JP6057774B2 - 圧延機におけるミル伸び式の同定方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機の圧下位置制御に用いるミル伸び式の同定方法に関する。

圧延機を用いて圧延材を圧延する際には、圧延材の板厚等を精度良く制御する必要がある。板厚は、圧延機における最終製品の評価基準の一つであり、板厚を適正なものとすべく様々な制御技術（板厚制御技術）が開発されている。
これらの板厚制御技術においては、ゲージメータ式を用いて圧延ロールのロールギャップを予測しており、予測されたロールギャップを満たすように圧延機の圧延ロールがセットアップされるとともに、圧延中における圧延ロールへの荷重が変更されて、圧延材の板厚が制御される。

ゲージメータ式を用いて板厚制御するにあたっては、圧延荷重によるミル伸び量を算出するために予めミル定数を求めておく必要がある。以下に示す文献は、このような板厚制御に関する技術を開示する。
特開平６−２５４６１３号公報（特許文献１）は、任意の寸法の圧延材に対し圧延機の正確な変形量を予測できるゲージメータを用いることによって、高精度な圧下位置制御を可能にする圧延機の板厚制御方法を開示する。この特許文献１に開示された板厚制御方法は、圧延荷重に対するロール変形量をロール寸法、ロールクラウン、板幅、板厚に基づいて算出し、キスロール状態でロールを回転させながら締め込むことにより計測した全ミル伸び量から、キスロール状態のワークロール同志の非接触長、ロール寸法、ロールクラウンに基づいて演算されたロール変形量を差し引くことにより、圧延荷重に対するロール以外の変形量を算出し、算出されたロール変形量とロール以外の変形量とからなるゲージメータ式を用いて圧下位置制御を行なう。

特開昭６１−２６９９２３号公報（特許文献２）は、ゲージメータ式を用いる圧延機の板厚制御に際し、ロールプロフィール変化から生じる誤差をロールプロフィールから決定される補正係数を用いて減少させることによって、出側板厚精度の向上を可能にする圧延機における板厚制御方法を開示する。この特許文献２に開示された板厚制御方法は、圧下位置に圧延機を設定して圧延する際に、圧延中変化するロールプロフィールをロールプロフィール検出器で実測するかまたはロール摩粍式等のロールプロフィール予測式で予測し、このロールプロフィールの経時的影響を表わすパラメータをロール変形式の項中にとり込んでロールプロフィールの影響を考慮したゲージメータ式に基づいて圧下位置を演算調整する。

特開平６−２２６３２２号公報（特許文献３）は、ゲ−ジメ−タ式を用いて行う板材圧延での板厚制御精度をより向上させ、厳しい精度要求にも十分に応え得る製品の安定供給を可能にする圧延における板厚制御方法を開示する。この特許文献３に開示された板厚制御方法は、圧延機の変形量をロール系変形量とハウジング系変形量とに分離して捕らえるとともに、そのハウジング系変形量を計算するにあたりロール締め込み時における締め込みミル剛性値を基に算出する基本式にロール開度による影響を表すパラメ−タを取り込んだ式を設定しておき、これにより得られるハウジング系変形量と、ロール系変形量、ロール開度およびロール開度補正項とにより関係付けられるゲ−ジメ−タ式に基づいて圧下位置を演算し調整する。

特開昭５８−２８００４号公報（特許文献４）は、熱間圧延機、特に圧延中に被圧延材に張力がかからない厚板圧延機等の熱間圧延機のミル剛性率を決定する熱間圧延機のミル剛性率決定方法を開示する。この特許文献４に開示されたミル剛性率決定方法は、常温の鋼板を圧延機のロールにかませて圧下を加えたときの圧下位置と圧延力との関係から求めたミル剛性率と、実際圧延における圧延力および実測板厚値と、計算により求められる計算板厚値とに基づいて、実際圧延時における熱間圧延機のミル剛性率を決定する。

特開平６−２５４６１３号公報 特開昭６１−２６９９２３号公報 特開平６−２２６３２２号公報 特開昭５８−２８００４号公報

上述した特許文献には、ミル定数（言い換えれば、圧延荷重とミル伸びとの関係）を決定するにあたり、圧延前にキスロール状態で圧下していき、圧下位置と圧延力の反力との関係線図を求め、圧下位置（ミル伸び量＝全伸び量）をロール変形とハウジング変形とに分離して求めておく方法（特許文献１〜３）と、圧延前に常温の鋼板をロールにかみこませて圧下を加え、このときの圧下位置と圧延力の反力との関係線図を求め、この線図の直線部の傾きを板幅に対する関数としてミル剛性を求めておく方法とがある。このようないずれの方法においても、ミル定数を決定するにあたっては、圧下位置と圧延反力との関係を、十分な精度を確保するためにある程度の数の測定点を実際に測定し、それらの測定点を何らかの関数（たとえば最小自乗法によるＮ次関数（Ｎ＝自然数））により近似して算出しておく必要がある。出願人は、このような観点から、ある程度の数の測定点をを実際に測定し、圧下位置と圧延反力との関係線図を作成し、最小自乗法による２次関数により近似した。

しかしながら、圧延反力に対して周期的に、ミル伸び量に大きな誤差が生じることが判明した。これを図７の従来誤差として示す。これでは、圧下位置と圧延反力との関係を精度良くかつ多数の点についてを実際に測定しても、精度の高い関係線図（ミル伸び式）を求めることができない。その結果、ゲージメータ式に基づく板厚制御の精度が低下してしまう。なお、このような傾向は、２次関数よりも高次の関数（たとえば８次）でも同様であった。

そこで、本発明は、このような問題に鑑み、圧延機の圧下位置制御に用いるミル伸び式を精度高く同定する方法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、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係るミル伸び式の同定方法は、ワークロールおよびバックアップロールを備えた圧延機の圧下位置制御に用いるミル伸び式の同定方法において、前記ワークロールをキス接触させた上で圧延荷重を付与することにより、前記圧延機のミル伸び量を計測する計測ステップと、ワークロールおよびバックアップロールのキス接触の状態に基づいて、圧延荷重に対するミル伸び量の関係式を同定する同定ステップと、を含み、前記同定ステップは、ワークロールとワークロールが部分的に接触し且つワークロールとバックアップロールが部分的に接触する圧延荷重領域、ワークロールとワークロールが部分的に接触し且つワークロールとバックアップロールが全面的に接触する圧延荷重領域、及びワークロールとワークロールが全面的に接触し且つワークロールとバックアップロールが全面的に接触する圧延荷重領域、の３つの圧延荷重領域に区分して、前記３つの圧延荷重領域ごとに圧延荷重に対するミル伸び量の関係式を同定する算出ステップを有することを特徴とする。

好ましくは、前記算出ステップは、前記圧延荷重領域の境界において、ミル伸び量の関係式が連続となるように当該関係式を同定するステップを含むように構成することができる。

さらに好ましくは、前記ミル伸び量は、前記ワークロールおよび前記バックアップロールの変形量と、前記ワークロールおよびバックアップロールを支持する部位の変形量とを含むように構成することができる。

本発明に係る同定方法によると、圧延機の圧下位置制御に用いるミル伸び式を精度高く同定することができ、板厚を高精度に制御することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るミル伸び式の同定方法が適用される圧延装置の構成を示す概略図である。 圧延荷重と全伸び量（ミル伸び量）との関係を示す図である。 ロール間の接触状態を説明するための図である。 低荷重時のロール間の接触面圧を示す図である。 高荷重時のロール間の接触面圧を示す図である。 図２において圧延荷重を３領域に分けて２次近似した図である。 圧延荷重に対する全伸びの近似誤差を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るミル伸び式の同定方法を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係るミル伸び式の同定方法について説明する。なお、以下においては、特に記載しない限り、ミル伸び量と全伸び量とは同義であって（ミル伸び式と全伸び式も同義）、ロール変形量とロール変形量以外の変形量（たとえばハウジング変形量）との合計である。
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、第１の実施の形態に係るミル伸び式の同定方法が適用可能な圧延装置１について説明する。

［装置構成］
図１に示すように、圧延装置１は、厚鋼板または薄鋼板を圧延するものであり、圧延機４と、圧延機４を制御する制御部９とを含んで構成されている。
圧延機４は、圧延ロールすなわち上下一対に配置されたワークロール２，２と、ワークロール２，２を支持する一対のバックアップロール３，３と、上方側のバックアップロール３を介してワークロール２のロールギャップを可変とするギャップ変更手段と、圧延荷重を計測し出力する荷重計測手段とを有している。なお、略号「ＷＲ」はワークロールを、略号「ＢＵＲ」はバックアップロールを、それぞれ示すものとする。

ギャップ変更手段は油圧シリンダ６で構成されるとともに、荷重計測手段はロードセル１０などで構成されている。
ギャップ変更手段は、ワークロール２の両端を支持するチョック部１１をそれぞれ独立して駆動可能としている。ワークロール２の一方端側は、当該ワークロール２を駆動する駆動モータに連結されるものとなっており、ドライブサイドとされている。ワークロール２の他方端側は、駆動モータに連結されておらず、オペレータなどが作業する空間が確保されたワークサイドとされている。

この圧延機４に元板となる圧延材５が導入されて圧延を施され、その後、下工程へ送られる。圧延機４の入側には、圧延材５の入側板厚Ｈを計測する入側板厚計７が設置され、圧延機４の出側には、圧延材５の出側板厚ｈを計測する出側板厚計８（図示せず）が設置されている。入側板厚計７および出側板厚計８としては、γ線板厚計などを採用することができる。

なお、入側板厚計７を設けるスペースがないときには、入側板厚として、上工程における圧延機の出側板厚などを採用することができる。
さらに、圧延装置１には、圧延機４の圧延荷重Ｐやロールギャップ量ｓを制御する制御部９が設けられている。
制御部９は、圧延材５の出側板厚ｈを所定の範囲内に収めるように、または、一定にするように、圧延機４を制御する板厚制御の機能を有している。制御部９で行われる制御手法としては、公知の板厚制御方法が採用される。たとえば、フィードフォワードＡＧＣ、ＢＩＳＲＡ ＡＧＣ、モニタＡＧＣ、マスフローＡＧＣ、張力ＡＧＣ等が適用可能である。制御部９には、圧延機４の入側板厚Ｈや、圧延荷重Ｐや、圧延材張力等の情報が入力され、入力された情報を基にして圧延機４のロールギャップ量ｓやロール速度が算出され出力される。

以上に述べた制御部９は、プロセスコンピュータ、ＰＬＣで実現されている。
以下、図２〜図７を参照しつつ、本実施の形態の制御部９で行われる圧延機４におけるミル伸び式の同定方法について説明する。
［計測ステップ］
まず、圧延装置１に圧延材５を導入することなく、ワークロール２，２をキス接触させた上で圧延荷重Ｐを付与する。これにより、キスロール状態での締め込みにより実測される圧延機４のミル伸び量（全伸び量）を計測する。なお、このときのミル伸び量には、ワークロール２，２およびバックアップロール３，３の変形量と、ワークロール２およびバックアップロール３を支持する部位（ハウジング）の変形量とが含まれることになる。

本実施の形態に係るミル伸び式の同定方法においては、圧延荷重Ｐに対するミル伸び量を正確に算出できる関係式を同定することができる。この点で、ミル伸び量を、ハウジング等のロール以外の変形量（ハウジング変形量）とロール変形量とに分けて解析する特許文献１等と異なる。
このような計測ステップにて計測された、圧延荷重Ｐとミル伸び量（全伸び量、圧下位置）との関係を図２に示す。

図２に示すように、圧延荷重Ｐの増加に伴いミル伸び量は単調に増加していることがわかる。なお、図２に示すように、関係式（圧下位置と圧延荷重Ｐ（圧延反力）との関係式）を、十分な精度で同定するために、ある程度の数の測定点を実際に測定している。圧下位置と圧延反力との関係線図を作成し、最小自乗法による２次関数により近似すると、上述したように、図７の従来誤差として示すように、圧延反力に対して周期的に、ミル伸び量に大きな誤差が生じることが判明した。

そのため、本実施の形態に係るミル伸び式の同定方法においては、以下に示す同定ステップにて、ワークロール２，２およびバックアップロール３，３のキス接触の状態に基づいて、圧延荷重Ｐに対するミル伸び量の関係式を同定している。
［同定ステップ］
ワークロール２，２およびバックアップロール３，３にはイニシャルプロファイルが付与されており、これらのロール間における接触状態が変化することにより、見かけのミル定数（言い換えれば、圧延荷重とミル伸びとの関係）が圧延荷重Ｐの領域により変化すると考えられる。

このことを図３を用いて説明する。
図３（ａ）は、ワークロール２とワークロール２とが部分的に接触しており、ワークロール２とバックアップロール３とが部分的に接触している状態を示す。この状態においては、圧延荷重Ｐに対するミル伸び量の変位が大きく現れるので、見かけのミル定数は小さくなる。

図３（ｂ）は、ワークロール２とワークロール２とが部分的に接触しており、ワークロール２とバックアップロール３とは全面的に接触している状態を示す。ワークロール２とワークロール２とが全面接触するよりも先にワークロール２とバックアップロール３とが全面接触する。
図３（ｃ）は、ワークロール２とワークロール２とが全面的に接触しており、ワークロール２とバックアップロール３とは全面的に接触している状態を示す。この状態においては、圧延荷重Ｐに対するミル伸び量の変位が小さく現れるので、見かけのミル定数は大きくなる。

このようにワークロール２とワークロール２との接触状態、および、ワークロール２とバックアップロール３との接触状態により、圧延荷重の変化に対するミル伸び量の変位が変化するので、（Ａ）ワークロール２とワークロール２とが全面接触する圧延荷重、および、（Ｂ）ワークロール２とバックアップロール３とが全面接触する圧延荷重、それぞれを算出して、ロールの接触状態に応じて区別された３つの圧延荷重領域に分けてミル伸び量の近似式を求めることとした。

圧延荷重Ｐとして１４２０［ｔｏｎｆ］を付与した場合のワークロール２とワークロール２との接触面圧を図４（ａ）に、ワークロール２とバックアップロール３との接触面圧を図４（ｂ）にそれぞれ示す。
さらに、圧延荷重Ｐとして２６２０［ｔｏｎｆ］を付与した場合のワークロール２とワークロール２との接触面圧を図５（ａ）に、ワークロール２とバックアップロール３との接触面圧を図５（ｂ）にそれぞれ示す。

図４（ａ）に示すように、この１４２０［ｔｏｎｆ］ではワークロール２とワークロール２との間には非接触領域が存在し、部分接触状態であることがわかる。図４（ｂ）に示すように、この１４２０［ｔｏｎｆ］ではワークロール２とバックアップロール３との間には非接触領域が存在せず、全面接触状態であることがわかる。
図５（ａ）に示すように、この２６２０［ｔｏｎｆ］ではワークロール２とワークロール２との間には非接触領域が存在せず、全面接触状態であることがわかる。図５（ｂ）に示すように、この２６２０［ｔｏｎｆ］ではワークロール２とバックアップロール３との間には非接触領域が存在せず、全面接触状態であることがわかる。

これらのことから、図６に示すように、領域（Ｉ）としてワークロール２とワークロール２とが部分接触であって、ワークロール２とバックアップロール３とが部分接触している圧延荷重０〜１４２０［ｔｏｎｆ］の領域、領域（ＩＩ）としてワークロール２とワークロール２とが部分接触であって、ワークロール２とバックアップロール３とが全面接触している圧延荷重１４２０〜２６２０［ｔｏｎｆ］の領域および領域（ＩＩＩ）としてワークロール２とワークロール２とが全面接触であって、ワークロール２とバックアップロール３とが全面接触している圧延荷重２６２０［ｔｏｎｆ］〜の領域、の３つの領域を設定した。

この３つの領域において、圧延荷重に対するミル伸び量を２次近似した関係式（３つの式）を算出した。なお、近似式の次数は２次に限定されるものではない。図７に、比較のために従来誤差を示すとともに、本実施の形態に係るミル伸び量の同定方法による誤差を示す。図７に示すように、従来誤差は、偏差５９．３［μｍ］で平均−０．１［μｍ］であったものが、本発明誤差は、偏差３５．７［μｍ］で平均−０．９［μｍ］と、改善していることがわかる。

以上のようにして、第１の実施の形態に係るミル伸び式の同定方法によると、ロールの接触状態に応じて区別された３つの圧延荷重領域に分けてミル伸び量の近似式を求めたので、圧延機の圧下位置制御に用いるミル伸び式を精度高く同定することができ、板厚を高精度に制御することができる。
なお、分割する圧延荷重領域の数は３に限定されるものではない。また、その境界の圧延荷重も上述した１４２０［ｔｏｎｆ］および２６２０［ｔｏｎｆ］に限定されるものではない。領域の数および／または境界の圧延荷重は、ワークロール２とワークロール２との接触状態およびワークロール２とバックアップロール３との接触状態を考慮して適宜設定されるものである。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係るミル伸び式の同定方法について説明する。なお、この同定方法が好適に適用される圧延装置１は図１の通りであるので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。また、計測ステップの全ておよび同定ステップにおけるロールの接触状態に応じて区別された３つの圧延荷重領域に分ける点については、上述した第１の実施の形態と同じであるので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態に係るミル伸び式の同定方法は、同定ステップにおいて、３つの圧延荷重領域に分けた後に２次近似するときに、圧延荷重領域の境界において、ミル伸び式が連続となるようにミル伸び式を同定する点が特徴である。
すなわち、図８に示すように、領域（Ｉ）と領域（ＩＩ）との圧延荷重境界Ｐ_１および
領域（ＩＩ）と領域（ＩＩＩ）との圧延荷重境界Ｐ_２においてミル伸び式が連続となるように２次近似されたミル伸び式を同定する。このためには、以下の式（１）〜式（３）を用いてミル伸び式を同定する。これにより、ミル伸び式が圧延荷重境界において連続となるように２次近似されたミル伸び式を同定することができる。

以上のようにして、第２の実施の形態に係るミル伸び式の同定方法によると、ロールの接触状態に応じて区別された３つの圧延荷重領域に分けて、かつ、その境界において連続したミル伸び量の近似式を求めることができる。
なお、実際の圧延領域を含む圧延荷重Ｐが大きい領域からミル伸び式を同定することが好ましい。

＜変形例＞
以下、本発明の実施の形態における変形例について説明する。この変形例は、同定対象の式が異なる。上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、同定対象はミル伸び式（全伸び式）であるが、本変形例においては、同定対象が、圧延荷重Ｐに対するハウジング変形量（ロール変形量以外の変形量）の近似式または圧延荷重Ｐに対するロール変形量の近似式である。なお、同定対象をハウジング変形量（ロール変形量以外の変形量）の近似式、および、ロール変形量の近似式の両方とすることもできるが、近似精度の点では、いずれか一方を同定対象とするだけで好ましい近似結果となることが多い。

このように、ミル伸び式ではなく、ミル伸び量を構成するロール変形量の近似式（ロール伸び式）および／またはロール変形量以外の変形量（ハウジング伸び式）に適用することにより、ロール変形量および／またはハウジング変形量を精度高く算出することができ、ひいては圧延機の圧下位置制御において板厚を高精度に制御することができる。
なお、今回開示された実施の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の形態において、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 圧延装置
２ ワークロール
３ バックアップロール
４ 圧延機
５ 圧延材
６ 油圧シリンダ
７ 入側板厚計
８ 出側板厚計
９ 制御部
１０ ロードセル
１１ チョック部

Claims (3)

1. ワークロールおよびバックアップロールを備えた圧延機の圧下位置制御に用いるミル伸び式の同定方法において、
   前記ワークロールをキス接触させた上で圧延荷重を付与することにより、前記圧延機のミル伸び量を計測する計測ステップと、
   ワークロールおよびバックアップロールのキス接触の状態に基づいて、圧延荷重に対するミル伸び量の関係式を同定する同定ステップと、
   を含み、
   前記同定ステップは、ワークロールとワークロールが部分的に接触し且つワークロールとバックアップロールが部分的に接触する圧延荷重領域、ワークロールとワークロールが部分的に接触し且つワークロールとバックアップロールが全面的に接触する圧延荷重領域、及びワークロールとワークロールが全面的に接触し且つワークロールとバックアップロールが全面的に接触する圧延荷重領域、の３つの圧延荷重領域に区分して、前記３つの圧延荷重領域ごとに圧延荷重に対するミル伸び量の関係式を同定する算出ステップを有する
   ことを特徴とする、ミル伸び式の同定方法。
2. 前記算出ステップは、前記圧延荷重領域の境界において、ミル伸び量の関係式が連続となるように当該関係式を同定するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載のミル伸び式の同定方法。
3. 前記ミル伸び量は、前記ワークロールおよび前記バックアップロールの変形量と、前記ワークロールおよびバックアップロールを支持する部位の変形量とを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のミル伸び式の同定方法。