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技術 圧延機の板厚制御方法

出願人 株式会社神戸製鋼所
発明者 鳥居勇介前田知幸
出願日 2013年12月27日 (7年0ヶ月経過) 出願番号 2013-271951
公開日 2015年7月6日 (5年5ヶ月経過) 公開番号 2015-123495
状態 特許登録済
技術分野 圧延の制御
主要キーワード 荷重変動量 荷重計算 硬度むら 荷重計測装置 ロールギャップ制御 影響係数 前方張力 STEP
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年7月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

後方張力前方張力に基づきロールギャップを操作することで、圧延荷重計測誤差の影響を受けない精確な板厚制御方法を提供する。

解決手段

圧延機1に備えられた圧延スタンド2で圧延される圧延材Wの板厚を制御する板厚制御方法であって、圧延スタンドの入側に備えられた後方張力計6で検出された後方張力と、圧延スタンド2の出側に備えられた前方張力計7で検出された前方張力に基づき、圧延スタンドのロールギャップを操作する。さらに、高精度の板厚制御を実現するために、板厚制御に自動板厚制御技術(AGC)を用いると共に、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御方法を同時使用し、このような同時使用時においても過制御を防ぐようにしている。

概要

背景

従来から、薄鋼板等の圧延材は、複数の圧延スタンドを有するタンデム圧延機により熱間圧延で製造されている。これら圧延材の最終製品評価基準のひとつとして板厚があり、圧延スタンドの出側板厚目標板厚追従させるために、様々な制御技術(自動板厚制御技術、AGC)が開発されている。
例えば、自動板厚制御でよく用いられる式であって、出側板厚、ロールギャップ荷重の間で成り立つ式として一般に知られているゲージメータ式を式(1)に示す。

ここで、荷重変動量は式(2)で表される。

また従来から、自動板厚制御の1つとして、圧延スタンドに備えられたロードセルで検出された圧延荷重に基づき、ロールギャップを操作することで、圧延荷重の変動による出側板厚の変動を低減するBISRA−AGCがある(非特許文献1を参照)。
BISRA−AGCの基本的な考え方は、圧延荷重が変動しても出側板厚が変動しないようにロールギャップを操作することである。したがって、式(1)にΔh=0を代入したときのΔSをBISRA−AGCによるロールギャップの指令量とする。

しかしながら、実際には圧延荷重の計測誤差ミル定数誤差があるため、式(3)に基づきロールギャップを操作しても、Δh=0とはならない。そこで、圧延荷重の計測
差やミル定数の誤差があることを見越して、BISRA−AGCによるロールギャップの操作によって板厚変動が生じることを防止するために、チューニング率αを導入し、通常はチューニング率αを1より小とする。

一方、特許文献1では、硬度むらに起因する鋼帯長手方向の板厚変動を抑制するに際し、チューニング率αを1より大として過剰に制御することにより、板の硬い部分を予め薄めに、軟らかい部分を予め厚めに圧延することで、最終スタンド出側の板厚変動を低減するようにしている。

概要

後方張力前方張力に基づきロールギャップを操作することで、圧延荷重の計測誤差の影響を受けない精確な板厚制御方法を提供する。圧延機1に備えられた圧延スタンド2で圧延される圧延材Wの板厚を制御する板厚制御方法であって、圧延スタンドの入側に備えられた後方張力計6で検出された後方張力と、圧延スタンド2の出側に備えられた前方張力計7で検出された前方張力に基づき、圧延スタンドのロールギャップを操作する。さらに、高精度の板厚制御を実現するために、板厚制御に自動板厚制御技術(AGC)を用いると共に、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御方法を同時使用し、このような同時使用時においても過制御を防ぐようにしている。

目的

BISRA−AGCの基本的な考え方は、圧延荷重が変動しても出側板厚が変動しないようにロールギャップを操作することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

圧延機に備えられた複数の圧延スタンド圧延される圧延材板厚を制御する板厚制御方法であって、前記圧延スタンドの入側に備えられた張力計で検出された後方張力と、前記圧延スタンドの出側に備えられた張力計で検出された前方張力に基づき、前記圧延スタンドのロールギャップを操作することを特徴とする圧延機の板厚制御方法。

請求項2

請求項1に記載された板厚制御方法と、前記圧延スタンドに備えられたロードセルで検出された圧延荷重に基づきロールギャップを操作するAGC制御と、を同時に行うに際し、前記AGC制御においては、前記ロードセルで検出された圧延荷重から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分を差し引いた値に基づき、ロールギャップを操作することを特徴とする圧延機の板厚制御方法。

技術分野

0001

本発明は、圧延機圧延材圧延する際に用いられる板厚制御方法に関する。

背景技術

0002

従来から、薄鋼板等の圧延材は、複数の圧延スタンドを有するタンデム圧延機により熱間圧延で製造されている。これら圧延材の最終製品評価基準のひとつとして板厚があり、圧延スタンドの出側板厚目標板厚追従させるために、様々な制御技術(自動板厚制御技術、AGC)が開発されている。
例えば、自動板厚制御でよく用いられる式であって、出側板厚、ロールギャップ荷重の間で成り立つ式として一般に知られているゲージメータ式を式(1)に示す。

0003

0004

ここで、荷重変動量は式(2)で表される。

0005

0006

また従来から、自動板厚制御の1つとして、圧延スタンドに備えられたロードセルで検出された圧延荷重に基づき、ロールギャップを操作することで、圧延荷重の変動による出側板厚の変動を低減するBISRA−AGCがある(非特許文献1を参照)。
BISRA−AGCの基本的な考え方は、圧延荷重が変動しても出側板厚が変動しないようにロールギャップを操作することである。したがって、式(1)にΔh=0を代入したときのΔSをBISRA−AGCによるロールギャップの指令量とする。

0007

0008

しかしながら、実際には圧延荷重の計測誤差ミル定数誤差があるため、式(3)に基づきロールギャップを操作しても、Δh=0とはならない。そこで、圧延荷重の計測
差やミル定数の誤差があることを見越して、BISRA−AGCによるロールギャップの操作によって板厚変動が生じることを防止するために、チューニング率αを導入し、通常はチューニング率αを1より小とする。

0009

0010

一方、特許文献1では、硬度むらに起因する鋼帯長手方向の板厚変動を抑制するに際し、チューニング率αを1より大として過剰に制御することにより、板の硬い部分を予め薄めに、軟らかい部分を予め厚めに圧延することで、最終スタンド出側の板厚変動を低減するようにしている。

先行技術

0011

特開2004−230407号公報
板圧延の理論と実際、(社)日本鉄鋼協会、S59(296頁)

発明が解決しようとする課題

0012

しかしながら、荷重変動要因は硬度むらだけでなく、後方張力変動、前方張力変動、入側板厚変動温度変動など様々ある。それ故、特許文献1に開示された技術のように、チューニング率αを1より大とした場合、硬度むら以外の要因による荷重変動に対して過剰に制御することになり、かえって板厚変動が大きくなる。
このようにBISRA−AGCは、後方張力変動、前方張力変動などあらゆる要因が重なった結果としての圧延荷重の変動に基づき、ロールギャップを操作するが、この荷重に計測誤差があるために、チューニング率αを1より小としてロールギャップの操作量を小さくせざるを得ず、結果として荷重変動による出側板厚を除去しきれないという問題がある。

0013

また、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御と、BISRA−AGCや絶対値AGCのようなAGCを同時に使用した場合、後方張力変動と前方張力変動による板厚変動に対しては二重に制御し、過剰に制御することになる。
そこで、本発明は、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作することで、荷重の計測誤差の影響を受けずに、後方張力変動と前方張力変動による板厚変動を低減することを目的とする。加えて、本発明は、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御とAGCとを同時に使用した際に、過剰に制御することを防止することを目的とする。

課題を解決するための手段

0014

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る圧延機の板厚制御方法は、圧延機に備えられた複数の圧延スタンドで圧延される圧延材の板厚を制御する板厚制御方法であって、前記圧延スタンドの入側に備えられた張力計で検出された後方張力と、前記圧延スタンドの出側に備えられた張力計で検出された前方張力に基づき、前記圧延スタンドのロールギャップを操作することを特徴とする。

0015

好ましくは、前述した板厚制御方法と、前記圧延スタンドに備えられたロードセルで検出された圧延荷重に基づきロールギャップを操作するAGC制御と、を同時に行うに際し、前記AGC制御においては、前記ロードセルで検出された圧延荷重から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分を差し引いた値に基づき、ロールギャップを操作するとよい。

発明の効果

0016

本発明の板厚制御技術を用いることで、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作することで、圧延荷重の計測誤差の影響を受けずに、後方張力変動と前方張力変動による板厚変動を低減することができる。加えて、後方張力と前方張力に基づきロールギャ
ップを操作する板厚制御方法とAGCとを同時に使用した際に、過剰に制御することを防止することが可能となる。

図面の簡単な説明

0017

本発明に係る板厚制御装置を示したブロック図である。
本発明に係る板厚制御方法のフローチャートである。
図4に示す板厚制御時における後方張力変動による荷重変動、前方張力変動による荷重変動、その他の要因による荷重変動を示したものである。
本発明に係る板厚制御方法を用いて板厚制御を行った結果を示した図である。

0018

以下、本発明の実施形態を、薄鋼板等を圧延するタンデム型の圧延機1(連続圧延機)を例示しつつ図を基に説明する。
タンデム型の圧延機1は、複数の圧延スタンド2を連続的に備えるものであって、この圧延機1に本発明の板厚制御方法は適用されるものとなっている。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

0019

図1は、前述のタンデム型の圧延機1を構成する1つの圧延スタンド2を模式的に示したものである。
圧延スタンド2は、上下一対圧延ロールワークロール3,3)と、それぞれの圧延ロールをバックアップするバックアップロール4,4を備える。圧延スタンド2の圧延ロールは、ロールギャップ制御装置8によりその圧下位置が変更可能となっていて、ギャップ量可変とされている。また、圧延スタンド2には、圧延荷重を計測するロードセル5(荷重計測装置)が設置されている。

0020

圧延スタンド2の出側には、圧延材Wの板厚を検出する板厚計(図示せず)が設けられている。また、圧延スタンド2の出側には、圧延材Wの張力(前方張力)を測定する前方張力計7が設けられている。圧延スタンド2の入側には、圧延材Wの張力(後方張力)を測定する後方張力計6が設けられている。
この圧延機1においては、圧延材Wは複数の圧延スタンド2を通ることで所望の板厚、板幅板クラウン製品板へと圧延され、コイル巻き取り機で巻き取られ次の工程へと搬送される。

0021

圧延スタンド2の出側板厚を目標値とするため、本実施形態では、圧延スタンド2の入側に備えられた張力計で検出された後方張力と、圧延スタンド2の出側に備えられた張力計で検出された前方張力に基づき、圧延スタンド2のロールギャップを操作する圧延機1の板厚制御方法を採用している。さらに、高精度の板厚制御を実現するために、板厚制御に、BISRA−AGCや絶対値AGCを用いると共に、後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御方法を同時使用し、このような同時使用時においても過制御を防ぐようにしている。

0022

このような制御を可能とするため、圧延スタンド2には、板厚制御装置9、荷重計算装置10、AGC部11が設けられている。
以下、本発明での板厚制御方法の詳細を、図1のブロック図、及び図2に示すフローチャートを基に説明する。
まず、図2STEP1では、板厚制御装置9にて、後方張力計6で計測した後方張力、前方張力計7で計測した前方張力に基づき、ロールギャップへの指令値ΔStを、式(5)により計算する。

0023

0024

ここで、Δは制御開始時点からの変化量を表す。
次に、STEP2において、荷重計算装置10にて、ロードセル5で計測した荷重と、後方張力、前方張力に基づき、AGC部11で用いるための荷重ΔPBを、式(6)により計算する。式(6)では、ロードセル5で検出された圧延荷重から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分を差し引くことを行っている。なお、本実施形態のAGC部11では、BISRA−AGCを行っている。

0025

0026

STEP3では、AGC部11にて算出した荷重ΔPBに基づき、ロールギャップへの指令値ΔSBを、式(7)にて計算する。

0027

0028

さらに、STEP4において、板厚制御装置9とAGC部11によるロールギャップへの指令値の和をロールギャップ制御装置8に入力する。
次に、STEP5では、ロールギャップ制御装置8にて、入力されたロールギャップの指令値ΔSt+ΔSBに従い、ロールギャップを制御する。
板厚制御装置9にて、式(5)にてロールギャップへの指令値ΔStを計算する理由を以下に示す。

0029

今、ΔPR=0として式(1)、式(2)を連立すると式(8)が得られる。

0030

0031

板厚制御装置9の目的は、後方張力や前方張力が変動したときに、出側板厚が変動しないようにロールギャップを操作することであるから、式(8)にΔh=0を代入したときのΔSを板厚制御装置9によるロールギャップの指令値ΔStとする。

0032

0033

実際には、ミル定数、影響係数、後方張力および前方張力の計測値に誤差があるため、各項に制御ゲインKbとKfを乗じる様にすると、式(5)となる。
次に、荷重ΔPBを式(6)により計算する理由について以下に示す。
まず、式(5)にて、ミル定数、影響係数、後方張力および前方張力の計測値に誤差がなく、Kb=1、Kf=1とした場合について説明する。この場合、後方張力および前方張力が変化したときに、板厚制御装置9により出側板厚の変動を0にすることができるため、Δh=0となる。従って、このときの荷重変動は、式(2)より以下の様になる。

0034

0035

これは後方張力変動および前方張力変動による荷重変動であり、この荷重変動による出側板厚の変動は既に板厚制御装置9が0にしているので、この荷重変動に対してAGC部11が更に制御する必要はない。従って荷重の計測値から、後方張力変動および前方張力変動による荷重変動分だけ差し引いた値ΔPBを、式(11)に示すような形でAGC部11の計算に用いる。

0036

0037

上ではKb=1、Kf=1とした場合について説明したが、それ以外の場合は差し引く荷重にKb、Kfを乗じればよく、結果として式(6)が得られる。

0038

以上述べた本発明にかかる板厚制御方法を適用したシミュレーション結果を、以下に示す。
本シミュレーションにおいては、図3(a)に示す後方張力変動による荷重変動、図3(b)に示す前方張力変動による荷重変動、図3(c)に示すその他要因による荷重変動を与えたときの出側板厚偏差を評価した。なお、図3(d)は、後方張力変動による荷重変動、前方張力変動による荷重変動、その他要因による荷重変動を全て加えた変動の総量を示したものである。図3(a)〜図3(d)における横軸は時間(sec)であり、縦軸は荷重(ton)である。

0039

図4にシミュレーション結果を示している。図4における横軸は時間(sec)であり、縦軸はロールギャップ乃至は出側板厚荷重(いずれもμm)である。
図4(a)は、従来手法である「BISRA−AGC」を適用して板厚を制御した結果を示している。
図4(b)は、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド2のロールギャップを操作する板厚制御方法」のみを採用した際のシミュレーション結果を示している。

0040

図4(c)は、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド2のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「BISRA−AGC」を同時に採用した際のシミュレーション結果を示している。なお、図4(c)では、過制御の抑制は行われていない。
図4(d)は、過制御の抑制を行いつつ、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド2のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「BISRA−AGC」を同時に採用した際のシミュレーション結果を示している。

0041

なお、図4(a)〜図4(d)におけるシミュレーション結果は、ロールギャップと出側板厚偏差であり、シミュレーションでの各パラメータは、チューニング率α=0.7、制御ゲインKb=0.9、制御ゲインKf=0.9としている。
図4(a)の結果から明らかなように、BISRA−AGCを適用したときは、ロールギャップの操作量が不足しており、出側板厚偏差が除去しきれていない。しかしながら、図4(b)に示すように、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド2のロールギャップを操作する板厚制御方法」を適用したときは、BISRA−AGCを適用したときよりもロールギャップの操作量が大きく、出側板厚偏差を小さくできている。

0042

一方、図4(c)に示すように、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド2のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「BISRA−AGC」を同時に適用したときは、板厚制御が過剰に作用し、出側板厚偏差が大きくなっている。
図4(d)に示すように、過制御の抑制を行いつつ、「後方張力と前方張力に基づき、圧延スタンド2のロールギャップを操作する板厚制御方法」と「BISRA−AGC」を同時に適用したときは、最も出側板厚偏差を小さくできている。つまり、圧延スタンド2
の後方張力と前方張力の変動による出側板厚の変動を低減しつつ、BISRA−AGCを併用することによる過剰な制御を抑制しつつ、適切な板厚制御が実現できている。

0043

以上述べたように、圧延スタンド2の入側に備えられた張力計6で検出された後方張力と、圧延スタンド2の出側に備えられた張力計7で検出された前方張力に基づき、圧延スタンド2のロールギャップを操作することで、圧延荷重の計測誤差の影響を受けずに、板厚変動を低減することが可能となる。加えて、このような後方張力と前方張力に基づきロールギャップを操作する板厚制御方法とAGCとを同時に使用した際に、過制御の状態となるのを防止することができるようになる。

実施例

0044

以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、圧延材Wとしては鋼材に限定されず、アルミ材銅材などであってもよい。

0045

1圧延機
2圧延スタンド
3ワークロール
4バックアップロール
5ロードセル
6後方張力計
7前方張力計
8ロールギャップ制御装置
9板厚制御装置
10荷重計算装置
11 AGC部
W 圧延材

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