JP3770266B2 - 圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延における鋼板の性状において、圧延材の形状を制御し、特に連続圧延や多パス圧延において、各スタンドの板クラウン形状操作量をバランスよく決定し、目標板クラウンや目標形状を達成するための板クラウン・形状操作量設定値の決定装置及び方法に関する。

近年、各種板クラウン・形状制御装置を備えた圧延機が実用化されており、又、圧延現象を表現する精度よい物理モデルも開発されている。しかしながら、連続圧延や多パス圧延においては、各スタンド又は各パスの板クラウンの目標値を決定する方法が難しく、圧延機の能力を十分生かせないばかりか、精度よいモデルも生かせなかった。

一般に、熱間圧延での板クラウン・形状の制御においては、板クラウン・形状制御用アクチュエータの操作量の上下限と、形状の許容範囲内で、最終スタンドの目標板クラウンを達成するためのスケジュールを決定し、アクチュエータの操作量を決定することが重要である。

この時、途中スタンドの形状については、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されているように、できるだけ板クラウン比率一定に近い状態で圧延することにより、平坦な形状を得ようとする方法がある。この時、各スタンドの目標板クラウンを決定する際に、従来は上記特許文献１のように、板クラウン比率変化による形状の乱れのみを考慮し、アクチュエータの操作量の上下限値を考慮していなかった。

即ち、特許文献１においては、各スタンド形状許容範囲、板クラウン形状制御操作量許容範囲に基づいて達成できる各スタンドの最大・最小板クラウン比率を算出し、これに基づいて、目標製品板クラウン比率に対して、下流スタンドにおいて板クラウン比率のスタンド間変化が小さくなるように（即ち、下流スタンドにおいて、スタンド間の板平坦度が小さくなるように）、各スタンドの目標板クラウン比率を決定し、これを基に各スタンドの板クラウン形状制御操作量を決定していた。

このアクチュエータの操作量の上下限値も考慮する方法として、例えば、特許文献３や特許文献４では、線形計画法を用いた方法が提案されている。

又、スタンド間形状を目標通りにするため、制御モデルでは認識できない中間スタンド板形状を、オペレータによる視覚的な判断で形状修正操作量の上下限値として、オペレータインターフェイスからオペレータにより入力してもらい、アクチュエータの操作量を決定する方法として特許文献５がある。

又、別の例として、特許文献６（最初の出願時には未公知）がある。これは、前記特許文献１の方法と、各スタンドの最大・最小板クラウン比率を算出するまでは同じであるが、各スタンドの目標板クラウン比率を決定するにあたり、全スタンドのバランスを考慮している点が改善されている。

特公平３−３３０４１号公報 特公平３−７２３６４号公報 特開平１−１８１９１１号公報 特開平１−２５４３０５号公報 特開平１−２４５９０７号公報 特開平６−１３４５０８号公報

しかしながら、スタンド間形状をできるだけ良好にするために、従来の、できるだけ板クラウン比率一定になるように圧延する方法においては、板クラウン比率一定圧延を行っても、実際には形状は平坦にはならない場合が多いという問題点があった。更に、操作上耳伸び形状の方が安定して通板できるため、平坦な形状を狙うこと自体も問題である。

又、オペレータの目視によりスタンド間形状の上下限値を判断し入力する方法においては、オペレータの個人差があることと、オペレータの負荷が問題になる。

又、各スタンドの最大・最小板クラウン比率を算出した後、各スタンドの目標板クラウンを決める際に、アクチュエータの操作量の上下限値を考慮せず、形状にのみ注目して決定する方法では、アクチュエータの能力上、実現不可能な目標板クラウンを決定してしまうケースが生じ、結果として目標板クラウン・形状を得ることができないことがあるという問題がある。

又、各スタンドの目標板クラウン比率を算出する際に、各スタンド形状許容範囲を考慮していないために、各スタンド毎の形状の目標を実現できない。例えば、上流側スタンドで形状を腹波側にして、下流側スタンドでは耳波側で圧延するといったような、通常よく行われる形態の圧延方法が実現できないという問題がある。

更に、アクチュエータの上下限値を考慮して、線形計画法を用いる方法では、線形計画法の性質上、行列演算が必要で煩雑であった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、所望の板クラウンと形状を得ることのできる圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、板クラウン・形状制御用アクチュエータを有する圧延機により、板材のクラウン及び形状を制御する、圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定装置において、板厚、板幅、圧延荷重等の圧延条件を入力する圧延条件入力手段と、前記圧延条件入力手段からの出力を受け、最大板クラウン比率及び最小板クラウン比率を算出する最大・最小板クラウン比率算出手段と、前記最大・最小板クラウン比率算出手段からの出力を受け、各スタンド又は各パスの目標板クラウン比率を決定する目標板クラウン比率決定手段と、前記目標板クラウン比率決定手段の出力を受け、各スタンド又は各パスの板クラウン・形状操作量を決定する板クラウン・形状操作量決定手段とを備え、材料情報と各スタンドの許容急峻度とアクチュエータ能力の値を、隣接するスタンド間における板クラウンの関係式に代入して、各スタンドの最大・最小板クラウン比率範囲を決定し、次に、該決定された最大・最小板クラウン比率範囲内で、且つ、アクチュエータ操作量の範囲内になるように、隣接するスタンド間における板クラウンの関係式にもとづいて、最終スタンドから上流スタンドへ遡りながら各スタンドの目標板クラウンを順次決定することにより、前記目的を達成したものである。

又、本発明は、更に前記各スタンドの許容急峻度上下限値及び目標形状を、実際の操業条件の実データから求められるモデル式により決定する手段を備えたことにより、同様に前記目的を達成したものである。

本発明は、又、板クラウン・形状制御用アクチュエータを有する圧延機により、板材のクラウン及び形状を制御する、圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定方法において、材料情報と各スタンドの許容急峻度とアクチュエータ能力の値を、隣接するスタンド間における板クラウンの関係式に代入して、各スタンドの最大板クラウン比率及び最小板クラウン比率を算出し、算出された最大板クラウン比率及び最小板クラウン比率から、各スタンドの最大・最小板クラウン比率範囲内で、且つ、アクチュエータ操作量の範囲内になるように、隣接するスタンド間における板クラウンの関係式にもとづいて、最終スタンドから順次上流スタンドへ向かって、各スタンド又は各パスの目標板クラウン比率を決定し、決定された目標板クラウン比率から、各スタンド又は各パスの板クラウン・形状操作量を決定するようにして、前記目的を達成したものである。

本発明によれば、予め与えられた板厚等の材料情報と、圧延荷重予測値、各スタンドの許容急峻度上下限値から各スタンドの最大、最小板クラウン比率を求めておく。

この後、各スタンドの最大、最小板クラウン比率範囲内で且つアクチュエータ操作量の範囲内で、最終スタンドの目標板クラウンから順次上流スタンドへ向かって各スタンドの目標板クラウンを決定していくようにしたため、実現可能な各スタンドの板クラウン目標値を得ることができる。

又、本発明によれば、形状制御モデルに操作の実データを代入して、各スタンドの許容急峻度上下限値を求め、各スタンドの目標形状を決定するようにした場合には、オペレータが板クラウン・形状制御用アクチュエータを手動設定して通板した場合のスタンド間形状を再現することができ、実操業に適した形状を実現することができる。

本発明によれば、形状制御モデルに操業の実データを入力して算出した形状を統計処理したものを目標形状とし、その目標形状とアクチュエータのハード能力から各スタンドの板クラウン目標を設定したために、実操業に適した形状を得ながら、板クラウンの目標も達成できるようになるという優れた効果を有する。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本実施形態による７スタンドからなる圧延機の板クラウン・形状操作量設定値の決定装置の概略構成図である。

図１において、２はＦ１スタンド、４はＦ７スタンド、６はベンダ、８は荷重検出装置、１０は許容急峻度決定装置、１２は操作量決定装置である。

又、本実施形態では、板クラウン・形状制御アクチュエータは、ベンダ及びワークロールのクロスとしており、図２は、ロールクロスの様子を示す側面図である。又、図３は同じくロールクロスを示す平面図であり、θはクロス角を表わす。各スタンドのロールクロス方式は、図２に示すように上バックアップロール（ＢＵＲ）と上ワークロール（ＷＲ）の平行に並んだ一対と、下バックアップロール（ＢＵＲ）と下ワークロール（ＷＲ）の平行に並んだ一対とを図３に示すように、圧延方向と直角な水平な線に対して、それぞれ所要の角度θ_iに交差させる、いわゆるペアクロス方式である。

又、図４は、本実施形態の作用を示すフローチャートである。以下これを基に本実施形態の作用を説明する。図４のステップ１００において、影響係数の計算、ステップ１０２において許容急峻度決定が行われる。これは、図１の許容急峻度決定装置１０において実行される。

許容急峻度決定装置１０は、板厚、板幅等の材料情報及びベンダ６から得られる板クラウン・形状制御用アクチュエータ実績値、荷重検出装置８から得られる荷重実績値等から、まず各スタンド（スタンドＮo.i＝１〜７）の影響係数Ａi、Ｂi、Ｃi、オフセットＤi、転写率α_i、遺伝係数β_i、形状変化係数ξ_iを、予め求めておく。

次に、以下に示す（１）〜（４）式により、各スタンド（i＝１〜７）の形状（急峻度）を求める。

Ｃri^*＝Ａi・Ｐi＋Ｂi・Ｐ_Bi＋Ｃi・θ_i ²＋Ｄi …（１）
Ｃri＝α_i・Ｃ_ri ^*＋β_i・Ｃ_ri-1 …（２）
Δε_i＝ξ_i（Ｃ_ri／hi−Ｃ_ri-1／h_i-1） …（３）
λ_i＝sign（Δε_i）・２／π√｜Δε_i｜ …（４）

ここで、Ｃri^*はメカニカルクラウン、Ｐiは圧延荷重、Ｐ_Biはベンダ荷重、θ_iはワークロールのクロス角、Ｃ_riは板クラウン、hiは板厚、Δε_iは伸び率差、λ_iは急峻度である。又、特にＣ_r0はシートバークラウンとして、h₀はシートバー厚として与えられる。なお、記号sign（Δε_i）は、Δε_iが正のときは＋、Δε_iが負のときは−の符号をとることを表わす。

図５は、形状制御用モデルに操業の実データを入力し、求めた形状である。図５において、各アルファベット文字の位置が各々実データ位置を表わしている。Ｆ４スタンド出側における板の耳伸び、腹伸びの程度を示す急峻度目標の例であり、ここでは９００＜板幅≦１２００mmという一般材を扱っている。横軸に製品板厚を、縦軸に形状制御用モデルに操業の実データを入力し求めた形状（急峻度）を表わしており、この例では、制御モデル上は、薄い材料ほど耳伸び側（急峻度がプラス側）で圧延した方がよい。図５に示すグラフより許容急峻度（上限及び下限）が決定される。

次に、図４のステップ１０４で板クラウン比率可変領域が決定される。各スタンドの最大、最小板クラウン比率を求める際に、形状許容範囲としては図５のグラフの上限、下限を示す２本の破線が用いられる。そして、図６のグラフに示すような、最大板クラウン比率を示す曲線と最小板クラウン比率を示す曲線の間の領域として板クラウン比率可変領域が決定される。この領域は許容急峻度とアクチュエータ（ベンダ、ワークロールのクロス）の能力を考慮して求められる。

次に図４のステップ１０６において、目標板クラウンが上で求めた板クラウン比率可変領域外の時には目標板クラウンを修正する。

次にステップ１０８で、最終スタンドの目標板クラウンから上流スタンドへ溯りながら各スタンドの目標板クラウンを決定していく。

図６は、最終スタンドの目標板クラウンから上流スタンドの目標板クラウンを決定していく際の、従来方法と本実施形態による方法を比較したグラフである。ここでは、比較し易いように両方のケースにおいて各スタンドの目標形状は急峻度０としている。

この図６に示す例では、従来方法（後段板クラウン比率一定）において、最終のＦ７スタンドにおける目標板クラウンから、溯る際Ｆ６スタンドは未だよいが、Ｆ５スタンドの目標板クラウンを決定する時にアクチュエータの操作量の許容範囲を外れており、アクチュエータの能力上実現不可能な目標板クラウンを設定してしまっている。

これに対し、本実施形態の方法では、許容急峻度とアクチュエータの能力の両方を考慮することにより実現可能な目標板クラウンを設定することができる。従って、従来方法に比べて板クラウンの精度がよい。

最後に図４のステップ１１０で、アクチュエータ設定値が決定される。上記ステップ１０４から１１０までの操作は、いずれも図１の操作量決定装置１２により行われる。操作量決定装置１２により最終的にベンダとワークロールのクロスの設定値が決定され、各スタンドのベンダとクロスにその値が設定される板クラウン・形状制御が行われる。

第１実施例による７スタンドからなる圧延機の板クラウン・形状操作量設定値の決定装置の概略構成を示す説明図 ワークロールクロスの様子を示す側面図 同じくワークロールクロスの様子を示す平面図 第１実施例の作用を示すフローチャート 許容急峻度を示す線図 各スタンドにおける目標板クラウンを設定する様子を示す線図

符号の説明

２…Ｆ１スタンド
４…Ｆ７スタンド
６…ベンダ
８…荷重検出装置
１０…許容急峻度決定装置
１２…操作量決定装置

Claims (3)

1. 板クラウン・形状制御用アクチュエータを有する圧延機により、板材のクラウン及び形状を制御する、圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定装置において、
   板厚、板幅、圧延荷重等の圧延条件を入力する圧延条件入力手段と、
   前記圧延条件入力手段からの出力を受け、最大板クラウン比率及び最小板クラウン比率を算出する最大・最小板クラウン比率算出手段と、
   前記最大・最小板クラウン比率算出手段からの出力を受け、各スタンド又は各パスの目標板クラウン比率を決定する目標板クラウン比率決定手段と、
   前記目標板クラウン比率決定手段の出力を受け、各スタンド又は各パスの板クラウン・形状操作量を決定する板クラウン・形状操作量決定手段とを備え、
   材料情報と各スタンドの許容急峻度とアクチュエータ能力の値を、隣接するスタンド間における板クラウンの関係式に代入して、各スタンドの最大・最小板クラウン比率範囲を決定し、次に、該決定された最大・最小板クラウン比率範囲内で、且つ、アクチュエータ操作量の範囲内になるように、隣接するスタンド間における板クラウンの関係式にもとづいて、最終スタンドから上流スタンドへ遡りながら各スタンドの目標板クラウンを順次決定することを特徴とする圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定装置。
2. 請求項１において、更に前記各スタンドの許容急峻度上下限値及び目標形状を、実際の操業条件の実データから求められるモデル式により決定する手段を備えたことを特徴とする圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定装置。
3. 板クラウン・形状制御用アクチュエータを有する圧延機により、板材のクラウン及び形状を制御する、圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定方法において、
   材料情報と各スタンドの許容急峻度とアクチュエータ能力の値を、隣接するスタンド間における板クラウンの関係式に代入して、各スタンドの最大板クラウン比率及び最小板クラウン比率を算出し、
   算出された最大板クラウン比率及び最小板クラウン比率から、各スタンドの最大・最小板クラウン比率範囲内で、且つ、アクチュエータ操作量の範囲内になるように、隣接するスタンド間における板クラウンの関係式にもとづいて、最終スタンドから順次上流スタンドへ向かって、各スタンド又は各パスの目標板クラウン比率を決定し、
   決定された目標板クラウン比率から、各スタンド又は各パスの板クラウン・形状操作量を決定することを特徴とする圧延機における板クラウン・形状操作量設定値の決定方法。

Images