JP5500061B2 - Method for controlling shape of rolled material in roll cross type rolling mill and method for producing rolled material - Google Patents

Method for controlling shape of rolled material in roll cross type rolling mill and method for producing rolled material Download PDF

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Description

本発明は、ロールクロス式圧延機を用いて圧延材の形状を制御する形状制御方法、及び、該形状制御方法を用いる圧延材の製造方法に関する。   The present invention relates to a shape control method for controlling the shape of a rolled material using a roll cloth type rolling mill, and a method for manufacturing a rolled material using the shape control method.

板材の圧延において、圧延中の圧延材の形状(平坦度や、幅方向の板厚分布である板クラウン、エッジドロップ。)を所望の値にするための形状制御が行われている。この形状制御では、圧延材の形状の測定実績値や推定値、あるいは、圧延材の形状に対する外乱となる圧延荷重変化の測定実績値等に基づいて形状制御アクチュエータの操作量を決定する。   In the rolling of a plate material, shape control is performed in order to obtain a desired value for the shape of the rolled material during rolling (flatness, plate crown or edge drop which is a plate thickness distribution in the width direction). In this shape control, the amount of operation of the shape control actuator is determined based on a measurement result value or an estimated value of the shape of the rolled material, or a measurement result value of a rolling load change that becomes a disturbance to the shape of the rolled material.

圧延材の形状制御に関する技術として、例えば特許文献1には、圧延機出側に設置した平坦度計で圧延材の平坦度を測定し、測定された圧延材の平坦度と予め設定された平坦度目標値との差に基づいて形状制御アクチュエータの操作量を決定する方法が開示されている。また、特許文献2には、基準となる圧延荷重からの圧延荷重の変化量に基づいて形状制御アクチュエータを操作する形状制御方法が開示されている。   As a technique relating to the shape control of the rolled material, for example, in Patent Document 1, the flatness of the rolled material is measured with a flatness meter installed on the delivery side of the rolling mill, and the measured flatness of the rolled material and a preset flatness are measured. A method for determining an operation amount of a shape control actuator based on a difference from a degree target value is disclosed. Patent Document 2 discloses a shape control method for operating a shape control actuator based on the amount of change in rolling load from a reference rolling load.

特開2000−61520号公報JP 2000-61520 A 特開2005−161373号公報JP 2005-161373 A

上記した圧延中に行われる形状制御のアクチュエータとしては、油圧で動作するために応答が速いロールベンダが最も広く用いられている。ロールベンダをアクチュエータとした場合の、特許文献1に類する方法におけるロールベンド力の操作量を求める一般的な方法を説明すると、以下のようになる。   As an actuator for shape control performed during the rolling described above, a roll bender that is fast in response because it is hydraulically operated is most widely used. A general method for obtaining the operation amount of the roll bend force in the method similar to Patent Document 1 when the roll bender is an actuator will be described as follows.

圧延材の形状実績値をεact(平坦度の場合は端伸び方向を正、中伸び方向を負として伸差率の大きさを表すものとし、板クラウン、エッジドロップの場合は板端の板厚が薄い方向を正、厚い方向を負で表すとする。)、目標値をεaimとすると、εactをεaimに修正するのに必要なロールベンド力の操作量は下記式1で表される。 The actual shape value of the rolled material is expressed as ε act (in the case of flatness, the end elongation direction is positive and the middle elongation direction is negative, and the elongation ratio is expressed. If the target value is ε aim , the operation amount of the roll bend force required to correct ε act to ε aim is expressed by the following formula 1. Is done.

Figure 0005500061
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ここで、∂ε/∂J(<0)は、ロールベンド力Jの圧延材形状εへの影響を表す係数である。一般に、制御量(本願では圧延材の形状)を検出して操作量にフィードバックする制御方式では、制御量の定常位置偏差(オフセット)をゼロにするためには積分制御が必要であるので、制御周期をΔtとして式1に積分制御を適用すると、当該制御周期におけるロールベンド力の操作量ΔJ(t)は下記式2で表される。 Here, ∂ε / ∂J (<0) is a coefficient representing the influence of the roll bend force J on the rolled material shape ε. In general, in a control method in which a control amount (in this application, the shape of a rolled material) is detected and fed back to an operation amount, integral control is required to make the steady position deviation (offset) of the control amount zero. When integral control is applied to Equation 1 with a period of Δt, an operation amount ΔJ 1 (t) of the roll bend force in the control period is expressed by Expression 2 below.

Figure 0005500061
式2において、K(>0)は下記式3で与えられる積分制御ゲイン、kは形状の検出むだ時間等に応じて決められる積分制御の動特性を表すパラメータ、ΔJ(t−1)は前制御周期におけるロールベンド力の操作量であり、制御開始時の制御周期t=1ではΔJ(0)=0とする。
Figure 0005500061
In Equation 2, K I (> 0) is integral control gain, given by the following formula 3, k i is a parameter representing the dynamic characteristic of the integral control is determined in accordance with the detected waste time like shape, ΔJ 1 (t-1 ) Is an operation amount of the roll bend force in the previous control cycle, and ΔJ 1 (0) = 0 in the control cycle t = 1 at the start of control.

Figure 0005500061
Figure 0005500061

また、ロールベンダをアクチュエータとした場合の、特許文献2に類する方法におけるロールベンド力の操作量を求める一般的な方法を説明すると、以下のようになる。   A general method for obtaining the operation amount of the roll bend force in the method similar to Patent Document 2 when the roll bender is an actuator will be described as follows.

基準となる圧延荷重からの圧延荷重の変化をΔPとすると、ΔPによる圧延材の形状への影響は下記式4で表される。   When the change in rolling load from the reference rolling load is ΔP, the influence of ΔP on the shape of the rolled material is expressed by the following formula 4.

Figure 0005500061
式4において、∂ε/∂P(>0)は、圧延荷重Pの圧延材形状εへの影響を表す係数である。式4の形状変化Δεをうち消すためのロールベンド力の操作量ΔJ(t)は、下記式5で表される。
Figure 0005500061
In Equation 4, ∂ε / ∂P (> 0) is a coefficient representing the influence of the rolling load P on the rolled material shape ε. The operation amount ΔJ 2 (t) of the roll bend force for eliminating the shape change Δε in Equation 4 is expressed by Equation 5 below.

Figure 0005500061
式5において、K(>0)は下記式6で与えられる比例制御ゲインである。
Figure 0005500061
In Equation 5, K P (> 0) is a proportional control gain given by Equation 6 below.

Figure 0005500061
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上記式3の積分制御ゲインK、上記式6の比例制御ゲインKに含まれる∂ε/∂J、∂ε/∂Pは、圧延開始前のセットアップ計算において、J、Pのセットアップ計算値近傍での差分計算により求めた値を用いるので、制御ゲインK、Kは、圧延中は固定であり変更されない。実際、ロールベンド力Jと圧延材形状εとの関係、圧延荷重Pと圧延材形状εとの関係はほぼ線形であるので、このような固定制御ゲインで問題はない。 積分 ε / ∂J and ∂ε / ∂P included in the integral control gain K I of the above formula 3 and the proportional control gain K P of the above formula 6 are the setup calculation values of J and P in the setup calculation before the start of rolling. Since the value obtained by the difference calculation in the vicinity is used, the control gains K I and K P are fixed and not changed during rolling. Actually, since the relationship between the roll bend force J and the rolled material shape ε and the relationship between the rolling load P and the rolled material shape ε are substantially linear, there is no problem with such a fixed control gain.

ところで、自動車用や構造材用等として用いられる鋼材は、強度、加工性、靭性といった機械的特性に優れることが求められ、これらの機械的特性を総合的に高めるには、熱延鋼板の結晶粒を微細化することが有効である。熱延鋼板の結晶粒の微細化方法としては、熱間仕上圧延の特に後段において、高圧下圧延(後段スタンドの圧下率を高めた仕上圧延)を行なってオーステナイト粒を微細化するとともに粒内に圧延歪を蓄積させ、仕上圧延直後に急冷することにより、得られるフェライト粒の微細化を図る方法が知られている。この方法で微細結晶粒を有する熱延鋼板(以下において、「微細粒鋼」という。)を製造するためには、熱間圧延ラインにおけるタンデム仕上圧延機の後段スタンドの圧下率を、従来よりも高める必要がある。しかし、後段スタンドの圧下率を高くすると、後段スタンドの圧延荷重が高くなり、ワークロールの軸心たわみや偏平変形が大きくなって圧延材の形状が悪化するため、後段スタンドの圧延機には大きな形状制御能力を持つロールクロス式圧延機が好適である。   By the way, steel materials used for automobiles and structural materials are required to have excellent mechanical properties such as strength, workability, and toughness. To comprehensively improve these mechanical properties, It is effective to refine the grains. As a method of refining crystal grains of hot-rolled steel sheets, particularly in the latter stage of hot finish rolling, high pressure rolling (finish rolling with a higher reduction ratio of the latter stage stand) is performed to refine the austenite grains and within the grains. There is known a method for accumulating rolling strain and quenching immediately after finish rolling to refine the ferrite grains obtained. In order to manufacture a hot-rolled steel sheet having fine crystal grains (hereinafter referred to as “fine-grained steel”) by this method, the reduction ratio of the rear stage stand of the tandem finish rolling mill in the hot rolling line is made higher than before. Need to increase. However, if the reduction ratio of the rear stage stand is increased, the rolling load of the rear stage stand increases, and the work roll axial deflection and flattening deformation increase and the shape of the rolled material deteriorates. A roll cross type rolling mill having a shape control capability is suitable.

ロールクロス式圧延機には、上ワークロール及び上バックアップロール、下ワークロール及び下バックアップロールをそれぞれぺアとし、上ロールペア及び下ロールペアのロール軸をクロスさせるペアクロス式圧延機と、上下ワークロールのロール軸のみをクロスさせるワークロールクロス式圧延機がある。   In the roll-cross type rolling mill, the upper work roll, the upper backup roll, the lower work roll, and the lower backup roll are paired, respectively, and the pair cross-type rolling mill that crosses the roll axis of the upper roll pair and the lower roll pair, There is a work roll cross type rolling mill that crosses only the roll axis.

図2は、ロールクロス式圧延機におけるワークロールの配置を示す模式図で、図2(a)は平面図、図2(b)は図2(a)のA−A断面及びB−B断面における上ワークロール2のロール軸中心の相対位置を示す図、図2(c)は図2(a)のA−A断面及びB−B断面における下ワークロール3のロール軸中心の相対位置を示す図である。図2(b)において、OAuはA−A断面(ロール軸方向中央部)における上ワークロール2の中心、OBuはB−B断面(ロール軸方向端部)における上ワークロール2の中心である。また、図2(c)において、OAlはA−A断面(ロール軸方向中央部)における下ワークロール3の中心、OBlはB−B断面(ロール軸方向端部)における下ワークロール3の中心を表す。図2(b)及び図2(c)において、点線はA−A断面であり、実線はB−B断面である。なお、A−A断面やB−B断面において、上ワークロール2及び下ワークロール3の断面は楕円になるが、便宜上、図2(b)及び図2(c)では形状を簡略化して示している。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the arrangement of work rolls in a roll-cross type rolling mill, FIG. 2 (a) is a plan view, and FIG. 2 (b) is an AA cross section and a BB cross section of FIG. 2 (a). The figure which shows the relative position of the roll axis center of the upper work roll 2 in FIG. 2, FIG.2 (c) shows the relative position of the roll axis center of the lower work roll 3 in the AA cross section and BB cross section of FIG. FIG. In FIG. 2B, O Au is the center of the upper work roll 2 in the AA cross section (central part in the roll axis direction), and O Bu is the center of the upper work roll 2 in the BB cross section (end part in the roll axial direction). It is. Further, in FIG. 2 (c), O Al center of the lower work roll 3 in the A-A cross-section (the roll axis direction central portion), O Bl is lower work roll 3 in the section B-B (roll axis direction end portion) Represents the center of 2B and 2C, the dotted line is an AA cross section, and the solid line is a BB cross section. In addition, although the cross section of the upper work roll 2 and the lower work roll 3 becomes an ellipse in an AA cross section or a BB cross section, in FIG. 2B and FIG. ing.

ロールクロス式圧延機による形状制御は、図2(a)〜(c)に示すように、上下のロール軸を平面視でクロスさせ、ロール軸方向端部における上下ワークロールの間隙を変更し、ロール軸方向端部とロール軸方向中央部の上下ワークロールの間隙差を調整することにより行なわれる。この間隙差は上下ワークロールの配置で幾何学的に定まり、上下ロール軸相互のなす角であるクロス角θを変更することにより、あたかもロールにイニシャル研削クラウンを付与したのと同様な効果が得られるため、等価ロールクラウンと呼ばれ、等価ロールクラウンCeqは下記式7で表される。 As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c), the shape control by the roll cross type rolling mill is made to cross the upper and lower roll axes in a plan view, and the gap between the upper and lower work rolls at the end in the roll axis direction is changed. This is done by adjusting the gap difference between the upper and lower work rolls at the end in the roll axis direction and at the center in the roll axis direction. This gap difference is geometrically determined by the arrangement of the upper and lower work rolls. By changing the cross angle θ, which is the angle between the upper and lower roll axes, the same effect as if the initial grinding crown was given to the roll was obtained. Therefore, it is called an equivalent roll crown, and the equivalent roll crown C eq is expressed by the following formula 7.

Figure 0005500061
式7において、OAuBuはOAuとOBuとの間の距離、OAuAlはOAuとOAlとの間の距離、OBuBlはOBuとOBlとの間の距離を表す。
Figure 0005500061
In Equation 7, O Au O Bu is the distance between O Au and O Bu , O Au O Al is the distance between O Au and O Al, and O Bu O Bl is between O Bu and O Bl . Represents the distance.

ここで、クロス角θは10−2rad程度のオーダーであり、OAuBuはOAuAlに比べて非常に小さいので、式7は下記式8で近似される。 Here, the cross angle θ is on the order of 10 −2 rad, and O Au O Bu is much smaller than O Au O Al, and therefore Equation 7 is approximated by Equation 8 below.

Figure 0005500061
式8において、Lはワークロール胴長、Rはワークロール半径、θはクロス角を表す。
Figure 0005500061
In Equation 8, L is the work roll body length, R is the work roll radius, and θ is the cross angle.

ペアクロス式圧延機の場合は、上下ワークロール間のみに等価ロールクラウンの効果が現れ、ワークロールクロス式圧延機の場合は、上下ワークロール間のほかにバックアップロールとワークロールとの間にも等価ロールクラウンの効果が生じるという違いはあるが、いずれの圧延機においても、僅かのクロス角の操作により、非常に大きな形状制御効果を得ることができる。ただし、クロス角の変更速度はロールベンド力の変更速度よりもかなり遅いので、ロールクロス式圧延機は、通常、ロールベンダも併せ備えており、圧延を開始する前のセットアップでは制御能力は大きいが応答は遅いクロス角を初期設定しておき、圧延中の形状制御では制御能力は小さいが応答の速いロールベンダをアクチュエータとして用いるのが一般的である。   In the case of a pair cross type rolling mill, the effect of the equivalent roll crown appears only between the upper and lower work rolls, and in the case of the work roll cross type rolling mill, it is equivalent between the backup roll and the work roll in addition to the upper and lower work rolls. Although there is a difference that the effect of the roll crown occurs, in any rolling mill, a very large shape control effect can be obtained by operating a slight cross angle. However, since the change speed of the cross angle is considerably slower than the change speed of the roll bend force, the roll cross type rolling mill usually has a roll bender, and the control capability is large in the setup before starting rolling. In general, a slow cross angle is set as an initial response, and a roll bender that has a small control capability but a quick response is generally used as an actuator for shape control during rolling.

しかし、上述したような微細粒鋼の製造においては、圧下率が高いので圧延中の圧延荷重変化も大きくなる。そのため、ロールベンダだけでは制御能力が不足し、クロス角θも圧延中の形状制御によって操作しなければならない場合がある。ところが、ロールクロス式圧延機のクロス角θに対する圧延材形状εの変化を表す係数∂ε/∂θは、等価ロールクラウンが式8のようにθの2乗に比例していることからも分かるように、ロールベンダの∂ε/∂Jのように一定にはならず、クロス角θに依存して大きく変化する。したがって、ロールクロス式圧延機のクロス角を圧延中の形状制御の操作量として用いる際に、従来のロールベンド力を操作量とする場合のように制御ゲインを圧延中一定の固定ゲインとしていると、クロス角θの値によって形状制御効果が変化してしまい、操作量が過小となって制御効果が現れるのが遅くなったり、操作量が過大となって制御ハンチングを生じたりして、高精度な形状制御ができないという問題があった。   However, in the production of fine-grained steel as described above, since the rolling reduction is high, the change in rolling load during rolling also increases. Therefore, the roll bender alone has insufficient control capability, and the cross angle θ may have to be manipulated by shape control during rolling. However, the coefficient ∂ε / ∂θ representing the change in the rolled material shape ε with respect to the cross angle θ of the roll cross type rolling mill can be understood from the fact that the equivalent roll crown is proportional to the square of θ as shown in Equation 8. Thus, it does not become constant like ベ ン ε / ∂J of the roll vendor, and varies greatly depending on the cross angle θ. Therefore, when using the cross angle of the roll cross type rolling mill as the operation amount for shape control during rolling, the control gain is set to a constant fixed gain during rolling as in the case of using the conventional roll bend force as the operation amount. The shape control effect changes depending on the value of the cross angle θ, the operation amount becomes too small and the control effect appears late, or the operation amount becomes excessive and the control hunting occurs, resulting in high accuracy. There was a problem that it was impossible to control the shape.

また、クロス角の変更速度が遅いため、積分制御を適用している場合では、積分制御によって積算されて求められるクロス角操作量の変化にクロス角の変更が追従できず、いわゆる積分制御器のワインドアップ現象によってクロス角操作量が過剰になり、制御ハンチングを生じることがあった。   In addition, since the change speed of the cross angle is slow, when the integration control is applied, the change of the cross angle cannot follow the change of the cross angle operation amount obtained by integration by the integration control. Due to the wind-up phenomenon, the amount of cross angle operation becomes excessive, and control hunting may occur.

そこで、本発明は、圧延中にロールクロス式圧延機のクロス角を操作して圧延材の形状を制御する際の精度を高めることが可能な、ロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法、及び、該形状制御方法を用いる圧延材の製造方法を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention is a method for controlling the shape of a rolled material in a roll cloth rolling mill, which can increase the accuracy when controlling the shape of the rolled material by operating the cross angle of the roll cloth rolling mill during rolling. It is another object of the present invention to provide a rolled material manufacturing method using the shape control method.

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号及び後述する本発明の説明において使用する記号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。また、以下において、本発明にかかるロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法を、単に「本発明の形状制御方法」ということがある。   The present invention will be described below. In order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the attached drawings and symbols used in the description of the present invention to be described later are added in parentheses, but the present invention is thereby limited to the illustrated embodiments. is not. In the following, the shape control method of the rolled material in the roll cross type rolling mill according to the present invention may be simply referred to as “the shape control method of the present invention”.

本発明の第1の態様は、ロールクロス式圧延機(1)のクロス角(θ)を操作して圧延材(10)の形状を制御する方法において、クロス角の操作量を決定する際の制御ゲイン(K、K)をクロス角の関数として設定しておき、クロス角の実績値(θact(t))を上記関数に代入することによって制御ゲインを時々刻々変更しながらクロス角の操作量(Δθ(t)、Δθ(t))を決定することを特徴とする、ロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法である。 The first aspect of the present invention is a method for controlling the shape of the rolled material (10) by operating the cross angle (θ) of the roll cross type rolling mill (1), and determining the amount of operation of the cross angle. By setting the control gain (K I , K P ) as a function of the cross angle and substituting the actual value of the cross angle (θ act (t)) into the above function, the cross gain is changed every moment. Is a shape control method for a rolled material in a roll-cross type rolling mill, characterized in that the operation amount (Δθ 1 (t), Δθ 2 (t)) is determined.

また、上記本発明の第1の態様において、制御ゲイン(K、K)をクロス角(θ)の単調減少関数とすることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the control gain (K I , K P ) is preferably a monotonically decreasing function of the cross angle (θ).

本発明の第2の態様は、ロールクロス式圧延機(1)のクロス角(θ)を操作して圧延材(10)の形状を制御する方法において、クロス角の操作量を決定する際の積分制御ゲイン(K)をクロス角の関数として設定しておき、クロス角の実績値(θact(t))を上記関数に代入することによって積分制御ゲインを時々刻々変更しながらクロス角の操作量(Δθ(t))を決定する際に、クロス角の最大変更速度(Vmax)を被積分量の絶対値(|εact(t)−εaim|)で除した値(KImax(t))以下になるように積分制御ゲインを制限することを特徴とする、ロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法である。 According to a second aspect of the present invention, in the method of controlling the shape of the rolled material (10) by operating the cross angle (θ) of the roll cross type rolling mill (1), the amount of operation of the cross angle is determined. By setting the integral control gain (K I ) as a function of the cross angle and substituting the actual value of the cross angle (θ act (t)) into the above function, the integral control gain is changed from moment to moment. When determining the manipulated variable (Δθ 1 (t)), the value (K) obtained by dividing the maximum change speed (V max ) of the cross angle by the absolute value of the integrand (| ε act (t) −ε aim |). Imax (t)) is a method for controlling the shape of a rolled material in a roll-cross type rolling mill, wherein the integral control gain is limited to be equal to or less than Imax (t)).

また、上記本発明の第2の態様において、積分制御ゲイン(K)をクロス角(θ)の単調減少関数とすることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the integral control gain (K I ) is preferably a monotone decreasing function of the cross angle (θ).

本発明の第3の態様は、上記本発明の第1の態様又は上記本発明の第2の態様にかかるロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法を用いて圧延材の形状を制御する工程、を有することを特徴とする、圧延材の製造方法である。   In the third aspect of the present invention, the shape of the rolled material is controlled using the method for controlling the shape of the rolled material in the roll-cross type rolling mill according to the first aspect of the present invention or the second aspect of the present invention. It is a manufacturing method of a rolling material characterized by having a process.

本発明では、クロス角の実績値(θact(t))に応じて制御ゲイン(K)や積分制御ゲイン(K)を時々刻々と適切に変更するので、クロス角(θ)の値によって変化するクロス角の圧延材形状への影響を反映させながらクロス角の操作量(θ(t)、θ(t))を求めることができる。それゆえ、クロス角の操作量が過小となって制御効果が現れるのが遅くなったり、クロス角の操作量が過剰になって制御ハンチングを生じたりすることがなくなる。したがって、本発明によれば、圧延材の形状制御の精度を高めることが可能になり、優れた形状を有する圧延材を製造することが可能となる。また、本発明によれば、従来、形状不良として製品にならずに切り捨てられていた部分を低減することが可能になるので、歩留まりを向上させることも可能になる。 In the present invention, since the control gain (K P ) and the integral control gain (K I ) are appropriately changed from moment to moment according to the actual value (θ act (t)) of the cross angle, the value of the cross angle (θ) It is possible to obtain the cross angle operation amount (θ 2 (t), θ 1 (t)) while reflecting the influence of the cross angle on the rolled material shape, which varies depending on the angle of the angle. Therefore, there is no possibility that the operation amount of the cross angle becomes excessively small and the control effect appears late, or the control amount of the cross angle becomes excessive and control hunting does not occur. Therefore, according to the present invention, it is possible to increase the accuracy of shape control of the rolled material, and it is possible to manufacture a rolled material having an excellent shape. Further, according to the present invention, it is possible to reduce a portion that has been cut off instead of being a product as a defective shape, so that it is possible to improve the yield.

また、本発明において、制御ゲイン(K)や積分制御ゲイン(K)をクロス角(θ)の単調減少関数とすることにより、クロス角が大きくなるにつれて、クロス角の単位変更量あたりの圧延材の形状変化が大きくなる現象をクロス角の操作量の演算に反映させることができるため、制御精度が向上する。 In the present invention, the control gain (K P ) and the integral control gain (K I ) are monotonically decreasing functions of the cross angle (θ), so that the cross angle per unit change amount increases as the cross angle increases. Since the phenomenon that the shape change of the rolled material becomes large can be reflected in the calculation of the operation amount of the cross angle, the control accuracy is improved.

また、本発明の第2の態様では、積分制御ゲイン(K)を、クロス角の最大変更速度(Vmax)を被積分量の絶対値(|εact(t)−εaim|)で除した値(KImax(t))以下になるように制限するので、積分制御器のワインドアップ現象の発生を防止することが可能になり、クロス角操作量が過剰になることがない。 In the second aspect of the present invention, the integral control gain (K I ), the maximum change speed of cross angle (V max ), and the absolute value of the integrand (| ε act (t) −ε aim |) Since the limit is set to be equal to or less than the divided value (K Imax (t)), it is possible to prevent the wind-up phenomenon of the integral controller from occurring, and the cross angle operation amount does not become excessive.

本発明の形状制御方法を適用する圧延機及びその周辺に備えられる機器の形態例を示す図である。It is a figure which shows the form example of the apparatus with which the rolling mill which applies the shape control method of this invention, and its periphery is equipped. ロールクロス式圧延機のワークロールの配置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows arrangement | positioning of the work roll of a roll cross type rolling mill. 本発明の形状制御方法によって制御した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of controlling by the shape control method of this invention. 本発明以外の形状制御方法をロールベンダに適用した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of applying the shape control method other than this invention to a roll bender. 本発明以外の形状制御方法をロールクロス式圧延機に適用した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of applying the shape control method other than this invention to a roll cross type rolling mill. 本発明の形状制御方法によって制御した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of controlling by the shape control method of this invention. 本発明以外の形状制御方法をロールベンダに適用した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of applying the shape control method other than this invention to a roll bender. 本発明以外の形状制御方法をロールクロス式圧延機に適用した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of applying the shape control method other than this invention to a roll cross type rolling mill. 本発明の形状制御方法によって制御した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of controlling by the shape control method of this invention. 本発明以外の形状制御方法をロールベンダに適用した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of applying the shape control method other than this invention to a roll bender. 比較方法で制御した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of controlling by a comparison method. 本発明の形状制御方法によって制御した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of controlling by the shape control method of this invention. 本発明以外の形状制御方法をロールベンダに適用した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of applying the shape control method other than this invention to a roll bender. 本発明以外の形状制御方法をロールクロス式圧延機に適用した場合の圧延状態を示すグラフである。It is a graph which shows the rolling state at the time of applying the shape control method other than this invention to a roll cross type rolling mill.

以下、図面を参照しつつ、圧延材の平坦度(以下において、平坦度を表す指標として伸差率を用いるものとし、平坦度を伸差率と呼ぶことがある。)を制御する場合を例に、本発明の実施の形態について説明する。なお、圧延材の板クラウンやエッジドロップを制御する場合も、平坦度を板クラウン、エッジドロップと読み替えることにより、本発明を全く同様に実施することができる。本発明の形状制御方法は、圧延材を製造する際に用いることができ、特に、微細粒鋼を製造する際に、好適に用いることが可能である。   Hereinafter, with reference to the drawings, an example of controlling the flatness of a rolled material (hereinafter, the elongation ratio is used as an index representing the flatness, and the flatness is sometimes referred to as the elongation ratio). Next, embodiments of the present invention will be described. In the case of controlling the sheet crown and edge drop of the rolled material, the present invention can be implemented in exactly the same manner by replacing the flatness with the sheet crown and edge drop. The shape control method of the present invention can be used when producing a rolled material, and can be suitably used particularly when producing fine-grained steel.

図1は、本発明の形状制御方法を適用する圧延機及びその周辺に備えられる機器の形態例を簡略化して示す図である。図1に示すように、ペアクロス式圧延機である圧延機1は、上ワークロール2、下ワークロール3、上バックアップロール4、及び、下バックアップロール5を有している。圧延機1は、上ワークロール2及び上バックアップロール4(以下において、これらをまとめて「上ロールペア」ということがある。)、並びに、下ワークロール3及び下バックアップロール5(以下において、これらをまとめて「下ロールペア」ということがある。)をそれぞれペアにして、上ロールペアのロール軸と下ロールペアのロール軸とを平面視でクロスさせた状態で、図1の紙面左側から右側の方向へと搬送される圧延材10を圧延する。本実施形態にかかる本発明の形状制御方法では、圧延機1によって圧延される圧延材10の平坦度を制御する。   FIG. 1 is a diagram showing a simplified example of the form of a rolling mill to which the shape control method of the present invention is applied and equipment provided around the rolling mill. As shown in FIG. 1, a rolling mill 1 that is a pair cross type rolling mill has an upper work roll 2, a lower work roll 3, an upper backup roll 4, and a lower backup roll 5. The rolling mill 1 includes an upper work roll 2 and an upper backup roll 4 (hereinafter, these may be collectively referred to as “upper roll pair”), and a lower work roll 3 and a lower backup roll 5 (hereinafter referred to as “upper roll pair”). Collectively referred to as “lower roll pair”)), with the roll axis of the upper roll pair and the roll axis of the lower roll pair crossed in plan view, from the left side to the right side of FIG. The rolled material 10 conveyed is rolled. In the shape control method of the present invention according to this embodiment, the flatness of the rolled material 10 rolled by the rolling mill 1 is controlled.

圧延機1には、クロス角検出器6及びロードセル7が備えられており、圧延機1の圧延方向出側には平坦度計20が備えられている。クロス角検出器6で検出されたクロス角実績値、ロードセル7で検出された圧延荷重実績値、及び、平坦度計20で検出された圧延材10の伸差率実績値が、形状制御装置30に与えられる。また、セットアップ計算機40は、圧延材10の圧延に先立って、形状制御装置30で行なわれるクロス角操作量の演算に必要な制御パラメータを求め、形状制御装置30に与える。   The rolling mill 1 is provided with a cross angle detector 6 and a load cell 7, and a flatness meter 20 is provided on the rolling direction exit side of the rolling mill 1. The actual cross angle value detected by the cross angle detector 6, the actual rolling load value detected by the load cell 7, and the actual elongation value of the rolled material 10 detected by the flatness meter 20 are the shape control device 30. Given to. Further, the setup computer 40 obtains control parameters necessary for the calculation of the cross angle manipulated variable performed by the shape control device 30 prior to rolling of the rolled material 10, and provides the control parameters to the shape control device 30.

形状制御装置30では、クロス角検出器6から与えられたクロス角実績値、ロードセル7から与えられた圧延荷重実績値、平坦度計20から与えられた圧延材10の伸差率実績値、及び、セットアップ計算機40から与えられた制御パラメータを用いて、クロス角操作量が演算される。こうして演算されたクロス角操作量は、圧延機1に備えられているクロス角制御装置(不図示)へと与えられる。そして、クロス角制御装置から与えられた制御指令に基づいて、上ロールペアと下ロールペアとのクロス角が変更されることにより、圧延材10の平坦度が制御される。   In the shape control device 30, the actual cross angle value given from the cross angle detector 6, the actual rolling load value given from the load cell 7, the actual elongation difference value of the rolled material 10 given from the flatness meter 20, and The cross angle manipulated variable is calculated using the control parameter given from the setup computer 40. The calculated cross angle operation amount is given to a cross angle control device (not shown) provided in the rolling mill 1. And the flatness of the rolling material 10 is controlled by changing the cross angle of an upper roll pair and a lower roll pair based on the control command given from the cross angle control apparatus.

以上のように構成された圧延機1を用いて圧延材10の平坦度を制御する際の動作について、以下に説明する。   The operation | movement at the time of controlling the flatness of the rolling material 10 using the rolling mill 1 comprised as mentioned above is demonstrated below.

セットアップ計算機40は、圧延材10の圧延に先立って、圧延材10の寸法や材質等の圧延条件に基づいて、周知の方法により、圧延荷重の設定値Pset、及び、圧延材10を平坦に圧延するために適切なクロス角の初期設定値θsetを計算し、Pset、θsetの近傍において、圧延荷重の伸差率に与える影響、クロス角の伸差率に与える影響を計算する。この際、圧延荷重については、伸差率に与える影響はほぼ線形であり、圧延荷重Pと伸差率の変化量δεとの関係は、 Prior to rolling the rolled material 10, the setup computer 40 flattenes the rolling load set value P set and the rolled material 10 by a known method based on the rolling conditions such as the dimensions and material of the rolled material 10. An initial set value θ set of an appropriate cross angle for rolling is calculated, and the influence of the rolling load on the elongation ratio and the influence of the cross angle on the elongation ratio are calculated in the vicinity of P set and θ set . At this time, with respect to the rolling load, the effect on the elongation ratio is almost linear, and the relationship between the rolling load P and the amount of change δε P in the elongation ratio is

Figure 0005500061
と表されるので、例えば、下記式10の差分法により、上記式9における係数a(=∂ε/∂P>0)を計算する。
Figure 0005500061
Therefore, for example, the coefficient a (= ∂ε / ∂P> 0) in Equation 9 is calculated by the difference method of Equation 10 below.

Figure 0005500061
式10において、ε(P,θ)は圧延荷重がP、クロス角がθであるときの伸差率、δPは圧延荷重の微少変化を表す。一方、クロス角については、等価ロールクラウンが上記式8で表されることから分かるように、クロス角θと伸差率の変化量δεθとの関係は、
Figure 0005500061
In Expression 10, ε (P, θ) represents the elongation difference when the rolling load is P and the cross angle is θ, and δP represents a slight change in the rolling load. On the other hand, regarding the cross angle, as can be seen from the fact that the equivalent roll crown is expressed by the above equation 8, the relationship between the cross angle θ and the change amount δε θ of the elongation difference is

Figure 0005500061
と表されるので、例えば、下記式12の差分法により、上記式11における係数b(≠∂ε/∂θ<0)を計算する。
Figure 0005500061
Therefore, for example, the coefficient b (≠ ∂ε / ∂θ <0) in the above equation 11 is calculated by the difference method of the following equation 12.

Figure 0005500061
式12において、δθはクロス角の微少変化を表す。以上のように、セットアップ計算機40は、式10、式12で制御パラメータa、bを計算し、形状制御装置30に与える。
Figure 0005500061
In Expression 12, δθ represents a slight change in the cross angle. As described above, the setup computer 40 calculates the control parameters a and b using Expressions 10 and 12, and supplies them to the shape control apparatus 30.

次に、圧延材10の圧延が開始されてから行なわれる制御動作について説明する。これには、平坦度計20により検出された圧延材の伸差率実績値を用いる方法と、ロードセル7により検出された圧延荷重実績値を用いる方法の2つがある。以下、順に説明する。   Next, a control operation performed after the rolling of the rolled material 10 is started will be described. There are two methods, that is, a method that uses the actual value of the elongation difference of the rolled material detected by the flatness meter 20 and a method that uses the actual value of the rolling load detected by the load cell 7. Hereinafter, it demonstrates in order.

第1の方法として、平坦度計20により検出された伸差率実績値を用いる方法を説明する。平坦度計20により検出された圧延材10の伸差率実績値は、形状制御装置30の制御周期Δt毎にεact(t)として形状制御装置30に与えられ、クロス角検出器6により検出されたクロス角実績値は、形状制御装置30の制御周期Δt毎にθact(t)として形状制御装置30に与えられる。形状制御装置30は、積分制御の積分制御ゲインK(>0)をクロス角θの関数として、 As a first method, a method of using the actual difference value detected by the flatness meter 20 will be described. The actual elongation value of the rolled material 10 detected by the flatness meter 20 is given to the shape control device 30 as ε act (t) every control cycle Δt of the shape control device 30 and detected by the cross angle detector 6. The actual cross angle value is given to the shape control device 30 as θ act (t) every control cycle Δt of the shape control device 30. The shape control device 30 uses the integral control gain K I (> 0) of integral control as a function of the cross angle θ.

Figure 0005500061
のように設定しておき、式13のθにクロス角検出器6によって検出されたクロス角実績値θact(t)を代入することにより、当該制御周期における積分制御ゲインK(t)を計算し、伸差率実績値εact(t)と予め定めておいた伸差率目標値εaimとの差である伸差率偏差を求め、その積分制御の出力として当該制御周期におけるクロス角操作量Δθ(t)を下記(14)式で演算する。
Figure 0005500061
By substituting the cross angle actual value θ act (t) detected by the cross angle detector 6 into θ in Expression 13, the integral control gain K I (t) in the control cycle is set. The elongation difference deviation, which is the difference between the actual elongation ratio value ε act (t) and the predetermined elongation ratio target value ε aim , is calculated, and the cross angle in the control cycle is output as the integral control output. The operation amount Δθ 1 (t) is calculated by the following equation (14).

Figure 0005500061
式14において、Δθ(t−1)は前制御周期におけるクロス角操作量であり、制御開始時の制御周期t=1ではΔθ(0)=0とする。式13において、k(>0)は平坦度の検出むだ時間、すなわち、圧延材10が圧延機1の直下から平坦度計20まで移動する時間、に応じて決められる積分制御の動特性を表すパラメータである。また、max(θ,θmin)はθと予め定められた微少量θminとの大きい方を取ることを意味する演算子であり、θact(t)によるゼロ割り(式13の右辺の分母がゼロになること)を回避するために導入されている。
Figure 0005500061
In Expression 14, Δθ 1 (t−1) is a cross angle operation amount in the previous control cycle, and Δθ 1 (0) = 0 in the control cycle t = 1 at the start of control. In Equation 13, k i (> 0) is a dynamic characteristic of integral control determined according to a dead time for detecting the flatness, that is, a time required for the rolled material 10 to move from directly under the rolling mill 1 to the flatness meter 20. It is a parameter to represent. Further, max (θ, θ min ) is an operator that means the larger of θ and a predetermined minute amount θ min, and is divided by zero by θ act (t) (the denominator on the right side of Equation 13). Has been introduced to avoid zero).

式13の分母にある2b・θは、式11より、導関数∂ε/∂θに一致するので、K(t)は現在のクロス角実績値θactのもとで正確に正規化された積分制御ゲインとなり、クロス角θの値によって形状制御効果が変化することを防止できる。なお、式13は任意のθに対して正確に正規化された積分制御ゲインであるが、∂ε/∂θ(<0)がクロス角に比例することから、積分制御ゲインはクロス角に対して、反比例のような単調減少関数とする。 Since 2b · θ in the denominator of Equation 13 matches the derivative ∂ε / ∂θ from Equation 11, K I (t) is accurately normalized under the current cross angle actual value θ act. Therefore, the shape control effect can be prevented from changing depending on the value of the cross angle θ. Equation 13 is an integral control gain that is accurately normalized with respect to an arbitrary θ. However, since ∂ε / ∂θ (<0) is proportional to the cross angle, the integral control gain is proportional to the cross angle. Therefore, it is a monotonically decreasing function such as inverse proportion.

また、積分制御の被積分量εact(t)−εaimの絶対値や、kが大きい場合には、式14のクロス角操作量Δθの変化に対してクロス角の変更が追従できず、いわゆる積分制御器のワインドアップ現象によってクロス角操作量が過剰になることがある。これを避けるため、式13のθにθact(t)を代入して求められる積分制御ゲインK(t)に上限制約を設け、K(t)が下記式15で計算されるKImax(t)を越えた場合には、K(t)をKImax(t)で置き換える。 Further, when the integral value of integral control ε act (t) −ε aim is large or k i is large, the change of the cross angle can follow the change of the cross angle manipulated variable Δθ 1 of Expression 14. In other words, a so-called integral controller windup phenomenon may cause an excessive amount of cross angle operation. In order to avoid this, an upper limit constraint is placed on the integral control gain K I (t) obtained by substituting θ act (t) for θ in Equation 13, and K Imax where K I (t) is calculated by Equation 15 below. When (t) is exceeded, K I (t) is replaced with K Imax (t).

Figure 0005500061
式15において、Vmaxはクロス角の最大変更速度である。このように積分制御ゲインをクロス角の最大変更速度を積分制御の被積分量で除した値以下になるように制限すれば、式14及び式15より、当該制御周期におけるクロス角操作量の変化の絶対値は、
Figure 0005500061
In Formula 15, V max is the maximum change speed of the cross angle. As described above, if the integral control gain is limited to be equal to or less than the value obtained by dividing the maximum change speed of the cross angle by the integral amount of the integral control, the change in the cross angle manipulated variable in the control cycle is obtained from the equations 14 and 15. The absolute value of is

Figure 0005500061
となり、クロス角操作量Δθの変化を、クロス角の最大変更速度で追従できる範囲内に抑制することができる。
Figure 0005500061
Thus, the change in the cross angle operation amount Δθ 1 can be suppressed within a range that can be followed at the maximum change speed of the cross angle.

続いて、第2の方法として、ロードセル7によって検出された圧延荷重実績値を用いる方法を説明する。ロードセル7により検出された圧延荷重実績値は、形状制御装置30の制御周期Δt毎にPact(t)として形状制御装置30に与えられ、クロス角検出器6により検出されたクロス角実績値は、形状制御装置30の制御周期Δt毎にθact(t)として形状制御装置30に与えられる。形状制御装置30は比例制御ゲインK(>0)をクロス角θの関数として、 Then, the method of using the rolling load track record value detected by the load cell 7 as a 2nd method is demonstrated. The actual rolling load value detected by the load cell 7 is given to the shape control device 30 as P act (t) every control cycle Δt of the shape control device 30, and the actual cross angle value detected by the cross angle detector 6 is Then, it is given to the shape control device 30 as θ act (t) every control cycle Δt of the shape control device 30. The shape control device 30 uses the proportional control gain K P (> 0) as a function of the cross angle θ,

Figure 0005500061
のように設定しておき、式17のθにクロス角検出器6により検出されたクロス角実績値θact(t)を代入することにより、当該制御周期における比例制御ゲインK(t)を計算し、圧延荷重変化に対する比例制御の出力として当該制御周期におけるクロス角操作量Δθ(t)を下記式18で演算する。
Figure 0005500061
By substituting the cross angle actual value θ act (t) detected by the cross angle detector 6 into θ in Expression 17, the proportional control gain K P (t) in the control cycle is obtained. The cross angle operation amount Δθ 2 (t) in the control cycle is calculated by the following equation 18 as an output of proportional control with respect to the rolling load change.

Figure 0005500061
式18において、Δθ(t−1)は前制御周期におけるクロス角操作量であり、制御開始時の制御周期t=1ではΔθ(0)=0、Pact(0)=Pact(1)とする。式17の分母にある2b・θは、式11より、導関数∂ε/∂θに一致するので、K(t)は現在のクロス角実績値θactのもとでの−(∂ε/∂P)/(∂ε/∂θ)に一致し、クロス角θの値によって形状制御効果が変化することを防止できる。なお、式17は任意のθに対して正確に正規化された比例制御ゲインであるが、∂ε/∂θ(<0)がクロス角に比例することから、比例制御ゲインはクロス角に対して、反比例のような単調減少関数とする。
Figure 0005500061
In Equation 18, Δθ 2 (t−1) is the cross angle operation amount in the previous control cycle, and Δθ 2 (0) = 0, P act (0) = P act () at the control cycle t = 1 at the start of control. 1). Since 2b · θ in the denominator of Equation 17 matches the derivative ∂ε / ∂θ from Equation 11, K P (t) is − (∂ε under the current actual cross angle value θ act. / ∂P) / (∂ε / ∂θ), and the shape control effect can be prevented from changing depending on the value of the cross angle θ. Equation 17 is a proportional control gain that is accurately normalized with respect to an arbitrary θ. However, since ∂ε / ∂θ (<0) is proportional to the cross angle, the proportional control gain is proportional to the cross angle. Therefore, it is a monotonically decreasing function such as inverse proportion.

形状制御装置30は、以上のように、第1の方法によるクロス角操作量Δθ(t)、第2の方法によるクロス角操作量Δθ(t)を計算し、その総和(第1、第2の何れかの方法しか採用しない場合にはその方法で計算された値)を圧延機1に備えられている図示しないクロス角制御装置に与え、クロス角制御装置が上ロールペアのクロス角と下ロールペアのクロス角とを変更することにより、圧延材10の平坦度が制御される。 As described above, the shape control device 30 calculates the cross angle operation amount Δθ 1 (t) by the first method and the cross angle operation amount Δθ 2 (t) by the second method, and sums them (first, first, When only one of the second methods is adopted, a value calculated by that method) is given to a cross angle control device (not shown) provided in the rolling mill 1, and the cross angle control device determines the cross angle of the upper roll pair. The flatness of the rolled material 10 is controlled by changing the cross angle of the lower roll pair.

シミュレーションの結果を参照しながら、本発明の形状制御方法について、より具体的に説明する。なお、以下のシミュレーションに共通の値として、Δt=0.01s、a=5×10−7kN−1、b=−6.57rad−2、Vmax=0.00148rad・s−1、θmin=0.00175rad、εaim=0、及び、∂ε/∂J=−10−6kN−1を用いた。 The shape control method of the present invention will be described more specifically with reference to simulation results. As values common to the following simulations, Δt = 0.01 s, a = 5 × 10 −7 kN −1 , b = −6.57 rad −2 , V max = 0.00148 rad · s −1 , θ min = 0.00175 rad, ε aim = 0, and ∂ε / ∂J = −10 −6 kN −1 were used.

<シミュレーション1>
平坦度計20で圧延材10の伸差率実績値εact(t)を測定し、伸差率目標値εaimとの差である伸差率偏差を求め、その積分制御によってクロス角操作量Δθ(t)を求める第1の方法のみを適用するシミュレーションを行なった。伸差率実績値の初期値はεact(1)=0.001、クロス角の初期設定値はθset=0.00524radとした。また、平坦度の検出むだ時間は4sとし、平坦度の検出むだ時間を考慮して求められる積分制御の動特性を表すパラメータkを0.12とした。
<Simulation 1>
The flattening meter 20 measures the actual elongation ratio value ε act (t) of the rolled material 10 to obtain an elongation ratio deviation that is a difference from the target elongation ratio value ε aim, and the cross-angle manipulated variable is controlled by the integral control. A simulation applying only the first method for obtaining Δθ 1 (t) was performed. The initial value of the elongation difference actual value was ε act (1) = 0.001, and the initial setting value of the cross angle was θ set = 0.00524 rad. The flatness detection dead time was 4 s, and the parameter k i representing the dynamic characteristic of integral control obtained in consideration of the flatness detection dead time was set to 0.12.

本発明の形状制御方法を適用した場合の圧延状態を図3に示す。また、従来から行なわれているロールベンダをアクチュエータとした場合の圧延状態を図4に示す。いずれの場合も伸差率偏差はオーバーシュートすることなく10.2sで整定した。すなわち、クロス角を操作量としても従来のロールベンド力を操作量とした場合と同等な制御が実現できていた。   FIG. 3 shows the rolling state when the shape control method of the present invention is applied. FIG. 4 shows a rolling state when a conventional roll bender is used as an actuator. In any case, the elongation difference deviation was set at 10.2 s without overshooting. That is, even when the cross angle is used as the operation amount, the same control as when the conventional roll bend force is used as the operation amount has been realized.

一方、クロス角を操作量とするが、式13にクロス角実績値を代入して時々刻々計算される積分制御ゲインK(t)を用いるのではなく、ロールベンド力を操作量とする従来法で行なわれているように、クロス角の初期設定値θsetの近傍で求めた∂ε/∂θを基にして下記式19で設定される固定制御ゲインを用いた場合の圧延状態を図5に示す。 On the other hand, the cross angle is set as the operation amount, but instead of using the integral control gain K I (t) calculated every moment by substituting the actual value of the cross angle into Equation 13, the roll bend force is used as the operation amount. As is done in the method, the rolling state in the case of using the fixed control gain set by the following equation 19 based on ∂ε / 求 め θ obtained in the vicinity of the initial setting value θ set of the cross angle is shown in FIG. As shown in FIG.

Figure 0005500061
Figure 0005500061

図5に示すように、伸差率偏差は変動して整定していない。これは、クロス角操作によってクロス角θが初期設定値θsetより大きくなって、∂ε/∂θの値がθsetの近傍で求めた値よりも大きくなっているにもかかわらず、θsetの近傍で求めた過大な制御ゲインを用いたためである。これに対して積分制御ゲインをクロス角の実績値に応じて時々刻々変更した図3(本発明の形状制御方法)では、伸差率偏差はオーバーシュートすることなく良好に制御できていた。 As shown in FIG. 5, the elongation difference deviation fluctuates and is not settled. This is cross angle theta is larger than the initial set value theta The set by the cross angle operation, even though larger than the value that the value of ∂ε / ∂θ is determined in the vicinity of the theta The set, theta The set This is because an excessive control gain obtained in the vicinity of is used. On the other hand, in FIG. 3 (shape control method of the present invention) in which the integral control gain is changed from moment to moment according to the actual value of the cross angle, the elongation difference deviation can be controlled well without overshooting.

<シミュレーション2>
伸差率実績値の初期値をεact(1)=−0.001に、クロス角の初期設定値をθset=0.0140radに変更したほかは上記シミュレーション1と同様の条件で、シミュレーションを行なった。
<Simulation 2>
The simulation was performed under the same conditions as in the simulation 1 except that the initial value of the elongation difference actual value was changed to ε act (1) = − 0.001 and the initial setting value of the cross angle was changed to θ set = 0.0140 rad. I did it.

本発明の形状制御方法を適用した場合の圧延状態を図6に示す。また、従来から行なわれているロールベンダをアクチュエータとした場合の圧延状態を図7に示す。いずれの場合も伸差率偏差はオーバーシュートすることなく10.2sで整定した。すなわち、クロス角を操作量としても従来のロールベンド力を操作量とした場合と同等な制御が実現できていた。   FIG. 6 shows the rolling state when the shape control method of the present invention is applied. FIG. 7 shows a rolling state when a conventional roll bender is used as an actuator. In any case, the elongation difference deviation was set at 10.2 s without overshooting. That is, even when the cross angle is used as the operation amount, the same control as when the conventional roll bend force is used as the operation amount has been realized.

一方、クロス角を操作量とするが、式13にクロス角実績値を代入して時々刻々計算される積分制御ゲインK(t)を用いるのではなく、ロールベンド力を操作量とする従来法で行なわれているように、クロス角の初期設定値θsetの近傍で求めた∂ε/∂θを基にして上記式19で設定される固定制御ゲインを用いた場合の圧延状態を図8に示す。図8に示すように、伸差率偏差の整定時間は24.0sであり、本発明を適用した場合(10.2s)よりも遅くなった。これは、クロス角操作によってクロス角θが初期設定値θsetより小さくなって、∂ε/∂θの値がθsetの近傍で求めた値よりも小さくなっているにもかかわらず、θsetの近傍で求めた過小な制御ゲインを用いたためである。これに対して積分制御ゲインをクロス角の実績値に応じて時々刻々変更した図6(本発明の形状制御方法)では、伸差率偏差は整定時間が長くなることなく良好に制御できていた。 On the other hand, the cross angle is set as the operation amount, but instead of using the integral control gain K I (t) calculated every moment by substituting the actual value of the cross angle into Equation 13, the roll bend force is used as the operation amount. As is done by the method, the rolling state in the case of using the fixed control gain set by the above equation 19 based on ∂ε / 求 め θ obtained in the vicinity of the initial setting value θ set of the cross angle is shown in FIG. It is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the settling time of the elongation difference deviation was 24.0 s, which was later than when the present invention was applied (10.2 s). This is because the cross angle θ is smaller than the initial set value θ set by the cross angle operation, and the value of ∂ε / ∂θ is smaller than the value obtained in the vicinity of θ set , even though θ set. This is because an excessive control gain obtained in the vicinity of is used. On the other hand, in FIG. 6 (shape control method of the present invention) in which the integral control gain is changed from moment to moment according to the actual value of the cross angle, the elongation difference deviation can be controlled well without increasing the settling time. .

<シミュレーション3>
平坦度の検出むだ時間を1sに変更したほかは上記シミュレーション2と同様の条件で、シミュレーションを行った。平坦度の検出むだ時間を変更することに伴い、平坦度の検出むだ時間を考慮して求められる積分制御の動特性を表すパラメータkを0.45とした。
<Simulation 3>
The simulation was performed under the same conditions as the simulation 2 except that the flatness detection dead time was changed to 1 s. Along with changing the detection dead time of flatness was 0.45 parameters k i representing the dynamic characteristics of the integration control obtained by considering the detection dead time of flatness.

本発明の形状制御方法を適用した場合の圧延状態を図9に示す。伸差率偏差はオーバーシュートすることなく5.9sで整定した。また、従来から行なわれているロールベンダをアクチュエータとした場合の圧延状態を図10に示す。伸差率偏差はオーバーシュートすることなく2.9sで整定した。上記シミュレーション2では、本発明の形状制御方法でクロス角を操作量とした場合とロールベンド力を操作量とした場合とで整定時間は同等であったが、本シミュレーションでは、本発明の形状制御方法でクロス角を操作量とした場合の方が、整定時間が長くなった。これは、平坦度の検出むだ時間が短くなったことに対応してkが0.12から0.45に大きくなり、式13にクロス角実績値を代入して計算される積分制御ゲインK(t)が、式15で計算される上限値KImax(t)で制約される時間が生じたためであり、ロールベンド力とクロス角の応答性の差に起因するものである。 The rolling state when the shape control method of the present invention is applied is shown in FIG. The elongation difference deviation was set at 5.9 s without overshooting. FIG. 10 shows a rolling state in the case where a conventional roll bender is used as an actuator. The elongation difference deviation was set at 2.9 s without overshooting. In the simulation 2, the settling time is the same when the cross angle is set as the operation amount and when the roll bend force is set as the operation amount in the shape control method of the present invention. The settling time was longer when the cross angle was the manipulated variable. This is because k i increases from 0.12 to 0.45 in response to the reduction in the flatness detection dead time, and the integral control gain K calculated by substituting the actual cross angle value into Equation 13 is as follows. This is because the time that I (t) is constrained by the upper limit value K Imax (t) calculated by Expression 15 occurs, and is due to the difference in the response between the roll bend force and the cross angle.

一方、比較例として、積分制御ゲインを式13のようにクロス角実績値に応じて時々刻々変更するが、式15の上限制約は無い場合の圧延状態を図11に示す。10s近傍で大きなオーバーシュートが生じており、伸差率偏差の整定時間も18.0sと長くなった。これは、積分制御によって積算されて求められるクロス角操作量の変化にクロス角の変更が追従できず、いわゆる積分制御器のワインドアップ現象によってクロス角操作量が過剰になったためである。これに対して積分制御ゲインの上限制約を設けた図9(本発明の形状制御方法)では、伸差率偏差はオーバーシュートすることなく良好に制御できていた。   On the other hand, as a comparative example, the integral control gain is changed from moment to moment according to the actual cross angle value as in Equation 13, but the rolling state when there is no upper limit constraint in Equation 15 is shown in FIG. A large overshoot occurred in the vicinity of 10 s, and the settling time of the elongation difference deviation became long as 18.0 s. This is because the change of the cross angle cannot follow the change of the cross angle operation amount obtained by integration by the integration control, and the cross angle operation amount becomes excessive due to the so-called windup phenomenon of the integration controller. On the other hand, in FIG. 9 (the shape control method of the present invention) in which the upper limit constraint of the integral control gain is provided, the elongation difference deviation can be controlled well without overshooting.

<シミュレーション4>
ロードセル7で圧延荷重実績値Pact(t)を測定し、圧延荷重実績値の変化に対する比例制御によってクロス角操作量Δθ(t)を求める第2の方法のみを適用するシミュレーションを行なった。伸差率の初期値はεact(1)=0、クロス角の初期設定値はθset=0.00698radとした。また、圧延荷重に、振幅650kN、周期30sの正弦波状の変動を与えた。
<Simulation 4>
A simulation was performed in which only the second method of measuring the actual rolling load value P act (t) with the load cell 7 and obtaining the cross angle operation amount Δθ 2 (t) by proportional control with respect to the change in the actual rolling load value was performed. The initial value of the elongation difference was ε act (1) = 0, and the initial setting value of the cross angle was θ set = 0.00698 rad. Further, a sinusoidal fluctuation having an amplitude of 650 kN and a period of 30 s was given to the rolling load.

本発明の形状制御方法を適用した場合の圧延状態を図12に示す。また、従来から行なわれているロールベンダをアクチュエータとした場合の圧延状態を図13に示す。いずれの場合も伸差率偏差はほぼ0に制御されており、クロス角を操作量としても従来のロールベンド力を操作量とした場合と同等な制御が実現できていた。   FIG. 12 shows the rolling state when the shape control method of the present invention is applied. FIG. 13 shows a rolling state when a conventional roll bender is used as an actuator. In any case, the elongation difference deviation was controlled to almost zero, and even when the cross angle was the operation amount, the same control as when the conventional roll bend force was the operation amount could be realized.

一方、クロス角を操作量とするが、式17にクロス角実績値を代入して時々刻々計算される比例制御ゲインK(t)を用いるのではなく、ロールベンド力を操作量とする従来法で行なわれているように、クロス角の初期設定値θsetの近傍で求めた∂ε/∂θを基にして下記式20で設定される固定制御ゲインを用いた場合の圧延状態を図14に示す。 On the other hand, the cross angle is used as the operation amount, but instead of using the proportional control gain K P (t) calculated every moment by substituting the actual value of the cross angle in Equation 17, the roll bend force is used as the operation amount. As is done in the method, the rolling state when a fixed control gain set by the following equation 20 is used based on ∂ε / ∂θ obtained in the vicinity of the initial set value θ set of the cross angle is shown in FIG. 14 shows.

Figure 0005500061
Figure 0005500061

図14に示すように、圧延荷重変化に対するクロス角の変更量は完全に比例しており、伸差率偏差は0に制御できていない。0s〜15sの時間帯では、クロス角操作によってクロス角θが初期設定値θsetより大きくなり、∂ε/∂θの値がθsetの近傍で求めた値よりも大きくなっているにもかかわらず、θsetの近傍で求めた過大な制御ゲインを用いたため、θsetに対するクロス角の増加量が過大になり、伸差率偏差は負(中伸び)になった。また、15s〜30sの時間帯では、クロス角操作によってクロス角θが初期設定値θsetより小さくなり、∂ε/∂θの値がθsetの近傍で求めた値よりも小さくなっているにもかかわらず、θsetの近傍で求めた過小な制御ゲインを用いたため、θsetに対するクロス角の減少量が過小になり、伸差率偏差は負(中伸び)になった。これに対して比例制御ゲインをクロス角の実績値に応じて時々刻々変更した図12(本発明の形状制御方法)では、クロス角がθsetより大きくなる0s〜15sの時間帯では、圧延荷重変化に対するクロス角の変更量を図14に比べて小さくし、クロス角がθsetより小さくなる15s〜30sの時間帯では、圧延荷重変化に対するクロス角の変更量を図14に比べて大きくすることにより、伸差率偏差はほぼ0に制御できていた。 As shown in FIG. 14, the change amount of the cross angle with respect to the rolling load change is completely proportional, and the elongation difference deviation cannot be controlled to zero. In the time period from 0 s to 15 s, the cross angle θ is larger than the initial set value θ set by the cross angle operation, and the value of ∂ε / ∂θ is larger than the value obtained in the vicinity of θ set. First, since an excessive control gain obtained in the vicinity of θ set was used, the amount of increase in the cross angle with respect to θ set was excessive, and the elongation difference deviation was negative (medium elongation). In the time period of 15 s to 30 s, the cross angle θ is smaller than the initial setting value θ set by the cross angle operation, and the value of ∂ε / ∂θ is smaller than the value obtained in the vicinity of θ set . Nevertheless, since an excessive control gain obtained in the vicinity of θ set was used, the amount of decrease in the cross angle with respect to θ set became excessive, and the elongation difference deviation became negative (medium elongation). On the other hand, in FIG. 12 (the shape control method of the present invention) in which the proportional control gain is changed every moment according to the actual value of the cross angle, the rolling load is applied in the time zone of 0 s to 15 s where the cross angle is larger than θ set. The change amount of the cross angle with respect to the change is made smaller than that in FIG. 14, and the change amount of the cross angle with respect to the change in rolling load is made larger than that in FIG. 14 in the time zone of 15 to 30 s where the cross angle is smaller than θ set . Thus, the elongation difference deviation could be controlled to almost zero.

本発明のロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法及び本発明の圧延材の製造方法は、微細粒鋼等に代表される板材の製造に用いることができる。   The method for controlling the shape of a rolled material in the roll cloth rolling mill of the present invention and the method for producing a rolled material of the present invention can be used for manufacturing a plate material typified by fine-grained steel.

1…圧延機
2…上ワークロール
3…下ワークロール
4…上バックアップロール
5…下バックアップロール
6…クロス角検出器
7…ロードセル
10…圧延材
20…平坦度計
30…形状制御装置
40…セットアップ計算機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rolling mill 2 ... Upper work roll 3 ... Lower work roll 4 ... Upper backup roll 5 ... Lower backup roll 6 ... Cross angle detector 7 ... Load cell 10 ... Rolled material 20 ... Flatness meter 30 ... Shape control device 40 ... Setup calculator

Claims (5)

ロールクロス式圧延機のクロス角を操作して圧延材の形状を制御する方法において、
前記クロス角の操作量を決定する際の制御ゲインを前記クロス角の関数として設定しておき、前記クロス角の実績値を前記関数に代入することによって前記制御ゲインを時々刻々変更しながら前記クロス角の操作量を決定することを特徴とする、ロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法。
In the method of controlling the shape of the rolled material by operating the cross angle of the roll cross type rolling mill,
A control gain for determining the operation amount of the cross angle is set as a function of the cross angle, and the cross gain is changed every moment by substituting the actual value of the cross angle into the function. A method for controlling the shape of a rolled material in a roll-cross type rolling mill, wherein an operation amount of a corner is determined.
前記制御ゲインを前記クロス角の単調減少関数とすることを特徴とする、請求項1に記載のロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法。 The shape control method of the rolling material in the roll cross type rolling mill according to claim 1, wherein the control gain is a monotonously decreasing function of the cross angle. ロールクロス式圧延機のクロス角を操作して圧延材の形状を制御する方法において、
前記クロス角の操作量を決定する際の積分制御ゲインを前記クロス角の関数として設定しておき、前記クロス角の実績値を前記関数に代入することによって前記積分制御ゲインを時々刻々変更しながら前記クロス角の操作量を決定する際に、前記クロス角の最大変更速度を被積分量の絶対値で除した値以下になるように前記積分制御ゲインを制限することを特徴とする、ロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法。
In the method of controlling the shape of the rolled material by operating the cross angle of the roll cross type rolling mill,
An integral control gain at the time of determining the operation amount of the cross angle is set as a function of the cross angle, and the integral control gain is changed every moment by substituting the actual value of the cross angle into the function. The roll cross is characterized in that, when determining the operation amount of the cross angle, the integral control gain is limited to be equal to or less than a value obtained by dividing the maximum change speed of the cross angle by the absolute value of the integrand. A method for controlling the shape of a rolled material in a rolling mill.
前記積分制御ゲインを前記クロス角の単調減少関数とすることを特徴とする、請求項3に記載のロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法。 The shape control method of the rolling material in the roll cross type rolling mill according to claim 3, wherein the integral control gain is a monotonously decreasing function of the cross angle. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のロールクロス式圧延機における圧延材の形状制御方法を用いて圧延材の形状を制御する工程、を有することを特徴とする、圧延材の製造方法。 A method for producing a rolled material, comprising a step of controlling the shape of the rolled material using the method for controlling the shape of the rolled material in the roll-cross type rolling mill according to any one of claims 1 to 4. .
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