JP7131532B2 - 巻取制御装置、コイラー、巻取制御方法および熱間圧延金属帯の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延された金属帯を巻き取るマンドレルの回転速度を制御する巻取制御装置およびそれを有する熱間圧延金属帯用コイラー、ならびに、熱間圧延金属帯の巻取制御方法およびそれを用いる熱間圧延金属帯の製造方法に関する。

従来から、鉄鋼分野において、千数百℃程度に加熱した金属材料を一対のロールの挟圧作用および回転作用によって薄く延ばし、その後、この圧延した帯状の金属材料（以下、ストリップという）をコイル状に巻き取るライン、所謂、熱間圧延ラインが広く知られている。

熱間圧延ラインでは、一般に、加熱後の金属材料を所望の厚さに圧延する仕上ミルの後段に、ピンチロールおよびコイラーが配置され、仕上ミルから送出されたストリップをピンチロールの回転作用によってコイラーへ導き、その後、コイラーの回転によってストリップを順次巻き取る。なお、このコイラーの回転心棒としては、通常、マンドレルが用いられ、駆動源によってマンドレルを回転させることによって、コイラーはストリップを巻き取ることができる。

このような熱間圧延ラインにおいては、ストリップが仕上ミルから送出されてからピンチロールを介してコイラーに巻き付くまでの期間、コイラーがストリップを適切に巻き取り始めるようにするために、ピンチロールおよびマンドレルの回転速度が制御される。

一方、仕上ミルから送出されているストリップがピンチロールを介してコイラーに巻き取られている期間では、ストリップに対する仕上ミルの挟圧作用およびマンドレルの回転作用によって、仕上ミルとマンドレルとの間のストリップに張力が負荷される。この状態においては、巻き取られるまでのストリップにかかる張力を適切なものに制御するため、マンドレルの回転速度が制御され、このマンドレルの制御を通じてストリップの巻取速度が制御される。一方、ピンチロールは、この期間、ストリップに対して特に負荷を加えず、マンドレルに向かう方向へストリップを送出する役割を果たす。

なお、このような熱間圧延ラインに関連する従来技術として、例えば、特許文献１は、ストリップが仕上圧延機から抜け出る前まで、ストリップを巻き取るマンドレルを電流制御によって駆動し、ストリップが仕上圧延機から抜け出た後に、このマンドレルを速度制御する装置を開示している。また、特許文献２は、ストリップ尾端が仕上スタンドを抜け出てからストリップの巻き取りが完了するまでの期間、マンドレルを速度制御するとともに、このマンドレルにかかる負荷電流値が、仕上スタンドからのストリップ尾端の抜け出し直前の電流値と常に一致するように、ピンチロールを速度制御する巻取制御方法を開示している。

また、特許文献３は、ストリップの送り速度に比してピンチロールの周速を抑えた際に生じるストリップの擦り疵を抑制できる範囲に、この送り速度と周速とを制御する方法を開示している。

特開平７－７５８２４号公報 特開昭６３－８０９２１号公報 特開平８－２５７６３６号公報

ところで、上述した熱間圧延ラインにおいては、製品としてのストリップの品質向上という観点から、ストリップを巻き取る際に発生するストリップの擦り疵または折れ曲がり等の品質不良の低減のみならず、ストリップをコイル状に巻き取った際の形状（以下、コイル巻き形状という）の向上にも着目する必要がある。ストリップの品質を向上するために、熱間圧延ラインにおけるストリップの張力、特に、仕上ミルからピンチロールを介してマンドレルに至るまでの間にストリップに負荷される張力の変動に留意してストリップの巻取速度を制御する必要がある。

また、特に鉄鋼の熱間圧延ラインにおいては、高い生産性を確保するために先行材と後続材のピッチを短縮する必要があり、従って、ストリップ先尾端の衝突防止や巻取装置の設定切替時間確保のためにミルペーシング制御による搬送予測と搬送実績を合致させる必要がある。さらに、材質の作り込み上重要である巻取温度制御精度向上に対しても水冷時間予測と実績の合致が必要である。

上記したように、熱間圧延ラインにおいては、ストリップの品質向上と、高い生産性や巻取温度制御精度向上を並立させる必要がある。そのために、ストリップの張力変動に影響されることなく、ストリップ巻取時のマンドレルの回転速度を指令に忠実に制御する必要がある。しかしながら、従来技術では、ストリップ尾端の速度制御を確実に実施することが困難である。

特許文献１や２に開示のように、ストリップが仕上ミルを抜けた後のマンドレルモーター制御を速度制御とする方法では、尾端部が仕上ミルを抜けたときにマンドレルモーターを速度制御に切替えると、速度制御に切り替えたタイミングで瞬間的に張力抜けが発生し、マンドレルが減速することでコイル巻形状の不良部が発生する。また、マンドレル上で現在巻取中のコイルサイズ（径や板幅）により速度制御性が異なる欠点がある。

特許文献３に開示のように、マンドレルモーターの制御がトルク制御下で、ストリップが仕上ミルを抜けた後のマンドレル速度指令値と実績値の偏差に応じて、比例積分等によりトルク指令を補償する方法では、マンドレル上で現在巻取中のコイルサイズ（径や板幅）により速度制御性が異なる欠点がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、前記課題であるストリップの巻取速度制御を瞬間的な張力抜けを生じることなく、コイルサイズが異なってもほぼ同一な制御性を確保することが可能な巻取制御装置およびその装置を有するコイラー、ならびに巻取制御方法およびその方法を用いた熱間圧延金属帯の製造方法を提案することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる巻取制御装置は、熱間圧延された金属帯を巻き取るマンドレルの回転速度を制御する巻取制御装置において、トルク指令値を受信し、受信した前記トルク指令値によって指示されたトルクを前記マンドレルに伝達して前記マンドレルを回転させるとともに、前記トルクに応答して回転した前記マンドレルの回転速度応答値を示す回転速度応答信号を出力する駆動部と、前記マンドレルの回転速度を指示する回転速度指令信号を受け付け、フィードバックされた前記回転速度応答信号に示される前記回転速度応答値を用いて回転速度偏差を出力する速度偏差計算部と、巻取中のコイルを含む慣性モーメントと前記回転速度偏差とを乗じて、該回転速度偏差を解消するためのトルク補正指令値を出力する回転速度制御部と、前記金属帯の張力を制御するためのトルク値を指示するトルク指令信号を受け付け、前記トルク補正指令値を用いて、前記トルク指令信号のトルク値を補正して、前記駆動部にトルク指令値を出力するトルク指令計算部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる巻取制御装置は、熱間圧延された金属帯を巻き取るマンドレルの回転速度を制御する巻取制御装置において、トルク指令値を受信し、受信した前記トルク指令値によって指示されたトルクを前記マンドレルに伝達して前記マンドレルを回転させるとともに、前記トルクに応答して回転した前記マンドレルに巻き取られる前記金属帯の板速度応答値を示す板速度応答信号を出力する駆動部と、前記金属帯の板速度を指示する板速度指令信号を受け付け、フィードバックされた前記板速度応答信号に示される板速度応答値を用いて板速度偏差を出力する速度偏差計算部と、巻取中のコイルを含む慣性モーメントをコイル径で除した値と前記板速度偏差とを乗じて、該板速度偏差を解消するためのトルク補正指令値を出力する回転速度制御部と、前記金属帯の張力を制御するためのトルク値を指示するトルク指令信号を受け付け、前記トルク補正指令値を用いて、前記トルク指令信号のトルク値を補正して、前記駆動部にトルク指令値を出力するトルク指令計算部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかるコイラーは、上記いずれかの巻取制御装置を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる巻取制御方法は、熱間圧延された金属帯を巻き取るマンドレルの回転速度を制御する巻取制御方法において、駆動部によって前記マンドレルにトルクを伝達して前記マンドレルを回転するとともに、前記トルクに応答して回転した前記マンドレルの回転速度応答値を取得し、前記マンドレルの回転速度指令値と前記駆動部からフィードバックされた前記回転速度応答値との回転速度偏差を解消するトルク値をコイルサイズで補正するとともに、前記金属帯の張力を制御するトルク値を加算したトルクによって、前記駆動部に対し前記マンドレルを回転するよう指示することを特徴とする。

また、本発明にかかる巻取制御方法は、熱間圧延された金属帯を巻き取るマンドレルの回転速度を制御する巻取制御方法において、駆動部によって前記マンドレルにトルクを伝達して前記マンドレルを回転するとともに、前記トルクに応答して回転した前記マンドレルに巻き取られる前記金属帯の板速度応答値を取得し、前記金属帯の板速度指令値と前記駆動部からフィードバックされた前記板速度応答値との板速度偏差を解消するトルク値をコイルサイズで補正するとともに、前記金属帯の張力を制御するトルク値を加算したトルクによって、前記駆動部に対し前記マンドレルを回転するよう指示することを特徴とする。

また、本発明にかかる熱間圧延金属帯の製造方法は、上記いずれかの巻取制御方法を用いて、金属帯を熱間圧延することを特徴とする。

本発明の巻取制御装置および巻取制御方法によれば、板速度やマンドレルの回転速度の指令値とフィードバックされた板速度や回転速度との偏差を解消するためのトルク補正にコイルサイズを考慮したので、張力変動やコイルサイズによらず、指令に忠実にマンドレルの回転速度を制御して、安定的にストリップを巻き取ることができるという効果を奏する。

また、本発明のコイラーによれば、上記巻取制御装置を有するものであるので、指令に忠実にマンドレルの回転速度を制御して、安定的にストリップを巻き取ることができるという効果を奏する。
また、本発明の熱間圧延金属帯の製造方法によれば、上記巻取制御方法を用いるものであるので、ストリップの品質向上と、高い生産性や巻取温度制御精度向上を並立させることが可能となる。

本発明の実施の形態にかかる熱間圧延金属帯の巻取制御装置の一構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかる熱間圧延金属帯の巻取制御装置の他の構成例を示すブロック図である。 従来の熱間圧延金属帯の巻取制御装置の一例を示す概略構成図である。 従来の熱間圧延金属帯の巻取制御装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明にかかる巻取制御方法を用いて金属帯の巻取り速度をシミュレーションしたグラフであって、（ａ）は板速度指令値の時間変化を表し、（ｂ）は張力外乱の時間変化を表し、（ｃ）は板速度偏差ΔＶｓの時間変化を表す。 図３に示す張力制御を速度制御に切り替える巻取制御方法を用いて金属帯の巻取り速度をシミュレーションしたグラフであって、（ａ）は板速度指令値の時間変化を表し、（ｂ）は張力外乱の時間変化を表し、（ｃ）は板速度偏差ΔＶｓの時間変化を表す。 図４の従来法にかかる巻取制御方法を用いて金属帯の巻取り速度をシミュレーションしたグラフであって、（ａ）は板速度指令値の時間変化を表し、（ｂ）は張力外乱の時間変化を表し、（ｃ）は板速度偏差ΔＶｓの時間変化を表す。

発明者は、上記課題を解決するにあたり、鉄鋼の熱間圧延において、巻取制御の改善に努める中で、コイルサイズの相違によってストリップ尾端部の速度制御応答性および制御偏差に大きな相違があることから、ストリップの速度制御の調整に最適な手段を検討した。
マンドレルの加減速に必要なトルクＴｒ［Ｎ・ｍ］は下記数式（１）で与えられる。
Ｔｒ＝Ｊ・（ｄω／ｄｔ）
＝Ｊ・（２π／６０）・（ｄＮｒ／ｄｔ） ・・・（１）
＝Ｊ・（２π／６０）・｛１／（πＤ）｝・（ｄＶｓ／ｄｔ）
ここで、Ｊはマンドレルおよびコイルの慣性モーメント［ｋｇ・ｍ^２］、
ωは角速度［ｒａｄ／ｓ］、
Ｎｒは回転速度［１／ｍｉｎ］、
Ｖｓはストリップの板速度［ｍ／ｍｉｎ］、
Ｄはコイル直径［ｍ］を表す。
なお、本発明においては、コイルを含む慣性モーメントはＪで示される。
数式（１）を変形して下記数式（２）が得られる。
（ｄＮｒ／ｄｔ）＝６０／（２πＪ）・Ｔｒ
（ｄＶｓ／ｄｔ）＝６０πＤ／（２πＪ）・Ｔｒ ・・・（２）
一方、電動機の速度制御において、回転速度Ｎｒの指令値と実績値との偏差をΔＮｒとし、板速度Ｖｓの指令値と実績値との偏差をΔＶｓとすると、比例制御は下記数式（３）で表される。
Ｔｒ∝ΔＮｒ∝｛１／（πＤ）｝・ΔＶｓ ・・・（３）
ここで、コイル径によらず、回転速度制御の応答性を一定に保つためには、（ｄＮｒ／ｄｔ）／ΔＮｒを一定に保つ必要があり、下記数式（４）を満足する必要がある。
Ｋｒ＝（１／Ｊ）・（Ｔｒ／ΔＮｒ）
Ｔｒ＝Ｋｒ・Ｊ・ΔＮｒ ・・・（４）
ここで、Ｋｒは回転速度制御の比例定数を表す。
また、板速度制御の応答を一定に保つためには、（ｄＶｓ／ｄｔ）／ΔＶｓを一定に保つ必要があり、下記数式（５）を満足する必要がある。
Ｋｓ＝（Ｄ／Ｊ）・（Ｔｒ／ΔＶｓ）
Ｔｒ＝Ｋｓ・（Ｊ／Ｄ）・ΔＶｓ ・・・（５）
ここで、Ｋｓは板速度制御の比例定数を表す。

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる巻取制御装置および巻取制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明の実施の形態にかかる巻取制御装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる巻取制御装置の一構成例を示すブロック図である。この実施の形態にかかる巻取制御装置２０は、図１に示す熱間圧延ラインの仕上ミル１から送出されたストリップ４をコイラーのマンドレル３によって巻き取る際、マンドレル３に生じる張力に応じてマンドレル３の回転速度を制御する装置である。

すなわち、図１に示すように、この巻取制御装置２０は、マンドレル３を回転させる駆動電動機６とトルク指令信号に応じて駆動電動機６に流す電流を制御する電流制御装置８とマンドレル３の回転速度検出器とを持つ駆動部と、マンドレル３の回転速度を指示する速度指示装置（図示せず）からの回転速度指令信号Ｓ１１を受け付け、回転速度検出器９からフィードバックされたマンドレル３の回転速度応答信号Ｓ１３に示される回転速度応答値を用いて回転速度偏差を指示する回転速度信号Ｓ１２を出力するマンドレル回転速度偏差計算部１０と、巻取中のコイルを含む慣性モーメントＪと前記回転速度信号Ｓ１２とを用いて、前記回転速度偏差を解消するためのトルク補正指令信号Ｓ３２を出力する回転速度制御部としてのマンドレル回転速度制御装置７と、金属帯の張力を制御するためのトルクを指示するマンドレルトルク指示装置（図示せず）からのトルク指令信号Ｓ３１と前記トルク補正指令信号Ｓ３２とを用いて駆動部にトルク指令値を出力するトルク指令計算部１１と、を備えている。

マンドレル回転速度偏差計算部１０は、外部の速度指示装置（図示せず）によって送信されたマンドレルの回転速度指令信号Ｓ１１を受け付ける。この回転速度指令信号Ｓ１１は、熱間圧延ラインにおいて薄厚に圧延処理されたストリップ４をマンドレル３に巻き取る際の巻取速度、すなわち、マンドレル３の回転速度を指示する信号である。

また、マンドレル回転速度偏差計算部１０は、この予め設定されたマンドレル回転速度指令値からフィードバックされたマンドレル３の回転速度応答値を減算する減算処理を実行して、マンドレルの回転速度偏差ΔＮｒを回転速度偏差値とする。その後、マンドレル回転速度偏差計算部１０は、この減算処理後の回転速度偏差値に対応するマンドレル回転速度信号Ｓ１２をマンドレル回転速度制御装置７に送信する。

マンドレル回転速度制御装置７はＰＩ（比例積分）制御部と制御ゲイン乗算部を含み、予め求めた巻取中のコイルを含む慣性モーメントＪと、受信したマンドレルの回転速度信号Ｓ１２が指示する回転速度偏差とを用いて、ＰＩ制御および制御ゲインの乗算により、回転速度偏差を解消するトルク補正指令値を指示するトルク補正指令信号Ｓ３２をトルク指令計算部１１に出力する。

トルク指令計算部１１は、ストリップの張力を一定に保ち、さらに、加減速時、機械損失およびストリップの曲げトルクといった要因を外挿するためのトルクを指示するマンドレルトルク指示装置（図示せず）からのトルク指令信号Ｓ３１を受信し、マンドレル回転速度制御装置７から受信したトルク補正指令信号Ｓ３２を用いて、トルク指令信号を補正し、駆動部に補正後のトルク指令信号Ｓ３３を出力する。

駆動部は、マンドレル電流制御装置８、駆動電動機６および回転速度検出器９を持ち、ストリップ４をコイル５に巻き取る際にコイラーのマンドレル３を回転させるとともに、このマンドレル３の回転速度を検出する。具体的には、マンドレル電流制御装置８が受信した補正後のトルク指令信号Ｓ３３を電流値に変換し、マンドレル駆動電動機６を駆動させ、コイラーのマンドレル３に、指示されたトルクを伝達する。これによって、駆動電動機６は、トルク指令信号Ｓ３３に応じた回転速度でマンドレル３を回転させる。

また、回転速度検出器９は、上述したようにマンドレル３を回転させた際の駆動電力等をもとに、マンドレル３に伝達したトルクに応答して実際にマンドレル３が回転した際の回転速度を、マンドレル３の回転速度応答値として検出する。その後、駆動電動機６は、マンドレル３を回転させつつ、その都度検出した回転速度応答値を示す回転速度応答信号Ｓ１３を出力する。なお、この回転速度応答信号Ｓ１３は、図１に示すように、上述したマンドレル回転速度偏差計算部１０にフィードバックされる。

次に、本発明の他の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかる巻取制御装置の他の構成例を示すブロック図である。この構成例の巻取制御装置２０も、図１の構成例と同様、熱間圧延ラインの仕上ミル１から送出されたストリップ４をコイラーのマンドレル３によって巻き取る際、マンドレル３に生じる張力に応じてマンドレル３の回転速度を制御する装置である。

すなわち、図２に示すように、この巻取制御装置２０は、マンドレル３を回転させる駆動電動機６とトルク指令信号に応じて駆動電動機６に流す電流を制御する電流制御装置８とマンドレル３の回転速度検出器と回転速度検出器９からフィードバックされたマンドレル３の回転速度応答信号Ｓ１３を板速度応答信号Ｓ２３に変換するストリップ板速度実績計算部１３とを持つ駆動部と、ストリップ４の板速度を指示する速度指示装置（図示せず）からの板速度指令信号Ｓ２１を受け付け、駆動部からフィードバックされた板速度応答信号Ｓ２３を用いて板速度偏差を指示する板速度信号Ｓ２２を出力するストリップ板速度偏差計算部１２と、巻取中のコイルを含む慣性モーメントＪをコイル径Ｄで除した値と板速度信号Ｓ２２とを用いて、前記板速度偏差を解消するためのトルク補正指令信号Ｓ３２を出力する回転速度制御部としてのマンドレル回転速度制御装置７と、金属帯の張力を制御するためのトルクを指示するマンドレルトルク指示装置（図示せず）からのトルク指令信号Ｓ３１と前記トルク補正指令信号Ｓ３２とを用いて駆動部にトルク指令値を出力するトルク指令計算部１１と、を備えている。図２の例では、ストリップの板速度応答値をマンドレルの回転速度とコイル周長Ｄ・πとを乗じて求めることとしたが、非接触式のレーザー速度計でストリップの板速度を測定してもよいし、接触式のコイル外周速度計測を行ってもよい。搬送方向ＦＤのストリップの板速度を精度よく、適切な時定数で測定できる方法であれば適用可能である。

ストリップ板速度偏差計算部１２は、外部の速度指示装置（図示せず）によって送信されたストリップの板速度指令信号Ｓ２１を受け付ける。この板速度指令信号Ｓ２１は、熱間圧延ラインにおいて薄厚に圧延処理されたストリップ４がマンドレル３に巻き取られる際のストリップ４の搬送速度、すなわち、ストリップ４の板速度を指示する信号である。

また、ストリップ板速度偏差計算部１２は、この予め設定されたストリップ板速度指令値からフィードバックされたストリップ４の板速度応答値を減算する減算処理を実行して、ストリップの板速度偏差ΔＶｓを板速度偏差値とする。その後、ストリップ板速度偏差計算部１２は、この減算処理後の板速度偏差値に対応するストリップの板速度信号Ｓ２２をマンドレル回転速度制御装置７に送信する。

マンドレル回転速度制御装置７はＰＩ制御部と制御ゲイン乗算部を含み、予め求めた巻取中のコイルを含む慣性モーメントＪをコイル外径Ｄで除した値Ｊ／Ｄと、受信したストリップの板速度信号Ｓ２２が指示する板速度偏差とを用いて、ＰＩ（比例積分）制御および制御ゲインの乗算により、板速度偏差を解消するトルク補正指令値を指示するトルク補正指令信号Ｓ３２をトルク指令計算部１１に出力する。

トルク指令計算部１１は上記図１の構成例と同様の動作を行う。また、駆動部は、図１の構成例に加えて、回転速度検出器９が検出した回転速度応答値を示す回転速度応答信号Ｓ１３を板速度応答値に変換するストリップ板速度実績計算部１３を介して、板速度応答値を指示する板速度応答信号Ｓ２３をストリップ板速度偏差計算部１２にフィードバックされる。ストリップ板速度実績計算部１３では、マンドレルの回転速度応答値にコイル周長Ｄ・πを乗じてストリップの板速度を算出する。なお、ストリップの板速度またはコイル外周の線速度を直接検出して、ストリップ板速度偏差計算部１２にフィードバックすることもできる。

本発明にかかるコイラーは、上記実施形態にかかる巻取制御装置２０と、該巻取制御装置２０によって回転制御されるマンドレルとを有しており、ピンチロール２、ラッパーロールほかの付帯設備や各種センサを有していてもよい。

本発明にかかる熱間圧延金属帯の製造方法は、ストリップを熱間圧延機で熱間圧延したのち、コイラーで巻き取ってコイル状熱間圧延ストリップを製造するに際し、上記巻取制御方法を用いて、ストリップを巻き取るものである。それにより、張力変動やコイルサイズによらず、指令に忠実にマンドレルの回転速度を制御して、安定的にストリップを巻き取ることができるという効果を奏する。また、ストリップの品質向上と、高い生産性や巻取温度制御精度向上を並立させることが可能となる。

（実施例）
図２のブロック図に示す巻取制御装置２０の構成を用いて、張力外乱発生時の板速度応答性をシミュレーション実験した。図２に示すように、仕上ミル１によって圧延されたストリップ４がピンチロール２を経由してマンドレル３に巻き取られる熱間圧延ラインである。ストリップ４は千数百℃程度に加熱された後、図２に示したように、仕上ミル１によって上下から挟持されつつ、ローラー回転の作用によって、厚み０．８～２５ｍｍまで圧延される。このシミュレーションでは、ストリップとして、熱間圧延鋼帯の２．０ｍｍ厚さを用いた。このように圧延された帯状のストリップ４は、仕上ミル１から送出された後、図２の白抜き矢印に示される搬送方向ＦＤに搬送されつつ、ピンチロール２によって、挟持されつつマンドレル３側へ案内される。マンドレル３に到達したストリップ４は、マンドレル３によって順次巻き取られる。この際、このマンドレル３の回転速度は、常時、巻取制御装置２０によって制御される。

マンドレル３によって巻き取られているストリップ４には、その搬送方向とは逆の方向に張力が生じている。このストリップ４の張力は、仕上ミル１等のローラーによる挟持とマンドレル３による巻取との相乗作用等、熱間圧延ラインにおいてストリップ４を搬送する上で通常起こり得ることが容易に想定可能な要因によって生じる場合もあれば、想定困難な張力外乱によって生じる場合もある。

これら双方の張力の少なくとも一方が発生している状態において、マンドレル３を回転させている駆動電動機６には、張力トルクが負荷される。張力トルクとは、張力が生じている状態でストリップ４をマンドレル３によって巻き取る際、この張力に起因してマンドレル３から駆動電動機６に負荷されるトルクである。

一方、ストリップ４の張力は、その尾端部４ａが仕上ミル１から抜け出る前後の状態変化等のストリップ４の挟持状態または張力外乱等に起因して、大きく変動する。このため、駆動電動機６に負荷される張力トルクは、このようなストリップ４の張力変動に伴って変動する。

したがって、巻取中のストリップ４の蛇行等の不具合を発生させずに、マンドレル３にストリップ４を尾端部４ａに至る最後尾まで巻取完了し、且つ、そのコイル巻き形状も良好なものにするために、巻取制御装置１は、以下のことを達成する必要がある。すなわち、巻取制御装置２０は、上述した張力トルク、詳細には、張力外乱に起因する外乱トルクと、張力外乱以外の要因に起因する通常の張力トルクとの双方に対して好適に対応して、ストリップ４の巻取制御を行う。これによって、巻取制御装置２０は、ストリップ４に生じる如何なる張力変動にも影響されることなく、意図した指令に対して忠実にマンドレル３の回転速度を制御する必要がある。

ここで、この実施例においては、図２に示したように、ストリップ４の張力変動が極めて大きい状況、すなわちストリップ４の尾端部４ａが仕上ミル１から抜け出る前後の状況について、意図する速度指令に対するマンドレル３の回転速度の制御精度をシミュレーションした。

ストリップ板速度指令値として、初期速度１０００ｍｐｍを与え、７秒後から秒あたり６０ｍｐｍを減速する（図５（ａ））。ストリップの張力外乱として、５．２秒後から秒あたり－４００ｋｇｆのマンドレルが減速する方向への後方張力を加えた（図５（ｂ））。この後方張力は、－１０００ｋｇｆまでとした。このシミュレーションでは５０ｍｓ毎にストリップの板速度応答値をフィードバックし、板速度偏差ΔＶｓ＝板速度応答値－板速度指令値として、時間変化を図５（ｃ）にグラフで示す。実線は、Ｊ／Ｄ＝４．９８×１０^５ｋｇ・ｍ、コイル外径Ｄ＝２．３ｍの場合を表し、破線は、Ｊ／Ｄ＝９．８５×１０^３ｋｇ・ｍ、コイル外径Ｄ＝０．８ｍの場合を表す。本実施例では、張力外乱、板速度指令値の変化、コイルのサイズに拘わらず、１０ｍｐｍ以下の板速度偏差ΔＶｓでストリップの巻取制御ができていることがわかる。

（比較例１）
従来法として、張力制御をある時点で速度制御に切り替える巻取制御方法を用いて、張力外乱発生時の板速度応答性をシミュレーション実験した。装置構成のブロック図を図３に示す。このシミュレーションでは、コイル周長を考慮して、板速度指令値をマンドレルの回転速度指令値に変換した。また、ＴＣ＝３秒時点で張力制御から速度制御に切り替えた。ストリップ材質、板速度指令値および張力外乱は実施例と同じ条件とした。フィードバックの時間間隔も実施例と同じ条件とした。図６（ｃ）に示す板速度偏差の時間変化から、以下のことがわかる。まず、張力制御から速度制御に巻取制御方法を変化させることで減速ショックが発生する。また、コイル径が大きくなる（実線）と、ストリップの板速度指令値に対し、板速度応答値の偏差ΔＶｓが大きくなる。

（比較例２）
図４に示す従来の巻取制御装置２０を用いて、張力外乱発生時の板速度応答性をシミュレーション実験した。この巻取制御装置２０では、速度偏差でトルク値を補正するにあたり、コイルサイズを考慮せず、速度偏差に比例するようにしている。このシミュレーションでは、コイル周長を考慮して、板速度指令値をマンドレルの回転速度指令値に変換した。ストリップ材質、板速度指令値および張力外乱は実施例と同じ条件とした。フィードバックの時間間隔も実施例と同じ条件とした。図７（ｃ）に示す板速度偏差の時間変化から、以下のことがわかる。比較例１のような制御切り替えの減速ショックは発生しない。コイルサイズが大きくなると実施例より速度偏差ΔＶｓが大きくなり、影響が尾を引く。

なお、上述した実施の形態では、熱間圧延ラインによって圧延処理されるストリップ４の一例として鋼帯を例示したが、これに限らず、本発明にかかる巻取制御装置、コイラー、巻取制御方法および熱間圧延金属帯の製造方法では、銅またはアルミニウム等の他の金属材料のストリップ４であっても、鋼帯の場合と同様の作用効果を享受する。

２０ 巻取制御装置
１ 仕上ミル
２ ピンチロール
３ マンドレル
４ ストリップ
４ａ 尾端部
５ コイル
６ マンドレル駆動電動機
７ マンドレル回転速度制御装置
８ マンドレル電流制御装置
９ マンドレル回転速度検出器
１０ マンドレル回転速度偏差計算部
１１ トルク指令計算部
１２ ストリップ板速度偏差計算部
１３ ストリップ板速度実績計算部
ＦＤ 搬送方向
Ｓ１１ マンドレル回転速度指令信号
Ｓ１２ マンドレル回転速度指令信号
Ｓ１３ マンドレル回転速度応答信号
Ｓ２１ ストリップ板速度指令信号
Ｓ２２ ストリップ板速度指令信号
Ｓ２３ ストリップ板速度応答信号
Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３ トルク指令信号
ＴＣ 張力制御から速度制御へ切替

Claims (4)

1. 熱間圧延された金属帯を巻き取るマンドレルの回転速度を制御する巻取制御装置において、
   トルク指令値を受信し、受信した前記トルク指令値によって指示されたトルクを前記マンドレルに伝達して前記マンドレルを回転させるとともに、前記トルクに応答して回転した前記マンドレルに巻き取られる前記金属帯の板速度応答値を示す板速度応答信号を出力する駆動部と、
   前記金属帯の板速度を指示する板速度指令信号を受け付け、フィードバックされた前記板速度応答信号に示される板速度応答値を用いて板速度偏差を出力する速度偏差計算部と、
   巻取中のコイルを含む慣性モーメントをコイル径で除した値と前記板速度偏差とを乗じて、該板速度偏差を解消するためのトルク補正指令値を出力する回転速度制御部と、
   前記金属帯の張力を制御するためのトルク値を指示するトルク指令信号を受け付け、前記トルク補正指令値を用いて、前記トルク指令信号のトルク値を補正して、前記駆動部にトルク指令値を出力するトルク指令計算部と、
   を備えたことを特徴とする巻取制御装置。
2. 請求項１に記載の巻取制御装置を有することを特徴とする熱間圧延金属帯用コイラー。
3. 熱間圧延された金属帯を巻き取るマンドレルの回転速度を制御する巻取制御方法において、
   駆動部によって前記マンドレルにトルクを伝達して前記マンドレルを回転するとともに、前記トルクに応答して回転した前記マンドレルに巻き取られる前記金属帯の板速度応答値を取得し、前記金属帯の板速度指令値と前記駆動部からフィードバックされた前記板速度応答値との板速度偏差を解消するトルク値をコイルサイズで補正するとともに、前記金属帯の張力を制御するトルク値を加算したトルクによって、前記駆動部に対し前記マンドレルを回転するよう指示することを特徴とする巻取制御方法。
4. 請求項３に記載の巻取制御方法を用いて、金属帯を熱間圧延することを特徴とする熱間圧延金属帯の製造方法。

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