JP6760252B2 - 圧延機の制御装置および制御方法 - Google Patents

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本発明は、圧延機の制御装置および制御方法に関するものである。
従来から、圧延中の被圧延材が圧延ロールの幅方向中央に安定的に存在せず、圧延の進行とともに圧延ロールの幅方向端部側へ移動してしまう現象(蛇行と呼ばれている)がよく知られている。特に、被圧延材の尾端部が尻抜けする際には、被圧延材がサイドガイドに衝突してエッジ部が折れ込んで圧延される、いわゆる「絞り込み」と呼ばれる圧延トラブルが発生するという問題がある。
これまでに実用化された熱間仕上げ圧延の蛇行制御技術としては、例えば特許文献1や特許文献2に開示された、圧延機の駆動側と作業側の荷重差を用いて駆動側と作業側のロール圧下装置を制御するという技術(一般に「差荷重方式蛇行制御」と呼ばれている)が知られている。
例えば、特許文献2には、下式(2)に示される圧延機の平行剛性値Kを用いて、圧延機のレベリング量ΔSを制御することが記載されている。平行剛性値Kは、圧延ロールの駆動側と作業側の荷重差がある場合において上下ロールの平行度の保ちやすさを示す指標であり、下式(3)により定義される。
Figure 0006760252
Figure 0006760252
上式(2)において、βは制御ゲイン(チューニング率)、ΔPは圧延ロールにおける駆動側の圧延荷重と作業側の圧延荷重との差(圧延荷重差)である。上式(3)において、Sdfは圧延ロールの駆動側と作業側のロール開度差(圧下スクリュー位置)である。すなわち、ΔP/Kは、圧延ロールにおけるロール開度の幅方向偏差を表す。
そして、圧延中に被圧延材が蛇行した場合、圧延機の駆動側と作業側との間に圧延荷重差ΔPが生じる。この場合、駆動側と作業側とのうち圧延荷重が高い側、すなわち被圧延材が蛇行した側では、ロール開度が大きくなり圧下量が減少する。その結果、圧延ロールの駆動側と作業側で被圧延材の圧下量に差が生じ、被圧延材の左右速度に差が生じるため被圧延材が回転してしまう。そして、傾斜した被圧延材が圧延ラインを進行すると、被圧延材の進行につれて蛇行量が増大し、これが原因でさらに大きな蛇行を発生させてしまう。そのため、蛇行量は加速度的に増大することになる。
これに対して、特許文献2に記載の差荷重方式蛇行制御では、上式(2)を用いてロール開度の幅方向の偏差を補正することにより、圧延ロールにおける上下のロール間隔を平行に保ち、被圧延材の蛇行を制御することが可能となる。
また、被圧延材の定常部を圧延している間は、たとえ圧延ロールの作業側と駆動側で圧下量が異なり蛇行発生の要因が生じていても、上流の圧延スタンドのロールに被圧延材が拘束されており、蛇行が抑制されている。しかしながら、尾端部が上流の圧延スタンドを抜けると被圧延材の拘束が無くなるため、それまで潜在化していた両端のアンバランスが一挙に顕在化し、大きな蛇行を生じる恐れがある。
このような背景から、特許文献3には、定常部を圧延している際に蛇行発生の要因を検出して、尾端部での蛇行発生を抑制するための技術が提案されている。
特許文献3に記載の方法では、圧延スタンド間のルーパーに作用する荷重を測定することで被圧延材の張力の幅方向分布を検出し、レベリングによって張力を補正する。蛇行は、圧延ロールの作業側と駆動側の圧下率の違いが要因となって生じ、圧下率が大きい側は圧延スタンド間での張力が小さくなる。そのため、圧延スタンド間のルーパーにて張力差を検出して、左右の張力差がなくなるようにレベリング量を制御することで、蛇行発生を防止することが可能となる。
特開昭49−133256号公報 特開昭52−124453号公報 特開2004−243376号公報
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載の差荷重方式蛇行制御では、蛇行の結果として生じた荷重差に基づいてロール開度差の制御を行うので、蛇行を未然に防止することはできない。圧延ロールの駆動側と作業側の圧延荷重差ΔPを検出した時には既に被圧延材の蛇行が発生しているため、差荷重方式蛇行制御は既に発生した蛇行を修正しているに過ぎない。さらに、上式(2)中の制御ゲイン(チューニング率)であるβを大きく設定することによりロール開度差の制御応答を速くすることができるが、この場合には過修正となってしまう場合が多く、制御が不安定になる。このように、差荷重方式蛇行制御では既に発生した蛇行に追従することにも限界が存在する。
また、特許文献3に記載の方法では、蛇行の発生を未然に防ぐために、定常部を圧延している間に測定した張力の左右差、つまり圧下量の左右差が無くなるように左右圧下バランスを修正する。しかし、圧延スタンド間の張力の左右差は上流側と下流側の両側の圧延の結果として生じるものであるため、上流側と下流側のどちらの圧延機の左右圧下バランスを修正すべきかは、1つの圧延スタンド間の張力左右差のみでは決定できない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、圧延時に尾端部の蛇行発生を確実に抑制することができる圧延機の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係る圧延機の制御装置は、圧延材の蛇行量を制御する制御装置であって、圧延材の圧延スタンド入側と出側での幅方向板厚プロフィルを測定する板厚プロフィル測定手段と、測定された前記圧延材の圧延スタンド入側と出側での幅方向板厚プロフィルに応じて圧延機のレベリング量を変更するレベリング制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係る圧延機の制御方法は、圧延材の蛇行量を制御する制御方法であって、圧延材の圧延スタンド入側と出側での幅方向板厚プロフィルを測定する板厚プロフィル測定ステップと、測定された前記圧延材の圧延スタンド入側と出側での幅方向板厚プロフィルに応じて圧延機のレベリング量を変更するレベリング制御ステップとを含むことを特徴とする。
本発明に係る圧延機の制御方法は、上記発明において、前記レベリング制御ステップは、前記圧延機のレベリング量ΔSを、下式(1)に基づいて求めるステップを含むことを特徴とする。
Figure 0006760252
ただし、式(1)において、Hinは圧延機入側の幅方向中央板厚、Houtは圧延機出側の幅方向中央板厚、iは圧延材板幅方向の評価点、Nは圧延材板幅方向の評価点の総数、Win,iは圧延材板幅方向の評価点iでの圧延機入側板ウェッジ、Wout,iは圧延材板幅方向の評価点iでの圧延機出側板ウェッジ、αはチューニング率である。
本発明によれば、圧延材の圧延スタンド入側と出側の板厚プロフィルに応じてレベリング量を制御することで、尾端部の蛇行発生を抑制することが可能となる。
図1は、実施形態で適用される熱間圧延ラインの一例を示す模式図である。 図2は、実施形態における圧延機の制御装置を模式的に示す図である。 図3は、圧延材の板ウェッジを説明するための図である。 図4は、実施例1における絞り込みトラブルの発生本数率を示す図である。 図5は、実施例2における絞り込みトラブルの発生本数率を示す図である。
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態における圧延機の制御装置および制御方法について具体的に説明する。なお、本実施形態は、熱間圧延ラインに適用される場合を例にしている。
[1.熱間圧延ライン]
図1は、実施形態で適用される熱間圧延ラインの一例を示す模式図である。熱間圧延ライン1において、加熱炉2で加熱された被圧延材(スラブ)3は、幅圧下装置4で幅圧下された後、通常2〜5基程度の粗圧延機5によって所定の厚みまで圧延される。その後、仕上げ圧延機6によってさらに薄く圧延された被圧延材3は、ランアウトテーブル7を通板しているときに水冷装置8によって水冷されコイラ9によってコイル状に巻き取られる。その後、コイルはコイルヤードで常温になるまで冷却される。
[2.圧延機の制御装置]
図2は、実施形態における圧延機の制御装置を模式的に示す図である。圧延機の制御装置10は、仕上げ圧延機6による圧延時に被圧延材3の蛇行量を制御し、尾端部の蛇行発生を未然に抑制するための制御装置である。その制御装置10は、仕上げ圧延機6のレベリング量ΔSを制御する際、定常部圧延中での圧延スタンド入側と出側の幅方向板厚プロフィルの変化に応じて、レベリング量ΔSを操作するように構成されている。レベリング量ΔSは、仕上げ圧延機6の圧延ロールの作業側および駆動側のロール圧下位置差であり、「作業側および駆動側のうちの一方の圧下位置から他方の圧下位置を引いた差」として定義される。駆動側とは、圧延ロールのロール端にロール駆動用モータが取り付けられている側のことであり、作業側とは、その反対側のことである。なお、この説明で記載する「左右」と「幅方向」と「板幅方向」とは同義である。
詳細には、仕上げ圧延機6は、複数の圧延スタンド60により構成され、各スタンドに設けられた圧下装置61によってレベリング量ΔSを調整できる。図2に示す圧延スタンド60は、作業ロール60aと補強ロール60bとからなる4段圧延機により構成されている。圧下装置61は制御装置10によって制御される。
制御装置10は、仕上げ圧延機6で被圧延材3を圧延中に、板厚プロフィル測定装置11によって、圧延スタンド60の入側と出側で被圧延材3の幅方向板厚プロフィルを測定する。板厚プロフィル測定装置11は、被圧延材3にX線を透過して被圧延材3の板厚を測定するように構成される。
図2に示すように、板厚プロフィル測定装置11は、圧延スタンド60の入側に配置された入側の板厚プロフィル測定装置11aと、圧延スタンド60の出側に配置された出側の板厚プロフィル測定装置11bとを含む。入側の板厚プロフィル測定装置11aは圧延スタンド60の入側で被圧延材3の幅方向板厚プロフィルを測定する。出側の板厚プロフィル測定装置11bは圧延スタンド60の出側で被圧延材3の幅方向板厚プロフィルを測定する。
そして、入側および出側の板厚プロフィル測定装置11a,11bで測定された幅方向板厚プロフィル(測定値)は演算装置12に入力される。制御装置10は、それらの測定値に基づいて演算装置12によって入側の幅方向板厚プロフィルと出側の幅方向板厚プロフィルとの変化量を計算し、その変化量に応じて仕上げ圧延機6のレベリング量ΔSを制御する。なお、入側の板厚プロフィル測定装置11aと出側の板厚プロフィル測定装置11bとを特に区別しない場合には、一括して板厚プロフィル測定装置11と記載する。
演算装置12は、CPUや記憶装置を備えた演算用コンピュータなどにより構成され、板厚プロフィル測定装置11から入力される情報や、記憶装置に記憶されている情報などに基づいて各種演算処理を行い、その演算結果に応じて圧下装置61を制御する。具体的には、演算装置12は、板厚プロフィル測定装置11により測定された被圧延材3の圧延スタンド60の入側と出側での幅方向板厚プロフィルに応じて仕上げ圧延機6のレベリング量ΔSを変更するレベリング制御手段を備える。なお、制御装置10全体としては、演算装置12と圧下装置61とをまとめてレベリング制御手段ということができる。
そして、本実施形態では、定常部を圧延中での圧延スタンド60の入側と出側での幅方向板厚プロフィルの変化に応じて、レベリング量ΔSを操作する。圧延材の蛇行は、圧下量の左右差、すなわち圧延による伸びの左右差に起因して生じるため、幅方向板厚偏差(板幅方向各位置の板厚と板幅中央板厚との差)の圧延前後の変化が無いようにレベリング量ΔSを操作することで、蛇行の発生を未然に防止することができる。
[3.圧延機の制御方法]
ここで、実施形態における圧延機の制御方法について説明する。この制御方法は上述した制御装置10により実施される。
まず、図3を参照して、圧延材の板ウェッジについて説明する。板幅方向の評価点iは、例えば圧延材の板両端から25mm(i=1)、75mm(i=2)、200mm(i=3)のように、板端部からの距離に応じて決定する。そして、板ウェッジWは、板幅方向中央の板厚Hと各評価点iでの板厚の左右差を表す。圧延機入側での板ウェッジWin,iと圧延機出側での板ウェッジWout,iとで表せる。図3に示す例は、圧延機の出側について、板幅中央板厚Houtに対する各評価点iでの作業側板厚差dHFiと駆動側板厚差dHDiとの差(板厚の左右差)を表すものである。i=1の評価点ではWout,1=dHF1−dHD1、i=2の評価点ではWout,2=dHF2−dHD2、i=3の評価点ではWout,3=dHF3−dHD3のように表せる。評価点iの数は多いほどよいが、板幅中央近辺では幅方向板厚差が小さく、板厚測定誤差の影響を受けやすいため、おおむね板端からの距離は最大300mm、最大5点程度とすることが望ましい。
次に、レベリング量ΔSの算出方法について説明する。レベリング量ΔSは、板幅方向の評価点iの重み付け係数αを用い、下式(1)により決定される。
Figure 0006760252
上式(1)において、ΔSはレベリング量[mm]、Hinは圧延機入側の幅方向中央板厚[mm]、Houtは圧延機出側の幅方向中央板厚[mm]、iは圧延材板幅方向の評価点、Nは圧延材板幅方向の評価点の総数、Win,iは圧延材板幅方向の評価点iでの圧延機入側板ウェッジ[mm]、Wout,iは圧延材板幅方向の評価点iでの圧延機出側板ウェッジ[mm]、αは幅方向評価点の重み付け係数である。
レベリング量ΔSは作業側と駆動側のロール圧下位置差である。重み付け係数αは板幅方向のどの位置でのウェッジ変化を重視して蛇行制御を用いるかを決定するパラメータである。この重み付け係数αは板厚、板幅、圧延荷重に応じて設定すればよいが、おおむね板端部から50〜200mmの範囲を大きく設定することが望ましい。
そして、図2に示す演算装置12は、上式(1)を用いてレベリング量ΔSを算出し、そのレベリング量ΔSに応じた指令信号を圧下装置61に出力する。
[4.実施例1]
実施例1では、作業ロールと補強ロールからなる4段圧延機をF1〜F7の全7スタンドを有する仕上げ圧延機6が設けられた熱間圧延ライン1に、上述した実施形態を適用して検証を行った。実施例1における仕上げ圧延機6の設備仕様を表1に示す。
Figure 0006760252
また、実施例1では、被圧延材3として、板厚1.2〜3.0mm、板幅1000〜1200mmの低炭素鋼の熱延板を対象とした。そして、その熱延板(被圧延材3)を熱間圧延し、尾端部の絞り込みトラブルの発生率を調査した。調査したコイルは832コイルである。さらに、実施例1では、板幅方向評価点を板端から25mm、75mm、150mmの3点とし、αを3.0、αを3.2、αを3.0に設定した。一方、従来技術(従来例)として、ほぼ同一寸法の熱延鋼板に対して、上式(2)にてチューニング率βを1.0に設定して圧延を行った。
図4は、実施例1における絞り込みトラブルの発生本数率を示す図である。図4に示すように、従来例の発生本数率1.1%に対して、実施例1(本発明)の発生本数率は0.1%であった。この検証結果から、上述した実施形態を熱間圧延ライン1に適用することによって、絞り込みトラブルの発生本数率を従来例よりも約90%低減できることが分かった。
[5.実施例2]
実施例2では、作業ロールと補強ロールからなる4段圧延機をF1〜F4、作業ロールと中間ロールと補強ロールからなる6段圧延機をF5〜F7とする全7スタンドを有する仕上げ圧延機6が設けられた熱間圧延ライン1に、上述した実施形態を適用して検証を行った。実施例2における仕上げ圧延機6の設備仕様を表2に示す。
Figure 0006760252
また、実施例2では、被圧延材3として、板厚1.8〜2.4mm、板幅1200〜1300mmの低炭素鋼の熱延板を対象とした。そして、その熱延板を熱間圧延し、尾端部の絞り込みトラブルの発生率を調査した。調査したコイルは611コイルである。なお、従来例は、上述した実施例1での従来例と同様である。
図5は、実施例2における絞り込みトラブルの発生本数率を示す図である。図5に示すように、従来例の発生本数率0.85%に対して、実施例2(本発明)での発生本数率は0.05%であった。この検証結果から、絞り込みトラブルの発生本数率を従来例よりも劇的に低減できることが確認できた。
以上説明した通り、実施形態によれば、圧延材の圧延スタンド入側と出側の板厚プロフィルに応じてレベリング量を制御することで、尾端部の蛇行発生を抑制することが可能となる。
また、実施形態によるレベリング量ΔSは、尾端部を圧延する直前に操作をすることにより尾端部の蛇行抑制に大きな効果を得られる。この操作タイミングに限らず、定常部での圧延にて上流スタンドのレベリング操作を行った場合などを合わせて複数回実施しても構わない。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、板厚プロフィル測定装置11は、X線の他に、板厚の大きな上流側スタンドではγ線を用いても構わない。また、その測定範囲は板幅方向の評価点iをカバーできればよいので、必ずしも被圧延材3の板幅方向全領域を板厚測定する必要はない。さらに、板厚プロフィル測定装置11はX線透過による板厚測定装置に限定されない。例えば、レーザ距離計などにより構成された板厚プロフィル測定装置11であってもよい。
1 熱間圧延ライン
3 被圧延材
6 仕上げ圧延機
10 制御装置
11 板厚プロフィル測定装置
12 演算装置
60 圧延スタンド
60a 作業ロール
60b 補強ロール
61 圧下装置

Claims (3)

  1. 圧延材の蛇行量を制御する制御装置であって、
    圧延材の圧延スタンド入側と出側での幅方向板厚プロフィルを測定する板厚プロフィル測定手段と、
    前記圧延材の定常部を圧延中の圧延スタンドの入側と出側で前記板厚プロフィル測定手段により測定された前記幅方向板厚プロフィルに応じて圧延機のレベリング量を変更するレベリング制御手段とを備え
    前記レベリング制御手段は、
    前記幅方向板厚プロフィルに基づいて、前記圧延材の幅方向両側となる前記圧延スタンドの作業側と駆動側で、前記圧延材の板端部からの距離が等しい位置となる一対の位置を、評価点に決定するとともに、前記板端部からの距離を複数設定することにより前記評価点を複数設定する評価点決定手段と、
    前記圧延スタンドの入側と出側で、前記圧延材の幅方向中央の板厚に対する各評価点での板厚差として、各評価点における前記作業側の板厚差と前記駆動側の板厚差とを算出する板厚差算出手段と、
    各評価点における前記作業側の板厚差と前記駆動側の板厚差との差により求まる板ウェッジとして、前記圧延スタンドの入側の各評価点から求まる入側板ウェッジと、前記圧延スタンドの出側の各評価点から求まる出側板ウェッジとを算出する板ウェッジ算出手段と、
    前記入側板ウェッジと前記出側板ウェッジとの変化量を算出し、その変化量に応じて、前記入側板ウェッジに対する前記出側板ウェッジの変化がなくなるように前記レベリング量を操作するレベリング量決定手段と、を有する
    ことを特徴とする圧延機の制御装置。
  2. 圧延材の蛇行量を制御する制御方法であって、
    圧延材の圧延スタンド入側と出側での幅方向板厚プロフィルを測定する板厚プロフィル測定ステップと、
    前記圧延材の定常部を圧延中の圧延スタンドの入側と出側で測定された前記幅方向板厚プロフィルに応じて圧延機のレベリング量を変更するレベリング制御ステップとを含み、
    前記レベリング制御ステップは、
    前記幅方向板厚プロフィルに基づいて、前記圧延材の幅方向両側となる前記圧延スタンドの作業側と駆動側で、前記圧延材の板端部からの距離が等しい位置となる一対の位置を、評価点に決定するとともに、前記板端部からの距離を複数設定することにより前記評価点を複数設定する評価点決定ステップと、
    前記圧延スタンドの入側と出側で、前記圧延材の幅方向中央の板厚に対する各評価点での板厚差として、各評価点における前記作業側の板厚差と前記駆動側の板厚差とを算出する板厚差算出ステップと、
    各評価点における前記作業側の板厚差と前記駆動側の板厚差との差により求まる板ウェッジとして、前記圧延スタンドの入側の各評価点から求まる入側板ウェッジと、前記圧延スタンドの出側の各評価点から求まる出側板ウェッジとを算出する板ウェッジ算出ステップと、
    前記入側板ウェッジと前記出側板ウェッジとの変化量を算出し、その変化量に応じて、前記入側板ウェッジに対する前記出側板ウェッジの変化がなくなるように前記レベリング量を操作するレベリング量決定ステップと、を含む
    ことを特徴とする圧延機の制御方法。
  3. 前記レベリング制御ステップは、各評価点が設定された前記板端部からの距離に応じて重み付け係数を設定する重み付けステップをさらに含み、
    前記レベリング量決定ステップは、各評価点に設定された前記重み付け係数を用いて、各評価点での前記入側板ウェッジと前記出側板ウェッジとの変化量を算出するステップを含み、
    前記評価点は、前記板端部からの距離が最大300mmとなる範囲内に複数設定され、
    前記重み付け係数は、前記板端部から50〜200mmの範囲で大きく設定される
    ことを特徴とする請求項2に記載の圧延機の制御方法。
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