JP6478890B2 - 蛇行制御装置、圧延システムおよび蛇行制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、熱間連続圧延および冷間連続圧延を含む連続圧延機における蛇行制御装置、圧延システムおよび蛇行制御方法に関する。

圧延材を圧延中に、ドライブサイドとワークサイドとの間で、板厚、圧延荷重、あるいはロールギャップなど１つまたは複数の因子に差が生じた場合、蛇行現象を生ずることがある。蛇行現象とは、圧延材の幅方向の中心が圧延機のロール中心からドライブサイド側またはワークサイド側に移動してしまう現象である。蛇行が進行すると、板破断を生じたり、圧延材が圧延機の入側の鋼板ガイドと接触し座屈して折れ込んだ状態で圧延される絞り込みを生じたり、製造設備を傷つけたりすることが連鎖的に発生することがある。そのため、蛇行現象の発生は、鋼材の歩留まり悪化や生産性の低下、操業の安定性阻害などの問題に発展する。

圧延機の入側および出側において、ドライブサイドとワークサイドとの速度差を計測し、この速度差にもとづく圧延荷重差を解消するようにフィードバック制御を行う方法が知られている。しかしながら、このようなフィードバック制御では、蛇行の発生を検出した後に蛇行制御を開始するので、圧延材の後方、つまり、蛇行が発生した位置よりも後に圧延が行われる位置以外では蛇行抑制の効果が見込めない。

特開昭６０−２２７９１２号公報 特開平８−３９１２３号公報

実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、圧延材の前方を含めたすべての範囲において蛇行を修正する蛇行制御装置、圧延システムおよび蛇行制御方法を提供することを目的とする。

実施形態に係る蛇行制御装置は、圧延材の幅方向の一方の端部側における前記圧延材の第１搬送速度と、前記圧延材の幅方向の他方の端部側における前記圧延材の第２搬送速度との速度差にもとづいて、前記圧延材の回転角速度を算出する回転角速度算出手段と、前記回転角速度にもとづいて、前記一方の端部側において前記圧延材を噛み込むロールギャップと前記他方の端部において前記圧延材を噛み込むロールギャップとのロールギャップ差を設定するロールギャップ量修正手段と、を備える。前記第１搬送速度および前記第２搬送速度は、前記圧延材が圧延機に噛み込まれる前に計測される。前記ロールギャップ差は、前記圧延材が前記圧延機に噛み込まれる前に設定される。前記回転角速度算出部は、前記第１搬送速度と前記第２搬送速度とを入力して前記速度差を出力する減算器と、前記速度差を入力して前記回転角速度を出力する第１演算部と、を含む。前記ロールギャップ量修正部は、前記回転角速度を入力して、前記一方の端部側における前記圧延材の張力と、前記他方の端部側における前記圧延材の張力との張力差を出力する第２演算部と、前記張力差を入力して、前記一方の端部側の圧延荷重と、前記他方の端部側の圧延荷重との荷重差を出力する第３演算部と、前記荷重差を入力して、前記ロールギャップ差に応じた信号を出力する第４演算部と、を含む。

本実施形態では、圧延材が圧延機に噛み込まれる前にドライブサイドおよびワークサイドの搬送速度を計測し、搬送速度の速度差から圧延材の回転角速度を計算する。そして、ロールギャップに圧延材が噛み込まれる前にロールギャップを修正して、回転角速度を相殺することができるので、圧延材の搬送方向の前方を含めてすべての範囲において蛇行が抑制される。

図１（ａ）は、第１の実施形態に係る蛇行制御装置を例示するブロック図である。図１（ｂ）は、蛇行制御装置のレーザ速度計の位置を例示する平面図である。 第１の実施形態の蛇行制御装置を例示するブロック図である。 図１（ａ）のＡ−Ａ’線からの模式的な矢視断面図である。 比較例の蛇行制御装置を例示するブロック図である。 第２の実施形態に係る蛇行制御装置を例示するブロック図である。 図５のＢ−Ｂ’線からの模式的な矢視断面図である。 第２の実施形態の蛇行制御装置を例示するブロック図である。 第３の実施形態の蛇行制御装置を例示するブロック図である。 図８のＣ−Ｃ’線からの模式的な矢視断面図である。 第３の実施形態の蛇行制御装置の一部を例示するブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
本実施形態の蛇行制御装置１０の構成について説明する。
図１（ａ）は、本実施形態に係る蛇行制御装置を例示するブロック図である。図１（ｂ）は、蛇行制御装置のレーザ速度計の位置を例示する平面図である。
図２は、本実施形態の蛇行制御装置をより詳細に例示するブロック図である。
図３は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線からの矢視断面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の蛇行制御装置１０は、回転角速度演算部１４と、ロールギャップ修正量演算部１６と、を備える。蛇行制御装置１０は、レーザ速度計１２ａ，１２ｂおよび圧下装置３６ａ，３６ｂに接続されている。蛇行制御装置１０は、レーザ速度計１２ａ，１２ｂから被圧延材１の搬送速度に関するデータを受信して、圧下装置３６ａ，３６ｂに対して圧下量を調整する信号を送出する。

図１（ｂ）に示すように、レーザ速度計１２ａ，１２ｂは、圧延機３０の入側で、圧延材１のドライブサイドＤＳおよびワークサイドＷＳにそれぞれ配置されている。レーザ速度計１２ａ，１２ｂは、圧延材１のドライブサイドＤＳおよびワークサイドＷＳのそれぞれの搬送速度ＶＤ，ＶＷを計測する。レーザ速度計１２ａ，１２ｂは、たとえばレーザドップラ速度計であり、送出されたレーザ光と、搬送されている圧延材１から反射されてくる反射光との波長の差を測定して圧延材の搬送速度を計測する。ドライブサイドＤＳは、圧延機３０の駆動装置が配置される側であり、この例では、圧延材１の搬送方向に向いて左側がドライブサイドＤＳである。ワークサイドＷＳは、ドライブサイドＤＳに対向する側である。この例では、ワークサイドＷＳは、圧延材１の搬送方向に向いて右側である。また、圧延機の入側とは、圧延材１が圧延機３０に進入する側をいい、圧延機の出側とは、圧延機３０に噛み込まれた圧延材１が圧延機３０から排出される側をいうものとする。

レーザ速度計１２ａ，１２ｂは、圧延材１の先端が圧延機３０に最初に噛み込まれる位置からｘ１［ｍ］だけ離れた圧延機３０の入側に配置されている。

回転角速度演算部１４は、ドライブサイドＤＳのレーザ速度計１２ａおよびワークサイドＷＳのレーザ速度計１２ｂに接続されている。回転角速度演算部１４は、レーザ速度計１２ａ，１２ｂから、圧延材１のドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤおよびワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷをそれぞれ取得する。回転角速度演算部１４は、以下の式（１）によって圧延材１の回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］を計算して結果を出力する。

ここで、Ｖｄｆ＝ＶＤ−ＶＷであり、Ｂ［ｍｍ］は、圧延材１の搬送方向に垂直な方向の長さ、すなわち圧延材１の幅を表す。

式（１）より明らかなように、速度差Ｖｄｆ［ｍ／ｓ］が正の値のときに、回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］は、正の値となり、速度差Ｖｄｆ［ｍ／ｓ］が負の値のときには、回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］は、負の値となる。つまり、圧延材１は、ドライブサイドＤＳ側の搬送速度ＶＤがワークサイドＷＳ側の搬送速度ＶＷよりも速い場合には、時計まわりに回転する方向に蛇行する。ワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷがドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤよりも速い場合には、圧延材１は、反時計まわりに回転する方向に蛇行する。

ロールギャップ修正量演算部１６は、回転角速度演算部１４の出力に接続されている。ロールギャップ修正量演算部１６は、回転角速度演算部１４によって計算された圧延材１の回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］を用いて、ロールギャップ修正量ΔＳ［ｍｍ］を求める。ロールギャップ修正量ΔＳ［ｍｍ］は、上下のワークロール３２ａ，３２ｂの間の間隙であるロールギャップの値について、修正前のロールギャップに対して、修正すべきワークサイドＷＳとドライブサイドＤＳのロールギャップの差として設定される。なお、この例では、修正前のワークサイドＷＳにおけるロールギャップを基準として、ドライブサイドＤＳにおけるロールギャップを広げる方向に修正する場合を正とし、ドライブサイドＤＳにおけるロールギャップを狭める方向を負と表すこととしている。

ロールギャップ修正量演算部１６は、圧延材１の回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］から、式（２）によって、圧延材１のドライブサイドＤＳとワークサイドＷＳとの間の張力差ｔｄｆ［ＭＰａ］を計算する。

式（２）においては、張力差ｔｄｆ［ＭＰａ］は、ω［ｒａｄ／ｓ］が正の値のときに、正の値をとり、ω［ｒａｄ／ｓ］が負の値のときには負の値となる。回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］が正の値の場合に、つまり、圧延材１が時計まわりの方向に蛇行するときには、ドライブサイドＤＳの張力は、ワークサイドＷＳの張力よりも大きい。回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］が負の値の場合に、つまり、圧延材１が反時計まわりの方向に蛇行するときには、ワークサイドＷＳの張力は、ドライブサイドＤＳの張力よりも大きい。なお、ドライブサイドＤＳ側の張力およびワークサイド側の張力とは、圧延材１の搬送方向に沿った張力である。

ロールギャップ修正量演算部１６は、式（３）を用いて、圧延材１のドライブサイドＤＳとワークサイドＷＳとの間の張力差ｔｄｆ［ＭＰａ］から、ドライブサイドＤＳの圧延荷重とワークサイドＷＳの圧延荷重との間の圧延荷重差Ｐｄｆ［ｋＮ］を計算する。

ここで、Ｈ［ｍｍ］は、圧延材１の入側の板厚であり、ｈ［ｍｍ］は、圧延材１の出側の板厚を表す。

式（３）においては、圧延荷重差Ｐｄｆ［ｋＮ］は、張力差ｔｄｆ［ＭＰａ］が正の値のときに、負の値をとり、張力差ｔｄｆ［ＭＰａ］が負の値のときには正の値となる。つまり、回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］が正の値の場合には、ワークサイドＷＳの圧延荷重は、ドライブサイドＤＳの圧延荷重よりも大きい。回転角速度ω［ｒａｄ／ｓ］の負の値の場合には、ドライブサイドＤＳの圧延荷重は、ワークサイドＷＳの圧延荷重よりも大きい。

ロールギャップ修正量演算部１６は、上述の圧延荷重差Ｐｄｆ［ｋＮ］を用いて、式（４）からロールギャップ修正量ΔＳ［ｍｍ］を計算する。

ここで、Ｍ［ｋＮ／ｍｍ］は、ミル定数である。ミル定数とは、圧下装置やハウジングの変形を含めた、圧延機全体の垂直方向の変形量に対する圧延荷重の比であり、圧延機ごとにあらかじめ設定されている。

式（４）に示すように、圧延荷重差Ｐｄｆ［ｋＮ］が正の値のときに、ロールギャップ修正量ΔＳ［ｍｍ］は、正の値をとり、圧延荷重差Ｐｄｆ［ｋＮ］が負の値のときには、ロールギャップ修正量ΔＳ［ｍｍ］は、負の値をとる。この例では、ワークサイドＷＳ側のロールギャップを基準にして、ドライブサイドＤＳ側のロールギャップが広がる方向に修正される場合を正とし、ドライブサイドＤＳ側のロールギャップが狭まる方向に修正される場合を負とする。つまり、ロールギャップ修正量ΔＳ［ｍｍ］が正の場合には、ドライブサイドＤＳにおいて、下側のワークロール３２ｂが上側のワークロール３２ａから離れる方向にロールギャップが修正される。ロールギャップ修正量ΔＳ［ｍｍ］が負の場合には、ドライブサイドＤＳにおいて、下側のワークロール３２ｂが上側のワークロール３２ａに近づく方向にロールギャップが修正される。

上述において、式（２）における関数ｇは、あらかじめ収集されたデータω，Ｂ，ｔｄｆにもとづいて、多変量解析等の解析手段を用いて、回転角速度ωおよび圧延材１の幅Ｂを独立変数とし、ｔｄｆを従属変数とすることによって算出される。式（３）についても同様に、あらかじめ収集されたｔｄｆ，Ｈ，ｈ，Ｐｄｆにもとづいて、ｔｄｆ，Ｈ，ｈを独立変数とし、Ｐｄｆを従属変数とする関数ｈが算出される。これらの回帰式の各係数は、たとえば蛇行制御装置１０に接続された記憶部１８に格納されている。

図２に示すように、本実施形態の蛇行制御装置１０では、回転角速度演算部１４は、減算器１５ａと、第１演算部１５ｂとを有する。減算器１５ａは、レーザ速度計１２ａ，１２ｂに接続されている。減算器１５ａの加算入力には、圧延材１のドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤが入力され、減算器１５ａの減算入力には、圧延材１のワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷが入力されている。減算器１５ａは、搬送速度ＶＤ，ＶＷの速度差Ｖｄｆを計算して出力する。第１演算部１５ｂには、減算器１５ａから速度差Ｖｄｆを入力して、式（１）を用いて圧延材１の回転角速度ωを計算し出力する。

ロールギャップ修正量演算部１６は、第２演算部１７ａと、第３演算部１７ｂと、第４演算部１７ｃと、を有する。第２演算部１７ａは、回転角速度演算部１４から回転角速度ωを入力し、式（２）を用いてドライブサイドＤＳとワークサイドＷＳとの間の張力差ｔｄｆを計算し出力する。第３演算部１７ｂは、第２演算部１７ａから張力差ｔｄｆを入力し、式（３）を用いてドライブサイドＤＳとワークサイドＷＳとの間の圧延荷重差Ｐｄｆを計算し出力する。第４演算部１７ｃは、第３演算部１７ｂから圧延荷重差Ｐｄｆを入力し、式（４）を用いてロールギャップ修正量ΔＳを計算し出力する。図２のように、式（２）の適用にあたっては、圧延材１の幅Ｂを一定であるとして、変数に含めずに簡易的な算出式としてもよい。また、式（３）の適用にあっては、圧延材１の板厚についても一定であるとして、変数に含めずに簡易的な算出式とすることもできる。なお、回転角速度演算部１４およびロールギャップ修正量演算部１６は、上述の構成に限られない。

本実施形態の蛇行制御装置１０は、圧延機３０とともに用いられて、連続圧延システム１００を構成する。そこで、図１にもどって圧延機３０の構成について以下説明する。圧延機３０は、ワークロール３２ａ，３２ｂと、バックアップロール３４ａ，３４ｂと、圧下装置３６ａ，３６ｂと、ロードセル３８ａ，３８ｂと、を含む。ワークロール３２ａ，３２ｂは、回転軸がほぼ平行になるように、もっとも近い距離の外周同士の距離であるロールギャップだけ離間して配置されている。バックアップロール３４ａは、ワークロール３２ａの上方に、ワークロール３２ａの外周に接するように配置されている。バックアップロール３４ｂは、ワークロール３２ｂの下方に、ワークロール３２ｂの外周に接するように配置されている。バックアップロール３４ａ，３４ｂは、圧延材１をロールギャップに噛み込んだときの、圧延材１に対する圧下量を実現するために設けられている。ワークロール３２ａ，３２ｂおよびバックアップロール３４ａ，３４ｂは、圧延材１をロールギャップに噛み込んで、設定された搬送速度で搬送するように、それぞれ電動機により駆動される。圧延機３０では、下側のバックアップロール３４ｂの回転軸方向の両側に圧下装置３６ａ，３６ｂが設けられている。圧下装置３６ａ，３６ｂと下側のバックアップロール３４ｂの両端との間には、それぞれロードセル３８ａ，３８ｂが設けられている。圧下装置３６ａ，３６ｂは、下側のバックアップロール３４ｂを介してワークロール３２ａを支持して、所定のロールギャップを維持する。また、圧下装置３６ａ，３６ｂは、蛇行制御装置１０の出力に応じたロールギャップになるように圧下量を設定する。ワークロール３２ａ，３２ｂ、バックアップロール３４ａ，３４ｂは、ロールチョックに固定され、圧下装置とともに十分な強度を有するハウジング（図示せず）に収納されている。

このように、蛇行制御装置１０は、搬送速度ＶＤ，ＶＷの速度差Ｖｄｆにもとづいて、圧延機３０のロールギャップを修正することによって、圧延材１の蛇行を修正するように制御する。

本実施形態の蛇行制御装置１０の動作について説明する。
本実施形態の蛇行制御装置１０では、回転角速度演算部１４によって、レーザ速度計１２ａ，１２ｂで計測された搬送速度ＶＤ，ＶＷにもとづいて、式（１）を用いて圧延材１の回転角速度ωが計算される。

次に、ロールギャップ修正量演算部１６によって、回転角速度ωにもとづいて、式（２）〜式（４）を用いてロールギャップ修正量ΔＳが計算される。

たとえばドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤがワークサイドＷＳの搬送速度よりも速い場合には、回転角速度ωの方向は、時計まわり（正の値）となる。この場合には、ドライブサイドＤＳの張力がワークサイドＷＳの張力よりも大きくなっている（ｔｄｆ＞０）。また、この張力差ｔｄｆ［ＭＰａ］によって、ドライブサイドＤＳの圧力荷重は、ワークサイドＷＳの圧力荷重よりも小さくなる（Ｐｄｆ＜０）。これらの関係は、式（２）および式（３）から定量的に表される。

ここで、ミル定数Ｍ［ｋＮ／ｍｍ］は、圧延機３０の変形量に対する圧延荷重の比として定義される。つまり、ミル定数は、圧延機３０の変形量に対する修正前のロールギャップのドライブサイドＤＳ側とワークサイドＷＳ側との寸法差と考えることができる。したがって、Ｍ＝Ｐｄｆ／ΔＳであり、これから式（４）を得ることができる。つまり、ロールギャップ修正量ΔＳは、圧延材１の蛇行の原因となる修正前のロールギャップの寸法差を相殺するように、ロールギャップ修正量演算部１６において式（４）を用いて計算される。

圧延材１の回転角速度ωの方向が時計まわり（正の値）のときには、ロールギャップ修正量演算部１６において計算されるロールギャップ修正量ΔＳ［ｍｍ］は、負の値となる。つまり、ロールギャップは、ワークサイドＷＳの側のロールギャップに対して、ドライブサイドＤＳの側のロールギャップをΔＳ［ｍｍ］だけ狭める方向に修正される。あるいは、図３に示すように、ドライブサイドＤＳ側の圧下装置３６ａの圧下量を（１／２）ΔＳ［ｍｍ］だけ狭めるように修正し、ワークサイドＷＳ側の圧下装置３６ｂの圧下量を（１／２）ΔＳ［ｍｍ］だけ広げるように修正するようにしてもよい。

ドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤが、ワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷよりも遅いときには、圧延材１の回転角速度ωが負の値となり、圧延材１が反時計まわりに蛇行するため、ロールギャップ修正量ΔＳは正の値となる。そのような場合には、ワークサイドＷＳ側のロールギャップに対して、ドライブサイドＤＳ側のロールギャップを広げるように修正する。

なお、上述では、蛇行制御装置１０がレーザ速度計１２ａ，１２ｂから搬送速度ＶＤ，ＶＷに関するデータを受信し、圧下装置３６ａ，３６ｂに制御のための信号を出力するまでの応答時間を無視している。また、圧下装置３６ａ，３６ｂについては、蛇行制御装置１０から制御信号を受信してから、その信号に応じたロールギャップに設定されるまでの応答時間を無視している。これら応答時間の合計の遅れ時間τを考慮する場合には、圧延材１の先端がロールギャップに噛み込む前までに、圧下装置３６ａ，３６ｂの設定を完了させればよい。したがって、レーザ速度計１２ａ，１２ｂと圧延材１の先端の最初の噛み込みまでの距離ｘ１は、圧延材１の搬送速度ＶＤまたはＶＷのいずれか速い方の値に、遅れ時間τを乗じた値よりも大きく設定すればよい。

本実施形態の蛇行制御装置１０の作用および効果について、比較例の蛇行制御装置１１０と比較しつつ説明する。
図４は、比較例の蛇行制御装置を例示するブロック図である。
図４に示すように、比較例の蛇行制御装置１１０は、第１の実施形態の蛇行制御装置１０が用いられるものと同じレーザ速度計１２ａ，１２ｂおよび圧延機３０とともに用いられる。同一の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

比較例の蛇行制御装置１１０は、蛇行量演算部１１４と、ロールギャップ修正量演算部１１６と、を備えている。蛇行量演算部１１４は、ドライブサイドＤＳの圧延材１の搬送速度ＶＤ、ワークサイドＷＳの圧延材１の搬送速度ＶＷ、およびドライブサイドＤＳ側とワークサイドＷＳ側の圧延荷重差にもとづいて、圧延材１の蛇行量を計算する。ロールギャップ修正量演算部１１６は、計算された蛇行量をフィードバックし、修正前のドライブサイドＤＳ側とワークサイドＷＳ側の圧延荷重差を相殺するように圧下装置３６ａ，３６ｂを介してＤＳ側およびＷＳ側の圧延荷重を制御する。このように、比較例の蛇行制御装置１１０では、蛇行が発生した後にワークロール３２ｂ両端の圧延荷重差を制御するので、圧延材１の後方以外では蛇行を抑制することが困難である。

本実施形態の蛇行制御装置１０は、圧延機３０の入側に配置されたレーザ速度計１２ａ，１２ｂによって計測された搬送速度ＶＤ，ＶＷにもとづいて圧延材１の蛇行量（回転角速度ωの大きさ）および蛇行の方向（回転角速度ωの符号）を計算する回転角速度演算部１４を備えている。そのため、回転角速度演算部１４は、圧延材１が圧延機３０に噛み込まれる前に圧延材１の蛇行量および蛇行の方向を計算することができる。蛇行制御装置１０は、この回転角速度ωにもとづいて、張力差ｔｄｆ、圧力荷重差Ｐｄｆを、圧延材１が圧延機３０に噛み込まれる前にあらかじめ計算するロールギャップ修正量演算部１６を備えている。ロールギャップ修正量演算部１６は、圧延材１が圧延機３０に噛み込まれる前に、圧力荷重差Ｐｄｆを相殺するように、ロールギャップ修正量ΔＳを計算することができる。つまり、蛇行制御装置１０は、回転角速度ωによって表される蛇行量および蛇行の方向を相殺するように、ロールギャップ修正量ΔＳを用いて、ロールギャップを修正するので、フィードフォワード的に蛇行修正を行うことができる。したがって、本実施形態の蛇行制御装置１０では、圧延材１の後方に限らず、搬送方向の前後のすべてにおいて、蛇行修正を行うことができる。このように、広い範囲で蛇行制御を行うことができる本実施形態の蛇行制御装置１０を連続圧延システム１００に用いることによって、鋼材の板破断や絞り込み等の製造不具合を低減することができるので、鋼材の歩留まりを向上させ、鉄鋼プラントの生産性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図５は、本実施形態に係る蛇行制御装置を例示するブロック図である。
図６は、図５のＢ−Ｂ’線からの模式的な矢視断面図である。
図７は、本実施形態の蛇行制御装置を例示するブロック図である。
ドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤおよびワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷの計測には、レーザ速度計に限らず、他の速度計測手段を用いることができる。本実施形態の蛇行制御装置１０ａでは、複数の回転速度計を用いて、圧延材１の速度を計測する。

本実施形態の蛇行制御装置１０ａは、第１の実施形態の蛇行制御装置１０とは異なる搬送速度計測手段からの速度信号を受信する。蛇行制御装置１０ａは、回転角速度演算部１４ａを有している。蛇行制御装置１０ａは、他の構成要素については、第１の実施形態の蛇行制御装置１０と同一であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示すように、蛇行制御装置１０ａは、回転角速度演算部１４ａと、ロールギャップ修正量演算部１６と、を備える。蛇行制御装置１０ａの入力には、回転速度検出ロール５０の出力が接続され、蛇行制御装置１０ａの出力には、圧下装置３６ａ，３６ｂが接続されている。

図６に示すように、回転速度検出ロール５０は、同一の回転軸に設けられた同一径の複数のフリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｋ，５１ｍ，５１ｎを有する。複数のフリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｋ，５１ｍ，５１ｎは、図示しない他の搬送用ローラとともに圧延材１が搬送される搬送路であるパスラインを形成し、圧延材１を載置して搬送する。つまり、フリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｋ，５１ｍ，５１ｎは、それぞれの上端部において、圧延材１の下面に接触することによって、圧延材１の搬送速度に応じた回転数で回転する。フリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｋ，５１ｍ，５１ｎは、圧延材１の搬送方向に垂直な方向つまり、幅方向に沿って配置されているので、圧延材１の幅方向に沿った位置における搬送速度に応じた回転数でそれぞれ回転する。複数のフリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｋ，５１ｍ，５１ｎは、それぞれ回転数検出部５２ａ，５２ｂ，…，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎを有している。回転数検出部５２ａ，５２ｂ，…，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎは、それぞれのフリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｋ，５１ｍ，５１ｎの回転数を検出し、出力する。回転数検出部５２ａ，５２ｂ，…，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎは、たとえば光電式のロータリエンコーダ等である。回転速度検出部には、その他、磁気を応用したエンコーダや機械式のエンコーダ等を用いてもよい。

図７に示すように、回転角速度演算部１４ａは、両端速度検出部１５ｃと、速度計算部１５ｄ，１５ｅと、減算器１５ａと、第１演算部１５ｂと、を有する。両端速度検出部１５ｃは、回転数検出部５２ａ，５２ｂ，…，５２ｎの出力にそれぞれ接続されている。両端速度検出部１５ｃは、回転数検出部５２ａ，５２ｂ，…，５２ｎが出力する各フリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｎの回転数から、圧延材１のドライブサイドＤＳ側の回転数およびワークサイドＷＳ側の回転数を検出して出力する。

圧延時には、異なる幅を有する圧延材１が搬送される場合があり、あるいは、圧延材１の蛇行によって、圧延材１の幅方向の中心がいつも一定の位置にあるとは限らない。そのため、どのフリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｎによって、ドライブサイドＤＳの回転速度およびワークサイドＷＳの回転速度を検出しているかを検出する必要がある。回転数検出部５２ａ，５２ｂ，…，５２ｎによって検出された各フリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｎの回転数の各データは、両端速度検出部１５ｃに入力される。たとえば、図６のような位置に圧延材１が配置されている場合に、ドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤがワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷよりも速いときには、以下のように動作する。すなわち、フリーロール５１ａ，５１ｎには、圧延材１が接触していないので、フリーロール５１ａ，５１ｎは、回転しない。フリーロール５１ｂ，５１ｃ，…，５１ｋ，５１ｍは、圧延材１の下面に接触しており、圧延材１の幅方向の位置に応じた回転数で回転している。この場合には、フリーロール５１ｂの回転数がもっとも大きく、フリーロール５１ｍの回転数がもっとも小さい。両端速度検出部１５ｃは、フリーロールの回転数のデータをドライブサイドＤＳのフリーロールから順にレジスタに保管しておき、それぞれの大小関係を比較することによって、圧延材１に接触して回転しているフリーロールであるか否かを検出することができる。このようにして、両端速度検出部１５ｃは、ドライブサイドＤＳの回転数ＮＤおよびワークサイドＷＳの回転数ＮＷを出力することができる。

速度計算部１５ｄは、ドライブサイドＤＳの回転数ＮＤおよびフリーロールの直径ｄを入力して、ドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤを計算して出力する。速度計算部１５ｅは、ワークサイドＷＳの回転数ＮＷおよびフリーロールの直径を入力して、ワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷを計算して出力する。速度計算部１５ｄおよび１５ｅは、以下の式（５ａ）および式（５ｂ）にしたがってドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤおよびワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷをそれぞれ計算する。

本実施形態の蛇行制御装置１０ａの作用および効果について説明する。
本実施形態の蛇行制御装置１０ａでは、第１の実施形態の蛇行制御装置１０と同様の作用および効果を有し、さらに以下の作用および効果を有する。すなわち、蛇行制御装置１０ａでは、回転速度検出ロール５０から圧延材１の搬送速度に関するデータを取得する。回転速度検出ロール５０は、圧延材１と接することによって圧延材１の搬送速度に応じた回転数を検出する複数のフリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｎおよび回転数検出部５２ａ，５２ｂ，…，５１ｎを有している。そのため、鉄鋼プラント等の熱間圧延システムのようにスチームや振動の発生等によって、レーザ速度計を用いた速度検出が困難な環境においても正確に搬送速度を計測することができる。したがって、本実施形態の蛇行制御装置１０ａを用いた連続圧延システム１００ａによって、鉄鋼プラント等のような過酷な環境下においても、高い信頼性で搬送速度検出をすることができ、蛇行制御の精度を向上させることができる。

なお、上述の実施形態の蛇行制御装置１０ａでは、回転速度検出ロール５０は、同一回転軸に複数のフリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｎを有するものとして説明したが、複数のフリーロール５１ａ，５１ｂ，…，５１ｎは、圧延材１の両端の搬送速度を計測することができれば、異なる回転軸に設けられていてもかまわない。フリーロールごとに回転数から搬送速度を計算することができるので、それぞれのフリーロールの径が異なっていてもかまわない。また、回転速度検出ロール５０は、圧延材１の先端が圧延機３０に最初に噛み込む位置から入側に距離ｘ２だけ離れた位置に配置される。第１の実施形態の蛇行制御装置１０の場合と同様に、距離ｘ２は、圧延材１の搬送速度ＶＤまたはＶＷのいずれか速い方の値に、応答時間および設定応答時間の和である遅れ時間τを乗じた値よりも大きく設定すればよい。

（第３の実施形態）
図８は、本実施形態の蛇行制御装置を例示するブロック図である。
図９は、図８のＣ−Ｃ’線からの模式的な矢視断面図である。
図１０は、本実施形態の蛇行制御装置の一部を例示するブロック図である。
本実施形態の蛇行制御装置１０ｂは、第２の実施形態の蛇行制御装置１０ａにステアリング装置６０ａ，６０ｂをさらに備えるようにしたものである。他の構成要素は、同一であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図８に示すように、蛇行制御装置１０ｂは、回転角速度演算部１４ａと、傾斜修正量演算部１６ａと、を備える。蛇行制御装置１０ｂの入力には、回転速度検出ロール５０が接続され、蛇行制御装置１０ｂの出力には、ステアリング装置６０ａ，６０ｂが接続されている。

図９に示すように、ステアリング装置６０ａ，６０ｂは、回転速度検出ロール５０の回転軸の両端を支持するように設けられている。ステアリング装置６０ａは、回転軸のドライブサイドＤＳの側を、支持部材６１ａを介して支持し、ステアリング装置６０ｂは、回転軸のワークサイドＷＳの側を、支持部材６１ｂを介して支持している。支持部材６１ａ，６１ｂは、ステアリング装置６０ａ，６０ｂの油圧駆動によって、図の矢印の方向にそれぞれ摺動伸縮する。支持部材６１ａ，６１ｂが摺動伸縮する方向は、たとえば鉛直方向に沿う方向である。ステアリング装置６０ａ，６０ｂは、傾斜修正量演算部１６ａからの信号を入力して、支持部材６１ａ，６１ｂをそれぞれ介して回転速度検出ロール５０の傾斜を調整する。なお、支持部材６１ａ，６１ｂが摺動伸縮する方向については、鉛直方向から搬送方向に向かう角度をなす方向としてもよい。

ドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤが、ワークサイドＷＳの搬送速度よりも速く、圧延材１が時計まわりの方向に蛇行している（または蛇行しようとしている）場合には、圧延材１は、ドライブサイドＤＳからワークサイドＷＳへ滑り落ちようとしている。そのため、ステアリング装置６０ａ，６０ｂは、これを打ち消すように、ドライブサイドＤＳ側に対してワークサイドＷＳ側を高くして傾斜を修正する。ワークサイドＷＳの搬送速度ＶＷが、ドライブサイドＤＳの搬送速度ＶＤよりも速く、圧延材１が反時計まわりの方向に蛇行している（または蛇行しようとしている）場合には、圧延材１は、ワークサイドＷＳからドライブサイドＤＳへ滑り落ちようとしている。そのため、ステアリング装置６０ａ，６０ｂは、これを打ち消すように、ワークサイドＷＳ側に対してドライブサイドＤＳ側を高くして傾斜を修正する。

図１０に示すように、本実施形態の蛇行制御装置１０ｂは、回転角速度演算部１４ａと、傾斜修正量演算部１６ａと、を備える。回転角速度演算部１４ａは、第２の実施形態の蛇行制御装置１０ａの回転角速度演算部１４ａと同一である。傾斜修正量演算部１６ａは、第２演算部１７ａと、比例制御部１７ｄと、積分制御部１７ｅと、加算器１７ｆと、を含む。比例制御部１７ｄおよび積分制御部１７ｅは、並列に接続されており、第２演算部１７ａに縦続接続されている。比例制御部１７ｄの出力および積分制御部１７ｅの出力は、加算器１７ｆに入力され、加算されて出力される。傾斜修正量演算部１６ａは、回転角速度演算部１４ａで計算された圧延材１の回転角速度ωを入力し、第２演算部１７ａによってドライブサイドＤＳとワークサイドＷＳとの間の張力差ｔｄｆを計算する。そして、比例制御部１７ｄ、積分制御部１７ｅおよび加算器１７ｆによって、張力差ｔｄｆを解消するように、ＰＩ制御を用いて回転速度検出ロール５０の傾きを表す傾斜修正量ΔＬｓを計算して出力する。出力された傾斜修正量ΔＬｓは、ステアリング装置６０ａ，６０ｂに入力される。ここで、傾斜修正量ΔＬｓは、ワークサイドＷＳに対するドライブサイドＤＳの鉛直方向の高さに関する変数として設定されている。

傾斜修正量ΔＬｓは、以下の式（６）によって計算される。

Ｋｐは、比例係数であり、Ｋｉは、積分係数である。式（６）は、ラプラス変換された方程式として表されている。

比例制御部１７ｄは、式（６）の第１項の計算を実行する。積分制御部１７ｅは、式（６）の第２稿の計算を実行する。加算器１７ｆによって、比例制御部１７ｄと積分制御部１７ｅとの出力が加算されて傾斜修正量ΔＬｓとして出力される。

本実施形態の蛇行制御装置１０ｂの作用および効果について説明する。
本実施形態の蛇行制御装置１０ｂでは、上述した他の実施形態の蛇行制御装置の場合に加えて以下の作用および効果を有する。すなわち、蛇行制御装置１０ｂでは、傾斜修正量演算部１６ａから出力される信号によって、ステアリング装置６０ａ，６０ｂを駆動する。ステアリング装置６０ａ，６０ｂは、圧延機３０の入側に配置されており、圧延材１に対して傾斜修正を行うので、圧延材１が圧延機３０に噛み込まれる前に蛇行修正を行うことができる。つまり、本実施形態の蛇行制御装置１０ｂでは、あらかじめ傾斜修正を行うことによって、フィードフォワード的に蛇行修正を行うことができる。したがって、蛇行発生に対して、早い段階で蛇行修正を行うことができるので、より効果的に圧延材１の蛇行制御を行うことができ、圧延プラントの操業の安定性を向上させることができる。

本実施形態の蛇行制御装置１０ｂでは、回転速度検出ロール５０の傾斜角度を調整するので、駆動対象が軽量であり、圧下装置３６ａ，３６ｂによってロールギャップの修正を行う場合よりも応答速度の向上が見込まれる。また、駆動装置としてのステアリング装置６０ａ，６０ｂをより低コストで実現することができる。したがって、蛇行制御装置１０ｂを用いた連続圧延システム１００ｂによって、より低コストで、鉄鋼プラントの生産性の向上をはかることができる。

なお、上述の実施形態では、ドライブサイドＤＳ側の張力とワークサイドＷＳ側の張力との張力差ｔｄｆを独立変数として設定したが、回転角速度ωを独立変数に設定して、回転角速度ωがゼロになるように設定してもよい。また、回転速度検出ロール５０は、圧延材１の先端が圧延機３０に最初に噛み込む位置から距離ｘ３だけ入側に離れた位置に配置される。上述の実施形態の蛇行制御装置１０，１０ａの場合と同様に、距離ｘ３は、圧延材１の搬送速度ＶＤまたはＶＷのいずれか速い方の値に、制御応答時間および設定応答時間の和である遅れ時間τを乗じた値よりも大きく設定すればよい。

以上説明した実施形態によれば、圧延材の蛇行を検出し、フィードフォワード的に蛇行修正を行う蛇行制御装置を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 圧延材、１０，１０ａ，１０ｂ 蛇行制御装置、１２ａ，１２ｂ レーザ速度計、１４ 回転角速度演算部、１５ａ 減算器、１５ｂ 第１演算部、１５ｃ 両端速度検出部、１５ｄ，１５ｅ 速度計算部、１６ ロールギャップ修正量演算部、１６ａ 傾斜修正量演算部、１７ａ 第２演算部、１７ｂ 第３演算部、１７ｃ 第４演算部、１７ｄ 比例制御部、１７ｅ 積分制御部、１７ｆ 加算器、１８ 記憶部、３０ 圧延機、３２ａ，３２ｂ ワークロール、３４ａ，３４ｂ バックアップロール、３６ａ，３６ｂ 圧下装置、３８ａ，３８ｂ ロードセル、５０ 回転速度検出ロール、５１ａ〜５１ｎ フリーロール、５２ａ〜５２ｎ 回転数検出部、６０ａ，６０ｂ ステアリング装置、６１ａ，６１ｂ 支持部材、１００，１００ａ，１００ｂ 連続圧延システム

Claims (8)

1. 圧延材の幅方向の一方の端部側における前記圧延材の第１搬送速度と、前記圧延材の幅方向の他方の端部側における前記圧延材の第２搬送速度との速度差にもとづいて、前記圧延材の回転角速度を算出する回転角速度算出部と、
   前記回転角速度にもとづいて、前記一方の端部側において前記圧延材を噛み込むロールギャップと前記他方の端部において前記圧延材を噛み込むロールギャップとのロールギャップ差を設定するロールギャップ量修正部と、
   を備え、
   前記第１搬送速度および前記第２搬送速度は、前記圧延材が圧延機に噛み込まれる前に計測され、
   前記ロールギャップ差は、前記圧延材が前記圧延機に噛み込まれる前に設定され、
   前記回転角速度算出部は、
   前記第１搬送速度と前記第２搬送速度とを入力して前記速度差を出力する減算器と、
   前記速度差を入力して前記回転角速度を出力する第１演算部と、
   を含み、
   前記ロールギャップ量修正部は、
   前記回転角速度を入力して、前記一方の端部側における前記圧延材の張力と、前記他方の端部側における前記圧延材の張力との張力差を出力する第２演算部と、
   前記張力差を入力して、前記一方の端部側の圧延荷重と、前記他方の端部側の圧延荷重との荷重差を出力する第３演算部と、
   前記荷重差を入力して、前記ロールギャップ差に応じた信号を出力する第４演算部と、
   を含む蛇行制御装置。
2. 前記第１搬送速度および前記第２搬送速度は、レーザ速度計によって計測される請求項１記載の蛇行制御装置。
3. 前記第１搬送速度および前記第２搬送速度は、前記圧延材の幅方向に平行な回転軸を有し、前記圧延材に接触して前記圧延材の移動に応じて回転する複数のフリーロールのそれぞれの回転数にもとづいて計算される請求項１記載の蛇行制御装置。
4. 前記回転角速度算出部は、前記複数のフリーロールのうち最大の回転数および最小の回転数にもとづいて前記速度差を計算する請求項３記載の蛇行制御装置。
5. 圧延材の幅方向に平行な回転軸を有し、前記圧延材に接触して前記圧延材の移動とともに回転する複数のフリーロールのそれぞれの回転数にもとづいて前記圧延材の幅方向の一方の端部側における前記圧延材の第１搬送速度と、前記圧延材の幅方向の他方の端部側における前記圧延材の第２搬送速度とを計算し、前記第１搬送速度と前記第２搬送速度との前記圧延材を圧延機に噛み込む前の速度差にもとづいて前記圧延材の回転角速度を算出する回転角速度算出部と、
   前記回転角速度にもとづいて、前記回転軸の両端を支持するステアリング装置によって前記回転軸の両端を鉛直方向を含む方向に移動させて前記圧延材の幅方向の傾斜量を設定する傾斜量演算部と、
   を備え、
   前記それぞれの回転数は、前記圧延材が圧延機に噛み込まれる前に計測され、
   前記第１搬送速度および前記第２搬送速度は、前記圧延材が前記圧延機に噛み込まれる前に計算され、
   前記傾斜量は、前記圧延材が前記圧延機に噛み込まれる前に設定される蛇行制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の蛇行制御装置と、
   前記圧延材を圧延する圧延機と、
   を備えた圧延システム。
7. 速度計測手段によって、圧延材の幅方向の一方の端部側における前記圧延材の第１搬送速度と前記圧延材の幅方向の他方の端部側における前記圧延材の第２搬送速度とをそれぞれ計測し、
   回転角速度算出手段によって、前記第１搬送速度および前記第２搬送速度の速度差にもとづいて前記圧延材の回転角速度を算出し、
   ロールギャップ量修正手段によって、前記回転角速度にもとづいて、前記一方の端部側において前記圧延材を噛み込むロールギャップと、前記他方の端部において前記圧延材を噛み込むロールギャップとのロールギャップ差を設定し、
   前記第１搬送速度および前記第２搬送速度は、前記圧延材が圧延機に噛み込まれる前に計測され、
   前記ロールギャップ差は、前記圧延材が前記圧延機に噛み込まれる前に設定され、
   前記回転角速度算出手段は、
   前記第１搬送速度と前記第２搬送速度とを入力して前記速度差を出力する減算器と、
   前記速度差を入力して前記回転角速度を出力し、
   前記ロールギャップ量修正手段は、
   前記回転角速度を入力して、前記一方の端部側における前記圧延材の張力と、前記他方の端部側における前記圧延材の張力との張力差を出力し、
   前記張力差を入力して、前記一方の端部側の圧延荷重と、前記他方の端部側の圧延荷重との荷重差を出力し、
   前記荷重差を入力して、前記ロールギャップ差に応じた信号を出力する蛇行制御方法。
8. 圧延材の幅方向に平行な回転軸を有し、前記圧延材に接触して前記圧延材の移動とともに回転する複数のフリーロールを含む回転数計測手段によって、前記複数のフリーロールのそれぞれの回転数を計測し、
   回転角速度算出手段によって、前記それぞれの回転数にもとづいて、前記圧延材の幅方向の一方の端部側における前記圧延材の第１搬送速度と前記圧延材の幅方向の他方の端部側における前記圧延材の第２搬送速度とを計算し、前記第１搬送速度および前記第２搬送速度の速度差にもとづいて前記圧延材の回転角速度を算出し、
   傾斜量演算手段によって、前記回転角速度にもとづいて、前記回転軸の両端を支持するステアリング装置によって前記回転軸の両端を鉛直方向を含む方向に移動させて前記圧延材の傾斜量を設定し、
   前記それぞれの回転数は、前記圧延材を圧延機に噛み込む前に計測され、
   前記第１搬送速度および前記第２搬送速度は、前記圧延材が前記圧延機に噛み込まれる前に計測された前記それぞれの回転数にもとづいて計算され、
   前記傾斜量は、前記圧延材が前記圧延機に噛み込まれる前に設定する蛇行制御方法。

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