JP5077437B2 - 冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、金属等の圧延材を圧延する冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法に関するものである。

圧延機の制御装置は、通常、ビジコン等の上位の計算機からなる。この制御装置は、圧延材情報や製品情報を受信し、これらの情報に基づいて、当該圧延材から所望の製品が得られるように設定計算を行い、パススケジュール等の初期設定を行う。そして、圧延材が圧延機に進入した後は、ライン上に設置されたセンサで圧延材の板厚が測定され、ダイナミック制御が実施される。一般に、冷間タンデム圧延機の場合は、モータ容量等の各スタンドの性能を考慮し、実施可能な圧延速度が演算される。そして、圧延材の圧延開始後、特に圧延を阻害する要因がなければ、設定計算で演算された圧延速度まで速度をあげて圧延がなされる。

ここで、ステンレス等表面品質が重要となる圧延材を巻き取る際、コイルの巻き締め等で表面に傷がつかないように間紙を挿入する場合がある。この間紙は、ある温度以上になると焼き付きを発生させる。この焼き付きにより、間紙は、コイルに付着したり、もろくなったりする。そして、この現象が発生すると、次工程で巻き戻すときにトラブルのもとになる。また、最悪の場合は、間紙が発火してしまう可能性もある。このように、圧延材の間に間紙を挿入する場合、圧延機の性能のみを考慮して圧延速度を決定することは十分ではなく、圧延材の温度が上限を超えないようにする必要がある。

圧延材の温度を考慮して、圧延機の圧延速度を決定する従来の技術としては、温度計による測定値に基づいて予め指定した圧延機でのロールバイト出側の圧延材温度を推定し、推定した圧延材の温度がヒートスクラッチが発生する温度より高ければ速度を修正するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、別の従来の技術として、圧延材の温度を温度計により測定し、測定値が間紙の焼き付き温度より高い場合、圧延速度を修正する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

日本特開２０００−１６７６１４号公報 日本特開平６−１９０４２１号公報

しかし、特許文献１に記載のものは、ヒートスクラッチの防止を主眼としたものである。このため、圧延機以降の圧延材温度に関しては、何の考慮もなされていない。一方、特許文献２に記載のものは、圧延機以降の圧延材温度として、間紙の焼き付き温度を考慮しているものの、温度計による測定値に基づいて、ダイナミック制御が実施される。しかし、ダイナミック制御においては、実際に圧延速度を上げてみなければ、圧延材の温度がどの程度になるか分からない。このため、例えば、一気に加速した場合など移送時間遅れ等で制御に遅れが発生し、圧延材の温度が上限を超えてしまう場合があった。

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、圧延後に巻き取り機に巻き取られる圧延材の温度が上限を超えることを確実に防止することができる冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法を提供することである。

この発明に係る冷間圧延機の圧延速度制御方法は、複数のスタンドがタンデムに配置された冷間タンデム圧延機の仮圧延速度を決定する工程と、前記仮圧延速度で圧延されたときの圧延材の予測温度を、各スタンドの圧延速度と各スタンドの入側の圧延材温度とを変数として前記スタンド毎に生成された温度モデルに基づいて、最上流側のスタンドの温度モデルから、順々に、演算し、巻き取り機で巻き取られるときの前記圧延材の仮予測温度を演算する工程と、前記仮予測温度と予め設定された比較値とを比較する工程と、前記仮予測温度が前記比較値よりも高い場合は、前記温度モデルに基づいて演算される圧延材の予測温度が前記比較値よりも低くなるように、前記仮圧延速度を減速修正した修正圧延速度を演算し、前記修正圧延速度で前記冷間タンデム圧延機を動作させて前記圧延材を圧延する工程とを備えたものである。

この発明によれば、圧延後に巻き取り機に巻き取られる圧延材の温度が上限を超えることを確実に防止することができる。

この発明の実施の形態１における冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法が利用される冷間タンデム圧延機を説明する全体構成図である。 この発明の実施の形態１における冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１における冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法で利用される温度モデルの学習方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 冷間タンデム圧延機、 ２ 第１スタンド、 ３ 第２スタンド、
４ 第３スタンド、 ５ 第４スタンド、 ６ 圧延方向、 ７ 圧延材、
８ 巻き取り機、 ９ 温度計、 １０ 制御装置

この発明を実施するための最良の形態について添付の図面に従って説明する。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。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法が利用される冷間タンデム圧延機を説明する全体構成図である。
図１において、１はバッチ式の冷間タンデム圧延機である。この冷間タンデム圧延機１は、第１スタンド〜第４スタンド２〜５がタンデムに配置される。この冷間タンデム圧延機１は、矢印の圧延方向６に圧延材７を圧延する機能を備える。また、冷間タンデム圧延機１の入側には、巻き戻し機（図示せず）が設けられる。この巻き戻し機は、コイル状の圧延材７を巻き戻して、冷間タンデム圧延機１に送り込む機能を備える。さらに、冷間タンデム圧延機１が連続式の場合、巻き戻し機と冷間タンデム圧延機１との間に、溶接機やルーパ（ともに図示せず）が設置される。これにより、切れ目のない圧延材７が冷間タンデム圧延機１に進入して圧延される。

一方、冷間タンデム圧延機１の出側には、巻き取り機８が設けられる。この巻き取り機８は、冷間タンデム圧延機１で圧延された圧延材７をコイル状に巻き取る機能を備える。ここで、圧延材７がステンレスの場合、巻き取り機８に巻き取られる圧延材７の間に、間紙（図示せず）が挿入される。これにより、圧延材７の表面の品質が保持される。また、冷間タンデム圧延機１と巻き取り機８との間の圧延材７近傍には、温度計９が配置される。通常、冷間タンデム圧延ラインには設置されていないため、温度計９は、ポータブル式のものである。この温度計９は、冷間タンデム圧延機１に圧延された圧延材７の実温度を計測する機能を備える。ここで、圧延材７が表面に光沢のあるステンレスの場合、圧延材７の温度を正確に測定するためには、圧延材７の放射率の適正な調整、測定環境等に十分に注意を払う必要がある。

そして、各スタンド２〜５、巻き戻し機、巻き取り機８、温度計９は、制御装置１０に接続される。この制御装置１０は、各スタンド２〜５の圧延速度や、巻き取り機８の巻き取り速度等、冷間タンデム圧延機１全体の制御を行う機能を備える。具体的には、制御装置１０は、各スタンド２〜５のスピードコーンやモータ容量等に基づいて、各スタンド２〜５の圧延速度を決定する機能を備える。なお、スピードコーンとは、モータの定格（トップ速度）、ギア比、ロール径から決定される各スタンド２〜５の最大圧延速度のことである。

ここで、圧延材７は、冷間タンデム圧延機１の上流側から下流側に向けて圧延され、伸ばされる。即ち、上流側の圧延材７の板厚よりも、下流側の圧延材７の板厚を薄くする必要がある。従って、マスフロー一定則を満たすようにするためには、上流側のスタンド１等のスピードコーンを遅くし、下流側のスタンド４等のスピードコーンを早くする必要がある。また、各スタンド２〜５は、スピードコーンを超えて回転することはできない。従って、各スタンド２〜５の圧延速度は、スピードコーン以下に設定する必要もある。

さらに、圧延材７を圧延する場合、各スタンド２〜５の圧延ロールには、トルクが発生する。このトルクが各スタンド２〜５のモータ容量を超える設定では、圧延を実施することができない。従って、各スタンド２〜５の圧延速度を決定する場合、各スタンド２〜５の圧延ロールにかかるトルクを推定演算し、各スタンド２〜５のモータ容量以下であることを確認する必要がある。そして、かかるトルクが各スタンド２〜５のモータ容量を超えている場合は、各スタンド２〜５の圧延速度を下げ、各スタンド２〜５の圧延ロールにかかるトルクがモータ容量以下となるように設定する必要がある。

さらに、制御装置１０は、スタンド２〜５毎に生成された温度モデルに基づいて、圧延材７の予測温度を演算する機能を備える。この温度モデルは、通常、パススケジュール等を決定する設定計算機能に含まれる。この温度モデルは、加工発熱、摩擦発熱、圧延ロールとの接触による冷却等、各スタンド２〜５の圧延速度と関連するものや、クーラントによる冷却、空冷等を考慮したものを変数として、各位置の圧延材７の温度を予測するものである。なお、温度モデルの詳細な数式は、例えば、「板厚延の理論と実際」（社団法人 日本鉄鋼協会）等で明らかにされている。このため、本実施の形態においては、詳細な数式等の説明を省略する。

上述の温度モデルに基づいて、制御装置１０は、設定計算機能で求めた各スタンド２〜５の圧延速度や圧延材７の板厚を変数とし、最上流に配置された第１スタンド２の温度モデルから、順々に、圧延材７の予測温度を演算する機能を備える。そして、制御装置１０は、最終的に、最下流に配置された第４スタンド５の出側の圧延材７の予測温度、さらには、巻き取り機８に巻き取られる位置での圧延材７の予測温度を演算する機能を備える。なお、温度モデルは、他のモデルとも複雑に絡んでいる。このため、設定計算内において、温度モデルは、繰り返し計算によって再生成されることもある。

また、制御装置１０は、圧延材７の仮予測温度と予め設定された比較値とを比較する機能を備える。さらに、制御装置１０は、仮予測温度が比較値よりも低い場合に、仮圧延速度で冷間タンデム圧延機１を動作させる機能を備える。加えて、制御装置１０は、仮予測温度が比較値よりも高い場合に、温度モデルに基づいて演算される圧延材７の予測温度が比較値よりも低くなるように、仮圧延速度を減速修正した修正圧延速度を演算し、この修正圧延速度で冷間タンデム圧延機１を動作させる機能を備える。本実施の形態においては、比較値は、間紙の焼き付き温度に設定されている。

次に、図２を用いて、冷間タンデム圧延機１の圧延速度制御方法をより詳細に説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１で、各スタンド２〜５のスピードコーン及びモータ容量を考慮して、冷間タンデム圧延機１の仮圧延速度が決定され、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、最上流の第１スタンド２から、順々に、圧延材７の予測温度が演算され、巻き取り機８の位置での圧延材７の仮予測温度が演算される。次に、ステップＳ３に進み、仮予測温度と間紙の焼き付き温度と比較が比較される。そして、仮予測温度が間紙の焼き付き温度よりも低ければ、動作が終了する。かかる制御により、冷間タンデム圧延機１は、仮圧延速度で動作する。

一方、ステップＳ３で、仮予測温度が間紙の焼き付き温度よりも高ければ、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、冷間タンデム圧延機１の仮圧延速度が減速修正される。そして、ステップＳ２に戻り、温度モデルに基づいて、圧延材７の予測温度を冷間タンデム圧延機１入側から、順々に、巻き取り機８の位置まで演算する。かかる演算を繰り返し、圧延材７の予測温度が間紙の焼き付き温度以下となるに、冷間タンデム圧延機１の修正圧延速度が演算され、動作が終了する。かかる制御により、冷間タンデム圧延機１は、間紙の焼き付き温度以下となる最大圧延速度となる修正圧延速度で動作する。

次に、図３を用いて、温度モデルの学習方法を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法で利用される温度モデルの学習方法を説明するためのフローチャートである。
温度モデルは、冷間タンデム圧延機１の立ち上げ時に、十分に調整されていなければならない。そこで、冷間タンデム圧延機１の立ち上げ時に、温度計９が準備され、鋼種、板厚毎に、圧延材の温度がマニュアルで測定され、温度モデルが調整される。以下、温度モデルの調整するための具体的手順を説明する。

まず、あるタイミングで、圧延材７上にトラッキングポイントが作成される。このトラッキングポイントが、冷間タンデム圧延機１の入側から温度計９の位置までトラッキングされる。そして、ステップＳ１１で、トラッキングポイントが各スタンド２〜５に対応して設けられた板厚計（図示せず）に到達するごとに、関係する実績圧延データが収集される。最後に、温度計９で、圧延材７の学習用実温度が収集され、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、収集された実績圧延データを変数とし、最上流側の第１スタンド２の温度モデルから、順々に、実績圧延データを変数とし圧延材７の予測温度が演算され、最後に、温度計９の位置での圧延材７の学習用予測温度が演算される。そして、ステップＳ１３に進み、学習用実温度と学習用予測温度とが比較される。ここで、温度モデルに誤差がなければ、学習用実温度と学習用予測温度とが一致する。しかし、一般には、温度モデルには、誤差が含まれる。このため、当該誤差をうめるべく、温度モデルの学習が行われる。

即ち、学習用実温度が学習用予測温度よりも低い場合は、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、学習用実温度と学習用予測温度との誤差に応じて、学習ゲインが小さめの値に設定され、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、設定されたゲインに基づいて、温度モデルの学習値が演算され、動作が終了する。一方、ステップＳ１３で、学習用実温度が学習用予測温度よりも高い場合は、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、学習用実温度と学習用予測温度との誤差に応じて、学習ゲインが大きめの値に設定され、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、設定されたゲインに基づいて、温度モデルの学習値が演算され、動作が終了する。

以上で説明した実施の形態１によれば、仮予測温度が比較値よりも高い場合は、温度モデルに基づいて演算される圧延材７の予測温度が比較値よりも低くなるように、仮圧延速度を減速修正した修正圧延速度が演算される。そして、冷間タンデム圧延機１が修正圧延速度で動作し、圧延材７を圧延する。このため、圧延後の圧延材７の温度が上限を超えることを確実に防止することができる。

また、仮予測温度は、冷間タンデム圧延機１が許容する上限の圧延速度に決定される。そして、仮予測温度が比較値よりも低い場合は、仮圧延速度で冷間タンデム圧延機１を動作させて圧延材７を圧延する。このため、圧延後の圧延材７の温度が上限を超えることを確実に防止するとともに、実施可能な最大圧延速度で圧延材７を圧延することができる。さらに、比較値は、間紙の焼き付き温度に設定されるため、間紙の焼き付きを確実に防止することができ、下流工程においても作業率低下を招かずに済む。

加えて、制御装置１０は、圧延材７の実温度と学習用予測温度との誤差を減らすように、温度モデルを学習する。このため、圧延後の圧延材７の温度が上限を超えることをより確実に防止することができる。具体的には、制御装置１０は、学習用実温度が学習用予測温度よりも低い場合は、学習用実温度と学習用予測温度との差に応じて、温度モデルの学習ゲインを小さくし、学習用実温度が学習用予測温度よりも高い場合は、学習用実温度と学習用予測温度との差に応じて、温度モデルの学習ゲインを大きくする。このため、温度モデルが予測温度を高めに外している場合は、学習値の安定性を重視し、温度モデルが予測温度を低めに外している場合は、学習値の追従性を高めることができる。

より具体的には、各スタンド２〜５および板厚計に到達するごとに、圧延材７のトラッキングポイントのそれぞれ関連する実績圧延データが収集される。そして、これらの実績圧延データを変数として学習温予測温度が演算される。このため、より正確な温度モデルの学習を行うことができる。また、温度計９が常時設置されている場合、オンラインで温度モデルの学習を実行し、温度モデルの精度向上を図ることができる。

なお、実施の形態１では、間紙の焼き付き温度を比較値とする場合で説明した。しかし、比較値は、間紙の焼き付き温度に限定されなくてもよい。例えば、生産効率向上のため、冷間タンデム圧延機１が焼き鈍しラインや酸洗ラインと結合している場合は、これらのラインに適した温度を比較値としてもよい。この場合、ダイナミック制御によって冷間タンデム圧延機１の圧延速度を変更する場合に生じ得る焼き鈍しラインや酸洗ラインでの停滞を防止することができる。即ち、ライン全体の安定操業を行うことができる。

また、実施の形態１で説明した冷間タンデム圧延機１の圧延速度制御方法は、経験的に得られた操業ノウハウでは対応できない冷間圧延機のパススケジュールの変更にも対応可能である。さらに、実施の形態１で説明した冷間タンデム圧延機１の圧延速度制御方法は、シングルリバースコールドミル等他の冷間圧延機にも適用可能であるのはいうまでもない。

以上のように、この発明にかかる冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法によれば、圧延後に巻き取り機に巻き取られる圧延材の温度が上限を超えることを確実に防止することができる。

Claims (6)

1. 複数のスタンドがタンデムに配置された冷間タンデム圧延機の仮圧延速度を決定する工程と、
   前記仮圧延速度で圧延されたときの圧延材の予測温度を、各スタンドの圧延速度と各スタンドの入側の圧延材温度とを変数として前記スタンド毎に生成された温度モデルに基づいて、最上流側のスタンドの温度モデルから、順々に、演算し、巻き取り機で巻き取られるときの前記圧延材の仮予測温度を演算する工程と、
   前記仮予測温度と予め設定された比較値とを比較する工程と、
   前記仮予測温度が前記比較値よりも高い場合は、前記温度モデルに基づいて演算される圧延材の予測温度が前記比較値よりも低くなるように、前記仮圧延速度を減速修正した修正圧延速度を演算し、前記修正圧延速度で前記冷間タンデム圧延機を動作させて前記圧延材を圧延する工程と、
   を備えたことを特徴とする冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法。
2. 前記仮圧延速度は、前記冷間タンデム圧延機が許容する上限の圧延速度に決定され、
   前記仮予測温度が前記比較値よりも低い場合は、前記仮圧延速度で前記冷間タンデム圧延機を動作させて前記圧延材を圧延することを特徴とする請求項１記載の冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法。
3. 前記比較値は、前記巻き取り機が前記圧延材を巻き取るときに前記圧延材の間に挿入される間紙の焼き付き温度に設定されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法。
4. 前記冷間タンデム圧延機を学習用圧延速度で動作させ、前記冷間タンデム圧延機と前記巻き取り機との間に設けられた温度計で前記圧延材の学習用実温度を計測する工程と、
   前記温度モデルに基づいて、前記学習用圧延速度で圧延されて前記巻き取り機で巻き取られるときの前記圧延材の学習用予測温度を演算する工程と、
   前記学習用実温度と前記学習用予測温度とを比較する工程と、
   前記学習用実温度と前記学習用予測温度との誤差を減らすように、前記温度モデルを学習する工程と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法。
5. 前記学習用実温度が前記学習用予測温度よりも低い場合は、前記学習用実温度と前記学習用予測温度との誤差に応じて、前記温度モデルの学習ゲインを小さくし、
   前記学習用実温度が前記学習用予測温度よりも高い場合は、前記学習用実温度と前記学習用予測温度との誤差に応じて、前記温度モデルの学習ゲインを大きくすることを特徴とする請求項４記載の冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法。
6. 前記冷間タンデム圧延機の入側で、前記圧延材にトラッキングポイントを作成し、
   各スタンドおよび板厚計に到達するごとに、前記トラッキングポイントのそれぞれ関連する実績圧延データを収集し、
   前記温度計で、前記トラッキングポイントの学習用実温度を計測し、
   最上流側のスタンドの温度モデルから、順々に、前記実績圧延データを変数として前記学習用予測温度を演算することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の冷間タンデム圧延機の圧延速度制御方法。

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