JP4641906B2

JP4641906B2 - 板厚制御方法及び圧延機

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Publication number: JP4641906B2
Application number: JP2005258133A
Authority: JP
Inventors: 知幸前田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: JP2007069233A

Description

本発明は、圧延材の先端部の板厚を制御する板厚制御方法及び圧延機に関する。

従来より、圧延材は圧延スタンドを有する圧延機（タンデム圧延機）に導入され、当該圧延材は所定の厚みに圧延される。タンデム圧延機では、圧延材の板厚を所定のものにするために、圧延スタンドにおける圧下荷重や圧延スタンドの圧下量（ロールギャップ）などを制御している。
圧延材を圧延する際、圧延スタンド間で張力変化が発生すると、板厚に様々な影響を及ぼすことから、圧延スタンド間での張力を考慮した上で板厚を制御する様々な制御方法が考えられている。

例えば、特許文献１の板厚制御方法は、圧延する圧延材の入側板厚（出側板厚）を測定して、その入側板厚と目標板厚との板厚偏差を求め、この板厚偏差に基づいて圧延する圧下制御装置を操作して圧延を行うと共に、当該圧下制御装置の操作することによって発生する圧延スタンド間での張力変動を求めて、この張力変動によって他の圧下制御装置での出側板厚が変化しないように、他の圧下制御装置を操作するものである。
また、スタンド間における張力を抑制するものとして、特許文献２に開示されているものがある。特許文献２のスタンド間張力制御方法は、不特定の原因により発生する圧延スタンドの入側での入側板厚変動を板厚計で検出し、前記入側板厚変動に起因する後方張力変動（圧延スタンドの後進率）を演算し、後方張力変動を抑制するための出側板厚変動を演算して、前記出側板厚変動に基づいて入側板厚変動に起因する張力発生を抑制するものである。
特公平６−２８７６４号公報特許第３４５１９１９号

圧延材の板厚を制御するにあたって、圧延材の先端部を目標となる厚みに制御したいという要望がある。
そこで、特許文献１の板厚制御方法を適用して圧延材の先端部を制御することを考える。この板厚制御方法では圧延材の板厚を制御するために圧延材の板厚を測定する板厚計（板厚偏差装置）が用いられている。板厚計は、通常、γ線を圧延材に当てることにより当該圧延材の板厚を測定するもので、圧延材の温度が変化すると、測定値も変動するという特性がある。一方で、圧延材の先端部ではその温度が激しく変化することが実績から分かっている。ゆえに、特許文献１のような板厚計を用いた板厚制御方法では、圧延材の先端部での厚みを正確に測定することが困難であり、このような技術を用いて圧延材の先端部での板厚制御をすることができない。

特許文献２のものは、張力発生を抑制するのみであって、張力発生に起因して発生する圧延材の板厚の変動を直接的に制御するものではないため、この技術によって、圧延材の先端部における板厚を制御することはできない。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、圧延材の先端部での板厚制御を行うことができる板厚制御方法とその装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、圧延スタンドを複数備えた圧延機で圧延材を圧延する際に、前記圧延スタンドの圧下量を制御することにより前記圧延材の板厚を制御する板厚制御方法において、前記圧延材の先端部の板厚を制御するに際し、先端部における板厚制御対象部分が最終圧延スタンドに到達する前に、前記圧延スタンド間を通過する圧延材の張力変化量を算出し、この張力変化量に基づいて最終圧延スタンドの修正圧下量を求めておき、この修正圧下量に基づいて最終圧延スタンドを操作することで、前記先端部の板厚制御対象部分の板厚制御をする点にある。

発明者は、圧延材の先端部での板厚制御をするにあたって、当該先端部の板厚を直接実測せずに行う方法について様々な観点から検証したところ、圧延スタンド間での圧延材の張力変化量を算出し、この張力変化量に基づいて最終圧延スタンドにおける修正圧下量を求めるようにすれば、圧延材の先端部を制御できることを見出した。これによって、先端部における板厚制御を行うことができるようになった。
また、先端部の板厚制御対象部分が最終圧延スタンドに到達する前に、修正圧下量を求めるようにしているため、最終圧延スタンドにおける圧下操作に時間的余裕ができ、確実に板厚制御対象部分の板厚を制御することができる。

これに加え、最終圧延スタンドよりも１つ上流に位置する前圧延スタンドと、この前圧延スタンドよりも１つ上流に位置する前々圧延スタンドとの間の張力を測定することで張力変化量を求めている。
これによれば、最終圧延スタンドに最も近い圧延スタンド間での圧延材張力変化量を用いて修正圧下量を求めているために、板厚制御の精度を向上させることができると共に、１つ上流に位置する前圧延スタンドでの張力変化量を求めてから最終圧延スタンドを操作するようになるので時間的な余裕ができ、高速に圧延を行う場合でも、先端部の板厚制御を正確に行うことができる。

張力変化量から前々圧延スタンドでの圧延荷重の変化量を求め、この圧延荷重の変化量から前記最終圧延スタンドの修正圧下量を求めることが好ましい。
また、修正圧下量の算出の際には、前記張力変化量の最大値を用いている。
圧延している状態を考えると、圧延スタンド間における圧延材の張力は逐次変化するため張力変化量を基に求めた修正圧下量も逐次と変化することとなる。逐次変化している修正圧下量に応じて最終圧延スタンドをその都度操作することも可能であるが、最終圧延スタンドの修正圧下量を求める際は、張力変化量の絶対値の値が最大となる時点をみて、そこでの張力変化量の実際の値を用いることで、先端部を制御する前に予め修正圧下量を１つに決定し、この修正圧下量に基づいて圧延材の先端部を制御するのがよい。

本発明の他の技術的手段は、複数の圧延スタンドを有する圧延機において、最終圧延スタンドを除く圧延スタンドで圧延スタンド間での圧延材の時間的な張力変化量を算出する張力算出手段と、この張力変化量に基づいて最終圧延スタンドにおける修正圧下量を求める修正圧下量算出手段と、この修正圧下量に基づいて最終圧延スタンドでの圧下量を制御する圧下量制御手段とを有している点にある。
これによれば、圧延材の先端部の板厚制御を行うことができる。

本発明によれば、圧延材の先端部の板厚制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は本発明の圧延機を示している。この圧延機１は圧延材２（例えば、スラブ）を薄板に圧延するもので、圧延機１に搬入された圧延材２は当該圧延機１で圧延され、圧延機１よりも下流側に配置された巻き取り機３で巻き取られるようになっている。この実施の形態では、圧延機１は鉄やアルミニウム等を薄板に圧延するものである。
前記圧延機１は、多段圧延機（タンデム圧延機）であって、複数の圧延スタンド４と、各圧延スタンド４を制御する制御装置５と、圧延スタンド４間の張力を測定すると共に、圧延スタンド間の張力を調整可能なルーパ装置６と、圧延材２の板厚を測定する厚み計７とを有している。

前記各圧延スタンド４は、一対のワークロール１１と、このワークロール１１をバックアップするバックアップロール１２と、圧延荷重を測定するロードセル１３とを有したものとなっている。
各圧延スタンド４間、即ち、隣り合うワークロール１１間には、それぞれルーパ装置６が配置され、このルーパ装置６によって隣り合う圧延スタンド４間を通過する圧延材２の張力を測定することができるようになっている。ルーパ装置６は測定した張力を制御装置５に出力するようになっている。

前記厚み計７は、γ線を圧延材２に当てることにより圧延材２の板厚を測定するもので、圧延機１の出側、即ち、圧延機１と巻き取り機３との間に配置されている。
前記制御装置５はプロセスコンピュータにより構成されている。このプロセスコンピュータ５はルーパ装置６から送られてきた張力に基づき、圧延スタンド４間の時間的な張力変化量を算出する張力算出手段８と、この張力算出手段８で算出された張力変化量から修正圧下量を求める修正圧下量算出手段９とを有している。プロセスコンピュータ５では、前記修正圧下量を最終圧延スタンド４に設けられた圧下装置１０（圧下量変更手段）に出力するようになっている。

圧下装置１０は、プロセスコンピュータ５から送られてきた修正圧下量に基づいて最終圧延スタンド４の圧下量を変更し、これによって、圧延材２の板厚を目標の板厚に制御するようになっている。
以下、圧延スタンド４，ルーパ装置６，プロセスコンピュータ５で行われる板厚制御方法の詳細について、図１，２に基づき説明する。
なお、説明の便宜上、図１に示すように最終圧延スタンドｉを基準として、最終圧延スタンドｉよりも１つ前の上流に位置（ｉ−１番目）する圧延スタンド４を、前段圧延スタンドｉ−１とし、前段圧延スタンドｉ−１よりも１つ前の上流に位置（ｉ−２番目）する圧延スタンド４を、前々段圧延スタンドｉ−２とする。

また、最終圧延スタンドｉの入側板厚変動量をΔＨ_i，前段圧延スタンドｉ−１の入側板厚変動量をΔＨ_i-1，前々段圧延スタンドｉ−２の入側板厚変動量をΔＨ_i-2とする。また、最終圧延スタンドｉの出側板厚変動量をΔｈ_i，前段圧延スタンドｉ−１の出側板厚変動量をΔｈ_i-1，前々段圧延スタンドｉ−２の出側板厚変動量をΔｈ_i-2とする。前段圧延スタンドｉ−１と前々段圧延スタンドｉ−２との間に配置されたルーパ装置６で圧延スタンド４間での張力を測定するものとする。
まず、圧延材２が圧延機１に搬入されて、圧延材２の先端部２ａが前段圧延スタンドｉ−１に達する（言い換えれば、前段圧延スタンドｉ−１の一対のワークロール１１間に先端部２ａが導入される）と、ルーパ装置６は、前段圧延スタンドｉ−１と前々段圧延スタンドｉ−２との間を通過する先端部２ａの張力ｔｆ_i-2の測定を開始し、開始時の張力ｔｆ_i-2をプロセスコンピュータ５が記憶する（Ｓ１）。

そして、プロセスコンピュータ５は、ルーパ装置６が張力を開始してから所定時間（例えば、数十msec）毎に、張力算出手段８で、式（１）により時間的な張力変化量Δｔｆ_i-2を算出する（Ｓ２）。
なお、Ｓ２で張力を測定した時に前段圧延スタンドｉ−１に達した先端部２ａの部分が、最終圧延スタンドｉで板厚を制御する板厚制御対象部分２ｂとなる。

次に、プロセスコンピュータ５は、式（１）で算出された張力変化量Δｔｆ_i-2を式（２）に代入し、張力変化によって変化する前々段圧延スタンドｉ−２の圧延荷重の変化量ΔＰ_i-2を算出する（Ｓ３）

プロセスコンピュータ５の修正圧下量算出手段９によって、式（２）で求めた前記張力変化量Δｔｆ_i-2に基づいて最終圧延スタンドｉの修正圧下量ΔＳ_iを式（３）により求める（Ｓ４）。式（３）の導出については後述する。

なお、式（３）において、修正圧下量ΔＳ_iを算出するにあたっては、塑性係数Ｑ_i-1，ミル定数Ｍ_i-1，Ｍ_i-2が用いられる。式（３）での、∂Ｐ_i-1／∂Ｈ_i-1，∂Ｐ_i／∂Ｈ_iは、予め計算されておりプロセスコンピュータ５等から与えられる。
そして、プロセスコンピュータ５で、前段圧延スタンドｉ−１に到達した先端部２ａの板厚制御対象部分２ｂが最終圧延スタンドｉに達するまでのむだ時間ΔＴを式（４）に基づき算出する（Ｓ５）。

プロセスコンピュータ５は、むだ時間ΔＴ経過後に、修正圧下量ΔＳ_iとを圧下装置１０に出力する。圧下装置１０は、修正圧下量ΔＳ_iに基づいて板厚制御対象部分２ｂでの板厚が目標値になるように作動し、当該板厚制御対象部分２ｂの板厚を制御する（Ｓ６）。
次に、圧延材２の先端部２ａの全体が最終圧延スタンドｉを通過したか否かを判断する（Ｓ７）。具体的には、圧延材２の張力変動を最初に測定してから圧延材２の通板速度が一定になった時点で、先端部２ａの全体が最終圧延スタンドｉを通過したと見なし、先端部２ａにおける板厚制御を完了する。即ち、圧延材２の圧延においては、通常、圧延を開始してから圧延材２の通材速度を徐々に上げていき、通材速度が所定の速度まで上昇すると加速を終了して一定の速度で圧延する。そのため、この実施形態では、圧延材２の通材速度の加速を終了した時点（非定常状態から定常状態に変化した時点）で、圧延材２の先端部２ａの全体が最終圧延スタンドｉを通過したとし、先端部２ａの板厚制御を終了する。

なお、前記Ｓ７において、最終圧延スタンドｉを通過した圧延材１の長さを実際に測定しておき、測定した長さが予め設定した先端部２ａの長さと一致したときに、先端部２ａの全体が最終圧延スタンドｉを通過したと見なしてもよい。
さて、式（３）で表される修正圧下量ΔＳ_iは、次のように求めることができる。
まず、前段圧延スタンドｉ−１と前々段圧延スタンドｉ−２の張力が変化したときの最終圧延スタンドｉの入側板厚変化量ΔＨ_iは、式（５）で示すことができる。

式（５）から分かるように、最終圧延スタンドｉの入側板厚変化量ΔＨ_iは、張力変化における前段圧延スタンドｉ−１での圧延荷重の変化量ΔＰ_i-1を前段圧延スタンドｉ−１におけるミル定数Ｍ_i-1で割ったものとして表すことができる。これを変形すると式（５）で示す右辺となる。
ここで、前段圧延スタンドｉ−１での塑性係数Ｑ_i-1は式（６）で表され、前段圧延スタンドｉ−１における入側板厚変化量ΔＨ_i-1は式（７）で表すことができるので、これらの式を用いて式（５）を変形し、前段圧延スタンドｉ−１の出側板厚変化量Δｈ_i-1を求めると式（８）になる。

ここで、式（８）を用いると、最終圧延スタンドｉでの出側板厚変化量Δｈ_iは式（９）で表すことができる。

式（７）の添え字ｉを１つ増すと、ΔＰ_i-1／Ｍ_i-1＝Δｈ_i-1となる。この式を（９）に代入すると、式（９）は式（１０）に変形できる。

そして、式（１０）に式（８）を代入すると、最終圧延スタンドｉの出側板厚変化量Δｈ_iは式（１１）で表すことができる。

一方で、圧下操作による最終圧延スタンドｉでの出側板厚変化量Δｈ_iは式（１２）で示すこともできる。

ここで、式（１１）と式（１２）とを用いて、修正圧下量ΔＳ_iを解くと、式（３）のようになる。
図３は、本発明の板厚制御方法を適用した制御結果を示している。図３において横軸は時間を示しており、縦軸は張力又は各圧延スタンドでの板厚の変動量を示している。図３の実線に示すように、本発明の制御を適用した場合、最終圧延スタンドｉにおける出側板厚変化量Δｈ_iは、図３の点線に示す適用していない従来と比べ、その変動が少ないことが分かる。

以上、本発明によれば、圧延スタンド４間の張力変化を用いているために、圧延材２の先端部２ａでの板厚制御ができるようになった。また、最終圧延スタンドｉよりも上流側に位置する前々段圧延スタンドｉ−２と前段圧延スタンドｉ−１との張力変化量に基づいて圧延材２の先端部２ａの板厚制御を行うようにしているので、最終圧延スタンドｉを操作する時間的な余裕ができ、高速に圧延を行う場合でも対応することができる。
さて、図４に示すように、圧延スタンド４間における圧延材２の張力は、逐次変化することから張力変化量Δｔｆ_i-2を基に求めた修正圧下量も逐次変化する。逐次に変化する修正圧下量ΔＳ_iに応じて最終圧延スタンドｉをその都度操作することも可能であるが、好ましくは、予め張力変化量Δｔｆ_i-2を１つに決定して、その値を基に修正圧下量ΔＳ_iを決定するのがよい。この場合には、張力変化量Δｔｆ_i-2の絶対値の値が最大になるときの当該張力変化量Δｔｆ_i-2を用いて修正圧下量ΔＳ_iを決定するのがよい。

具体的には、圧延材２の先端部２ａが前段圧延スタンドｉ−１に到達した後の張力変化量Δｔｆ_i-2を見ると図４のように変化する。そこで、前記Ｓ２で張力変化量Δｔｆ_i-2を逐次算出しておき、張力変化量Δｔｆ_i-2の絶対値の値が最大になったとき、そのときの
張力変化量Δｔｆ_i-2の値を、式（２）や式（３）に代入して、修正圧下量ΔＳ_iを決定する。張力変化量Δｔｆ_i-2の値が最大であるか否かは、当該張力変化量Δｔｆ_i-2を逐次見ておき、その値が減少に変わったとき、言い換えれば、張力変化量Δｔｆ_i-2の変化を図４のようにラインで示したときの変曲点Ｐで判断する。

したがって、上記のように張力変化量Δｔｆ_i-2を１つに決定する場合には、図２で示した前記Ｓ７はなくなり、圧下装置１０による補正操作は１回だけとなる。
本発明は上記の実施形態に限定されない。即ち、上記実施形態では、前圧延スタンドｉ−１と、前々圧延スタンドｉ−２との間の張力変化量に基づいて先端部２ａの板厚制御を行っているが、これに限らず、最終圧延スタンドｉを除く各圧延スタンド４間での張力変化量を基に先端部２ａの板厚制御を行っても良い。
また、先端部２ａの板厚制御において、上記の実施の形態では、張力を図２のフローチャートのＳ２で測定した時点で前圧延スタンドｉに通過する部分を板厚制御対象部分２ｂとしていたが、張力をＳ２で測定した時点で前々段圧延スタンドｉ−１に通過する部分を板厚制御対象部分２ｂとしてもよい。この場合、Ｓ５では、式（１３）に基づき、前々圧延スタンドｉ−１に到達した板厚制御対象部分２ｂが最終圧延スタンドｉに達するまでのむだ時間ΔＴを算出する。

そして、圧下装置１０を、Ｓ６では式（１３）で求めたむだ時間ΔＴ後に、修正圧下量ΔＳ_iに基づいて板厚制御対象部分２ｂでの板厚が目標値になるように作動させる。

本発明の圧延機の概略構成図である。本発明の圧延機の動作を示すフローチャート図である。本発明を適用した場合の時間変化による板厚変化図である。張力変化量の時間的変化を示す図である。

符号の説明

１圧延機
２圧延材
４圧延スタンド
ｉ最終圧延スタンド
ｉ−１前段圧延スタンド
ｉ−２前々段圧延スタンド

Claims

圧延スタンドを複数備えた圧延機で圧延材を圧延する際に、前記圧延スタンドの圧下量を制御することにより前記圧延材の板厚を制御する板厚制御方法において、
前記圧延材の先端部の板厚を制御するに際し、先端部における板厚制御対象部分が最終圧延スタンドに到達する前に、前記圧延スタンド間を通過する圧延材の張力変化量を算出し、この張力変化量に基づいて最終圧延スタンドの修正圧下量を求めておき、この修正圧下量に基づいて最終圧延スタンドを操作することで、前記先端部の板厚制御対象部分の板厚制御をすることを特徴とする板厚制御方法。
前記最終圧延スタンドよりも１つ上流に位置する前圧延スタンドと、この前圧延スタンドよりも１つ上流に位置する前々圧延スタンドとの間の張力を測定することで前記張力変化量を求めていることを特徴とする請求項１に記載の板厚制御方法。
前記張力変化量から前々圧延スタンドでの圧延荷重の変化量を求め、この圧延荷重の変化量から前記最終圧延スタンドの修正圧下量を求めていることを特徴とする請求項２に記載の板厚制御方法。
前記修正圧下量の算出の際に、前記張力変化量の最大値を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板厚制御方法。
複数の圧延スタンドを有する圧延機において、
前記圧延スタンド間を通過する圧延材の張力変化量を算出する張力算出手段と、この張力変化量に基づいて最終圧延スタンドの修正圧下量を求める修正圧下量算出手段と、この修正圧下量に基づいて最終圧延スタンドでの圧下量を変更する圧下量変更手段とを有していることを特徴とする圧延機。