JP5669292B2

JP5669292B2 - 圧延の板厚制御方法

Info

Publication number: JP5669292B2
Application number: JP2009158306A
Authority: JP
Inventors: 栄治鷺; 治内畠
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: JP2011011237A

Description

本発明は、払出リールから払出されて圧延ロールで圧延され、巻取リールで巻取られる鋼帯の圧延実績板厚を測定し、板厚が圧延目標板厚になるようにロール圧下量を制御する圧延の板厚制御方法に関する。

鋼帯を圧延して得られる圧延材の板厚については、目標板厚に対する精度とともに、幅方向および圧延方向にばらつきの少ない均一性が求められる。従来、鋼帯の圧延では、圧延材の板厚、特に圧延方向の板厚が均一になるように自動板厚制御が行われている。

図５は、従来の鋼帯の圧延に用いられる圧延装置１の概略構成を示す。図５では、圧延方向を可逆的に変化させて圧延することができるレバース式の圧延装置１を例示する。ここでは、紙面に向って右から左へ鋼帯２を搬送して圧延する場合について説明する。圧延装置１は、払出リール３、デフレクターロール４、板厚測定器５、圧延ロール６、ロール圧下機構７、板厚測定器８、デフレクターロール９、巻取リール１０、制御部１１を含み、左右対称に構成される。したがって、圧延方向が変わると巻取リール１０と払出リール３とが逆になり、また板厚測定器５，８も入側と出側とで逆になる。

鋼帯２は、払出リール３から払出されて圧延ロール６で圧延され、巻取リール１０で巻取られる。このように圧延される鋼帯の圧延材の板厚均一性に影響を及ぼす要因には、圧延される素材が元々有する板厚変動があり、また圧延装置１のロールの摩擦係数変化および熱膨張などがある。

素材が元々有する板厚変動に対しては、入側の板厚測定器５で圧延前の板厚を測定して制御部１１へ入力し、制御部１１が測定板厚と圧延目標板厚との板厚差を求め、該板厚差に応じたロール圧下量になるようにロール圧下機構７の動作を制御するフィードフォワード制御が行われている。また圧延装置１のロールの摩擦係数変化およびロール熱膨張などの長周期で生ずる板厚変動の要因に対しては、出側の板厚測定器８で測定した圧延実績板厚を制御部１１へ入力し、制御部１１が測定される圧延実績板厚を連続して平均し、圧延目標板厚との板厚偏差の積分値に基づいてロール圧下機構７の動作を制御するフィードバック制御が行われている。

板厚変動要因に対して上記のような対応をしたとしても、板厚が比較的厚い鋼帯の圧延では、短い周期で板厚変動が生ずることがある。そのような板厚変動は、巻取リール１０に巻取られる鋼帯２の巻形状、または鋼帯２が払い出される場合の払出リール３に巻かれている鋼帯２の巻形状が変形する場合に発生する。

図６は、巻取リール１０に鋼帯２が巻取られている状態を示す。比較的板厚が厚い鋼帯２では、巻取リール１０の外周面に開口部を有するように形成される溝１２に、鋼帯２の先端２ａを挿入し、巻取リール１０を回転させて鋼帯２を折曲げるようにして巻取る。このような巻取り方をグリップ巻きと呼ぶ。板厚が厚く、鋼帯２の剛性が大きい場合、巻始め部分の鋼帯２は、巻取リール１０の外周に沿うことなく、巻取リールの半径よりも小さい曲率半径で湾曲し、巻取リール１０の外周から突出した状態で巻取られ、ある程度の長さが巻取られた後、外周に沿うように巻取られる。この鋼帯２が湾曲して突出する部分を盛上り部２ｂと呼ぶことにする。したがって、リール軸に対して垂直な断面で見ると、鋼帯２の巻取形状は真円ではなく盛上り部２ｂを有する卵型になる。このように盛上り部２ｂを有する卵型になった場合、盛上り部２ｂで見掛けの巻取半径が大きくなり、段落００２３で後述するように、圧延張力が大きくなって、板厚が薄くなる板厚変動が生ずる。

鋼帯の巻取形状が卵型になる場合の板厚変動の原因が圧延張力の変動にあることから、圧延材の送り量と圧延条件とに基づいて巻取形状の変形位置を算出し、変形により生ずる張力変動を打消すように、巻取リール用モーターの回転トルクを制御することが提案されている（特許文献１参照）。

特開平５−３１５１５号公報

巻取形状が卵型になる鋼帯の圧延で発生する板厚変動は、たとえば、圧延速度が５００ｍｐｍである場合、０．２〜０．７秒という極めて短い周期で発生する。特許文献１に開示される技術のように、巻取リール用モーターの回転トルクを短い周期で制御しようとしても、巻取リールに巻取られる鋼帯いわゆるコイルの重量が重くて慣性力が大きいので、制御に追随させることが難しいという問題がある。また、短い周期で生ずる板厚変動に対しては、前述の長周期の板厚変動に対するフィードバック制御では対応することができないという問題がある。

本発明の目的は、鋼帯の巻き形状の変形に起因するような短い周期の板厚変動を抑制することができる圧延の板厚制御方法を提供することである。

本発明は、圧延機で鋼帯を圧延する際に行う圧延の板厚制御方法において、
巻取リールまたは払出リールの巻き形状が変形することによって生じる鋼帯の板厚変動の発生位置を、圧延開始後、巻取リールまたは払出リールの回転数が基準値に達するまでは、出側板厚の偏差を測定して記憶し、回転数が基準値以上になると、出側板厚を記憶した実績に基づいて予測し、
予測した位置での板厚偏差を零に近づけるように圧下制御を行うことを特徴とする圧延の板厚制御方法である。

また本発明では、前記巻取リールまたは前記払出リールの巻き形状が変形することによって生じる板厚変動に対し、
巻取リールおよび払出リールの少なくともいずれかを円周方向に間隔を開けて複数に区分し、
回転するリールの区分位置が予め定める位置に到達するタイミングを検出し、
検出されるタイミングに同期させてリールの区分位置に対応する圧延実績板厚を測定し、
圧延目標板厚と圧延実績板厚との差として板厚偏差を求め、
予め定める回数以上、同様な板厚偏差が連続して発生する区分位置を、前記圧下制御を行う位置と予測することを特徴とする。

本発明によれば、巻取リールまたは払出リールの巻き形状が変形することによって生じる短い周期の鋼帯の板厚変動の発生位置を、圧延開始後、巻取リールまたは払出リールの回転数が基準値に達するまでは、出側板厚の偏差を測定して記憶し、回転数が基準値以上になると、出側板厚を記憶した実績に基づいて予測することができる。予測した位置での板厚偏差を零に近づけるように圧下制御を行うので、鋼帯の巻き形状の変形に起因する短い周期の板厚変動を抑制することができる。

また本発明によれば、リールが一回転する短い周期内で、リール円周上の複数に区分される区分位置に対応する板厚偏差を求め、予め定める回数以上、同様な板厚偏差が発生する位置を制御を行う位置と予測する。このことで、鋼帯の巻き形状の変形が原因で生ずる短い周期の板厚変動が抑制された鋼帯の圧延を実現することができる。

図１は、本発明の圧延の板厚制御方法の実施に用いられる圧延装置２０の概略構造を示す図である。図２は、巻取リール１０側に設けられる回転位置検出器２２を例示する斜視図である。図３は、巻取リール１０の区分位置と板厚偏差との関係を示す図である。図４は、本発明の板厚制御方法による概略的な制御手順を示すフローチャートである。図５は、従来の鋼帯の圧延に用いられる圧延装置１の概略構成を示す図である。図６は、巻取リールに鋼帯が巻取られている状態を示す断面図である。

図１は、本発明の圧延の板厚制御方法の実施に用いられる圧延装置２０の概略構成を示す。本発明の圧延の板厚制御方法を説明する前に、その実施に用いられる圧延装置２０について説明する。圧延装置２０は、前述の圧延装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を簡略化または省略する。圧延装置２０は、以下の特徴を備える。払出リール３および巻取リール１０は、円周方向に間隔をあけて複数に区分され、区分されることによって定まる区分位置Ａ〜Ｆを有する。ここでは、払出および巻取リール３，１０の円周方向に６０度間隔で６等分される位置に区分位置Ａ〜Ｆを設ける。

また圧延装置２０は、払出および巻取リール３，１０の回転位置をそれぞれ求める回転位置検出器２１，２２を備える。回転位置検出器２１，２２には、公知の検出器を設けることができる。図２は、巻取リール１０側に設けられる回転位置検出器２２を例示する。回転位置検出器２２は、たとえば巻取リール１０と同軸に接続される反射板２３と、光検知器２４とを含む。反射板２３は、円板の外周の一部に切欠き２５が形成される。光検知器２４は、出射した光２６が反射されて戻る光の有無を検知し、ｏｎ−ｏｆｆ信号とする。巻取リール１０外の予め定める基準位置に固定される光検出器２４から出射される光２６が反射板２３で反射されている間がｏｎ信号として検知される。反射板２３が矢符２７方向に回転して切欠き２５が出射光２６の位置に到達すると、出射光２６が切欠き２５を透過し反射されないのでｏｆｆ信号として検知される。巻取リールの区分位置Ａ〜Ｆにそれぞれ対応する切欠きを反射板２３に形成することで、各区分位置が光検知器２４の設けられる基準位置に到達するタイミングを検出することができる。

圧延の板厚制御方法は、回転位置検出器２２で各区分位置Ａ〜Ｆが予め定める基準位置に到達するタイミングを検出し、該タイミングに同期させて区分位置それぞれに対応する圧延実績板厚を測定する。圧延目標板厚と圧延実績板厚との差として板厚偏差を求め、各区分位置で発生する板厚偏差が正または負かを認識して記憶させる。同様な板厚偏差が予め定める回数以上連続して発生する区分位置をリールの巻き形状の変形に基づいて板厚偏差が生じる位置と予測し、この区分位置で発生する板厚偏差が零（０）に近づくように、ロール圧下量を制御する。

以下、板厚制御方法について詳細に説明する。回転位置検出器２２で検出される巻取リール１０の各区分位置が基準位置に到達するタイミングは、制御部１１へ入力される。制御部１１は、巻取リール１０の各区分位置Ａ〜Ｆが基準位置に到達するタイミングに同期させ、板厚測定器８で圧延実績板厚を測定する。逆に、圧延中は板厚測定器８で常に圧延実績板厚を測定し、制御部１１が巻取リール１０の各区分位置Ａ〜Ｆが基準位置に到達するタイミングに同期して圧延実績板厚を抽出するようにしてもよい。いずれにしても現在実用化されている板厚測定器８は、１秒間に数回程度のサンプリング周期でしか圧延実績板厚を測定することはできないので、位置の検出と測定とのタイミングの同期が重要である。

さらに、制御部１１は、不図示の上位コンピューターから予め与えられて記憶部に記憶されている当該鋼帯２の圧延目標板厚と、各区分位置Ａ〜Ｆに同期して測定される圧延実績板厚との差として板厚偏差（＝圧延実績板厚−圧延目標板厚）を求める。

なお、板厚測定器８で圧延実績板厚を測定する位置は、圧延点よりも圧延方向下流側にわずかにずれている。したがって、巻取リール１０の区分位置Ａ〜Ｆがそれぞれ基準位置に到達するときに、区分位置に対応してまさに圧延されている位置の圧延実績板厚を測定することができない。このことについては、鋼帯２が圧延点から板厚測定位置に進む間での時間を圧延速度から算出し、巻取リール１０の区分位置が基準位置に到達するときから、前記算出時間分のタイムラグを有するようにして圧延実績板厚を測定する。このことで、巻取リール１０の各区分位置に対応する鋼帯２の圧延点での圧延実績板厚を測定することができる。

図３は、巻取リール１０の区分位置と板厚偏差との関係を示す。ここでは、巻取リール１０の区分位置Ｂに鋼帯２の盛上り部２ｂが形成されている場合を例示する。図３（ａ）は、巻取リール１０の区分位置Ｂに形成される盛上り部２ｂが基準位置に到達した場合を示す。図３（ｂ）は、巻取リール１０の盛上り部２ｂが形成されていない位置、たとえば区分位置Ｅが基準位置に到達した場合を示す。単位回転角度当りの巻取リール１０による鋼帯２の巻取長さは、巻取半径の増加に応じて長くなる。盛上り部２ｂの形成が無い区分位置Ｅでは、巻取半径が巻取リール１０の半径にほぼ一致するが、盛上り部２ｂが形成される区分位置Ｂでは、見掛けの巻取半径が大きくなる。したがって、区分位置Ｂが基準位置にある場合の圧延点から基準位置までの鋼帯２の長さをＬｂとし、区分位置Ｅが基準位置にある場合の圧延点から基準位置までの鋼帯２の長さをＬｅとすると、Ｌｂ＞Ｌｅとなる。このように、単位時間当たりに巻取られる鋼帯２の長さが増すことになるので、圧延出側で鋼帯２に負荷される圧延張力は、巻取リール１０の区分位置Ｂが基準位置に到達する場合の方が、区分位置Ｅが基準位置に到達する場合より大きくなる。一般的に圧延では、圧延張力が大きい程、ロール圧下量を大きくすることができる。逆に、ロール圧下量が同じで圧延張力が増加すると、ロール圧下が一層効果的に作用して鋼帯の圧延実績板厚が薄くなる。

図３（ｃ）では、巻取リール１０の各区分位置Ａ〜Ｆと板厚偏差との関係を示す。巻取リール１０の区分位置Ｂが基準位置に到達する場合、板厚偏差ΔＴが負（−）側に大きくなり、区分位置Ｂ以外の区分位置Ａ，Ｃ〜Ｆでは、板厚偏差ΔＴがほぼ零（０）になる。制御部１１は、巻取リール１０の回転位置に同期して区分位置Ａ〜Ｆの板厚偏差を求め、どの区分位置で正・負どちらの板厚偏差が発生しているか認識、記憶させる。さらに、制御部１１は、巻取リール１０の回転位置に同期して各区分位置Ａ〜Ｆの板厚偏差が零（０）に近づくように、ロール圧下機構７の動作を予測制御する。すなわち、板厚偏差が正の区分位置が来た場合、ロール圧下量を増加させるように制御し、板厚偏差が負の区分位置が来た場合、ロール圧下量を減少させるように制御する。板厚偏差の大きさと、ロール圧下の制御量との関係は、鋼種の塑性変形抵抗および圧下率などに基づいて、予め理論的に求めることができる。これらの板厚偏差とロール圧下制御量との関係は、制御部１１に備わる不図示の圧下制御量を導くモデル式により決定することができる。制御部１１は、上位コンピューターから与えられる圧延予定鋼帯２の鋼種および圧下率などの情報に基づき、モデル式より、板厚偏差とロール圧下量との関係を計算し、ロール圧下機構７の動作を制御する。

このように、巻取リールが一回転する短い周期内で、リール円周上の複数に区分される区分位置に対応する板厚偏差を求め、板厚偏差が大きくなる位置を予め予測しておき、予測された区分位置で板厚偏差が零に近づくようにロール圧下量を制御することで、鋼帯の巻き形状の変形、特に盛上り部が原因で生ずる短い周期の板厚変動を抑制することができる。

図４は、本発明の板厚制御方法を実行する概略的な手順を示す。ステップｓ１で鋼帯２の先端を巻取リール１０に挿入し、ステップｓ２から圧延装置の運転を開始する。ステップｓ３では、巻取リール１０の回転数が基準値、たとえば５以上の回転数に達しているか否かを判断する。回転数が基準値に達していなければ、圧下制御は行わず、ステップｓ４で、各区分位置Ａ〜Ｆ毎に板厚偏差を求めて記憶し、ステップｓ３に戻る。ステップｓ４で回転数が基準値以上になると、ステップｓ５に移る。ステップｓ５では、圧下制御を行う位置を予測する。たとえば、図３（ｃ）に示すように、板厚偏差が区分位置Ｂのみで連続して発生していれば、区分位置Ｂを圧下制御を行う位置であると予測する。なお、実際には、いずれの区分位置でも、微少な板厚偏差が発生している場合がある。このような場合は、連続して、同様、すなわち正負が同一で、絶対値もほぼ同等の板厚偏差が発生しない位置は除外する。

圧下制御を行う位置を予測した後では、ステップｓ６から、圧下制御を開始する。ステップｓ６では、鋼帯２が終了か否かを判断する。終了でないと判断するときは、ステップｓ７で、圧下制御を行うと予測した位置か否かを判断する。予測位置では、ステップｓ８で圧下制御を行い、ステップｓ６に戻る。ステップｓ７で予測位置でないと判断すると、ステップｓ６に戻る。ステップｓ６で鋼帯２が終了と判断すると、１パスの圧延を終了する。

なお、図1に示すようなレバース式の圧延装置２０では、鋼帯２を往復させて、複数パスの圧延を行うけれども、各パスの圧延は同様に行うことができる。また、複数パスのうち、後続のパスでは、先行のパスでの予測結果を利用して、ステップｓ３の基準値を小さく設定することもできる。

レバース式の圧延装置２０では、１パスの前半には巻取リール１０に基づく予測制御を行い、後半には払出リール３に基づく予測制御を行うように切換えることもできる。この切換えのタイミングは、払出リール３の区分位置毎に圧延偏差を求めながら巻取リール１０に基づいて予測した位置での圧下制御を行い、払出リール３の板厚偏差が大きくなるか否かで判断するようにすればよい。

以上で説明しているように、本実施の形態では、巻取リール側で鋼帯の巻きに生ずる盛上り部が圧延張力に影響を及ぼす場合に対して板厚制御方法を利用している。しかしながら、これに限定されることなく、払出リール側で鋼帯の払出しをほぼ終えて巻き数が少なくなり、鋼帯の巻きに形成されている盛上り部が圧延張力に影響を及ぼす場合に対しても有効に利用することができる。

１，２０圧延装置
２鋼帯
３払出リール
４，９デフレクターロール
５，８板厚測定器
６圧延ロール
７ロール圧下機構
１０巻取リール
１１制御部
２１，２２回転位置検出器

Claims

圧延機で鋼帯を圧延する際に行う圧延の板厚制御方法において、
巻取リールまたは払出リールの巻き形状が変形することによって生じる鋼帯の板厚変動の発生位置を、圧延開始後、巻取リールまたは払出リールの回転数が基準値に達するまでは、出側板厚の偏差を測定して記憶し、回転数が基準値以上になると、出側板厚を記憶した実績に基づいて予測し、
予測した位置での板厚偏差を零に近づけるように圧下制御を行うことを特徴とする圧延の板厚制御方法。
前記巻取リールまたは前記払出リールの巻き形状が変形することによって生じる板厚変動に対し、
巻取リールおよび払出リールの少なくともいずれかを円周方向に間隔を開けて複数に区分し、
回転するリールの区分位置が予め定める位置に到達するタイミングを検出し、
検出されるタイミングに同期させてリールの区分位置に対応する圧延実績板厚を測定し、
圧延目標板厚と圧延実績板厚との差として板厚偏差を求め、
予め定める回数以上、同様な板厚偏差が連続して発生する区分位置を、前記圧下制御を行う位置と予測することを特徴とする請求項１記載の圧延の板厚制御方法。