JP5022232B2 - 圧延プロセスの制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

この発明は、少なくとも二つのロールを用いて金属ストリップを平坦に圧延する圧延プロセスを制御するための方法及びコンピュータプログラムに関する。この発明は、基本的に、例えば、冷間圧延、熱間圧延、仕上げ圧延などの全ての種類の圧延プロセスに関するものであるが、有利には、冷間圧延プロセスに用いられる。

そのような方法は、従来技術では、例えば、特許文献１により基本的に周知である。そこには、圧延プロセスの安定性が、所謂中立点のその時々の位置に依存することが記載されている。この場合、中立点とは、作業ロールの周速度が被圧延材の速度と一致する、作業ロールの周囲上の位置として表される。前記の特許文献１は、圧延プロセスの安定性を保証するために、中立点の位置が常にロールと被圧延材間の接触弧の内側に入るようにストリップ張力を制御することを教示している。

しかしながら、中立点の位置の計算は、理想的な可塑性素材に関してしか分かっておらず、そのような素材に関して、圧延プロセスの測定可能なパラメータからしか計算することができない。そのため、理想的でない可塑性素材の場合、即ち、特に、弾力性の有る可塑性素材の場合、例えば、実際の金属などでは、圧延プロセスの安定性に関する判断基準として従来の計算による中立点の（相対的な）位置を使用することは、限定的にしか可能ではない。その理由は、従来では実際の金属の圧延プロセスに関する中立点の（相対的な）位置が、測定可能なパラメータを用いて、全く不正確にしか求めることができないことに有る。
特開昭５５−０６１３０９号公報

従来技術を出発点として、この発明の課題は、圧延プロセス時の金属ストリップの実際の挙動を考慮して、ロールと圧延する金属ストリップ間の中立点の相対的な位置にもとづき圧延プロセスを制御する周知の方法及びコンピュータプログラムを改善することである。

この課題は、請求項１に記載された方法によって解決される。その方法は、直接測定することができないプロセスパラメータとしての金属ストリップの平均的な降伏応力ｋ_e の大きさと中立点における静圧ｐ_N ^H の大きさとを、それぞれ個々の圧延プロセスに関する数学的なモデルを用いて第一と第二グループの測定可能なプロセスパラメータにもとづき推定することと、平均的な降伏応力ｋ_e と静圧ｐ_N ^H に関する推定した大きさ、第一グループの測定可能なプロセスパラメータ、及び金属ストリップの平均的な弾性率Ｅ^* と金属ストリップの圧縮率Ｋにもとづき、中立点の相対的な位置を計算することとを特徴とする。

金属ストリップの平均的な降伏応力と中立点における静圧の大きさを考慮することによって、過去に行われていた場合よりもずっと的確に、即ち、より実際に近い形で、より精確に中立点の相対的な位置を計算することが可能となる。特に、静圧を考慮することで、圧延プロセス時の金属ストリップの体積の圧縮が中立点の位置の計算に取り込まれるので、そのようなことが言える。更に、ロールギャップの最も狭い位置を通過した後のストリップの反りを考慮する。それを考慮することは、特に、先進率のパラメータ値をゼロとするために重要である。この発明にもとづく中立点の実際の位置に関して出来る限り実際に近い情報によって、圧延プロセスを監視又は制御する制御装置又は作業員が、より速く、より効率的に圧延プロセスに介入して、その安定性を保証することが可能となる。

降伏応力と中立点における静圧のパラメータは、確かに中立点の相対的な位置を的確に計算するために必要であるが、圧延プロセス時に測定パラメータとして簡単に測定することができないので、この発明では、個々の圧延プロセスにそれぞれ個別的に適合させることが可能な数学的なモデルを用いて、それらをシミュレーションし、有利には、リアルタイムで計算して、中立点の実際の位置の計算に対して適時に提供するものである。しかし、有利には、数学的なモデルに関する入力変量として、圧延プロセス時に測定することができるプロセスパラメータだけが使用される。

この発明では、中立点の相対的な位置ξは、有利には、次の式により計算される。

ここで、
ｆ_ｓｌｉｐ：先進率
σ_Ａ：出口でのストリップ張力
Ｋ：金属ストリップの圧縮率
ｐ_Ｎ：ロールギャップにおける中立点での金属ストリップに対して直角（垂直）な圧力
ｑ_Ｎ：ロールギャップにおける中立点での金属ストリップの長手方向の圧力
ｋ_ｅ：平均的な降伏応力
Ｅ^＊：金属ストリップの平均的な弾性率
ｈ_Ｅ：入口でのストリップ厚
ｈ_Ａ：出口でのストリップ厚
中立点の相対的な位置に関する計算値ξが、約０．１２の下方の閾値と約０．４の上方の閾値の間に有る場合、圧延プロセスは、安定して進行していると看做される。ξの値が、下方の閾値を下回る場合、それは、圧延プロセスが不安定であることの証拠であり、その場合例えば、出口でのストリップ張力の増大、入口でのストリップ張力の低減又はロールギャップでの摩擦の増大などの好適な措置によって、圧延プロセスを再び安定化させる必要が有る。

中立点の相対的な位置に関するξの値が約０．４の上方の閾値を上回る、その他の場合、それは、ロールギャップでの摩擦が大きすぎて、そのためロールの磨耗も同様に大きすぎることの証拠であり、その場合好適な措置によって、それに対抗して相応に制御する必要が有る。

証拠書類化を目的として、この発明により計算した中立点の相対的な位置を、有利には、その時間経過に沿って保存するのが有利である。それとは関係無く、この発明により計算した中立点の相対的な位置を、有利には、リアルタイムで、作業員のために表示機器上に表示することは、圧延プロセスを安定化するための措置の素早い開始又はロールギャップでの大きすぎる摩擦力の解消に関して有利である。

請求項１に記載した方法の別の有利な実施形態は、従属請求項の対象となっている。

更に、この発明の前記の課題は、前述した方法にもとづき圧延プロセスを制御する制御装置のためのコンピュータプログラムによって解決される。

以下において、実施例としての形の添付図面と関連して、この発明について詳しく述べる。

図１は、ロール２００が垂直に重ね合って配置された、両方のロール２００間でロールギャップを構成するロール対を備えた圧延機を図示している。圧延プロセスを実施するために、金属ストリップ１００は、ロールギャップを通して移送され、それにより平坦に圧延される。この場合、上方と下方の二つの（作業）ロール２００は、両方のロール２００が角度αの弧長により表される接触弧で金属ストリップ１００と接触している。

この発明の枠組みでは、個々の圧延プロセスの安定性に関する尺度又は判断基準として、所謂中立点の相対的な位置を用いる。図１には、中立点が、例えば、符号Ｎで表示されている。この中立点は、ロールの周速度が圧延されている素材、特に、圧延されている金属ストリップの速度と一致する、ロールの周囲上の位置として表される。

図１では、素材のフロー方向が、水平の矢印で示されており、そこでは左から右に進んでいる。パラメータＲは、ロール２００の半径を表し、パラメータｖ_E は、ロールギャップの入口での金属ストリップ１００の速度を表し、パラメータｖ_A は、ロールギャップの出口での金属ストリップの速度を表し、パラメータｖ_N は、中立点Ｎの高さでの金属ストリップ１００の速度を表している。更に、図１に図示された他の全てのパラメータを以下で詳しく説明する。

中立点の最新の位置が、より的確に、或いはより実際に近い形で分かるほど、より精確に、圧延プロセスの安定性に関する評価と圧延プロセスを安定化させるための措置の開始に関する決定を実施することができる。

そのため、図２にもとづき、圧延プロセス時に常に中立点の相対的な位置を非常に的確に、実際に近い形で計算することを可能とする、この発明による方法を説明する。

この発明では、次の式にもとづき、中立点Ｎの相対的な位置ξの計算を行う。

ここで、
ｆ_ｓｌｉｐ：先進率
σ_Ａ：出口でのストリップ張力
Ｋ：金属ストリップ１００の圧縮率
ｐ_Ｎ：ロールギャップにおける中立点での金属ストリップに対して直角（垂直）な圧力
ｑ_Ｎ：ロールギャップにおける中立点での金属ストリップの長手方向の圧力
ｋ_ｅ：平均的な降伏応力
Ｅ^＊：金属ストリップ１００の平均的な弾性率
ｈ_Ｅ：入口でのストリップ厚
ｈ_Ａ：ロールギャップの出口でのストリップ厚
図２では、中立点の相対的な位置ξの計算がブロックＡで行われる。この場合、ξの計算に投入される前記のパラメータは、同じく図２に図示されている。これらのパラメータの中の先進率ｆ_ｓｌｉｐ、ロールギャップの入口での金属ストリップの高さｈ_Ｅ、ロールギャップの出口での高さｈ_Ａ及びロールギャップの出口でのストリップ張力σ_Ａが、圧延プロセス時に常に直接測定可能な第一グループのプロセスパラメータを構成する。金属ストリップ１００の平均的な弾性率Ｅ^＊と金属ストリップの圧縮率Ｋは、基本的に周知である。それに対して、この発明による中立点の相対的な位置ξの計算に更に必要な平均的な降伏応力ｋ_ｅとロールギャップにおける中立点での金属ストリップに対して直角、即ち、垂直な圧力ｐ_Ｎ ^Ｈに関する値は、基本的に分からず、圧延プロセス時に測定することが可能でもない。最後に述べた二つのパラメータは、直接測定することができないので、この発明では、個々の圧延プロセスに関する数学的なモデルを用いて、第一グループのパラメータと第二グループのパラメータにもとづき、それらのパラメータを推定する。第二グループのプロセスパラメータには、ロールギャップの入口でのストリップ張力σ_Ｅ、圧延力Ｆ、金属ストリップの幅ｂ、（作業）ロール２００の半径Ｒ_０及びロールの平均的な弾性率Ｅ^＊ _Ｒが含まれる。第二グループのプロセスパラメータも、圧延プロセス時に個々に測定することが可能であり、そのため平均的な降伏応力ｋ_ｅとロールギャップにおける中立点での金属ストリップに対して直角な圧力ｐ_Ｎ ^Ｈに関する求める値は、測定可能なパラメータだけから計算することができる。この計算は、ξに関する出来る限り最新の値を入手して、必要な場合に圧延プロセスへの適切かつ効果的な介入を可能とするために、有利には、リアルタイムで行われる。

図３には、両方のロール２００間のロールギャップにおける中立点の可能な相対的な位置ξに関する様々な範囲が図示されている。先ずは、ξの値に関して約０．１２の下方の閾値と０．４の上方の閾値によって画定された斜線の範囲が認識できる。ξが斜線の範囲内に有る場合、即ち、数値的に上方と下方の閾値の間に有る場合、圧延プロセスは安定していると看做され、その場合圧延プロセスに介入して安定化させるための措置を採る必要はない。

それに対して、この発明により計算した値が、０．０８と０．１２の間に有る、それ以外の場合、圧延プロセスは、臨界的である、即ち、プロセスパラメータの変動に対して僅かな安定性しか持たないと看做される。ξの値がより一層小さい場合、特に、０と０．０８の間の値の場合、圧延プロセスは更に不安定となるため、より一層臨界的となる。前記の両方の不安定な場合、圧延プロセスは、好適な措置によって安定化させる必要が有り、措置（場合によっては組み合わせることも）の程度は、不安定さの度合いに依存する。圧延プロセスの安定化は、ロールギャップの出口でのストリップ張力σ_Ａの増大、ロールギャップの入口でのストリップ張力σ_Ｅの低減、及びロールギャップでの摩擦の増大の中の一つ以上によって達成することができる。後者は、例えば、ロール２００の粗さの増大、潤滑剤の量の低減、及びロール速度の低下の中の一つ以上によって達成することができる。

ξの値が０．４を上回る場合、ロールギャップでの摩擦が大きくなりすぎる。それは、生じた力とその結果としてのロールの磨耗が大きすぎるという欠点を有する。この場合、ロールギャップの出口でのストリップ張力σ_Ａの低減、ロールギャップの入口でのストリップ張力σ_Ｅの増大及びロール２００と金属ストリップ１００間の摩擦の低減の中の一つ以上などの好適な措置が、それを解消することができる。摩擦の低減は、ロールの粗さの低下、潤滑剤の量の増大、及びロール速度の向上の中の一つ以上によって実現することができる。この段落内で示した措置は、必要な程度に応じて、個々に、或いは組み合わせて用いることができる。

先に述べた措置は、中立点の位置ξに関する計算値にもとづき、自動的に、或いは作業員によって開始することができる。作業員による介入を開始する必要が有る場合、作業員に対して表示機器上に図３と同様な表示で中立点の最新の位置を随時可視化するのが有益である。その場合、作業員が、中立点の最新の表示された位置ξにもとづき、圧延プロセスが実際に安定して、不安定に、或いは非常に不安定に進行しているのか否かを直ちに認識して、それに応じて好適な措置を採ることができる。

証拠書類化を目的として、ξの値を、その時間経過に沿って保存することは有利である。

有利には、この発明にもとづく中立点の位置に関する値ξの計算は、圧延プロセスを制御する制御装置のためのコンピュータプログラムで実現される。

金属ストリップを通すロールギャップを構成するロール対 この発明による方法を図解したブロック図 ロールギャップでの中立点の相対的な位置に関する様々な可能な位置範囲

Claims (12)

1. 少なくとも一つのロール（２００）を用いて、金属ストリップ（１００）を平坦に圧延する圧延プロセスの制御方法であって、金属ストリップ（１００）とロール（２００）間の接触弧での中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）を計算して、この中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）にもとづき、圧延プロセスへの介入によって圧延プロセスを安定化させる方法において、
   直接測定することができないプロセスパラメータとしての金属ストリップの平均的な降伏応力ｋ_ｅの大きさと中立点（Ｎ）での静圧ｐ_Ｎ ^Ｈ に関する値としてのｐ _Ｎ とｑ _Ｎ の大きさを個々の圧延プロセスに関する数学的なモデルを用いたシミュレーションにより、第一と第二グループの測定可能なプロセスパラメータにもとづき推定し、ここで、第一グループの測定可能なプロセスパラメータが、金属ストリップ（１００）の先進率ｆ_ｓｌｉｐ、入口でのストリップ厚ｈ_Ｅ、出口でのストリップ厚ｈ_Ａ及び出口でのストリップ張力σ_Ａであり、第二グループの測定可能なプロセスパラメータが、入口でのストリップ張力σ_Ｅ、圧延力Ｆ、ストリップの幅ｂ、ロールの半径Ｒ_０及びロールの平均的な弾性率Ｅ^＊ _Ｒであることと、
   平均的な降伏応力ｋ_ｅ及び中立点（Ｎ）での静圧ｐ_Ｎ ^Ｈに関して推定した大きさと、第一グループの測定可能なプロセスパラメータと、金属ストリップの平均的な弾性率Ｅ^＊及び金属ストリップの圧縮率Ｋとにもとづき、次の式、
   

   

   ここで、
   ｆ_ｓｌｉｐ：先進率
   σ_Ａ：出口でのストリップ張力
   Ｋ：金属ストリップ（１００）の圧縮率
   ｐ_Ｎ：ロールギャップにおける中立点での金属ストリップに対して直角（垂直）な圧力
   ｑ_Ｎ：ロールギャップにおける中立点での金属ストリップの長手方向の圧力
   ｋ_ｅ：平均的な降伏応力
   Ｅ^＊：金属ストリップ（１００）の平均的な弾性率
   ｈ_Ｅ：入口でのストリップ厚
   ｈ_Ａ：出口でのストリップ厚
   により、中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）を計算することと、
   を特徴とする方法。
2. 当該の二つのロール（２００）間のロールギャップにおける中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）を三つの異なる範囲にもとづき弁別し、中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）に関する値が、０．１２の下方の閾値を下回る範囲、０．４０の上方の閾値を上回る範囲及び下方の閾値と上方の閾値の間の範囲の中のいずれかに有るようにすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 当該の中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）に関する値が、当該の下方の閾値と上方の閾値の間に有る場合、圧延プロセスが、安定して進行しており、安定化のための介入を必要としないことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 当該の中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）に関する値が、０と当該の下方の閾値の間に有る場合、第一の措置によって、圧延プロセスを安定化させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 当該の第一の措置が、出口でのストリップ張力の増大、入口でのストリップ張力の低減及びロールギャップでの摩擦の増大の中の一つ以上であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 当該のロールギャップでの摩擦の増大が、ロールの粗さの増大、潤滑剤の量の低減及びロール速度の低下の中の一つ以上によって行われることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 当該の中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）に関する値が当該の上方の閾値を上回る場合に、第二の措置によって圧延プロセスを改善し、この第二の措置が、出口でのストリップ張力の低減、入口でのストリップ張力の増大及びロールギャップでの摩擦の低減の中の一つ以上であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
8. 当該のロールギャップでの摩擦の低減が、ロールの粗さの低減、潤滑剤の量の増大、ロール速度の向上の中の一つ以上によって行われることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 当該の圧延プロセスの安定化が、当該の中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）に関する値にもとづき、自動的に、或いは作業員の圧延プロセスへの介入により行われることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. 当該の中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）に関する値が、保存されるか、作業員のために表示機器上に表示されるか、或いはその両方が行われることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
11. 当該の中立点（Ｎ）の相対的な位置（ξ）に関する値が、その時間経過に沿って保存されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 当該の表示機器上での表示がリアルタイムに行われることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。

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