JP4523728B2 - 連続調質圧延機の伸び率制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、調質圧延機による鋼板の調質圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１のように、調質圧延機１のワークロールおよび前後のブライドルロール２，５がそれぞれ独立な電動機７〜７ｈに減速機６〜６ｈを介して連結され、それぞれ独立な速度制御手段８〜８ｈによって制御される一般的な調質圧延設備では、従来以下のような伸び率制御手法が用いられている。すなわち、（Ａ）何らかの方法で計算された最適圧延荷重値をあらかじめ初期プリセット荷重値として設定。（Ｂ）鋼板１０の溶接点が調質圧延機を通過した後、当該プリセット荷重値を実現するまで圧下制御手段９で圧延機ロールの圧下量を操作し、（Ｃ）圧延荷重実績が初期プリセット荷重値に到達した後、伸び率実績のフィードバック情報を用いて、圧下制御手段９により圧下量を操作することで、所望の伸び率を達成させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上記制御手法におけるの（Ｂ）段階では、プリセットされた圧延荷重値を達成するまで、圧下量を比較的高速で操作するため、その際の伸び率は速やかに変化し、プリセットされた圧延荷重値と所望の伸び率を実現するために必要な圧延荷重の真値との間に誤差が全く無ければ、伸び率制御開始から最短時間で所望の伸び率を実現することが出来る。
【０００４】
しかしながら、このプリセットされた最適圧延荷重値と圧延荷重の真値との間には、材料特性のばらつき等さまざまな条件によって実際には多少の誤差が生じ、結果として目標伸び率に対して、伸び率偏差が生じる。上記した従来の手法では、この初期プリセット荷重値達成時に発生した伸び率偏差分を、圧下制御手段にフィードバックし、圧延力を操作するという伸び率フィードバック制御を行うことで解決しているが、この場合、上記誤差が大きいと、それに伴って伸び率不合期間が長くなり、製品の歩留まりの点で問題が生じる。そこで、本発明は、このような問題を解決して、初期プリセット荷重値の誤差の大きさにかかわらず、圧延材料の伸び率不合期間を大幅に短縮化し、圧延材の歩留まりを向上させることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる連続調質圧延機の伸び率制御方法は、調質圧延機ワークロールと圧延機前後のブライドルロールがそれぞれ独立の電動機によって速度制御され、鋼板の調質圧延の最適圧延荷重値を予め算出し、該最適圧延荷重値を圧延荷重値としてプリセットして、予め設定された設定伸び率ｅ^refになるように鋼板を圧延する連続式調質圧延機の伸び率制御方法において、前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに基づき圧延機の圧下制御手段により前記鋼板を圧下し、圧延荷重実績が前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに到達する前の時点ａに、圧下位置Ｓ_aおよび圧延荷重値Ｐ_aを求め、圧延荷重実績が前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに到達した時であるセットアップ荷重値確立の時点ｂに、圧下位置Ｓ_b、圧延荷重値Ｐ_b、並びに、入側板速度Ｖ_1bおよび出側板速度Ｖ_2bに基づき伸び率実績ｅ_bを算出し、前記時点ａにおける圧下位置Ｓ_aと圧延荷重値Ｐ_a、前記時点ｂにおける圧下位置Ｓ_bと圧延荷重値Ｐ_b、およびミル定数Ｍから前記鋼板の塑性係数Ｑを算出し、前記設定伸び率ｅ^ref、時点ｂにおける伸び率実績ｅ_b、塑性係数Ｑ、および鋼板の入側板厚Ｈ₁に基づき、前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setを補正するためのセットアップ荷重補正量Ｐ_asjを算出し、前記前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setとセットアップ荷重補正量Ｐ_asjとを加算して新たなプリセット荷重として前記圧下制御手段に再設定することを特徴とする。
また、本発明に係わる連続調質圧延機の伸び率制御方法は、前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ _set に基づき圧延機の圧下制御手段により前記鋼板を圧下し、圧延荷重実績が前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに到達する前の時点ａに、圧下位置Ｓ_a および圧延荷重値Ｐ_a、並びに、入側板速度Ｖ_1aおよび出側板速度Ｖ_2aに基づき伸び率実績ｅ_aを求め、圧延荷重実績が前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ _set に到達した時であるセットアップ荷重値確立の時点ｂに、圧下位置Ｓ _b 、圧延荷重値Ｐ _b 、並びに、入側板速度Ｖ _1b および出側板速度Ｖ _2b に基づき伸び率実績ｅ _b を算出し、前記時点ａにおける圧下位置Ｓ _a と圧延荷重値Ｐ _a 、前記時点ｂにおける圧下位置Ｓ _b と圧延荷重値Ｐ _b 、およびミル定数Ｍから前記鋼板の塑性係数Ｑを算出し、該塑性係数Ｑ、前記時点ａにおける圧延荷重値Ｐ _a および伸び率実績ｅ_a、前記時点ｂにおける圧延荷重値Ｐ_b および伸び率実績ｅ _b 、並びにミル定数Ｍから前記鋼板の入側板厚Ｈ ₁ を算出し、前記設定伸び率ｅ ^ref 、時点ｂにおける伸び率実績ｅ _b 、塑性係数Ｑ、および鋼板の入側板厚Ｈ ₁ に基づき、前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ _set を補正するためのセットアップ荷重補正量Ｐ _asj を算出し、前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ _set とセットアップ荷重補正量Ｐ _asj とを加算して新たなプリセット荷重として前記圧下制御手段に再設定することを特徴とする。
【０００６】
さらに、本発明に係わる別の連続調質圧延機の伸び率制御方法は、前記セットアップ荷重補正量Ｐ _asj を下式より求めることを特徴とする。
Ｐ _asj ＝Ｑ×Ｈ₁×｛１／（ｅ^ref＋１）−１／（ｅ _b ＋１）｝
上記構成とすることにより、伸び率設定変更後の初期プリセット荷重確立までの間に得られる圧延情報を用いることで、数値的に安定して材料特性が推定可能となる。これによってより精度の高いプリセット荷重値をオンラインで再設定することが可能となり、伸び率設定変更時における伸び率不合長を最小化することが出来る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
まず、入側板厚がＨ₁ 、入側板速度がＶ₁ だったとき、設定伸び率ｅ^ref を実現する目標出側板厚Ｈ₂ ^ref 、目標出側板速度Ｖ₂ ^ref は、一般に次式で与えられることが知られている。
Ｈ₂ ^ref ＝Ｈ₁ ／（ｅ^ref ＋１） （１）
Ｖ₂ ^ref ＝（１＋ｅ^ref ）×Ｖ₁
いま、伸び率実績がｅ（目標伸び率との偏差がΔｅ）だった時、出側速度Ｖ₂ を、以下のように目標出側板速度Ｖ₂ ^ref とそれとの偏差ΔＶを用いて
Ｖ₂ ＝Ｖ₂ ^ref −ΔＶ₂ （２）
と表すと、伸び率実績ｅに関して
ｅ＝ｅ^ref −Δｅ＝｛（Ｖ₂ ^ref −Ｖ₁ ）／Ｖ₁ ｝−ΔＶ₂ ／Ｖ₁ （３）
が成立するので、出側板速度Ｖ₂ は伸び率偏差Δｅを用いて（４）式のように表すことができる。
Ｖ₂ ＝Ｖ₂ ^ref −ΔｅＶ₁ （４）
【０００８】
ここで、その時の出側板厚Ｈ₂ は、マスフロー則より
Ｈ₁ Ｖ₁ ＝Ｈ₂ Ｖ₂ （５）
が成立するので、（１）、（４）、（５）式より、出側板厚Ｈ₂ は
Ｈ₂ ＝Ｈ₁ ／（ｅ^ref −Δｅ＋１）＝Ｈ₁ ／（ｅ＋１） （６）
となるので、伸び率偏差Δｅの時の目標板厚Ｈ₂ ^ref に対する出側板厚偏差ΔＨ₂ は、
ΔＨ₂ ＝Ｈ₂ ^ref −Ｈ₂ ＝｛１／（ｅ^ref ＋１）−１／（ｅ＋１）｝×Ｈ₁ （７）
と表すことが出来る。
【０００９】
ここで、圧下をΔＳ変動させた時の出側の板厚変動をΔＨ、荷重変動をΔＰとすると、ミル定数をＭ、塑性係数をＱとして、一般に以下の式が成立することが知られている。
ΔＨ＝−Ｍ／（Ｍ＋Ｑ）×ΔＳ （８）
ΔＰ＝ＭＱ／（Ｍ＋Ｑ）×（−ΔＳ）
そこで（８）式より、上記（７）式のミル直下での出側板厚偏差ΔＨ₂ を、ΔＳだけ圧下して除去することを考えると、そのときの荷重変動ΔＰは、
ΔＰ＝Ｑ×Ｈ₁ ×｛１／（ｅ^ref ＋１）−１／（ｅ＋１）｝ （９）
となり、伸び率偏差Δｅを解消する為の必要圧延荷重は、最終的に（９）式で与えられる値となる。
【００１０】
つまり、当初のセットアップ荷重値確立の時点でその時の伸び率誤差を算出し、（９）式で算出される荷重ΔＰをセットアップ荷重補正量Ｐ_asj としてプリセット荷重に加えることで得られる荷重を、新しいプリセット荷重として再設定することで、ＦＢ制御に比べてより速やかに所望の伸び率を確保できることになる。ここで、ミル定数Ｍは予め測定等しておく必要がある。
なお、（９）式を用いるためには、塑性係数Ｑおよび、設定値からのオフゲージを考慮して、入側板厚Ｈ₁ を推定する必要がある。以下では、その推定方法について述べる。
【００１１】
塑性係数Ｑについては一般的なＭ−Ｑグラフより、次式が成立する。
Ｑ＝（Ｐ_b −Ｐ_a ）／（Ｈ_2b−Ｈ_2a）
Ｈ_2a＝Ｐ_a ／Ｍ＋Ｓ_a （１０）
Ｈ_2b＝Ｐ_b ／Ｍ＋Ｓ_b
ここで、Ｓ_a ，Ｈ_2aは圧延荷重がＰ_a だった時の圧下位置、出側板厚であり、 Ｓ_b ，Ｈ_2bは圧延荷重がＰ_b だった時の圧下位置、出側板厚である。
よって、塑性係数Ｑは次式で推定出来る。
Ｑ＝（Ｐ_b −Ｐ_a ）／｛１／Ｍ×（Ｐ_b −Ｐ_a ）＋（Ｓ_b −Ｓ_a ）｝（１１）
【００１２】
入側板厚値については、入出側板厚、入出側板速度がそれぞれＨ_1aＨ_2aＶ_1aＶ_2a、圧下位置と圧延荷重がそれぞれＳ_a ，Ｐ_a で、その時の伸び率実績がｅ_a だったとし、その状態からΔＳ＝Ｓ_b −Ｓ_a だけ圧下して、伸び率がｅ_b に変化したとすると、同様の考え方から、次式が得られる。
｛１／（ｅ_b ＋１）−１／（ｅ_a ＋１）｝×Ｈ_1a＝−Ｍ／（Ｍ＋Ｑ）×ΔＳ（１２）
【００１３】
さらに、その際の荷重の変化ΔＰ＝Ｐ_b −Ｐ_a は、（１０）式より、
Ｐ_b −Ｐ_a ＝Ｑ×Ｈ_1a×｛１／（ｅ_b ＋１）−１／（ｅ_a ＋１）｝（１３）
となるため、入側板厚Ｈ_1aは、（１１）式で推定された塑性係数Ｑおよび、各測定値Ｐ_a ，Ｐ_b ，ｅ_a ，ｅ_b より、（１４）式で推定できる。
Ｈ₁ ＝Ｈ_1a＝（Ｐ_b −Ｐ_a ）／Ｑ｛１／（ｅ_b ＋１）−１／（ｅ_a ＋１）｝ （１４）
【００１４】
以上まとめて、具体的には各推定値の誤差等を考慮して、図２に示すフローにてセットアップ荷重値を補正し、伸び率制御開始時の応答性の向上を図る。なお、図中のα，β，γは任意の定数である。
なお、本発明においては（１４）式にて入側板厚を推定する方法を用いたが、圧延機入側に板厚計がある場合は、検出された入側板厚をトラッキングさせた値を用いても良い。
【００１５】
【実施例】
本発明を実施した例を図３に示す。時刻ｔ＜３０秒は、圧延荷重を１００ｔｏｎで定圧下力制御し、時刻＞３０秒で目標伸び率を１％に設定して伸び率制御を行っている。実線は本発明の制御方法を適用した時の伸び率実績を、破線は従来の制御方式を適用した時の伸び率実績であり、（ａ）は初期プリセット荷重誤差が、所望の伸び率を実現できる圧延荷重の真値に対して−１０％あった場合、（ｂ）は初期プリセット荷重誤差が、−３０％あった場合を示している。
この図３より、初期プリセット圧延荷重に誤差が大きい場合でも、本制御手法を適用することで、伸び率不合時間を最短化できていることが分かる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、調質圧延機を用いて伸び率制御を行う際に、従来の伸び率制御に比べると次のような利点を有している。
（１）従来の伸び率制御手法では、初期プリセット荷重の誤差が大きいと伸び率制御開始時に発生する伸び率不合長が長くなるが、本発明ではオンラインでプリセット荷重値を補正する手段を講じたため、伸び率設定変更時の伸び率不合長を最小化することが出来る。
（２）さらに、本発明を用いることで、初期プリセット荷重値の精度を学習などによって必要以上に上げる必要性がなくなるため、副次的な効果として初期プリセット荷重計算部の作業負荷を軽減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な連続式調質圧延設備の設備構成を示す図である。
【図２】本発明のプリセット荷重補正値の計算手法と、プリセット荷重値の補正方法の手順を示す流れ図である。
【図３】本発明を実施する場合と、従来例を実施する場合の鋼板の伸び率実績の時系列推移を示すグラフである。

Claims (3)

1. 調質圧延機ワークロールと圧延機前後のブライドルロールがそれぞれ独立の電動機によって速度制御され、鋼板の調質圧延の最適圧延荷重値を予め算出し、該最適圧延荷重値を圧延荷重値としてプリセットして、予め設定された設定伸び率ｅ^refになるように鋼板を圧延する連続式調質圧延機の伸び率制御方法において、
   前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに基づき圧延機の圧下制御手段により前記鋼板を圧下し、
   圧延荷重実績が前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに到達する前の時点ａに、圧下位置Ｓ_aおよび圧延荷重値Ｐ_aを求め、
   圧延荷重実績が前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに到達した時であるセットアップ荷重値確立の時点ｂに、圧下位置Ｓ_b、圧延荷重値Ｐ_b、並びに、入側板速度Ｖ_1bおよび出側板速度Ｖ_2bに基づき伸び率実績ｅ_bを算出し、
   前記時点ａにおける圧下位置Ｓ_aと圧延荷重値Ｐ_a、前記時点ｂにおける圧下位置Ｓ_bと圧延荷重値Ｐ_b、およびミル定数Ｍから前記鋼板の塑性係数Ｑを算出し、
   前記設定伸び率ｅ^ref、時点ｂにおける伸び率実績ｅ_b、塑性係数Ｑ、および鋼板の入側板厚Ｈ₁に基づき、前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setを補正するためのセットアップ荷重補正量Ｐ_asjを算出し、
   前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setとセットアップ荷重補正量Ｐ_asjとを加算して新たなプリセット荷重として前記圧下制御手段に再設定することを特徴とする連続調質圧延機の伸び率制御方法。
2. 調質圧延機ワークロールと圧延機前後のブライドルロールがそれぞれ独立の電動機によって速度制御され、鋼板の調質圧延の最適圧延荷重値を予め算出し、該最適圧延荷重値を圧延荷重値としてプリセットして、予め設定された設定伸び率ｅ ^ref になるように鋼板を圧延する連続式調質圧延機の伸び率制御方法において、
   前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに基づき圧延機の圧下制御手段により前記鋼板を圧下し、
   圧延荷重実績が前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに到達する前の時点ａに、圧下位置Ｓ_a および圧延荷重値Ｐ_a、並びに、入側板速度Ｖ_1aおよび出側板速度Ｖ_2aに基づき伸び率実績ｅ_aを求め、
   圧延荷重実績が前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setに到達した時であるセットアップ荷重値確立の時点ｂに、圧下位置Ｓ_b、圧延荷重値Ｐ_b、並びに、入側板速度Ｖ_1bおよび出側板速度Ｖ_2bに基づき伸び率実績ｅ_bを算出し、
   前記時点ａにおける圧下位置Ｓ _a と圧延荷重値Ｐ _a 、前記時点ｂにおける圧下位置Ｓ _b と圧延荷重値Ｐ _b 、およびミル定数Ｍから前記鋼板の塑性係数Ｑを算出し、
   該塑性係数Ｑ、前記時点ａにおける圧延荷重値Ｐ _a および伸び率実績ｅ_a、前記時点ｂにおける圧延荷重値Ｐ_b および伸び率実績ｅ _b 、並びにミル定数Ｍから前記鋼板の入側板厚Ｈ ₁ を算出し、
   前記設定伸び率ｅ ^ref 、時点ｂにおける伸び率実績ｅ _b 、塑性係数Ｑ、および鋼板の入側板厚Ｈ ₁ に基づき、前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ _set を補正するためのセットアップ荷重補正量Ｐ _asj を算出し、
   前記プリセットされた圧延荷重値Ｐ_setとセットアップ荷重補正量Ｐ_asjとを加算して新たなプリセット荷重として前記圧下制御手段に再設定することを特徴とする連続調質圧延機の伸び率制御方法。
3. 前記セットアップ荷重補正量Ｐ _asj を下式より求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の連続調質圧延機の伸び率制御方法。
   Ｐ _asj ＝Ｑ×Ｈ₁×｛１／（ｅ^ref＋１）−１／（ｅ _b ＋１）｝

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