JP4968001B2 - 連続圧延機の負荷配分制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数のスタンドを有する連続圧延機において、各スタンドの圧延荷重の配分比率を目標値に一致させるための負荷配分制御装置に関するものである。

一般に、連続圧延機の各スタンドに対する板厚圧下率は、各スタンドの圧延荷重の配分比率（以下、単に「圧延荷重比率」という）によって決定される。即ち、各スタンドに対する圧延荷重比率が所定の目標値に一致するように制御することによって、所望の板厚圧下率を得るようにしている。なお、圧延荷重比率の目標値は、母材板厚や成品板厚、各圧延機の定格のほか、安定操業や形状品質等といった要素も考慮され、最適な値に設定される。

一方で、圧延時における実際の圧延荷重比率は、圧延モデル式の精度限界、圧延機の特性、圧延開始後の温度変化による塑性変形、その他種々の外乱により、予測値と一致しない場合も多い。そして、このような圧延荷重比率の偏差によって、成品板厚や成品板幅等の寸法偏差の増大、形状不良、圧延不安定、各種機器の定格リミットに起因する圧延停止等といった様々な不具合が発生してしまう。
上記問題に対しては、従来、ミル運転者が実際の圧延状態を監視しながら随時圧下位置を手動修正することにより、圧延荷重比率の偏差を補正し、安定操業や一定の形状品質を確保するようにしていた。

また、従来技術として、ミル運転者の手動介入に頼ることなく、各スタンドに対する最適な負荷配分、即ち最適な圧延荷重比率を自動的に確保できるように構成したものが、下記特許文献１に開示されている。特許文献１に記載のものでは、各スタンドに対する圧延荷重比率が予め設定された目標値と一致しない場合、先ず、圧延荷重比率の目標値との誤差から、圧延原理に基づいて各スタンドの板厚修正量が演算される。そして、その演算結果に基づいて上流側スタンドの出側板厚を変更した後、板厚変更点が下流側スタンドに到着したタイミングでこの下流側スタンドの圧下位置を修正する。かかる動作により、圧延中に、下流側スタンドでの出側板厚を変化させることなく、圧延荷重比率をその目標値に一致させている。

上記特許文献１に記載のものは、各スタンドの板厚修正量を導くための演算式に逆行列が含まれているため、その演算を圧延機のコントローラで行わせるには処理負荷が大きすぎるといった問題があった。このため、この演算機能の全てを上記コントローラに実装することは難しく、現実的には、圧延前に実行可能な部分を予め演算しておき、その他の部分を圧延中のコントローラに演算させるという方法を採用しなければならなかった。また、圧延前に上記逆行列の演算を実行しなければならないという制約から、圧延前に設定された目標値に基づいた圧延荷重比率の制御、即ち、材料全長に対する制御しか実施できないという問題もあった。つまり、圧延中に圧延荷重比率の目標値を変更して、その後に、変更後の値を目標とする制御を行うことができなかった。

上記課題を解決するためになされた従来技術が、下記特許文献２に記載のものである。特許文献２に記載のものでは、各スタンドの板厚修正量を導くための演算式を所定の方法で簡略化することにより、その演算の大部分を圧延中のコントローラで実行できるように構成している。このため、圧延中に圧延荷重比率の目標値を変更し、その後に、変更後の目標値に基づいて制御を行うことが可能となった。即ち、圧延荷重比率の制御に際し、材料全長に対して同一の目標値を使用する必要はなくなり、圧延材が全スタンドに噛み込んだ後の安定点における圧延荷重比率を、その後の目標値として新たに設定することが可能となった。

特公平２−３９３２７号公報 特開２００５−８８０５４号公報

特許文献１及び２に記載のものでは、上述のように、圧延前の演算によって設定された値或いは圧延中の演算によって設定された値を目標として、負荷配分制御が行われる。しかし、圧延荷重比率の目標値はあくまで演算によって予想される値であり、安定操業や形状品質の観点からは、演算によって設定されたその値が、目標として正しい値であるとは限らない。

このような課題に対しては、例えば、以下のような解決策が考えられる。
１．圧延前に行われる目標値設定のための演算において、演算精度を向上させる。
２．センサ等によって検出された何らかの実績値を利用して、圧延荷重比率を圧延中に調節する。
３．圧延中の圧延材の状態を観測しているミル運転者の判断により、圧下位置を手動修正して（若しくは、何らかの方法で修正して）、圧延荷重比率を圧延中に調節する。

上記解決策１に関しては、安定操業や形状品質といった観点から満足を得る程に、上記演算精度を向上させるには限界があった。また、上記解決策２に関しては、何らかの実績値に基づいて圧延材の状態を総合的に判断することは困難であり、そのために多くのセンサを設置すると、システム構成が著しく複雑になるといった問題があった。したがって、現時点においては、上記解決策３による方法が現実的であり、また実用的である。しかし、従来では、上記解決策３による方法を採用しても、ミル運転者による手動介入後の状態を圧延荷重比率の目標値に利用することができず、圧延製品の品質を高い状態に常に維持しておくことができないという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ミル運転者の判断によって圧延中の各スタンドに対する圧延荷重比率が手動修正された場合に、ミル運転者による手動介入後の状態を圧延荷重比率の目標値として利用することができ、これにより、圧延製品の品質を大幅に向上させることができる連続圧延機の負荷配分制御装置を提供することである。

この発明に係る連続圧延機の負荷配分制御装置は、連続圧延機の各スタンドに設けられ、各スタンドの圧延荷重を検出する圧延荷重検出器と、圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づくスタンド間の圧延荷重比率と設定された圧延荷重比率の目標値とに基づいて、各スタンドの板厚修正量を演算する負荷配分制御器と、負荷配分制御器によって演算された板厚修正量に基づいて、各スタンドの圧下位置を制御する圧下位置制御器と、負荷配分制御器の演算結果とは無関係に、各スタンドの圧下位置を手動修正するための圧下位置手動介入機能部と、を備え、負荷配分制御器は、圧下位置手動介入機能部によって圧下位置が手動修正された場合に、圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づいて、スタンド間の圧延荷重比率の目標値を再設定するものである。

また、この発明に係る連続圧延機の負荷配分制御装置は、連続圧延機の各スタンドに設けられ、各スタンドの圧延荷重を検出する圧延荷重検出器と、圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づくスタンド間の圧延荷重比率と設定された圧延荷重比率の目標値とに基づいて、各スタンドの板厚修正量を演算する負荷配分制御器と、負荷配分制御器によって演算された板厚修正量に基づいて、各スタンドの圧下位置を制御する圧下位置制御器と、ミル運転者が所定の手動操作を行うための手動リセット機能部と、を備え、負荷配分制御器は、手動リセット機能部に対して所定の手動操作が行われると、圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づいて、スタンド間の圧延荷重比率の目標値を再設定するものである。

この発明によれば、ミル運転者の判断によって圧延中の各スタンドに対する圧延荷重比率が手動修正された場合に、ミル運転者による手動介入後の状態を圧延荷重比率の目標値として利用することができ、これにより、圧延製品の品質を大幅に向上させることができるようになる。

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

図１はこの発明における連続圧延機の負荷配分制御装置の共通部分を示す構成図である。図１に基づいて、負荷配分制御装置の具体的構成とその機能（負荷配分制御のための演算方法）等について説明する。

図１は、連続圧延機に設けられた複数（Ｎ台）のスタンドのうち、連続した任意の３台のスタンドを示している。即ち、ｉは任意のスタンドを、ｉ−１はｉスタンドの上流側に隣接するスタンドを、ｉ＋１はｉスタンドの下流側に隣接するスタンドをそれぞれ示している。

各スタンドには、上下に配置された一対の圧延ロールが備えられている。即ち、図１において、１ａ及び１ｂは上流側のｉ−１スタンドに設けられた圧延ロール、２ａ及び２ｂはｉスタンドに設けられた圧延ロール、３ａ及び３ｂは下流側のｉ＋１スタンドに設けられた圧延ロールを示している。圧延材４は、上流側のｉ−１スタンド、ｉスタンド、下流側のｉ−１スタンドを経由する際に、圧延ロール１ａ及び１ｂ間、２ａ及び２ｂ間、３ａ及び３ｂ間を順次通過することにより、所望の板厚に近づくように圧延されていく。なお、図１中の矢印Ａは圧延方向を示している。

各スタンドの一対の圧延ロールのうち、下方に配置された圧延ロール１ｂ、２ｂ、３ｂには、圧延荷重検出器５乃至７がそれぞれ接続されている。この圧延荷重検出器５乃至７により、ｉ−１乃至ｉ＋１の各スタンドにおける圧延荷重が検出される。また、各スタンドの一対の圧延ロールのうち、上方に配置された圧延ロール１ａ、２ａ、３ａには、圧下位置制御器８乃至１０がそれぞれ接続されている。この圧下位置制御器８乃至１０は、各スタンドにおける圧下位置を制御する機能を有する。即ち、この圧下位置制御器８乃至１０による圧下位置制御によって、各スタンドの圧延荷重が調節される。

１１は負荷配分制御器である。この負荷配分制御器１１は、圧延荷重検出器５乃至７によって検出された各スタンドの圧延荷重（Ｆ_ｉ−１、Ｆ_ｉ、Ｆ_ｉ＋１）を入力とし、この入力値から得られた圧延荷重比率が目標値と一致するように、各スタンドの適切な板厚修正量（Δｈ_ｉ−１、Δｈ_ｉ、Δｈ_ｉ＋１）を演算する。そして、上記圧下位置制御器８乃至１０は、負荷配分制御器１１の出力値である上記板厚修正量に基づいて、ロールギャップの修正量（ΔＳ_ｉ−１、ΔＳ_ｉ、ΔＳ_ｉ＋１）を演算し、圧延ロール１ａ、２ａ、３ａの位置、即ち、ロールギャップを補正する。かかる動作により、各スタンドに対する圧延荷重比率を所定の目標値に一致させるための制御（負荷配分制御）が実現される。

次に、負荷配分制御器１１の構成及び機能等について具体的に説明する。
負荷配分制御器１１には、例えば、板厚修正量演算部１２と、制御器部１３とが備えられている。板厚修正量演算部１２では、先ず、入力された各スタンドの圧延荷重（Ｆ_ｉ−１、Ｆ_ｉ、Ｆ_ｉ＋１）に基づき、現在の圧延荷重比率が目標値と一致するか否かが判定される。そして、一致しない（例えば、現在の圧延荷重比率が所定の範囲内にない）との判定がなされると、その目標値からの偏差に基づき、各スタンドの板厚修正量を演算する。また、制御器部１３は、板厚修正量演算部１２の演算結果に所定の関数による処理を施すことにより、比例項と積分項との２つの成分からなる、負荷配分制御器１１の最終的な出力値を演算する。

以下に、負荷配分制御器１１の動作について具体的に説明する。
圧延荷重検出器５乃至７で検出される圧延荷重（Ｆ_ｉ−１、Ｆ_ｉ、Ｆ_ｉ＋１）は、圧延状況によって常に変化する。ここで、圧延荷重の変化量ΔＦ_ｉを圧延材４の板厚との関係式で表すと、次式になる。

ここで、ΔＨ_ｉは入側板厚変化量、Δｈ_ｉは出側板厚変化量、Ｑ_ｉはΔＦ_ｉに対するΔＨ_ｉの影響感度、ｑ_ｉはΔＦ_ｉに対するΔｈ_ｉの影響感度である。

上記式（１）及び式（２）と、ΔＨ_ｉ≒Δｈ_ｉ−１の関係とにより、次式が得られる。

ここで、ｉ＝１のスタンドの入側板厚に関しては、ΔＨ_１＝０とした。更に、Ｑ_ｉ≒ｑ_ｉと仮定して、上記式（３）を変形すると、下記式（４）及び式（５）の近似式を得ることができる。

上記式（４）及び式（５）を用いることにより、煩雑な逆行列の演算を行うことなく、圧延中に刻々と変化する圧延荷重に対する板厚修正量Δｈ_ｉを求めることができるようになる。また、圧延中に上記式（４）及び式（５）を用いて板厚修正量を演算するため、圧延中に、圧延荷重比率の目標値（Ｃ_ｉ−１：Ｃ_ｉ：Ｃ_ｉ＋１）を設定し直すことも可能となる。

ここで、図１における圧延荷重比率ロックオン機能部１５は、圧延中に、圧延荷重比率の目標値を再設定する機能を有する。例えば、上記圧延荷重比率ロックオン機能部１５は、圧延開始後、圧延材４が全スタンドに噛み込んだ後の安定点（例えば、圧延材４が全スタンドに噛み込んだ時点から所定時間経過後）における圧延荷重に基づき、圧延荷重比率の目標値を再設定する。そして、圧延中に圧延荷重比率の目標値の再設定が行われた場合には、板厚修正量演算部１２は、再設定後の目標値に基づいて板厚修正量の演算を行う。

また、上記構成の連続圧延機では、圧延中の圧延材４の状態を観測しているミル運転者により、安定操業や形状品質といった観点から、圧下位置の手動修正が行われる。以下に、かかる場合における負荷配分制御装置の機能、及びその機能を実現するための構成について具体的に説明する。

実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１における連続圧延機の負荷配分制御装置を示す構成図である。図２において、１６は各スタンドの圧下位置を手動介入によって修正するための圧下位置手動介入機能部である。この圧下位置手動介入機能部１６は、負荷配分制御器１１の演算結果とは無関係に圧下位置を手動修正することが可能なように構成され、例えば、ロールギャップを制御する圧下位置制御系に付随して設けられる。

上述のように、圧延前或いは圧延中に所定の演算によって設定された圧延荷重比率の目標値は、安全操業や形状品質の観点から、必ずしも正しい値であるとは限らない。このため、ミル運転者は、圧延中に圧延材４の状態を常時観察しており、必要に応じて圧延荷重比率を手動によって調節することがある。この時、ミル運転者は、圧下位置手動介入機能部１６の操作によって圧延荷重比率を手動修正する。

この発明の実施の形態１によれば、ミル運転者の判断によって圧延中の各スタンドに対する圧延荷重比率が手動修正された場合であっても、ミル運転者による手動介入後の状態を圧延荷重比率の目標値として利用することができ、これにより、圧延製品の品質を大幅に向上させることができるようになる。

具体的には、圧延材４が全スタンドに噛み込んだ後の安定点において圧延荷重比率が設定された後、更に、ミル運転者の手動介入によって圧延荷重比率が再設定された場合に、手動介入後の圧延荷重実績値に基づいて圧延荷重比率の目標値が再設定される。このため、熟練のミル運転者の判断を尊重した上で、より最適な圧延荷重比率の目標値を採用することが可能となり、圧延製品の品質向上及び高付加価値化に貢献することが可能となる。

上述のように、ミル運転者は、圧延中に圧延材４の状態を常時観測し、必要に応じて圧延荷重比率を手動によって修正する。実施の形態１では、圧延荷重比率の手動修正が行われることにより、圧延荷重比率の目標値が自動的に再設定される構成について説明した。これに対し、実施の形態２では、圧延荷重比率の目標値が、ミル運転者の手動リセット機能部１７に対する手動操作によって行われる。即ち、ミル運転者は、圧延中の圧延材４の状態を観察しながら、その時点における負荷配分が最適であり、その状態の圧延荷重比率を目標にすべきと判断した際に、手動リセット機能部１７を操作する。

上記構成においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、上記構成によれば、手動リセット機能部１７を手動操作しなければ圧延荷重比率の目標値が再設定されないため、自動的に再設定される実施の形態１に記載のものよりも、ミル運転者の判断をより尊重することができるようになる。

かかる構成によれば、圧延荷重比率の目標値の再設定を、予め許可された者に限定することが可能となり、誤操作等を防止することができるようになる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３における連続圧延機の負荷配分制御装置を示す構成図である。図４において、１８は圧延荷重比率の目標値を圧延中に再設定するための補正機能部を示している。この補正機能部１８は、実施の形態２における方法とは異なる方法で圧延荷重比率の目標値を再設定するためのものである。即ち、ミル運転者は、圧延状態の観測中に、その時点における圧延荷重比率の目標値が適切ではないと判断した場合、上記補正機能部１８に対して、手入力によって数値を直接入力することにより、上記目標値を再設定する。

かかる構成によれば、圧延荷重比率の目標値の再設定を様々な方法で実施することができ、操作性に優れた負荷配分制御装置を提供することが可能となる。その他の構成及び効果は、実施の形態１又は２と同様である。なお、図４は、実施の形態２の構成に補正機能部１８を付加した場合を一例として示している。

この発明における連続圧延機の負荷配分制御装置の共通部分を示す構成図である。 この発明の実施の形態１における連続圧延機の負荷配分制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２における連続圧延機の負荷配分制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３における連続圧延機の負荷配分制御装置を示す構成図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ 圧延ロール
４ 圧延材
５、６、７ 圧延荷重検出器
８、９、１０ 圧下位置制御器
１１ 負荷配分制御器
１２ 板厚修正量演算部
１３ 制御器部
１４ 設定演算部
１５ 圧延荷重比率ロックオン機能部
１６ 圧下位置手動介入機能部
１７ 手動リセット機能部
１８ 補正機能部

Claims (3)

1. 連続圧延機の各スタンドに設けられ、前記各スタンドの圧延荷重を検出する圧延荷重検出器と、
   前記圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づく前記スタンド間の圧延荷重比率と設定された圧延荷重比率の目標値とに基づいて、前記各スタンドの板厚修正量を演算する負荷配分制御器と、
   前記負荷配分制御器によって演算された板厚修正量に基づいて、前記各スタンドの圧下位置を制御する圧下位置制御器と、
   前記負荷配分制御器の演算結果とは無関係に、前記各スタンドの圧下位置を手動修正するための圧下位置手動介入機能部と、
   を備え、
   前記負荷配分制御器は、前記圧下位置手動介入機能部によって圧下位置が手動修正された場合に、前記圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づいて、前記スタンド間の圧延荷重比率の目標値を再設定する
   ことを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御装置。
2. ミル運転者が所定の手動操作を行うための手動リセット機能部と、
   を更に備え、
   前記負荷配分制御器は、前記圧下位置手動介入機能部によって圧下位置が手動修正され、且つ、前記手動リセット機能部に対して前記所定の手動操作が行われた場合に、前記圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づいて、前記スタンド間の圧延荷重比率の目標値を再設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続圧延機の負荷配分制御装置。
3. 連続圧延機の各スタンドに設けられ、前記各スタンドの圧延荷重を検出する圧延荷重検出器と、
   前記圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づく前記スタンド間の圧延荷重比率と設定された圧延荷重比率の目標値とに基づいて、前記各スタンドの板厚修正量を演算する負荷配分制御器と、
   前記負荷配分制御器によって演算された板厚修正量に基づいて、前記各スタンドの圧下位置を制御する圧下位置制御器と、
   ミル運転者が所定の手動操作を行うための手動リセット機能部と、
   を備え、
   前記負荷配分制御器は、前記手動リセット機能部に対して所定の手動操作が行われると、前記圧延荷重検出器によって検出された圧延荷重に基づいて、前記スタンド間の圧延荷重比率の目標値を再設定することを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御装置。

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