JPS5813244B2 - 連続圧延機の張力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続圧延機における定張力制御に関するもので
ある。

従来、連続圧延機における定張力制御たとえば無張力制
御として、連続圧延機の各圧延スタンドにおける駆動装
置の負荷電流あるいは圧延荷重、あるいは圧延トルクと
圧延荷重の比をかみ込み時に検出し、該検出値を指令値
として圧延中も一定に保持する如く駆動装置に対して速
度変更指令を出力することが行なわれていた。

例えば、２台の圧延スタンドからなる連続圧延機におい
ては、第１図に示すように第１スタンドの圧延トルクを
検出するトルク検出器２９と圧延荷重を検出する圧延荷
重検出器１４を設置し、且つトルク検出器２９の出力信
号と圧延荷重検出器１４の出力信号との比を演算する演
算装置１５、その演算装置１５の圧延材かみ込み時の値
を記憶する記憶装置１６を設け、圧延中演算装置３０の
出力信号と記憶装置１６の出力信号の差分を零とするよ
う速度制御装置１３に速度変更指令を出力する如く制御
されていた。

しかしながら、このような従来の制御は、圧延中の圧延
材温度降下、スキツドマーク、母材厚変化、その他の外
乱が発生した場合、張力あるいは圧縮力を発生してしま
う欠点がある。

つまり、第１図の実施例をみれば明らかなように、単に
各スタンドを独立に制御するため、特に時間が経つにつ
れ無視できなくなる様な外乱（例えば圧延材の温度変化
になる種々の外乱など）に対しては補償できない欠点を
有する。

本発明は上記欠点をなくすためになされたもので、その
目的は、精度の高い連続圧延機の張力制御方法を提供す
ることである。

本発明の特徴は、従来の技術が第（ｉ−１）、第ｉスタ
ンド間張力を制御するに際し、第（ｉ−１）スタンドの
状態量Ａｉ−１ （例えばＡｉ＝Ｇｉ−１／Ｐｉ−１）
を用いて制御していたのに対し、２つのスタンドにおけ
る状態量Ａｉ−１とＡｉとの差を利用していることであ
る。

本発明の理解を助けるため、まず本発明の原理を理論式
を用いて説明する。

尚、本発明は以下の説明から明らかなように２台以上の
圧延スタンドを有する連続圧延機に適用するものである
が、説明を簡単にするため、第２図に示す様な２台のス
タンドから構成されている圧延スタンドについて述べる
。

まず、第１スタンド入側厚みをＨ、出側の厚みをｈｍ、
第２スタンド出側の厚みをｈ、第１スタンドにおける圧
延トルノと圧延荷重の検出値及びワークロールの半径を
夫々Ｇ１，Ｐ１，Ｒ１，第２スタンドのそれをＧ２，Ｐ
２，Ｒ２，スタンド間張力をＴとすると、これらの間に
は（１），（２）式の関係が成立する。

Ｇ１＝２λ１・Ｐ１・Ａ，−Ｒ１Ｔ ・・・（
１）Ｇ２＝２λ２・Ｐ２・ｌ２＋Ｒ２Ｔ ・・・
（２）ただし、ｌ１，ｌ２は夫々スタンド１及び２の接
触弧長、λ１はトルクアーム係数である。

そして、積λ１，ｌ１はトルクアームと呼ばれる。

この（１），（２）式を変形すると、圧延中の任意の時
間に（３）式が成立することが分かる。

上式の右辺第１項は両スタンドの接触弧長の関数として
表わされている。

接触弧長ｌ１，ｌ２それ自体は圧下量の関数で圧延材の
温度降下により減少するが、両スタンドの接触弧長の温
度による変化は同程度の変化を示すので、右辺第１項で
は温度による変化がキャンセルされる。

換言すれば、圧延中右辺第１項の時間的変化は接触弧長
自身の変化よりずっと小さい。

従って、右辺の第１項をあるタイミングで決定すれば、
それ以降の圧延中における圧延材の温度変化による張力
への影響を無視できる。

本発明はこのように、第（ｉ−１）スタンドおよび第ｉ
スタンドの状態量を用いる。

次に、右辺第１項の値の決定方法を説明する。

前記の（１）式で圧延材が第２スタンドにかみ込まれる
以前にはスタンド間の張力は零だからそのときの状態を
添字０を付けて表わすと、第１スタンドでのトルクアー
ムλ１０・ｌ１０は、トルク検出信号Ｇ１０と圧延荷重
信号Ｐ１０とを用いて（４）式のように表わすことがで
きる。

又、圧延材が第２スタンドにかみ込まれた直後の張力発
生状態を、添字ｂを付けて示すと、（５），（６）式の
関係となる。

Ｇ１ｂ＝２・λ，ｂ・Ｐ１ｂ・ｌ１ｂ−Ｒ１・Ｔｂ・・
・（５）Ｇ２ｂ＝２・λ２ｂ・Ｐ２ｂ・ｌ２ｂ＋Ｒ２・
Ｔｂ・・・（６）この２式より、Ｔｂを消去すると、第
２スタントてのトルクアームλ２ｂ・ｌ２ｂは（７）式
を満足する。

ここで、第１スタンドのトルクアームλ１０・ｌ１０を
圧延材が第２スタンドに咬み込む直前に演算すれば、咬
み込み直後のトルクアームλ１ｂ・ｌ１ｂはλ１０・ｌ
１０にほぼ等しくなる。

すなわち、２λｌｂ・ｌ１ｂ■２λ１０・ｌｔｏ一（Ｇ
１／Ｐ１）ｏが成立する。

このとき、（７）式を（Ｇ２／Ｐ２）０と定義すると、
（Ｇ２／Ｐ２）Ｏ≡２λ２ｂ・ｌ２ｂ 前述のように、圧延中の両スタンドの接触弧長の変化が
等しいとすれば、前記（３）式の右辺第１項のトルクア
ームの差分は次のように表わされる。

以上の結果をまとめると（３）式は次式の（９）式のよ
うに表わすことができる。

ここで（Ｇ１／Ｐ１）０は、第２スタンドのかみ込前の
第１スタンドの圧延トルクと圧延荷重の比の値で、（Ｇ
２／Ｐ２）０は（１０）式で与えられる。

上記の（９）式において、２つのスタンドにおける圧延
トルクと圧延荷重の比の差分（Ｇ１／Ｐ１）−（Ｇ２／
Ｐ２）を（Ｇ１／Ｐ１）０一（Ｇ２／Ｐ１）０に等しく
なるように制御すれば、張力零の一定制御を実現できる
。

すなわち、（９）式の右辺は張力Ｔに対応しているので
、この値を零にするように圧延スタンドの駆動モーター
速度を修正することにより張力零の一定制御になる。

この右辺の値を予め定められた目標張力になるようにモ
ーター速度を制御すればいわゆる定張力制御が実現でき
る。

本発明の特徴を更に明らかにするために、これまで述べ
た定張力制御の制御原理を３台の圧延スタンドを持つ連
続圧延機に適用した場合について述べる。

第３図は３台のスタンドを概略的に示したものである。

尚、図中Ｇ，Ｐ，Ｒは各々圧延トルク、圧延荷重、ロー
ル半径を示し、その添字は対応するスタンドに付けた番
号と一致する。

まず、第１スタンドと第２スタンドの間には張力Ｔ１が
、第２スタンドと第３スタンドの間には帳力Ｔ２が働い
ている場合、（１１），（１２），（１３）式が成立す
る。

ここで、前述した２スタンドの場合と同様にして圧延材
が第１スタンドにかみ込んだ後の２λ１・ｌ１の値を（
Ｇｌ／Ｐ１）０と定義し、さらに（１４），（１５）式
の如く定義する。

ここで、（）（ｉ）は第ｉスタンドかみ込直後の実測値
であることを示す。

なお、（Ｇ１／Ｐ１）。は、見かけの無張力状態におけ
るトルクアームに相当する。

厳密には、第ｉスタンドにおける見かけの無張力状態に
おけるトルクアームの２倍の値（（４）式参照）となる
。

このとき、式（１１）〜（１３）から（２λ１・ｌ１−
２λ２・ｌ２）と（２λ２・ｌ２−２λ３・ｌ３）を求
め、それを２スタンドの場合と同様にして消去すると（
１６），（１７）式が立つ。

ここでｘ，ｙはそれぞれ（１８），（１９）式で示され
る。

（１６），（１７）両式より、スタンド間張力Ｔ１・Ｔ
２を零にするには、ｘ，ｙを同時に零とすればよい。

すなわち、張力零の定張力制御を行なうには、式（１８
），（１９）から相隣るスタンドのトルクアームの差（
Ｇｉ／Ｐｉ）−（Ｇｉ＋１／Ｐｉ＋１）を（Ｇｉ／Ｐｉ
）０−（Ｇｉ＋１／Ｐｉ＋１）０と常に等しくするよう
に相隣るスタンドの速度を修正すればよい。

以上により第ｉスタンドの速度変更量（ΔＮ／Ｎ）１
は、第２スタンドをキースタンドとする場合には、 ここでα，βは次元変更のゲインである。

一般に、定張力制御を行なうには相隣るスタンドのトル
クアーム差を目標ｉ力に見合った値に制御する。

第４図は本発明の張力制御を説明する制御ブロック図で
、各スタンドは圧延荷重Ｐを検出するためのロードセル
ＬＣを持ち、圧延ロールは速度自動制御ＡＳＲ系を持つ
モータと運動している。

相隣るスタンドの圧延荷重とモータの負荷トルクの検出
値がそれぞれ制御系ＨＴＦＣに送られ、前述の式（１４
）〜（１９）からスタンド間の張力を零とするような指
令値をＡＳＲ系に出力する。

以下、制御装置の具体的構成を第５図を用いて説明する
。

第５図において、１，２，３は圧延方向にかぞえたスタ
ンドにつけた番号、４はサイリスタ装置で、図に表われ
ていない交流電源の交番電圧と直流電圧に変換する。

５は各圧延スタンドの圧延ローラー駆動用電動機、６は
駆動用電動機５の回転数を検出する速度発電機、７は電
動機５を流れる主回路電流を検出する電流検出器、８は
界磁電流ＩＰを検出する界磁電流検出器、９は界磁電流
検出器８の出力ＩＦを入力し、界磁の強さψを出力する
関数発生器、１０は関数発生器９の出力と電流検出器７
の出力との積を演算する乗算器、１１は電流検出器６の
出力の時間微分を行い加速度を出力する微分器、１２は
微分器１１の出力を入力し、加速トルクに変換する変換
ゲイン装置で、この出力を乗算器１０の出力から引くと
圧延トルクＧが得られる。

１３は駆動用電動機５の速度制御を行なうためのサイリ
スク装置４に点弧角指今を出力する速度制御装置、１４
は各スタンドの圧延荷重を検出するロードセル、１５は
圧延トルクと圧延荷重の比（Ｇ／Ｐ）を演算する害り算
器、１６ａは第１スタンドかみ込後の割算器１５の出力
を記憶する記憶装置、１６ｂは第２スタンドかみこみ直
後に式（１４）によって計算された見かけ上の無張力状
態の圧延トルクの圧延荷重に対する比を記憶する記憶装
置、１６ｃは第３スタンドかみ込み直後に式（１５）に
よって計算された無張力状態の圧延トルクの圧延荷重に
対する比を記障する記憶装置、１７ａは第２スタンドか
み込前に切換えられるワンショットリレー、１７ｂは圧
延材が第２スタンドにかみ込まれた直後に働くワンショ
ットリレー、１８は第３スタンドかみ込直後に働くワン
ショットリレーである。

１９は相隣るスタンドの圧延荷重の比をとる割算器、２
０は割算器１９の出力にそれと同じスタンド対のロール
径の比を乗算するゲイン装置、２１はかみ込直後とかみ
込前の圧延トルクの圧延荷重の比Ｇ／Ｐの差とゲイン装
置２０の出力との積を演算する乗算器、２２は前述の式
（１８），（１９）の右辺に相当する量を速度変更量に
変換する変換ゲイン装置、２３は積分器である。

又２５，２６は割算器１５及び１９の出力から式（２０
）又は（２１）で表わされる速度変更量を算出する演算
回路である。

この演算回路が前記の制御系ＨＴＦＣである。

この実施例は前述の式（１４）〜（１９）による制御方
式を用いた一例である。

まず圧延材が第１スタンドにかみ込まれ、第２スタンド
にかみ込まれる前に、第１スタンドに関する圧延トルク
、圧延荷重を検出し、それらの比を割算器１５で演算し
、記憶装置１６ａに記障せしめる。

ワンショットリレー１７が連動して作動して１７ａが開
放された後に、第２スタンドへ圧延材がかみ込まれる。

この時、圧延スタンド１に関する割算器１５の出力を記
憶装置１６ａの出力及び割算器１９の出力から第２スタ
ンドに関するトルクアーム相当量（Ｇ２／Ｐ２）０が演
算され、記憶装置１６ｂに記憶される。

圧延材が第３スタンドに吸込まれるまでは、第１スタン
ドの割算器１５の出力と、第２スタンドの割算器１５の
差分をとりさらに記憶装置１６ａと１６ｂの出力の差分
を求め、この両者の差分の差分を零とするように、第１
スタンドの速度の制御を行う。

さらに、第３スタンドにかみ込直後、ワンショットリレ
ー１８が作動して前述の（１５）式の演算がおこなわれ
、トルクアーム相当量（Ｇ３／Ｐ３）０が記障装置１６
ｃに記憶される。

第３スタンドかみ込み後の圧綿中の動作は、第１スタン
ドの割算器１５の出力と、第２スタンドの割算器１５の
出力の差分から、記憶装置１６ａと１６ｂの出力の差分
を引いた値を零とするように、第１圧延スタンドの圧延
速度を制御し、同時に第２スタンドの割算器１５の出力
と第３スタンドの割算器１５の出力の差分から記障装置
１６ｂと１６ｃの出力の差分を引いた値を零とするよう
に第３スタンドの圧延速度を制御する。

この制御により、各圧延スタンド間張力を発生しない無
張力制御が実現できる。

上記した本発明の実施例は、３台の圧延スタンドを有す
る連続圧延機に本発明を実施した例を示したが、前記の
原理説明から明らかなように本発明は、３台以上の圧延
スタンドを有する連続圧延機にも適用できることは言う
までもない。

第６図は、３台の圧延スタンドを有する連続圧延機に本
発明を実施した一例であり、この実施例では、キースタ
ンドを第１スタンドに選んである。

そして、２台の制御系ＨＴＦＣによる速度指令の変更は
、第２スタンドと第３スタンドに対して行なわれる。

この場合、一方のスタンド対の速度修正が他方のスタン
ド対に張力が発生させることになるのを防ぐため、サク
セツシブが必要になる。

この第６図の例は、第２スタンドと第３スタンドの間に
サクセツシブを設けてある点を除くと第５図の例と同じ
である。

３台以上のスタンドを持つ連続圧延機では、製品の精度
向上のため、最終スタンドをキースタンドにし、最終ス
タンドを除いた全スタンドにスタンド間のサクセツシブ
を設ける必要がある。

従って第６図の例は容易に３台以上のスタンドの連続圧
延機の場合に拡張できる。

また、本発明を説明するにあたり、帯鋼圧延に適用した
実施例について述べたが、棒鋼圧延、形鋼圧延等にも容
易に適用できることは、本発明の説明から明らかである
。

第７図は本発明の原理を張力制御に応用した例で、２ス
タンドからなる圧延機で圧延を行う場合圧延材に任意の
張力を加えて圧延を行うための装置を示している。

尚、この図では圧延トルク、圧延荷重を検出する回路は
省略してあるが、第５図等の検出回路と同じ回路を用い
るので省略した。

又制御系ＨＴＦＣ２５は、第５図で破線でかこんで示し
た制脚系２５と同一の回路から構成されている。

ここで、張力の設定値をＴ、外乱によって生ずる張力の
変動量をΔＴとおくと前述の（９）式により次の関係が
成立する。

外乱による張力ΔＴは、板厚に乱れを与えるのでそれを
零にするように右辺を制御する。

右辺第１項と第２項の差分は制御系ＨＴＦＣの出力だか
らその出力から第３項を差し引くようなブロック図を構
成することになる。

明らかに第７図の場合、任意の一定張力Ｔを発生させる
ことができる。

従って、張力の設定値Ｔを任意に選ぶことによりスタン
ド間張力を任意の一定値に制御できる。

一定の張力値に制御する例として、２スタンドの場合の
実施例を示したが、３スタンド以上の圧延の場合も、各
スタンド間張力の目標値を与えることによって、２スタ
ンドの場合と同様に定張力制御が可能である。

なお、３スタンドの無張力圧延制御を（２０），（２１
）式に基いて行う場合、第３スタンド咬み込み時に張力
Ｔ１は必らずしも零である必要はない。

すなわち記憶されるべき（Ｇ３／Ｐ３）０は、（１４）
で咬み込み時の検出値を用いて計算によって求めること
ができる。

また、従来方式では前述したようにＴ１ が零であるこ
とが要請される。

高速圧延をする場合、第３スタンド咬み込み前に、圧延
材が第１，第２両スタンドで加速される場合がありその
ため第３スタンド咬み込み時に張力Ｔ１は必ずしも零と
は限らず、従来方式には、高速化に制約をともなった。

上述の実施例では、その欠点を克服しているので、生産
性の向上が期待できる。

以上詳細に説明したように本発明によれば、圧延材の温
度降下や、スキツドマーク等による外乱を相隣るスタン
ドで相殺させる構成としているので、精度の高い定張力
制御を実現できる。

本発明による張力制御が従来のものに較べ格段に高精度
であることは、次のことからも理解できよう。

従来の如くシングルスタンドにおける圧延トルクと圧延
荷重の比を一定に制脚する方法にあっては、トルクアー
ムの変化が計算によると約１〔ｍｍ〕程度であった。

このときの圧延材先端の圧延荷重は約９５０（ｔｏｎ）
、後端の圧延荷重は約１１５０〔ｔｏｎ〕であり、ミル
定数は４００（ｔｏｎ／ｍｍ）であった。

圧延材先端と後端の荷重差は約２００（ｔｏｎ〕あり、
これは温度降下によるものと考えられる。

トルクアームの変化Δｌ１が１〔ｍｍ〕あった場合、ど
の程度の単位張力変化ΔｔＥがあるか試算すると、次の
ようになる。

ただし、Ｒはロール径、Ｓは圧延材の断面積である。

そして、本発明による張力制御においては、相隣るスタ
ンドで（３）式の如くトルクアームの変化を相殺するの
で、Δｌ１とΔｌ２が上述の如く約１〔朋〕あるとした
場合、その変化はΔｌ１−Δｌ２の値となり、キャンセ
ルされて零に近い値となる。

Δｌ１−１〔ｍｍ〕、Δｌ２−０．９〔ｍｍ〕として上
述と同じ圧延機にて本発明の制御を行なうと張力変動は
次のように試算される。

ただし、Ｒ１＝Ｒ２＝３５０〔ｍｍ〕 一般に、熱間仕上げ圧延機の第１と第２スタンド間の目
標張力は０．２０（ｋ９／ｍｍ２）程度であるから、従
来の方法による０．２０±０．１ ６（ｋｇ／ｍｍ２）
程度の張力変動が問題となることは明らかである。

本発明による張力制御では、従来よりも少なくとも１桁
程度小さい誤差となるので、張力変動による板厚、形状
等への影響はほとんどない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の連続圧延機における無張力制御装置の一
実施例を示すブロック図、第２図，第３図は本発明の制
御原理を説明するための説明用ブロック図、第４図は本
発明の一実施例を示すブロック図、第５図は第４図の一
部詳細を示すブロック図、第６図，第７図は本発明の他
の一実施例を示すブロック図である。 １・・・・・・第１圧延スタンド、２・・・・・・第２
圧延スタンド、３・・・・・・第３圧延スタンド、４・
・・・・・サイリスタ装置、５・・・・・・ローラ駆動
用電動機、６・・・・・・速度発電機、７・・・・・・
電流検出器、８・・・・・・界磁電流検出器、９・・・
・・・関数発生器、１０，２１・・・・・・乗算器、１
１・・・・・・微分器、１２，２０・・・・・・ゲイン
装置、１３・・・・・・速度制御装置、１４・・・・・
・圧延荷重検出器、１５，１９・・・・・・割算器、１
６・・・・・・記憶装置、１７，１８・・・・・・ワン
ショットリレー、２２・・・・・・変換用ゲイン装置、
２３・・・・・・積分器、２５，２６・・・・・・制御
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の圧延スタンドを有する圧延機に咬込まれた圧
   延材に加わるスタンド間張力の制御方法において、圧延
   トルクと圧延荷重を各スタンドにおいて検出し、相隣る
   スタンドのトルクと圧延荷重の比の差と、無張力の状態
   で予め求められているトルクアームの差との差分を利用
   して張力制御量を算出し、該制御量により張力調整手段
   を調整することを特徴とする連続圧延機の張力制御方法
   。