JP5884185B2 - 冷間タンデム圧延機におけるトラブルレス最高圧延速度算出方法および冷間タンデム圧延方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ブリキ原板、自動車用鋼板等の冷延鋼板を、２スタンド以上の連続した圧延機で構成される冷間タンデム圧延機にて圧延する際の圧延荷重予測を用いた冷間タンデム圧延機におけるトラブルレス最高圧延速度算出方法および冷間タンデム圧延方法に関する。
冷間タンデム圧延機による冷間圧延においては、プロセスコンピューターとその下位のＰＬＣ（Programmable Logic Controller ）にて適切な制御を実施することで、板破断などのトラブルを抑え、能率良く走間板厚変更を行う技術が既に確立している。
前記制御では、まずプロセスコンピューターにて走間板厚変更時の圧延荷重、先進率を精度良く予測する必要があるが、例えば特許文献１に、圧延機の実績データを用いてロールと被圧延材間の摩擦係数を学習し、前記圧延荷重などの予測精度を向上する手法が開示されている。また、ＰＬＣにて走間板厚変更時のロールギャップとロール周速を適切に制御する必要があるが、この制御方法に関しては、走間板厚変更点を板の流れ量（マスフロー）によってトラッキングすることによりタイミングよく各スタンドの圧下位置、速度比、張力等を制御する手法が特許文献２に開示されている。
前記制御では、まずプロセスコンピューターにて走間板厚変更時の圧延荷重、先進率を精度良く予測する必要があるが、例えば特許文献１に、圧延機の実績データを用いてロールと被圧延材間の摩擦係数を学習し、前記圧延荷重などの予測精度を向上する手法が開示されている。また、ＰＬＣにて走間板厚変更時のロールギャップとロール周速を適切に制御する必要があるが、この制御方法に関しては、走間板厚変更点を板の流れ量（マスフロー）によってトラッキングすることによりタイミングよく各スタンドの圧下位置、速度比、張力等を制御する手法が特許文献２に開示されている。
また、高速圧延定常部での実績データを学習することで、パススケジュールより求まる最高圧延速度時の圧延荷重を予測する技術なども確立されている。
しかし、前記走間板厚変更後の圧延速度（ロール速度）の加速においては、オペレーターが最高速度まで一気に加速するのではなく、ステップ的に徐々に加速しているために生産性向上が十分に図られていないという問題がある。オペレーターがステップ的に加速するのは、加速による圧延荷重の変化を確認してから次の加速を行う必要があるためである。一般に冷間圧延においては、図１に示すように、圧延速度が増大するにつれて、安定圧延可能な圧延荷重の領域はせまくなる。この安定圧延領域から外れるとヒートストリーク（鋼板とロールとの焼付き）や、ロールと鋼板とのスリップ、スティック、およびこれらによるチャタリングというトラブルが発生する。オペレーターは前記安定圧延領域内に圧延荷重が存在しているかどうかの確認をするために、ステップ的に加速を行っているのである。そしてトラブルの発生がなければ、次のステップへ加速を行い、トラブルの発生があれば各スタンドの荷重配分バランスなどを調整するのである。
本発明は前記課題を解決するために鋭意研究してなされたものであり、以下の構成からなる。
（１）冷間タンデム圧延において走間板厚変更後の最高圧延速度を算出する方法であって、
スタンド毎の圧延速度加速時の実績データを収集する工程と、
収集した前記実績データを用いて任意の圧延速度における圧延荷重予測値を算出する工程と、
各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係を求める工程と、
前記圧延荷重予測値と前記各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係から各スタンドの加速限界圧延速度を求める工程と、
前記各スタンドの加速限界圧延速度からタンデム圧延においてマスフローが均衡する一連の均衡圧延速度値群をスタンド毎に算出する工程と、
から成り、各スタンドにおいて最小となる均衡圧延速度値を前記走間板厚変更後の当該スタンドの最高圧延速度として算出することを特徴とする冷間タンデム圧延機における最高圧延速度算出方法。
（１）冷間タンデム圧延において走間板厚変更後の最高圧延速度を算出する方法であって、
スタンド毎の圧延速度加速時の実績データを収集する工程と、
収集した前記実績データを用いて任意の圧延速度における圧延荷重予測値を算出する工程と、
各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係を求める工程と、
前記圧延荷重予測値と前記各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係から各スタンドの加速限界圧延速度を求める工程と、
前記各スタンドの加速限界圧延速度からタンデム圧延においてマスフローが均衡する一連の均衡圧延速度値群をスタンド毎に算出する工程と、
から成り、各スタンドにおいて最小となる均衡圧延速度値を前記走間板厚変更後の当該スタンドの最高圧延速度として算出することを特徴とする冷間タンデム圧延機における最高圧延速度算出方法。
（２）冷間タンデム圧延機における走間板厚変更時の圧延において、（１）に記載の方法で算出した最高圧延速度で圧延することを特徴とする冷間タンデム圧延方法。
走間板厚変更後の最高圧延速度を算出することで、走間板厚変更時にトラブルが発生しない安定圧延領域にある最高圧延速度まで一気に圧延速度の加速を行うことが可能となり、従来のオペレーターがステップ的に加速を行う操業よりも大幅に生産性を向上させることが可能となった。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
１．冷間タンデム圧延機システム
各スタンドにはロードセルなどの圧延荷重検出手段、圧下位置検出手段、張力検出手段、板厚検出手段が装備されている。
プロセスコンピューターは上位計算機から与えられる素材コイル寸法、製品目標寸法などの情報に従ってパススケジュール、各スタンドの圧延荷重予測値、及びロールギャップ目標値を計算し、それらの計算結果を下位ＰＬＣに設定する。該ＰＬＣは圧延荷重や張力などの圧延データを連続的に収集し、当該圧延データをプロセスコンピューターに出力する。
２．走間板厚変更後の圧延速度加速時の実績データ収集
前記ＰＬＣが出力する走間板厚変更後の圧延速度加速時の圧延データを連続的に、または所定のタイミングで前記プロセスコンピューターが実績データ収集する。所定のタイミングで収集する場合は、収集するポイントが多ければ、多いほど好ましい。収集する圧延実績データ項目は、各スタンドの圧延荷重や張力などの圧延実績データである。
３．圧延荷重予測値の算出
圧延荷重予測を行う方法は、従来の学習計算を用いた方法でも、重回帰分析などの統計的な手法を用いた方法でも可能であり限定されるものではない。圧延荷重予測を行うポイントは、多ければ多いほど走間板厚変更後の圧延速度加速時における圧延挙動を細かく再現することが可能となるので好ましい。
４．各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係
トラブルが発生しない各スタンドの安定圧延領域は、任意の圧延速度における圧延荷重の上限値および下限値を、トラブル予測シミュレーションによって算出した値、または過去に発生したトラブルを参考にして求めた値を用いて決めることにより、圧延速度と圧延荷重の関係として求められる。ここで、トラブルとは、例えばチャタリング、スリップ、ヒートストリークなどが挙げられる。
１．冷間タンデム圧延機システム
各スタンドにはロードセルなどの圧延荷重検出手段、圧下位置検出手段、張力検出手段、板厚検出手段が装備されている。
プロセスコンピューターは上位計算機から与えられる素材コイル寸法、製品目標寸法などの情報に従ってパススケジュール、各スタンドの圧延荷重予測値、及びロールギャップ目標値を計算し、それらの計算結果を下位ＰＬＣに設定する。該ＰＬＣは圧延荷重や張力などの圧延データを連続的に収集し、当該圧延データをプロセスコンピューターに出力する。
２．走間板厚変更後の圧延速度加速時の実績データ収集
前記ＰＬＣが出力する走間板厚変更後の圧延速度加速時の圧延データを連続的に、または所定のタイミングで前記プロセスコンピューターが実績データ収集する。所定のタイミングで収集する場合は、収集するポイントが多ければ、多いほど好ましい。収集する圧延実績データ項目は、各スタンドの圧延荷重や張力などの圧延実績データである。
３．圧延荷重予測値の算出
圧延荷重予測を行う方法は、従来の学習計算を用いた方法でも、重回帰分析などの統計的な手法を用いた方法でも可能であり限定されるものではない。圧延荷重予測を行うポイントは、多ければ多いほど走間板厚変更後の圧延速度加速時における圧延挙動を細かく再現することが可能となるので好ましい。
４．各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係
トラブルが発生しない各スタンドの安定圧延領域は、任意の圧延速度における圧延荷重の上限値および下限値を、トラブル予測シミュレーションによって算出した値、または過去に発生したトラブルを参考にして求めた値を用いて決めることにより、圧延速度と圧延荷重の関係として求められる。ここで、トラブルとは、例えばチャタリング、スリップ、ヒートストリークなどが挙げられる。
５．各スタンドの加速限界圧延速度の算出
前記「３．圧延荷重予測値の算出」で算出した所定の圧延速度加速ポイントにおける圧延荷重予測値に対して圧延荷重予測誤差を考慮した値（P＋、P−）を算出する。一例として以下に算出式を示す。
P＋＝予測した圧延荷重＋予測誤差の標準偏差
P−＝予測した圧延荷重−予測誤差の標準偏差
ここで、予測誤差の標準偏差とは、過去の圧延実績データを２つのグループに分け、片方のグループをモデルデータ、もう片方のグループをテストデータとして、前期モデルデータから重回帰分析等を行って得られた予測値と前記テストデータとの差を予測誤差として求め、該予測誤差を用いて算出した標準偏差である。この予測誤差の標準偏差を用いることにより、適用した圧延荷重予測方法における予測精度を考慮した圧延荷重の存在範囲を算出することができる。
前記「３．圧延荷重予測値の算出」で算出した所定の圧延速度加速ポイントにおける圧延荷重予測値に対して圧延荷重予測誤差を考慮した値（P＋、P−）を算出する。一例として以下に算出式を示す。
P＋＝予測した圧延荷重＋予測誤差の標準偏差
P−＝予測した圧延荷重−予測誤差の標準偏差
ここで、予測誤差の標準偏差とは、過去の圧延実績データを２つのグループに分け、片方のグループをモデルデータ、もう片方のグループをテストデータとして、前期モデルデータから重回帰分析等を行って得られた予測値と前記テストデータとの差を予測誤差として求め、該予測誤差を用いて算出した標準偏差である。この予測誤差の標準偏差を用いることにより、適用した圧延荷重予測方法における予測精度を考慮した圧延荷重の存在範囲を算出することができる。
算出した（P＋、P−）が所定の加速ポイントにおいてトラブルの発生しない前記安定圧延領域に存在するか否かの判定を行い、前記安定圧延領域からトラブルが発生する領域へ移る境界の圧延速度を加速限界圧延速度としてスタンド毎に求める。
例えば、６スタンドから成る冷間タンデムミルの第１スタンドにおいて、図２に示す通り、任意の圧延速度において算出されたP＋を結ぶ曲線とP−を結ぶ曲線の間にある圧延荷重の領域が加速時における圧延荷重の領域であり、当該領域が安定圧延領域から外れる境界から、第１スタンドの加速限界圧延速度Ｖ１を求める。
例えば、６スタンドから成る冷間タンデムミルの第１スタンドにおいて、図２に示す通り、任意の圧延速度において算出されたP＋を結ぶ曲線とP−を結ぶ曲線の間にある圧延荷重の領域が加速時における圧延荷重の領域であり、当該領域が安定圧延領域から外れる境界から、第１スタンドの加速限界圧延速度Ｖ１を求める。
同様に第２スタンドにおいて、図３に示す通り、各圧延速度において算出されたP＋を結ぶ曲線とP−を結ぶ曲線の間にある圧延荷重の領域が加速時における圧延荷重の領域であり、当該領域が安定圧延領域から外れる境界から第２スタンドの加速限界圧延速度Ｖ２を求める。
以下同様に、第３スタンドから最終第６スタンドまで、各スタンドの加速限界圧延速度Ｖ３〜Ｖ６を求める。
以下同様に、第３スタンドから最終第６スタンドまで、各スタンドの加速限界圧延速度Ｖ３〜Ｖ６を求める。
なお、P＋を結ぶ曲線とヒートストリーク、チャタリング発生領域の境界との交わる圧延速度Ｖｎ＋と、P−を結ぶ曲線とチャタリング発生領域との交わる圧延速度Ｖｎ−との双方がある場合は、圧延速度の小さい方を加速限界圧延速度Ｖｎとする（ｎはスタンド番号である）。
６．均衡圧延速度値群の算出
各ｎ（ｎ＝１〜６の整数）スタンドの前記加速限界圧延速度Ｖｎからタンデム圧延においてマスフローが均衡するｎスタンド以外のスタンドの均衡圧延速度値Ｖｍ＊（ｍ＝１〜６の整数）を求める。マスフローが均衡するとは、各スタンド入出側で圧延材がたるむことや破断することのない状態であり、ｎスタンドにおいてＶｎｉ×ｈｎｉ＝Ｖｎｏ×ｈｎｏが成り立つ状態となることである。
ここで、Ｖｎから求められる５個のＶｍ＊を一連の均衡圧延速度値群とした。また、Ｖｎｉはｎスタンド入側の圧延材速度、ｈｎｉはｎスタンド入側の圧延材板厚、Ｖｎｏはｎスタンド出側の圧延材速度、ｈｎｏはｎスタンド出側の圧延材板厚である。
６．均衡圧延速度値群の算出
各ｎ（ｎ＝１〜６の整数）スタンドの前記加速限界圧延速度Ｖｎからタンデム圧延においてマスフローが均衡するｎスタンド以外のスタンドの均衡圧延速度値Ｖｍ＊（ｍ＝１〜６の整数）を求める。マスフローが均衡するとは、各スタンド入出側で圧延材がたるむことや破断することのない状態であり、ｎスタンドにおいてＶｎｉ×ｈｎｉ＝Ｖｎｏ×ｈｎｏが成り立つ状態となることである。
ここで、Ｖｎから求められる５個のＶｍ＊を一連の均衡圧延速度値群とした。また、Ｖｎｉはｎスタンド入側の圧延材速度、ｈｎｉはｎスタンド入側の圧延材板厚、Ｖｎｏはｎスタンド出側の圧延材速度、ｈｎｏはｎスタンド出側の圧延材板厚である。
７．走間板厚変更後の最高圧延速度の算出
図４に示すように、スタンドＮｏ．を横軸、圧延速度を縦軸として、各Ｖｎと均衡圧延速度値Ｖｍ＊を結ぶ曲線（一連の均衡圧延速度値群を結ぶ曲線）をプロットする。その後、前記曲線の中から圧延速度が最小となる曲線を選択し（図４の例ではａ）、該圧延速度が最小となる曲線により決まる各スタンドの均衡圧延速度値を当該スタンドの最高圧延速度とする。
８．最高圧延速度を活用した冷間タンデム圧延方法
前記最高圧延速度を活用した圧延方法としては、冷間タンデム圧延における走間板厚変更時、算出した前記最高圧延速度をＰＬＣに出力し、ＰＬＣがその速度まで一気に加速させる制御を行って圧延する方法、または、算出した前記最高圧延速度をプロセスコンピューターやＰＬＣの画面に表示させ、オペレーターが手動で前記最高圧延速度まで一気に加速させる方法のどちらでも採用することが可能である。
図４に示すように、スタンドＮｏ．を横軸、圧延速度を縦軸として、各Ｖｎと均衡圧延速度値Ｖｍ＊を結ぶ曲線（一連の均衡圧延速度値群を結ぶ曲線）をプロットする。その後、前記曲線の中から圧延速度が最小となる曲線を選択し（図４の例ではａ）、該圧延速度が最小となる曲線により決まる各スタンドの均衡圧延速度値を当該スタンドの最高圧延速度とする。
８．最高圧延速度を活用した冷間タンデム圧延方法
前記最高圧延速度を活用した圧延方法としては、冷間タンデム圧延における走間板厚変更時、算出した前記最高圧延速度をＰＬＣに出力し、ＰＬＣがその速度まで一気に加速させる制御を行って圧延する方法、または、算出した前記最高圧延速度をプロセスコンピューターやＰＬＣの画面に表示させ、オペレーターが手動で前記最高圧延速度まで一気に加速させる方法のどちらでも採用することが可能である。
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
（１）冷間タンデム圧延機システム
本発明を実施した冷間タンデム圧延機システムは
・スタンド数：５
・ロール最高圧延速度：2000mpm
・ワークロール径：500〜600mm
・バックアップロール径：1300〜1400mm
・圧延荷重検出器：各スタンドに具備
・圧下位置検出器：各スタンドに具備
・張力検出器：各スタンド間およびタンデム圧延機入出側に具備
・板厚検出器：＃１スタンド出側と＃５スタンド出側に具備
で構成されている。
（２）圧延速度加速時の実績データ収集
プロセスコンピューターが圧延データを収集するタイミングとしては、溶接点通過時に加えて最終第５スタンドの圧延速度（ロール圧延速度）が500mpm、1000mpm、1500mpm、1800mpm、2000mpmである５点とし、合計６点のタイミングとした。収集した項目は圧延荷重、張力、板厚である。
（３）圧延荷重予測値の算出
圧延荷重予測値を算出する方法としては、重回帰分析により圧延荷重予測値を直接算出する方法を用いた。また圧延荷重予測を行うポイントについては、圧延データを収集した６点とした。
（４）各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係
トラブルが発生しない各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係を、所定の圧延速度における圧延荷重の上限値および下限値として、過去に発生したトラブルを参考にして求めた値を用いることにより決定した。
（１）冷間タンデム圧延機システム
本発明を実施した冷間タンデム圧延機システムは
・スタンド数：５
・ロール最高圧延速度：2000mpm
・ワークロール径：500〜600mm
・バックアップロール径：1300〜1400mm
・圧延荷重検出器：各スタンドに具備
・圧下位置検出器：各スタンドに具備
・張力検出器：各スタンド間およびタンデム圧延機入出側に具備
・板厚検出器：＃１スタンド出側と＃５スタンド出側に具備
で構成されている。
（２）圧延速度加速時の実績データ収集
プロセスコンピューターが圧延データを収集するタイミングとしては、溶接点通過時に加えて最終第５スタンドの圧延速度（ロール圧延速度）が500mpm、1000mpm、1500mpm、1800mpm、2000mpmである５点とし、合計６点のタイミングとした。収集した項目は圧延荷重、張力、板厚である。
（３）圧延荷重予測値の算出
圧延荷重予測値を算出する方法としては、重回帰分析により圧延荷重予測値を直接算出する方法を用いた。また圧延荷重予測を行うポイントについては、圧延データを収集した６点とした。
（４）各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係
トラブルが発生しない各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係を、所定の圧延速度における圧延荷重の上限値および下限値として、過去に発生したトラブルを参考にして求めた値を用いることにより決定した。
（５）最高圧延速度の算出
「（３）圧延荷重予測値の算出」で算出した所定の圧延速度加速ポイントの圧延荷重予測値に対して圧延荷重予測誤差を考慮した値（P＋、P−）を以下の式で算出し、前記した方法により最高圧延速度を算出した。
P＋＝予測した圧延荷重＋3×予測誤差の標準偏差
P−＝予測した圧延荷重−3×予測誤差の標準偏差
「（３）圧延荷重予測値の算出」で算出した所定の圧延速度加速ポイントの圧延荷重予測値に対して圧延荷重予測誤差を考慮した値（P＋、P−）を以下の式で算出し、前記した方法により最高圧延速度を算出した。
P＋＝予測した圧延荷重＋3×予測誤差の標準偏差
P−＝予測した圧延荷重−3×予測誤差の標準偏差
（６）結果
最終第５スタンドの最高圧延速度を従来実績（オペレーターが設定）と本発明例で比較した結果を図５に示す。本発明例では大半の最高圧延速度が従来の実績の最高圧延速度以上であり、最高圧延速度は平均で375mpm上昇し、圧延能率は2.7％向上した。
また、本発明例の最高圧延速度が従来の最高圧延速度より低い場合もあった（図５の×マーク）が、これらの場合、オペレーターによる判断で圧延速度を決めていたため、ヒートストリークやチャタリングが発生して問題となっていた条件であった。本発明によりヒートストリークやチャタリングが皆無となって、かつ、圧延速度上昇により圧延能率も著しく向上した。
最終第５スタンドの最高圧延速度を従来実績（オペレーターが設定）と本発明例で比較した結果を図５に示す。本発明例では大半の最高圧延速度が従来の実績の最高圧延速度以上であり、最高圧延速度は平均で375mpm上昇し、圧延能率は2.7％向上した。
また、本発明例の最高圧延速度が従来の最高圧延速度より低い場合もあった（図５の×マーク）が、これらの場合、オペレーターによる判断で圧延速度を決めていたため、ヒートストリークやチャタリングが発生して問題となっていた条件であった。本発明によりヒートストリークやチャタリングが皆無となって、かつ、圧延速度上昇により圧延能率も著しく向上した。
Claims (2)
- 冷間タンデム圧延において走間板厚変更後の最高圧延速度を算出する方法であって、
スタンド毎の圧延速度加速時の実績データを収集する工程と、
収集した前記実績データを用いて任意の圧延速度における圧延荷重予測値を算出する工程と、
各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係を求める工程と、
前記圧延荷重予測値と前記各スタンドの安定圧延領域を示す圧延速度と圧延荷重の関係から各スタンドの加速限界圧延速度を算出する工程と、
前記各スタンドの加速限界圧延速度からタンデム圧延においてマスフローが均衡する一連の均衡圧延速度値群をスタンド毎に算出する工程と、
から成り、各スタンドにおいて最小となる均衡圧延速度値を前記走間板厚変更後の当該スタンドの最高圧延速度として算出することを特徴とする冷間タンデム圧延機における最高圧延速度算出方法。 - 冷間タンデム圧延機における走間板厚変更時の圧延において、請求項１に記載の方法で算出した最高圧延速度で圧延することを特徴とする冷間タンデム圧延方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013079545A JP5884185B2 (ja) | 2013-04-05 | 2013-04-05 | 冷間タンデム圧延機におけるトラブルレス最高圧延速度算出方法および冷間タンデム圧延方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013079545A JP5884185B2 (ja) | 2013-04-05 | 2013-04-05 | 冷間タンデム圧延機におけるトラブルレス最高圧延速度算出方法および冷間タンデム圧延方法 |
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|---|---|
| JP2014200820A JP2014200820A (ja) | 2014-10-27 |
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|---|---|---|---|---|
| JP6358222B2 (ja) * | 2015-10-15 | 2018-07-18 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 連続冷間圧延における走間板厚変更時のパススケジュール決定方法 |
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| JPH1157828A (ja) * | 1997-08-20 | 1999-03-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 冷間圧延方法 |
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Legal Events
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