JP6746070B2 - 圧延ロール圧下圧上自動制御システム - Google Patents

Description

本発明は、圧延材に対する圧延ロールの圧下圧上を自動的に制御することができる制御システムに関するものである。

線状鋼材などの圧延材を圧延する圧延設備では、特開平１１−２８５０６号公報、特開２００１−１７９３３４号公報及び特開２００９−１２０６５号公報などに開示され又はこれらの公知技術から類推されるように、圧延材の進行方向に沿って粗圧延機、中間圧延機及び仕上げ圧延機を順次並べ、各圧延機内には例えば交互に９０°ロール軸を交差して配置した対の圧延ロールを有する複数基のロールスタンド（Ｈ−Ｖ方式圧延ライン）又はロール軸を水平に配置した対の圧延ロールを有する複数基のロールスタンド（Ｈ−Ｈ方式圧延ライン）が備えられている。
圧延過程において、一定時間圧延を行わなかった場合には圧延ロールが冷やされるので、熱膨張した圧延ロールが膨張前に戻り、対の圧延ロールの隙間が広がることになり、圧延を再開した場合には再び熱膨張して圧延ロールの隙間が設定した元の値に戻るまでの間、製品となる圧延材の径が太くなり、製品単位質量の不均一や歩留り低下の要因となっていた。
そのため、従来では作業者が圧延状況を確認しながら、ボタン操作を行って、ロール隙を狭くする圧延ロールの圧下やロール隙を広くする圧延ロールの圧上をして、ロール隙の最適化を図っていた。

特開平１１−２８５０６号公報 特開２００１−１７９３３４号公報 特開２００９−１２０６５号公報

従来は、ロール隙の最適化を図るために作業者の手動によるボタン操作に依存しているので、圧延装置に付きっきりとなり、作業者に負担がかかり、省人力化に課題があり、作業者の勘や経験に頼るため担当する作業者毎に製品単位質量にばらつきが生じていた。
本発明の目的は、作業者の負担を軽減すると共に省人力化を図り、製品単位質量の均一化や歩留りの向上を可能にすることにある。

本発明の特徴は、対の圧延ロールを有するロールスタンドを複数基並設すると共にロールスタンドを挟んで入側ＨＭＤである入側圧延材検出器（ＨＯＴ ＭＥＴＡＬ ＤＥＴＥＣＴＯＲ）と出側圧延材検出器とが配置されかつ制御装置によって制御される圧延機における上記圧延ロールの圧下圧上を自動制御するシステムである。
このシステムは、第１の圧延ロール冷却による圧下・圧上制御システム、第２のロール圧下予約システム及び第３のロール圧下一時停止システムを備え、時間軸に対して圧延ロールにおける熱影響を製品サイズ、鋼種及びビレットの種類を要素としてデータベースを作成し、各要素から圧延条件に合ったものを選択することによりロール圧下・圧上制御するものである。上記第１の圧延ロール冷却による圧下・圧上制御システムは、一定時間圧延が行われなかった場合、圧延停止時間を自動に計測し、圧延停止時間を複数段階に分けて、段階毎の圧延停止時間の長さに応じてロール圧下制御し、圧延過程において圧延停止に伴って熱膨張した圧延ロールが膨張前に戻ってロール隙が広がり、圧延再開した場合、圧延ロールが再び膨張してロール圧下制御したロール隙を設定した元の値に戻すため、任意のタイマーカウント後、ロール圧上をするものである。上記第２のロール圧下予約システムは、上記圧延材が通材中に、上記制御装置が圧下操作指令を行った場合、通材中でなくなった時である出側圧延材検出器からのオフ信号を受信した時からロール圧下を実行するものである。上記通材中とは上記ロールスタンドで圧延材の圧延が行われていることを意味するものである。上記第３のロール圧下一時停止システムは、ロール圧下操作指令に基づくロール圧下動作の過程であって、圧延材の位置を検出するスタンド入側圧延材検出器からのオン信号を受信した場合はロール圧下動作を一時停止し、スタンド出側圧延材検出器からのオフ信号を受信した場合は、残りの分のロール圧下動作を行うものである。
上記圧延停止時間を複数段階に分けているが、例えば６０秒、１８０秒及び３００秒などのように３段階に分けて、停止中に自動制御によるロール圧下を行う。

本発明によれば、常に一定のロール隙を維持することができるから、製品となる圧延材の先端から尾端での単位質量が均一となり、歩留りが向上する。
本発明によれば、一定時間の停止後のロール隙の調整を自動化することができるから、圧延装置に作業者が付きっきりにならないで圧延が可能となり、省人力化を達成することができる。

本発明に係る圧延ロール圧下圧上自動制御システムに適用する連続圧延機のＨ−Ｖ方式圧延ラインを概略的に示す図である。 本発明に係る圧延ロール圧下圧上自動制御システムにおけるロール圧下調整のタイミングを示す図である。 通常の間ピッチ３秒圧延のタイミングを示すチャートである。 本発明の実施例に係る間ピッチ３秒圧延における自動ロール圧下圧上制御のタイミングを示すチャートである。 比較例に係る間ピッチ３秒圧延のタイミングを示すチャートであって、ロール圧下圧上制御をしていない図である。 本発明に係る圧延ロール圧下圧上自動制御システムに適用する連続圧延機のＨ−Ｈ方式圧延ラインを概略的に示す図である。

本発明に係る圧延ロール圧下圧上自動制御システムについて図面を参照して説明する。
なお、「ロール圧下」は対向する圧延ロールのロール隙を狭める方向に調整することを、また、「ロール圧上」は対向する圧延ロールのロール隙を広げる方向に調整することをそれぞれ意味する。
本発明に係る圧延ロール圧下圧上自動制御システムを適用する圧延機として、例えば図１に示すＨ−Ｖ方式圧延ラインＬＡに組み込まれている圧延機１Ａが用いられる。圧延機１Ａは、複数基のロールスタンドを有するものであるが、この例にあっては一般化してｎ基のロールスタンドを有するものとして説明をする。
圧延機１Ａは、ロールスタンドＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ−１，Ｓｎ（各ロールスタンドを総称する場合には単に「ロールスタンドＳ」と表記する。）が並設されているものである。各ロールスタンドＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ−１，Ｓｎは対の圧延ロール２を有し、隣接しているロールスタンドのロール軸は水平軸と垂直軸とが交互になって配置され、互いに９０度の角度で交差する関係にある。圧延材３は、図１矢印方向に示す圧延方向の搬送路（図示せず。）にしたがって進行する。また、圧延材３の搬送路にあって、各ロールスタンドＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ−１，Ｓｎの両側（入側及び出側）には、圧延材検出器であるＨＭＤ１，ＨＭＤ２，・・・，ＨＭＤｎ−１，ＨＭＤｎ（各圧延材検出器を総称する場合には単に「ＨＭＤ」と表記する。）が配置されている。各ＨＭＤ１，ＨＭＤ２，・・・，ＨＭＤｎ−１，ＨＭＤｎから得られるオン及びオフの各信号から、圧延材３の先端の位置及び尾端の位置を制御装置４の演算部で演算して、その演算データを制御部に出力することができる。制御装置４は、圧延ロール圧下・圧上作業を制御部で制御することによりその作業の自動化を実現することができる。

図１に示す圧延機１Ａによるロール圧下調整（制御）のタイミング例を示すチャートである図２に基づいて説明する。
スタンド入側ＨＭＤ信号の方形波線（イ）に示すように、圧延材３が圧延方向に進行し、スタンド入側ＨＭＤが圧延材の先端の位置を検出すると、オン信号を制御装置４の演算部に発信し、この演算部で圧延材の通過時間を算出し、算出した通過時間に至るとオンからオフに切り替わる。
スタンド通材中を示す方形波線（ロ）によって明らかなように、スタンド入側ＨＭＤ信号がオンとなった時点からのタイムラグ（時間のずれ）を考慮してオンとなり、上記通過時間に至るとオフとなる。
なお、通材中（又は「通材」という表現を使用することもある。）とはロールスタンドＳで圧延材３の圧延が行われていることを意味する。
スタンド出側ＨＭＤ信号の方形波線（ハ）に示すように、スタンド出側ＨＭＤが圧延材３の尾端の位置を検出すると、オン信号を制御装置４の演算部に発信し、この演算部で圧延材の通過時間を算出し、算出した通過時間に至るとオフに切り替わる。
ロール圧下操作は圧延ロール２の圧下制御（圧下調整）の指令である。また、ロール圧下動作は、上記指令に基づいて圧延ロール２を圧下してロール隙を調整することであって、例えばアクチュエータを駆動してロール隙を調整する動作である。ロール圧下操作及びロール圧下動作の各タイミングは、これらを示す各方形波線（ニ），（ホ）によって明らかである。
一般的に、ロール圧下操作のオン信号が出力された場合には直ちにロール圧下動作は開始されるが、本発明ではオン信号の出力のタイミングによって上記ロール圧下動作の始動がケースにより異なる。第１のケースは、ロール圧下操作（スイッチオン操作）が、スタンド入側ＨＭＤによって圧延の先端の位置を検出するオン信号受信前及びスタンド出側ＨＭＤによって尾端の位置を検出するオン信号を受信した時になされた場合である。第２のケースは、圧延材３が通材中にロール圧下操作がなされた場合である。
第１のケースに関し、両方形波線（ニ），（ホ）を結ぶ縦点線（ヘ）に示すように、ロール圧下動作（圧下調整）はロール圧下操作を起点としてスタンド入側ＨＭＤによるオン信号の受信前までは継続される。しかし、両方形波線（イ），（ホ）を結ぶ縦点線（ト）に示すように、スタンド入側ＨＭＤによるオフ信号の受信時にはロール圧下調整は一時停止する。方形波線（ハ），（ホ）を結ぶ縦点線（チ）に示すように、スタンド出側ＨＭＤによるオフ信号の受信時には残りの圧延材３のロール圧下調整を再開する。方形波線（イ）と方形波線（ホ）とを結ぶ縦点線（ト）と縦点線（チ）との間ｄは、通材中と判断してロール圧下動作をしない。
第２のケースにおいて、圧延材３が通材中にロール圧下操作の指令をした場合には、通材中でなくなった時、具体的には方形波線（ハ）と方形波線（ホ）とを結ぶ縦点線（リ）に示すように、スタンド出側ＨＭＤのオフ信号受信時からロール圧下動作は開始される。
上述したように、圧延材３が通材中ではない時にロール圧下操作の指令をした場合にはロール圧下が始動し、スタンド入側ＨＭＤによるオン信号の受信時に圧下動作を一時停止し、通材中はそのまま停止を継続し、スタンド出側ＨＭＤのオフ信号受信時から残りの圧延材の圧下動作を再開する。通材中にロール圧下操作の指令をした場合には、ロール圧下動作であるロール隙の調整は通材中でなくなった時点で開始する。

本発明に係る圧延ロール圧下圧上自動制御システムは、第１の圧延ロール冷却による圧下・圧上制御システム、第２のロール圧下予約システム及び第３のロール圧下一時停止システムを備え、時間軸に対して圧延ロール２における熱影響を製品サイズ、鋼種及びビレットの種類を要素としてデータベースを作成し、各要素から圧延条件に合ったものを選択することによりロール圧下・圧上制御するものである。
第１の圧延ロール冷却による圧下・圧上制御システムは、一定時間圧延が行われなかった場合、圧延ロール２が熱収縮よりロール隙が広がるため、圧延停止時間を考慮してロール隙を自動調整する。そこで、圧延停止時間を自動に計測し、停止時間別に複数段階、例えば３段階：６０秒、１８０秒及び３００秒に分けて、段階毎にロール圧下動作（ロール圧下調整）する。次の圧延材が通過する際、停止時間の長さに応じて圧延ロール２のロール隙を制御して、製品となる圧延材の断面積を均一にする。
また、圧延再開後、ロール圧下制御をしたロール隙を元に戻すため、任意のタイマーカウント後、ロール圧上を行う。当然ながら、圧上動作であるから通材中の圧延材３に対するロール隙の調整の妨げにならない。
第２のロール圧下予約システムは、圧延材３が制御するロールスタンドＳを通過中に、制御装置４が圧下操作指令を行った場合、上記通過が完了した後、ロール圧下を実行するものである。
第３のロール圧下一時停止システムは、ロール圧下動作中、圧延材通過信号を受信した場合、すなわち図２に示すように 制御装置４が圧下操作指令に基づく圧延ロール２の圧下動作過程で、制御装置が圧延材の位置を検出するスタンド入側ＨＭＤからのオン信号を受信した場合は、ロール圧下動作を一時停止する。圧延材３が通過した後、すなわち、スタンド出側ＨＭＤからのオフ信号を受信した場合は、残りの分のロール圧下動作を行う。
ロールの圧下動作中は、制御装置４による自動制御のカウント中であるが、スタンド入側ＨＭＤがロールスタンドＳを次の圧延材３が通過したと認識した場合には、上記カウントはリセットされ、またカウントをゼロからスタートする。

（実施例）
仕上圧延機によって圧延材を間ピッチ３秒で圧延した。圧延材として、線状鋼材を使用した。図３に示すように、圧延が停止されない限り、通材のオフからオンへの圧延のタイミングが３秒間隔で連続される。そして、仕上ロール及び仕上前ロールのロール隙についてはロール温度が安定しているので、基準隙（設定隙）が水平実線τ１に示すように一定に維持され、そして目標単重範囲（目標単位重量の範囲）内の中心にある製品単重値も、水平点線τ２に示すように安定値を確保することができる。単位はｋｇ／ｍであり、上記目標単重範囲の中心の値である単重値が最も精度の良いことを示す。そして、ロール隙の調整のタイミングについては、ロール温度を基準とするので、ロール温度の変化を考慮することを要しない。

圧延が一定時間停止されると、圧延ロールが時間と共に冷やされ、収縮して行き、ロール隙は次第に広がる。
そこで、圧延が一定時間停止しても圧延の単位質量の均一化を図るという本発明の目的を達成するために、本発明では図４に示すように、圧延停止時間を３３０秒（５．５分）にして、この停止時間を除いて間ピッチ３秒で圧延して課題を解決した。
図５は、図４に示す本発明に係るタイミングチャートと比較するためのタイミングチャート例であって、比較例では圧延が止まってもロール隙を自動制御していない。
本実施例及び比較例は、いずれも圧延が停止するまではロールの温度が安定しているので、図４及び図５に示すように、基準隙は一定し、圧延の単重値が安定していることが分かる。
図４に示す本実施例では、圧延停止時間が３３０秒間だけ圧延が止まった場合、圧延停止時間について停止時を起点として６０秒経過、１８０秒経過及び３００秒経過の３段階に分けて、６０秒経過のタイミングで仕上ロール及び仕上前ロールのロール隙を基準隙から−０．０５ｍｍ圧下し、１８０秒経過のタイミングで−０．１０ｍｍ圧下し、そして３００秒経過のタイミングで−０．１５ｍｍ圧下した。圧延停止時間を自動計測して経過する時間を段階的に分けて、段階毎にロール隙の自動圧下（調整）をして、圧延停止によるロール冷却でロール収縮に伴うロール隙の拡大を抑制した。そして、圧延停止時間が経過して、圧延再開の後にはロールが温まり膨張する時間経過のタイミングで仕上げロールのロール隙の基準隙まで自動圧上（調整）をする。再開後の最初（１本目）の圧延材の圧延の単重が横点線τ１２ａに示すように徐々に安定した波形を描き、次の圧延材では横点線τ１２ｂに示すように安定した水平の波形を描き、単重が安定し、単位質量の均一化が達成されたことが分かる。
図５に示す比較例において、圧延が止まっても止まらなくてもロール隙の調整はしないから、基準隙は変わらないから変化を示す波形線は水平実線τ２１を描いている。圧延停止により、上述したようにロールが冷却され収縮、ロール隙が広くなる。このため、圧延再開後では、ロールが温まって行き次第に膨張して、ロール隙が狭くなって行くが、１本目の圧延材については、図５の目標単重値を示す点線τ２２ａが、製品として許容範囲である目標単重範囲の最大限から徐々に製品精度として求める値である目標単重値に近づく経過をたどるが、圧延材の断面積が太くなった。図５に示す比較例では、いわゆる太引きになり、歩留りが低下した。２本目の圧延材については、点線τ２２ｂに示すように本発明と同様に単重値が安定し、歩留りが向上した。図５に示す比較例においても、圧延停止時間を３３０秒とした。
本発明の実施例では圧延再開後の１本目の圧延材から単重値が安定し、単位質量の均一が達成でき、歩留りが向上した。

本発明においては、上述したように、圧延の過程にあっては所定時間圧延が行われないと圧延ロールが冷やされて、ロール隙が広がるので、圧延再開の過程にあっては再び熱膨張してロール隙が元の設定値に戻るまでの間狭くなることを考慮して、ロール隙の最適化を図るために人力によるロール圧下圧上に頼る問題を解消するために、圧下圧上の自動制御することを本質としている。
本発明においては、一定時間圧延を行われなかった場合のその停止時間を自動に計測し、停止時間別に複数段階に分けて各段階毎に圧延ロールを圧下し、この圧下により、次の圧延材が通過した際、停止時間の長さによってロール隙を制御して、一定の単位質量の製品を圧延可能にするものである。
本発明においては、圧延材の各サイズ、圧延温度、鋼種により、様々な圧延条件が生ずるが、実測したデータを基にデータベース化して、最適なロール隙寸法で常に圧延可能にすることにより、製品精度の最適化をするものである。
本発明においては、圧延材３がロールスタンドＳを通過中のタイミングでロール圧下動作の操作指令が出された場合、圧延後すなわち圧延材３がロールスタンドＳを通過した後にロール圧下動作をするロール圧下予約システムを採用して、ロール圧下動作がスムーズになるようにしている。
本発明においては、ロール圧下・圧上動作中のタイミングで、スタンド入側ＨＭＤ信号を受信した場合には、上記動作を一時停止し、圧延後すなわち圧延材３がロールスタンドＳを通過後に残りの調整分のロール圧下・圧上動作する一時停止システムを採用して、ロール圧下・圧上動作を円滑にしている。

本発明に係る圧延ロール圧下圧上自動制御システムを適用する圧延機として、図１に示す例ではＨ−Ｖ方式圧延ラインＬＡに組み込まれている圧延機１Ａについて説明したが、図６に示すＨ−Ｈ方式圧延ラインＬＢに組み込まれている圧延機１Ｂを用いても良い。
圧延機１Ｂの構成部分を示す符号については、圧延機１Ａのそれに付した符号と一致させて、双方の圧延機の対応関係を明確にしている。

Ｓ ロールスタンド
１Ａ，１Ｂ 圧延機
２ 圧延ロール
３ 圧延材
４ 制御装置

Claims (2)

1. 対の圧延ロールを有するロールスタンドを複数基並設すると共にロールスタンドを挟んで入側圧延材検出器と出側圧延材検出器とが配置されかつ制御装置によって制御されている圧延機における上記圧延ロールの圧下圧上を自動制御するシステムであり、
   このシステムは、第１の圧延ロール冷却による圧下・圧上制御システム、第２のロール圧下予約システム及び第３のロール圧下一時停止システムを備え、時間軸に対して圧延ロールにおける熱影響を製品サイズ、鋼種及びビレットの種類を要素としてデータベースを作成し、各要素から圧延条件に合ったものを選択することによりロール圧下・圧上制御するものであり、
   上記第１の圧延ロール冷却による圧下・圧上制御システムは、一定時間圧延が行われなかった場合、圧延停止時間を自動に計測し、圧延停止時間を複数段階に分けて、段階毎の圧延停止時間の長さに応じてロール圧下制御し、
   圧延過程において圧延停止に伴って熱膨張した圧延ロールが膨張前に戻ってロール隙が広がり、圧延再開した場合、圧延ロールが再び膨張してロール圧下制御したロール隙を設定した元の値に戻すため、タイマーカウント後、ロール圧上をするものであり、
   上記第２のロール圧下予約システムは、上記圧延材が通材中に、上記制御装置が圧下操作指令を行った場合、通材中でなくなった時である出側圧延材検出器からのオフ信号を受信した時からロール圧下を実行するものであり、
   上記通材中とは上記ロールスタンドで圧延材の圧延が行われていることを意味するものであり、
   上記第３のロール圧下一時停止システムは、ロール圧下操作指令に基づくロール圧下動作の過程であって、圧延材の位置を検出するスタンド入側圧延材検出器からのオン信号を受信した場合はロール圧下動作を一時停止し、スタンド出側圧延材検出器からのオフ信号を受信した場合は、残りの分のロール圧下動作を行うものである
   ことを特徴とする圧延ロール圧下圧上自動制御システム。
2. 圧延停止時間を３段階に分けて停止中に自動制御によるロール圧下を行うことを特徴とする請求項１記載の圧延ロール圧下圧上自動制御システム。

Images