JP4423618B2 - 圧延形状制御方法および圧延形状制御システム - Google Patents

Description

本発明は、冷間圧延における形状制御に関する。

従来における冷間圧延用の圧延設備の基本的な構成を模式化して図７に示す。圧延設備１は、圧延機２を備えており、入側テンションリール３から繰り出される被圧延材４に圧延機２における上下の作業ロール５、５の押圧で圧延荷重を負荷しつつ被圧延材４の圧延を行い、その圧延がなされた被圧延材４を出側テンションリール６で巻き取るようになっている。ここで入側とは被圧延材４が圧延機２へ入ってくる側であり、出側とは、被圧延材４が圧延機２から出てゆく側である。

圧延設備１による圧延では被圧延材４が伸びることになるが、その伸びは、被圧延材４の幅方向について必ずしも均一にならない。すなわち圧延を受けた被圧延材４は、伸びについて幅方向で分布を生じることになる。このような伸びの不均一性は、被圧延材４に長さ方向で波打ちを生じさせる。すなわち幅方向について均一な板速度で入側テンションリール３から繰り出され、同じく幅方向について均一な板速度で出側テンションリール６により巻き取られる被圧延材４は、入側テンションリール３と出側テンションリール６の間にあって、幅方向での伸びの相違に応じて相違する板速度を幅方向で有することになり、この幅方向での板速度の相違に起因して長さ方向で波打ちを生じる。

被圧延材４の波打ちは、圧延製品の品質にも関係するが、主には圧延操業の安定性に関係して問題になる。そのため圧延設備１では、波打ちを一定以下に抑制できるようにする制御を形状制御として行うのが一般的で、その形状制御に用いる圧延形状制御システム１１が設けられている。

圧延形状制御システム１１は、入側形状制御装置１２と出側形状制御装置１３を備えている。入側形状制御装置１２は、圧延機２の入側における被圧延材４の形状を検出する入側形状検出器１４からの検出データと目標形状発生装置１５で生成される目標形状に基づくフィードフォワード制御として入側形状制御を行う。一方、出側形状制御装置１３は、圧延機２の出側における被圧延材４の形状を検出する出側形状検出器１６からの検出データと目標形状発生装置１５で生成される目標形状に基づくフィードバック制御として出側形状制御を行う。そしてこれら入側形状制御と出側形状制御を組み合わせて生成される制御出力に基づいて、例えば作業ロール５に曲げ荷重を負荷したり、あるいは圧延に伴う発熱で加熱される作業ロール５の温度状態を部分的に異ならせるような作業ロール５の冷却を行ったりすることで波打ちを抑制する、つまり伸びの不均一性を抑制する形状制御が行われる。

ここで、形状制御における「形状」は、被圧延材４の波打ちの度合いであるが、直接的には伸び差率で表される。つまり伸び差率ないし伸び差率の分布（伸び差率の幅方向分布）が形状制御における直接的な「形状」となる。このため入側形状検出器１４や出側形状検出器１６は、例えば５０ｍｍを単位検出間隔とし、その単位検出間隔ごとに伸び差率を検出して出力するように構成される。このように形状制御における「形状」が伸び差率で表されることから、形状制御で用いる目標形状は、伸び差率の分布により規定されることになる。こうした目標形状の生成には、被圧延材４の板厚、板幅、材質などの情報を必要とするが、これらの情報は、外部から提供される圧延スケジュール１７から得るのが一般的である。

以上のような形状制御については、例えば特許文献１や特許文献２などに開示の例が知られている。

特開平３−１８４６１４号公報 特開２００６−３４６７２１号公報

上述のような形状制御では、例えばフラットに近い形状、つまり伸び差率の分布がフラットである状態に近い形状を目標形状として行われる。この場合、圧延機２の入側での形状に応じて圧延機２による圧延状態に幅方向で差を生じ、板厚の減少率（圧下率）が幅方向で異なることになる。こうした圧下率の幅方向での差、例えば被圧延材４の一方の側辺部と他方の側辺部の間での圧下率の差が一定以上に大きくなると、被圧延材４が圧延機２の中心からずれてしまうという被圧延材４の蛇行を招いたり、さらに最悪の場合には被圧延材４が圧延機２で破断したりする圧延操業の異常につながる可能性がある。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、圧延操業の異常を招くような事態を未然に防止して、より安定的な圧延操業を可能性とする形状制御方法の提供を課題とし、またそのような形状制御方法の実行に用いられる形状制御装置の提供を課題としている。

上述のように形状制御は、圧延操業の安定化を図るために被圧延材の波打ち抑制することを主眼として行われる。したがって形状制御では、目標形状は必ずしも絶対的でなく、例えばフラットに近い形状であるフラット近似形状を目標形状としている場合、フラット近似形状から外れた形状に目標形状を変更しても有効な形状制御とすることが可能である。

本発明は、このような考え方に基づいており、被圧延材の入側と出側での板厚の変化についての幅方向での比である板厚変化幅方向比を圧下率の幅方向差として求め、その板厚変化幅方向比に応じて目標形状を変更して形状制御を行うようにし、こうした形状制御により、圧下率差が一定以上に大きくなることのないようにすることで、圧延操業の異常を招くような自体を未然に防止できるようにする。具体的には、入側のリールから繰り出される被圧延材を圧延機により圧延して出側のリールに巻き取るようにされている圧延設備で用いられ、所定の目標形状に基づいて前記被圧延材の形状制御を行う圧延形状制御方法において、前記被圧延材の圧延による板厚変化についての前記被圧延材の幅方向での比である板厚変化幅方向比に基づいて前記目標形状を変更するようにしたことを特徴としている。

目標形状変更の指標とする圧下率の幅方向差としては、被圧延材の一方の側辺部と他方の側辺部の間での圧下率の差を用いるのが好ましい形態の１つである。すなわち上記のような圧延形状制御方法については、圧下率の幅方向差の代わりに目標形状変更の指標とする板厚変化幅方向比を一方の側辺部と他方の側辺部の間での板厚変化幅方向比とするのが好ましい。

こうしたことから本発明では、上記のような圧延形状制御方法について、前記被圧延材に対してその一方の側辺部で前記入側に設定される第１の入側板厚評価点における第１の入側板厚、前記被圧延材に対して前記第１の入側板厚評価点とは反対側の側辺で前記入側に設定される第２の入側板厚評価点における第２の入側板厚、前記被圧延材に対して前記第１の入側板厚評価点と位置対応するようにして前記出側に設定される第１の出側板厚評価点における第１の出側板厚、および前記被圧延材に対して前記第２の入側板厚評価点と位置対応するようにして前記出側に設定される第２の出側板厚評価点における第２の出側板厚を用い、第１の入側板厚に対する第１の出側板厚の関係と第２の入側板厚に対する第２の出側板厚の関係として前記板厚変化幅方向比を求めるようにしている。

このようにする場合には、（第１の出側板厚／第１の入側板厚）／（第２の出側板厚／第２の入側板厚）として前記板厚変化幅方向比を求めるようにするのがさらに好ましい。

上記のような圧延形状制御方法の実行に用いる圧延設備形状制御システムは、前記被圧延材の入側の形状を検出する入側形状検出器と、被圧延材の出側の形状を検出する出側形状検出器と、該検出した入側の形状と出側の形状とから前記板厚変化幅方向比を求めるための板厚変化幅方向比取得手段とを備えるとともに、前記目標形状補正関数を格納する格納手段と、前記圧延スケジュールからの情報に基づいて必要な目標形状補正関数を選択する選択手段と、前記板厚変化幅方向比取得手段により求められた板厚変化幅方向比と前記選択手段により選択された目標形状補正関数とに基づいて目標形状補正量を生成する目標形状補正量生成手段と、該目標形状補正量から前記目標形状の変更のための目標形状変更量を生成する目標形状変更手段とを備えた構成とされる。

以上のような本発明によれば、圧延操業の異常を招くような事態を未然に防止でき、より安定的な圧延操業が可能性となる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に、一実施形態による圧延設備形状制御システムの構成を圧延設備との関係で示す。圧延設備１は図７の圧延設備１と同様である。したがって圧延設備１については、図７に関する上での説明を援用する。圧延形状制御システム２１は、基本的には図７の圧延形状制御システム１１と同様で、板厚変化幅方向比取得装置２２と目標形状変更装置２３が付加されている点で相違している。

板厚変化幅方向比取得装置２２は、板厚変化幅方向比取得手段であり、被圧延材４の入側と出側での板厚の変化について幅方向での比である板厚変化幅方向比（板厚変化比率）２４を求める。こうした板厚変化幅方向比取得装置２２の機能を説明するための入側・出側関係モデルを図２に示す。図２の入側・出側関係モデルは、作業ロール５で圧延されている被圧延材４を平面的に見た状態として示してあり、図の上側を入側とし、図の下側を出側としてある。形状制御の制御対象となる形状は、被圧延材４の波打ちの度合いであり、より直接的には伸び差率の分布であることから、被圧延材４の幅方向についての定義が必要となる。図の入側・出側関係モデルでは、被圧延材４についての左側をＷＳ側、右側をＤＳ側と定義する。なお、ＷＳは圧延設備１における作業員の作業スペースのあるワークサイド（作業側）、ＤＳは圧延機２を駆動するための電動機が設置してあるドライブサイド（駆動側）の略である。

上述のように目標形状変更の指標とする圧下率の幅方向差としては、被圧延材の一方の側辺部と他方の側辺部の間での圧下率の差を用いるのが好ましい。そこで、ＷＳ側の側辺部にＷＳ側形状評価位置ＰＷＳを設定し、ＤＳ側の側辺部にＤＳ側形状評価位置ＰＤＳを設定する。またＷＳ側形状評価位置ＰＷＳに対して、入側に第１の入側板厚評価点ＭＷＳを、出側に第１の出側板厚評価点ｍＷＳをそれぞれ設定し、ＤＳ側形状評価位置ＰＤＳに対して、入側に第２の入側板厚評価点ＭＤＳを、出側に第２の出側板厚評価点ｍＤＳをそれぞれ設定する。そして、第１の入側板厚評価点ＭＷＳにおける板厚を第１の入側板厚ＨＷＳ、第１の出側板厚評価点ｍＷＳにおける板厚を第１の出側板厚ｈＷＳ、第２の入側板厚評価点ＭＤＳにおける板厚を第２の入側板厚ＨＤＳ、第２の出側板厚評価点ｍＤＳにおける板厚を第２の出側板厚ｈＤＳとし、またＷＳ側形状評価位置ＰＷＳにおける入側の板厚速度をＶＷＳ、ＤＳ側形状評価位置ＰＤＳにおける入側の板厚速度をＶＤＳ、ＷＳ側形状評価位置ＰＷＳにおける出側の板厚速度をｖＷＳ、ＤＳ側形状評価位置ＰＤＳにおける出側の板厚速度をｖＤＳとする。

圧延機２による圧延では、圧延機２への被圧延材４の流入質量と圧延機２からの被圧延材４の流出質量が一定であるとするマスフロー一定則が成り立つ。そのマスフロー一定則から下記の（１）式と（２）式の関係が成り立つ。

被圧延材４の形状は、上述のように板の波打ちの度合いであり、より直接的には伸び差率の幅方向での違いであり、さらに幅方向での板速度の違いでもある。このような形状にあって、出側では、出側テンションリール６でのＷＳ側とＤＳ側の巻き取り速度は同じであることから、仮にＷＳ側板厚速度ｖＷＳがＤＳ側板厚速度ｖＤＳより大きいとすると、圧延機２からの単位時間当たりの被圧延材４の流出長がＷＳ側でＤＳ側より長くなっており、ＷＳ側の波打ちが大きくなる。これを出側ＷＳ側伸びという。一方、入側では、入側テンションリール３でのＷＳ側とＤＳ側の繰り出し速度が同じであることから、仮にＷＳ側板厚速度ＶＷＳがＤＳ側板厚速度ＶＤＳより大きいとすると、圧延機２への単位時間当たりの被圧延材４の流入質量がＤＳ側でＷＳ側でより少なくなっており、ＤＳ側の波打ちが大きくなる。これを入側ＤＳ側伸びという。

以上のような入側と出側の形状を伸び差率で表して図３に示す。図３の（ａ）が入側形状、図３の（ｂ）が出側形状であり、伸び差率の＋側（矢印の方向）が被圧延材４の波打ちが大きい方向となる。

次に、以上のような入側・出側関係モデルを前提に、出側形状と入側形状が図４に示すような関係にある場合を考える。図４の（ａ）の出側形状は、ＷＳ側とＤＳ側それぞれの伸び差率が同じであるフラット形状となっている。この場合、下記の（３）式が成立する。

したがって、（１）式と（２）式から、下記の（４）式が得られる。

一方、図４の（ｂ）の入側形状では、ＤＳ側が伸びた状態となっている。この場合、ＷＳ側板厚速度ＶＷＳとＤＳ側板厚速度ＶＤＳは、下記の（５）式の関係となり、この関係を（４）式に適用することで下記の（６）式が成立する。

このことは、ＷＳ側における入側と出側の板厚比（第１の入側板厚評価点ＭＷＳにおける第１の入側板厚ＨＷＳと第１の出側板厚評価点ｍＷＳにおける第１の出側板厚ｈＷＳの比）がＤＳ側における入側と出側の板厚比（第２の入側板厚評価点ＭＤＳにおける第２の入側板厚ＨＤＳと第２の出側板厚評価点ｍＤＳにおける第２の出側板厚ｈＤＳの比）より大きいことを表している。つまりＷＳ側の圧下率がＤＳ側のそれよりも大きい状態になっているということである。このように出側がフラット形状で、入側においてＷＳ側とＤＳ側で伸び差率が異なっているというように、出側形状と入側形状が異なっていることにより、圧延機２による圧延状態が幅方向で異なることになり、圧下率に幅方向で差を生じることになる。そして圧下率の幅方向差が一定以上に大きくなると、上述のように、被圧延材４が圧延機２の中心からずれてしまうという被圧延材４の蛇行を招いたり、さらに最悪の場合には被圧延材４が圧延機２で破断したりする圧延操業の異常につながる可能性がある。

ここで、上記のような圧下率の幅方向差は、形状制御における目標形状との関係でその大きさが決まる。したがって目標形状を適切に変更できるようにすれば、圧延操業の異常につながる可能性のある圧下率の幅方向差の発生を有効に防止することができる。それには、圧下率の幅方向差を求め、その圧下率の幅方向差基づいて目標形状を変更するのが有効である。

こうしたことから板厚変化幅方向比取得装置２２で圧下率の幅方向差を板厚変化幅方向比２４として求める。板厚変化幅方向比取得装置２２は、図５に示すように、板厚変化幅方向比算出手段２５を備えており、入側形状検出器１４と出側形状検出器１６それぞれからの検出データを用いて板厚変化幅方向比算出手段２５により板厚変化幅方向比２４を算出する。板厚変化幅方向比算出手段２５による板厚変化幅方向比２４の算出は、以下のようにして行うことができる。

入側形状検出器１４や出側形状検出器１６は、上述のように単位検出間隔ごとの伸び差率として形状を検出している。その伸び差率は、下記の（７）式で定義される。ただしεは伸び差率、ｌは基準伸び、Δｌは基準伸びに対する単位検出部位での伸びの偏差である。

図２におけるＷＳ側形状評価位置ＰＷＳとＤＳ側形状評価位置ＰＤＳそれぞれでの出側ＷＳ側の形状（第１の出側板厚評価点ｍＷＳでの形状）をεＤＷＳ、出側ＤＳ側の形状（第２の出側板厚評価点ｍＤＳでの形状）をεＤＤＳ、入側ＷＳ側の形状（第１の入側板厚評価点ＭＷＳでの形状）をεＥＷＳ、入側ＤＳ側の形状（第２の入側板厚評価点ＭＤＳでの形状）をεＥＤＳとすると、ＷＳ側形状評価位置ＰＷＳとＤＳ側形状評価位置ＰＤＳそれぞれにおけるＷＳ側の板速度とＤＳ側の板速度の比は、出側については下記の（８）式で表され、入側については下記の（９）式で表される。

したがって、下記の（１０）式が成り立ち、（第１の出側板厚ｈＷＳ／第１の入側板厚ＨＷＳ）／（第２の出側板厚ｈＤＳ／第２の入側板厚ＨＤＳ）として板厚変化幅方向比２４を求めることができる。

目標形状変更装置２３は、目標形状変更手段であり、板厚変化幅方向比取得装置２２で求めた板厚変化幅方向比２４に基づいて目標形状変更量２６を生成する。図６に目標形状変更装置２３の機能的な構成例を示す。図６の例の目標形状変更装置２３は、目標形状補正量生成手段２７を備えるとともに目標形状変更量生成手段２８を備えている。目標形状補正量生成手段２７は、図６の（ｂ）に示すような目標形状補正ＦＧ（目標形状補正ファンクションジェネレータ）２９を用いて板厚変化幅方向比２４から目標形状補正量３０を生成する。目標形状変更量生成手段２８は、目標形状補正量３０を目標形状変更用のマトリックス量に変換することで目標形状変更量２６を生成する。

目標形状補正ＦＧ２９は、板厚変化幅方向比２４と目標形状補正量の関係を規定している。この目標形状補正ＦＧ２９は、被圧延材４の板厚、板幅、材質などに応じて予め複数が用意され、ＦＧ格納手段３１に格納されている。そしてＦＧ選択手段３２が圧延スケジュール１７からの情報に基づいて必要な目標形状補正ＦＧ２９をＦＧ格納手段３１から選択的に取り出して目標形状補正量生成手段２７に提供する。なお、図の（ｂ）の目標形状補正ＦＧ２９は、板厚変化幅方向比２４にデッドバンドを設け、板厚変化幅方向比２４がデッドバンドを超えた範囲について目標形状補量を生成するようにした場合の例である。

目標形状変更装置２３で生成された目標形状変更量２６は、出側形状制御において目標形状発生装置１５からの目標形状３３に加算される。つまり目標形状変更装置２３による目標形状の変更は、出側形状制御における目標形状３３についてなされる。

以上のように、板厚変化幅方向比取得装置２２で板厚変化幅方向比２４を求め、この板厚変化幅方向比２４に応じて目標形状変更装置２３により目標形状を変更するようにしたことにより、圧下率差が一定以上に大きくなることのないようにすることができ、圧延操業の異常を招くような自体を未然に防止することができるようになり、より安定的な圧延操業が可能性となる。

以上、本発明を実施するための形態の１つについて説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明は、その趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば、以上の実施形態では入側形状制御装置１２と出側形状制御装置１３を備えるものとしていたが、入側形状制御装置１２を省略する形態とすることもできる。すなわち形状制御は、出側形状制御装置１３による出側形状制御だけでも十分な場合も少なくなく、そのような場合には入側形状制御装置１２による入側形状制御を省略して出側形状制御装置１３による出側形状制御だけを行うようにするのが一般的である。

また以上の実施形態ではＷＳ側の側辺部とＤＳ側の側辺部のそれぞれに形状評価位置を設定するようにしていたが、これに限られず、幅方向の任意の位置で形状評価を行うようにしてもよい。

また以上の実施形態では、形状検出器による検出データを用いて板厚変化幅方向比を求めるようにしていが、必ずしもこれに限られるものでなく、例えば図２における各板厚評価点に板厚検出器を設け、その板厚検出器の検出データを用いて板厚変化幅方向比を求めるようにしてもよい。ただ、検出精度において形状検出器が板厚検出器よりも優れていること、それに既存の形状検出器を利用できるのでコスト負担を軽減できることなどを考慮すると、形状検出器を用いる方式がより好ましいといえる。

第１の実施形態による圧延設備形状制御システムの構成を圧延設備との関係で示す図である。 圧延設備における入側・出側関係モデルを示す図である。 図２の入側・出側関係モデルにおける入側と出側の形状を伸び差率で表した図である。 圧下率の幅方向差を生じる場合の出側形状と入側形状の例を示す図である。 板厚変化幅方向比取得装置の機能的な構成例を示す図である。 目標形状変更装置の機能的な構成例を示す図である。 従来の圧延設備構成を示す図である。

符号の説明

１ 圧延設備
２ 圧延機
３ 入側テンションリール
４ 被圧延材
６ 出側テンションリール
２１ 圧延形状制御システム
２２ 板厚変化幅方向比取得装置（板厚変化幅方向比取得手段）
２３ 目標形状変更装置（目標形状変更手段）
２４ 板厚変化幅方向比
３３ 目標形状
ＨＤＳ 第２の入側板厚
ＨＷＳ 第１の入側板厚
ｈＤＳ 第２の出側板厚
ｈＷＳ 第１の出側板厚
ＭＤＳ 第２の入側板厚評価点
ＭＷＳ 第１の入側板厚評価点
ｍＤＳ 第２の出側板厚評価点
ｍＷＳ 第１の出側板厚評価点

Claims (4)

1. 入側のリールから繰り出される被圧延材を圧延機により圧延して出側のリールに巻き取るようにされている圧延設備で用いられ、所定の目標形状に基づいて前記被圧延材の形状制御を行う圧延形状制御方法において、
   前記被圧延材の圧延による板厚変化についての前記被圧延材の幅方向での比である板厚変化幅方向比と前記目標形状の補正量との関係が前記被圧延材の板厚、板幅、材質に応じて規定された複数の目標形状補正関数の中から、前記被圧延材の圧延スケジュールからの情報に基づいて必要な目標形状補正関数を選択し、該選択した目標形状補正関数内において前記板厚変化幅方向比が設定範囲内を超えたときに、当該板厚変化幅方向比と当該目標形状補正関数とに基づいて目標形状補正量を生成し、前記目標形状を変更して前記板厚変化幅方向比を設定範囲内に収めることにより、前記被圧延材の幅方向の速度比を設定範囲内に収めるようにしたことを特徴とする圧延形状制御方法。
2. 前記被圧延材に対してその一方の側辺部で前記入側に設定される第１の入側板厚評価点における第１の入側板厚、前記被圧延材に対して前記第１の入側板厚評価点とは反対側の側辺で前記入側に設定される第２の入側板厚評価点における第２の入側板厚、前記被圧延材に対して前記第１の入側板厚評価点と位置対応するようにして前記出側に設定される第１の出側板厚評価点における第１の出側板厚、および前記被圧延材に対して前記第２の入側板厚評価点と位置対応するようにして前記出側に設定される第２の出側板厚評価点における第２の出側板厚を用い、第１の入側板厚に対する第１の出側板厚の関係と第２の入側板厚に対する第２の出側板厚の関係として前記板厚変化幅方向比を求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の圧延形状制御方法。
3. （第１の出側板厚／第１の入側板厚）／（第２の出側板厚／第２の入側板厚）として前記板厚変化幅方向比を求めるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の圧延形状制御方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧延形状制御方法の実行に用いられる圧延設備形状制御システムであって、
   前記被圧延材の入側の形状を検出する入側形状検出器と、被圧延材の出側の形状を検出する出側形状検出器と、該検出した入側の形状と出側の形状とから前記板厚変化幅方向比を求めるための板厚変化幅方向比取得手段とを備えるとともに、前記目標形状補正関数を格納する格納手段と、前記圧延スケジュールからの情報に基づいて必要な目標形状補正関数を選択する選択手段と、前記板厚変化幅方向比取得手段により求められた板厚変化幅方向比と前記選択手段により選択された目標形状補正関数とに基づいて目標形状補正量を生成する目標形状補正量生成手段と、該目標形状補正量から前記目標形状の変更のための目標形状変更量を生成する目標形状変更手段とを備えていることを特徴とする圧延形状制御システム。

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