JPS5923885B2 - 熱間仕上圧延の張力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱間仕上げ圧延の張力制御方法に係り、特に、
タンデム型熱間仕上げ圧延に適用するに好適な熱間仕上
げ圧延の張力制御方法に関する。

熱間仕上げ圧延では圧延材の蛇行やループ（スタンド間
の材料のたるみ）を防止するために、ルーパによって圧
延材に一定の張力を発生させている。

第１図は従来の熱間仕上げ圧延機の一般的な構成を示す
正面図である。

圧延材１は圧延スタンド２ａ〜２ｆにより次々に圧延さ
れダウンコイラ６に巻きとられる。

圧延スタンド２ａ〜２ｆの駆動モータ３ａ〜３ｆにより
駆動される。

圧延スタンド２ａ〜２ｆの加圧力は圧下装置４ａ〜４ｆ
で調整されるが、その指令は板厚制御装置５より行なわ
れる。

また各圧延スタンド間にはルーパ７ａ〜７ｅが設げられ
、材料に発生している張力とルーパモータのバランスに
より張力を制御する機能を有しており、両側のスタンド
の材料速度が変化すると張力状態が変化し、ルーパ高は
力のバランスが成立する点まで変化する。

ところで、とのルーパには次のような欠点も有している
。

第ｉスタンドに圧延材１が咬み込まれると第ｉ−１：第
ｉスタンド間のルーパは待機高さから目標高さまで上昇
するが、このルーパ上昇のとき、ルーパと圧延材の衝突
によって過大張力が発生し、しばしば圧延材の板幅変動
の原因となる。

さらに、近年板厚精度を向上するために従来の電動圧下
装置にかわり、応答性にすぐれた油圧圧下装置が用いら
れるようになっているが、一方ではこの高速圧下による
急速なマスフロ変化にルーパが追随できない場合がある
。

本発明の目的は、張力フィードバック制御を安定に行な
いうる熱間仕上げ圧延の張力制御方法を提供することに
ある。

すなわち、本発明は、圧延材の尾端が各圧延スタンドを
抜ける前後に発生する圧延の不安定性を除去するために
、目標張力を変更もしくは操作量をあらかじめ定めたよ
うに変化させることにより安定な圧延を行ない得るよう
にしたものである。

第２図はルーパを用いない本発明の対象とする熱間仕上
げ圧延機の構成を示す正面図である。

かかる構成の張力検出方法を説明し、ついで該検出方法
を用いた張力制御システム、いわゆるルーパレス張力制
御について説明することとする。

なお、第２図において第１図の構成と同一部材であるも
のには同一符号を付している。

第２図に示すようなｎスタンドから成る熱間仕上げ圧延
機では、各スタンドのトルクＧｊ（ｉ＝ｉ〜ｎ）は次の
ように表わされる。

Ｇ１−１ｌ’ｐｌ Ｒ１’Ｔ］＋ＲＩ’ＴＯＧ２””
２°ｐ２ Ｒ２°Ｔ２＋Ｒ２°Ｔ１（１，）Ｇｎ−ｌｎ
’りｎ Ｒｎ’Ｔｎ＋’Ｒｎ’Ｔｎ−１ここで、ｌｉ
、ｐｉ、Ｒ１，Ｔｉは第ｉスタンドのトルクアーム、荷
重、ロール径、スタンド出側張力を表わす。

Ｔｏは圧延材尾端のクロップをシャーでカットする第１
スタンド入側張力で、極（短時間発生するだけなので、
以下では零とおくことにする。

・°・Ｇｌ：１１°Ｉ）Ｉ Ｒ１・Ｔｌ Ｇ、−７，−ｐ２−Ｒ，−Ｔ、＋Ｒ，°Ｔ” （２
）Ｇｎ−ｌｎ”ｐｎ Ｒｎ”Ｔｎ＋Ｒｎ”Ｔｎ −１
なお第１スタンドから第ｍスタンドまで制御するときは
（２）のかわりにｎをｍとおいたｍヶの方程式を用いれ
ば良い。

またそのとき、第ｍスタンドもしくは第ｍ＋１スタンド
以降にはルーパが用いられていても良い。

さて（２）式中のロール径Ｒはあらかじめ設定すること
ができ、さらに圧延荷重ｐもロードセルによって検出で
きる。

したがって、トルクＧ１計ルクアームｌｉが決まれば（
２）式はＴＩ 、Ｔ２．−、Ｔｎを未知数とするｎ元連
立方程式となるので、（２）からＴＩ、Ｔ２＋・・・、
Ｔｎが決まる。

以下ではＧｉとｌｉの計算方法を説明する。

圧延トルクＧ１はロール駆動モータの主回路電流Ｉｉ、
端子間電圧Ｖｉ、モータ回転速度ω１の検出値から次式
によって計算できる。

ここで、ｒｌは主回路抵抗ｒ ＶＢはブラシ電圧降下（
モータによって決まる定数）、Ｊｉはモータから圧延ロ
ールまでのエネルギ伝達軸の慣性モーメンｄω１ ト、−は速度の時間微分、 ＧＬＯ５Ｓはモータの損ｄ
τ 失トルクを表わす。

ここでモータの損失トルクはモータ速度、圧延荷重によ
って決まる量である。

したがってＩｉ、Ｖｌ、ωｉ＋ｐｉを時々刻々測定すれ
ば、１（２）式によって圧延中圧延トルクの値を計算す
ることができる。

（１）式に含まれるトルクアームｌ１１の求め方は、幾
つかの方法があるが、例えば、プロセスデータから１１
を決定する方法がある。

第３図は本発明の実施例を示すブロック図である。

第３図において、張力制御装置は、張力検出演算部１１
．減算部１２．比例積分ＰＩ補償部１３゜変換ゲイン乗
算部１４．サクセツシブ処理部１５゜加算部１６．圧延
プロセス１７より構成される。

； 減算部１２は目標張力と検出張力の差分をとり、加
算部１６はメインモータ速度指令とルーパレス張力制御
系の出力との加算を行なうものである。

また、圧延プロセス１７はロール駆動モータを含めた構
成を意味している。

張力検出演算部１１では圧延プロセスデータを入力し、
本実施例に先立って説明した前述の方法で張力Ｔ １
＋ Ｔ ２ ＋・・・、Ｔｎを検出する。

この張力から次式により単位張力ｔｉを決定する。

ｔｉ−ＴｌＡｈｉ−ｂｉ）（ｉ二１〜ｎ）（４）ｈｉ：
第ｎスタンド出側板厚設定値もしくは検出値ｂｉ：第ｉ
スタンド出側板幅設定値もしくは検出値減算部１２では
張力検出演算部１１で計算された単位張力ｔｉとあらか
じめ定められた目標張力（必らずしも一定でなくてよい
） ｊｐｉとの差分を計算する。

ｅｉ−ｔｉ ｊｐｉ （１−１〜ｎ ）
（５）ＰＩ補償部１３では制御特性を安定させる
ために必要なゲインを乗じる。

ここで、Ｋ、、ＴＩはそれぞれ比例ゲイン、積分時定数
を表わしており、右辺第２項はｅｌの時間積分を表わし
ている。

変換ゲイン乗算部１４ではＰＩ補償部１３で決定したａ
ｉをモータ速度の単位に変換する。

Δ鶴ｉ＝ｇｔ−ｄ、 （７）ｇ「
は第ｎスタンドの変換ゲインを意味しΔ０）ｐｉハ単位
張力ｔ１に対する第ｎスタンドモータ速度の修正量を表
わす。

これを第ｎスタンドに出力すると、第ｎスタンドモータ
速度が変化し張力ｔｉはｔ、ｉに近づくが、第ｎスタン
ドモータ速度の変化は第ｎスタンド上流の張力制御と無
関係に変化するので張力ｔ１−１は乱される。

これを防ぐためにサクセッシプ処理部１５では第ｎスタ
ンドの制御をおこなうとぎ第ｎスタンドより上流側のス
タンドを同じ割合だけ動かしスタンド前後のバランスを
保つようにする。

このサクセツシブ処理を考慮したときの各スタンドの速
度修正量Δω、１は次式で決まる。

この式から決まるΔω、１（ｉ−１〜ｎ）を第１スタン
ドから第ｎスタンドに出力すれば安定な張力制御を実現
できる。

第４図は第３図の実施例で得られる張力特性を示すもの
である。

第４図に示す例は、熱間仕上げ圧延機の１〜２間スタン
ドの張力制御特性を示したもので、良好な結果が得られ
ていることがわかる。

しかし、このように安定な圧延がおこなわれている場合
でも、たとえば第１スタンドから圧延材尾端が抜けたと
き、第２スタンドと第３スタンドの圧延材に不安定な縦
ゆれが発生する場合があった。

本発明は、この不安定現象を防ぐべく提供されたもので
あり、以下詳述する。

このような第ｉ ＋１スタンドより下流側に不安定な現
象が発生したときのプロセスデータを調べた結果、第ｎ
スタンドから圧延材尾端が抜けた直後第ｉ ＋ １スタ
ンドのモータ速度が急増していることがわかった。

第ｉ〜第ｉ ＋ １スタンドに張力Ｔｉが発生している
とぎ第ｉ ＋ １スタンドモータではこの張力に抗して
所定の速度で回転するに必要な張力トルクＲ，＋１・Ｔ
、を発生しているが、圧延材尾端が第ｎスタンドから抜
けると同時にこの張力が零になるとトルクバランスがく
ずれるのでモータ速度が急増するものと解釈できる。

これを言いかえると、圧延材尾端が第ｎスタンドから抜
ける直前に張力Ｔｉを零に近い値に制御できれば、尾端
抜けの前後における張力変化はほとんど無くなるので、
第ｉ＋１スタンドの速度変化を発生しないはずである。

そこで尾端が第ｎスタンドに到達する少し前から目標張
力ｔ、ｉを徐々に下げ、抜は直前に零もしくは零に近い
値にする。

張力をこの目標値になるように制御すれば目的の効果が
得られることになる。

目標張力ｔ、ｉを徐々に下げる回路を付加した一実施例
を示したのが第５図である。

第５図においては第３図と同一部材であるものには同一
符号を付している。

パターン発生回路１００は、タイマー１０１、比率設定
器１０２、減算器１０３より成る。

タイミング信号ＳＴは目標張力の漸減を開始するための
タイミングを与えるもので、例えば、第１スタンドの目
標張カバターンを発生させるためには、図示しない第１
スタンド前方の材料検出器ＨＭＤのオフ信号を用いれば
良い。

また、その他のスタンドでは上流スタンドの尾端抜は信
号を用いることができる。

このタイミング信号が入力されると、タイマー１０１は
タイミング信号入力後の経過時間ｔを出力し始める。

タイマー１０１は各圧延材の圧延開始前にリセットされ
、次のタイミング信号が入力されるまで零に維持される
。

比率設定器１０２は、この経過時間ｔを入力し、予め設
定された比率γを乗じた値γｔを出力する。

このとき減算器１０３の出力は次式で与えられる。

ｔｐｏ（タイミング信号入力前） ｊｐ＝ ｔｐｏ−γ・ｔ （タイミング信号入力後）
従って、目標張カバターン発生器１００は、タイミング
信号入力後、時間とともに漸減する目標張力を与える。

なお、第１スタンド以降のタイミングとしてＨＭＤ信号
オフ後の一定時間経過したタイミングを用いることもで
きる。

更に、ここでは目標張力を時間に比例して漸減するよう
にしたが、必らずしも時間に比例させる必要は無い。

第６図はＦ１スタンド前方の目標張力Ｔ、ｉと、張力Ｔ
１とを制御した結果を示すものである。

第６図において、圧延材の尾端は荷重ｐ１が零になった
とき第１スタンドから抜けている。

この図は第１スタンド前方の目標張力を８ｔｏｎから１
秒間に１．３ｔｏｎの割合で徐々に減らした場合を示し
ている。

目標張力を減らし始めるタイミングとしては第１スタン
ド入側に設けられた尾端検出器で検出した圧延材尾端通
過信号を用いる。

尾端検出器としては通常熱間圧延ラインに設置されてい
るホットメタルデテクタ（ＨＭＤ）等を用いても良い。

このように目標張力を徐々に下げた結果、第１スタンド
前方張力Ｔ１は第１スタンド抜は直前には零に近い値と
なっている。

このような張力修正をおこなうことにより、第１スタン
ドから圧延延尾端が抜けたとき、２−３スタンド間の圧
延が不安定になる現象はほとんどみられなくなった。

同様に、圧延材尾端が第２スタンドを抜ける少し前から
第２スタンド前方の張力を徐々に減らすことにより、３
−４スタンド間の圧延の不安定現象を防ぐことができる
。

このように、圧延材尾端が抜ける時、そのスタンドの前
方張力を零の近くまで減らす方法は非常に効果がある。

しかし下流スタンドに近づくにつれ、前スタンドで尾端
が抜けてから当該スタンドで尾端が抜けるまでの時間が
短か（張力を零前後に下げるまでの時間的余裕が少なく
なる。

このような問題にも対応できる実施例を図を示し次に説
明する。

第７図は本発明の他の実施例を示すブロック図である。

第７図においてもパターン発生回路１００が適用される
が図示を省略している。

第７図の実施例は次のような構成を有している。

すなわち、第１スタンド前方の張力をあらかじめ設定し
た目標張力に制御した状態で第ｉスタンドから圧延材尾
端が抜けると、第ｉ＋１スタンドのモータ速度が急増し
て第ｉ ＋１スタンド前方の圧延が不安定になる。

したがって第ｉ＋１スタンドのモータ速度の急増をキャ
ンセルするような速度制御をおこなって、この不安定現
象を防ぐものである。

このために、速度補償部１８を設け、この出力と変換ゲ
イン乗算部１４の出力との加算処理を加算器１９で行な
い、その加算結果でサクセツシブ処理部１５を駆動する
。

速度補償部１８は目標張力ｔｐｉに基づいて第ｉヌメン
ドから圧延材が抜ける直前に第ｉ＋１スタンドの速度の
下げ幅を決定するように機能する。

第１スタンド前方張力の設定値ｔｐｉが犬ぎい程、第ｉ
スタンドから尾端が抜けたときの第ｉ ＋ １スタンド
の速度上昇は犬ぎいので、この速度上昇を補償するため
の速度の下げ幅Δωを、ｔ・に比例するように決める。

すなわちΔ令＝。

、ｔ。１ α（負の定数） 第ｉスタンドから尾端が抜けるタイミングよりも、第ｉ
＋ １スタンドモータの応答時間だけ早めに上記の信
号Δ今を第ｉ＋１スタンドモータに出力すれば、第ｉス
タンドから圧延材尾端が抜けたときに生ずる第ｉ＋１ス
タンドモータの速度上昇とΔ余による速度下げ分がキャ
ンセルするので、第ｉ＋１スタンドモータ速度の変動を
小さくすることができる。

第８図は第７図の実施例による第ｉ＋１スタンドのモー
タの速度変化を示すものである。

第８図より第ｉ ＋１スタンドの速度変化が実線図示の
如く小さくなっていることがわかる。

本発明によれば、速度下げ信号３合を第１スタンド抜け
の直前に出力すれば良いので、第５図に述べた例に比べ
下流側スタンドにも容易に適用可能である。

なお、第７図の実施例では３合を出力した後も張力制御
の出力Δω、（田）を計算している。

張力制御の出力ｆ職（５＋□）は圧延の状況によっては
、このΔ仝をキャンセルするように作用する可能性があ
る。

このため、第ｉスタンドを抜けたときの第ｉ ＋ １ス
タンド速度上昇に対する制御が円滑にいかない場合がま
れに発生する。

これを防止するためには、Δ鶴（１４−１）をホールド
するようにすれば良い。

このような観点から構成した実施例が第９図である。

第９図は本発明の更に他の実施例を示すブロック図であ
る。

第９図においては第７図の実施例と同一部材であるもの
には同一符号を付している。

第９図のようにホールド回路１９を変換ゲイン乗算部１
４の後に挿入し、速度補償部１８より齢を出力すると同
一のタイミングで変換ゲイン乗算部４の出力Δ苗、（，
１）を尾端がｉスタンドを抜けるまでホールドする。

なお、タイミング信号ＳＴが入力される以前においては
、変換ゲイン乗算部１４の出力Δ醒ｐ （ｉ＋□）を入
力し、第７図の実施例と同様の動作をしている。

なお、ホールド回路１９は、張力検出演算部１１の出力
側またはサクセツシプ処理部１５の出力側に設けること
もできる。

第９図の実施例によれば、張力検出演算部１１の出力に
外乱が発生していても、その影響をさげることかできる
。

以上、詳述したように本発明によれば、圧延材尾端付近
の圧延現象の不安定性を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱間仕上げ圧延機の一般的な構成を示す
正面図、第２図は本発明の対象とする熱間仕上げ圧延機
の構成を示す正面図、第３図は本発明の実施例を示すブ
ロック図、第４図は熱間仕上げ圧延機１〜２間スタンド
の張力制御特性図、第５図は第３図の実施例の詳細ブロ
ック図、第６図は第５図の実施例による制御特性図、第
７図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第８図は
第７図の実施例によるモータ速度変化図、第９図は本発
明の更に他の実施例を示すブロック図である。 １・・・圧延材、２ａ〜２ｆ・・・圧延スタンド、３ａ
〜３ｆ・・・駆動モータ、４ａ〜４ｆ・・・圧下装置、
５・・・板厚制御装置、６・・・ダウンコイラ、１１・
・・張力検出演算部、１２・・・減算部、１３・・・比
例積分補償部、１４・・・変換ゲイン部、１５・・・サ
クセツシブ部、１６・・・加算部、１７・・・圧延プロ
セス、１８・・・速度補償部、１９・・・加算器、１０
０・・・パターン発生回路、１０１・・・タイマー、１
０２・・・比率設定器、１０３・・、・減算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 張力指令値と被圧延機の張力検出値とに基づいて前
   記被圧延機に対する複数の圧延スタンドの速度を調整す
   る張力制御装置を有する熱間仕上圧延の張力制御方法に
   おいて、前記被圧延機の尾端が前記圧延スタンドの任意
   スタンドから抜は出る前に前記任意スタンドに続く下流
   スタンドの速度目標値を前記任意スタンドの前方張力の
   大きさにあらかじめ定められた係数α（α〈１）をかげ
   て得られる値に基づいて決定し、前記下流スタンドの駆
   動モータの応答時間だけ前記任意スタンドでの尾端抜げ
   に先行して前記下流スタンドの速度が前記目標値になる
   ように前記下流スタンドの減速制御を開始せしめること
   を特徴とする熱間仕上圧延の張力制御方法。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載において、前記下流
   スタンドの減速開始から前記任意スタンドでの被圧延機
   の尾端抜けまでの間は前記任意スタンドの前方張力を前
   記下流スタンドの減速開始時の張力値に保持するように
   張力制御をおこなうことを特徴とする熱間仕上圧延の張
   力制御方法。