JPH0890033A

JPH0890033A - 圧延機における形状制御方法および形状制御装置

Info

Publication number: JPH0890033A
Application number: JP6233578A
Authority: JP
Inventors: Misao Kokubo; 操小久保; Ikuya Hoshino; 郁弥星野
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】冷却制御による圧延材の形状制御精度の向上
および安定化。【構成】単位時間経過後における圧延材の板形状を予
測し、得られた予測板形状と目標板形状との偏差に基づ
いて、ワークロールに対する冷却媒体の吹き付け状態を
制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、圧延機における形状制御方法お
よび形状制御装置に係り、特にワークロールに対する冷
却媒体の吹き付けを調節してワークロールのサーマルク
ラウンを調整することにより、得られる圧延材における
板形状を制御する冷却制御技術に関するものである。

【０００２】

【背景技術】アルミニウム等の圧延加工に際しては、目
的とする板形状を安定して得るために、圧延材の伸び具
合や突っ張り具合の幅方向の分布を測定すること等によ
って圧延材の板形状を実測し、かかる実測板形状を目標
板形状に近づけるように形状制御が行われることとな
る。そして、かかる形状制御としては、一般に、ワーク
ロールベンダや中間ロールベンダ，圧下レベル等の機械
的制御が行われて、圧延材の耳伸びや中伸び，片伸び等
の単純で大きな形状修正が為されると共に、そのような
機械的制御では修正が難しい局部伸びや複合伸び等を修
正するために、ワークロールに対する冷却媒体の吹き付
けを調節してワークロールのサーマルクラウンを調整す
る冷却制御（クーラント制御ともいう）が行われる。

【０００３】ところで、このような形状制御としての冷
却制御は、具体的には、例えば、特開昭６３−２６４２
０６号公報や特開昭６４−４８６１２号公報，特開平３
−２７５２０３号公報等に開示されているように、鉱物
油等の冷却媒体のスプレーノズルをワークロールの軸方
向に複数個配設し、或いは軸方向に移動可能に配設し、
それらのスプレーノズルからの冷却媒体の噴出をＯＮ／
ＯＦＦしたり、噴出流量を増減したり、或いは冷却媒体
の温度を変更したりして、ワークロールにおける軸方向
各部位の熱膨張量を調節することによって行われる。

【０００４】ところが、このような従来の冷却方法によ
る形状制御においては、得られた圧延材の実測板形状を
目標板形状と比較し、それらの偏差に基づいてスプレー
ノズルからの冷却媒体の噴出を調節することにより、ワ
ークロールのサーマルクラウンが調節されて、その後に
得られる圧延材の形状が制御されることとなり、現時刻
における圧延結果としての板形状に基づいて圧延制御さ
れるために、どうしても対応が後手、後手にまわってし
まって調節が遅れたり、オーバシュートしたりし易く、
制御精度の向上および安定化が充分に達成され難いとい
う問題があった。

【０００５】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、上述の如き事情
を背景として為されたものであって、その解決課題とす
るところは、冷却制御による形状制御精度の向上および
安定化が有利に達成され得る、圧延機における形状制御
方法および形状制御装置を提供することにある。

【０００６】

【解決手段】そして、かかる課題を解決するために、本
発明の特徴とするところは、圧延機のワークロールに対
する冷却媒体の吹き付けを調節して、該ワークロールの
サーマルクラウンを調整することにより、得られる圧延
材の板形状を制御するに際して、前記圧延材における板
形状の実測値と、前記ワークロールに対する前記冷却媒
体の吹き付け状態とに基づいて、単位時間経過後におけ
る該圧延材の板形状を予測し、求められた予測板形状と
目標とする板形状との偏差に基づいて、前記冷却媒体の
吹き付け状態を制御するようにしたことにある。

【０００７】また、本発明は、（ａ）圧延材の板形状を
実測する形状検出手段と、（ｂ）該形状検出手段によっ
て求められた板形状の実測値と、ワークロールに対する
冷却媒体の吹き付け状態とに基づいて、単位時間経過後
における前記圧延材の板形状を予測計算する形状予測手
段と、（ｃ）該形状予測手段によって求められた予測板
形状を目標とする板形状と比較して、それら予測板形状
と目標板形状の偏差を求める比較手段とを備え、該比較
手段によって求められた偏差に基づいて、該偏差が小さ
くなるように、前記ワークロールに対する冷却媒体の吹
き付けを調節する圧延機における形状制御装置をも、特
徴とするものである。

【０００８】

【発明の具体的構成・実施例】先ず、図１には、本発明
に従う形状制御方法および形状制御装置を説明するため
の圧延装置における冷却制御系の構成例が、ブロック図
によって示されている。なお、本構成例では、冷間圧延
機における形状制御に本発明を適用した場合について説
明するが、本発明が、熱間圧延機における形状制御に対
しても同様に適用され得ることは、言うまでもない。

【０００９】かかる図１において、圧延機１０として
は、一対のワークロール間で被圧延材に圧延操作を加え
るものであって、公知の各種の構造のものが採用され得
る。また、かかる圧延機１０は、ワークロールに対して
冷却媒体を吹き付ける公知の冷却機構１１を備えてい
る。かかる冷却機構１１としては、例えば、ワークロー
ルの軸方向に所定間隔で複数個のスプレーノズルが位置
固定に或いは移動可能に配設されて、それら各スプレー
ノズルからワークロールに対して冷却媒体が吹き付けら
れるようにしたもの等が採用される。

【００１０】そして、この冷却機構１１の作動が、制御
装置１２によって制御されるようになっており、ワーク
ロールの軸方向各部位における冷却状態、即ち温度分布
を変化させてワークロールのサーマルクラウンを調節す
ることにより、板形状が制御されるようになっている。
なお、冷却機構１１における具体的制御対象は、冷却機
構１１の構造等によって異なるが、例えば、各スプレー
ノズルからの冷却媒体の噴出をＯＮ／ＯＦＦしたり、噴
出量を増減したり、冷却媒体の温度を変化させたり、或
いはスプレーノズルの位置を変更したりすること等によ
って行われる。

【００１１】より詳細には、かかる制御装置１２は、圧
延材の板形状を検出する形状検出手段１４を備えてお
り、圧延機１０によって所定の条件下に実際に圧延され
た板形状を実測するようになっている。なお、この形状
検出手段としては、圧延材の板厚を直接又は間接に、板
幅方向に連続して若しくは微小間隔をもって測定し得る
ものが望ましく、例えば、複数個のロードセルを用いて
板幅方向の張力分布を検出するものや、板幅方向走査型
のものなどが採用され得る。

【００１２】そして、この形状検出手段１４による検出
信号：ｙと、該形状検出手段１４によって形状が検出さ
れた圧延材の圧延時：（ｔ）における冷却機構１１のコ
ントロール信号：ｕとが、それぞれ形状予測手段１６に
入力されるようになっており、以て、この形状予測手段
１６により、形状検出手段１４によって検出された圧延
材の板形状と、かかる圧延材を圧延した際の冷却機構１
１の制御状態とに基づいて、かかる冷却機構１１の制御
状態を変更することなく圧延加工を続けた場合に、単位
時間経過後：（ｔ＋１）に得られる圧延材の板形状が予
測計算されるようになっている。なお、この板形状の予
測計算も、形状検出手段１４による板形状の測定と同
様、板幅方向に連続して若しくは冷却機構１１によって
冷却状態をコントロールする単位幅（ゾーン）毎の微小
間隔で行われることが望ましい。

【００１３】ここにおいて、かかる板形状の予測計算
は、冷却機構１１による板形状の制御システムを動的シ
ステムとしてモデル化し、状態変数を用いて数式化した
ものに基づいて、単位時間経過時における板形状の変化
量を求めることによって、有利に為され得る。具体的に
は、冷却機構１１による板形状の制御システムは、例え
ば、モデル的には図２に示す如く表され、かかるモデル
を離散時間をΔとして離散値系で数式表現すると下記
（数１）のようになる。

【００１４】

【数１】ｘ_i：クーラントによる第ｉゾーンの形状変化量ｕ_i：第ｉゾーンにおける冷却媒体のＯＮ／ＯＦＦ信号（例えば、ＯＮ：＋１，ＯＦＦ：−１）ｙ_i：形状検出手段による第ｉゾーンの検出形状ｄ_i：第ｉゾーンにおける外乱による形状変化量Ｔ_i：時定数Ｋ_ij：ゲイン Δ ：離散時間ｔ：離散時刻ｓ：ラプラス演算子

【００１５】それ故、上式に基づいて、形状検出手段１
４によって得られた現時刻における板形状：ｙ（ｔ）
と、冷却機構１１の制御状態：ｕ（ｔ）から、単位時間
経過後の次ステップでの圧延操作で得られる板形状：ｙ
（ｔ＋１）を算出することができるのである。なお、次
ステップでの圧延操作で得られる板形状：ｙ（ｔ＋１）
を算出する際には、外乱：ｄに大きな変化がない場合、
かかる外乱：ｄを考慮する必要はないが、その変化量が
予測可能で、特に大きい場合等には、かかる外乱：ｄの
変化量をも考慮することもできる。因みに、この外乱：
ｄとしては、加工発熱や他のゾーン冷却の影響等による
ヒートクラウン等が考えられる。

【００１６】続いて、このようにして得られた圧延材の
予測板形状：ｙ（ｔ＋１）が、比較手段１８において、
予め決定され、目標板形状入力手段１７によって入力さ
れた目標とする板形状：ｙ₀と比較されて、それら予測
板形状と目標板形状の偏差：εが算出される。かかる偏
差は、板幅方向に連続的に若しくは微小間隔をもって算
出され、例えば、図３に示されているように、冷却機構
１１によって冷却状態をコントロールする単位幅をもっ
て複数（図示のものでは、１６）のゾーンに分割して算
出されることとなる。なお、図３では、板形状が、目標
形状を基準（０）とした板長手方向における歪量（伸び
量）の偏差によって表されている。

【００１７】そして、この比較手段１８によって得られ
た偏差：εがコントローラ２０に入力され、以て、かか
るコントローラ２０によって、かかる偏差：εを出来る
だけ小さくするワークロールの冷却状態を実現せしめ得
るように、冷却機構１１に対してコントロール信号が出
力され、以て、かかる冷却機構１１によるワークロール
の冷却状態、延いてはワークロールのサーマルクラウン
が調整されて、板形状が目標形状に近づくように制御さ
れることとなるのである。

【００１８】なお、コントローラ２０から冷却機構１１
に出力されるコントロール信号：ｕは、冷却機構１１に
おける冷却調節構造（具体的制御対象）の違いによって
それぞれ異なり、例えば、ワークロールの軸方向に複数
配設されたスプレーノズルからの冷却媒体の噴出をＯＮ
／ＯＦＦする冷却調節構造の場合には、偏差：εが最大
位置にあるものから一定数のノズルだけをＯＮさせるよ
うなＯＮ／ＯＦＦ信号となり、冷却媒体の噴出量を増減
する冷却調節構造の場合には、偏差：εが最大位置にあ
るものから一定数のノズルの吐出量を増大させたり、偏
差：εが最小位置にあるものから一定数のノズルの吐出
量を減少させたりするような吐出量の増減信号となり、
また、スプレーノズルの位置を変更する冷却調節構造の
場合には、偏差：εが最大のものから一定数のゾーンに
スプレーノズルを移動して位置せしめるようなノズル移
動信号となる。

【００１９】すなわち、このような形状制御において
は、現時刻における圧延条件下で得られた板形状の実測
値に基づいて、単位時間経過後における板形状を予測
し、かかる予測板形状が目標板形状となるように冷却機
構１１を調節することができるところから、現時刻と実
際に次のステップで圧延材が圧延操作される時刻との間
におけるワークロールの熱膨張等の状態変化に起因する
制御誤差が有効に軽減乃至は解消され得るのであり、従
来の形状制御に比べて制御精度とその安定化が有利に向
上され得るのである。

【００２０】要するに、かかる形状制御においては、１
ステップ後の板形状を予測することにより、目標形状と
の偏差が大きくなりそうな部分を予測的に見つけて、予
めそれに対処すべく冷却状態が制御されることから、形
状変化に対して先手、先手で対応することが出来、形状
変化に対する迅速な対応が可能となってオーバシュート
も効果的に軽減乃至は防止され得るのである。

【００２１】しかも、形状の安定化が図られると共に、
形状変化に対する迅速な対応が可能となってオーバシュ
ートが抑えられることから、特にスプレーノズルからの
冷却媒体の噴出をＯＮ／ＯＦＦ制御する冷却調節構造の
場合には、ＯＮ／ＯＦＦの切換回数が減少されて、装置
の耐久性も有利に向上され得るといった利点もある。

【００２２】因みに、アルミニウム合金の冷間圧延に際
して、本発明に従う形状制御を行った場合の圧延材にお
ける形状変化をシュミレーションによって求めた結果
を、図４に示すと共に、現時刻での板形状と目標板形状
との偏差に基づいて１ステップ後の冷却状態を制御する
従来方法に従う形状制御を、本発明と同一の条件下にお
いて採用した場合の圧延材における形状変化をシュミレ
ーションによって求めた結果を、図５に示す。なお、本
発明に従う形状制御を行うに際して、次ステップでの圧
延操作で得られる板形状の予測演算は、前記（数１）に
基づいて行った。また、図４，図５では、最大板歪偏差
（図３参照）によって板形状を評価した結果を示す。

【００２３】かかるシュミレーションによる検討結果か
ら明らかなように、従来方法による形状制御では１．１
０(I-unit)あった最大板歪偏差が、本発明に従えば０．
９２(I-unit)に抑えられており、略１０％の形状制御精
度の改善効果が認められる。

【００２４】以上、本発明の構成について、具体例を挙
げながら説明したが、本発明は、上記した具体的構成例
や実施例によって限定的に解釈されるものでは決してな
く、当業者の知識に基づいて、種々なる変更，修正，改
良等を加えた態様において実施され得るものであり、ま
た、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない
限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであるこ
とは、言うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
方法に従えば、現時刻における圧延条件下で得られた板
形状の実測値から１ステップ後の板形状を予測すること
により、目標形状との偏差が大きくなりそうな部分を予
測的に見つけて、予めそれに対処すべく冷却状態が制御
されることから、形状変化に対する迅速な対応が可能と
なってオーバシュート等が効果的に防止され得、制御精
度の向上と安定化が有利に達成され得るのである。

【００２６】また、本発明に従う構造とされた形状制御
装置によれば、１ステップ後の板形状を予測して、目標
板形状との偏差が大きくなる前にワークロールのサーマ
ルクラウンを調節する、本発明方法に従う冷却制御が有
利に実施され得るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う形状制御方法および形状制御装置
を説明するための圧延装置における冷却制御系の構成例
を示すブロック図である。

【図２】冷却機構による板形状の制御システムのモデル
例を示す説明図である。

【図３】予測板形状と目標板形状の偏差の算出例を説明
するためのグラフである。

【図４】本発明に従う形状制御を行ったシュミレーショ
ン結果を示すグラフである。

【図５】従来方法に従う形状制御を本発明と同一の条件
下で行ったシュミレーション結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０圧延機１１冷却機構１２制御装置１４形状検出器１６形状予測手段１８比較手段２０コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２１Ｂ 37/00 ＢＢＬ 45/02 ３２０Ｓ 7726−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧延機のワークロールに対する冷却媒体
の吹き付けを調節して、該ワークロールのサーマルクラ
ウンを調整することにより、得られる圧延材の板形状を
制御するに際して、前記圧延材における板形状の実測値と、前記ワークロー
ルに対する前記冷却媒体の吹き付け状態とに基づいて、
単位時間経過後における該圧延材の板形状を予測し、求
められた予測板形状と目標とする板形状との偏差に基づ
いて、前記冷却媒体の吹き付け状態を制御することを特
徴とする圧延機における形状制御方法。
【請求項２】圧延材の板形状を実測する形状検出手段
と、該形状検出手段によって求められた板形状の実測値と、
ワークロールに対する冷却媒体の吹き付け状態とに基づ
いて、単位時間経過後における前記圧延材の板形状を予
測計算する形状予測手段と、該形状予測手段によって求められた予測板形状を目標と
する板形状と比較して、それら予測板形状と目標板形状
の偏差を求める比較手段とを備え、該比較手段によって
求められた偏差に基づいて、該偏差が小さくなるよう
に、前記ワークロールに対する冷却媒体の吹き付けを調
節することを特徴とする圧延機における形状制御装置。