JP6809490B2

JP6809490B2 - 圧延材の蛇行制御方法、圧延材の蛇行制御装置、及び圧延材の製造方法

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Publication number: JP6809490B2
Application number: JP2018013652A
Authority: JP
Inventors: 青江　信一郎; 信一郎青江; 渉馬場; 三宅　勝; 勝三宅
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: JP2019130551A

Description

本発明は、圧延材の蛇行制御方法、圧延材の蛇行制御装置、及び圧延材の製造方法に関する。

ペイオフリール、圧延機、及びテンションリールを備えたスキンパス圧延ラインでは、鋼板がまだテンションリールに巻き取られていない状態で鋼板を圧延すると、圧延機の出側では鋼板にまだ張力が作用しないために、鋼板の先端部が蛇行しやすくなる。特に熱間スキンパス圧延ラインでは、前工程である熱間圧延工程由来の鋼板の形状不良に起因して鋼板の先端部はさらに蛇行しやすくなる。このため、一般にスキンパス圧延ラインでは、オペレータが、鋼板の通板状況を目視で確認しながら圧延機のレベリング量を操作することによって鋼板の先端部が蛇行することを抑制している。

ところが、テンションリールまでの鋼板の先端部の通板の可否はオペレータの技量に依存し、またオペレータが通板状況を目視で判断しているために鋼板の通板速度（ライン速度）を上げることができない。このため、テンションリールまでの鋼板の先端部の通板作業には多くの時間を要し、生産性を低下させる要因の１つとなっている。このような背景から、オペレータの介入を無くして圧延機のレベリング量を自動制御することによって鋼板の先端部の蛇行を抑制する技術が提案されている。具体的には、非特許文献１には、圧延機の圧延差荷重に基づいて圧延機の平行剛性を適切化するように圧延機のレベリング量を自動制御する方法が記載されている。

"ストリップ圧延における蛇行制御"、日立評論、pp.25-30、Vol.65、No.2、1983-2

しかしながら、上述した非特許文献１に記載の蛇行制御方法では、鋼板の蛇行を抑制する効果（センタリング効果）は大きいが、鋼板の幅方向の板厚の非対称成分（ウェッジ成分）が大きすぎると、鋼板の蛇行量がハンチングしてしまうという問題がある。このため、蛇行量のハンチングを発生させることなく鋼板の先端部が蛇行することを抑制する技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蛇行量のハンチングを発生させることなく圧延材の先端部が蛇行することを抑制可能な圧延材の蛇行制御方法及び圧延材の蛇行制御装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、圧延材の先端部の蛇行を抑制しながら生産性高く圧延材を製造可能な圧延材の製造方法を提供することにある。

本発明に係る圧延材の蛇行制御方法は、ペイオフリール、圧延機、及びテンションリールを備えたスキンパス圧延ラインにおいて圧延材の先端部を通板する際における圧延材の先端部の蛇行量を制御する圧延材の蛇行制御方法であって、前記圧延機の入側及び出側における前記圧延材の蛇行量を測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された前記圧延材の蛇行量と前記圧延機の圧延差荷重とに基づいて前記圧延材の圧延開始時の前記圧延機のレベリング制御を行った後、前記圧延材の圧延開始後の前記圧延機のレベリング量を設定する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延材の蛇行制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、前記圧延材の圧延開始後の前記圧延機のレベリング量を設定した後、圧延材の蛇行制御状態に応じて調整された平行剛性調整パラメータを含む制御則を用いて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機のレベリング量を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延材の蛇行制御装置は、ペイオフリール、圧延機、及びテンションリールを備えたスキンパス圧延ラインにおいて圧延材の先端部を通板する際における圧延材の先端部の蛇行量を制御する圧延材の蛇行制御装置であって、前記圧延機の入側及び出側における前記圧延材の蛇行量を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された前記圧延材の蛇行量と前記圧延機の圧延差荷重とに基づいて前記圧延材の圧延開始時の前記圧延機のレベリング制御を行った後、前記圧延材の圧延開始後の前記圧延機のレベリング量を設定する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る圧延材の製造方法は、本発明に係る圧延材の蛇行制御方法を用いて圧延材の先端部の蛇行を制御しながら圧延材を圧延するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る圧延材の蛇行制御方法及び圧延材の蛇行制御装置によれば、蛇行量のハンチングを発生させることなく圧延材の先端部が蛇行することを抑制可能できる。また、本発明に係る圧延材の製造方法によれば、圧延材の先端部の蛇行を抑制しながら生産性高く圧延材を製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態である蛇行制御装置が適用される熱間スキンパス圧延ラインの構成を示す模式図である。図２は、オペレータが介入する先端通板方法における鋼板の蛇行量を数値シミュレーションにより評価した結果を示す図である。図３は、非特許文献１に記載の平行剛性蛇行制御処理を用いた先端通板方法における鋼板の蛇行量を数値シミュレーションにより評価した結果を示す図である。図４は、本発明の第１の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理を用いた先端通板方法における鋼板の蛇行量を数値シミュレーションにより評価した結果を示す図である。図５は、本発明の第２の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理を用いた先端通板方法における鋼板の蛇行量を数値シミュレーションにより評価した結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である蛇行制御装置の構成及びその動作について説明する。

〔熱間スキンパス圧延ラインの構成〕
図１は、本発明の一実施形態である蛇行制御装置が適用される熱間スキンパス圧延ラインの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である蛇行制御装置が適用される熱間スキンパス圧延ライン１は、ペイオフリール２、ピンチロール３、圧延機４、ガイドロール５、及びテンションリール６を備えている。また、この熱間スキンパス圧延ライン１は、制御系として、ピンチロール３の入側に設置された蛇行計（ＣＰＣセンサ）１１と、圧延機４の出側に設置された蛇行計１２と、コンピュータ等の情報処理装置によって構成された制御装置１３と、を備えている。

この熱間スキンパス圧延ライン１において鋼板Ｓを圧延する際には、まず、コイル状の鋼板Ｓをペイオフリール２に挿入した後、鋼板Ｓの先端部を低速でピンチロール３に案内し、ピンチロール３で鋼板Ｓを圧下する。次に、鋼板Ｓの先端部を低速で圧延機４を介して蛇行計１２の直下まで搬送した後、圧延機４で鋼板Ｓを圧下する。次に、鋼板Ｓが静止している状態又は最低速で移動している状態で後述する入側ウェッジ補償制御処理により圧延機４のレベリング量を設定した後、通常の圧延荷重で且つ圧延機４のレベリング量を固定した状態で鋼板Ｓの先端部をガイドロール５を介してテンションリール６まで低速で搬送する。そして、テンションリール６で鋼板Ｓの先端部をグリップした後、テンションリール６で鋼板Ｓを巻き取りながら低速で通常圧延制御処理（ＡＦＣ（Auto Flatness Control）／ＡＥＣ（Auto Elongation Control）制御処理やＣＰＣ（Center Positioning Control）／ＥＰＣ（Edge Positioning Control）制御処理）を行い徐々に鋼板Ｓの搬送速度（ライン速度）を増速させていく。これにより、熱間スキンパス圧延を施した鋼板Ｓを製造することができる。

このような構成を有する熱間スキンパス圧延ライン１では、制御装置１３が以下に示す入側ウェッジ補償制御処理を実行することにより、蛇行量のハンチングを発生させることなく鋼板Ｓの先端部が蛇行することを抑制する。以下、本発明の第１及び第２の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理について説明する。

〔入側ウェッジ補償制御処理〕
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理では、制御装置１３が、蛇行計１１，１２によって測定された鋼板Ｓの蛇行量と圧延機４の圧延差荷重とに基づいて鋼板Ｓの圧延開始時の圧延機４のレベリング制御を行った後、鋼板Ｓの圧延開始後の圧延機４のレベリング量を設定する。具体的には、制御装置１３は、以下に示す数式（１）を用いてレベリング量Ｓ_ｄｆ＿Ｔを算出し、算出されたレベリング量Ｓ_ｄｆ＿Ｔに従って圧延機４のレベリング制御を行う。

ここで、数式（１）中、Ｔ_Ｔは制御ゲインの逆数（単位は時間）、ｒは圧延機４の圧下率、ｈは圧延機４の入側における鋼板Ｓの板厚、ｂ_ｌは圧延機４のロールチョック距離、ｂは鋼板Ｓの板幅、Ｐは圧延機４の圧延荷重、Ｐ_ｄｆは圧延機４の圧延差荷重、ｙ_ｎは圧延機４の直下における鋼板Ｓの蛇行量（ミル直下蛇行量）の推定値である。ミル直下蛇行量の推定値ｙ_ｎは以下に示す数式（２）により求められる。

ここで、数式（２）中、Ｌ_ＣＰＣは圧延機４から蛇行計１１までの距離、Ｌ_ＷＭは圧延機４から蛇行計１２までの距離、ｙ_ＷＭは蛇行計１２での鋼板Ｓの蛇行量の測定値、ｙ_ＣＰＣは蛇行計１１での鋼板Ｓの蛇行量の測定値を示す。

このレベリング補償制御処理により圧延機４のレベリング量は収束し、その収束値をＳ_{ｄｆ＿Ｔ０}と表すと以下に示す数式（３）が成り立つ。すなわち、収束値Ｓ_{ｄｆ＿Ｔ０}が鋼板Ｓの圧延開始後の圧延機４のレベリング量として設定される。これにより、後述する実施例に示すように、蛇行量のハンチングを発生させることなく鋼板Ｓの先端部が蛇行することを抑制できる。また、鋼板Ｓの先端部の蛇行を抑制しながら生産性高く鋼板Ｓを製造することができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理では、制御装置１３が、鋼板Ｓの圧延開始後の圧延機４のレベリング量Ｓ_{ｄｆ＿Ｔ０}を設定した後、圧延機４の圧延差荷重Ｐ_ｄｆに基づいて圧延機４の平行剛性を適切化するように圧延機４のレベリング量Ｓ_ｄｆを制御する。具体的には、制御装置１３は、以下に示す数式（４）を用いてレベリング量Ｓ_ｄｆを算出し、算出されたレベリング量Ｓ_ｄｆに従って圧延機４のレベリング制御を行う（平行剛性蛇行制御処理）。これにより、後述する実施例に示すように、蛇行量のハンチングを発生させることなく鋼板Ｓの先端部が蛇行することを抑制できる。また、鋼板Ｓの先端部の蛇行を抑制しながら生産性高く鋼板Ｓを製造することができる。

ここで、数式（４）中、Ｔ_Ｈ０は制御ゲインの逆数（単位は時間）、αは平行剛性調整パラメータ（無次元数）、Ｔ_Ｈは進み時間を示す。なお、数式（４）中のＴ_Ｈ×（ｄＰ_ｄｆ／ｄｔ）の項は省略してもよい。

なお、平行剛性の適切化とは、鋼板の蛇行制御状態に応じて平行剛性調整パラメータαを適切な値に調整することを意味する。詳しくは、非特許文献１には、α＜１の場合は蛇行制御不足（発散）、α＝１の場合は蛇行が往復運動（バネ振動のような感じ）、α＞１の場合は蛇行が往復運動しながら徐々に収束すると記載されている。このため、蛇行を安定化させるためにはα≧１とする必要がなる。但し、αの値を大きくしすぎると、初期値に依存してオーバーシュート量が大きくなり、制御対象の固有周期程度の時間（図３に示す例だと３０秒程度）で制御を完了させなければいけない制御対象では逆に蛇行が大きくなりすぎてしまう。図３に示す例はα＝１の事例であるが、αをより大きくするとオーバーシュートでこの振幅がより大きくなってしまい、蛇行制御性能が見かけ上悪くなるので、α＝１が適切となる。

（従来例１）
従来例１として、オペレータが介入する先端通板方法における鋼板Ｓの蛇行量を数値シミュレーションにより評価した。具体的には、まず、コイル状の鋼板Ｓをペイオフリール２に挿入した後（１００ｍｍ程度オフセンターする可能性あり）、鋼板Ｓの先端部を低速でピンチロール３に案内し、ピンチロール３で鋼板Ｓを圧下した。次に、鋼板Ｓの先端部を低速（３０ｍｐｍ）で圧延機４の直下まで搬送した後、圧延機４で１００ｔｆの圧延荷重で鋼板Ｓを圧下した。次に、圧延機４のレベリング量を固定した状態で鋼板Ｓの先端部をガイドロール５を介してテンションリール６まで低速（３０ｍｐｍ）で搬送した。そして、テンションリール６で鋼板Ｓの先端部をグリップした後、テンションリール６で鋼板Ｓを巻き取りながら低速で通常圧延制御処理を行い徐々に鋼板Ｓの搬送速度を増速させた。数値シミュレーションでは、圧延機４の入側ウェッジ量を５０μｍ、圧延機４の入側張力を３ｔｆ、圧延差荷重外乱を＋２％とした。その他の計算条件は以下の表１に示す。

数式シミュレーションの結果を図２（ａ）〜（ｆ）に示す。図２（ａ）〜（ｆ）において時間ｔ＝０は鋼板Ｓの圧延開始時刻、時間ｔ＝２０ｓは鋼板Ｓの先端部がテンションリール（ＴＲ）６に到達した時刻を示す。図２（ｃ）に示すように、オペレータが介入する先端通板方法では、鋼板Ｓの先端部がテンションリール６に到達するまでの間、鋼板Ｓの入側ウェッジ量の影響によって圧延機４の直下（ミル直下）における鋼板Ｓの蛇行量が非常に大きくなり、圧延不能となった。

（従来例２）
従来例２として、非特許文献１に記載の平行剛性蛇行制御処理を用いた先端通板方法における鋼板Ｓの蛇行量を数値シミュレーションにより評価した。具体的には、まず、コイル状の鋼板Ｓをペイオフリール２に挿入した後（１００ｍｍ程度オフセンターする可能性あり）、鋼板Ｓの先端部を低速でピンチロール３に案内し、ピンチロール３で鋼板Ｓを圧下した。次に、鋼板Ｓの先端部を低速（３０ｍｐｍ）で圧延機４の直下まで搬送した後、圧延機４で１８０ｔｆの圧延荷重で鋼板Ｓを圧下した。次に、圧延荷重を保持したまま平行剛性蛇行制御処理を実行して鋼板Ｓの先端部をガイドロール５を介してテンションリール６まで低速（３０ｍｐｍ）で搬送した。そして、テンションリール６で鋼板Ｓの先端部をグリップした後、テンションリール６で鋼板Ｓを巻き取りながら低速で通常圧延制御処理を行い徐々に鋼板Ｓの搬送速度を増速させた。なお、上述した平行剛性蛇行制御処理におけるレベリング制御側として、以下に示す数式（５）を用いた。また、数値シミュレーションでは、数式（５）中のパラメータαの値を１とし、圧延機４の入側ウェッジ量を５０μｍ、圧延機４の入側張力を３ｔｆ、圧延差荷重外乱を＋２％とした。その他の計算条件は上記表１に示した通りである。

数式シミュレーションの結果を図３（ａ）〜（ｆ）に示す。図３（ａ）〜（ｆ）において時間ｔ＝０は鋼板Ｓの圧延開始時刻、時間ｔ＝２０ｓは鋼板Ｓの先端部がテンションリール（ＴＲ）６に到達した時刻を示す。図３（ｃ）に示すように、非特許文献１に記載の平行剛性蛇行制御処理を用いた先端通板方法では、鋼板Ｓの先端部がテンションリール６に到達するまでの間、鋼板Ｓのセンタリング効果は大きいが、鋼板Ｓの入側ウェッジの影響を受けやすく蛇行量がハンチングした。また、制御パラメータのチューニングを行ったが、鋼板Ｓの蛇行を抑止できなかった。

（実施例１）
実施例１として、本発明の第１の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理を用いた先端通板方法における鋼板Ｓの蛇行量を数値シミュレーションにより評価した。具体的には、まず、コイル状の鋼板Ｓをペイオフリール２に挿入した後（１００ｍｍ程度オフセンターする可能性あり）、鋼板Ｓの先端部を低速でピンチロール３に案内し、ピンチロール３で鋼板Ｓを圧下した。次に、鋼板Ｓの先端部を低速（３０ｍｐｍ）で圧延機４の直下まで搬送した後、圧延機４で１８０ｔｆの圧延荷重で鋼板Ｓを圧下した。次に、鋼板Ｓが静止している状態又は最低速で移動している状態で入側ウェッジ補償制御処理により圧延機４のレベリング量を設定した後、１８０ｔｆの圧延荷重で且つ圧延機４のレベリング量を固定した状態で鋼板Ｓの先端部をガイドロール５を介してテンションリール６まで低速（３０ｍｐｍ）で搬送した。そして、テンションリール６で鋼板Ｓの先端部をグリップした後、テンションリール６で鋼板Ｓを巻き取りながら低速で通常圧延制御処理を行い徐々に鋼板Ｓの搬送速度を増速させた。数値シミュレーションでは、入側ウェッジ補償制御処理の時間（鋼板Ｓの圧延開始後の圧延機４のレベリング量Ｓ_{ｄｆ＿Ｔ０}を設定するまでの時間）を２秒、圧延機４の入側ウェッジ量を５０μｍ、圧延機４の入側張力を３ｔｆ、圧延差荷重外乱を＋２％とした。その他の計算条件は上記表１に示した通りである。

数式シミュレーションの結果を図４（ａ）〜（ｆ）に示す。図４（ａ）〜（ｆ）において時間ｔ＝０は鋼板Ｓの圧延開始時刻、時間ｔ＝２０ｓは鋼板Ｓの先端部がテンションリール（ＴＲ）６に到達した時刻を示す。図４（ｃ）に示すように、本発明の第１の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理による先端通板方法によれば、鋼板Ｓの先端部がテンションリール６に到達するまでの間、圧延機４の直下の蛇行量をある程度抑止できた。但し、蛇行量はゼロに収束しておらず、定常偏差が発生した。

（実施例２）
実施例２として、本発明の第２の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理を用いた先端通板方法における鋼板Ｓの蛇行量を数値シミュレーションにより評価した。具体的には、まず、コイル状の鋼板Ｓをペイオフリール２に挿入した後（１００ｍｍ程度オフセンターする可能性あり）、鋼板Ｓの先端部を低速でピンチロール３に案内し、ピンチロール３で鋼板Ｓを圧下した。次に、鋼板Ｓの先端部を低速（３０ｍｐｍ）で圧延機４の直下まで搬送した後、圧延機４で１８０ｔｆの圧延荷重で鋼板Ｓを圧下した。次に、鋼板Ｓが静止している状態又は最低速で移動している状態で入側ウェッジ補償制御処理により圧延機４のレベリング量を設定した後、１８０ｔｆの圧延荷重で数式（４）を用いた平行剛性蛇行制御処理を行って鋼板Ｓの先端部をガイドロール５を介してテンションリール６まで低速（３０ｍｐｍ）で搬送した。そして、テンションリール６で鋼板Ｓの先端部をグリップした後、テンションリール６で鋼板Ｓを巻き取りながら低速で通常圧延制御処理を行い徐々に鋼板Ｓの搬送速度を増速させた。数値シミュレーションでは、入側ウェッジ補償制御処理の時間を２秒、数式（４）中のパラメータαの値を１、圧延機４の入側ウェッジ量を５０μｍ、圧延機４の入側張力を３ｔｆ、圧延差荷重外乱を＋２％とした。その他の計算条件は上記表１に示した通りである。

数式シミュレーションの結果を図５（ａ）〜（ｆ）に示す。図５（ａ）〜（ｆ）において時間ｔ＝０は鋼板Ｓの圧延開始時刻、時間ｔ＝２０ｓは鋼板Ｓの先端部がテンションリール（ＴＲ）６に到達した時刻を示す。図５（ｃ）に示すように、本発明の第２の実施形態である入側ウェッジ補償制御処理による先端通板方法によれば、鋼板Ｓの先端部がテンションリール６に到達するまでの間、圧延機４の直下の蛇行量を抑止できた。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１熱間スキンパス圧延ライン
２ペイオフリール
３ピンチロール
４圧延機
５ガイドロール
６テンションリール
１１，１２蛇行計
１３制御装置
Ｓ鋼板

Claims

ペイオフリール、圧延機、及びテンションリールを備えたスキンパス圧延ラインにおいて圧延材の先端部を通板する際における圧延材の先端部が圧延機の出側からテンションリールに到達するまでの間の圧延材の先端部の蛇行量を制御する圧延材の蛇行制御方法であって、
前記圧延機が前記圧延材の先端部を圧下した後、前記圧延機の入側及び出側における前記圧延材の蛇行量を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された前記圧延材の蛇行量と前記圧延機の圧延差荷重とに基づいて前記圧延材の圧延開始時の前記圧延機のレベリング制御を行った後、前記圧延材の圧延開始後の前記圧延機のレベリング量を設定する制御ステップと、
を含むことを特徴とする圧延材の蛇行制御方法。
前記制御ステップは、前記圧延材の圧延開始後の前記圧延機のレベリング量を設定した後、圧延材の蛇行制御状態に応じて調整された平行剛性調整パラメータを含む制御則を用いて前記圧延機のレベリング量を算出し、算出されたレベリング量に基づいて前記圧延機のレベリング量を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の圧延材の蛇行制御方法。
ペイオフリール、圧延機、及びテンションリールを備えたスキンパス圧延ラインにおいて圧延材の先端部を通板する際における圧延材の先端部が圧延機の出側からテンションリールに到達するまでの間の圧延材の先端部の蛇行量を制御する圧延材の蛇行制御装置であって、
前記圧延機が前記圧延材の先端部を圧下した後、前記圧延機の入側及び出側における前記圧延材の蛇行量を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された前記圧延材の蛇行量と前記圧延機の圧延差荷重とに基づいて前記圧延材の圧延開始時の前記圧延機のレベリング制御を行った後、前記圧延材の圧延開始後の前記圧延機のレベリング量を設定する制御手段と、
を備えることを特徴とする圧延材の蛇行制御装置。
請求項１又は２に記載の圧延材の蛇行制御方法を用いて圧延材の先端部の蛇行を制御しながら圧延材を圧延するステップを含むことを特徴とする圧延材の製造方法。