JP2006116569A - 金属板材の圧延方法および圧延装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛇行およびキャンバーのない金属板材を製造する圧延方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも作業ロールと補強ロールとを有する金属板材の圧延機を用いて行う金属板材の圧延方法において、圧延実行中に該作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定し、該圧延方向力の作業側と駆動側との差異を演算し、この差異が制御目標値になるように該圧延機の圧下位置の左右非対称成分を制御し、該圧延機の変形特性から計算して得た圧下位置設定値と制御して得た圧下位置とを比較し、これらに基づいて圧下位置設定補正値を演算し、新たに計算で得る圧下位置設定値と該圧下位置設定補正値に基づいて次パスまたは次材以降の圧下位置を設定する。また、圧下位置設定値を学習することにより圧下位置設定値を最適化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板材の圧延方法に関し、特に、蛇行およびキャンバーのない、あるいは極めて蛇行およびキャンバーの軽微な金属板材を安定して製造することのできる、金属板材の圧延方法に関する。

金属板材の圧延操業における重要課題の一つに、圧延材の伸び率を作業側と駆動側とで等しくすることがある。尚、以下の説明では、表記を簡単にするため作業側と駆動側のことを左右と称することにする。伸び差が左右不均等になった場合、キャンバーや板厚ウェッジという圧延材の平面形状および寸法精度不良を生ずるばかりではなく、蛇行や尻絞りという通板トラブルを生じることがある。
左右の伸び率を均等にするための操作手段としては、圧延機の圧下位置の左右非対称成分の解消、すなわち圧下レベリング操作が用いられる。通常、圧下レベリングの操作は、圧延前の設定、圧延中の操作ともに、オペレータが圧延操業を注意深く観察しながら操作している場合がほとんどであるが、上述したキャンバーや板厚ウェッジの品質不良や通板トラブルを十分に制御できているとは言えない。

上記問題に対して、特許文献１には、圧延機のロードセル荷重の左右差の和に対する比に基づいて圧下レベリング制御を実施する技術が開示されている。
また、特許文献２には、圧延機入側の圧延材のずれ、すなわち蛇行量を直接検出することにより、圧下レベリングを操作する技術が開示されている。
また、特許文献３には、特に圧延機の変形特性の左右非対称性を同定するため、圧下装置を操作してキスロール締め込みを実施し、作業側および駆動側の圧下位置と圧延荷重測定用ロードセルの出力を、複数の圧下位置条件に対して測定し、各圧下位置条件に対応するロール系の変形を計算して分離し、その結果として求められる圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定し、このようにして得られた圧延機の変形特性を利用して、最適な圧下レベリング設定を実施する技術が開示されている。ここで、キスロール締め込みとは、圧延材の存在しない状態で、上下作業ロールを互いに接触させて、ロール間に負荷を与えることを意味している。また、圧延機の変形特性とは、上記に示す通り圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性のことであり、一般的にミルストレッチと呼ばれるものであることを意味している。
また、特許文献４には、キスロール締め込みによる圧下零点調整および圧延機の変形特性の左右非対称性を抽出する際に、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力を測定しロール間スラスト力による外乱を分離し得られた圧下装置の零点と圧延機の変形特性に基づき、最適な圧下レベリング設定および制御を実施する技術が開示されている。ここでスラスト反力とは、各ロール胴部の接触面において主としてロール間の微小なクロス角の存在によって発生するスラスト力の各ロールに関する合力に抗して、当該ロールを定位置に保持するための反力である。
特公昭５８−５１７７１号公報 特開昭５９−１９１５１０号公報 特許第２６０４５２８号公報 特許第３４９９１０７号公報

しかしながら、上記の特許文献１、特許文献２で例示した圧延材の伸び率の左右差を零にするための技術は、何れも制御手段としては圧下レベリングを最適化することを目標としているが、何れの技術も、圧延材の伸び率に左右差を生じ、これが圧延材の蛇行やキャンバーとして検出されてからアクションを起こすフィードバック方式の制御技術である。このような方式の制御の場合、圧延材の伸び率に左右差を生じてから、これが蛇行やキャンバーとして検出されるまでには有意な時間遅れが存在し、そのためこれらフィードバック方式の制御のみで蛇行やキャンバーの問題を完全に解決するまでには至っていない。
上記技術の問題点を解決できる可能性のある技術として、上記の特許文献３、特許文献４の技術がある。これらの技術は、上記フィードバック方式の技術とは異なり、圧延機の変形特性の左右非対称性を正確に把握し、さらには圧延材の寸法や変形抵抗のような変形特性の左右非対称性をも正確に把握した上で、圧延開始前の圧下設定値を最適に設定して、圧延材頭部の圧延開始時点から蛇行やキャンバーを発生させない操業を実現することを目的としていた。
しかしながら、特許文献３に開示されている技術を実施したところ、圧延機によっては、同定された圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に十分な再現性が見られない場合があった。この場合は、圧下位置の設定値を必ずしも最適化することができず、その結果として、蛇行やキャンバーの発生を十分に防止できていなかった。 この原因は、ロール間スラスト力による外乱がロードセル荷重の左右差に含まれてしまったため、圧延機の変形特性の左右非対称性の同定結果に大きな誤差が含まれたことによると考えられる。

このようなロール間スラスト力の影響を排除できる技術として上述した特許文献４に開示されている技術がある。この技術は、ロール間スラスト力の影響を考慮し圧下零点調整および圧延機の変形特性の左右非対称性を抽出しているため、圧下装置の零点と圧延機の変形特性を再現性良く求めることができる。しかしながら、上記の技術は、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下双方の補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力の測定が必須となるため、これらすべての値を測定できる測定装置が備わっていない圧延機では適用することができないという問題があった。
そこで、本発明は、以上の蛇行やキャンバー制御に関する従来技術の問題点を有利に解決して、蛇行やキャンバーのない、あるいは極めて蛇行やキャンバーの軽微な金属板材を安定して製造することのできる、金属板材の圧延方法および圧延装置を提供することを目的とするものである。

発明者らは、鋭意研究の末に、以下のような知見を得た。
一般に、圧延によって蛇行やキャンバーを生ずる原因としては、ロールギャップ設定不良、圧延材の入側板厚左右差または変形抵抗左右差等があげられるが、何れの原因の場合でも、最終的には、圧延によって生じる圧延方向の伸び歪に左右差を生じることで先進率および後進率が板幅方向に変化し、圧延材の出側速度および入側速度に左右差を生じ蛇行やキャンバーを生じることになる。このとき、例えば、圧延材先端部圧延時は、既に圧延が終了した出側の圧延材長さが短いので出側速度に左右差を生じることは比較的自由であるが、入側速度に左右差を生じるためには入側に存在する圧延材全体を水平面内で剛体回転させる必要がある。しかしながら先端部圧延時は一般に入側に長い未圧延材が残っているので、圧延材自身の重量とテーブルローラーとの摩擦によって、または、熱間仕上圧延のような連続圧延機の場合は当該圧延機と前の圧延機間の張力によって、上記剛体回転に抗するモーメントが発生する。このモーメントは、圧延機の作業ロールに反力として伝わることになるので、作業ロールチョック部に作用する圧延方向力に左右差を生じることで最終的には支持されることになる。

上記のような先端部圧延時の主として入側圧延材から作用するモーメントは、作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定して、作業側の圧延方向力と駆動側の圧延方向力との差異すなわち圧延方向力左右差を演算することで検知できる。このモーメントは、上記したように蛇行やキャンバー発生の原因となる伸び歪の左右差が生じたときにのみ発生し、しかも伸び歪差の発生とほぼ同時に該モーメントも発生するので、上記圧延方向力左右差を小さくする方向に、当該圧延機の圧下位置の左右非対称成分すなわち圧下レベリングを操作することで、蛇行やキャンバーの発生を未然に防止することが可能となる。
上記の原理は、圧延材尾端部圧延時も同様であり、尾端部圧延時は、既に圧延が終了した出側の圧延材長さが長いので圧延材自身の重量とテーブルローラーとの摩擦によって、または、熱間仕上圧延のような連続圧延機の場合は当該圧延機と次の圧延機間の張力によって、伸び歪そして先進率の左右差を生じようとしたときに主として出側圧延材からこれに抗するモーメントが発生し、これが作業ロールに反力として伝達されるので、この場合も作業ロールチョックに作用する圧延方向力の左右差を測定・演算することで伸び歪の左右差の発生を検知することができ、該圧延方向力左右差を小さくする方向に当該圧延機の圧下位置の左右非対称成分すなわち圧下レベリングを操作することで、尾端部における蛇行やキャンバーの発生も未然に防止することが可能となる。

以上のような原理に基づき、作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定して、作業側の圧延方向力と駆動側の圧延方向力との差異すなわち圧延方向力左右差を演算し、この圧延方向力左右差を小さくする方向に、当該圧延機の圧下レベリングを操作する圧延方法が考えられる。
また、さらに研究を進めると、上記方法では、圧延開始時の圧下位置設定が不良である場合、最適な圧下位置にするために、大きな圧下レベリング操作が必要になるため、制御ゲインを上げる必要があるが、測定される圧延方向力左右差に外乱が含まれるような場合、制御系がハンチングしたり、板厚ウェッジ等が生じてしまう懸念があることがわかった。
さらに、本発明者らは、上記のような懸念を以下のような方法によって改善できることを新たに知見した。

すなわち、キスロール締め込みにおける圧延機の変形特性の左右非対称性を抽出し、この圧延機の変形特性および圧下位置設定補正値に基づき圧延開始時の圧下位置設定を行い、圧延実行中に圧延方向力左右差に基づく圧下レベリング制御を実施し、さらに、この圧延方向力左右差に基づき、該圧下位置設定補正値を学習し、この補正値を次パスまたは次材の圧下位置設定に反映させる。これにより、ロール間スラスト力による圧延機の変形特性の同定誤差を補正し、圧延開始時の圧下位置設定を最適化することで、圧延方向力左右差に基づく圧下レベリング制御の制御ゲインを適正な値にすることができるので、その結果として、制御系のハンチングや板厚ウェッジの発生を抑え、かつ、圧延材先端部から蛇行やキャンバーの抑制効果が高い最適的な圧下レベリング設定および制御を実現することができる。

上記のような従来技術の問題点を解決する知見を用いた本発明の要旨は以下のとおりである。
（１） 少なくとも作業ロールと補強ロールとを有する金属板材の圧延機を用いて行う金属板材の圧延方法において、圧延実行中に該作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定し、該圧延方向力の作業側と駆動側との差異を演算し、この差異が制御目標値になるように該圧延機の圧下位置の左右非対称成分を制御し、該圧延機の変形特性から計算して得た圧下位置設定値と制御して得た圧下位置とを比較し、これらに基づいて圧下位置設定補正値を演算し、新たに該変形特性から計算で得る圧下位置設定値と該圧下位置設定補正値に基づいて次パスまたは次材以降の圧下位置を設定することを特徴とする、金属板材の圧延方法。
（２） 前記圧延機の変形特性の測定において、該補強ロールの作業側と駆動側の圧下支点位置での、キスロール締め込み状態における、圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値から、圧延機の変形特性を求めることを特徴とする（１）に記載の金属板材の圧延方法。
（３） 少なくとも作業ロールと補強ロールとを有する金属板材の圧延機を含む圧延装置において、該作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定する該作業ロールチョックの圧延方向入側と出側の双方に配置した荷重検出装置と、該荷重検出装置による測定値に基づいて該作業ロールチョックに作用する圧延方向力の作業側と駆動側の差異を演算する差異演算装置と、該演算値に基づいて前記圧延機の圧下位置の左右非対称成分制御量を演算する制御量演算装置と、圧下位置の左右非対称成分制御量と圧下位置設定値とを比較して圧下位置設定補正値を演算する補正値演算装置と、前記圧延機の変形特性および該圧下位置設定補正値に基づいて圧延開始時の圧下位置設定並びに該圧下位置の左右非対称成分制御量の演算値に基づいて圧延実行中の前記圧延機の圧下位置制御を行う圧下位置設定制御装置と、を備えたことを特徴とする、金属板材の圧延装置。
（４）該補強ロールの作業側と駆動側の圧下支点位置におけるキスロール締め込みのできる圧下装置と、該支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力を測定する補強ロール反力検出装置と、該補強ロール反力検出装置による測定値に基づいて該圧延機の変形特性を演算する変形特性演算装置を備えたことを特徴とする、（３）に記載の金属板材の圧延装置。

（１）に記載の本発明の金属板材の圧延方法では、圧延実行中、作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定し、該圧延方向力の作業側と駆動側との差異を演算し、この差異すなわち圧延方向力左右差に基づいて、該圧延機の圧下位置の左右非対称成分すなわち圧下レベリングを制御する。このように圧延方向力左右差を検出・演算することで、キャンバー発生の直接原因となる圧延による伸び歪の左右差の正確な検出・測定ができ、これを均一化するための圧下レベリング操作を実施することにより、蛇行やキャンバーの抑制が可能となる。さらに、この圧延方向力左右差が制御目標値になるように、圧下位置を制御し、この圧下位置と変形特性から演算して得た圧下位置設定値との差を比較し、これらに基づいて圧下位置設定補正値を演算することによって次パス以降または次材以降の圧下位置設定をすることができる。
また、（１）に記載の本発明の金属板材の圧延方法では、圧下位置設定補正値を演算しているのでこの補正値を学習し、最適化していることになる。また、この補正値を次パス以降または次材以降の圧下位置設定に反映させることで圧下位置設定を更に高精度化することができる。さらに、この補正値を次パス以降または次材以降の圧下位置設定に反映させることでロール間スラスト力による圧延機の変形特性の同定誤差を補正し、圧延開始時の圧下位置設定を最適化することができる。この最適化を繰り返すことで、圧延方向力左右差に基づく圧下レベリング制御の制御ゲインを適正な値にすることができるので、その結果として、制御系のハンチングや板厚ウェッジの発生を抑え、かつ、圧延材先端部から蛇行やキャンバーの抑制効果が高い最適的な圧下レベリング設定および制御を実現することができる。

（２）に記載の本発明の金属板材の圧延方法では、キスロール締め込み状態において、補強ロールの作業側と駆動側の圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値から圧延機の変形特性を求め、この圧延機の変形特性および圧下位置設定補正値に基づき圧延開始時の圧下位置設定を行う。この変形特性はキスロール締め込み状態時に測定されたものなので作業側と駆動側の両方について正確に求められており、圧下位置設定のみならず、圧延中の圧下レベリング制御に用いることができる。
そして、これらの結果として、実質的に蛇行やキャンバー発生のない、あるいは極めて蛇行やキャンバーの軽微な圧延が実現可能となる。
次に、（１）または（２）に記載の本発明の金属板材の圧延方法を実施するための圧延装置（３）または（４）の効果について説明する。
（４）に記載の本発明の金属板材の圧延装置では、以下の機能を有する。
１）該圧延機の圧下位置の設定および制御を行うことができる圧下位置設定制御装置が備えられているので、前記圧延機の変形特性および圧下位置設定補正値に基づいて圧延開始時の該圧延機の圧下位置の設定を行うことができる。
２）作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックの圧延方向入側と出側の双方に荷重検出装置が備えられているので、入・出側双方の荷重測定値の方向性を考慮して合力を演算することで、入・出側何れの方向に力が作用していても作業側および駆動側それぞれのロールチョックに作用する圧延方向力を求めることができる。
３）圧延方向力の作業側と駆動側の差異を演算する演算装置が備えられているので、作業側ロールチョックに作用する圧延方向力と駆動側ロールチョックに作用する圧延方向力の差異すなわち圧延方向力左右差を演算することができる。また、圧延方向力左右差を求めることによって、キャンバーの原因となる圧延方向の伸び歪の左右差に起因して圧延材より作業ロールに作用するモーメントを検出することができる。
４）圧延方向力左右差に基づいて、伸び歪を左右均等化するための圧延機の圧下位置の左右非対称成分制御量を演算する演算装置が備えられていることにより、左右別々に圧下位置設定値を計算することができる。
５）該圧下位置の左右非対称成分制御量の演算値に基づいて該圧延機の圧下位置を制御する圧下位置設定制御装置が備えられ、圧下位置設定補正値を下記学習演算装置から得ることにより、補正した圧下位置設定値を計算でき、圧延方向力左右差に基づくキャンバー制御ができる。
６）圧延方向力左右差に基づいて該圧延機の圧下位置設定補正値を演算する演算装置が備えられているので、圧下位置設定補正値を学習することができ、この補正値を次パスまたは次材の圧下位置設定に反映させることで、ロール間スラスト力による圧延機の変形特性の同定誤差を補正し、圧延開始時の圧下位置設定を最適化することができる。

（４）に記載の本発明の金属板材の圧延装置では、以下の機能を有する。
補強ロールの作業側と駆動側の圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力を測定する補強ロール反力検出装置と、該補強ロール反力検出装置による測定値に基づいて圧延機の変形特性を演算する演算装置が備えられているので、キスロール締め込み状態における圧延機の変形特性を演算することができる。
結局、以上の機能によって、（１）または（２）に記載の金属板材の圧延方法を実施することが可能となり、圧延材先端部から蛇行やキャンバーの抑制効果が高い最適的な圧下レベリング設定および制御を実現することができる。
以上のように、本発明の圧延方法および圧延装置を用いることによって、蛇行やキャンバーのない、あるいは極めて蛇行やキャンバーの軽微な金属板材を安定して製造することが可能となり、金属板材の圧延工程の生産性および歩留の大幅な向上が実現できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
図１には、（１）または（２）に記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置または（３）または（４）に記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を示す。尚、図１は基本的に作業側の装置構成のみを図示しているが、駆動側にも同様の装置が存在する。
圧延機の上補強ロールチョック５の圧下支点位置には、補強ロール反力検出装置２３が配備されて、圧下支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力が測定される。この補強ロール反力検出装置は駆動側にも存在し、駆動側の補強ロール反力２４が測定される。これら作業側と駆動側の補強ロール反力の測定値が、圧延機変形特性演算装置２５に送られ、圧延機変形特性演算装置２５において、圧延機の変形特性が演算される。この圧延機の変形特性の具体的な算出方法は、例えば、特許文献３に記載される方法にしたがって算出すれば良い。すなわち、圧下装置を操作してキスロール締め込みを実施し、作業側および駆動側の圧下位置と補強ロール反力の測定値を、複数の圧下位置条件に対して採取し、各圧下位置条件に対応するロール系の変形を計算して分離し、その結果として求められる圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定し、このようにして得られた圧延機の変形特性を利用する。

圧延機変形特性演算装置２５で得たこの圧延機の変形特性の演算結果に基づき、圧下位置設定制御装置２０により圧下装置１３を操作し、圧延開始時の作業側と駆動側の圧下位置設定が行われる。圧延機の変形特性に基づき、圧下位置設定値を演算する方法は、具体的には、例えば、以下のように行えば良い。すなわち、これから圧延しようとする圧延材の板幅、入側板厚、目標とする出側板厚、圧延速度、熱間圧延の場合には圧延温度を含む変形抵抗特性値等の圧延条件を入力し、次いで、入力された圧延条件と、作業ロール直径、作業ロールの弾性定数等の圧延機側の条件を考慮して圧延荷重を予測計算する。次に、上記圧延荷重の計算値、圧延速度から、上述の方法で同定した圧延機の変形特性に基づき、ロール系以外の板圧延機の変形量を作業側および駆動側個別に演算する。さらに上記圧延荷重にからロール系の変形量を計算して、 この変化量と上記ロール系以外の板圧延機の変形量から、作業側端部と駆動側端部におけるロールギャップ変化を計算する。最後に、上記ロールギャップ変化の計算値と、板厚ウェッジの目標値とから、圧延開始時の圧下位置設定値を演算する。
しかしながら、上述した方法は、圧延機の変形特性の非対称性を同定し圧延開始前の圧下設定値を最適に設定することが主目的であるが、圧延機によってはロール間の微小なクロス角の存在し、これによってロール間スラスト力が発生し、この影響により同定された圧延機の変形特性に誤差が含まれる場合があるので、必ずしも最適化な圧下位置設定値が演算できないことがある。そこで、本発明では、圧下位置設定補正値を定義し、この補正値を圧延方向力左右差の測定値が制御目標値なるように学習し、次パスまたは次材の圧下位置設定に反映させることで、上述のロール間スラスト力の影響による圧延機変形特性の同定誤差を補正している。

ここで、例えば、圧下位置設定補正値は、下記式(1)のように定義して使用する。

ここで、S^w _s、S^d _sは、補正された作業側と駆動側の圧下位置設定値、S^w _cal、S^d _calは、上述の圧延機の変形特性等に基づき演算された作業側と駆動側の圧下位置設定値の演算値、S^w _r、S^d _rは、作業側と駆動側の圧下位置設定補正値である。
また、圧下位置設定補正値は、作業側と駆動側の差として次式のように定義して使用しても良い。

ここで、S^df _sは、圧下位置設定値の作業側と駆動側の差、S^df _calは、上述の圧延機の変形特性に基づき演算された圧下位置の演算値の作業側と駆動側の差、S^df _rは、作業側と駆動側の差として定義した圧下位置設定補正値である。

次に、圧延実行中に実施される作業ロールチョックに作用する圧延方向力の作業側と駆動側の差異に基づく、圧下レベリング制御について説明する。圧延機の上作業ロール１に作用する圧延方向力は基本的には上作業ロールチョック５によって支持されるが、上作業ロールチョックには上作業ロールチョック出側荷重検出装置９と上作業ロール入側荷重検出装置１０が配備されており、上作業ロールチョックを圧延方向に固定しているプロジェクトブロック（図示せず）等の部材と上作業ロールチョックの間に作用する力を測定することができる。これらの荷重検出装置は通常は圧縮力を測定する構造とするのが装置構成を簡単にするため好ましい。上作業ロール圧延方向力演算装置１４では、上作業ロール出側荷重検出装置９と上作業ロール入側荷重検出装置１０による測定結果の差異を計算することで上作業ロールチョック５に作用する圧延方向力を算出する。さらに下作業ロール２に作用する圧延方向力についても、下作業ロールチョック６の出側および入側に配備された下作業ロール出側荷重検出装置１１および下作業ロール入側荷重検出装置１２の測定値に基づき下作業ロール圧延方向力演算装置１５によって、下作業ロールチョック６に作用する圧延方向力を演算する。次に下作業ロール圧延方向合力演算装置１６において、上作業ロール圧延方向力演算装置１４の演算結果と下作業ロール圧延方向力演算装置１５の演算結果の和をとることにより、上下作業ロールに作用する圧延方向合力を算出する。上記のような手続きは作業側のみならず駆動側も全く同じ装置構成で演算を実施し、その結果が駆動側の作業ロール圧延方向合力１７として得られる。そして作業側−駆動側圧延方向力差演算装置１８によって作業側の演算結果と駆動側の演算結果との差異が計算され、これによって作業ロールチョックに作用する圧延方向力の作業側と駆動側の差異すなわち圧延方向力左右差が計算されることになる。

以上のように演算した該圧延方向力左右差の演算結果に基づいて、蛇行やキャンバーを防止するための圧延機の圧下位置の左右非対称成分制御量を演算する。圧延方向力左右差、圧下位置の左右非対称成分制御量および制御ゲインの関係は、例えば、デジタルPID制御系を考えた場合、次式のような関係で表される。すなわち、１サンプリングあたりの圧下位置の左右非対称成分制御量S_df ^C(k)は、次式のようになる。

ここで、e(k) は１サンプリングあたりの誤差

F_R ^df(k)は１サンプリングあたり圧延方向力左右差、F_RT ^dfは圧延方向力左右差の制御目標値、K_Tは制御ゲイン(mm/tonf)、K_Pは制御ゲイン（比例成分）、K_Iは制御ゲイン（積分成分）、K_Dは制御ゲイン（微分成分）、Tはサンプリング周期(s)である。

圧下位置左右非対称成分制御量演算装置１９においては、圧延方向力左右差、制御ゲインおよび適正な圧延方向力左右差の目標値に基づき、蛇行やキャンバーを防止するための圧延機の圧下位置の左右非対称成分制御量が演算される。そして、この制御量演算結果に基づいて、圧下位置設定制御装置２０によって圧延実行中に圧延機の圧下位置の左右非対称成分すなわち圧下レベリングの制御を実施する。
通常、式(3)における圧延方向力左右差の制御目標値F_RT ^dfは零であり、圧延方向力左右差がこの制御目標値になるように圧延機の圧下位置の左右非対称成分を制御することで、蛇行やキャンバー発生を防止することができる。このとき、圧延方向力左右差の目標値に制御して得た圧下位置と、圧延機の変形特性に基づいて演算して得た圧下位置設定値との間に差が生じる。そこで、本発明の方法では、この圧延方向力左右差に基づき圧下位置設定補正値を演算し、更にこの補正値を学習していくことにより、圧延開始時の圧下位置設定を最適化する。
しかしながら、例えば、ロールの摩耗等が起因でロール径の左右差あるいは摩擦係数の左右差等が生じた場合、これによって圧延方向力左右差がシフトする可能性があり、この場合、制御目標値は零でなく、実験的に求めるなどして、適切な値に変更する必要がある。また、式(3)における制御ゲインは、圧延開始時の圧下位置設定が不良である場合は、制御応答性を高めるために、より大きくする必要があるが、測定される圧延方向力左右差に外乱が含まれる場合は、制御系がハンチングしたり、板厚ウェッジ等が生じてしまう懸念がある。これらの懸念に対しても本発明の方法によって、上記の制御系ハンチングや板厚ウェッジの発生を抑えた適正な制御ゲインの値にすることができる。

以下、圧下位置設定補正値学習装置２６において、圧延方向力左右差に基づき演算される圧下位置設定補正値の学習方法について、詳細に説明する。
ｎパス目または圧延材ｎ本目の圧延開始時の圧下位置設定値の作業側と駆動側の差をS^df _s ⁽ⁿ⁾とすると、式(2)に示した定義に従うと次式で表される。

ここで、S^df _cal ⁽ⁿ⁾ は、上述したような圧延機の変形特性に基づき演算されたｎパス目または圧延材ｎ本目の演算して得た圧下位置設定値の作業側と駆動側の差であり、S^df _r ⁽ⁿ⁾は、ｎパス目または圧延材ｎ本目における圧下位置設定補正値である。尚、ここでは圧下位置設定補正値を、圧下位置の作業側と駆動側の差で定義しているが、式(1)に示したように作業側と駆動側でそれぞれ定義しても良い。また、圧下位置設定補正値の初期値、すなわち、作業ロールや補強ロールを組み替え後の１本目、１パス目は、零あるいはロール組替前のそのままの値を使用すれば良い。

圧下位置設定補正値は、圧延本数が増加するに従って変化して行く可能性があるので、例えば、下記式(5)を用いてパス毎または圧延材本数毎に学習すれば良い。

ここで、γは学習ゲイン(0〜1.0)である。また、S^df _m ⁽ⁿ⁾ はｎパス目または圧延材ｎ本目の圧延方向力左右差の実績値を圧下レベリング量に換算した値であり、下記式(6)で表される。

ここで、aは比例定数でありK_Tを用いても良い。F^df _R ⁽ⁿ⁾はｎパス目または圧延材ｎ本目に圧延実行中に実測される圧延方向力左右差の値で、圧延方向力左右差に基づく圧下レベリング制御を実施している場合は、制御が開始する前の値であることが望ましい。また、S^df _m ⁽ⁿ⁾ は、圧延方向力左右差に基づく圧下レベリング制御を実行している場合であれば、圧延方向力左右差が制御目標値に収束した時の式(3)における圧下位置の左右非対称成分制御量の圧延開始時からの総量としても良い。

以上のように本発明の方法では、圧延方向力左右差に基づき圧下位置設定補正値を学習し、この補正値を次パスまたは次材の圧下位置設定に反映させることで、ロール間スラスト力による圧延機の変形特性の同定誤差を補正し、圧延開始時の圧下位置設定を最適化することで、圧延方向力左右差に基づく圧下レベリング制御の制御ゲインを適正な値にすることができるので、その結果として、制御系のハンチングや板厚ウェッジの発生を抑え、かつ、圧延材先端部から蛇行やキャンバーの抑制効果が高い最適的な圧下レベリング設定および制御を実現することができる。
図２には、（１）または（２）に記載の本発明の圧延方法を実現する圧延装置または（３）または（４）に記載の本発明の圧延装置の他の好ましい実施の形態を示す。図２の実施形態では、図１の実施形態に比べて、下作業ロールチョックに作用する圧延方向力の検出装置および演算装置を省略している。一般に伸び歪の左右差に起因して圧延材から作業ロールに作用するモーメントは、必ずしも上下作業ロールに均等に作用するとは限らないが、その時系列変化挙動については、上下作業ロールで傾向が逆転することはない。この場合も圧延中、圧延方向力左右差に基づき、圧下位置設定補正値を学習し、この補正値を次パスまたは次材の圧下位置設定に反映させることで、制御系のハンチングや板厚ウェッジの発生を抑えた適正な制御ゲインを設定できるので、上下どちらか一方の作業ロールに作用する圧延方向力の左右差に基づく良好な蛇行やキャンバー制御を実現することができる。

図１に示した圧延機を用いて、本発明の（１）または（２）に記載の圧延方法を適用した場合の実施例について説明する。キャンバーを抑制するための設定および制御を従来の方法と本発明の方法で比較した。図１に示した圧延機においては、上下双方の作業ロールに作用するスラスト反力と上下双方の補強ロール反力を測定できる測定装置が備わっていないので、特許文献４に記載される方法は適用できない。そこで、上のみの補強ロール反力を測定することによって実施可能な従来の方法を実施し、本発明の方法と比較した。
従来の方法では、圧延実行前に圧延機の圧下装置を操作してキスロール締め込みを実施し、圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定し、このようにして得られた圧延機の変形特性を利用して、圧延開始時の圧下レベリング設定を行った。
これに対して、本発明の方法では、圧延実行前に圧延機の圧下装置を操作してキスロール締め込みを実施し、圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定し、この変形特性に基づき、圧延開始時の圧下レベリング設定を行い、圧延実行中、作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定し、これらより圧延方向力左右差を演算し、この圧延方向力左右差に基づいて、圧下レベリングを制御すると共に、圧下位置設定補正値を学習し、この補正値を次パスの圧下位置設定に反映させた。尚、学習ゲインγは、０．３とした。

表１には、従来の方法と本発明の方法のキャンバー設定・制御を実施した同一寸法における圧延材のキャンバーの実測結果を示す。表１に示す通り、１ｍあたりのキャンバー実測値は、従来の方法の場合、圧延材の先端部、定常部および尾端部のいずれにおいても、０．４０mm／m以上あり、キャンバーの発生を十分に防止できていなかった。これに対し、本発明の方法の場合、圧延材の先端部、定常部および尾端部のいずれにおいても、０．１５mm／m以下と小さな値に抑えられていることがわかる。また、圧延材には、顕著な板厚ウェッジの発生も見られなかった。

以上のように本発明の方法では、圧延方向力左右差に基づき、圧下位置設定の補正値を学習し、この補正値を次パスまたは次材の圧下位置設定に反映させることで、ロール間スラスト力による圧延機の変形特性の同定誤差を補正し、圧延開始時の圧下位置設定を最適化することで、圧延方向力左右差に基づく圧下レベリング制御の制御ゲインを適正な値にすることができるので、その結果として、制御系のハンチングや板厚ウェッジの発生を抑え、かつ、圧延材先端部から蛇行やキャンバーの抑制効果が高い最適的な圧下レベリング設定および制御を実現することができる。

（１）または（２）に記載の本発明の圧延方法に関する圧延装置または（３）または〜（４）に記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を模式的に示す図である。 （１）または（２）に記載の本発明の圧延方法に関する圧延装置または（３）または（４）に記載の本発明の圧延装置の好ましい実施の形態を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 上作業ロール
２ 下作業ロール
３ 上補強ロール
４ 下補強ロール
５ 上作業ロールチョック（作業側）
６ 下作業ロールチョック（作業側）
７ 上補強ロールチョック（作業側）
８ 下補強ロールチョック（作業側）
９ 上作業ロール出側荷重検出装置（作業側）
１０ 上作業ロール入側荷重検出装置（作業側）
１１ 下作業ロール出側荷重検出装置（作業側）
１２ 下作業ロール入側荷重検出装置（作業側）
１３ 圧下装置
１４ 上作業ロール圧延方向力演算装置（作業側）
１５ 下作業ロール圧延方向力演算装置（作業側）
１６ 作業ロール圧延方向合力演算装置［加算器］（作業側）
１７ 作業ロール圧延方向合力（駆動側）
１８ 作業側−駆動側圧延方向力差異演算装置
１９ 圧下位置左右非対称成分制御量演算装置
２０ 圧下位置設定制御装置
２１ 金属板材
２２ 圧延方向
２３ 補強ロール反力検出装置（作業側）
２４ 補強ロール反力（駆動側）
２５ 圧延機変形特性演算装置
２６ 圧下位置設定補正値演算装置

Claims (4)

1. 少なくとも作業ロールと補強ロールとを有する金属板材の圧延機を用いて行う金属板材の圧延方法において、圧延実行中に該作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定し、該圧延方向力の作業側と駆動側との差異を演算し、この差異が制御目標値になるように該圧延機の圧下位置の左右非対称成分を制御し、該圧延機の変形特性から計算して得た圧下位置設定値と制御して得た圧下位置とを比較し、これらに基づいて圧下位置設定補正値を演算し、新たに該変形特性から計算で得る圧下位置設定値と該圧下位置設定補正値に基づいて次パスまたは次材以降の圧下位置を設定することを特徴とする、金属板材の圧延方法。
2. 前記圧延機の変形特性の測定において、該補強ロールの作業側と駆動側の圧下支点位置での、キスロール締め込み状態における、圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値から、圧延機の変形特性を求めることを特徴とする請求項１に記載の金属板材の圧延方法。
3. 少なくとも作業ロールと補強ロールとを有する金属板材の圧延機を含む圧延装置において、該作業ロールの作業側と駆動側のロールチョックに作用する圧延方向の力を測定する該作業ロールチョックの圧延方向入側と出側の双方に配置した荷重検出装置と、該荷重検出装置による測定値に基づいて該作業ロールチョックに作用する圧延方向力の作業側と駆動側の差異を演算する差異演算装置と、該演算値に基づいて前記圧延機の圧下位置の左右非対称成分制御量を演算する制御量演算装置と、圧下位置の左右非対称成分制御量と圧下位置設定値とを比較して圧下位置設定補正値を演算する補正値演算装置と、前記圧延機の変形特性および該圧下位置設定補正値に基づいて圧延開始時の圧下位置設定並びに該圧下位置の左右非対称成分制御量の演算値に基づいて圧延実行中の前記圧延機の圧下位置制御を行う圧下位置設定制御装置と、を備えたことを特徴とする、金属板材の圧延装置。
4. 該補強ロールの作業側と駆動側の圧下支点位置におけるキスロール締め込みのできる圧下装置と、該支点位置における圧下方向に作用する補強ロール反力を測定する補強ロール反力検出装置と、該補強ロール反力検出装置による測定値に基づいて該圧延機の変形特性を演算する変形特性演算装置を備えたことを特徴とする、請求項３に記載の金属板材の圧延装置。
   

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