正するステップと、この補正した荷重差または荷重差率に基づいて圧下レベリング制御するステップとからなることを特徴とする圧延機の尾端部蛇行制御方法。