JP5583000B2

JP5583000B2 - 圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置

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Publication number: JP5583000B2
Application number: JP2010284600A
Authority: JP
Inventors: 隆広清水; 裕之片山; 功治中西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: JP2012130936A

Description

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。

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。

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Ｋ_iを算出し、算出した積分ゲインＫ_i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Ｋ_i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Ｋ_i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Ｋ_i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Ｋ_iは、第３ステップに送られる。

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Ｋ_iと同様に、第３ステップに送られる。

第３ステップは、第１ステップで算出された積分ゲインＫ_i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。

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Ｋ_i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Ｋ_i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Ｋ_i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Ｋ_i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。

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
Ｋ_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

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。
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。