JP3689037B2 - タンデム圧延機の形状制御方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延機の形状制御方法及び装置に係り、特に板端部の形状向上のための制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の圧延機の形状制御装置の概略を示すブロック図である。図６は＃４スタンド（第４番目の）の圧延機１４が、ワークロール（ＷＲ）、中間ロール（ＩＭＲ）、バックアップロール（ＢＵＲ）からなる６段式の圧延機構成をとっている場合である。圧延機における形状制御は、圧延機出側の板形状（平坦度）を、そこに設置される形状検出ロールに接続された形状検出器４からの形状信号としてのフィードバック信号と、目標形状設定装置６より与えられる目標形状信号との差に応じて、形状制御出力演算装置５により制御量を演算し、圧延機が有するアクチュエータを操作して、板形状を制御している。６段式の圧延機では、そのアクチュエータとして、
(１)作業ロール（ワークロール；以下ＷＲ）ベンダー制御装置（９４）
(２)中間ロール（インターミディエートロール；以下ＩＭＲ）ベンダー制御装置（９４）
(３)圧下レべリング（圧下位置制御装置）（７）
を有していて、これらを制御することにより形状制御を行っている。
【０００３】
ここで、ＷＲベンダー、ＩＭＲベンダーは、それぞれロールをたわませる機能であり、ロールのたわみを利用して圧延材の幅方向での板をつぶす力の分布を変えて、板幅全体の形状を制御している。また、圧下レベリングは、圧延機の作業側（ＷＳ）、駆動側（ＤＳ）にそれぞれ装備される圧下装置による圧下位置（ロールギャップ）の制御装置である。これを操作することにより圧延材の幅方向での板をつぶす力の分布を変えることができるから、板幅全体の形状を制御することができる。
【０００４】
このように、従来の形状制御で使用しているアクチュエータでは、板幅全体の形状を制御することしかできず、部分的に、例えば板端部のみの形状が悪い場合に、その部分のみの制御を行うことができなかった（板端部を目標形状に合わせようとすると、全体形状を悪くしてしまう）。
【０００５】
また、先行技術として特開平４−１７８２０８号公報がある。ここに開示されている技術は、板形状認識を、圧延材の板幅中央部を２次式、板幅方向の端部を別の２次式で近似して制御することにより、板幅方向の全体の形状改善を達成しようとする技術である。すなわち、圧延材の形状の板幅中心に対する対称成分Ｙｓを、板幅中心より無次元化した幅方向座標ｘを用いて以下のような２次式の組み合わせで、例えば次のように表現する。
Ｙs＝Ｓ1・ｘ^２＋Ｓ2（ｘ−ｘ0）^２
ここで、Ｓ１、Ｓ２：係数、ｘ0：板端部領域の起点、そして、Ｓ１、Ｓ２の値に応じて、例えばそれぞれＩＭＲベンダー、ＷＲベンダーの操作量を決定するものである。
【０００６】
しかし、実際には板の端部では圧延機のロールの偏平や、ロールの熱膨張による局部的な形状変化があり、これを数式で表現するにはさらに高次式を導入する必要がある。この高次式の導入に関する問題点は前記先行技術でも述べられていて大型の計算機が必要になってくる。したがって、従来の形状認識技術及びアクチュエータではこの板端部におけるロールの偏平による形状変化を制御することが難しくなる。
【０００７】
また、先行技術として、特開平６−３０４６２３号公報がある。これは板のエッジドロップ評価方法に関するものです。圧延材板幅端部近傍の板プロフィルをボデイクラウンとエッジドロップ領域に分け、ボデイクラウンを４次式以下の多項式を用いて近似し、板端から２５ｍｍ以内までの任意の板幅方向において前記多項式の板幅方向の延長線での値と圧延後の板プロフィルの実測値との差異をエッジドロップ量として評価するものである。
【０００８】
そしてエッジッドロップの制御については、ロールシフト設備を有する圧延機で最終圧延パスの１パス前でエッジアップし、最終圧延パスにおいて圧下率を下げる方法があること、エッジドロップ制御は圧延工程の最終圧延パスもしくは、１パス前で行われていること、の開示がある。
【０００９】
また、形状制御については、特開平７−３０３９１０号公報、あるいは特開平１０−１６６０２１号公報がある。前者は、圧延材延びの、幅方向の分布に応じて、ワークロールあるいは中間ロールベンデイング量を調整することにある。また後者は、端部と隣接する幅方向内側の領域で測定される伸びあるいは伸び率の平均値との差異に応じてベンデイング装置を駆動するものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記先行技術では、板端部とセンター部を異なる二次式で表し制御することが行われているが、さらに精度を上げようとすると、更に高次の４次あるいは６次式で表せば良いが、大型の計算機を用いなければならないこと、また、その多項式から直接板形状の実態を判断することは難しいという問題がある。
【００１１】
また、板幅方向にゾーン分けをして制御を行うにしてもどのような観点からゾーン分けするかによって、その後の形状制御にも影響を与えることになる。また、板幅全体の形状制御はできても、端部の制御となると確立した制御はこれまでなかった。
【００１２】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、簡便な方法で、板端部を含め、板幅方向全体にわたり、安定した板形状を達成させることができる圧延機の形状制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、圧延の際に発生するロールの偏平やロールの熱膨張による圧延材の板端部における形状変化領域を予測して、この領域における形状変化と、板幅全体の形状変化を別々に認識し、それぞれの形状修正を、アクチュエータを制御することによって達成できる。具体的には以下の手段によって行う。
【００１４】
ワークロール、中間ロール、およびバックアップロールを有するタンデム圧延機の形状制御方法において、最終圧延スタンド出側で板形状を検出し、前記板形状信号に基づいて板幅方向にゾーン分けし、前記ゾーンの板形状信号に対応付けて前記圧延機のロールのベンダー制御、圧延スタンドの圧下制御、前記圧延スタンドのワークロールシフト制御、および中間ロールのベンダーを制御し、板形状制御を行うことに特徴がある。
【００１５】
また、最終圧延スタンド出側で板形状を検出し、前記板形状信号を二次微分し、前記微分値により圧延板幅に対して前記圧延機の作業側と駆動側そして中央部のゾーン分けを行い、前記中央部の板形状により前記最終圧延スタンドのワークロールおよび中間ロールのベンダー制御を行うとともに前記最終圧延スタンドの圧下を制御し、前記圧延機の作業側端部の板形状および駆動側端部の板形状により前記最終圧延スタンドのワークロールシフト制御および前記最終圧延スタンドの前段側の単数あるいは複数の圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御し、板形状制御を行うこと。また、前記板端部の板形状が最も大きい位置が前記板端部から予め定められた距離以内にあるときは前記板形状が大きい前記位置と板端部との間を作業側、駆動側に対応して作業側端部および駆動側端部、他をセンター部とし、前記圧延スタンドの前記各部について形状制御を行うこと。また、前記板端部から予め定められた距離は２０〜１００ｍｍであること。また、前記圧延機の作業側端部の板形状および駆動側端部の板形状の平均値を演算し、前記平均値により前記最終圧延スタンドの前段側の単数あるいは複数の圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御し、板形状制御を行うことに特徴がある。
【００１６】
また、最終圧延スタンド出側に設けられた板形状検出器と、前記検出された板形状信号に基づいてゾーン分けを行う板形状板幅方向領域分割装置と、前記分割装置と目標形状設定装置の信号により分割されたゾーンの板形状を把握する形状認識装置と、前記形状認識装置の出力信号により前記圧延機の圧下位置制御および中間ロールベンダー制御、圧延スタンドのワークロールシフト制御、中間ロールシフト制御および前記圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御する信号を演算する形状制御出力演算装置と、圧下位置制御装置と、ロールベンダー制御装置と、ワークロールシフト制御装置と、ワークロールあるいは中間ロールのベンダー制御装置と、ワークロールシフト制御装置、とから構成されたことに特徴がある。
【００１７】
また、最終圧延スタンド出側に設けられた板形状検出器と、前記板形状信号を二次微分器と、前記微分値により前記板幅に対する両端部と中央部とのゾーン分けを行う板幅方向領域分割装置と、前記分割装置によって分割されたセンター部の形状認識装置と、前記分割装置によって分割された作業側端部の形状認識装置と、前記分割装置によって分割された駆動側端部の形状認識装置と、前記センター部の形状認識装置の出力により最終圧延スタンドの圧下位置制御および中間ロールベンダー制御を行うセンター部形状制御出力演算装置と、前記作業側端部の形状認識装置の出力によりによりセンター部の形状認識装置により最終圧延スタンドの圧下位置制御および中間ロールベンダー制御を行うセンター部形状制御出力演算装置と、前記最終圧延スタンドのワークロールシフト制御および前記最終圧延スタンド前段側の単数あるいは複数の圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御する作業側エッジ部形状制御出力演算装置と、前記最終圧延スタンドのワークロールシフト制御および前記最終圧延スタンド前段側の単数あるいは複数の圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御する駆動側エッジ部形状制御出力演算装置と、を備えたことに特徴がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。図１は、本発明を適用した圧延機の形状制御装置の１実施例であり、圧延機４台を連続して配置した４スタンドタンデム圧延機の場合の例を示している。図１に示すように、実施例の形状制御装置は、圧延機最終スタンド出側に設置される形状検出ロール３、形状検出ロールの信号を形状信号に変換する形状検出器４、形状検出器の信号からロールの偏平や熱膨張による形状変化領域を予測する板端部形状変化領域予測装置５８を有している。
【００１９】
ここからの領域予測結果に基づき形状実績値を板幅方向で複数ゾーン分けを行う板幅方向領域分割装置５４、ゾーン分けされた形状実績値と、目標形状設定装置６により決定される目標形状との偏差に応じ、ゾーン毎に形状認識を行う。形状認識装置には、センター部形状認識装置５５、ＷＳエッジ形状認識装置５６、ＤＳエッジ形状認識装置５７がある。これらの形状認識結果に基づき、形状制御出力を演算するセンター部形状制御出力演算装置５１、ＷＳエッジ部形状制御出力演算装置５２、ＤＳエッジ部形状制御出力演算装置５３を具備しており、更に最終スタンド１４では、ＷＲの板幅方向の位置を変更できるＷＲシフト制御装置を有し、そのＷＲには先細りロール（テーパーロール、後述）を使用している。次に実施例の形状制御方法について図１，２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、本実施例での圧延機の形状制御方法における、ゾーン分けとゾーン毎のアクチュエータの役割分担を説明するものである。はじめに、ロール偏平形状変動領域の予測方法について説明する。図２の（Ａ）は形状検出器３のよる形状検出信号の例を示している。板端部形状変化領域予測装置５８では、形状検出器からの形状ＦＢ信号（図２の（Ａ））の板幅方向に対する２回微分を計算する。その結果を図２の（Ｂ）に示す。この結果、圧延材の板幅方向で形状変化の大きい部分を検出できる。
【００２１】
この形状変化の大きい位置を求め、その位置がロール偏平による形状変動領域ならば（板端部からＸmm以内なら、圧延材の種類にもよるが通常２０ｍｍ〜１００ｍｍ）、ロール偏平による板端部形状変化領域の開始点として認識する。但し、実際には形状検出器はチャンネルごとにある幅を持っている。そして各チャンネルが板形状を測定している。したがって、板端部では、圧延材の形状検出器チャネルに対する被服率に応じてこのエッジ部分の形状変動領域を利用した「制御を実施する」、あるいは「制御をしない」の判断をする必要がある。
【００２２】
ここで被覆率Ｃｖはある幅を持っている検出チャンネルに対して板材が占める割合である（被覆率は板端部でＣｖ≦１．０であるがその他の部分ではＣｖ＝１．０である）。また、Ｃｖが予め定められた値よりも小さい場合にはその部分は制御の対象としない。例えば、Ｃｖ＜０．２５の場合には、そのチャンネルの形状データは制御の対象として使用しない、などの方法がとられる。
【００２３】
このようにして板形状の２回微分値を用いて、ロール偏平による形状変動領域を予測し、その結果に基づきそれぞれ板幅方向のゾーンを図２の（Ｃ）に示すように、板幅方向のゾーンを３つに分ける。
（１）ゾーン▲１▼：圧延機作業側端部（ＷＳエッジ部）、ＷＳロール扁平形状領域
（２）ゾーン▲２▼：センター部
（３）ゾーン▲３▼：圧延機駆動側端部（ＤＳエッジ部）、ＤＳロール扁平形状領域
の３つに分けて、それぞれのゾーンにおける板形状の認識（板形状の検出値）５５，５６，５７に基づいて、それぞれセンター部形状制御出力演算装置５１、ＷＳエッジ部形状制御出力演算装置５２、ＤＳエッジ部形状制御出力演算装置５３により制御量が演算され、アクチュエータ（９１，９２，９３，９４，７，８）により制御が行われる。
【００２４】
各ゾーンに対応する形状制御のアクチュエータは、
▲１▼ ＷＳエッジ部（５２）
＃４スタンド（１４）のＷＲシフト（８）、＃１〜３スタンド（１１，１２，１３）のＷＲ／ＩＭＲベンダー（９１，９２，９３）、
▲２▼ センター部（５１）
＃４スタンド（１４）のＷＲ／ＩＭＲベンダー（９４）、＃４スタンド（１４）の圧下レベリング（７）、
▲３▼ ＤＳエッジ部（５３）
＃４スタンド（１４）のＷＲシフト（８）、＃１〜３スタンドＷＲ／ＩＭＲベンダー（９１，９２，９３）、
のように対応している。
【００２５】
次に、各アクチュエータの制御方法を説明する。ただし、センター部に関しては従来通りの制御方法を行うので、これに関しては説明を省略する。図３は、＃４スタンドＷＲシフトの制御方法を説明するものである。図３の（Ａ）に示すように、圧延材２の上下に配置される上ＷＲ１４１、下ＷＲ１４２には、先細りロールが用いられる。先細り加工はロールの片端のみに行われる。先細り加工された側を、上下ロールで圧延機の作業側（ＷＳ）、駆動側（ＤＳ）別々になるように配置する。
【００２６】
図３では上ロールの先細り加工を作業側、下ロールを駆動側とた例について説明する。このようにロールの先細り加工部分を配置することにより、板端部の形状を作業側、駆動側をそれぞれ独立して制御することが出来るようになる。ロールに先細り加工がなされているために、ロールの板幅方向の位置を変更することにより、板に加わる圧延力の分布を変えることが出来る。例えば、先細り加工の開始点を図３の（Ａ）の円ｐｃ内に示すように、板幅よりも内側とすることにより、板端部にかかる圧延力を小さくすることができる。これにより、板端部の伸びを解消することが出来る。
【００２７】
本形状制御方法では板端部の形状実績と目標形状との差を比較して、板端部の形状認識を行い、その結果端部の伸び、張りを検出する。この結果によりＷＲシフトの制御方向を決定する。図３の（Ｂ）は形状制御における目標形状信号と、形状制御におけるＦＢ制御信号を示している。この形状認識は圧延機の作業側（ＷＳ）、駆動側（ＤＳ）それぞれについて独立に行い、その結果により、
板端部伸び … ＷＲシフト位置外側へ変更
板端部張り … ＷＲシフト位置内側へ変更
するように圧延機の作業側、駆動側独立に制御出力を決定する。図３の（Ｃ）はその制御ブロック図を示している。
【００２８】
次に、＃１〜３スタンドを用いた制御方法について説明する。図４は、＃１〜３スタンドの制御方法の考え方について説明をする図である。図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、＃４スタンド入側の板プロファイルと＃４スタンド出側の板形状に着目する。図４（Ｂ）の（ａ）の場合のように＃４スタンド入側の板プロファイルが、板端部が厚い、すなわちエッジアップ状であれば、＃４スタンドにおける圧延で板端部の圧下率が大きくなる（板端部の伸びが大きい）ため、＃４スタンド出側の板形状は耳伸び気味になる。
【００２９】
また、図４（Ｂ）の（ｂ）のような場合には、逆に＃４スタンド入側の板プロファイルが、板端部が薄い、すなわちエッジドロップ状であれば、＃４スタンドにおける圧延で板端部の圧下率が小さく（板端部の伸びが小さい）なるため、＃４スタンド出側の板形状はフラット、あるいは中伸び気味となる。これらのことから、＃１〜３スタンドを用いて＃４スタンド入側の板プロファイルを制御することにより、結果として＃４スタンド出側の板形状を制御することができる。
【００３０】
図５は、＃１〜３スタンドのベンダーの制御方法を説明する図である。図５に示すように圧延機の操作側（ＷＳ）、駆動側（ＤＳ）、それぞれの形状認識は先に述べた図３のＷＲシフト制御方法と同様であるが、本実施例ではベンダーは操作側、駆動側同量制御の対称ベンダーとして説明している。操作側、駆動側同量の制御となるため、操作側、駆動側別々に認識した形状認識結果の平均値を用いて制御出力を決定する。板形状の平均値としての認識の結果が、

するように制御出力を決定する。
【００３１】
これらにより、板端部のみの形状を制御することが出来るようになり、常に安定した形状の製品を圧延することが出来る。本発明によれば、板幅方向全体に渡り安定した板形状を達成させることが出来る。さらに安定した板形状により、板破断などの少ないより安定した圧延が可能となる。
【００３２】
以上説明してきたように、本発明によれば、圧延の際に発生するロールの偏平や、熱膨張により板形状が変化する板端部付近の領域の形状変化と、板幅全体の形状変化を別々に認識し、圧延機のＷＲシフト及びタンデム圧延機における前段スタンドベンダーを含む、板端部の形状修正に適したアクチュエータと、板幅全体の形状修正を行うベンダーをそれぞれ別々に操作することにより、それら領域毎に板形状を制御することができ、板幅方向全体で安定した形状の製品が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明におよれば、製品形状制度の向上、特に板端部の形状がよく、板幅方向全体で安定した形状の圧延製品を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した圧延機の形状制御装置の１実施例を示すブロック図である。
【図２】 本実施例の形状制御方法におけるゾーン分けとアクチュエータの役割を説明するための図である。
【図３】 ＃４スタンドＷＲシフト制御方法の説明図である。
【図４】 ＃１〜３スタンド制御方法の説明図である。
【図５】 ＃１〜３スタンドベンダー制御方法の説明図である。
【図６】 従来の圧延機の形状制御装置を示す図である。
【符号の説明】
２…圧延材 ３…形状検出ロール ４…形状検出器 ５…形状制御出力演算装置 ６…目標形状設定装置 ７…圧下位置制御装置 ８…ＷＲシフト制御装置 １１…圧延機＃１スタンド １２…圧延機＃２スタンド １３…圧延機＃３スタンド １４…圧延機＃４スタンド ５１…センター部形状制御出力演算装置 ５２…ＷＳエッジ部形状制御出力演算装置 ５３…ＤＳエッジ部形状制御出力演算装置 ５４…板幅方向領域分割装置 ５５…センター部ロール変形形状認識装置５６…ＷＳエッジ部ロール偏平形状認識装置 ５７…ＤＳエッジ部ロール偏平形状認識装置 ５８…板端部形状変化領域予測装置 ６０…作業側、駆動側の形状認識の平均値計算装置 ９１…＃１スタンドＷＲ／ＩＭＲベンダー制御装置 ９２…＃２スタンドＷＲ／ＩＭＲベンダー制御装置 ９３…＃３スタンドＷＲ／ＩＭＲベンダー制御装置 ９４…＃４スタンドＷＲ／ＩＭＲベンダー制御装置 １４１…＃４スタンド上ＷＲ １４２…＃４スタンド下ＷＲ。

Claims (7)

1. ワークロール、中間ロール、およびバックアップロールを有するタンデム圧延機の形状制御方法において、最終圧延スタンド出側で板形状を検出し、圧延板幅に対して中央部の板形状により前記最終圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダー制御を行うとともに、前記最終圧延スタンドの圧下を制御し、圧延板幅に対して作業側端部の板形状および駆動側端部の板形状により前記最終圧延スタンドのワークロールシフト制御、または前記最終圧延スタンドの前段側の単数あるいは複数の圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御することを特徴とするタンデム圧延機の形状制御方法。
2. 請求項１の記載において、作業側端部を作業側ゾーンおよび駆動側端部を駆動側ゾーン、中央部を中央部のゾーンとした各ゾーンについてそれぞれ形状制御を行うことを特徴とするタンデム圧延機の形状制御方法。
3. 請求項２の記載において、ロール扁平形状領域を作業側ゾーンあるいは駆動側ゾーンとするタンデム圧延機の形状制御方法。
4. 請求項１の記載において、前記作業側端部の板形状および駆動側端部の板形状の平均値を演算し、前記平均値により前記最終圧延スタントの前段側の１単数あるいは複数の圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御することで板形状制御を行うことを特徴とするタンデム圧延機の形状制御方法。
5. ワークロール、中間ロール、およびバックアップロールを有するタンデム圧延機の形状制御方法において、前記圧延機の作業側と駆動側そして中央部のゾーンを分けて最終圧延スタンド出側で板形状を検出し、前記板形状信号に基づいて、圧延板幅に対して前記中央部の板形状により前記最終圧延スタンドのワークロール或いは中間ロールのベンダー制御を行うとともに、前記最終圧延スタンドの圧下を制御し、前記圧延機の作業側端部の板形状および駆動側端部の板形状により前記最終圧延スタンドのワークロールシフト制御、或いは前記最終圧延スタンドの前段側の単数あるいは複数の圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御することで板形状制御を行うことを特徴とするタンデム圧延機の形状制御方法。
6. ワークロール、中間ロール、およびバックアップロールを有するタンデム圧延機の形状制御装置において、最終圧延スタンド出側で板形状を検出する手段と、圧延板幅に対して中央部の板形状により前記最終圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダー制御を行うとともに、前記最終圧延スタンドの圧下を制御し、圧延板幅に対して作業側端部の板形状および駆動側端部の板形状により前記最終圧延スタンドのワークロールシフト制御または前記最終圧延スタンドの前段側の単数あるいは複数の圧延スタンドのワークロールあるいは中間ロールのベンダーを制御する板形状制御手段を有することを特徴とするタンデム圧延機の形状制御装置。
7. 請求項６の記載において、作業側端部を作業側ゾーンおよび駆動側端部を駆動側ゾーン、中央部を中央部のゾーンとした各ゾーンについてそれぞれ形状制御を行うことを特徴とするタンデム圧延機の形状制御装置。

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