JP4319431B2

JP4319431B2 - タンデム圧延機の板厚制御方法および制御装置

Info

Publication number: JP4319431B2
Application number: JP2003059893A
Authority: JP
Inventors: 裕福地; 哲服部; 達哉川崎; 敏之小堀; 泰理砂盛
Original assignee: JFE Steel Corp; Hitachi Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP2004268071A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の圧延機がタンデムに配置された連続圧延機の板厚制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は冷間圧延機に適用される従来のタンデム圧延機の板厚制御装置の概略図である。圧延機１〜５がタンデムに配置されて圧延材６は矢印の方向に順次圧延されて所望の板厚を得ることができる。圧延機を連続に配置したタンデム圧延機は、短時間のうちに大量の製品を生産することが求められる。このため、設定計算において、全スタンドの負荷配分を製品の種類に合わせて最適化し、各スタンド出側板厚を設定している。各スタンドの板厚制御装置は、板厚検出手段１１〜１５による板厚実績が設定板厚と等しくなるように速度制御手段４１〜４５または圧下位置制御手段３１〜３５に制御指令を出力する。
【０００３】
しかし、タンデム圧延機の入側コイルの板厚や硬度は、先端から後端まで一定であることはなく、作業ロールの粗度も変化する。また、最下流スタンドにおいては、粗度の高い作業ロールを用いる場合、スリップの防止のために、または板形状、製品品質を均一に保持するために、最下流スタンドの圧延荷重を一定に保持して圧延することがある。
最下流スタンドに粗度の高いロールを用いた場合、摩擦係数が大きいため、最下流スタンドの圧下率を一定に保持することは極めて困難である。このため、図３に示すように最下流スタンドの圧延荷重を一定に保持し、１つ上流のスタンドの板厚目標値を変更することで所望の板厚を得る方法が一般的である。最下流から１つ上流の板厚目標値が変更されるため、設定計算で最適に計算した前段の出側板厚設定がそのままでは、特定のスタンドに負荷が集中したり、スリップが発生したりする場合がある。このような圧延異常の現象が発生すると、操作員が各スタンドの圧延荷重や圧延機の駆動電流を見ながら手動で速度や圧下位置を操作して、その回避に努めていた。なお、このようなタンデム圧延機は、特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３４２４０９号公報（段落００１７、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、板厚精度を向上する目的で全スタンドに板厚制御を導入するシステムが普及している。ところが、このシステムでは、操作員による速度の修正が板厚制御と干渉して打ち消されてしまう。板厚設定を手動修正する方法を併用しても、全スタンドの板厚修正を同時に行うことは困難なため、上記したような異常現象が回避できないという問題があった。
【０００６】
また、圧延トルク実績から板厚設定値を変更する手法においては、負荷のバランスを保持して安定するまでに時間を要し、コイル先端の板厚偏差を減少させることが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解決し、各スタンドの出側目標板厚を迅速に変更し、タンデム圧延設備の生産効率を高める板厚制御方法と制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、最下流スタンドより検出した出側板厚実績または圧下率実績から１つ上流のスタンドの出側板厚目標値を求め、この１つ上流のスタンドの出側板厚目標値と初段スタンドの入側板厚実績と設定計算による圧下率の配分比率に基づいて、初段スタンドから最下流スタンドの１つ上流のスタンドまでの出側板厚目標値の変更量を決定することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、初段スタンドから最下流の１つ上流のスタンドまでの圧下率の配分が、前記設定計算による圧下率の配分と同じ比率になるように、各スタンドの出側板厚目標値を変更する。
【００１０】
見方を変えれば、最下流スタンドの出側板厚実績または圧下率実績から、最下流スタンドの１つ上流のスタンドの出側板厚目標値を求め、前記１つ上流のスタンドの出側板厚目標値と、初段スタンドの入側板厚実績と、さらに上流の各スタンドの出側板厚目標値から計算した圧下率の配分比率が設定計算による圧下率の配分比率と同じになるように、各スタンドの出側板厚目標値の変更量を決定することを特徴とする。
【００１１】
さらに、最下流スタンド出側板厚（製品板厚）変動を最小にするため、前記各スタンドの出側板厚目標値は板厚制御の制御周期以上の変更周期で、かつ板厚制御が追従できる板厚変更レートで変更する。すなわち、圧延の安定性を保ちながら、コイル内でダイナミックに板厚目標値を変更することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は複数のスタンドがタンデムに配置された連続圧延機で、前記スタンド毎に圧下制御装置と速度制御装置、及び出側板厚の検出値を目標値に追随させる板厚制御部を有するタンデム圧延機の板厚制御装置において、初段スタンドの入側板厚実績、最下流スタンドの１つ上流のスタンドの出側板厚目標値、及び設定計算による各スタンドの圧下率設定値に基いて、初段スタンドから前記１つ上流のスタンドの圧下率配分が前記圧下率設定値の配分と等しくなるように各スタンドの出側板厚目標値を変更する目標板厚変更手段を備えたことを特徴とするタンデム圧延の制御装置である。
【００１３】
好ましくは、最下流スタンドの板厚検出手段により検出した出側板厚実績を基に最下流スタンドの１つ上流の出側板厚目標値を変更する板厚指令演算部と、初段スタンドの入側の板厚実績を検出する入側板厚検出手段と、初段スタンドの入側板厚と最下流スタンドの１つ上流のスタンドの出側板厚目標値に基づいて最下流スタンド以外の出側板厚の目標値を変更する目標板厚変更手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
さらに好ましくは、前記目標板厚変更手段は、前記入側板厚と最下流スタンド以外の出側板厚目標値から各スタンドの圧下率実績を演算し、最下流スタンドを除く各スタンドの圧下率の配分比率がセットアップ制御部からの設定圧下率の配分比率と等しくなるように、最下流スタンド及び最下流から１つ上流のスタンドを除く各スタンドの出側板厚目標値を変更することを特徴とする。
【００１５】
本発明によればタンデム圧延機を、入側板厚実績と最下流スタンドの1つ上流のスタンドの出側板厚目標値（または最下流スタンドの入側板厚目標値）のみを用いて、特定スタンドへ負荷が集中することなく、板の形状にも影響なく最適な圧延スケジュールにバランスさせることができる。入側板厚や硬度の変化による圧延スケジュール計算の誤差を迅速に修正することができ、タンデム圧延機を常に最適な操業状態に維持することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例をタンデム圧延機への適用例を用いて説明する。図１は、５スタンドタンデム圧延機の板厚制御装置を示す。タンデム圧延機は複数のスタンド１〜５により構成される。被圧延材６は入側コイルとして準備され、タンデム圧延機の入側から各スタンドを通過することにより圧延される。
【００１７】
タンデム圧延機の各スタンドには、作業ロール速度を指令値に一致させるように制御する速度制御装置４１〜４５、作業ロールのギャップが指令値になるように圧下位置を制御する圧下制御装置３１〜３５を設けている。また、入側および各スタンド出側には板厚を検出する板厚検出手段１０〜１５を設置している。スタンド間に板厚計が無い場合にはトラッキングによる板厚予測値を板厚検出手段として使用しても良い。
【００１８】
圧延制御装置としては、板厚検出手段１１〜１４の板厚実績と出側板厚目標値の偏差が０となるように速度制御装置４１〜４３を介してロール速度、または圧下制御装置３２〜３４を介してロールギャップを制御する板厚制御部６１〜６４を設けている。また、張力実績の張力設定値に対する偏差が０または一定範囲内に入るように、上記と同様にロール速度またはロールギャップを制御する張力制御部５２〜５４を設けている。
【００１９】
最下流スタンドについては、圧延荷重検出手段７５により測定した圧延荷重実績が、設定荷重との偏差が０または一定の範囲内に入るように、圧下位置制御装置３５を介してロールギャップを制御する荷重制御部８５を設けている。また、最下流スタンド入側の張力と設定張力との偏差が０または一定の範囲内に入るように、Ｎｏ．４スタンドのロール速度を操作する張力制御部５５を設けている。さらに、最下流スタンド出側板厚実績または該スタンド圧下率実績からＮｏ．４スタンドの出側板厚目標値を演算し、Ｎｏ．４スタンド目標板厚変更指令をＮｏ．４スタンド板厚制御部６４へ出力する板厚指令演算部６５を設けている。
【００２０】
板厚制御部６１〜６４に対する出側板厚設定値の設定はセットアップ制御部２００により行われる。セットアップ制御部２００は、圧延する材料のコイル情報と製品仕様により、圧延モデルに基づいてスケジュール計算を行う。そして、製品を安定にかつ効率良く生産するための各スタンド出側板厚設定値、入側・出側張力設定値を決定し、板厚制御部６１〜６４、張力制御部５２〜５５へそれぞれ出力する。
【００２１】
本実施例では、特に、目標板厚変更手段となる設定板厚変更量演算部１００を追加している。ここでは、入側板厚検出手段１０により検出した入側板厚実績、Ｎｏ．４スタンド出側板厚目標値、セットアップ制御部２００による各スタンドの出側板厚設定値および圧下率設定値が入力される。これらに基づき、Ｎｏ．１スタンドからＮｏ．４スタンドの圧下率の配分がセットアップ制御部２００からの設定圧下率の配分と同じ比率となるように、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３スタンドの出側板厚目標値を変更する。なお、圧下率とは圧延された板が何％薄くなっているかを示した数値である。
【００２２】
すなわち、Ｎｏ．５スタンドの出側板厚実績または圧下率実績から、Ｎｏ．４スタンドの出側板厚目標値を求める。Ｎｏ．１スタンドの入側板厚実績と、Ｎｏ．４及びＮｏ．１〜Ｎｏ．３スタンドの出側板厚目標値と、から計算した圧下率の配分比率が設定計算による圧下率の配分比率になるように、各スタンドの出側板厚目標値の変更量を決定する。
【００２３】
具体的には、入側板厚実績と、Ｎｏ．４スタンド出側板厚目標値は決まってしまう（変更できない）ので、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３スタンドの出側板厚目標値を変更する。本例のＮｏ．１〜Ｎｏ．４スタンドの実際の圧下率は、入側板厚実績とＮｏ．１〜Ｎｏ．４スタンドの出側板厚目標値によって決まる。そこで、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４スタンドの圧下率の配分比率がセットアップ制御部２００による設定計算の圧下率の配分比率と同じになるように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３スタンドの出側板厚目標値の変更量を決定する。設定計算による圧下率をα１，α２，α３，α４、圧延中の実際の圧下率をγ１，γ２，γ３，γ４とするとき、α１：α２：α３：α４＝γ１：γ２：γ３：γ４となるように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３スタンドの出側板厚目標値を変更する。
【００２４】
図２に設定板厚変更量演算部の構成を示す。板厚検出手段１０により検出した入側板厚実績Ｈ１、板厚制御部６１〜６４に入力されているＮｏ．１スタンドからＮｏ．４スタンドの出側板厚目標値ｈ1、ｈ２、ｈ３、ｈ４を基に、圧下率実績演算部１０１が数１を用いて圧下率実績γ１〜γ４を演算する。
【００２５】
【数１】

【００２６】
各スタンド圧下率実績をγ１〜γ４、セットアップ制御部２００による各スタンド圧下率設定α１〜α４とすると、数２が成り立つ。
【００２７】
【数２】

【００２８】
ここでΔｈ１、Δｈ２、Δｈ３はそれぞれＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３スタンドの出側板厚目標変更量である。
【００２９】
数１および数２を整理すると、数３の方程式が得られる。
【００３０】
【数３】

【００３１】
数３をΔｈについて解くことにより、それぞれの出側板厚目標変更量Δｈ１、Δｈ２、Δｈ３を求めることができる。
【００３２】
目標板厚変更量演算部１０２は、ガウス・ジョルダン法を用いて数２を解き、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３スタンドの出側板厚目標変更量Δｈ１、Δｈ２、Δｈ３を演算し出力する。本実施例では計算の容易なガウス・ジョルダン法を用いているが、その他の解法を用いても良い。評価関数演算部１０４は、目標板厚変更処理の実行可否を判定するための評価関数Ｊを、数４を用いて演算する。
【００３３】
【数４】

【００３４】
数４は評価関数の一例であり、数５のように圧下率の配分実績と設定圧下率の配分比率の偏差φが一つの変数Ｊで評価できるものであれば良い。
【００３５】
【数５】

【００３６】
ここでｎは正の数を表している。
【００３７】
上記のように求めた評価関数Ｊに基づき、板厚変更実行可否判定部１０５が、出側板厚目標値の変更処理を行うか否かの判定を行う。図２に示す通り、評価関数Ｊの判定にはヒステリシスを設けている。板厚変更実行可否判定部１０５は、評価関数Ｊがしきい値Ｊ１を超えた場合に板厚変更処理を実行し、評価関数ＪがＪ₀以下になるまで目標板厚変更処理を実施する。評価関数ＪがＪ₀以下となったとき目標板厚変更処理を停止する。
【００３８】
レート処理部１０３は、出側板厚目標変更量Δｈ１、Δｈ２、Δｈ３にレート処理を施し、目標板厚変更指令Δｈ１ｒｅｆ、Δｈ２ｒｅｆ、Δｈ３ｒｅｆを出力する。目標板厚変更レートは、板厚制御部６１〜６４が十分追随でき、かつ安定に圧延可能であり、最下流スタンド出側板厚（製品板厚）の外乱とならない値に予め設定しておく。
【００３９】
Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３スタンドの板厚制御部６１〜６３は上記の目標板厚変更指令に基づき、出側板厚実績と出側板厚目標値の偏差が０となるようにロール速度または圧下位置を制御する。最終的に、圧下率配分の実績が設定圧下率の比率と等しくなり、各スタンドに負荷が分散される。
【００４０】
本実施例によれば、タンデム圧延機の入側板厚実績、最下流スタンド入側板厚目標（又は1つ上流のスタンドの出側板厚目標）を監視する。そして、板形状等の操業条件を考慮してスケジュール計算で決定した、最適な圧下率配分の比率に各スタンドの圧下率の配分比率を等しくすることが可能となる。これにより、特定スタンドへの負荷の集中を回避できる。また、最下流スタンドの圧延現象に影響を及ぼすことなく、最下流スタンド以外の各スタンドの圧下率配分を修正することが可能となる。この結果、被圧延材の入側コイルの板厚や、硬度等の変化によるタンデム圧延機内での圧下率配分の影響を迅速に抑制することができ、タンデム圧延設備を常に安定な操業状態に維持できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、タンデム圧延機の入側板厚実績、最下流スタンド入側板厚目標を監視して，特定スタンドへの負荷の集中を回避できる。また、最下流スタンド以外の各スタンドの圧下率の配分を修正することが可能となり、タンデム圧延設備を常に安定な操業状態に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるタンデム圧延機の板厚制御装置を示すブロック図。
【図２】図１に示した設定板厚変更量演算部の構成を示すブロック図。
【図３】従来のタンデム圧延機の板厚制御装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１〜５…圧延機、６…圧延材、１０〜１５…板厚検出手段、２１〜２５…電動機、３１〜３５…圧下位置制御装置、４１〜４４…速度制御装置、５２〜５５…張力制御装置、６１〜６４…板厚張力制御部、６５…板厚指令演算部、１００…設定板厚変更量演算部、１０１…圧下率実績演算部、１０２…目標板厚変更量演算部、１０３…レート処理部、１０４…評価関数演算部、１０５…板厚変更実行可否判定部、２００…セットアップ制御部。

Claims

複数のスタンドをタンデムに並べたタンデム圧延機の板厚制御方法において、
最下流スタンドの出側板厚実績または最下流スタンドの圧下率実績より最下流スタンドの１つ上流のスタンド（以下、最下流−１スタンド）の出側板厚目標値を変更し、
タンデム圧延機入側板厚実績をタンデム圧延機入側板厚目標値に、前記最下流−１スタンドの出側板厚目標値を最下流−１スタンド出側板厚目標値に設定し、
予め当該被圧延材に設定されている初段スタンド〜最下流−１スタンドの圧下率配分と等しくなるように、初段スタンド〜最下流−２スタンド出側板厚目標値を前記タンデム圧延機入側板厚実績と前記変更された最下流−１スタンド出側板厚目標値に応じて変更することを特徴とするタンデム圧延機の板厚制御方法。
請求項１において、
前記初段スタンドから最下流−１スタンドまでの出側板厚目標値は、板厚制御の制御周期以上の変更周期で、かつ板厚制御が追従できる板厚変更レートで変更することを特徴とするタンデム圧延機の板厚制御方法。
複数のスタンドがタンデムに配置された連続圧延機で、前記スタンド毎に圧下制御装置と速度制御装置、及び出側板厚の検出値を目標値に追随させる板厚制御部を有するタンデム圧延機の板厚制御装置において、
最下流スタンドの板厚検出手段により検出した出側板厚実績を基に最下流スタンドの１つ上流（以下、最下流−１スタンド）の出側板厚目標値を変更し、該変更された最下流−１スタンドの出側板厚目標値を最下流−１スタンド出側板厚目標値に設定する板厚指令演算部と、
予めセットアップ制御部から当該被圧延材に設定されている初段スタンド〜最下流−１スタンドの圧下率配分比率と等しくなるように、初段スタンドの入側板厚と最下流−１スタンド出側板厚目標値に基づいて初段スタンドから最下流−２スタンドの出側板厚の目標値を変更する目標板厚変更手段とを備え、
前記板厚制御部は、前記セットアップ制御部から当該スタンドに設定されている板厚設定値に対し前記目標板厚変更手段で変更された出側板厚の目標値に基づいて板厚を制御することを特徴とするタンデム圧延機の板厚制御装置。
請求項３において、
前記目標板厚変更手段は、前記タンデム圧延機入側板厚実績と最下流スタンド以外の出側板厚目標値から最下流スタンドを除く各スタンドの圧下率実績を演算し、最下流スタンドを除く各スタンドの圧下率の配分比率がセットアップ制御部からの設定圧下率の配分比率と等しくなるように、最下流スタンド及び最下流−１スタンドを除く各スタンドの出側板厚目標値を変更することを特徴とするタンデム圧延機の板厚制御装置。