JP4609197B2

JP4609197B2 - 板厚制御装置

Info

Publication number: JP4609197B2
Application number: JP2005182764A
Authority: JP
Inventors: 哲服部; 裕福地
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-06-23
Also published as: JP2007000890A; CN1883837B; CN1883837A

Description

本発明は、板厚制御装置に関する。

一般に、圧延制御では、圧延後の板厚が目標板厚になるように制御する。そのため、例えば圧延機の出側に板厚計を配置し、その出側板厚計の出力と目標板厚との偏差を求め、その偏差が零に近づくように圧延機のロール間の間隔を制御する。

このように圧延による板厚を一定とする要求があるが、それとは別に、圧延された圧延材の硬度を一定に保つとの要求がある。圧延材の硬度は圧延材の伸び率によって決まるので、圧延材の圧延前の長さと圧延後の長さとから伸び率を求め、この伸び率が一定となるように圧延機の圧延状態を制御することが知られている。このような技術は例えば、特開平６−１４２７３８号公報に記載されている。

特開平６−１４２７３８号公報

従来では、硬度を一定とする制御を選択した場合には、板厚の観点からの品質が劣化し
てしまう。多くの場合に、板厚の観点からの品質を優先せざるを得なく、実質的に、硬度
の要求に対しては満たすことができなかった。本発明の目的は、板厚の観点からの品質を
優先させつつも、なお、硬度の観点からの品質を満たすことが可能な板厚制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、被圧延材の圧延前の板厚である入側板厚と被圧延材の圧延後の板厚である出側板厚を入力する手段と、前記入側板厚に基づいて前記出側板厚が目標板厚に近づくようフィードフォワード制御するＦＦ圧下操作量と、前記出側板厚に基づいて前記出側板厚が前記目標板厚に近づくようにフィードバック制御するＦＢ圧下操作量とを算出して、前記ＦＦ圧下操作量と前記ＦＢ圧下操作量とを合算することで圧延機のロールが前記被圧延材を圧下する圧下量を出力する制御量演算手段と、前記入側板厚をＨとし前記出側板厚をｈとしたときに（Ｈ−ｈ）／Ｈで求められる圧下率が予め定められた上限圧下率と予め定められた下限圧下率との間である許容範囲でないものに相当すると判断された場合に、前記上限圧下率と前記下限圧下率のうち圧下率が越えた方と前記目標板厚で求められる値に前記入側板厚を制限して前記ＦＦ圧下操作量を演算し、前記上限圧下率と前記下限圧下率のうち圧下率が越えた方と前記入側板厚で求められる値に前記目標板厚を制限して前記ＦＢ圧下操作量を演算することで前記圧下量が制限されるようにする制限手段を有するように構成した。

本発明によれば、板厚の観点からの品質を優先させつつも、なお、ある程度の硬度の観点からの品質を満たすことが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１において、被圧延材１３は、作業ロール（上下）１４，中間ロール（上下）１５及びバックアップロール（上下）１６からなる圧延機１によって、圧延される。圧延状態については、圧下制御装置２により圧下量Ｐが制御され、入側板厚Ｈであったものが圧延され出側板厚ｈとなる。なお、圧延機１に設置された出側圧延長検出器５と入側圧延長検出器６により、圧延機入側および出側における一定時間中の板送り長さを測定し、被圧延材の伸び率を演算することができる。

出側板厚ｈは出側板厚計３によって出側板厚計測値ｈ_measureとして計測される。一方、圧下率制限機能部１０はＦＦ板厚制限演算部１１及びＦＢ目標板厚演算部１２からなっているが、ＦＢ目標板厚演算部１２は出側目標板厚ｈ_refを出力する。ＦＢＡＧＣ（フィードバック・オートゲインコントロール部）６２は、目標出側板厚ｈ_ref と出側板厚計測値ｈ_measure との偏差Δｈから、この偏差Δｈが小さくなるようにＰＩ制御する。すなわち、偏差Δｈに応じて比例分及び積分分を演算することにより、出側板厚の目標板厚からの偏差を除去するように、ＦＢ圧下操作量ΔＰ_FBを演算する。

後述するＦＦ圧下操作量ΔＰ_FFとＦＢ圧下操作量ΔＰ_FBが合算され圧下操作量ΔＰが圧下制御装置２に出力される。

入側板厚Ｈは入側板厚計４によって入側板厚計測値Ｈ_measure として計測される。一方、入側板厚計測値Ｈ_measure はＦＦ板厚制限演算部１１に入力される。入側板厚計測値
Ｈ_measureに基づいたＦＦ板厚制限演算部１１の出力に応じて入側板厚計測値Ｈ_measureは制限される入側板厚Ｈとして出力される。ＦＦＡＧＣ（フィードフォワード・オートゲインコントロール部）６１は、入側板厚Ｈと出側板厚ｈ_ref から圧下率を演算し、該圧下率となるようにＦＦ圧下操作量ΔＰ_FFを演算する。なお、入側板厚計測値Ｈ_measure ＦＦ板厚制御計測の後、入側板厚計４での検出結果を圧延機１直下まで被圧延材の移動に合わせて移送し、被圧延材が圧延機１直下に来たタイミングで板厚偏差を除去する制御出力を圧下制御装置２に出力することにより入側板厚偏差を除去するようになっている。

図２を用いてＦＢ目標板厚演算部１２の詳細を説明する。

出側板厚目標値演算部１２１は、出側板厚目標値ｈ_ref及び入側板厚計測値ｈ_measureから出側板厚目標値ｈ_refを演算する。

まず、概念的な説明をすると、圧延機における圧下率γは、次式により定義される。

ここで、Ｈ：入側板厚
ｈ：出側板厚
である。従って、圧下率と、出側板厚ｈおよび入側板厚Ｈには下記の関係が発生する。

ｈ＝（１−γ）・Ｈ
従って、いま、圧下率を圧下率最大γ_maxおよび圧下率最小γ_minの範囲におさえたいのであれば、入側板厚計計測値Ｈ_measureから以下のように、圧下率最大γ_maxおよび圧下率最小γ_minの場合の出側板厚最小値ｈ_minおよび板厚最大値ｈ_maxを演算する。

ｈ_min＝（１−γ_max）・Ｈ_measure
ｈ_max＝（１−γ_min）・Ｈ_measure
圧下率を最大値と最小値の間に維持するためには、上記計算式にて求めた板厚最大値と板厚最大値内に出側板厚を維持すれば良い。通常は、
ｈ_max ＞ｈ_ref，ｈ_min ＜ｈ_ref
ｈ_refは出側板厚設定値
である。しかしながら、板厚設定値を目標に板厚制御を実施する場合、入側板厚が極端に厚い、または薄い場合においては、前記条件が成立しない場合が発生するので、出側板厚目標値演算部１２１により、出側板厚設定を下記のように変更する。

ｈ_max ＞ｈ_ref，ｈ_min ＜ｈ_ref の場合ｈ_ref＝ｈ_ref
ｈ_max ＜ｈ_ref，ｈ_min ＜ｈ_ref の場合ｈ_ref＝ｈ_max
ｈ_max ＞ｈ_ref，ｈ_min ＞ｈ_ref の場合ｈ_ref＝ｈ_min
このように、出側板厚目標値演算部１２１により、入側板厚計４での入側板厚測定値
Ｈ_measureより、出側板厚目標演算部１２１にて上記式に従って出側板厚目標値ｈ_refを算出する。

次に、出側板厚目標値移送機能部１２２を説明する。入側板厚計４の設置場所と出側板厚計５の設置場所とは離れているため、ＦＢＡＧＣ６２の目標板厚として出側板厚目標値ｈ_ref 使用するためには被圧延材が入側板厚計４から出側板厚計３に移送されるのに従って出側板厚目標値ｈ_ref も移送する必要がある。それを実施するために、移送後の出側板厚目標値ｈ_ref を出側板厚計３の測定結果から減算してＦＢＡＧＣ６２への出側板厚偏差入力とする。ＦＢＡＧＣ６２においては、出側板厚目標値ｈ_ref に出側板厚を制御することにより、圧下率制限内での板厚制御を実現できる。

ＦＢ目標板厚演算部１２の動作を図３に模式的に示す。入側板厚変動に応じて、圧下率最小時の出側板厚と圧下率最大事の出側板厚設定が変化し、上記式に従って圧下率制限時の出側板厚設定が決定される。この板厚目標値となるように板厚制御を実施することにより圧下率制限を行いつつ板厚制御を実施することが可能となる。

図３（Ａ）に入側板厚(あるいは、入側板厚測定値から所定値を減算した入側板厚偏差)が示され、その変動に従って、図３（Ｂ）に出側板厚目標値ｈ_ref が示されている。図３（Ｂ）において、時間ｔ₁までは、設定圧下率時の出側板厚ｈ_refがｈ_maxとｈ_minの範囲内であるので、このまま、ｈ_refを出側板厚目標値として出力する。時間ｔ₁から時間ｔ₂ までは、設定時圧下率の出側板厚が大きくなり圧下率制限時の出側板厚設定値ｈ_max を超えて大きくなっているので、ｈ_maxを出側板厚目標値として出力する。時間ｔ₂から時間ｔ₃までの説明を省略し、時間ｔ₃から時間ｔ₄では、設定圧下率の出側板厚が小さくなり圧下率制限時の出側板厚設定値ｈ_minを超えて小さくなっているので、ｈ_minを出側板厚目標値として出力する。

図４を用いてＦＦ板厚制限演算部１１の詳細を図４にて説明する。まず、ＦＦＡＧＣ６１については、入側板厚計４での入側板厚測定値に圧下率制限による制限を与えて制御する。設定出側板厚に対する圧下率最大値，最小値より、次式により入側板厚制限値の最大値Ｈ_maxおよび最小値Ｈ_minを求める。

次に、入側板厚測定値Ｈ_measureについて、通常はＨ_max ＞Ｈ，Ｈ_min ＜Ｈであるが、しかしながら、前記条件が成立しない場合、下記のように変動する。

Ｈ_max ＞Ｈ_measure，Ｈ_min ＜Ｈ_measure の場合Ｈ＝Ｈ_measure
ｈ_max ＜Ｈ_measure，Ｈ_min ＜Ｈ_measure の場合Ｈ＝Ｈ_max
ｈ_max ＞Ｈ_measure，Ｈ_min ＞Ｈ_measure の場合Ｈ＝Ｈ_min
ＦＦＡＧＣ６１に使用する入側板厚を上記入側板厚制限値の最大値Ｈ_max および最小値Ｈ_min に制限することにより、入側板厚計４の検出結果を用いたＦＦＡＧＣ６１についても圧下率制限を行うことが可能となる。

図５に入側板厚(あるいは、入側板厚偏差から所定値を減算した入側板厚偏差)の変動に従って入側板厚偏差を制限することが動作として示されている。図において、時間ｔ₁ までは入側板厚測定値Ｈ_measureがＨ_maxとＨ_minの範囲内であるので、そのまま、Ｈ_measureを出力する。時間ｔ₁からｔ₂までは、入側板厚測定値Ｈ_measureが大きくなり制限値Ｈ_maxを超えて大きくなっているので、Ｈ_max を出力する。時間ｔ₂からｔ₃までの説明を省略し、時間ｔ₃からｔ₄までは、入側板厚測定値Ｈ_measureが小さくなり制限値Ｈ_minを超えて小さくなっているので、Ｈ_measureを出力する。

このように、圧下率制限時のＦＦＡＧＣ用入側板厚の概略を示す。入側板厚計４にて測定された入側板厚測定値を、圧下率上限および下限、出側板厚設定値より計算された入側板厚上限値および下限値により制限し、ＦＦＡＧＣ６１の入力とする。これにより、入側板厚偏差が大きく圧下率制限を越えるような場合でもＦＦＡＧＣの動作制限を行うことが可能となり、圧下率制限内での板厚制御を実現できる。

以上説明のように、板厚を一定とする板厚制御と、伸び率を一定とする伸び率制御を切り替えて使用していた場合には、板厚，伸び率共製品として要求されるある一定範囲に収めることができないが、本実施例では、板厚，伸び率をある一定値内に収めるような圧延が必要となった場合でも板厚制御が可能となる。

また、特に被圧延材の板厚が厚い場合等、伸び率を圧延長検出器を用いて検出するのが困難な場合においても、板厚制御により伸び率制御を可能となる。単に板厚制御で出側板厚設定値に制御した場合、入側板厚が設定より薄い場合、板厚制御が圧延機の圧下位置を開放することがなく、塑性変形状態が維持できない様な事が無い。

また、板厚制御における目標板厚を、入側板厚から計算した圧下率制限内となるように常時修正する。すなわち、入側板厚計４での圧延機入側板厚検出値より圧下率制限機能
１０によりＦＦＡＧＣ６１用のＦＦ板厚制限演算部１１により入側板厚の制限値を求め、ＦＦＡＧＣ６１用入側板厚偏差に制限をかけ、ＦＢＡＧＣ６２用のＦＢ目標板厚演算部１２により出側板厚目標値をそれぞれ演算しＦＢＡＧＣの目標板厚とすることにより、圧下率を製品として要求される一定値内に維持しながら板厚制御を実施することが可能となり、圧下率と板厚を製品として要求される一定値内に維持可能となる。

更に、圧下率の制限値を０とすることにより、板厚制御を用いての伸び率を一定に制御することも可能となり、圧延長検出器および伸び率演算を不要とすることもできる。圧下率制限を行っているため、入側板厚変化に応じて出側板厚目標値も変化するため板厚制御を行っても常時塑性変形状態が維持可能である。

なお、本実施例においては、シングルスタンド圧延機を対象として説明したが、タンデム圧延機についても同様に板厚制御の目標板厚を変更することにより実施可能である。また、ＡＧＣ（板厚制御）の制御出力先として圧延機１の圧下制御装置２としているが、圧延機１の入側および出側の張力を板厚制御の制御出力先とすることも可能である。また、タンデム圧延機においては、各圧延機スタンドの速度指令を板厚制御の制御出力先とすることも可能である。

圧下率制限板厚制御装置を含む全体図。ＦＢ目標板厚演算部の詳細図。ＦＢ目標板厚演算部の動作図。ＦＦ板厚制限演算部の詳細図。ＦＦ板厚制限演算部の動作図。

符号の説明

１…圧延機、３…出側板厚計、４…入側板厚計、１１…ＦＦ板厚制限演算部、１２…
ＦＢ目標板厚演算部、６１…ＦＦＡＧＣ、６２…ＦＢＡＧＣ。

Claims

被圧延材の圧延前の板厚である入側板厚と被圧延材の圧延後の板厚である出側板厚を入力する手段と、前記入側板厚に基づいて前記出側板厚が目標板厚に近づくようフィードフォワード制御するＦＦ圧下操作量と、前記出側板厚に基づいて前記出側板厚が前記目標板厚に近づくようにフィードバック制御するＦＢ圧下操作量とを算出して、前記ＦＦ圧下操作量と前記ＦＢ圧下操作量とを合算することで圧延機のロールが前記被圧延材を圧下する圧下量を出力する制御量演算手段と、前記入側板厚をＨとし前記出側板厚をｈとしたときに（Ｈ−ｈ）／Ｈで求められる圧下率が予め定められた上限圧下率と予め定められた下限圧下率との間である許容範囲でないものに相当すると判断された場合に、前記上限圧下率と前記下限圧下率のうち圧下率が越えた方と前記目標板厚で求められる値に前記入側板厚を制限して前記ＦＦ圧下操作量を演算し、前記上限圧下率と前記下限圧下率のうち圧下率が越えた方と前記入側板厚で求められる値に前記目標板厚を制限して前記ＦＢ圧下操作量を演算することで前記圧下量が制限されるようにする制限手段を有することを特徴とする板厚制御装置。