JP4685777B2

JP4685777B2 - 板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法

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Publication number: JP4685777B2
Application number: JP2006527700A
Authority: JP
Inventors: 徳二郎堀川; 和之丸山; 実長加; 勝三代川; 可治安部
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: US7293440B2; CN1852780A; DE112004002903T5; JPWO2006008808A1; WO2006008808A1; CN100488651C; US20060207305A1; DE112004002903B4

Description

この発明は、金属等の板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法に関するものである。

従来、金属等の圧延、特に板材の圧延において、ウェッジ（板幅方向の厚さの差）、つまり板幅方向の作業側と駆動側との板厚を同一にすることが望まれていた。従来は圧延ロールを交換した後で、板材のない状態でロールギャップを例えば1000トン、1500トンなどの力で締め込み、作業側と駆動側の圧延荷重を同じにしていた。
ところが、圧延中は作業側と駆動側のミルハウジングでのミル弾性定数の違いや、作業側と駆動側のミルヒステリシスの違い、或いはスラブの作業側と駆動側の板厚の違いなどにより、圧延された板は、一般に作業側と駆動側で板厚が異なっていた。
また、従来技術として、圧延材の出側または入り側にウェッジ量を測定するウェッジ計測器を設置し、測定されたウェッジ量に基づき、出側で計測するときはフィードバック制御し、入り側で計測するときは、ロール左右の差荷重およびサイドガイドにかかる荷重も合わせて用いてフィードフォワード制御して、キャンバとウェッジとを同時に抑止するものが記載されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２１０５１３号公報

従来、板材圧延において、作業側と駆動側の板厚を同一にするための積極的な設定や制御方法は数が少なかったように思われる。特に、板材圧延においてウェッジは、これが大きい場合には、圧延の続行が困難となり、また圧延された板の寸法不良などの問題を生じるという課題がある。

この発明に係る板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法は、板材を熱間圧延の粗ミルにより可逆圧延するものにおいて、粗ミルの出側に板幅方向の板厚を測定するウェッジ計を備え、粗ミルの奇数パスの圧延では、ウェッジ計で板先端からの距離に応じてウェッジと板幅中央部板厚を測定しこれを記憶し、偶数パスの圧延では、記憶したウェッジ及び板幅中央部板厚と、ロールギャップレベリングに対するウェッジの影響係数及びミル設定計算による出側板厚とを用いて、板先端からの距離に応じたロールギャップレベリング制御量を求め、このロールギャップレベリング制御量を粗ミルのロールギャップレベリングにフィードフォワード制御で印加するものである。
また、この発明に係る板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法は、板材を熱間圧延の粗ミルにより可逆圧延するとともに、その後仕上ミルの各スタンドにより仕上圧延するものにおいて、粗ミルの出側に板幅方向の板厚を測定するウェッジ計を備え、粗ミルでの最終パスで、ウェッジ計で板先端からの距離に応じてウェッジと板幅中央部板厚とを測定しこれを記憶し、そして、仕上ミルの圧延では、各スタンドのミル設定計算による板幅中央部出側板厚と制御後のウェッジとの比にゲインを演算した値が、記憶された粗ミル出側の板幅中央部板厚とウェッジとの比に等しくなるようにして、仕上ミルの各スタンドについて、ウェッジの遺伝係数と入り側のウェッジとロールギャップレベリングに対するウェッジの影響係数とを用いて、板先端からの距離に応じたロールギャップレベリング制御量を演算し、このロールギャップレベリング制御量を仕上ミルの各スタンドに印加するものである。
また、この発明に係る板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法は、複数のスタンドからなる仕上ミルと、仕上ミルの出側に設けられた板幅方向の板厚を測定するウェッジ計とを備え、ミル設定計算から仕上ミルの各スタンド出側の板幅中央部板厚を入力しウェッジを測定し、測定したウェッジと最終スタンド出側の板幅中央部板厚の比が、各スタンドの制御後のウェッジと板中央部板厚の比にゲインを演算した値に等しくなるようにし、仕上ミルの各スタンドの制御後の入側ウェッジとウェッジ遺伝係数とロールギャップレベリングに対するウェッジ影響係数とから各スタンドのロールギャップレベリング制御量を求め、そして、仕上ミルの第１スタンドに印加し、第１スタンドの印加した板上の点をトラッキングして、順次同一点に対して残りスタンドに印加して、この同一点がウェッジ計に到達したら、次のウェッジと板幅中央部板厚を測定し、同様の制御を繰り返すものである。

この発明によれば、作業側と駆動側で同一板厚の板を圧延することができるので、圧延中の板キャンバーがなく、また圧延中の板の蛇行がないので圧延作業が正常に行われる。また、仕上ミル出側の巻き取り機への巻き取りも正常に実施できる。さらに板幅方向の板厚が均一になることで後続の工程、例えば冷間圧延などもスムーズに行える。さらに板幅方向の板厚が均一になることで、この板材を用いる製品の精度が向上する。

図１はウェッジの形状を説明する図である。図２はこの発明に係わるウェッジの設定・制御方法についての全体構成例を概念的に示すシステム構成図である。図３は一般的な圧延装置(水平ミル、仕上ミル)の構造図である。図４はロールギャップレベリングで、駆動側をΔL(mm)だけ開にし、作業側をΔL(mm)だけ閉にした場合の説明図である。

符号の説明

１圧延材
２アタッチドエッジャー
３水平ミル（粗ミル）
４第１のウェッジ計
５第１の制御装置
６第２の制御装置
７〜１３第１〜第７スタンド（仕上ミル）
１４第２のウェッジ計
１５第３の制御装置
２０、２４圧下装置
２１上ワークロール
２２圧延材
２３下ワークロール

以下、板圧延におけるウェッジの設定・制御法とその装置について説明する。典型例としては、スラブを熱間圧延するホットストリップミルについて説明する。

図１はウェッジの形状を説明する図である。ウェッジとは板幅方向の作業側と駆動側の板厚差である。つまり、

で定義される。ここで、ΔWはウェッジ、h^WSは作業側の板厚、h^DSは駆動側の板厚である。

次に、図２はこの発明に係わるウェッジの設定・制御についての全体構成例を概念的に示すシステム構成図である。圧延材スラブ１は単重10〜50トン(150トンに達するものもある)で、加熱されて粗ミル２、３で一般には可逆圧延する(一方向もある)。図２において、２はアタッチドエッジャー、３は粗ミルである水平ミル、４は第１のウェッジ計、５は水平ミル３のロールギャップレベリングを操作する第１の制御装置、６は第２の制御装置、７〜１３は仕上ミルである第１〜第７スタンド、１４は第２のウェッジ計、１５は第３の制御装置である。
上記ウェッジ計４、１４は、X線やγ線を用いて板厚を測定する。例えば、センサを板幅方向に移動して測定したり、多数のセンサと検出器を用いる場合もある。
一般には板幅方向の板厚分布を測定する。これを多項式などで近似して作業側と駆動側の板厚(それぞれh^WS、h^DS)を測定する。また板幅中央の板厚を測定する。

この発明による第１のウェッジの設定・制御方法は、粗ミル２、３におけるウェッジのフィードバック制御に関するものである。すなわち、アタッチドエッジャー２→水平ミル３方向(奇数パス)の圧延では、圧延の出側でウェッジを測定し、水平ミル３のロールギャップレベリングを操作する。

一般に圧延装置である水平ミル３および仕上ミル７〜１３は、図３に示すような構成になっている。２１、２３は圧延ロール、２２は圧延される板であり、２０は油圧または電動による圧下装置で、ロール駆動側のロールギャップを制御する。また、２４は全く同様の油圧または電動による圧下装置で、ロール作業側のロールギャップを制御する。

図４はロールギャップレベリングを説明する図であり、駆動側をΔL(mm)だけ開にし、作業側をΔL(mm)だけ閉にした場合を示している。
第１のウェッジの設定・制御方法においては、図２の第１の制御装置５で、

より

(3)式の制御は、図２のウェッジ計４で測定したウェッジを積分制御により連続的に制御するか、水平ミル３で制御した部分をウェッジ計４で測定し、水平ミル３で制御することを繰り返す、オンタイム−オフタイム制御を行う。このようにして奇数パスにおいて全長にわたりウェッジの制御を行うことができる。

この発明による第２のウェッジの設定・制御方法は、粗ミル２、３におけるウェッジのフィードフォワード制御に関するものである。すなわち、図２のアタッチドエッジャー２→水平ミル３方向の圧延中(奇数パス)に出側の第１のウェッジ計４でウェッジを先端からの距離に応じて測定し記憶する。これをΔW(x)とする。xは板先端からの距離である。同時に板中央部の出側板厚を測定し記憶する。これをH(x)とする。次に、水平ミル３→アタッチドエッジャー２方向の圧延(偶数パス)では、出側のミル設定計算板厚をhとする。そして上記の測定し記憶したΔW(x)とH(x)を逆パスとしてトラッキングし、水平ミル３に噛み込んだ時点で、図２の第１の制御装置５で、

より

この発明による第３のウェッジの設定・制御方法は、粗ミル出側から仕上ミルへのフィードフォワード制御に関するものである。つまり、粗ミルの最終パス（奇数パス、アタッチドエッジャー２→水平ミル３方向の圧延）出側で、板先端からの距離xに応じていた幅中央部の板厚h^TB(x)とウェッジΔW^TB(x)を測定し、これを記憶する。TBはトランスファーバーの意味である。これらの記憶値を図２の第２の制御装置６で保存するとともに以下の演算を行う。
この発明では、仕上ミル第iスタンドの出側で、

の関係があるという知見を得たことに特徴がある。
ここで、η_iはウェッジの遺伝係数であり、圧延スケジュールが与えられると別途計算により求まる。また試験的に求めることができる。(6)式の右辺第１項は、上流スタンド（つまり入側）のウェッジが遺伝される要素であり、右辺第２項は当該スタンドのロールギャップレベリングで制御される要素である。(6)式をトランスファーバーの板先端からの距離xで表すと、

となる。
この発明では、図２のように仕上ミルは第１〜第７スタンド７〜１３の例を示しているので、(6)、(7)式のiはi=１〜７である。(7)式は仕上ミルの各スタンドで、

のようになる。
この発明の特徴的な戦略として、

を用いる。ここで、h_i(x)は板中央部の板厚であり、従来から行われている図１では図示していないミル設定計算より与えられる。G_iはゲインである。
上記(9)式から

を得る。これを(8-1)〜(8-7)式の左辺に代入する。
上記(8-1)式でΔW^TB(x)は判っているのでΔL₁(x)が求まる。(8-1)式のΔW₁(x)を(8-2)式に代入してΔL₂(x)が求まる。以下同様にして、(8-1)式よりΔL₁(x)が求まる。図２で仕上ミルは、右側から第１スタンド７、第２スタンド８、・・・、第７スタンド１３である。上式のiはスタンド番号に対応する。以上で求められたロールギャップレベリング量ΔL_i(x)を図２の第２の制御装置６で距離xをトラッキングして、第１〜第７の各スタンド７〜１３にそれぞれ印加する。つまり、距離xの同一点をトラッキングして、同一点に対して各々のスタンド７〜１３において制御出力を印加する。
変形例としては、粗ミル出側の板中央部板厚h^TB(x)とウェッジΔW^TB(x)の全長にわたっての平均値を求め、これを(8-1)〜(8-2)、(10)式により全く同様に演算して、仕上ミルの第１〜第７スタンド７〜１３のロールギャップレベリングに圧延前に印加する。これはトランスファーバーのトラッキングが必要ではなく、１回のみの制御となる。

この発明の特徴は(6)式を用いることである。つまり第３の制御装置１５では、各スタンド７〜１３で、

の関係を用いる。(11-1)式の右辺第1項ΔW₀はトランスファーバーのウェッジであるが、これは零とおく。
また、この発明の特徴は、制御戦略として

を用いることである。ここで、α_iはゲインである。

とすれば、(12)式より

となる。これを(11-1)〜(11-7)式の左辺に代入すると、(11-1)式から

として、第１スタンド７のロールギャップレベリング制御量が求まる。また(11-1)式のΔW₁を(11-2)式に代入して

より第２スタンド８のロールギャップレベリング制御量が求まる。全く同様にして、各スタンドを計算するが、第７スタンド１３に対しては

となる。
以上で求まった仕上ミルの各スタンド７〜１３のロールギャップレベリング制御量ΔL_i(i=１〜７)は次のようにして各スタンドに印加する。これには２通りのやり方を適用することがこの発明の特徴である。
第１のやり方は同一点制御である。つまり、まずΔL₁を図２の第１スタンド７に印加する。そして印加した板上の点Aをトラッキングして、点Aが第２スタンド８に到達したら、ΔL₂を印加する。同様にして各スタンドで点Aをトラッキングしてロールギャップレベリング制御量を印加し、最後に第７スタンド１３にΔL₇を印加する。点Aが仕上ミル出側の第２のウェッジ計１４に到達したら、第２回目のウェッジ測定を開始する。そして、第２回目のウェッジ測定が完了したら、第１回と全く同様な制御を行う。板が仕上ミルを尻抜けするまで制御を繰り返す。
第２のやり方は同時制御である。第１回の制御として、(15-1)〜(15-7)式で求まったロールギャップレベリング制御量ΔL_i(i=１〜７)を同時に第１スタンド７から第７スタンド１３までに印加する。そして、第１回目の制御で第１スタンド７に存在していた点Bをトラッキングして、点Bが仕上ミル出側の第２のウェッジ計１４に到達したら、再びウェッジを測定し、第１回目と同様に演算を行って、各スタンドのロールギャップレベリング量ΔL_i(i=１〜７)を同時に仕上ミルの各スタンドに印加する。全く同様にして、板が尻抜けするまで制御を繰り返す。

この発明による第５のウェッジの設定・制御方法は、図２に示す仕上ミル出側の第２のウェッジ計１４と第３の制御装置１５を用いる。これは、バー・ツー・バーの学習設定であり、この発明の実施例４を実施しない場合に用いる。

とおく。そして、実施例４の方法の演算と全く同様な演算を行って、全長にわたる仕上ミルのロールギャップレベリング制御量ΔL_i(i=１〜７)を求める。このΔL_i(i=１〜７)は次の板に対して、圧延前に仕上ミルの第１〜第７スタンド７〜１３に設定する。つまり、バー・ツー・バーの設定である。

以上のように、この発明に係る金属等の圧延におけるウェッジの設定・制御方法は、作業側と駆動側で同一板厚の板を圧延することができるので、圧延中の板キャンバーがなく、また圧延中の板の蛇行がないので圧延作業が正常に行われる。また板幅方向の板厚が均一になることで後続の工程、例えば冷間圧延などもスムーズに行える。さらに板幅方向の板厚が均一になることで、この板材を用いる製品の精度が向上する。

Claims

板材を熱間圧延の粗ミルにより可逆圧延するものにおいて、前記粗ミルの出側に板幅方向の板厚を測定するウェッジ計を備え、前記粗ミルの奇数パスの圧延では、前記ウェッジ計で板先端からの距離に応じてウェッジと板幅中央部板厚を測定しこれを記憶し、偶数パスの圧延では、前記記憶したウェッジ及び板幅中央部板厚と、ロールギャップレベリングに対するウェッジの影響係数及びミル設定計算による出側板厚とを用いて、板先端からの距離に応じたロールギャップレベリング制御量を求め、このロールギャップレベリング制御量を前記粗ミルのロールギャップレベリングにフィードフォワード制御で印加することを特徴とする板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法。
板材を熱間圧延の粗ミルにより可逆圧延するとともに、その後仕上ミルの各スタンドにより仕上圧延するものにおいて、前記粗ミルの出側に板幅方向の板厚を測定するウェッジ計を備え、前記粗ミルでの最終パスで、前記ウェッジ計で板先端からの距離に応じてウェッジと板幅中央部板厚とを測定しこれを記憶し、そして、前記仕上ミルの圧延では、各スタンドのミル設定計算による板幅中央部出側板厚と制御後のウェッジとの比にゲインを演算した値が、前記記憶された粗ミル出側の板幅中央部板厚とウェッジとの比に等しくなるようにして、前記仕上ミルの各スタンドについて、ウェッジの遺伝係数と入り側のウェッジとロールギャップレベリングに対するウェッジの影響係数とを用いて、板先端からの距離に応じたロールギャップレベリング制御量を演算し、このロールギャップレベリング制御量を前記仕上ミルの各スタンドに印加することを特徴とする板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法。
粗ミルでの最終パスで板長さ全長にわたってウェッジと板幅中央部の板厚とを測定し、これらの平均値を求め、そして、仕上ミルの各スタンドのロールギャップレベリング制御量を求め、このロールギャップレベリング制御量を仕上圧延する前に前記仕上ミルの各スタンドに印加することを特徴とする請求項２記載の板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法。
複数のスタンドからなる仕上ミルと、前記仕上ミルの出側に設けられた板幅方向の板厚を測定するウェッジ計とを備え、ミル設定計算から前記仕上ミルの各スタンド出側の板幅中央部板厚を入力しウェッジを測定し、測定したウェッジと最終スタンド出側の板幅中央部板厚の比が、各スタンドの制御後のウェッジと板中央部板厚の比にゲインを演算した値に等しくなるようにし、前記仕上ミルの各スタンドの制御後の入側ウェッジとウェッジ遺伝係数とロールギャップレベリングに対するウェッジ影響係数とから各スタンドのロールギャップレベリング制御量を求め、そして、前記仕上ミルの第１スタンドに印加し、第１スタンドの印加した板上の点をトラッキングして、順次同一点に対して残りスタンドに印加して、この同一点がウェッジ計に到達したら、次のウェッジと板幅中央部板厚を測定し、同様の制御を繰り返すことを特徴とする板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法。
求めた各スタンドのロールギャップレベリング量を同時に仕上ミルの各スタンドに印加することを特徴とする請求項４記載の板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法。
板長さ全長にわたって測定したウェッジの平均値を求め、この平均値を用いて演算を行って、仕上ミルの各スタンドのロールギャップレベリング制御量を求め、このロールギャップレベリング制御量を次の板材の圧延前に仕上ミルの各スタンドに印加することを特徴とする請求項４記載の板材圧延におけるウェッジの設定・制御方法。