JPH11192505A - 熱間圧延における板幅変化予測式の補正方法および板幅制御方法 - Google Patents
熱間圧延における板幅変化予測式の補正方法および板幅制御方法Info
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Abstract
精度に板幅変化量を予測し板幅を制御することによっ
て、板幅精度を向上させる。 【構成】 仕上圧延機および/または粗圧延機における
板幅変化を、実機実験結果に基づき求められた圧延材成
分元素C,Si,Mnの含有量の関数である補正因子お
よび補正項のいずれか一方または双方を用いて補正した
板幅変化予測式に基づき演算し、この演算板幅変化量に
基づき、粗圧延機および/または仕上圧延機におけるエ
ッジャーの開度制御および/または仕上圧延機における
スタンド間張力制御により、圧延材の板幅を制御する。
Description
板幅変化予測式の補正方法および板幅制御方法に関す
る。
しては、仕上圧延機における板幅変化量を測定または演
算により求め、この測定値または演算値に基づいてスタ
ンド間張力を変化させて板幅を制御する方法(例えば特
開平1−262011号公報),粗圧延機および/また
は仕上圧延機入口に設置してあるエッジャーの開度を制
御して圧延材料の板幅を制御する方法が知られている。
行う方法については、圧延材の板幅,板厚,スタンド間
張力,材料温度,変形抵抗により、仕上圧延時の板幅変
化量を演算し幅制御を行う特開昭62−68616号公
報に示されるような方法,圧延材のクラウン量あるいは
クラウン変化量を測定あるいは演算し、このクラウン量
あるいはクラウン変化量より板幅変化量を演算し幅制御
を行う特開昭62−296904号公報あるいは特開昭
63−299807号公報に示されるような方法、ま
た、本発明者らが提案しているように、仕上圧延におけ
る板幅変化量を、圧延起因およびクリープ変形起因の変
化に分けて、圧延材の板厚,圧下率,スタンド間張力,
圧延材変形抵抗,圧延材温度,スタンド間通過時間,板
クラウン比率変化量を板幅変化の予測パラメータとして
用いて演算する特開平05−285516号公報などに
示される方法がある。
来法の場合、板幅制御に使用される板幅変化予測式は、
特定鋼種あるいは代表鋼種に関して、ラボ実験,実機実
験あるいは数値解析等の検討結果から求められた式であ
り、材料成分の影響に関しては炭素量あるいは変形抵抗
値として考慮しているものの、材料の成分元素の種類に
よっては、板幅変化の予測誤差が大きくなる等の問題が
あった。
々な成分元素を含む圧延材に関して、例えば、特開平0
5−285516号公報に示されているような従来の板
幅変化予測式の計算値と実測値との比較を行い、板幅変
化に及ぼす成分元素の影響を調査し、これらの成分元素
の含有量と板幅変化量との関係を明らかにした。そし
て、これらの知見に基づき、鋼種毎に板幅変化予測式を
開発するというような煩雑な作業を行わなくとも、従来
の板幅変化予測式に対して成分元素の関数である補正因
子および補正項を用いることによって、種々の鋼種に対
して利用できるような板幅変化予測式の補正方法を創案
した。
を考慮して補正した高精度な板幅変化予測式を用い、従
来に比してより高精度な板幅制御を行うことによって、
板幅精度を向上させることを目的としている。
従来法の欠点を有利に排除しうる熱間圧延における板幅
変化予測式の補正方法および板幅制御法であり、その要
旨とするところは、仕上圧延機および/または粗圧延機
における板幅変化予測式を、実機実験結果に基づき求め
られた補正因子および補正項のいずれか一方または双方
を用いて補正することを特徴とする熱間圧延における板
幅変化予測式の補正方法であり、また、上記の補正因子
および補正項は、圧延材の成分元素のうち少なくとも
C,Si,Mnの含有量に基づき演算すること,実機で
圧延される鋼種を少なくとも2つ以上に分類したグルー
プ毎に演算することを特徴とし、仕上圧延機および/ま
たは粗圧延機における板幅変化量を、上述の板幅変化予
測式の補正方法により補正した板幅変化予測式に基づき
演算し、この演算板幅変化量に基づき、粗圧延機および
/または仕上圧延機におけるエッジャーの開度制御およ
び/または仕上圧延機におけるスタンド間張力制御によ
り、圧延材の板幅を制御することを特徴としている。
に説明する。先ず、従来から行われている圧延条件より
板幅変化量を算出する演算過程について説明する。板幅
変化は、図6に示すような3つの領域で起こり、ロール
バイト(以下RBと略記)入口近傍で幅縮み,RB内で
幅広がり,スタンド間において幅縮みが生じている。こ
のような3つの領域毎に板幅変化を予測する方法につい
て詳細に説明する。
域について、板圧延解析システム(3次元剛塑性FEM
による板変形解析と分割モデルによる汎用のロール変形
解析コードを連成させたもの)を用いて解析した結果で
ある。但し、変形抵抗式は、吉本・美坂の式を用いて、
式中のn値を変えて変形抵抗値を変化させている。これ
らの結果からわかるようにRB入口,RB内における幅
変化量ΔW1,ΔW2は、出側板厚h,圧下率r,入・出
側張力σi,σo,クラウン比率変化量Ccr(Ch/h−
CH/H,CH,Ch:入,出側のクラウン量,H,h:
入出側板厚),変形抵抗値kfの関数であり、下記
(1),(2)式によって求められる: ΔW1=ΔW1(h,r,σi,σo,Ccr,kf) ・・・(1) ΔW2=ΔW2(h,r,σi,σo,Ccr,kf) ・・・(2)。
は、図11に示されるような炭素鋼S20Cの高温引張
クリープ試験の結果から示されるように、短時間で生じ
るクリープ変形であると考えられ、スタンド間に生じる
板幅変化量ΔW3は、スタンド間張力(出側張力で定
義)σo,圧延材温度T,スタンド間通過時間t,板幅
Wなどの関数として一般的に表わされ、下記(3)式の
ように算出される: ΔW3=ΔW3(σo,T,t,W) ・・・(3)。
ンド間において生じる板幅変化量の総和ΔWは下記
(4)式のように算出される: ΔW=ΔW1+ΔW2+ΔW3 ・・・(4) 次に、上記(1)〜(4)式より計算される板幅変化量
と実機における実測の板幅変化量とを、材料成分毎に比
較し、板幅変化に及ぼす材料成分の影響を調査した結果
について説明する。実機の板幅変化量は、仕上圧延機の
入側および出側に設置された板幅計から測定された板幅
の差から求め、仕上圧延における各種圧延条件に基づ
き、上記(1)〜(4)式より各スタンドおよび各スタ
ンド間の板幅変化量を計算し、これらの総和と、上記実
測板幅変化量との比較を行った。尚、圧延材の変形抵抗
値に関しては、実測の圧延荷重より、逆算する方法で算
出した。
化量の、実測値,計算値の差(実測値−計算値)と材料
成分元素の含有量との関係を示したものである。これら
より、板幅変化量の差(実測値−計算値)は、種々の成
分元素の量に依存して増減することがわかる。モデル式
中の変形抵抗値については、実測荷重からの逆算値を用
いているので、このような成分元素による差異は、主と
してクリープ変形特性の相違に起因して生じるものと考
えられる。従って、より高精度な予測を実現するために
は、上記(1)〜(4)式の演算の中で材料成分の影響
を炭素量および変形抵抗値として考慮するだけではな
く、クリープ変形特性に及ぼす材料成分の影響を考慮し
て演算することが必要である。しかしながら、図11に
示したようなクリープ引張実験を、すべての鋼種につい
て行い鋼種毎に予測式を作成していたのでは、莫大な費
用と時間を必要とし、現実的に不可能である。
影響を考慮するために、各成分元素の関数である補正因
子αおよび補正項βを下記(5),(6)式に示すよう
に定義し、上記(1)〜(4)式より算出される板幅変
化量を、補正因子および補正項のいずれか一方または双
方を用いて補正することによって、従来に比してより高
精度な板幅変化量の予測を実現可能にした: α=α(C,Si,Mn) =a1・C+a2・Si+a3・Mn ・・・(5) β=β(C,Si,Mn) =b1・C+b2・Si+b3・Mn ・・・(6)。
る。この補正因子αおよび補正項βのいずれか一方また
は双方を、例えば、下記(7),(8),(9)式に示
すように、上記(1)〜(4)式に加算あるいは乗算
し、演算板幅変化量を補正する: ΔWα=α・ΔW=α・(ΔW1+ΔW2+ΔW3) ・・・(7) ΔWα=ΔW+β=ΔW1+ΔW2+ΔW3+β ・・・(8) ΔWα=α・ΔW+β=α・(ΔW1+ΔW2+ΔW3)+β ・・・(9)。 ここで、ΔWαは鋼種成分の補正因子および補正項のい
ずれか一方または双方により補正された演算板幅変化量
である。尚、α,βの定数a1〜a3,b1〜b3は、
(7)〜(9)式のそれぞれの式の形に従って重回帰分
析などにより算出する。
わち、RB入口,RB内およびスタンド間の板幅変化量
ΔW1,ΔW2,ΔW3毎に補正因子α1,α2,α3,補正
項β1,β2,β3を定義する下記(10)式に示すよう
な方法や、板幅変化量を各主要因項毎に、すなわち、圧
下率の影響項ΔWa,クラウン比率変化量の影響項Δ
Wb,クリープの影響項ΔWcに再整理し、それぞれの影
響項毎に、補正因子αa,αb,αc,補正項βa,βb,
βcを定義する下記(11)式に示すような方法を用い
ても良い: ΔWα=(α1・ΔW1+β1)+(α2・ΔW2+β2)+(α3・ΔW3+β3 ) ・・・(10)。
る場合、(12)〜(13)式,(14)〜(15)式
のようになる: ΔWα=α1・ΔW1+α2・ΔW2+α3・ΔW3 ・・・(12) ΔWα=(ΔW1+β1)+(ΔW2+β2)+(ΔW3+β3)・・・(13) ΔWα=αa・ΔWa+αb・ΔWb+αc・ΔWc ・・・(14) ΔWα=(ΔWa+βa)+(ΔWb+βb)+(ΔWc+βc)・・・(15) 尚、定数α1〜α3,β1〜β3,αa〜αc,βa〜βcはそ
れぞれの式の形に従って重回帰分析等により算出する。
また、α1〜α3,β1〜β3,αa〜αc,βa〜βcを
(5),(6)式のように各成分元素の関数として定義
しても良い。その際の定義は、それぞれの式の形に従っ
て重回帰分析等により算出する。
鋼種毎の板幅変化特性,クリープ特性の違いが大きいよ
うな場合にも適用できる本発明の請求項3で提案してい
る方法について説明する。図12は、S20C,アルミ
キルド鋼,IF鋼について引張クリープ試験を行った場
合の950℃における特性の違いを示したものである。
図の縦軸は平均クリープ歪速度を示し、横軸は保持応力
を示す。これより、保持応力が大きくなるに従って、平
均クリープ歪速度が増加し、この割合は鋼種毎にことな
ることが分かる。このように、クリープ特性は、鋼種毎
に非線形に変化する場合があるので、上記に示した補正
方法では精度的に不十分な場合がある。そこで、本発明
の請求項3で開示しているように、実機で圧延される鋼
板を、例えば、同じ板幅変化特性,クリープ変形特性を
示す鋼種に分類し、この分類したグループ毎に板幅変化
予測式を補正する補正因子および補正項を演算すること
により、より高精度な板幅変化予測が可能となる。
化特性,クリープ特性が同じである
(4)式のように代表鋼種より求められた板幅変化予測
式を用いても良いし、各鋼種分類グループ毎に板幅変化
予測式を求め、それを用いても良い。
幅制御の過程について説明する。図1に示すように、仕
上圧延機入側にエッジャー4を有するkスタンドの仕上
圧延機10に本発明を適用する場合を考える。11は仕
上圧延機入側板幅計、7はエッジャー制御装置、8は仕
上圧延機制御装置、9は演算処理装置である。尚、仕上
圧延機制御装置8は、スタンド間張力制御機能,クラウ
ン・形状制御機能,圧下制御機能,ロール周速制御機能
およびルーパ制御機能を有する。
ップ計算において、仕上出側目標板厚および目標板クラ
ウン値より、No.1からNo.kスタンドまでの圧下
スケジュール,クラウンスケジュール,各スタンドのロ
ール周速,スタンド間張力が決定される。
0)式により、エッジャー開度量Weを設定し、板幅制
御を行う: We=Win+ΔWc ・・・(20) この時、エッジャー開度設定量には、幅圧下により生じ
るドックボーン形状に起因する幅戻り量を考慮にいれ演
算することは言うまでもない。
ジャー4を制御端とする板幅制御方法について述べた
が、本発明では、スタンド間張力を制御端とする板幅制
御方法にも同様に適用することができる。以下、図2に
従ってスタンド間張力による板幅制御方法を説明する。
11,仕上圧延機制御装置8および演算処理装置9を有
するkスタンドの仕上圧延機10に本発明を適用する場
合を考える。演算処理装置9においては、上記と同様
に、仕上セットアップ計算値および圧延材の成分データ
等から、(16),(18),(19)式より、仕上圧
延機における板幅制御量Wcが演算される。
明したが、本発明では、板幅変化に及ぼす材料成分の影
響を考慮し、板幅変化量の高精度な予測,制御を行って
いるので、従来に比して高精度な板幅制御が実現でき
る。
にエッジャー4を有する7スタンドからなる仕上圧延機
に、本発明の板幅制御方法を適用した実施例について説
明する。11は仕上圧延機入側板幅計、8は仕上圧延機
制御装置、9は演算処理装置である。尚、仕上圧延機制
御装置8は、スタンド間張力制御機能,クラウン・形状
制御機能,圧下制御機能,ロール周速制御機能およびル
ーパ制御機能を有する。
ップ計算において、仕上出側目標板厚および目標板クラ
ウン値に従って、No.1からNo.7スタンドまでの
圧下スケジュール,クラウンスケジュール,各スタンド
のロール周速,スタンド間張力が演算され、直ちにN
o.1〜7スタンドの圧延条件の指令が仕上圧延機制御
装置8に伝えられる。仕上圧延機制御装置8では、変更
指令に従ってNo.1〜7スタンドの圧延条件の設定が
行われる。また、演算処理装置9においては、上記の設
定に基づき、No.1からNo.7スタンドの板厚h1
〜h7,圧下率r1〜r7,入側,出側張力σi1〜σi7,
σo1〜σo7,クラウン比率変化量Crc1〜Crc7,変形抵
抗kf1〜kf7,スタンド間の温度T1〜T6,スタンド間
通過時間t1〜t6が求められる。また、圧延材の成分デ
ータから成分元素C,Si,Mn,Tiの含有量が求め
られる。
板幅Winに基づき、(19),(20)式より、エッジ
ャー開度設定量Weが演算され、さらに、ドックボーン
形状による幅戻り量ΔWdを演算し、エッジャー開度設
定量WeをWe−ΔWdに修正し、これがエッジャー制御
装置6に伝えられる。エッジャー制御装置6では、上記
のエッジャー開度設定量に基づき板幅制御を行う。
精度に関して、従来制御方法と本発明の新制御方法との
比較を行った。対象とした圧延材は、それぞれ100本
ずつで、次行程においてコイル内の板幅を測定した。ま
た、従来制御方法を適用する場合は、演算処理装置9に
おいて、圧延条件により算出する(16)式のみを用い
て制御を行い、本発明の板幅変化予測式の補正方法に従
って補正した場合は、(18)式を用いて制御を行っ
た。
の板幅と目標板幅の差の標準偏差が1.5mmであった
のに対し、本発明の新制御方法を適用した場合は、標準
偏差が0.9mmと板幅精度が向上することが確認さ
れ、本発明の新制御方法の効果が検証された。
エッジャーを使用した場合であるが、粗圧延機入側のエ
ッジャーを有する設備および仕上圧延機のスタンド間の
中間エッジャーを有する設備にも同様に本発明を適用で
きることは言うまでもない。 (実施例2)図4に示すような7スタンドからなる仕上
圧延機に、本発明の板幅制御方法を適用した実施例につ
いて説明する。11は仕上圧延機入側板幅計,12は仕
上圧延機出側板幅計,8は仕上圧延機制御装置,9は演
算処理装置である。尚、仕上圧延機制御装置8は、スタ
ンド間張力制御機能,クラウン・形状制御機能,圧下制
御機能,ロール周速制御機能およびルーパ制御機能を有
する。
ップ計算において、仕上出側目標板厚および目標板クラ
ウン値に従って、No.1からNo.7スタンドまでの
圧下スケジュール,クラウンスケジュール,各スタンド
のロール周速,スタンド間張力が演算され、直ちにN
o.1〜7スタンドの圧延条件の指令が仕上圧延機制御
装置8に伝えられる。仕上圧延機制御装置8では、変更
指令に従ってNo.1〜7スタンドの圧延条件の設定が
行われる。また、演算処理装置9においては、上記の設
定に基づき、No.1からNo.7スタンドの板厚h1
〜h7,圧下率r1〜r7,入側,出側張力σi1〜σi7,
σo1〜σo7,クラウン比率変化量Crc1〜Crc7,変形抵
抗kf1〜kf7,スタンド間の温度T1〜T6,スタンド間
通過時間t1〜t6が求められる。また、圧延材の成分デ
ータから成分元素C,Si,Mn,Tiの含有量が求め
られる。
れ、この圧延荷重変化に基づいてミルストレッチおよび
メカニカル板クラウンの変化を演算し、元の板厚および
板クラウン設定値を保つような、仕上圧延機制御装置8
の各スタンドの圧下制御機能およびクラウン・形状制御
機能の設定の変更値が演算され、仕上圧延機制御装置8
に伝えられる。仕上圧延機制御装置8では、上記の演算
処理装置9からの設定値に基づき、各制御機能の設定値
の変更を行う。
精度に関して、従来制御方法と本発明の新制御方法との
比較を行った。対象とした圧延材は、それぞれ100本
ずつで、出側板幅計12より板幅を測定した。また、従
来制御方法を適用する場合は、演算処理装置9におい
て、圧延条件により算出する(16)式のみを用いて制
御を行い、本発明の板幅変化予測式の補正方法に従って
補正した場合は、(18)式を用いて制御を行った。
の板幅と目標板幅の差の標準偏差が1.6mmであった
のに対し、本発明の新制御方法を適用した場合は、標準
偏差が1.1mmと板幅精度が向上することが確認さ
れ、本発明の新制御方法の効果が検証された。
ンド間張力を使用したフィードフォワード制御による板
幅制御の例を示したが、図4に示したような仕上圧延機
出側の出側板幅計12あるいは仕上圧延機のスタンド間
の中間板幅計の出力に基づき、フィードバック制御でス
タンド間張力を制御し板幅を制御する場合、さらに、フ
ィードフォーワード制御およびフィードバック制御の両
方を併用した場合にも、同様に本発明を適用できること
は言うまでもない。
影響を考慮し精度良く板幅変化量を予測し、制御を行っ
ているので、従来に比べ板幅精度を向上することがで
き、歩留を向上させるという効果が得られる。
一態様で実施する装置構成を示すブロック図である。
明を一態様で実施する装置構成を示すブロック図であ
る。
の、本発明の一実施例において使用した装置の構成を示
すブロック図である。
場合の、本発明の一実施例において使用した装置の構成
を示すブロック図である。
量の実測値と圧延条件より求めた板幅変化量の計算値と
の差(実測値−計算値)との関係を示すグラフである。
圧延材の平面図である。
変化量との関係を出側板厚h毎に示したグラフである。
グラフである。
出側板厚毎hに示したグラフである。
示したグラフである。
結果を示したグラフである。
て引張クリープ試験を行った場合の950℃におけるク
リープ特性の違いを示した図である。
平圧延機 4:仕上圧延機前に設置されたエッジャー 5:7スタンドのロールを備えた仕上圧延機 7:エッジャー制御装置 8:仕上圧
延機制御装置 9:演算処理装置 10:kスタンドのロールを備えた仕上圧延機 11:仕上圧延機入側板幅計 12:仕上
圧延機出側板幅計
Claims (4)
- 【請求項1】仕上圧延機および/または粗圧延機におけ
る板幅変化予測式を、実機実験結果に基づき求められた
補正因子および補正項のいずれか一方または双方を用い
て補正することを特徴とする熱間圧延における板幅変化
予測式の補正方法。 - 【請求項2】板幅変化予測式を補正する補正因子および
補正項は、圧延材の成分元素のうち少なくともC,S
i,Mnの含有量に基づき演算することを特徴とする請
求項1記載の熱間圧延における板幅変化予測式の補正方
法。 - 【請求項3】板幅変化予測式を補正する補正因子および
補正項は、実機で圧延される鋼種を少なくとも2つ以上
に分類したグループ毎に演算することを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の熱間圧延における板幅変化
予測式の補正方法。 - 【請求項4】仕上圧延機および/または粗圧延機におけ
る板幅変化量を、請求項1,請求項項2または請求項3
のいずれかに記載の板幅変化予測式の補正方法により補
正した板幅変化予測式に基づき演算し、この演算板幅変
化量に基づき、粗圧延機および/または仕上圧延機にお
けるエッジャーの開度制御および/または仕上圧延機に
おけるスタンド間張力制御により、圧延材の板幅を制御
することを特徴とする熱間圧延における板幅制御方法。
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