JPS6260163B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、圧延機の出側温度制御方法、特に熱
間仕上圧延機の被圧延材の出側温度を予測制御し
てなる圧延機の出側温度制御方法に関する。

〔発明の背景〕

熱間仕上圧延では、圧延材の品質を向上させる
ため、最終圧延スタンドを出た圧延材に冷却水を
散布して圧延材の温度を一定温度にまで急速に下
げげ、これにより焼き入れと同様の処理を行なつ
ている。そして、その焼き入れの効果を一定にし
て、品質を一定に保持させるため、焼き入れ前の
圧延材の温度、即ち圧延機出側における圧延材の
温度（以下、出側圧延材温度Ｔ_F又は単にＴ_F温度
と称する）を、予め定められた目標値に保持する
ことが望ましい。

したがつて、従来、この目標値を圧延仕様の１
つとして圧延機の制御装置に与え、圧延開始から
終了までの間、前記Ｔ_F温度をその目標値に保持
する制御が行なわれている。この制御は、一般
に、以下の２つの制御から構成されている。

仕上圧延機で圧延している被圧延材のＴ_F温
度の実績値を、一定時間周期毎または、一定長
さ圧延毎に取り込み、実績のＴ_F温度と、目標
のＴ_F温度の誤差分をその都度、修正すべく、
仕上圧延機の圧延速度、および圧延機出側より
も上流側にて被圧延材に散布する冷却水流量等
を制御する閉ループ制御。

仕上圧延機で圧延中の被圧延材のＴ_F温度の
時間的変化を予測し、このＴ_F温度の予測値に
基づいて、該被圧延材を一定時間、もしくは、
一定長さ圧延した後も、Ｔ_F温度が目標値に保
たれる様に、仕上圧延機の圧延速度、および前
記冷却水流量等を制御する予測制御。

上記のの予測制御は、Ｔ_F温度制御を安定に
することができるという利点があり、従来、次に
説明する方法で行なわれていた。

Ｔ_F温度の予測式は、(1)式で示される。

Ｔ_F＝Ｔ_S−Ｆ（ｈ，ｖ，Ｔ_S，ｑ_C） ……(1) (1)式中、Ｔ_Sは仕上圧延機入側の被圧延材の温
度であり、Ｆは、仕上圧延機入側のＴ_S温度と、
Ｔ_F温度の差分を示す関数であり、ｈ；被圧延材
の板厚、ｖ；仕上圧延機の圧延速度（仕上圧延機
での圧延時間と関係する）、ｑ_c；仕上圧延機で被
圧延材にかかる冷却水流量、及びＴ_Sの関数とし
て示される。(1)式は、例えば、(2)式で計算するこ
とができる。

Ｔ_F＝Ｔ_S−（β_０＋β_１／ｈ_Ｆ＋β_２／ｖ_Ｆ＋β₃T_S ＋β₄q_C） ……(2) (2)式中ｈ_Fは被圧延材の最終仕上り板厚、ｖ_Fは
最終スタンドのロール速度であり、β_０，β_１，
β_２，β_３，β_４は、周知の多重回帰分析法によ
つて求められる影響係数（以下、単に係数と称す
る）であり、一般に、例えば(2)式中の変数Ｔ_F，
Ｔ_S，……の実測値データを多数収集し、それに
基づいて逆算して求めている。

ここでＴ_S温度は、圧延開始前の被圧延材の温
度が被圧延材の全長に渡り均一であるとすれば、
被圧延材の圧延開始以後、時間の経過に従い、空
気冷却によつてしだいに下つてくる。これは、(3)
式で示される。

Ｔ_S′＝Ｔ_S−Ｃ_Ｄ／Ｈｔ ……(3) (3)式中のＣ_Dは、係数であり、Ｈは、仕上圧延
機入側の被圧延材の板厚、ｔは、Ｔ_Sの温度を測
定以後の経過時間、Ｔ_S′は、被圧延材の温度がＴ
_Sであつた時点からｔだけ時間経過後の被圧延材
の仕上圧延機入側の温度である。(3)式を(2)式へ代
入すると、(4)式となる。

Ｔ_F′＝Ｔ_S−Ｃ_Ｄ／Ｈｔ−｛β_０＋β_１／ｈ_Ｆ＋β_２
／ｖ_Ｆ′ ＋β_３（Ｔ_S−Ｃ_Ｄ／Ｈｔ）＋β₄q_C′｝ ……(4) (4)式中、Ｔ_F′は、(2)式からｔだけ時間経過した
後の被圧延材の仕上圧延機出側の温度であり、ｖ
_F′ｑ_C′はそれぞれ、ｖ_F′，ｑ_Cがｔだけ時間経過
した後の仕上ラストスタンド圧延速度と、仕上圧
延機での冷却水流量である。

つまり、(2)式はある時点（例えば圧延開始時）
のＴ_F温度予測値を示し、(4)式はｔ時間経過後の
Ｔ_S降下を考慮し、且つＶ_F，ｑ_Cを変化させたと
きのＴ_F温度予測値を示すものである。そこで、
ｔ時間経過後のＴ_F温度予測値の変化量ΔＴ_Fは、
次式(5)によつて表わすことができる。

ΔＴ_F＝Ｔ_F−Ｔ_F′＝Ｃ_Ｄ／Ｈｔ（１−β_３） −（１／ｖ_Ｆ−１／ｖ_Ｆ′）β_２−（ｑ_C−ｑ_C′）
β_４……(5) そこで、(5)式のΔＴ_Fを圧延開始から終了まで
常に０に保ち、Ｔ_F温度を目標値に保持するため
に、一定周期（あるいは一定圧延長）ごとに圧延
速度ｖ_F，冷却水量ｑ_C，およびＴ_F温度の実績値
をサンプリングしてΔＴ_Fを予測し、これに基づ
いて圧延速度Ｖ_Fを制御していた。

しかしながら、被圧延材の温度変化は連続的な
ものであるのに対し、上述した従来の方法は一定
周期ごとに圧延速度Ｖ_Fを制御するという階段状
の制御となることから、実際のＴ_F温度はその目
標値に対しある幅をもつて変動したものとなる。
即ち、被圧延材の圧延長方向に周期的な温度偏差
が生じ、これによつて製品の品質が不均一になる
という欠点があつた。

また、(4)又は(5)式中のＣ_D，β_０，β_１，β
_２，β_３，β_４等が被圧延材の鋼種他の圧延仕
様、圧延状況によつて多重回帰分析で求めた時点
と、実際の圧延状況と異なつた場合、Ｔ_F温度を
目標値に保つことはできず、Ｔ_F温度の制御の外
乱となり、上記と同様の欠点につながるという問
題があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、被圧延材の温度変化特性に対
応させ、且つ制御の外乱を除去して、Ｔ_F温度の
制御精度を向上させることができる圧延機の出側
圧延材温度制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、一定周期ごとに次周期におけるＴ_F
温度を予測してその変化量ΔＴ_Fを求め、この変
化量ΔＴ_Fを零にすべく圧延速度の加速率を求
め、この加速率に応じて圧延速度を制御して、被
圧延材の温度変化特性に対応させた制御を行なわ
せ、これによつてＴ_F温度を精度よく制御するよ
うにし、また、一定周期ごとに加速率算出にかか
る影響係数等の実績値を算出し、この実績値に基
づいて影響係数等を補正することにより、制御の
外乱を低減して、Ｔ_F温度の制御精度を向上させ
ようとするものである。

ここで、本発明の原理について説明する。

Ｔ_F温度及びＴ_S温度の変化の一例を第１図に示
す。図中の横軸は、時間を示し、t₀は、一定周期
の開始点又は被圧延材を仕上圧延機で圧延開始し
たタイミングを、t₁は、一定周期の終了点又は被
圧延材の圧延終了タイミング等に相当するものと
する。縦軸は、被圧延材の温度を示し、Ａは、Ｔ
_S温度の時間的変化を示しており、(3)式で示した
ように時間とともに降下する。ＢはＴ_F温度の目
標値であり、被圧延材の全長に渡り一定の温度に
保つことが要求されている。Ｃは、被圧延材のＴ
_F温度の変化を示し、(4)式または、(5)式に従い変
化し、被圧延材の圧延開始から圧延終了まで仕上
圧延機の圧延速度、冷却水流量を一定とした場合
であり、Ｔ_F温度は、圧延時間の経過とともに降
下する。尚、Ｔ_S0，Ｔ_Fは開始時温度、Ｔ_S1は終
了時温度である。そこで(5)式中のΔＴ_Fを例えば
被圧延材の圧延開始から終了まで常に０に保ち、
Ｔ_F温度を目標値に保つために、一定周期ごとに
ΔＴ_Fの変化を予測して、仕上圧延機の圧延速度
ｖ_F、または、冷却水流量ｑ_Cを被圧延材を圧延中
に変化させ、いわゆる予測制御を行なうのであ
る。ところが、被圧延材の各温度は、第１図に示
したように連続的（直線的）に変化するという変
化特性を有するものであるから、一定周期ごとに
圧延速度ｖ_F等を一定値変化させるという階段状
の制御をすると、Ｔ_F温度もそれに応じた波動状
の変化となつてしまう。そこで、温度変化特性に
同調させるため、制御応答性に劣る冷却水流量ｑ
_Cは一定値に保持するようにし、圧延速度ｖ_Fはそ
の変化率、即ち加速率αを制御するようにすれば
よいということに着眼したのである。

いま、ｑ_Cを一定値としておき、被圧延材の圧
延速度ｖ_Fを一定の加速率αで加速しながら圧延
する場合について考えると、ｖ_Fの時間的変化及
び、その間の被圧延材の圧延長さｌの関係は(6)
式、(7)式で示される。

ｖ_F′＝ｖ_F＋αｔ ……(6) ２αｌ＝v′_F ²−ｖ_F ^２ ……(7) (6)式、(7)式中のαは、被圧延材を圧延中の仕上
圧延機の最終スタンドを加速率とする。

(7)式は次のようにして導かれる。まず、上記条
件より、次の運動方程式(イ)が成り立つ。

ｄｖ_Ｆ／ｄｔ＝α ……(イ) (イ)式両辺にｖ_Fをかけて(ロ)式を得る。

ｖ_Fｄｖ_Ｆ／ｄｔ＝αｖ_F ……(ロ) (ロ)式は更に(ハ)式に変形され、これを積分して(ニ)
式を得る。

１／２ ｄ／ｄｔｖ_F ^２＝ｄ／ｄｔ（αｌ） ……(ハ) １／２ｖ_F ^２＝αｌ＋Ｃ ……(ニ) 但し、Ｃは積分定数である。

ｌ＝０でｖ_F＝ｖ_Fだから、 １／２ｖ_F ^２＝Ｃ ……(ホ) ｌ＝ｌでｖ_F＝ｖ_F′だから、 １／２ｖ_F′^２＝αｌ＋Ｃ ……(ヘ) (ホ)、(ヘ)の辺々を引算して整理し、(7)式を得る。

(5)式，(6)式，(7)式より、ΔＴ_F＝０，ｑ_C＝ｑ
_C′（一定値）とし、一定周期ｔに対応する被圧延
材の圧延長ｌを圧延した後もＴ_Fの温度が変らな
いための加速率αを求めると、(8)式となる。

但し、 β＝６０／１０００ｌ｛ｖ_Ｆ・Ｃ_Ｄ・（１−β_３）／
Ｈ・β_２｝^２ 第(8)式は次のようにして得られる。

(5)式においてΔＴ_F＝０、qc＝qc′とおいて、
(ト)式を得る。

Ｃ_Ｄ／Ｈｔ（１−β_３）＝（１／ｖ_Ｆ−１／ｖ_Ｆ′）
β_２……(ト) (6)式よりα＝（ｖ_F′−ｖ_F）／ｔ、これを(7)式に
代入してαを消去し、(チ)式を得る。

ｔ＝２ｌ／ｖ_Ｆ′＋ｖ_Ｆ ……(チ) 一方、(7)式より(リ)式を得る。

ｖ_F′＝√２＋_F ^２ ……(リ) (チ)、(リ)を(ト)に代入し、代数的に整理して、(ヌ)
式
を得る。

｛Ｃ_Ｄ／Ｈ（１−β_３）｝^２（２αｌ＋ｖ_F ^２）ｖ_F ^２ ＝α^２β₂ ² ……(ヌ) β＝｛ｖ_Ｆ・Ｃ_Ｄ（１−β_３）／Ｈ・β_２｝^２とおけ
ば、(ヌ)式は、 （ル）式で表わされる。

α^２＝β／ｌ（２αｌ＋ｖ_F ^２） ……（ル） この（ル）式を代数的に整理することにより、
（ヲ）式が得られ、単位系換算係数（60/1000）を
考慮して、(8)式が得られる。

α＝β＋√^２＋_F ^２ ……（ヲ） したがつて、(8)式により、被圧延材の一定周期
ｔに対応する圧延長ｌ又は全長に渡り、被圧延材
の仕上圧延機出側のＴ_F温度を一定に保つための
加速率αを求め、これに基づいて一定周期ごと又
は全長に対し、被圧延材の圧延開始以後、最終ス
タンド圧延速度を加速するようにすれば、圧延速
度ｖ_F変化が被圧延材の温度変化特性に同調した
ものとなり、圧延長方向のＴ_F温度偏差を極小化
することができ、Ｔ_F温度を全長に亘つて精度よ
く目標値に保持させることができるということに
なる。

ところで、(8)式中の影響係数Ｃ_D，β_２，β_３
は、予め多重回帰分析法によつて求めて設定され
るのであるが、前述したように、圧延状況によつ
ては変化してしまうことがある。

そこで、一定周期ごとに、圧延中の被圧延材の
仕上圧延機出側温度であるＴ_F温度と、圧延速度
ｖ_F、冷却水流量ｑ_C等をサンプリングして、Ｃ
_D，β_２，β_３等の影響係数を学習して、(8)式に
反映させ、Ｔ_F温度を目標値に保つための加速率
αを決定し、圧延状況変化等の外乱を除去するよ
うにする。

例えば、仕上圧延機の冷却水流量ｑ_Cは一定
で、Ｔ_F温度が圧延速度ｖ_Fで制御されている場合
について考えると、圧延中の被圧延材のＴ_F温度
と圧延速度ｖ_Fをサンプリングすれば、本文中(2)
式または、(5)式中のβ_２の実績値を計算すること
ができ、β_２は、(5)式より(9)式で計算できる。

β₂A＝ｖ_ＦＡ・ｖ_ＦＡ ^−１／（ｖ_ＦＡ−ｖ_ＦＡ ^−１）｛
Ｃ_Ｄ／Ｈｔ（１−β_３） −（Ｔ_FA ^-1−Ｔ_FA）｝ ……(9) (9)式中の、ｖ_FA，Ｔ_FAはそれぞれ圧延速度ｖ_F
とＴ_F温度の今回サンプリング実績値であり、ｖ_F
Ａ ^-1，Ｔ_FA ^-1は、それぞれ、圧延速度ｖ_Fと、Ｔ_F
温度の前回サンプリング実績値であり、ｔはサン
プリング周期であり、β_２Aは、(5)式中のβ_２の
実績値である。(9)式で求められたβ_２Aを、(10)式
で指数平滑する。

β_２＝δ・β_２A＋（１−δ）β₂ ^-1 ……(10) ここで、δは、平滑指数、β₂ ^-1は、β_２の前
回サンプリングタイミングでの学習結果値、β_２
は、今回の学習結果値である。この指数平滑を行
う理由は、１サンプル値のみの取り込みだと雑音
が混入するため、前回値との間で平滑化をはかる
ためであり、例えばδ＝0.5に設定する。(10)式で
学習した結果のβ_２を用いて(8)式により、Ｔ_F温
度を目標値に保つための仕上圧延機の加束率αを
求めこれに基づき仕上圧延機の速度を制御すれ
ば、Ｔ_F温度は、β_２を学習しない制御の場合と
比較して、より安定して、Ｔ_Fを目標温度に保つ
ことができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明が適用されてなる第２図図示の実
施例装置に基づいて本発明を説明する。

第２図中の４は被圧延材、５は、被圧延材４の
仕上圧延機入側温度を測定するＴ_S温度計、Ｆ１
〜Ｆ６は仕上圧延機の各スタンド、６は被圧延材
の仕上圧延機出側の温度を測定するＴ_F温度計、
７はスプレー、８は被圧延材を巻取るコイラー、
１３はＦ１〜Ｆ６の仕上圧延機のスタンドを駆動
する駆動装置、９は駆動装置１３に仕上圧延機の
圧延速度ｖを指令する圧延速度制御装置、１０
は、仕上圧延機最終スタンドの圧延速度ｖ_FAとＴ
_F温度Ｔ_FAをそれぞれ、圧延速度制御装置９とＴ_F
温度計６からサンプリングする実績サンプリング
装置、１１はβ_２学習装置、１２はＴ_F温度を目
標値に保つための仕上圧延機の圧延速度の加速率
αを決定する加速率決定装置、２１はキースタン
ドの速度MRH、該MRHに基づき各スタンドへの
速度比SSRHを演算出力する計算装置、２２は該
計算装置２１にセツトアツプ用データを与えるセ
ツトアツプ装置である。なお、図示されていない
が、出側圧延材温度Ｔ_Fの制御にかかる冷却水散
布装置はスタンドＦ１〜Ｆ６間に設けられてい
る。

実績サンプリング装置１０は、被圧延材４の圧
延開始から圧延終了までの間、一定サンプリング
周期ｔで、ｖ_FAとＴ_FAをサンプリングすると同時
に今回のサンプリング値ｖ_FA，Ｔ_FAとｖ_FA，Ｔ_FA
の前回サンプリング実績値ｖ_FA ^-1，Ｔ_FA ^-1をβ_２
学習装置１１へ出力しさらに、ｖ_FA，Ｔ_FAを前回
サンプリング実績値ｖ_FA ^-1，Ｔ_FA ^-1として記憶す
る。β学習装置１１は、１０のサンプリング回数
が２回目以後ｖ_FA，Ｔ_FA，ｖ_FA ^-1，Ｔ_FA ^-1を入力
して、本文中の(9)式、(10)式により、仕上圧延機の
圧延速度ｖ_FのＴ_F温度に与える影響係数β_２を学
習する。Ｔ_F温度を目標値に保つための仕上圧延
機の加速率αを決定する加速率決定装置１２は、
β_２学習装置１１からβ_２の学習結果と、現在の
圧延速度ｖ_FAを入力して前記(8)式で加速率αを決
定し、圧延速度制御装置９へ出力する。本加速率
αにより仕上圧延機の圧延速度をを加速すること
により、仕上圧延機出側の被圧延材の温度Ｔ_Fを
目標値に保つことができる。尚、加速率αを各ス
タンドに分配する際の比率はセツトアツプ装置２
２から計算装置２１を介して与えられている。

更に、β_２学習装置１１、加速率決定装置１２
の演算開始、終了は１つの圧延材毎に与えられて
いる。図で、信号STARTが演算開始を示し、信
号STOPが演算終了を示している。いずれも、出
側温度Ｔ_FAの変化を検出することによつて行つて
いる。演算終了は１つの圧延材に対する制御終了
をも意味している。

上述の実施例装置によれば、加速率決定装置１
２により、Ｔ_F温度の変化量ΔＴ_Fの予測値に基づ
いて、そのΔＴ_Fを０にすべく加速率αを演算
し、これによつて圧延速度ｖ_Fを制御するように
していることから、圧延速度ｖ_Fの変化が被圧延
材の温度変化特性に同調され、圧延長方向の温度
偏差が極小化され、Ｔ_F温度を全長に亘つて精度
よく目標値に保持させることができる。

また、β_２の学習装置により、Ｔ_Fの温度を、
β_２学習制御のない場合と比較して安定したもの
にすることができ、さらにＴ_F温度の実績値と、
目標値の差分を修正する為に、仕上圧延機の圧延
速度を修正することも減るので、材料の温度品質
が向上することはもちろん、AGCに対する温度
外乱、圧延速度外乱等を減少できる。尚、係数学
習としては、β_２以外の係数Ｃ_D，β_３等につい
ても同様に実現できる。更に、冷却に関係する諸
係数を学習し加速率以外に冷却水量の制御を行つ
てもよい。

第２図図示実施例は、個々の専用回路によつて
実現したが、計算機によつても実現できる。この
際は、PI／Ｏ回路を設けて、圧延機とのインター
フエイスをとることになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、被圧延
材の出側圧延材温度を、全長に亘つて精度よく且
つ安定して均一に制御することができ、製品の品
質を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は出側圧延材温度の時間経過を示す図、
第２図は本発明の適用された実施例装置の構成図
である。 ６…出側温度計、９…圧延速度制御装置、１０
…実績サンプリング装置、１１…β_２学習装置、
１２…加速率決定装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の入側温度を有する被圧延材を圧延機に
   よつて圧延するに際し、圧延機出側における前記
   被圧延材の温度を制御する方法において、 圧延期間中の所定の周期毎に、 当該周期の開始点及び終了点における圧延機出
   側での前記被圧延材の温度を一定に保つに必要な
   圧延加速率αを下式に基づいて求め、 下式における少なくとも１の係数について、過
   去及び現在の前記周期における圧延中の被圧延材
   出側温度及び圧延機のロール速度の実測値に基づ
   いて修正し、該修正されたαに従つて前記被圧延
   材の圧延速度を制御することを特徴とする圧延機
   の出側圧延材温度製御方法。 但し、 β＝６０／１０００ｌ｛Ｖ_Ｆ・Ｃ_Ｄ・（１−β_３）
   ／Ｈ・β_２｝^２ Ｖ_F：最終スタンドロール速度 ｌ：周期毎の被圧延材の圧延長さ Ｈ：仕上圧延機入側の被圧延材の板厚 β_２，β_３，Ｃ_D：係数