JP6414233B2 - 圧延ラインの蛇行制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、圧延ラインの蛇行制御装置に関する。
特許文献1は、圧延ラインの蛇行制御装置を開示する。当該蛇行制御装置によれば、圧延材の幅方向の温度分布が均一となる。その結果、圧延材の蛇行が抑制され得る。
日本特開2007−237240号公報
しかしながら、圧延材の幅方向の温度分布が均一の場合でも、圧延材の蛇行は発生し得る。この場合、特許文献1に記載のものにおいては、圧延材の蛇行を抑制するための圧延材の温度が設定されない。
この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、圧延材の幅方向の温度分布が均一の場合でも圧延材の蛇行を抑制するように圧延材の温度を設定することができる圧延ラインの蛇行制御装置を提供することである。
この発明に係る圧延ラインの蛇行制御装置は、圧延スタンドによる圧延材への圧延荷重と前記圧延スタンドの入側において圧延材にかかる入側張力と前記圧延スタンドの出側において圧延材にかかる出側張力と圧延材の温度とに基づいて、前記入側張力がかからない場合における前記圧延スタンドによる圧延材への圧延荷重の予測値を計算する尾端圧延荷重計算部と、前記入側張力がかからない場合における圧延材の蛇行の許容量と前記圧延スタンドによる圧延材への圧延荷重のうちの当該圧延材の一側にかかる荷重当該圧延材の他側にかかる荷重との差と前記圧延スタンドの入側における圧延材の速度とに基づいて、圧延材の蛇行量が前記許容量の場合における圧延材への圧延荷重の基準値を計算する許容蛇行量圧延荷重計算部と、前記尾端圧延荷重計算部により計算された圧延荷重の予測値と前記許容蛇行量圧延荷重計算部により計算された圧延荷重の基準値との差に基づいて、圧延材の昇温量を計算する昇温量計算部と、を備えた。
この発明によれば、圧延材の幅方向の温度分布に関係なく、圧延材の昇温量が計算される。このため、圧延材の幅方向の温度分布が均一の場合でも、圧延材の蛇行を抑制するように圧延材の温度を設定することができる。
この発明の実施の形態1における圧延ラインの蛇行制御装置が適用された圧延ラインの構成図である。 この発明の実施の形態1における圧延ラインの蛇行制御装置が適用された圧延ラインでの圧延材の蛇行量の計算モデルを示す図である。 この発明の実施の形態1における圧延ラインの蛇行制御装置に設けられた蛇行制御補正量演算装置のブロック図である。 この発明の実施の形態1における圧延ラインの蛇行制御装置のハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態2における圧延ラインの蛇行制御装置が適用された圧延ラインの構成図である。 この発明の実施の形態2における圧延ラインの蛇行制御装置に設けられた蛇行制御補正量演算装置のブロック図である。 この発明の実施の形態3における圧延ラインの蛇行制御装置が適用された圧延ラインの構成図である。 この発明の実施の形態3における圧延ラインの蛇行制御装置に設けられた蛇行制御補正量演算装置のブロック図である。
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が付される。当該部分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における圧延ラインの蛇行制御装置が適用された圧延ラインの構成図である。
図1において、粗圧延機1は、圧延ラインの最も入側に設けられる。バーヒータ2は、粗圧延機1の出側に設けられる。仕上圧延機3は、バーヒータ2の出側に設けられる。仕上圧延機3は、複数の圧延スタンド3aを備える。複数の圧延スタンド3aは、圧延ラインに沿って並ぶ。
バーヒータ制御装置4の出力部は、バーヒータ2の入力部に接続される。蛇行制御装置5は、蛇行制御補正量演算装置6を備える。蛇行制御補正量演算装置6の入力部は、各圧延スタンド3aに設けられた機器に接続される。蛇行制御補正量演算装置6の出力部は、バーヒータ制御装置4の入力部に接続される。
圧延ラインの熱間圧延工程において、圧延材7は、粗圧延機1で圧延される。その後、圧延材7は、バーヒータ2により加熱される。その後、圧延材7は、仕上圧延機3で圧延される。この際、各圧延スタンド3aにおいて、圧延材7への圧延荷重、圧延材7への圧延荷重の一側と他側との差等が計測される。
蛇行制御補正量演算装置6は、計測値および設定値の少なくとも一方を用いて、圧延材7の尾端での蛇行量の予測値を計算する。蛇行制御補正量演算装置6は、当該予測値に対応した圧延材7の蛇行を抑制するために要する圧延材7の温度を計算する。蛇行制御補正量演算装置6は、計算結果に基づいて圧延材7の昇温量を計算する。蛇行制御補正量演算装置6は、当該昇温量に対応した信号をバーヒータ制御装置4に出力する。
バーヒータ制御装置4は、当該信号に対応した昇温量に基づいてバーヒータ2の使用電力を計算する。バーヒータ制御装置4は、当該電力をバーヒータ2に印加する。
次に、図2を用いて、圧延材7の蛇行を説明する。
図2はこの発明の実施の形態1における圧延ラインの蛇行制御装置が適用された圧延ラインでの圧延材の蛇行量の計算モデルを示す図である。
図2のモデルは、無張力状態での圧延における一般的な知見として知られる蛇行量の計算モデルを簡略化したものである。圧延材7への圧延荷重の一側と他側との差が何らかの要因で発生すると、圧延材7の一側と他側との厚さの差(ウェッジ率)の入側と出側の差であるウェッジ率変化量が変化する。当該ウェッジ率変化量が積分される結果、圧延材7が蛇行する。圧延材7が蛇行すると、圧延材7への圧延荷重の一側と他側との差が増大する。このため、更にウェッジ率が変化する。その結果、圧延材7の蛇行が増大する。
次に、図3を用いて、蛇行制御補正量演算装置6を説明する。
図3はこの発明の実施の形態1における圧延ラインの蛇行制御装置に設けられた蛇行制御補正量演算装置ブロック図である。
図3に示すように、蛇行制御補正量演算装置6は、第1記憶部6aと第2記憶部6bと第3記憶部6cと尾端圧延荷重計算部6dと蛇行量計算部6eと蛇行量異常検出部6fと許容蛇行量圧延荷重計算部6gと差分圧延荷重計算部6hと昇温量計算部6iとを備える。
第1記憶部6aは、圧延材7の温度に対応した情報を一時的に記憶する。第2記憶部6bは、圧延材7の蛇行の許容量に対応した情報を一時的に記憶する。第3記憶部6cは、圧延スタンド3aの入側における圧延材7の速度Vに対応した情報を一時的に記憶する。
圧延が安定している際、尾端圧延荷重計算部6dは、入側張力がかからない場合における圧延スタンド3aによる圧延材7への圧延荷重の予測値を計算する。この際、尾端圧延荷重計算部6dは、圧延スタンド3aによる圧延材7への圧延荷重PACT(kN)と圧延スタンド3aの入側において圧延材7にかかる入側張力σe、ACT(MPa)と圧延スタンド3aの出側において圧延材7にかかる出側張力σx、ACT(MPa)と仕上圧延中の圧延材7の温度Tstrip(℃)とに基づいて圧延荷重の予測値P(kN)を計算する。
例えば、尾端圧延荷重計算部6dは、次の(1)式で表された圧延荷重の計算式を用いる。
P=fp(σ、σ、Tstrip・・・) (1)
具体的には、尾端圧延荷重計算部6dは、次の(2)式から(4)式を用いて圧延荷重の予測値P(kN)を計算する。
ACAL=fp(σe、ACT、σx、ACT、Tstrip・・・) (2)
β=PACT/PACAL (3)
=β・fp(σe0、ACT、σx、ACT、Tstrip・・・) (4)
ここで、σe0は0である。
蛇行量計算部6eは、尾端圧延荷重計算部6dにより計算された圧延荷重の予測値Pと圧延スタンド3aによる圧延材7への圧延荷重の一側と他側との差δP(kN)と圧延スタンド3aの入側における圧延材7の速度V(m/s)とに基づいて圧延材7の蛇行量y(mm)を計算する。例えば、圧延荷重の一側と他側との差δPは、各圧延スタンド3aに設けられたロードセル(図示せず)からのワーク側の圧延荷重PWS(kN)とドライブ側の圧延荷重PDS(kN)とから計算される。
例えば、蛇行量計算部6eは、次の(5)式で表された蛇行量予測式を用いて圧延材7の蛇行量yを計算する。
=fy(δP、P、V、・・・) (5)
蛇行量異常検出部6fは、圧延材7の蛇行量yが許容量y´を越えているか否かを判定する。蛇行量異常検出部6fは、圧延材7の蛇行量yが許容量y´を越えている場合に異常を検出する。許容量y´は、操業阻害となる圧延のトラブルを引き起こす事態に対応して設定される。例えば、許容量y´は、圧延材7が蛇行により絞られる事態に対応して設定される。例えば、許容量y´は、圧延材7が仕上圧延機3の側部に接触する事態に対応して設定される。例えば、許容量y´は、圧延スタンド3a等の設備が破損する事態に対応して設定される。
許容蛇行量圧延荷重計算部6gは、圧延材7の蛇行量yが許容量y´の場合における圧延材7への圧延荷重の基準値P´(kN)を計算する。
例えば、許容蛇行量圧延荷重計算部6gは、(5)式で表された関数の逆関数を用いて圧延荷重の基準値P´を計算する。許容蛇行量圧延荷重計算部6gは、次の(6)式を用いて圧延荷重の基準値P´を計算する。
´=fy´−1(δP、V、y´、・・・) (6)
差分圧延荷重計算部6hは、蛇行量異常検出部6fが異常を検出していない場合に予測値Pと基準値P´との差ΔP(kN)を計算しない。蛇行量異常検出部6fが異常を検出している場合は予測値Pと基準値P´との差ΔPを計算する。予測値Pと基準値P´との差ΔPは、次の(7)式で表される。
ΔP=P−P´ (7)
昇温量計算部6iは、予測値Pと基準値P´との差ΔPをなくすために要する圧延材7の昇温量ΔTBH(℃)を計算する。昇温量ΔTBHは、バーヒータ2により圧延材7を昇温する際の昇温量である。
例えば、昇温量計算部6iは、次の(8)式で表された圧延材温度予測式を用いて圧延材7の昇温量ΔTBHを計算する。
ΔTBH=ft(ΔP、Tstrip、・・・) (8)
これらの計算は、複数の圧延スタンド3aの全てに対して行われる。昇温量計算部6iは、全ての圧延スタンド3aについて計算された圧延材7の昇温量ΔTBHのうちで最も値の大きい昇温量ΔTBHに対応した信号をバーヒータ制御装置4に出力する。
バーヒータ制御装置4は、昇温量計算部6iからの信号に対応した圧延材7の昇温量ΔTBHを満たすバーヒータ2の使用電力Pwを計算する。バーヒータ制御装置4は、計算結果に基づいてバーヒータ2での加熱を制御する。当該加熱により、圧延材7への圧延荷重が下がる。その結果、圧延材7の蛇行が抑制される。
次に、図4を用いて、蛇行制御補正量演算装置6のハードウェア構成の一例を説明する。
図4はこの発明の実施の形態1における圧延ラインの蛇行制御装置に設けられた蛇行制御補正量演算装置のハードウェア構成図である。
図4に示すように、蛇行制御補正量演算装置6は、処理回路8を備える。処理回路8は、プロセッサ8aとメモリ8bとを備える。図3の蛇行制御装置5の各部の動作は、少なくとも一つのプロセッサ8aが少なくとも一つのメモリ8bに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
以上で説明した実施の形態1によれば、圧延材7の幅方向の温度分布に関係なく、圧延材7の昇温量が計算される。このため、圧延材7の幅方向の温度分布が均一の場合でも、圧延材7の蛇行を抑制するように圧延材7の温度を設定することができる。その結果、圧延材7の破断および絞り込みを抑制することができる。圧延ラインの設備の破損を抑制することができる。その結果、圧延による製品の歩留まりの悪化および生産性の低下を抑制することができる。
また、圧延材7の蛇行量は、蛇行量計算部6eの計算により求められる。このため、圧延材7の幅方向の温度分布を計測する温度計および蛇行計を設けなくても圧延材7の蛇行を抑制することができる。
また、圧延材7の蛇行の異常が検出された場合のみに圧延材7の昇温量が計算される。このため、蛇行制御補正量演算装置6による計算の負荷を抑制することができる。
なお、仕上圧延機3の出側に蛇行計を設けてもよい。この場合、蛇行計で計測した圧延材7の蛇行量が許容量を越えている場合に異常を検出すればよい。
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2における圧延ラインの蛇行制御装置が適用された圧延ラインの構成図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
実施の形態2の圧延ラインは、実施の形態1の圧延ラインに複数のスプレー9とスプレー制御装置10とを付加したものである。
各スプレー9は、隣接した圧延スタンド3aの間に設けられる。スプレー制御装置10の出力部は、スプレー9の入力部に接続される。スプレー制御装置10の入力部は、蛇行制御補正量演算装置6の出力部に接続される。
例えば、蛇行制御補正量演算装置6は、圧延材7の昇温量に基づいて、圧延材7が目標温度となるように最も出側のスプレー9による水の流量を計算する。スプレー制御装置10は、蛇行制御補正量演算装置6により計算された水の流量に基づいて最も出側のスプレー9で圧延材7を制御する。
次に、図6を用いて、蛇行制御補正量演算装置6を説明する。
図6はこの発明の実施の形態2における圧延ラインの蛇行制御装置に設けられた蛇行制御補正量演算装置のブロック図である。
図6に示すように、実施の形態2の蛇行制御補正量演算装置6は、実施の形態1の蛇行制御補正量演算装置6に第4記憶部6jとスプレー流量計算部6kとを付加したものである。
第4記憶部6jは、圧延材7の目標温度TFD、TG(℃)に対応した情報を一時的に記憶する。
スプレー流量計算部6kは、昇温量計算部6iにより計算された圧延材7の昇温量ΔTBHと目標温度TFD、TGとに基づいてスプレー9による水の流量FSPを計算する。
例えば、スプレー流量計算部6kは、次の(9)式で表されたスプレー流量予測式を用いてスプレー9による水の流量FSPを計算する。
SP=ff(ΔTBH、TFD、TG、・・・) (9)
(9)式においては、スプレー9による水の流量FSPは、最大流量に対する割合(%)として計算される。
スプレー流量計算部6kは、スプレー9による水の流量FSPに対応した信号をスプレー制御装置10に出力する。
スプレー制御装置10は、スプレー流量計算部6kからの信号に対応した流量FSPに基づいて水の流量の変更量に対応した信号をスプレー9に出力する。スプレー9は、スプレー制御装置10からの信号に対応した水の流量FSPに応じて水の流量を変更する。
以上で説明した実施の形態2によれば、圧延材7が目標温度となるようにスプレー9が制御される。このため、圧延材7の材質に悪影響を及ぼす可能性を下げることができる。
この際、圧延材7の蛇行が予測される圧延スタンド3aの出側に設けられたスプレー9のいずれかを制御すればよい。例えば、1つのスプレー9のみにより圧延材7を冷却してもよい。例えば、複数のスプレー9により分散して圧延材7を冷却してもよい。
実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3における圧延ラインの蛇行制御装置が適用された圧延ラインの構成図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
実施の形態3の圧延ラインは、実施の形態1の圧延ラインに複数のレベリング11とレベリング制御装置12とを付加したものである。
各レベリング11は、各圧延スタンド3aに設けられる。なお、図7においては、1つのレベリング11のみ示される。レベリング制御装置12の出力部は、レベリング11の入力部に接続される。レベリング制御装置12の入力部は、蛇行制御補正量演算装置6の出力部に接続される。
例えば、蛇行制御補正量演算装置6は、圧延材7の昇温量がバーヒータ2の昇温可能温度を超えた場合に昇温可能温度を超えた昇温量に相当する圧延材7の蛇行量を計算する。蛇行制御補正量演算装置6は、当該蛇行量を相殺するようにレベリング11の操作量を計算する。レベリング制御装置12は、蛇行制御補正量演算装置6により計算された操作量に基づいて圧延材7のウェッジ率が小さくなるようにレベリング11を制御する。
次に、図8を用いて、蛇行制御補正量演算装置6を説明する。
図8はこの発明の実施の形態3における圧延ラインの蛇行制御装置に設けられた蛇行制御補正量演算装置のブロック図である。
図8に示すように、実施の形態2の蛇行制御補正量演算装置6は、実施の形態1の蛇行制御補正量演算装置6に第5記憶部6lと昇温量不足分蛇行量計算部6mとレベリング操作量計算部6nとを付加したものである。
第5記憶部6lは、バーヒータ2の昇温可能量ΔTBH、UL(℃)に対応した情報を一時的に記憶する。
昇温量不足分蛇行量計算部6mは、圧延材7の昇温量ΔTBHとバーヒータ2の昇温可能量ΔTBH、UL(℃)とに基づいて圧延材7の昇温可能量ΔTBH´´(℃)と昇温量不足分の圧延材7の蛇行量Δy´´(mm)とを計算する。
例えば、圧延材7の昇温量ΔTBHがバーヒータ2の昇温可能量ΔTBH、UL以上の場合、昇温量不足分蛇行量計算部6mは、次の(10)式および(11)式を用いて圧延材7の昇温可能量ΔTBH´´と昇温量不足分の圧延材7の蛇行量Δy´´とを計算する。
ΔTBH´´=ΔTBH、UL (10)
Δy´´=fy(δP、fp(ΔTBH−ΔTBH、UL)、V、・・・) (11)
例えば、圧延材7の昇温量ΔTBHがバーヒータ2の昇温可能量ΔTBH、UL未満の場合、昇温量不足分蛇行量計算部6mは、次の(12)式および(13)式を用いて圧延材7の昇温可能量ΔTBH´´と昇温量不足分の圧延材7の蛇行量Δy´´とを計算する。
ΔTBH´´=ΔTBH (12)
Δy´´=0 (13)
昇温量不足分蛇行量計算部6mは、圧延材7の昇温可能量ΔTBH´´に対応した信号をバーヒータ制御装置4に出力する。昇温量不足分蛇行量計算部6mは、昇温量不足分の圧延材7の蛇行量Δy´´に対応した信号をレベリング操作量計算部6nに出力する。
レベリング操作量計算部6nは、昇温量不足分蛇行量計算部6mからの信号に対応した昇温量不足分の圧延材7の蛇行量Δy´´に基づいてレベリングの操作量δS(mm)を計算する。
レベリング操作量計算部6nは、次の(14)式で表されたレベリング操作量予測式を用いてレベリングの操作量δSを計算する。
δS=fδS(Δy´´、・・・) (14)
レベリング操作量計算部6nは、レベリングの操作量δSに対応した信号をレベリング制御装置12に出力する。レベリング制御装置12は、レベリング操作量計算部6nからの信号に対応した操作量δSでレベリング11を操作する。
以上で説明した実施の形態3によれば、圧延材7の昇温量がバーヒータ2の昇温可能量を超えた場合は、レベリング11が操作される。このため、圧延材7の昇温量がバーヒータ2の昇温可能量を超えた場合でも、圧延材7の蛇行を制御することができる。
以上のように、この発明に係る圧延ラインの蛇行制御装置は、圧延材の幅方向の温度分布が均一の場合でも圧延材の蛇行を抑制するように圧延材の温度を設定するシステムに利用できる。
1 粗圧延機、 2 バーヒータ、 3 仕上圧延機、 3a 圧延スタンド、 4 バーヒータ制御装置、 5 蛇行制御装置、 6 蛇行制御補正量演算装置、 6a 第1記憶部、 6b 第2記憶部、 6c 第3記憶部、 6d 尾端圧延荷重計算部、 6e 蛇行量計算部、 6f 蛇行量異常検出部、 6g 許容蛇行量圧延荷重計算部、 6h 差分圧延荷重計算部、 6i 昇温量計算部、 6j 第4記憶部、 6k スプレー流量計算部、 6l 第5記憶部、 6m 昇温量不足分蛇行量計算部、 6n レベリング操作量計算部、 7 圧延材、 8 処理回路、 8a プロセッサ、 8b メモリ、 9 スプレー、 10 スプレー制御装置、 11 レベリング、 12 レベリング制御装置

Claims (5)

  1. 圧延スタンドによる圧延材への圧延荷重と前記圧延スタンドの入側において圧延材にかかる入側張力と前記圧延スタンドの出側において圧延材にかかる出側張力と圧延材の温度とに基づいて、前記入側張力がかからない場合における前記圧延スタンドによる圧延材への圧延荷重の予測値を計算する尾端圧延荷重計算部と、
    前記入側張力がかからない場合における圧延材の蛇行の許容量と前記圧延スタンドによる圧延材への圧延荷重のうちの当該圧延材の一側にかかる荷重当該圧延材の他側にかかる荷重との差と前記圧延スタンドの入側における圧延材の速度とに基づいて、圧延材の蛇行量が前記許容量の場合における圧延材への圧延荷重の基準値を計算する許容蛇行量圧延荷重計算部と、
    前記尾端圧延荷重計算部により計算された圧延荷重の予測値と前記許容蛇行量圧延荷重計算部により計算された圧延荷重の基準値との差に基づいて、圧延材の昇温量を計算する昇温量計算部と、
    を備えた圧延ラインの蛇行制御装置。
  2. 前記尾端圧延荷重計算部により計算された圧延荷重の予測値と前記圧延スタンドによる圧延材への圧延荷重のうちの当該圧延材の一側にかかる荷重当該圧延材の他側にかかる荷重との差とに基づいて圧延材の蛇行量を計算する蛇行量計算部、
    を備えた請求項1に記載の圧延ラインの蛇行制御装置。
  3. 圧延材の蛇行量が前記許容量を越えている場合に異常を検出する蛇行量異常検出部、
    を備え、
    前記昇温量計算部は、前記蛇行量異常検出部が前記異常を検出していない場合は圧延材の昇温量を計算せず、前記蛇行量異常検出部が前記異常を検出している場合は圧延材の昇温量を計算する請求項1または請求項2に記載の圧延ラインの蛇行制御装置。
  4. 前記昇温量計算部により計算された圧延材の昇温量に基づいて、前記圧延スタンドの出側において圧延材が目標温度となるように前記圧延スタンドの出側に設けられたスプレーによる水の流量を計算するスプレー流量計算部、
    を備えた請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の圧延ラインの蛇行制御装置。
  5. 前記昇温量計算部により計算された圧延材の昇温量が昇温可能温度を超えた場合は、前記昇温可能温度を超えた昇温量に相当する圧延材の蛇行量を計算する昇温量不足分蛇行量計算部と、
    前記昇温量不足分蛇行量計算部により計算された圧延材の蛇行量を相殺するように前記圧延スタンドに設けられたレベリングの操作量を計算するレベリング操作量計算部と、
    を備えた請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の圧延ラインの蛇行制御装置。
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