JP5537037B2 - ストリップ平坦度及びストリッププロフィールの総合的な監視及び制御方法及びプラント - Google Patents

ストリップ平坦度及びストリッププロフィールの総合的な監視及び制御方法及びプラント Download PDF

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Description

薄鋼ストリップの連続鋳造においては、溶融金属が鋳造ロールにより直接鋳造されて薄ストリップになる。薄鋳造ストリップの形状をとりわけ決めるのは鋳造ロールの鋳造表面である。
双ロール鋳造機においては、横方向に配置され、内部冷却され、相互方向に回転される一対の鋳造ロール間に溶融金属を導入するので、動いている鋳造ロール表面上に金属殻が凝固し、鋳造ロール間のロール間隙にて合わされて薄鋳造ストリップ品を生み出す。本明細書では「ロール間隙」という用語を鋳造ロール同士が最接近する領域全般を指すのに用いる。ロール間隙上方に位置決めされた可動タンディッシュ及びコアノズルで構成された金属送給システムへと取鍋から溶融金属を注いで、ロール間隙上方のロール鋳造表面に支持されロール間隙長さ方向に延びる溶融金属の鋳造溜めを形成できる。この鋳造溜めは通常、鋳造溜めの両端から溢流しないよう鋳造ロール端面に摺動係合保持された耐火性側部板又は側部堰によって囲い込まれている。
薄鋳造ストリップは鋳造ロール間のロール間隙から下方に送給され、ガイドテーブルを横切る遷移路を通りピンチロールスタンドへと到達する。
ピンチロールスタンドを出た後、薄鋳造ストリップは熱間圧延機を通ることによりストリップの形状寸法（geometry; 例えば、厚み、プロフィール、平坦度）を改変制御できる。
熱間圧延機下流側の装置で計測するような、「計測した」ストリップ平坦度及び張力プロフィールは実際に熱間圧延機を制御するには不充分なものである。何故なら、（ストリップの計測下流側平坦度又は張力プロフィールが圧延機なしの平坦度又は張力プロフィールと非常に似通っている）冷間圧延機と違い、平坦度又は張力プロフィールがクリープ（creep）の作用により異なる可能性があるからである。高温では、鋼は圧延機の入口及び出口で引張り応力に応じてクリープという形で塑性変形を受ける。ロール間隙外の、ストリップが圧延機に出入りする領域で起きる塑性変形により、入口及び出口の引張り応力プロフィール、ストリップ平坦度並びにストリッププロフィールに変化が生じる。
熱間鋼圧延機の出口ではストリップ温度が高いので、直接の接触によりストリップ平坦度又は引張り応力プロフィールを計測するのも困難で、平坦度を計測するために非接触型の光学的方法が従来用いられている。しかしながら、斯かる非接触型の平坦度計測では平坦度の計測が部分的なものとなってしまう。何故なら、決められた時間ではストリップの一部しか計測される平坦度不良を呈しないからである。加えて、ストリップのクリープにより、圧延機スタンド出口でのストリップの平坦度は下流側の実際の平坦度ゲージ位置で計測されるよりも著しく悪くなりがちである。
薄ストリップの双ロール鋳造においては、鋳造ストリップは熱間圧延機で従来のストリップに典型的に見受けられるものよりも薄い。双ロール鋳造においては典型的には、薄ストリップは約１．８〜１．６ｍｍの厚さに鋳造され、１．４〜０．８ｍｍの厚さに圧延される。熱間圧延機へのストリップ入口温度は典型的なホットミルの最終スタンドで見出されるものよりも高く、ほぼ１１００℃である。薄ストリップ高温鋳造工程の結果、ストリップ入口張力が低く、従って、熱間圧延機に入る前に座屈とクリープを比較的受けやすい。加えて、薄ストリップ鋳造では、平坦度を許容範囲に維持しつつ所望ストリッププロフィールを有するストリップを製造するのが望ましい。何故なら、製品は冷間圧延の代用品として用いられることがあるからである。ストリップ形状寸法は鋳造機により大きく制御される。熱間圧延機で低張力を用いると小さな局部ロール間隙エラーとストリップ幅方向の引張り応力ロスが生じ、ストリップの座屈とストリップ平坦度不良が生じる。我々は引張り応力によりストリップの平坦度を制御する道が開かれることを見出した。
金属ストリップが熱間圧延機に入る前に金属ストリップの入口厚みプロフィールを計測し、
プロフィール及び平坦度操作要件を満たしつつ、目標厚みプロフィールモデルを用いて目標厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールの関数として算出し、
金属ストリップが熱間圧延機を出た後に金属ストリップの出口厚みプロフィールを計測し、
出口厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールから得られる目標厚みプロフィールと比較し差をとることによって、ストリップの長手方向ひずみを算出し、前記熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置の制御信号として前記長手方向ひずみから差ひずみフィードバックを生成し、
少なくとも前記差ひずみフィードバックに応答して前記装置を制御する
という諸段階から構成される、熱間圧延機を有するストリップ鋳造プラントにおけるストリップ形状寸法制御方法が開示される。
プロフィール及び平坦度操作要件は、目標厚みプロフィールがストリップ座屈を抑制するよう選択できる。
熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置は、熱間圧延機の負荷ロール間隙を改変できる、ベンディング制御器、間隙制御器、冷却剤制御器、その他の装置からなる群から一つ又は複数選択できる。
熱間圧延機を有するストリップ鋳造プラントにおけるストリップ形状寸法制御方法は、更に、タイムフィルタリング機能と空間周波数フィルタリング機能を含む目標厚みプロフィールモデルを提供することから更に構成され、目標厚みプロフィールモデル内でタイムフィルタリングと空間周波数フィルタリングのうちの少なくとも一つを行うことによる目標厚みプロフィールの算出を含むことができる。
制御段階は又、温度補償と座屈検出を行うことを、若しくは熱間圧延機の作業ロールに提供される冷却剤の量を制御するためにオペレータにより引起こされる冷却剤調整と作業ロールのロールベンディングを制御するためにオペレータにより引起こされるベンディング調整の少なくとも一つを行うことを含むことができる。
より明細には、熱間圧延機を有するストリップ鋳造プラントにおけるストリップ形状寸法制御方法は双ロール鋳造機による連続鋳造に用いることができ、以下の段階から構成される。
（ａ）間にロール間隙を有する一対の鋳造ロールを備えた薄ストリップ鋳造機を組立て、（ｂ）ロール間隙上方の鋳造ロール間に鋳造溜めを形成でき、ロール間隙の端に隣接した側部堰が前記鋳造溜めを囲い込む、金属送給システムを組立て、
（ｃ）薄ストリップ鋳造機に隣接して、熱間ストリップが圧延されるロール間隙を形成する作業表面を有する作業ロールを備えた熱間圧延機を組立て、前記作業ロールは作業ロールにわたる所望形状に関連する作業ロール表面を有し、
（ｄ）制御信号に応答して前記熱間圧延機を出る前記ストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置を組立て、
（ｅ）出口厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールから得られる目標厚みプロフィールと比較し差をとることによりストリップの長手方向ひずみから差ひずみフィードバックを計測でき、少なくとも前記算出差ひずみフィードバックに応答して制御信号を生成できる制御システムを組立て、
（ｆ）制御システムから生成された前記制御信号に応答して前記熱間圧延機を出る前記ストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る前記装置に前記制御システムを接続する。
双ロール鋳造機で方法を行うため、溶鋼を対の鋳造ロール間に導入して、鋳造ロールの鋳造表面上に支持され、側部堰で囲い込まれた鋳造溜めを形成し、鋳造ロールが相互方向に回転させられて鋳造ロールの表面上に凝固金属殻を形成し、鋳造ロール間のロール間隙を通して凝固殻から薄鋼ストリップを鋳造できる。
熱間圧延機により処理されたストリップの形状寸法に影響を及ぼす装置は、制御信号の少なくとも一つに応答して作業ロールのロール間隙、作業ロールによるベンディング、及び／又は作業ロールへ提供される冷却剤を変更して、熱間圧延機を出る熱間ストリップの形状寸法に影響を及ぼすことができる。
又、熱間圧延機を有するストリップ鋳造プラントにおけるストリップ形状寸法制御用制御構造が開示され、以下から構成される。
前記金属ストリップが前記圧延機に入る前に金属ストリップの入口厚みプロフィールを計測できる入口ゲージ装置と、
プロフィール及び平坦度操作要件を満たしつつ、目標厚みプロフィールモデルを用いて前記計測入口厚みプロフィールの関数として目標厚みプロフィールを計算できる目標厚みプロフィールモデルと、
前記金属ストリップが前記圧延機を出た後に前記金属ストリップの出口厚みプロフィールを計測できる出口ゲージ装置と、
出口厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールから得られた目標厚みプロフィールと比較し差をとることにより、ストリップの長手方向ひずみを算出し、前記長手方向ひずみから熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置の制御信号として差ひずみフィードバックを計算できる差ひずみフィードバックモデルと、
差ひずみフィードバックに応答して熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置を制御できる制御モデル。
目標厚みプロフィールモデルはストリップ座屈を抑制できる。
差ひずみフィードバックモデルは温度補償機能と座屈検出機能をも含むことができる。
目標厚みプロフィールモデルは、タイムフィルタリング機能と空間周波数フィルタリング機能を含む目標厚みプロフィールモデルを提供することから更に構成され、前記目標厚みプロフィールモデルを算出することが、目標厚みプロフィールモデル内でタイムフィルタリング機能と空間周波数フィルタリング機能の少なくとも一つを目標厚みプロフィール算出の一部として含むことができる。
又、熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置は、ベンディング制御器、間隙制御器及び冷却剤制御器から成る群から選択される一つ又は複数とすることができる。
制御構造は又、熱間圧延機の作業ロールに提供される冷却剤の量を制御するためにオペレータにより引起こされる冷却剤調整及び作業ロールのロールベンディングを制御するためにオペレータにより引起こされるベンディング調整の少なくとも一つを支持することができる。
制御構造は、ストリップ形状寸法を制御して薄鋳造ストリップを連続的に製造する薄ストリップ鋳造プラントに設けることができ、以下で構成される。
（ａ）間にロール間隙を有する一対の一対の鋳造ロールを備えた薄ストリップ鋳造機と、
（ｂ）ロール間隙上方の鋳造ロール間に鋳造溜めを形成でき、ロール間隙の端に隣接した側部堰が前記鋳造溜めを囲い込む、金属送給システムと、
（ｃ） 鋳造ロールを相互方向に回転させて鋳造ロールの表面上に凝固金属殻を形成し、鋳造ロール間のロール間隙を通して凝固殻から薄鋼ストリップを鋳造できる駆動装置と、
（ｄ）作業表面が間にロール間隙を形成する作業ロールを備え、それにより薄ストリップ鋳造機からの鋳造ストリップが圧延され得る、熱間圧延機と、
（ｅ） 前記熱間圧延機に接続され、制御信号に応答して熱間圧延機により処理されたストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置と
（ｆ） 出口厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールから得られる目標厚みプロフィールと比較することによりストリップの長手方向ひずみから差ひずみフィードバックを算出でき、前記差ひずみフィードバックに応答して制御信号を生成でき、前記装置に接続されて該装置をして、前記制御信号に応答して熱間圧延機により処理されたストリップの形状寸法に影響を及ぼさせる制御システム。
本発明のこれら及びその他の利点及び新規の特徴、並びに、その例示的な実施例の詳細は以下の記述及び図面からより充分に理解されるであろう。
図１は、圧延機１５及び制御構造２００を有する薄ストリップ鋳造プラント１００を示す概略図である。例示した鋳造・圧延設備を構成する双ロール鋳造機は全体に参照番号１１で示され、薄鋳造鋼ストリップ１２を製造し、鋳造ロール２２と側部堰２６で構成される。操業中、鋳造ロールは駆動装置（図示せず）によって相互方向に回転される。少なくとも可動タンディッシュ２３、大タンディッシュ２５及びコアノズル２４で構成された金属送給システムが溶鋼を双ロール鋳造機１１に提供する。薄鋳造鋼ストリップ１２は鋳造ロール２２間のロール間隙２７を介して下方に行き、遷移路に入ってガイドテーブル１３を横切り、ピンチロールスタンド１４に至る。ピンチロールスタンド１４を出る薄鋳造ストリップ１２は、バックアップロール１６及び上下作業ロール１６Ａ，１６Ｂで構成される熱間圧延機１５を通り、ストリップの形状寸法（例えば、厚み、プロフィール及び／又は平坦度）を、制御されて改変できる。ストリップ１２は、圧延機１５を出たら、ランアウトテーブル１７を通って、水ジェット１８により強制冷却でき、次いで、一対のピンチロール２ＯＡ，２ＯＢで構成されるピンチロールスタンド２０に至り、更には巻取器１９に至って、ストリップ１２は、例えば、２０トンのコイルに巻き取られる。制御構造２００は圧延機１５に接続し、オプションでは、鋳造機フィードバック制御器３０１（図３参照）にも接続して鋼ストリップ１２の形状寸法（例えば、厚み、プロフィール、及び／又は平坦度）を制御する。
本発明においては、本明細書で記述するように、連続双ロール鋳造システムの圧延機でのストリップ平坦度及びプロフィールをより良く制御するために合成フィードバック信号（差ひずみフィードバック）が造られる。平坦度欠陥はストリップのその他全般的な振動や体並進運動から区別することができる。もし区別できないとしたら、典型的にはストリップの非対称欠陥を示す誤った判定が生じ得、差動ベンディング制御及び冷却剤制御の問題をもたらし得る。又、フィードバック制御として平坦度測定値のみを用いることは、圧延機ロール入口及び出口で充分な大きさの座屈欠陥を許してしまい、下流ゲージ位置で明白に検出可能な平坦度問題でないストリップの噛み込み(pinching)や引き裂き(tearing)の危険がある。
図２は、図１の圧延機１５に接続する図１の制御構造２００のブロック図である。制御構造２００は、出口平坦度計測値等の計測器具と協力して、圧延機１５の入口及び出口における正確なストリップ厚みプロフィール計測値を提供して統合的なフィードフォワード・フィードバックプロフィール、ひずみ及び平坦度の制御計画を形成する。
制御構造２００は、金属ストリップ１２が圧延機１５に入る前の入来金属ストリップ１２の入口厚みプロフィール２１１を計測できる入口ゲージ装置２１０を含む。入口ゲージ装置２１０は、入来金属ストリップ１２の入口厚みプロフィールを計測できるＸ線、レーザー、赤外線等の装置で構成できる。入口ゲージ装置２１０からの入口計測値２１１は、制御構造２００の目標厚みプロフィールモデル２２０にフィードフォワードされる。目標厚みプロフィールモデル２２０は、目標厚みプロフィール２２１を達成するために必要な形状寸法の変化が（以下で詳細に述べる）ストリップ座屈を生み出すのに不充分であるように、計測入口厚みプロフィール２１１の関数として目標厚みプロフィール２２１を算出することができる。目標厚みプロフィール２２１は、ストリッププロフィール及び平坦度操作要件を満足する。
目標厚みプロフィールモデル２２０はプロセッサに基づくプラットフォーム（例えば、パソコン）上でソフトウエアで行われる数学的モデルで構成されていてよい 。若しくは、目標厚みプロフィールモデル２２０は、例えば特定用途向け集積回路(ASIC)におけるファームウエアで行われる数学的モデルで構成されていてもよい。目標厚みプロフィールモデル２２０は当業者に公知である他の仕方で行われてもよい。同様に、本明細書で記述される他のモデルも種々の仕方で行い得る数学的モデルである。
目標厚みプロフィールモデル２２０は、制御構造２００のロール間隙モデル２３０にも作動接続する。現在の入口厚みプロフィール２１１を前提として、目標厚みプロフィール２２１を維持するのに必要な形状寸法２１１’変更が、目標厚みプロフィールモデル２２０からロール間隙モデル２３０へとフィードフォワードされる。ロール間隙モデル２３０は、圧延機１５の作業ロール１６Ａ，１６Ｂ間のロール間隙圧力に対応する少なくとも入口形状寸法２１１’変化の関数としてロール間隙圧力プロフィール２３１を生成することができる。ロール間隙モデル２３０は、圧延機装置の物理的寸法及び特性を圧延力外乱２１６、張力及び入来厚みプロフィール２１１の計測値と共に用いて、目標厚みプロフィール達成に必要なロール間隙圧力プロフィールを生成することもできる。
目標厚みプロフィールモデル２２０及びロール間隙モデル２３０はフィードフォワードロールスタック偏向モデル２４０にも作動接続する。フィードフォワードロールスタック偏向モデルは、フィードフォワード平坦度制御とフィードフォワードプロフィール制御を提供する。フィードフォワードロールスタック偏向モデル２４０は、少なくとも目標厚みプロフィール２２１とロール間隙圧力プロフィール２３１の関数として、アクチュエータプロフィール及び平坦度制御の感度ベクトル(sensivity vectors)２４１とフィードフォワード制御基準２４２を生成することができる。アクチュエータプロフィール及び平坦度制御の感度ベクトル２４１とフィードフォワード制御基準値２４２は入来ストリップ厚みプロフィール２１１における外乱及び圧延機１５内のロール力の外乱２１６に応じて、ベンディング制御器２５０とロール間隙制御器２５５（又は圧延機１５の負荷作業ロール間隙に影響を与えるその他の適宜装置）を制御するのに用いられる。作業ロール１６Ａ及び／又は１６Ｂによるベンディングはベンディング制御器２５０により制御される。作業ロール１６Ａ，１６Ｂ間のロール間隙はロール間隙制御器２５５により制御される。
感度ベクトルは、アクチュエータ設定の変更により創られる横方向ストリップ厚みプロフィール又はストリップ平坦度に対する効果を表す。例えば、圧延機が特定の操作状態にある間にベンディングを変更することは、図６のグラフ６００に示すように、ストリッププロフィール又は平坦度をオリジナルの状態Ａから別の状態Ｂに変化させる。感度ベクトルとは、状態Ａと状態Ｂとを異ならせてその結果を、状態Ａから状態Ｂへの変更の原因であるアクチュエータ設定変更で割る(dividing)ことにより得られるベクトルである。
フィードフォワード制御基準値は、平坦度又はプロフィールの改良等、ストリップの特定部分の何らかの制御目標を達成するのに必要な制御アクチュエータ、制御ベンディングの基準値であり、ストリップの特定部分が圧延機に入る前に得られる情報に基づいて算出される。最も一般的な形は、計測入口プロフィール、即ち、現在のロール力及びロールスタック形状寸法（ロールサイズ、幅等）を前提とした圧延機に入る前の計測に基づく、ベンディング設定改良の計算であろう。斯かる計算は、本明細書においてロールスタック偏向モデル(roll stack deflection model)２４０として知られる数学的モデルによって容易にされる。
制御構造２００は、金属ストリップ１２が圧延機１５を出た後に金属ストリップ１２の出口特徴２１７を計測できる出口ゲージ装置２１５も含む。出口ゲージ装置２１５は、出口厚みプロフィール２１７Ａを計測でき及び／又は出立する金属ストリップ１２のその他特徴（例えば、ストリップ温度及びストリップ平坦度）を計測できるＸ線、レーザー、赤外線その他の装置で構成することができる。出口ゲージ装置２１５からの計測値は、出口ゲージ装置２１５に作動接続する制御構造２００の差ひずみフィードバックモデル２６０に送られる。差ひずみフィードバックモデル２６０は目標厚みプロフィールモデル２２０にも作動接続しており、少なくとも算出目標厚みプロフィール２２１、計測出口厚みプロフィール２１７Ａ及び目標ひずみプロフィール３６０（図３参照、図３に関連して以下で更に詳しく論じる）の関数として差ひずみフィードバック２６１を算出することができる。
出口ゲージ装置２１５からの計測値は、少なくとも出口厚みプロフィール２１７Ａに応答して適応ロール間隙エラーベクトル２７１を生成してフィードフォワードロールスタック偏向モデル２４０の適応を引き起こすことができる制御構造２００の適応ロールスタック偏向モデル２７０にも送られる。適応ロールスタック偏向モデル２７０は、圧延機１５から適応ロール間隙エラーベクトル２７１を生成するのに使うことができるロール力パラメータ(roll force parameter)２１６も受け取る。
制御構造２００はフィードフォワードロールスタック偏向モデル２４０と差ひずみフィードバックモデル２６０に作動接続した制御モデル２８０も含むことができる。制御モデル２８０は、少なくとも差ひずみフィードバック２６１及びアクチュエータプロフィール及び平坦度制御の感度ベクトル２４１に応答して、ベンディング制御器２５０、間隙制御器２５５、冷却剤制御器２９０等、圧延機１５の負荷作業ロール間隙の形に影響する適宜装置の少なくとも一つを制御する制御信号２８１〜２８３を生成できる。冷却剤制御器２９０は、制御されて冷却剤を作業ロール１６Ａ，１６Ｂに提供する。ベンディング制御器２５０、間隙制御器２５５及び冷却剤制御器２９０の各々は各圧延機アクチュエータパラメータ２９１〜２９３を圧延機１５に提供して、上記したような圧延機１５の種々の特徴を扱い、金属ストリップ１２の形状を適応させる。
図３は、図１及び図２の圧延機１５に接続した図１及び図２の制御構造２００の比較的詳細なブロック図である。図３は、金属ストリップ１２が鋳造機ロール２２を出て、入口ゲージ２１０を通り、圧延機１５に入り、圧延機１５を出て、出口ゲージ２１５を通るのも示している。オプションとして、制御構造２００は、計測入口厚みプロフィール２１１の処理済み版２１１”を用いて鋳造機ロール２２の操作を適応させる鋳造機フィードバック形状寸法制御部３０１を含む。斯かる鋳造機フィードバック形状寸法制御部３０１は金属ストリップ１２の入口厚みプロフィール２１１が所望の名目鋳造目標ストリッププロフィール３０２に対応することを許す役目を果たす。
目標厚みプロフィール２２１は単位厚みプロフィール毎の目標であってよく、ストリップ１２に容認できない座屈を生じることのない、入来入口厚みプロフィール２１１を前提とした厚みプロフィールの本質的な改良に基づくことができる。斯かる目標厚みプロフィール２２１は出口厚みプロフィールとの比較において実際の入来厚みプロフィール２１１のみの代わりに用いられて、以下で述べるようにフィードバックエラー（差ひずみフィードバック）を生成する。従って、圧延機制御器は強制されて出口厚みプロフィールを駆り立てて、ストリップの座屈特性によって設定された限界制約を遵守する目標厚みプロフィールに適合させる。座屈限界制約を超えない状況で制御応答を生み出し、プロフィール及び平坦度の改良を生じる。
計測入口厚みプロフィール２１１は目標厚みプロフィールモデル２２０への入力であり、モデル２２０内のタイムフィルタリング機能２２２及び空間周波数フィルタリング機能２２３を用いてタイムフィルタリングと空間周波数フィルタリングを行うことにより処理される。目標厚みプロフィールモデル２２０は、モデル２２０により生成される目標厚みプロフィール２２１に座屈限度制約及び／又はプロフィール変化限界制約を組み入れる役目を果たすストリップモデル２２５を含むことができる。斯かる限界により、薄ストリップ鋳造プラント１００による処理中に金属ストリップ１２を座屈させ得るパラメータに金属ストリップ１２の形状寸法変化が近づくのが避けられる。即ち、目標厚みプロフィール２２１は、ストリップ座屈限度との矛盾のない入来入口厚みプロフィール２１１の改良を組み入れている。従って、鋳造機からの異常な形状寸法があると、目標厚みプロフィール２２１は自動的に鋳造形状寸法の変動を探知する。
本発明の実施例によれば、目標厚みプロフィールモデル２２０は、以下のような数学的アルゴリズムを行う。

H(x)* = H^mill(x) + dHhfspill(x); ２２１ 目標厚みプロフィール
但し、H^mill(x) = LSPF(LPF(H(x))); ２１１”低空間及びタイム周波数フィルタリングされた入来ストリップ厚みプロフィール、
但し、LSFF()は２２３ 低位多項式に最適合する最小二乗法による低空間周波数フィルタ、
但し、LFP()は２２２ １〜１０鋳造機ロール回転数あたりにタイム定数を設定したローパスフィルタ、
但し、H(x)は２１１ 入口厚みプロフィール、
但し、dHhfspill(x) = sHerror(x) - dHerrorLimited(x); 高周波過剰から目標で(High frequency sillover to target)、局部座屈を避け、
但し、dHerrorLimited(x) = 最小(dHerror(x)、Limit_dh(x)); ２２５ 座屈限界後の局部形状寸法変化、
但し、Limit_dh(x)は、Limit_dh(x) = H*(K*Cs*(H/Wc(x)) **2 + 平均全ひずみ及び適用張力のための補正 から評価し、最大局部形状寸法変化を与えて座屈を避け、
但し、
H = 平均入口厚み 、
Wc(x) = 局部圧縮域幅、
Cs = pi**2*E/(12(1-mu**2)) 弾性定数、
K = 制約スケール係数
従って、目標厚みプロフィールモデル２２０は、入口形状寸法、ストリップ張力、全圧延ひずみ、及び、タイム及び空間的フィルタリング定数の選択の関数である。結果としての目標厚みプロフィール２２１はフィードフォワードロールスタック偏向モデル２４０及び差ひずみフィードバックモデル２６０に送られる。
ロール間隙モデル２３０は、現在の入口厚みプロフィールを前提として目標厚みプロフィールを達成するのに必要な厚みプロフィールの変化を表す処理済み版２１１’も受け取る。ストリップモデル２２５及びロール間隙モデル２３０はクリープ、座屈、関連した形状寸法及びロール間隙の外で起き得る応力変化、及び圧延機１５のロール間隙内で起き得る圧力変化の責を負う。
若しくは、制御構造２００の入口ゲージ２１０はなくてもよく、又は、結果の目標厚みプロフィール２２１が実際の計測入口厚みプロフィール情報２１１の代わりに推定された入口厚みプロフィール情報に基づくことが禁じられる。従って、そのような代替の実施例では目標厚みプロフィール２２１は実際の入口厚みプロフィール２１１とは無関係である。
フィードフォワードロールスタック偏向モデル２４０は、完全に限られた差ロールスタック偏向モデル、若しくは、負荷ロール間隙形を所望ストリップ厚みプロフィールに合わせて改良する所要プロフィールアクチュエータ設定を予想する単純化モデルであってよい。モデルへの入力は、圧延機１５の形状寸法、入来ストリップ形状寸法、ストリップとロールとの間のロール間隙圧力プロフィール２３１、及び、所望の若しくは現在の圧延力２１６を含む。モデルの出力は、フィードフォワード制御のための最適化アクチュエータ制御基準値２４２と、フィードバック制御計画で用いられるアクチュエータプロフィールと平坦度の感度ベクトル２４１である。
差ひずみフィードバックモデル２６０は出口ゲージ２１５から出口厚みプロフィール２１７Ａ、ストリップ温度２１７Ｂ、及びストリップ平坦度２１７Ｃの計測値を受け入れる。出口ゲージ装置２１５からの平坦度計測値２１７Ｃは差ひずみフィードバックモデル２６０内の信号処理段階３３０を通過させられて測定値から体動成分を除去する。従って、長手方向軸線を中心にしたストリップ回転、ストリップ縦揺れ又はストリップ振動による計測値は除去することができる。斯かる信号処理で、非平坦度の誤った判定が減少する。処理済み出口厚みプロフィール２１７Ａはひずみエラー推定器３０５で目標厚みプロフィール２２１と較べられて圧延ひずみプロフィール３１０の初期推定値を形成する。圧延ひずみプロフィール３１０の生の推定値は、自動ゼロ化機能３２０を用い、圧延機１５が関わっている場合には圧延ひずみプロフィール３１０から組織的計測エラー値を差し引くことにより更に処理する。組織的計測エラー値は、圧延機が関わっていない場合には、入口及び出口厚みプロフィールの比較により生成される。ストリップ鋳造プラント１００が圧延機の関わりなく操業している場合、組織的計測エラー値がストリップ鋳造プラント１００に存在しなくて入口及び出口厚みプロフィールの測定値が同一である、というのが理想である。しかしながら、これはあり得そうだとしても、まれなことである。従って、組織的計測エラーはゼロ化される（圧延ひずみプロフィール３１０の推定値から取り除かれる）。
又、他の出口ゲージ情報を圧延ひずみプロフィールの推定値に組み入れることが可能である。座屈部を検出する信号処理３３０及び（横温度プロフィールの効果を補う）温度補償機能３４０をストリップ平坦度２１７Ｃ及びストリップ温度２１７Ｂ計測値に基づいて行い、それらの結果を圧延ひずみプロフィール３１０の推定値に組み入れることが可能である。結果として、圧延中に起き得るプロフィール計測特性間の違いの経時変化に強い全幅圧延ひずみプロフィール３５０が形成される。圧延ひずみプロフィール３５０は所望目標ひずみプロフィール３６０と較べられて差ひずみフィードバック値２６１（エラー値）を形成し、それが制御モデル２８０にフィードバックされる。
アクチュエータプロフィール及び平坦度制御の感度ベクトル２４１と共に、差ひずみフィードバックモデル２６０からの差ひずみフィードバック値２６１が制御モデル２８０によって用いられて、ベンディング制御器２５０、ロール間隙制御器２５５及びフィードバック冷却剤制御器２９０に対して一組の制御信号２８１〜２８３を生成する。平坦度制御の感度ベクトル241を用いて差ひずみフィードバック２６１で数学的点乗積操作を行い、その結果が制御計画(scheme)で用いられる種々のアクチュエータのスカラアクチュエータエラー値である。平坦度制御の感度ベクトル２４１は、オンライン計算で得ることができない場合、オフライン計算又は実験観察を介してたどり着く手計算での概算等の非リアルタイム源で提供することができる。平坦度制御の感度ベクトル源が何であるかに関わらず、結果としてのスカラアクチュエータエラー値をフィードバック制御器３７０，３８０で用いて機能を果たすことができる。制御モデル２８０内で、対称フィードバック制御機能３７０及び非対称フィードバック制御機能３８０が行われて、ベンディング制御器２５０及びロール間隙制御器２５５に対して制御信号２８１，２８２を生成する。
座屈に対するストリップの特定領域の潜在能力は、ストリップの平均状態よりもストリップ局部域の応力とひずみ状態に関連する。従って、局部的座屈検出３９０も制御モデル２８０内で行われて、フィードバック冷却剤制御２９０への制御信号２８３を生成する。制御信号２８１〜２８３及びフィードフォワード制御基準２４２により圧延機１５の種々の局面の自動制御ができて、ストリップ座屈などの問題を起こすことなく、圧延機１５を出る金属ストリップの所望ストリップ形状寸法（例えば、プロフィールと平坦度）を達成できる。
加えて、ベンディング制御器２５０は更に、オペレータの引起こすベンディング調整機能３９５によって手動で適応でき、冷却剤制御器２９０は更に、制御構造２００によって支持された、オペレータの引起こす噴霧調整機能３９９により更に手動で適応できる。全般に、入手できる、分節スプレーヘッダ、ロールベンディング、ロール傾斜その他のロールクラウン操作アクチュエータを用いてフィードバック制御を達成し、観測圧延ひずみプロフィールにおけるエラーを最小限にし得る。
ベンディング制御器２５０と間隙制御器２５５と冷却剤制御器２９０は、制御信号２８１〜２８３、フィードフォワード制御基準値２４２及びオペレータ調整入力値に応答して圧延機に圧延機アクチュエータパラメータ２９１〜２９３を提供し、所望ストリップ形状寸法結果を達成する。ベンディング制御器２５０が圧延機１５の作業ロール１６Ａ，１６Ｂのロールベンディングを制御する。間隙制御器２５５が作業ロール１６Ａ，１６Ｂ間のロール間隙を制御する。冷却剤制御器２９０が作業ロール１６Ａ，１６Ｂへ提供される冷却剤の量を制御する。
斯かる連続双ロール鋳造により、上記した特徴を持つプラント１００は、大きなプロセス外乱に応答して、現今のストリップ鋳造条件を前提として本質的に改良した出口厚みプロフィールのストリップを製造すると共に熱間圧延機ロール間隙の入口又は出口でのストリップの座屈を避けることができる。入来厚みプロフィール情報を用い、入来及び出立厚みプロフィール情報間の差を正しく用いることが、プロフィール及び平坦度制御の技術を前進させる重要な段階を提供する。
図４は、熱間圧延機１５を有するストリップ鋳造プラントでのストリップ形状寸法制御方法４００の実施例のフローチャートである。段階４１０で、入来金属ストリップ１２の入口厚みプロフィール２１１を計測してから金属ストリップ１２が熱間圧延機１５に入る。段階４２０で、プロフィール及び平坦度操作要件を満たしつつ、目標厚みプロフィール２２１を計測入口厚みプロフィール２１１の関数として算出する。段階４３０で、金属ストリップ１２が熱間圧延機１５を出た後に金属ストリップ１２の出口厚みプロフィール２１７Ａを計測する。段階４４０で、出口厚みプロフィール２１７Ａを計測入口厚みプロフィールから得られる目標厚みプロフィール２２１と比較することによって、差ひずみフィードバック２６１をストリップの長手方向ひずみから算出する。段階４５０で、熱間圧延機１５を出たストリップの形状寸法１２に影響し得る装置を、差ひずみフィードバック２６１、圧延機１５状態及び入来厚みプロフィール２１１に応答して制御する。
熱間圧延機１５を有するストリップ鋳造でのストリップ形状寸法制御方法４００において、熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響し得る装置は、ベンディング制御器２５０、間隙制御器２５５、冷却剤制御器２９３のいずれかであるか若しくは全てであってよい。
方法４００は、更に、入口厚みプロフィール２１１と熱間圧延機の寸法及び特性からロール間隙圧力プロフィール２３１を算出し、目標厚みプロフィール２２１とロール間隙圧力プロフィール２３１の関数としてフィードフォワード制御基準２４２及び／又は感度ベクトル２４１を算出して鋳造ストリップ１２でのプロフィール及び平坦度ばらつきの補償を許すことを含んでよい。熱間圧延機１５を出るストリップの形状寸法に影響し得る装置は更に、算出フィードフォワード制御基準２４２及び／又は算出感度ベクトル２４１に応答して制御してよい。更に又、適応ロール間隙エラーベクトル２７１は計測出口厚みプロフィールから生成して、フィードフォワード制御基準２４２及び感度ベクトル２４１の少なくとも一つの算出に用いることができる。
図５は、連続鋳造による、ストリップ形状寸法を制御した薄鋳造ストリップ製造方法５００のフローチャートである。段階５１０で、間にロール間隙を有する一対の鋳造ロールを備えた薄ストリップ鋳造機を組立てる。段階５２０で、ロール間隙上方の鋳造ロール間に鋳造溜めを形成できて、ロール間隙の端に隣接した側部堰で鋳造溜めを囲い込む、金属送給システムを組立てる。段階５３０で、薄ストリップ鋳造機に隣接して熱間圧延機を組立て、該熱間圧延機は入来熱間ストリップの圧延されるロール間隙をロール間に形成する作業表面を備えた作業ロールを有し、作業ロールの作業ロール表面は作業ロールにわたる所望形状に関連する。段階５４０で、制御信号に応答して熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置を組立てる。段階５５０において、差ひずみフィードバックを生成することができ、差ひずみフィードバック、圧延機状態及び入来厚みプロフィールに応答して制御信号を生成できる制御システムを組立てる。段階５６０で、制御システムを、熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置に作動接続する。段階５７０で、溶鋼を対の鋳造ロール間に導入して、鋳造ロールの鋳造表面に支持され、側部堰により囲い込まれる鋳造溜めを形成する。段階５８０で、鋳造ロールを相互方向に回転させて鋳造ロール表面上に凝固金属殻を形成し、鋳造ロール間のロール間隙を介して凝固殻から薄鋼ストリップを鋳造する。段階５９０で、入来薄鋳造ストリップを熱間圧延機の作業ロール間で圧延して、制御信号の少なくとも一つに応答して作業ロールに提供される作業ロールロール間隙、作業ロールによるベンディング、作業ロールに提供される冷却剤の少なくとも一つを変更して、熱間圧延機を出る熱間ストリップの形状寸法に影響を与える。
方法５００で、熱間圧延機１５を出るストリップの形状寸法に作用することができる装置は、ベンディング制御器２５０、間隙制御器２５５及び冷却剤制御器２９０のうちの一つ又は複数であり得る。制御システムは更にフィードフォワード制御基準値２４２及び感度ベクトル２４１を生成でき、更に、差ひずみフィードバック２６１、フィードフォワード制御基準値２４２及び感度ベクトル２４１に応答して制御信号２８１〜２８３を生成できる。計測出口厚みプロフィール２１７Ａを計測入口厚みプロフィール２１１から得られる算出目標厚みプロフィール２２１と比較することにより、差ひずみフィードバック２６１がストリップ１２の長手方向ひずみから算出される。フィードフォワード制御基準値２４２及び感度ベクトル２４１を計測入口厚みプロフィール２１１から得られる目標厚みプロフィール２２１及びロール間隙圧力プロフィール２３１の関数として算出して、鋳造ストリップ１２のプロフィール及び平坦度ばらつきの補償を許す。
負荷された作業ロール間隙に影響し得るベンディング制御器２５０、間隙制御器２５５、冷却剤制御器２９０、その他の適宜装置は制御構造２００の一部と見なすことができる。若しくは、負荷された作業ロール間隙に影響し得るベンディング制御器２５０、間隙制御器２５５、冷却剤制御器２９０等の適宜装置は圧延機１５の一部とみなすことができる。同様に、本発明のいくつかの実施例によれば、制御構造２００の種々の局面は 制御構造２００の一つのモデル若しくは別のモデルの一部とみなすことができる。例えば、ベンディング制御器２５０、間隙制御器２５５及び冷却剤制御器２９０は制御構造２００の制御モデル２８０の一部と見なすことができる。
要するに、制御構造をフィードフォワードとフィードバックの両方に用いて鋳造ストリップの座屈を防ぎつつ熱間圧延機を出る鋳造ストリップの形状寸法を制御する、熱間圧延機を有する連続双ロール鋳造機でのストリップ形状寸法制御方法及び装置を開示している。
以上、本発明を特定の実施例に関して記述してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更を行い、同等物の差し換えを行い得ることは当業者には理解されるであろう。
加えて、本発明の範囲を逸脱することなく、多数の改変を行なって特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させることが可能である。
従って、本発明は開示した特定の実施例に限定されるものではなく、添付の請求項の範囲内の全ての実施例を含むことを意図している。
圧延機及び制御構造を有する薄ストリップ鋳造プラントを示す概略図である。 図１の圧延機に接続する図１の制御構造のブロック図である。 図１及び図２の圧延機に接続する図１及び図２の制御構造の比較的詳細なブロック図である。 熱間圧延機を有するストリップ鋳造でストリップ形状寸法を制御する方法の実施例のフローチャートである。 連続鋳造によりストリップ形状寸法を制御して薄鋳造ストリップを製造する方法のフローチャートである。 どのようにして感度ベクトルが得られるかを示すグラフである。

Claims (16)

  1. 金属ストリップが熱間圧延機に入る前に金属ストリップの入口厚みプロフィールを計測し、
    プロフィール及び平坦度操作要件を満たしつつ、目標厚みプロフィールモデルを用いて目標厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールの関数として算出し、
    金属ストリップが熱間圧延機を出た後に金属ストリップの出口厚みプロフィールを計測し、
    出口厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールから得られる目標厚みプロフィールと比較し差をとることによって、ストリップの長手方向ひずみを算出し、前記熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置の制御信号として
    前記長手方向ひずみから差ひずみフィードバックを生成し、
    少なくとも前記差ひずみフィードバックに応答して前記装置を制御する
    ことから構成される、熱間圧延機を有するストリップ鋳造プラントにおけるストリップ形状寸法制御方法。
  2. 熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置が、ベンディング制御器、間隙制御器及び冷却剤制御器から成る群から一つ又は複数選択される、請求項１に記載の方法。
  3. タイムフィルタリング機能と空間周波数フィルタリング機能を含む目標厚みプロフィールモデルを提供することから更に構成され、
    前記目標厚みプロフィールを算出することが、目標厚みプロフィールモデル内でタイムフィルタリングと空間周波数フィルタリングの少なくとも一つを行うことを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
  4. 前記制御段階が温度補償と座屈検出を行うことを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記制御段階が、熱間圧延機の作業ロールに提供される冷却剤の量を制御するためにオペレータにより引起こされる冷却剤調整と作業ロールのロールベンディングを制御するためにオペレータにより引起こされるベンディング調整の少なくとも一つを行うことを含む、請求項１に記載の熱間圧延機を有するストリップ鋳造におけるストリップ形状寸法制御方法。
  6. 前記目標厚みプロフィールがストリップ座屈を抑制する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 熱間圧延機を有するストリップ鋳造プラントのストリップ形状寸法制御用制御構造において、
    前記金属ストリップが前記圧延機に入る前に金属ストリップの入口厚みプロフィールを計測できる入口ゲージ装置と、
    プロフィール及び平坦度操作要件を満たしつつ、目標厚みプロフィールモデルを用いて前記計測入口厚みプロフィールの関数として目標厚みプロフィールを計算できる目標厚みプロフィールモデルと、
    前記金属ストリップが前記圧延機を出た後に前記金属ストリップの出口厚みプロフィールを計測できる出口ゲージ装置と、
    出口厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールから得られた目標厚みプロフィールと比較し差をとることにより、ストリップの長手方向ひずみを算出し、前記長手方向ひずみから熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置の制御信号として差ひずみフィードバックを計算できる差ひずみフィードバックモデルと、
    少なくとも前記差ひずみフィードバックに応答して前記装置を制御できる制御モデルと
    で構成される前記制御構造。
  8. 熱間圧延機を出るストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置が、ベンディング制御器、間隙制御器及び冷却剤制御器から成る群から一つ又は複数選択される、請求項７に記載の制御構造。
  9. タイムフィルタリング機能と空間周波数フィルタリング機能を含む目標厚みプロフィールモデルを提供することから更に構成され、
    前記目標厚みプロフィールモデルを算出することが、目標厚みプロフィールモデル内でタイムフィルタリングと空間周波数フィルタリングの少なくとも一つを行うことを含む、請求項７又は請求項８に記載の制御構造。
  10. 前記差ひずみフィードバックモデルが温度補償機能と座屈検出機能とを含む、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の制御構造。
  11. 前記制御構造が、熱間圧延機の作業ロールに提供される冷却剤の量を制御するためにオペレータにより引起こされる冷却剤調整と作業ロールのロールベンディングを制御するためにオペレータにより引起こされるベンディング調整の少なくとも一つを支持する、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の制御構造。
  12. 前記目標厚みプロフィールモデルがストリップ座屈を抑制する、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の制御構造。
  13. 連続鋳造によりストリップ形状寸法が制御される薄鋳造ストリップ製造方法において、
    （ａ）間にロール間隙を有する一対の鋳造ロールを備えた薄ストリップ鋳造機を組立て、（ｂ）ロール間隙上方の鋳造ロール間に鋳造溜めを形成でき、ロール間隙の端に隣接した側部堰が前記鋳造溜めを囲い込む、金属送給システムを組立て、
    （ｃ）薄ストリップ鋳造機に隣接して、熱間ストリップが圧延されるロール間隙を形成する作業表面を有する作業ロールを備えた熱間圧延機を組立て、前記作業ロールは作業ロールにわたる所望形状に関連する作業ロール表面を有し、
    （ｄ）制御信号に応答して前記熱間圧延機を出る前記ストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置を組立て、
    （ｅ）出口厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールから得られる目標厚みプロフィールと比較し差をとることによりストリップの長手方向ひずみから差ひずみフィードバックを計測でき、少なくとも前記算出差ひずみフィードバックに応答して制御信号を生成できる制御システムを組立て、
    （ｆ）制御システムから生成された前記制御信号に応答して前記熱間圧延機を出る前記ストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る前記装置に前記制御システムを接続することから構成される前記方法。
  14. 前記熱間圧延機を出る前記ストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る前記装置が、ベンディング制御器、間隙制御器及び冷却剤制御器から成る群から一つ又は複数選択される、請求項１３に記載の方法。
  15. 連続鋳造によりストリップ形状寸法を制御した薄鋳造ストリップを製造する薄ストリップ鋳造プラントにおいて、
    （ａ）間にロール間隙を有する一対の鋳造ロールを備えた薄ストリップ鋳造機と、
    （ｂ）ロール間隙上方の鋳造ロール間に鋳造溜めを形成でき、ロール間隙の端に隣接した側部堰が前記鋳造溜めを囲い込む、金属送給システムと、
    （ｃ）鋳造ロールを相互方向に回転させて鋳造ロールの表面上に凝固金属殻を形成し、鋳造ロール間のロール間隙を通して凝固殻から薄鋼ストリップを鋳造できる駆動装置と、
    （ｄ）作業表面が間にロール間隙を形成する作業ロールを備え、それにより薄ストリップ鋳造機からの鋳造ストリップが圧延され得る、熱間圧延機と、
    （ｅ）前記熱間圧延機に接続され、制御信号に応答して熱間圧延機により処理されたストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る装置と、
    （ｆ）出口厚みプロフィールを計測入口厚みプロフィールから得られる目標厚みプロフィールと比較し差をとることによりストリップの長手方向ひずみから差ひずみフィードバックを算出でき、前記差ひずみフィードバックに応答して制御信号を生成でき、前記装置に接続されて該装置をして、前記制御信号に応答して熱間圧延機により処理されたストリップの形状寸法に影響を及ぼさせる制御システムと、
    で構成される前記薄鋳造ストリッププラント。
  16. 熱間圧延機により処理された前記ストリップの形状寸法に影響を及ぼし得る前記装置が、ベンディング制御器、間隙制御器、及び冷却剤制御器から成る群の一つ又は複数から選択される、請求項１５に記載の薄ストリップ鋳造プラント。
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