JP5583000B2 - 圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置 - Google Patents

圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置 Download PDF

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本発明は、圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置に関するものである。
周知の如く、ステンレス、チタン、特殊鋼、銅などの圧延材を冷間圧延する際には、圧延ロールを支持するロール群が葡萄の房のように扇状に広がる「クラスタ型の多段圧延機(クラスタ圧延機)」が用いられることが一般的である。
例えば、特許文献1に示すクラスタ圧延機で圧延を行うにあたっては、圧延ロールの出側で圧延材の板厚を計測し、目標板厚に対して計測した板厚が備える偏差の時間積分に積分ゲインを乗じたものを圧下装置のロール隙間の制御量にフィードバックするモニタAGCによって、圧延材の板厚を制御している。
特開昭64−71514号公報
ところで、特許文献1で用いられているモニタAGCなどにおいては、通常、PI制御が採用される。例えば、PI制御の内、積分制御を用いた場合、圧延機の出側に設けられた板厚計で圧延材の板厚を計測し、計測した板厚と目標板厚との偏差Δhを算出し、得られた偏差Δhの時間積分を算出し、それに積分ゲインを乗ずることで、圧延ロールのロール隙間ΔS(ロールギャップの補正量ΔS)を導出している。多くの場合、この積分ゲインは、圧延材が所定の圧延速度に達した定常状態を基準にして設定されており、固定値となっている。
ところが、圧延の初期や終期は圧延速度が定常状態に比べて小さいことが多く、このように圧延速度が大きく異なる状態では、定常状態と異なる積分ゲインを設定しなければならない。つまり、積分ゲインとして固定値を用いる特許文献1の圧延機では、圧延速度が十分でない圧延初期や減速状況にある圧延終期において、板厚の制御が不十分となりやすく、板厚不良が多発しやすい。
特に、圧延の初期に積分ゲインとして適正な数値から大きくかけ離れたものを与えてしまうと、板厚や板厚偏差が規格範囲に収束するまでの時間が必要以上に長くなり、板厚不良の比率が高くなって生産性を低下せしめるため好ましくない。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、圧延速度が小さな圧延の初期や終期においても、圧延速度に応じた適正な積分ゲインを与えることにより、板厚が揃った圧延材を良好な生産性で得ることができる圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため以下の技術的手段を講じた。
本発明の圧延機の板厚制御方法は、圧延機の出側に設けられた板厚計で圧延材の板厚を計測し、計測した板厚と目標板厚との偏差Δhの時間積分に積分ゲインを乗ずることで、圧延ロールのロール隙間ΔSを算出し、算出したロール隙間ΔSに応じて圧延機の圧下装置を制御する板厚制御方法であって、前記圧延材の圧延速度Vが予め定められた目標の圧延速度に達していない場合に、式(1)に基づいて得られる積分ゲインKiを用いてロール隙間ΔSを算出し、算出したロール隙間ΔSに応じて圧下装置を制御することを特徴とするものである。
Figure 0005583000
本発明の圧延機の板厚制御装置は、圧延機の出側に設けられた板厚計で圧延材の板厚を計測し、計測した板厚と目標板厚との偏差Δhの時間積分に積分ゲインを乗ずることで、圧延ロールのロール隙間ΔSを算出し、算出したロール隙間ΔSに応じて圧延機の圧下装置を制御する板厚制御装置であって、当該板厚制御装置は、前記圧延材の圧延速度Vが予め定められた目標の圧延速度に達していない場合に、式(1)に基づいて得られる積分ゲインKiを用いてロール隙間ΔSを算出し、算出したロール隙間ΔSに応じて圧下装置を制御する構成とされていることを特徴とするものである。
Figure 0005583000
本発明の圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置によれば、圧延速度が小さな圧延の初期や終期および定常状態においても、圧延速度に応じた適正な積分ゲインを与えることにより、板厚が揃った圧延材を良好な生産性で得ることができる。
本発明の板厚制御装置を備えた圧延装置の概略図である。 本発明の板厚制御方法のブロック図である。 初期圧下力の初期設定値が板厚偏差の収束にどのように影響するかを示した図である。 Cを0.1から0.7まで変化させた際に、板厚偏差が収束するまでの板走行距離がどのように変化するかを示したグラフである。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
まず、本発明の板厚制御装置1が配備された圧延機2について説明する。
図1に示すように、圧延機2は、ステンレス、チタン、特殊鋼、銅などの薄板の圧延材Wを水平方向に送りつつ冷間圧延するものである。圧延機2は、水平方向の中央に配備される圧延部3と、この圧延部3の左側と右側とにそれぞれ配備されて圧延材Wを巻回可能なロール4L、4Rとを備えている。
圧延機2は、圧延材Wを右方向に送りつつ圧延した後は、圧延方向を反転させて左方向に送りつつ圧延するといったように、圧延材Wに対する圧延方向を左右で切り換えつつ圧延するリバース圧延を可能とするものである。本実施形態の圧延機2では、図1において右方向(白抜きの矢印の向き)に圧延材Wを送る場合は、左側のロール4Lが巻出しロールで、右側のロール4Rが巻取りロールとなる。また、図1において左方向(黒抜きの矢印の向き)に圧延材Wを送る場合は、左側のロール4Lが巻取りロールで、右側のロール4Rが巻出しロールとなる。なお、以降では、右方向に圧延材Wを送りつつ圧延する圧延機2に設けられた板厚制御装置1を例に挙げて説明を行う。
圧延部3は、上下一対の圧延ロール5(ワークロール)、この圧延ロール5を外側から支持する中間ロール6と、中間ロール6を外側からバックアップするバックアップロール7とを複数本組み合わせた多段構成となっている。上述した圧延機2は、圧延部3における複数のロールの並び方が側方から見ると葡萄の房のように見えることからクラスタ型と呼ばれるものである。図例のものは、上下に2本の圧延ロール5を有し、各圧延ロール5は2本の中間ロール6で駆動され、この2本の中間ロール6は3本のバックアップロール7で支えられたものであり、12段のクラスタ圧延機となっている。なお、図例のものは12段であるが、本発明の板厚制御装置1や板厚制御方法は例えば14段や20段の多段圧延機に適用しても良いし、4段や6段の圧延機、それらをタンデムに並べたタンデム圧延機に適用しても良い。
この圧延機2の出側には、圧延材Wの板厚を計測する板厚計9Rと、圧延材Wの搬送速度を計測する板速計10とが配備されている。そして、圧延機2には上述した圧延部3以外にも圧延ロール5のロール隙間を制御する圧下装置8と、板厚計9Rや板速計10で計測された実績値を基に圧下装置8を制御する板厚制御装置1(単に制御装置ということもある)と、が設けられている。
図1及び図2に示すように、圧下装置8は、圧延部3に設けられていて、各バックアップロール7を押し上げてロール隙間ΔSを変更するウエッジ(楔手段)と、ウエッジを移動させる油圧シリンダと、油圧シリンダを動作させるサーボ弁とを備えている。サーボ弁には、板厚制御装置1からの指令信号がサーボアンプを介して入力されて作動し、サーボ弁によって油圧シリンダを動かすようになっている。
図2に示すように、板厚計9Rは、圧延部3(圧延機2)の圧延ロール5より距離Lだけ水平方向に離れた位置に配備されて、圧延部3で圧延された圧延材Wの厚みを計測している。本実施形態では、圧延材Wが右方向に向かって送られているときに板厚を計測するように設定されているため、板厚計9Rは出側の板厚を計測する。板厚計9Rの計測結果は板厚制御装置1に出力される。
板速計10は、本実施形態では、板厚計9Rのさらに右側(圧延部3から離れる側)に配備されており、板厚計9Rより圧延材Wの搬送方向の下流側に隣接して配備されている。板速計10では、圧延材Wの板速V、つまり圧延材Wの水平方向に沿った搬送速度Vが計測されており、板速計10で計測された板速は板厚同様に板厚制御装置1に出力される。
板厚制御装置1は、板厚計9Rで計測された板厚h(t)、板速計10で計測された板速Vに基づいて、圧延ロール5のロール隙間ΔSを算出するものであり、プロセスコンピュータやPLC(プログラマブルロジックコントローラ)などで構成されている。
次に、板厚制御装置1で行われる処理、言い換えれば本発明の板厚制御方法について、説明する。
例えば、板厚h(t)を圧延後に板厚計9Rで計測し、それから得られた板厚偏差Δhに応じて圧下装置8で板厚を制御しようとする場合、PI制御が採用されることが一般的である。
PI制御の内、積分制御(I制御)を用いた場合、圧延機2の出側に設けられた板厚計9Rで圧延材Wの板厚h(t)を計測し、計測した板厚h(t)と目標板厚h0との差Δh(t)の時間積分に積分ゲインを乗ずることで、圧延ロール5のロール隙間ΔSを算出している。多くの場合、この積分ゲインは、圧延材Wが所定の圧延速度に達した定常状態を基準にして設定されており、固定値となっていることが殆どである。
ところが、圧延の初期や終期は圧延速度Vが定常状態に比べて小さいことが多く、このように圧延速度Vが大きく異なる非定常状態では定常状態と異なる積分ゲインを設定しなければならない。当然、積分ゲインとして固定値を用いると、圧延速度Vが十分でない圧延初期や圧延終期に板厚の制御が不十分となりやすく、板厚不良が多発しやすい。
特に、図3に示す如く、圧延の初期に積分ゲインとして適正な数値から大きくかけ離れたものを与えてしまうと、ロール隙間ΔSや圧下力(初期圧下力)が不適切なものとなって、板厚偏差Δh(t)が規格範囲に収束するまでの時間が必要以上に長くなり、板厚不良の比率が高くなって生産性を低下せしめるため好ましくない。
そこで、本発明の板厚制御装置1では、圧延部3〜板厚計9Rまでの距離及び圧延材Wの搬送速度に応じた適正な積分ゲインKiを算出し、算出した積分ゲインKiに基づいて得られるロール隙間ΔSに応じて圧下装置8を制御する構成となっている。
詳しくは、本発明の板厚制御方法は、圧延部3〜板厚計9Rまでの距離Lと板速計10で計測された板速Vとに基づいて積分ゲインKiを算出する第1ステップと、板厚計9Rで計測された板厚h(t)及び板厚制御装置1に予め入力されている目標板厚h0から板厚の偏差Δh(t)を算出する第2ステップと、第1ステップで算出された積分ゲインKiと第2ステップで算出された偏差Δh(t)の時間積分値とに基づいてロール隙間ΔSを算出する第3ステップとの3つのステップを経ることで行われる。
第1ステップは、板速計10で計測された板速V、圧延ロール5から板厚計9Rまでの距離L、定数Cを以下の式(1)に代入し、積分ゲインKiを求めるものである。この式(1)に用いられる距離Lは、圧延ロール5の軸心から板厚計9Rまでの水平距離である。さらに、定数Cは、0.3〜0.5の範囲から選択される値である。なお、この定数Cの導出については、後ほど詳しく説明する。第1ステップで算出された積分ゲインKiは、第3ステップに送られる。
Figure 0005583000
第2ステップは、板厚計9Rで計測された板厚h(t)と目標板厚h0とを以下の式(2)に入力して偏差Δh(t)を算出するものである。第2ステップで算出された偏差Δh(t)は、第1ステップの積分ゲインKiと同様に、第3ステップに送られる。
Figure 0005583000
第3ステップは、第1ステップで算出された積分ゲインKiと、第2ステップで算出された板厚Δh(t)とを、式(3)に入力することで、圧延ロール5のロール隙間ΔSを算出するものである。
Figure 0005583000
式(3)から明らかなように、本発明の板厚制御方法は、圧延ロール5から板厚計9Rまでの遅れ時間(無駄時間)を考慮して、遅れ時間分の補正を行った積分ゲインKiで板厚を制御する板厚制御方法ということもできる。
上述の板厚制御方法を用いれば、圧延速度Vが十分に増加しきっていない(圧延速度Vが小さな)圧延の初期や終期においても、圧延速度Vに応じて積分ゲインKiも補正されるため、圧延速度Vに応じた適正な積分ゲインKiに則って適正な圧延ロール5のロール隙間ΔSを与えることができ、板厚偏差Δh(t)が早期に収束する圧延を実現でき、圧延材Wを良好な生産性で得ることが可能となる。
次に、式(1)における定数Cが0.3〜0.5の範囲から選択される理由を、実験例を用いて説明する。
この実験は、幅600mm、厚さ50μmの圧延材Wを、30mm径の圧延ロール5を備えた12段または20段の圧延機2で圧延する条件下で行った。この実験では、板厚偏差Δh(t)が所定の値に収束するまでの時間(以下、収束時間という)、及び板厚偏差Δh(t)が収束するまでに当該圧延材Wが走行した距離(以下、収束距離という)を求めたものである。
なお、板厚計9Rは圧延ロール5より圧延材Wの搬送方向の下流側方向に向かって1.5m離れた位置に配備されており、上述した式(1)のLは1.5mで固定値となっている。一方、圧延速度Vは0.75m/秒、1.0m/秒、1.5m/秒、3.0m/秒の4水準で変化しており、圧延ロール5を通過した圧延材Wが板厚計9Rに達するのに必要な時間、言い換えれば遅れ時間t(無駄時間)も圧延速度Vに合わせて0.5秒、1.0秒、1.5秒、2.0秒で変化するようになっている。
上述した圧延機2において、積分ゲインKiを求めるために必要な定数Cを0.1から0.7まで順次変化させた場合に、収束時間及び収束距離がどのように変化するかを、実験により求めた。結果を表1及び図4に示す。
Figure 0005583000
表1に示すように、遅れ時間t=0.5秒の実験例は、定数Cが0.1より大きくなるに連れて収束時間(枠中の上段に記載された時間)及び収束距離(枠中の下段に記載された距離)が短くなる傾向がある。そして、定数Cが0.42になったときに収束時間及び収束距離は最小値になり、それ以降は定数Cが増加するに連れて収束時間及び収束距離はほぼ同じかやや増加するように変化する。
この定数Cに対する収束時間及び収束距離の変化傾向は、遅れ時間t=1.0秒、1.5秒、2.0秒のいずれの実験例でも同じ傾向であり、定数Cが0.1から0.3に達するまでは収束時間及び収束距離はいずれも減少し、定数Cが0.3〜0.5の領域にあるときに、具体的には定数Cが0.42または0.45のときに収束時間及び収束距離が最小値となり、定数Cが0.5より大きな値ではむしろ増加する。
上述した収束時間及び収束距離の変化傾向は表1の結果をプロットした図4でも明らかであり、収束時間及び収束距離はC=0.3〜0.5、好ましくは0.40〜0.45の範囲で最小となると判断される。このことから、板厚制御初期に目標板厚に収束するまでの収束時間をできる限り小さくし、目標板厚に収束するまでに不良品として圧延される圧延材Wの長さ(収束距離)を可能な限り短くするには、定数Cは0.3〜0.5、より好ましくは0.40〜0.45とするのが好ましいと判断される。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
1 板厚制御装置
2 圧延機
3 圧延部
4L 圧延機の左側のロール
4R 圧延機の右側のロール
5 圧延ロール
6 中間ロール
7 バックアップロール
8 圧下装置
9L 左板厚計
9R 右板厚計
10 板速計
ΔS ロール隙間
i 積分ゲイン
Δh 出側板厚偏差
L 圧延機から板厚計までの距離
V 圧延速度(圧延材の搬送速度)
W 圧延材

Claims (2)

  1. 圧延機の出側に設けられた板厚計で圧延材の板厚を計測し、計測した板厚と目標板厚との偏差Δhの時間積分に積分ゲインを乗ずることで、圧延ロールのロール隙間ΔSを算出し、算出したロール隙間ΔSに応じて圧延機の圧下装置を制御する板厚制御方法であって、
    前記圧延材の圧延速度Vが予め定められた目標の圧延速度に達していない場合に、式(1)に基づいて得られる積分ゲインKiを用いてロール隙間ΔSを算出し、算出したロール隙間ΔSに応じて圧下装置を制御する
    ことを特徴とする圧延機の板厚制御方法。
    Figure 0005583000
  2. 圧延機の出側に設けられた板厚計で圧延材の板厚を計測し、計測した板厚と目標板厚との偏差Δhの時間積分に積分ゲインを乗ずることで、圧延ロールのロール隙間ΔSを算出し、算出したロール隙間ΔSに応じて圧延機の圧下装置を制御する板厚制御装置であって、
    当該板厚制御装置は、前記圧延材の圧延速度Vが予め定められた目標の圧延速度に達していない場合に、式(1)に基づいて得られる積分ゲインKiを用いてロール隙間ΔSを算出し、算出したロール隙間ΔSに応じて圧下装置を制御する構成とされていることを特徴とする圧延機の板厚制御装置。
    Figure 0005583000
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