JP5970969B2 - 圧延機の形状制御装置及び形状制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、圧延機の形状制御装置及び形状制御方法に関するものである。

複数の形状制御手段の操作量を調整することにより、圧延材の形状を制御する圧延機の形状制御方法が提案されている。当該方法においては、予め形状制御手段と圧延材の形状変化量との関係を数式で表した形状制御変更特性が設定される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１-１９１１０５号公報

しかしながら、当該方法においては、形状制御手段同士の干渉は考慮されていない。このため、制御応答の違いや能力の偏り等により、実際の制御系においては形状制御手段の制御効果が相互に干渉して打ち消し合い、板形状の乱れを助長する。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、安定した板形状を得ることができる圧延機の形状制御装置及び形状制御方法を提供することである。

この発明に係る圧延機の形状制御装置は、圧延機の下流側に設けられた形状検出器から出力された圧延材の形状信号が入力される入力部と、前記形状信号に基づいて、前記圧延機に設けられたワークロールベンダと中間ロールベンダとの制御効果が非干渉となるように、前記ワークロールベンダと前記中間ロールベンダとの操作量を演算する演算部と、を備え、前記演算部は、前記形状信号から得られた前記圧延材の平坦度偏差の絶対値が大きい領域に対し前記中間ロールベンダの操作量を演算し、偏差の絶対値が小さい領域に対し前記ワークロールベンダの操作量を演算するものである。

この発明に係る圧延機の形状制御方法は、圧延機の下流側に設けられた形状検出器から出力された圧延材の形状信号に基づいて、前記圧延機に設けられたワークロールベンダと中間ロールベンダとの制御効果が非干渉となるように、前記ワークロールベンダと前記中間ロールベンダとの操作量を演算する工程、を備え、前記演算工程は、前記形状信号から得られた前記圧延材の平坦度偏差の絶対値が大きい領域に対し前記中間ロールベンダの操作量を演算し、偏差の絶対値が小さい領域に対し前記ワークロールベンダの操作量を演算する工程、を備えたものである。

この発明によれば、安定した板形状を得ることができる。

この発明の実施の形態１における圧延機の形状制御装置で制御される６段圧延機を側方から見た概略図である。 この発明の実施の形態１における圧延機の形状制御装置で制御される６段圧延機を正面から見た概略図である。 この発明の実施の形態１における圧延機の形状制御装置に利用される板形状の近似方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における圧延機の形状制御装置で制御される６段圧延機を側方から見た概略図である。 この発明の実施の形態３における圧延機の形状制御装置で制御される６段圧延機を側方から見た概略図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における圧延機の形状制御装置で制御される６段圧延機を側方から見た概略図である。図２はこの発明の実施の形態１における圧延機の形状制御装置で制御される６段圧延機を正面から見た概略図である。

図１の冷間圧延機において、１ａは上ワークロールである。１ｂは下ワークロールである。上ワークロール１ａ、下ワークロール１ｂは、上下方向に並んで設けられる。上ワークロール１ａ、下ワークロール１ｂを上下から挟み込むように、上中間ロール２ａ、下中間ロール２ｂが設けられる。上中間ロール２ａ、下中間ロール２ｂを上下から挟み込むように、上バックアップロール３ａ、下バックアップロール３ｂが設けられる。

下バックアップロール３ｂの下方には、圧下装置４が設けられる。圧下装置４は、圧延機の作業側と駆動側とに設けられる。圧下装置４は、圧延荷重を印加する機能を備える。上バックアップロール３ａの上方には、ロードセル５が設けられる。ロードセル５は、圧延荷重を計測する機能を備える。

６はワークロールベンダである。ワークロールベンダ６は、形状制御手段として、上ワークロール１ａの軸端と下ワークロール１ｂの軸端とに設けられる。ワークロールベンダ６は、上ワークロール１ａ、下ワークロール１ｂをたわませる機能を備える。

７は中間ロールベンダである。中間ロールベンダ７は、形状制御手段として、上中間ロール２ａの軸端と上中間ロール２ａの軸端とに設けられる。中間ロールベンダ７は、上中間ロール２ａ、下中間ロール２ｂをたわませる機能を備える。

８は圧下駆動装置である。圧下駆動装置８は、圧下装置４を駆動する機能を備える。９はワークロールベンダ駆動装置である。ワークロールベンダ駆動装置９は、ワークロールベンダ６を駆動する機能を備える。１０は中間ロールベンダ駆動装置である。中間ロールベンダ駆動装置１０は、中間ロールベンダ７を駆動する機能を備える。

１１は形状検出器である。形状検出器１１は、圧延機の出側に設けられる。形状検出器１１は、複数の検出ロールを備える。複数の検出ロールは、圧延材１２の板幅方向に等間隔に配置される。例えば、検出ロールは、３２個配置される。各検出ロールには、圧電素子等公知の検出手段が組込まれる。

検出手段は、圧延材１２から外周に加わる張力を計測する機能を備える。当該張力は、圧延材１２の長手方向の伸びに対応する。形状検出器１１は、当該張力の分布をフックの法則で変換し、多項式(２次、４次、６次、８次等)で近似した板形状（平坦度）に対応させた形状信号を出力する機能を備える。

１３は形状制御演算装置である。形状制御演算装置１３は、入力部１３ａ、操作量演算部１３ｂを備える。入力部１３ａは、形状検出器１１から出力された圧延材１２の形状信号が入力される機能を備える。操作量演算部１３ｂは、形状信号に基づいて、圧下装置４、ワークロールベンダ６、中間ロールベンダ７の操作量を演算する機能を備える。

例えば、操作量演算部１３ｂは、圧下装置４、ワークロールベンダ６、中間ロールベンダ７の影響係数モデルを用いた評価関数から各操作量を演算する。具体的には、近似した形状の非対称成分（奇関数）に対しては、圧下装置４のレベリングの操作量が演算される。近似した形状の対称成分（偶関数）に対しては、ワークロールベンダ６、中間ロールベンダ７の操作量が演算される。

圧下装置４の操作量に対応した操作信号は、圧下駆動装置８に入力される。当該信号に基づいて、圧下駆動装置８は、圧下装置４の操作量を制御する。その結果、圧延材１２の圧下位置（ロールギャップ）が制御される。

ワークロールベンダ６の操作量に対応した操作信号は、ワークロールベンダ駆動装置９に入力される。当該信号に基づいて、ワークロールベンダ駆動装置９は、ワークロールベンダ６の操作量を制御する。その結果、上ワークロール１ａ、下ワークロール１ｂには、ベンディング力Ｆ１が作用する。ベンディング力Ｆ１により、圧延材１２の板幅方向での荷重分布が変化する。

中間ロールベンダ７の操作量に対応した操作信号は、中間ロールベンダ駆動装置１０に入力される。当該信号に基づいて、中間ロールベンダ駆動装置１０は、中間ロールベンダ７の操作量を制御する。その結果、上中間ロール２ａ、下中間ロール２ｂには、ベンディング力Ｆ２が作用する。ベンディング力Ｆ２により、圧延材１２の板幅方向での荷重分布が変化する。

これらの制御により、圧延材１２の板幅全体の形状が制御される。この際、操作量演算部１３ｂは、ワークロールベンダ６の制御効果と中間ロールベンダ７の制御効果とが非干渉となるように制御する。

次に、図３を用いて、板形状の近似方法を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における圧延機の形状制御装置に利用される板形状の近似方法を説明するための図である。

図３において、Ｂは圧延材１２の幅である。Ｘは圧延材１２の中央からの距離（ｍｍ）である。ｘは規格化された幅方向の位置（ｘ＝−１．０〜１．０）である。

この場合、規格化された幅方向の位置ｘは、次の（１）式で表される。

この場合、平坦度β^ＲＥＦは、規格化された幅方向の位置ｘを用いて、次の（２）式で表される。

ここで、ｇ_ｓは偶関数の倍率である。ｇ_ＡＳＹＭは奇関数の倍率である。ａ_０、ａ_２、ａ_４、ａ_６、ａ_８は平坦度を算出する際の偶関数の係数である。ａ_１、ａ_３、ａ_５、ａ_７は平坦度を算出する際の奇関数の係数である。

次に、ワークロールベンダ６の操作量、中間ロールベンダ７の操作量の演算方法を説明する。

形状制御演算装置１３は、圧延材１２の板幅方向の各領域に対し、目標形状と形状信号から得られた実測された圧延材１２の形状との偏差の絶対値を比較する。偏差の絶対値が大きい領域に対し、形状制御演算装置１３は、中間ロールベンダ７の操作量を演算する。偏差の絶対値が小さい領域に対し、形状制御演算装置１３は、ワークロールベンダ６の操作量を演算する。

以上で説明した実施の形態１によれば、ワークロールベンダと中間ロールベンダでそれぞれ異なる制御対象に対する制御を行うため、ワークロールベンダ６の制御効果と中間ロールベンダ７の制御効果とが非干渉となる。すなわち、お互いの制御効果が協調される。具体的には、圧延材１２の平坦度偏差の絶対値の大小により、ワークロールベンダ６の機能と中間ロールベンダ７の機能とが分担される。このため、安定した圧延操業と板形状とを得ることができる。

なお、偏差の絶対値が大きい領域に対しワークロールベンダ６の操作量を演算し、偏差の小さい領域に対し中間ロールベンダ７の操作量を演算してもよい。この場合、偏差の絶対値が大きい領域に対し、圧延材１２に直接接触する上ワークロール１ａと下ワークロール１ｂとが対応する。このため、より安定した板形状を得ることができる。当該効果は、実測によっても確認されている。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における圧延機の形状制御装置で制御される６段圧延機を側方から見た概略図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態１においては、圧延材１２の平坦度偏差の絶対値の大小により、ワークロールベンダ６の機能と中間ロールベンダ７の機能とが分担されていた。一方、実施の形態２においては、圧延材１２の目標形状の対称成分を２つ以上の異なる偶数次の高次関数で近似し、近似した関数の次数毎にワークロールベンダ６の機能と中間ロールベンダ７の機能とが分担される。

次に、ワークロールベンダ６の操作量、中間ロールベンダ７の操作量の演算方法を説明する。

図４の１４ａは板形状の２次成分である。図４の１４ｂは板形状の４次成分である。２次成分１４ａに対し、形状制御演算装置１３は、中間ロールベンダ７の操作量を演算する。４次成分１４ｂに対し、形状制御演算装置１３は、ワークロールベンダ６の操作量を演算する。６次成分、８次成分等においては、ワークロールベンダ６の操作量又は中間ロールベンダ７の操作量が演算される。

以上で説明した実施の形態２によれば、圧延材１２の目標形状の対称成分を２つ以上の異なる偶数次の高次関数で近似し、近似した関数の次数毎にワークロールベンダ６の機能と中間ロールベンダ７の機能とが分担される。このため、実施の形態１と同様に、安定した板形状を得ることができる。

なお、２次成分１４ａに対しワークロールベンダ６の操作量を演算し、４次成分１４ｂに対し中間ロールベンダ７の操作量を演算してもよい。

また、２次成分１４ａに対し中間ロールベンダ７の操作量を演算し、２次成分以外の偶数次成分に対しワークロールベンダ６の操作量を演算してもよい。この場合、高次成分に対し、圧延材１２に直接接触する上ワークロール１ａと下ワークロール１ｂとが対応する。このため、より安定した板形状を得ることができる。当該効果は、実測によっても確認されている。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における圧延機の形状制御装置で制御される６段圧延機を側方から見た概略図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態１においては、圧延材１２の平坦度偏差の絶対値の大小により、ワークロールベンダ６の機能と中間ロールベンダ７の機能とが分担されていた。一方、実施の形態３においては、圧延材１２の板幅中央と板幅端部の間に存在する任意の位置である境界を指定し、境界より板幅中央側の中央領域と境界より板幅端側の端部領域とでワークロールベンダ６の機能と中間ロールベンダ７の機能とが分担される。

次に、ワークロールベンダ６の操作量、中間ロールベンダ７の操作量の演算方法を説明する。

図３の１５は境界である。境界１５は、圧延材１２の板幅中央と板幅端部の間に存在する任意の位置に設定される。１６ａは中央領域である。中央領域１６ａは、境界１５より板幅中央側に設定される。１６ｂは端部領域である。端部領域１６ｂは、境界１５より板幅端側に設定される。端部領域１６ｂに対し、形状制御演算装置１３は、ワークロールベンダ６の操作量を演算する。中央領域１６ａに対し、形状制御演算装置１３は、中間ロールベンダ７の操作量を演算する。

以上で説明した実施の形態３によれば、中央領域１６ａと端部領域１６ｂとでワークロールベンダ６の機能と中間ロールベンダ７の機能とが分担される。このため、実施の形態１と同様に、安定した板形状を得ることができる。

特に、端部領域１６ｂに対しワークロールベンダ６の操作量を演算し、中央領域１６ａに対し中間ロールベンダ７の操作量を演算することが好ましい。この場合、端部領域１６ｂに対し圧延材１２に直接接触する上ワークロール１ａと下ワークロール１ｂとが対応する。このため、より安定した板形状を得ることができる。当該効果は、実測によっても確認されている。

１ａ 上ワークロール、 １ｂ 下ワークロール、 ２ａ 上中間ロール、
２ｂ 下中間ロール、 ３ａ 上バックアップロール、
３ｂ 下バックアップロール、 ４ 圧下装置、 ５ ロードセル、
６ ワークロールベンダ、 ７ 中間ロールベンダ、 ８ 圧下駆動装置、
９ ワークロールベンダ駆動装置、１０ 中間ロールベンダ駆動装置、
１１ 形状検出器、 １２ 圧延材、 １３ 形状制御演算装置、１３ａ 入力部、
１３ｂ 操作量演算部、 １４ａ ２次成分、 １４ｂ ４次成分、 １５ 境界、
１６ａ 中央領域、 １６ｂ 端部領域

Claims (2)

1. 圧延機の下流側に設けられた形状検出器から出力された圧延材の形状信号が入力される入力部と、
   前記形状信号に基づいて、前記圧延機に設けられたワークロールベンダと中間ロールベンダとの制御効果が非干渉となるように、前記ワークロールベンダと前記中間ロールベンダとの操作量を演算する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、前記形状信号から得られた前記圧延材の平坦度偏差の絶対値が大きい領域に対し前記中間ロールベンダの操作量を演算し、偏差の絶対値が小さい領域に対し前記ワークロールベンダの操作量を演算することを特徴とする圧延機の形状制御装置。
2. 圧延機の下流側に設けられた形状検出器から出力された圧延材の形状信号に基づいて、前記圧延機に設けられたワークロールベンダと中間ロールベンダとの制御効果が非干渉となるように、前記ワークロールベンダと前記中間ロールベンダとの操作量を演算する演算工程、
   を備え、
   前記演算工程は、前記形状信号から得られた前記圧延材の平坦度偏差の絶対値が大きい領域に対し前記中間ロールベンダの操作量を演算し、偏差の絶対値が小さい領域に対し前記ワークロールベンダの操作量を演算する工程、
   を備えたことを特徴とする圧延機の形状制御方法。

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