JPWO2020250424A1 - 板厚制御装置および板厚制御方法 - Google Patents

Abstract

板厚制御装置は、圧延スタンドを備える熱間圧延機の板厚制御を行う板厚制御装置である。板厚制御装置は、圧延スタンドの入側に配置された温度計と、温度計で計測した被圧延板のロックオン温度と温度計で計測した被圧延板の先端部以外についての計測値との差分温度を出力する差分演算部と、被圧延板の板速度に基づいて温度計の位置から圧延スタンドの直下まで差分温度を移送するトラッキング部と、トラッキング部から伝達される差分温度に基づいて圧延スタンドの圧下量を算出する算出部と、を備える。算出部は、差分温度に対して比例微分制御を施す比例微分制御部と、比例微分制御部の出力値に基づいて圧下量を算出する圧下量演算部と、を含んでもよい。

Description

本出願は、板厚制御装置および板厚制御方法に関するものである。

例えば日本特開２００７−７５８５０号公報に記載されているように、スキッドマークの板厚偏差を抑制するように改良された板厚制御装置が知られている。この公報にかかる技術は、板厚計の板厚データにフィルタをかけることによってスキッドマーク分の成分を抽出している。この抽出された板厚変化を用いることにより、スキッドマークによる板厚偏差を抑制するような制御が行われている。

日本特開２００７−７５８５０号公報

熱延仕上げ板厚制御技術においては、ゲージメータＡＧＣあるいはフィードフォワードＡＧＣなどにより、スキッドマークによる板厚偏差を抑制することが考えられる。ゲージメータＡＧＣは、圧延機の入側の板厚の変化を圧延荷重の変化として検出し、この検出された荷重変化に対してロールの圧下量を調整する方法である。フィードフォワードＡＧＣは、圧延機入側に設置された板厚計にて板厚変化を検出し、被圧延材の速度に基づいて板厚変化が圧延機位置に到達したことを検出することで、圧延機の圧下量を調整する方法である。

日本特開２００７−７５８５０号公報では板厚計が使用されている。板厚計が制御対象圧延スタンドとその前段圧延スタンドとの間に設置されており、この設置位置は板厚計にとって劣悪な環境である。板厚計が劣悪な環境下に設置されることで、板厚計の消耗が進みやすく、板厚計が突然に故障するおそれもある。このような事情があるので、ＡＧＣに使用する観点からは、板厚計の信頼性が低いという問題がある。

また、板厚計は、経済的に高価でありメンテナンスにもコストがかかる。このため、板厚計を使用せずにフィードフォワードＡＧＣを使用しないケースもありうる。このケースでは、スキッドマーク板厚変動を抑制するために板厚計を用いたフィードフォワードＡＧＣを使用できない。

一方、ゲージメータＡＧＣにおいては、荷重フィードバックが不安定であるとゲージメータＡＧＣのゲインを上げることができない。ゲージメータＡＧＣでは、荷重変化に対してロールの圧下量が調整される。荷重フィードバックが不安定となる要因には、例えば、荷重検出用ロードセルにノイズが多い場合があったり、ロードセルが無く油圧式ＰＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）で荷重が検出されている場合があったりする。こういった場合にはゲージメータＡＧＣのゲインを上げることができないので、ゲージメータＡＧＣでスキッドマークに起因する板厚変動を取り除くことができないという問題がある。

以上のように、従来のスキッドマーク板厚変動抑制技術には実用上の問題点が多く、未だ改善の余地が残されていた。

本出願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スキッドマークによる板厚変動を抑制することができる新規な板厚制御装置および板厚制御方法を提供することを目的とする。

本出願にかかる第一の板厚制御装置は、
圧延スタンドを備える熱間圧延機の板厚制御を行う板厚制御装置であって、
前記圧延スタンドの入側に配置された温度計と、
前記温度計で計測した被圧延板のロックオン温度と前記温度計で計測した前記被圧延板の先端部以外についての計測値との差分温度を出力する差分演算部と、
前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度計の位置から前記圧延スタンドの直下まで前記差分温度を移送するトラッキング部と、
前記トラッキング部から伝達される前記差分温度に基づいて前記圧延スタンドの圧下量を算出する算出部と、
を備える。

本出願にかかる第二の板厚制御装置は、
圧延スタンドを備える熱間圧延機の板厚制御を行う板厚制御装置であって、
前記圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値に基づいて、前記圧延スタンドで圧延される被圧延板が含むスキッドマークの位置を表す温度情報を検出するスキッドマーク検出部と、
前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度情報を前記圧延スタンドの直下まで移送するトラッキング部と、
前記トラッキング部で移送された前記温度情報に基づいて前記圧延スタンドが前記スキッドマークに加える荷重を決定するように前記圧延スタンドの圧下量を算出する算出部と、
を備える。

本出願にかかる板厚制御方法は、
熱間圧延機の圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値を取得するステップと、
前記温度計で計測した被圧延板のロックオン温度と前記温度計で計測した前記被圧延板の先端部以外についての計測値との差分温度を出力するステップと、
前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度計の位置から前記圧延スタンドの直下まで前記差分温度を移送するステップと、
移送された前記差分温度に基づいて前記圧延スタンドの圧下量を算出するステップと、
を備える。

本出願にかかる板厚制御方法は、
熱間圧延機の圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値に基づいて、前記圧延スタンドで圧延される被圧延板が含むスキッドマークの位置を表す温度情報を検出するステップと、
前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度情報を前記圧延スタンドの直下まで移送するステップと、
移送された前記温度情報に基づいて前記圧延スタンドが前記スキッドマークに加える荷重を決定するように前記圧延スタンドの圧下量を算出するステップと、
を備える。

本出願によれば、温度計により取得した差分温度情報をトラッキングすることで、被圧延板の温度偏差に基づくフィードフォワード制御を実施することができる。これによりスキッドマークによる板厚変動を抑制することができる。

実施の形態にかかる板厚制御装置が搭載される熱間圧延機の構成を示す図である。 実施の形態にかかる板厚制御装置が備える制御演算部の制御ブロック図である。

本実施の形態は、複数の圧延スタンドＦ１〜Ｆ７を連続配置し、加熱された鋼板等をこれらの圧延スタンドＦ１〜Ｆ７で順次圧延するように構築された熱間圧延機１の板厚制御技術に関する。

図１は、実施の形態にかかる板厚制御装置２０が搭載される熱間圧延機１の構成を示す図である。熱間圧延機１は、複数の圧延スタンドＦ１〜Ｆ７と、複数の圧下装置２と、複数の油圧調整装置２ａと、複数の油圧ＰＴ３と、複数の電動機４と、板厚計１１と、を備えている。

熱間圧延機１は、複数の圧延スタンドＦ１〜Ｆ７をタンデムに配置した熱間仕上げ圧延機である。複数の圧延スタンドＦ１〜Ｆ７は、先頭圧延スタンドＦ１と中間圧延スタンドＦ２〜Ｆ６と最終圧延スタンドＦ７とを含む。実施の形態にかかる板厚制御装置２０は、最終圧延スタンドＦ７の板厚制御を行う。

圧下装置２は、各圧延スタンドに設けられた油圧駆動式の圧下装置である。圧下装置２は、図示しない油圧シリンダおよびオイルタンクなどを含む。油圧調整装置２ａは、圧下装置２の油圧を調整するバルブなどを含む。

油圧ＰＴ３は、圧下装置２を駆動する油圧に基づいて荷重を計測するＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒである。油圧ＰＴ３は、油圧センサであり、各圧延スタンドの荷重を検出する荷重検出器でもある。

電動機４は、各圧延スタンドのロールを回転させるものである。板厚計１１は、熱間圧延機１の出側に配置されている。板厚計１１は、熱間圧延機１で圧延された被圧延材の板厚を計測することができる。

板厚制御装置２０は、温度計２０ａと、圧下制御部２２と、制御演算部３０と、を備える。板厚制御装置２０は、油圧調整装置２ａを制御することで圧下装置２の圧下量を制御することができる。なお、圧下装置２の圧下量はロールギャップ変化量ΔＳであるものとし、以下、単に「圧下量ΔＳ」とも称する。

温度計２０ａは板厚制御装置２０の構成要素の一つである。温度計２０ａは、最終圧延スタンドＦ７の入側に配置されており、具体的には最終圧延スタンドＦ７とその前段の圧延スタンドＦ６との間に配置されている。

圧下制御部２２は、板厚計１１からの出力信号である板厚ｈと、制御演算部３０からの出力信号と、油圧ＰＴ３からの荷重検出信号とを受信する。圧下制御部２２は、これらの受信信号に基づいて油圧調整装置２ａを制御するための制御信号を生成する。制御演算部３０は、図２を用いて後述する。

先頭圧延スタンドＦ１と中間圧延スタンドＦ２〜Ｆ６との制御装置には、前段板厚制御装置１９が用いられる。前段板厚制御装置１９は板厚制御装置２０から制御演算部３０を省略したものであり、この点を除いては前段板厚制御装置１９と板厚制御装置２０とは同様の構成を備えるものとする。

図２は、実施の形態にかかる板厚制御装置２０が備える制御演算部３０の回路ブロック図である。図２に示すように、制御演算部３０は、一次遅れフィルタ部３１と、ロックオン温度取得部３２と、差分演算部３３と、第一ゲイン部３４と、トラッキング部３５と、算出部４１と、を備える。

一次遅れフィルタ部３１は、温度計２０ａの出力信号に予め設定された一次遅れ演算を施す。

ロックオン温度取得部３２は、温度計２０ａの出力信号に基づいて、温度計２０ａで計測した被圧延板のロックオン温度Ｔ_ＬＯを取得する。「ロックオン温度Ｔ_ＬＯ」とは、被圧延材の先端付近部位の温度である。このロックオン温度Ｔ_ＬＯを、スキッドマークを検出するための基準温度として用いることができる。被圧延材の先端の温度をロックオン温度Ｔ_ＬＯとしてもよく、被圧延材の先端から若干内側に入った部位の温度をロックオン温度Ｔ_ＬＯとしてもよい。

差分演算部３３は、一次遅れフィルタ部３１からの出力信号とロックオン温度取得部３２からのロックオン温度Ｔ_ＬＯとを受け取る。一次遅れフィルタ部３１の出力信号は、温度計２０ａで計測した「被圧延板の先端部以外についての温度計測値」を含んでいる。差分演算部３３は、差分温度ΔＴを出力する。差分温度ΔＴは、ロックオン温度Ｔ_ＬＯと「被圧延板の端部以外についての温度計測値」との差分である。

第一ゲイン部３４は、差分演算部３３からの出力を受け取る。第一ゲイン部３４は、差分演算部３３が出力した差分温度ΔＴに予め定められた第一ゲインＧ１を乗ずる。以下の説明では、説明の簡素化のために、特に区別する必要がない限りは、第一ゲインＧ１を乗じた差分温度ΔＴについても単に「差分温度ΔＴ」と称する。

トラッキング部３５は、第一ゲイン部３４からの出力を受け取る。トラッキング部３５は、被圧延板の板速度に基づいて、温度計２０ａの位置から最終圧延スタンドＦ７の直下まで差分温度ΔＴを移送する。板速度の検出方法は公知の各種技術を用いればよいので説明は省略する。例えば、板速度計（図示せず）を設けることで板速度が検知されてもよいし、電動機４の回転速度などから板速度が検知されてもよい。

算出部４１は、トラッキング部３５から伝達される差分温度ΔＴに基づいて、最終圧延スタンドＦ７の圧下量ΔＳを算出する。具体的には、算出部４１は、比例微分制御部３６と、第二ゲイン部３７と、第三ゲイン部３９と、加算部３８と、圧下量演算部４０と、を含む。

比例微分制御部３６は、差分温度ΔＴに対して比例微分制御（ＰＤ制御）を施す。比例微分制御部３６によれば、制御対象の圧延スタンドＦ７の直下までトラッキングされた温度偏差（差分温度ΔＴ）に、比例制御（Ｐ制御）と位相進み補償（Ｄ制御）との両方を施すことができる。

第二ゲイン部３７は、比例微分制御部３６の出力に第二ゲインＧ２を乗ずる。第三ゲイン部３９は、トラッキング部３５の出力に第三ゲインＧ３を乗ずる。加算部３８は、第二ゲイン部３７の出力と第三ゲイン部３９の出力を加算する。

圧下量演算部４０は、比例微分制御部３６の出力値と圧延パラメータとに基づいて圧下量ΔＳを算出する。圧延パラメータは、ミル定数Ｍと塑性係数Ｑとを含む。

以上説明したように、実施の形態によれば、温度計２０ａにより取得した差分温度ΔＴをトラッキングすることで、被圧延板の温度偏差に基づくフィードフォワード制御を実施することができる。これによりスキッドマークによる板厚変動を抑制することができる。すなわち、実施の形態にかかる板厚制御装置２０は、トラッキング部３５により圧延スタンドＦ７の直下へトラッキングされた差分温度ΔＴに位相進み補償（Ｄ制御）と比例制御（Ｐ制御）の両方を施すことで、制御対象である最終圧延スタンドＦ７の圧下量を高精度に制御することができる。算出部４１で算出した圧下量ΔＳを用いてスキッドマークによる板厚変動を精度良く抑制しつつ、他のＡＧＣも加算することより出側板厚を目標板厚に収束させることができる。

実施の形態によれば、圧下制御部２２は、油圧ＰＴ３で計測した油圧と算出部４１で算出した圧下量ΔＳとに基づいて圧下装置２を制御するという好ましい形態が提供される。油圧ＰＴ３に基づいて圧下量ΔＳを算出する場合にはロードセルを用いて圧下量ΔＳを算出する場合よりも制御精度が劣るという欠点がある。この点、トラッキング部３５でトラッキングした差分温度ΔＴに基づいて算出部４１が圧下量ΔＳを決めることで、板厚制御精度が低下することを抑制することができる。

実施の形態では、熱間圧延機１は圧延スタンドＦ１〜Ｆ７の荷重を検出するロードセルを含まない。それにもかかわらず、油圧ＰＴ３の荷重検出信号だけでなくトラッキング部３５でトラッキングした差分温度ΔＴも圧下量ΔＳの計算に算入されるので、スキッドマークの板厚変動を十分に抑制することができる。これによりロードセルがなくともスキッドマークの板厚変動を抑制できるので、高価な装置であるロードセルを省略することができる。各圧延スタンドＦ１〜Ｆ７の荷重検出器としてのロードセルが設けられておらず、しかも油圧ＰＴ（Pressure Transducer）等の荷重検出が不安定な場合でも、板厚制御装置２０が圧延スタンド出側板厚を目標板厚へ収束させることができる。ただし、ロードセルが設けられた熱間圧延機１にも本実施の形態にかかる板厚制御装置２０を適用してもよい。

実施の形態によれば、比例微分制御部３６が設けられるという好ましい形態が提供される。これにより比例制御（Ｐ制御）とともに微分制御（Ｄ制御）による位相進み補償も施すことができ、スキッドマークに起因する板厚偏差を高精度に抑制することができる。

なお、実施の形態にかかるロックオン温度取得部３２と差分演算部３３は、「スキッドマーク検出部４２」に相当している。スキッドマーク検出部４２は、温度計２０ａの計測値に基づいて、被圧延板が含むスキッドマークの位置を表す温度情報（つまり差分温度ΔＴ）を検出することができる。算出部４１は、トラッキング部３５で移送された温度情報（差分温度ΔＴ）に基づいて、最終圧延スタンドＦ７がスキッドマークに加える荷重を決定するように、最終圧延スタンドＦ７の圧下量ΔＳを算出することができる。

温度計２０ａがスキッドマークの位置を表す温度情報を取得するとともに、この温度情報のトラッキングに基づいてスキッドマークが最終圧延スタンドＦ７直下に到達したことを特定できる。これにより最終圧延スタンドＦ７がスキッドマークに適正な荷重を与えるように圧下量ΔＳを正しく算出することができる。

なお、図２に記載した制御演算部３０は、アナログ回路とデジタル回路のいずれで構築されてもよく、また専用処理装置の形態で構築されてもよく、ＣＰＵとメモリとを含む汎用演算回路の形態で構築されてもよい。上述した各「・・・部」という構成要素は、「・・・ブロック」と読み替えられることでソフトウェア機能ブロックとして提供されてもよい。

なお、実施の形態では最終圧延スタンドＦ７にのみ実施の形態にかかる板厚制御装置２０を適用したが、変形例として、圧延スタンドＦ１〜Ｆ６に対してもその入側に温度計２０ａを設けつつ板厚制御装置２０を適用してもよい。

なお、実施の形態では複数の圧延スタンドＦ１〜Ｆ７を有する熱間圧延機１を説明したが、熱間圧延機１が一段の圧延スタンドＦ７のみを持つように変形されてもよい。この場合にも、荷重検出が不安定な場合において温度計２０ａの温度情報を用いることにより板厚精度を向上することができる利点が得られる。

なお、実施の形態にかかる板厚制御装置は、各制御処理をステップ化することで、「熱間圧延機の板厚制御方法」として提供されても良い。既設の熱間圧延機が持つ板厚制御装置に対して事後的に板厚制御装置２０の各機能（図２参照）を追加することによっても、実施の形態にかかる板厚制御方法が実施されることになり、その事後的な追加は実施の形態にかかる板厚制御装置２０を製造する行為に相当する。

１ 熱間圧延機、２ 圧下装置、２ａ 油圧調整装置、３ 油圧ＰＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、４ 電動機、１１ 板厚計、１９ 前段板厚制御装置、２０ 板厚制御装置、２０ａ 温度計、２２ 圧下制御部、３０ 制御演算部、３１ 一次遅れフィルタ部、３２ ロックオン温度取得部、３３ 差分演算部、３４ 第一ゲイン部、３５ トラッキング部、３６ 比例微分制御部、３７ 第二ゲイン部、３８ 加算部、３９ 第三ゲイン部、４０ 圧下量演算部、４１ 算出部、４２ スキッドマーク検出部、Ｆ１ 圧延スタンド（先頭圧延スタンド）、Ｆ２〜Ｆ６ 圧延スタンド（中間圧延スタンド）、Ｆ７ 圧延スタンド（最終圧延スタンド）、Ｔ_ＬＯ ロックオン温度、ΔＳ 圧下量（ロールギャップ変化量）、ΔＴ 差分温度

本出願にかかる第一の板厚制御装置は、
圧延スタンドを備える熱間圧延機の板厚制御を行う板厚制御装置であって、
前記圧延スタンドの入側に配置された温度計と、
前記温度計で計測した被圧延板のロックオン温度と前記温度計で計測した前記被圧延板の先端部以外についての計測値との差分温度を出力する差分演算部と、
前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度計の位置から前記圧延スタンドの直下まで前記差分温度を移送するトラッキング部と、
前記トラッキング部から伝達される前記差分温度に基づいて前記圧延スタンドの圧下量を算出する算出部と、
を備え、
前記算出部は、
前記差分温度に対して少なくとも微分制御を施す制御部と、
前記制御部の出力値に基づいて前記圧下量を算出する圧下量演算部と、
を含む。

本出願にかかる第二の板厚制御装置は、
圧延スタンドを備える熱間圧延機の板厚制御を行う板厚制御装置であって、
前記圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値に基づいて、前記圧延スタンドで圧延される被圧延板が含むスキッドマークの位置を表す温度情報を検出するスキッドマーク検出部と、
前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度情報を前記圧延スタンドの直下まで移送するトラッキング部と、
前記トラッキング部で移送された前記温度情報に基づいて前記圧延スタンドが前記スキッドマークに加える荷重を決定するように前記圧延スタンドの圧下量を算出する算出部と、
を備え、
前記算出部は、
前記温度情報に対して少なくとも微分制御を施す制御部と、
前記制御部の出力値に基づいて前記スキッドマークに与える前記荷重を決定する圧下量演算部と、
を含む。

本出願にかかる板厚制御方法は、
熱間圧延機の圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値を取得するステップと、
前記温度計で計測した被圧延板のロックオン温度と前記温度計で計測した前記被圧延板の先端部以外についての計測値との差分温度を出力するステップと、
前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度計の位置から前記圧延スタンドの直下まで前記差分温度を移送するステップと、
移送された前記差分温度に対して少なくとも微分制御を施すとともに、前記微分制御が施された前記差分温度に基づいて前記圧延スタンドの圧下量を算出するステップと、
を備える。

本出願にかかる板厚制御方法は、
熱間圧延機の圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値に基づいて、前記圧延スタンドで圧延される被圧延板が含むスキッドマークの位置を表す温度情報を検出するステップと、
前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度情報を前記圧延スタンドの直下まで移送するステップと、
移送された前記温度情報に対して少なくとも微分制御を施すとともに、前記微分制御が施された前記温度情報に基づいて前記圧延スタンドが前記スキッドマークに加える荷重を決定するように前記圧延スタンドの圧下量を算出するステップと、
を備える。

Claims (7)

1. 圧延スタンドを備える熱間圧延機の板厚制御を行う板厚制御装置であって、
   前記圧延スタンドの入側に配置された温度計と、
   前記温度計で計測した被圧延板のロックオン温度と前記温度計で計測した前記被圧延板の先端部以外についての計測値との差分温度を出力する差分演算部と、
   前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度計の位置から前記圧延スタンドの直下まで前記差分温度を移送するトラッキング部と、
   前記トラッキング部から伝達される前記差分温度に基づいて前記圧延スタンドの圧下量を算出する算出部と、
   を備える板厚制御装置。
2. 前記圧延スタンドが、油圧式の圧下装置と前記圧下装置の油圧を計測する油圧センサとを備え、
   前記油圧センサで計測した油圧と前記算出部で算出した前記圧下量とに基づいて前記圧下装置を制御する圧下制御部を備える請求項１に記載の板厚制御装置。
3. 前記熱間圧延機は前記圧延スタンドの荷重を検出するロードセルを含まない請求項１または２に記載の板厚制御装置。
4. 前記算出部は、
   前記差分温度に対して比例微分制御を施す比例微分制御部と、
   前記比例微分制御部の出力値に基づいて前記圧下量を算出する圧下量演算部と、
   を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の板厚制御装置。
5. 圧延スタンドを備える熱間圧延機の板厚制御を行う板厚制御装置であって、
   前記圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値に基づいて、前記圧延スタンドで圧延される被圧延板が含むスキッドマークの位置を表す温度情報を検出するスキッドマーク検出部と、
   前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度情報を前記圧延スタンドの直下まで移送するトラッキング部と、
   前記トラッキング部で移送された前記温度情報に基づいて前記圧延スタンドが前記スキッドマークに加える荷重を決定するように前記圧延スタンドの圧下量を算出する算出部と、
   を備える板厚制御装置。
6. 熱間圧延機の圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値を取得するステップと、
   前記温度計で計測した被圧延板のロックオン温度と前記温度計で計測した前記被圧延板の先端部以外についての計測値との差分温度を出力するステップと、
   前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度計の位置から前記圧延スタンドの直下まで前記差分温度を移送するステップと、
   移送された前記差分温度に基づいて前記圧延スタンドの圧下量を算出するステップと、
   を備える板厚制御方法。
7. 熱間圧延機の圧延スタンドの入側に配置された温度計の計測値に基づいて、前記圧延スタンドで圧延される被圧延板が含むスキッドマークの位置を表す温度情報を検出するステップと、
   前記被圧延板の板速度に基づいて前記温度情報を前記圧延スタンドの直下まで移送するステップと、
   移送された前記温度情報に基づいて前記圧延スタンドが前記スキッドマークに加える荷重を決定するように前記圧延スタンドの圧下量を算出するステップと、
   を備える板厚制御方法。

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