JP5895758B2 - 圧延機および圧延機の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、圧延機および圧延機の制御方法に関する。
従来、圧延機の圧下量制御は、圧延機の制御精度を考慮しつつ、鋼板の板厚の下限公差を基準にして圧下量を設定していた。すなわち、製品としての鋼板を納品するに際し、鋼板の板厚の最小値が下限公差を下回らないことを保証した納品を行っていた。
一方、鋼板の板厚の最小値が下限公差を下回らないことを保証するのみならず、鋼板の板厚の平均値が呼称厚を下回らないことを保証する製品も存在する。その場合、従来の圧延機における圧下量制御では、鋼板の板厚の最小値が呼称厚を下回らないように圧下量を設定することにより、鋼板の板厚の平均値が呼称厚を下回らないようにしていた。
特開2001−347309号公報
しかしながら、従来技術のように、鋼板の板厚の最小値が呼称厚を下回らないように圧下量を設定した場合、鋼板の板厚の平均値は呼称厚を過剰に上回ることになる。すなわち、従来技術のように鋼板の板厚の平均値が呼称厚を下回らないように製造した鋼板では、製造に要する鋼板の材料が必要以上に消費され、かつ、製造された鋼板の重量が必要以上に重いものとなってしまうという問題があった。製造された鋼板の重量が必要以上に重い場合、その鋼板を用いて製造される最終製品の重量にも影響を与える大きな問題である。
例えば、特許文献1に記載の技術のように、圧延機による圧延工程にて平均板厚偏差を向上させる方法も知られているが、この方法は平均板厚偏差におけるオフセット成分を解消するための方法であり、鋼板の圧延中に平均板厚を動的に補正することはできない。つまり、特許文献1に記載の技術では、圧延中に測定された測定値を平均板厚に反映させることができず、製造に要する鋼板の材料を最小化するという目的には不十分である。
そこで、鋼板の圧延中に圧延後の平均板厚を動的に補正する技術が望まれていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、鋼板の板厚の平均値が呼称厚を下回らないようにしながらも、製造に要する鋼板の材料を最小化することができる圧延機および圧延機の制御方法を提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の圧延機は、圧延機のワークロールによる圧延後の鋼板の板厚の実績を測定する板厚計と、前記鋼板の送り出し量を測定する回転計と、前記ワークロールのロールギャップおよび圧下荷重を測定する開度計と、前記板厚計と前記回転計と前記開度計とからの入力に基づき板厚制御目標を算出し、前記板厚制御目標に基づいて、前記圧延機の圧下シリンダを制御する制御部とを備えることを特徴とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の圧延機の制御方法は、圧延機の後段に設けられた板厚計とワークロールに設けられた回転計および開度計と制御部とを備える圧延機において、前記板厚計が、圧延機のワークロールによる圧延後の鋼板の板厚の実績を測定する板厚測定ステップと、前記回転計が、前記鋼板の送り出し量を測定する送り出し量測定ステップと、前記開度計が、前記ワークロールのロールギャップおよび圧下荷重を測定するステップと、前記制御部が、前記板厚計と前記回転計と前記開度計とからの入力に基づき板厚制御目標を算出し、前記板厚制御目標に基づいて、前記圧延機の圧下シリンダを制御する制御ステップとを有することを特徴とする。
本発明にかかる圧延機および圧延機の制御方法は、鋼板の板厚の平均値が呼称厚を下回らないようにしながらも、製造に要する鋼板の材料を最小化できるという効果を奏する。
図1は、本発明の実施形態にかかる圧延機の例を示す断面図である。 図2は、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御システムの構成図である。 図3は、制御部の機能を表した機能ブロック図である。 図4は、本発明の実施形態にかかる制御方法を示すフローチャートである。 図5は、従来の圧延方法と本発明の圧延方法とによる、圧延後の鋼板の板厚の比較を表した図である。
以下に、本発明の実施形態にかかる圧延機および圧延機の制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。
〔圧延機〕
図1は、本発明の実施形態にかかる圧延機の例を示す断面図である。図1に示されるように、本発明の実施形態にかかる鋼板の圧延機1は、1対のワークロール2a,2bを鋼板Sのパスラインを挟んで上下の両側に備える構造である。上側のワークロール2aは、ワークロール2aの上方に配置されたバックアップロール3aによって下方に圧下力を印加される。一方、下側のワークロール2bは、ワークロール2bの下方に配置されたバックアップロール3bによって上方に圧下力を印加される。このように1対のワークロール2a,2bは、鋼板Sをそれぞれ上下から圧下力を印加する構成となっている。
ワークロール2a,2bは、それぞれワークロールチョック4a,4bを介して、圧延機1のハウジング5に固定されている。ワークロールチョック4a,4bは、ワークロール2a,2bの軸を回転可能に保持する機構であり、ワークロール2a,2bの軸受けとその周辺機構を一体化したユニットである。ワークロールチョック4a,4bと圧延機1のハウジング5とは、シリンダ6を介して結合されており、ワークロール2a,2bが上下に駆動し得るよう構成されている。
同様に、バックアップロール3a,3bは、それぞれバックアップロールチョック7a,7bを介して、圧延機1のハウジング5に固定されている。バックアップロールチョック7a,7bは、バックアップロール3a,3bの軸を回転可能に保持する機構であり、バックアップロール3a,3bの軸受けとその周辺機構を一体化したユニットである。
上側のバックアップロールチョック7aと圧延機1のハウジング5とは、圧下シリンダ8を介して結合されており、圧下シリンダ8は、圧延機1が鋼板Sを圧延する圧下力を調整する機能を担っている。一方、下側のバックアップロールチョック7bと圧延機1のハウジング5とは、パスライン調整機構9を介して結合されており、パスライン調整機構9は、ワークロール2bの上下方向の位置を調整することにより、鋼板Sのパスラインが調整される構成である。
〔システム構成〕
図2は、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御システムの構成図である。図2に示されるように、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御システムは、圧延機1と、圧延機1により圧延された鋼板Sの板厚を測定する板厚計10と、圧延機1のワークロール2aの回転数を測定する回転計11と、ワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重を測定する開度計12と、板厚計10と回転計11と開度計12とからの入力に基づき圧下シリンダ8の圧下荷重およびワークロール2a,2bのロールギャップを制御する制御部13とを備える。なお、図2に図示される各構成要素は、概念的に記載されたものであり、実際の形状および配置とは必ずしも一致しない。例えば、ワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重が異なるセンサーによって測定される構成としても良いが、本発明の実施形態においては、個々のセンサーよりも測定対象の方が本質的であるので、個々のセンサーを区別せずに説明を行う。
図2に記載される、パラメータL,L,L,h,hは、制御部13が圧延機1の制御量を算出するためのパラメータである。パラメータLは、板厚計10にて鋼板Sの板厚の測定が完了した鋼板Sの部分の長さであり、この長さは、回転計11により測定されたワークロール2aの回転数より算出されるパラメータである。パラメータLは、板厚計10と圧延機1との間の長さであり、この長さは、板厚計10を配置する位置を決定することにより定まる設備パラメータである。
パラメータLは、圧延が完了していない鋼板Sの部分の圧延後の長さである。なお、このパラメータLは、図面上は圧延が完了していない鋼板Sの実際の長さとなっているが、圧延条件を変更しない場合に、圧延が完了していない鋼板Sの部分が圧延により延伸された後の長さの予測値を意味している。そして、この予測値は、回転計11により測定された既に圧延がされた鋼板Sの長さと開度計12により測定されたロールギャップおよび圧下荷重とから、圧延モデルを用いて算出されるパラメータである。
また、パラメータhは、板厚計10にて鋼板Sの板厚の測定が完了した鋼板Sの部分の平均板厚であり、この平均板厚は、板厚計10による実測値から取得される。パラメータhは、板厚計10と圧延機1との間における鋼板Sの平均板厚であり、この平均板厚は、開度計12の値から算出される。あるいは、便宜的に圧延条件に大きな変更がないと仮定して、パラメータhが板厚計10による実測値から取得される平均板厚と同一の値であるとすることもできる。
図3は、制御部13の機能を表した機能ブロック図である。図3に示されるように、制御部13は、板厚計10と回転計11と開度計12とからの入力に基づき圧下シリンダ8の圧下量を制御する制御ユニットである。
図3に示されるように、制御部13は、h取得手段13aと、h取得手段13bと、L取得手段13cと、L取得手段13dと、L取得手段13eと、板厚制御目標算出手段13fと、圧延モデルデータ13gとを備える。これら制御部13における各手段は、ハードウェアとして構成することも、ソフトウェアとして構成することもできる。例えば、制御部13は、PLC(プログラマブルロジックコントローラー)により構成され得る。
取得手段13aは、板厚計10により測定された鋼板Sの板厚から、板厚の測定が完了した鋼板Sの部分の平均板厚を算出する算出手段である。h取得手段13bは、鋼板Sの圧延モデルデータ13gを参照して、板厚計10により測定されたワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重から、板厚計10と圧延機1との間における鋼板Sの平均板厚を算出する算出手段である。ここで、鋼板Sの圧延モデルとは、圧延中の鋼板Sの塑性特性およびワークロール2a,2bの剛性特性などを考慮して、与えられたロールギャップおよび圧下荷重にて圧延した場合の圧延後の板厚を推定するモデルである。この鋼板Sの圧延モデルには、様々なものが知られているが、本発明の実施には、用いる鋼板Sおよび圧延機1に応じて適切なモデルを選択することができる。
取得手段13cは、圧延機1の回転計11により測定されたワークロール2aの回転数から、鋼板Sが板厚計10に達した以降に送り出された鋼板Sの長さを算出し、板厚計10にて鋼板Sの板厚の測定が完了した鋼板Sの部分の長さを算出する算出手段である。L取得手段13dは、板厚計10と圧延機1との間の長さを取得する手段である。この長さは、板厚計10を配置する位置を決定することにより定まる設備パラメータであるので、例えば、外部の入力手段によりオペレーターが設定した値を用いればよい。
取得手段13eは、回転計11により測定された既に圧延がされた鋼板Sの長さと開度計12により測定されたロールギャップおよび圧下荷重とに基づいて、圧延が完了していない鋼板Sの部分の圧延後の長さを算出する算出手段である。なお、先述したように、ここでの圧延が完了していない鋼板Sの部分の圧延後の長さとは、圧延条件を変更しない場合に、圧延が完了していない鋼板Sの部分が圧延により延伸された後の長さの予測値のことをいう。
板厚制御目標算出手段13fは、h取得手段13aと、h取得手段13bと、L取得手段13cと、L取得手段13dと、L取得手段13eとにより取得されたパラメータL,L,L,h,hに基づいて、圧延後の鋼板Sの平均板厚が所定の値となるような圧延機1の開度設定ΔSを算出する算出手段である。この算出には、以下の数式が用いられる。
ΔS={have・(L+L+L)−(h・L+h・L)}/L
ただし、haveは、目標とする鋼板Sの平均厚みであり、要求緒元の平均厚みに厚み制御精度を勘案した余裕値を加えた厚みが用いられる。つまり、haveは、鋼板Sの製造パラメータであるので、例えば、入力手段14により、オペレータが入力した値である。
さらに、板厚制御目標算出手段13fは、開度設定ΔSを算出した後に、開度設定ΔSを実現する圧延機1の制御量を算出する。すなわち、開度設定ΔSは、パラメータLに対応する鋼板Sの板厚に相当する量なので、鋼板Sの板厚がΔSとなるようなワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重を算出する。この算出においても、板厚制御目標算出手段13fが、圧延モデルデータ13gを参照することで、具体的な制御量を算出することができる。
その後、板厚制御目標算出手段13fがワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重の制御信号を圧下シリンダ8に送信することにより、圧延機1の圧延条件が変更され、鋼板Sの平均板厚が所定の値となるように圧延機1が制御される。
〔制御方法〕
次に、図4を参照しながら本発明の実施形態にかかる圧延機の制御方法について説明する。以下では、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御システム構成図および制御部13の機能ブロック図を参照しながら、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御方法を説明するが、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御方法の実施は、これら図面に表された構成により限定されるものではない。
図4は、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御方法を示すフローチャートである。図4に示されるように、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御方法は、鋼板Sの圧延中に継続されるループとして実施される。
本発明の実施形態にかかる圧延機の制御方法では、鋼板Sの圧延中に継続されるループ内において、板厚計10が圧延後の鋼板Sの板厚の実績を測定する(ステップS1)。さらに、回転計11により鋼板Sの送り出し量を測定し(ステップS2)、開度計12がワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重を測定する(ステップS3)。
その後、制御部13が、板厚計10と回転計11と開度計12とからの入力に基づき、板厚制御目標を算出する(ステップS4)。そして、制御部13は、算出された板厚制御目標を実現する圧下シリンダ8の圧下荷重およびワークロール2a,2bのロールギャップを算出し、算出された圧下荷重およびロールギャップにかかる制御信号を圧下シリンダ8に送信する(ステップS5)。
本発明の実施形態にかかる圧延機の制御方法は、上記のステップS1〜S5を圧延中に継続して実施することにより、板厚計10にて鋼板Sの板厚が測定された以降、リアルタイムに圧延機1の圧下シリンダ8の圧下荷重およびワークロール2a,2bのロールギャップを制御することができる。そして、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御方法は、鋼板Sの圧延が進行するにつれて板厚の測定実績が蓄積され、板厚の測定済みの範囲における平均板厚の測定精度も向上していくので、鋼板Sの長さが圧延機1と板厚計10との間の距離に比べて長い場合に特に効果的な手法である。
〔効果〕
最後に、本発明の実施形態にかかる圧延機および圧延機の制御方法の効果について説明する。図5は、従来の圧延機の圧延方法と本発明の圧延機の圧延方法とによる、圧延後の鋼板の板厚の比較を表した図である。図5(a)は、従来の圧延機の圧延方法による圧延後の鋼板の板厚であり、図5(b)は、本発明の実施形態にかかる圧延機の圧延方法による圧延後の鋼板の実厚である。
従来の圧延機の圧延方法では、圧延後の鋼板の板厚の最小値を制御することしかできない。したがって、従来の圧延機の圧延方法では、図5(a)に示されるように、圧延後の鋼板の板厚の最小値が平均板厚の下限以上になるようにしか制御することができなかった。すなわち、本来は、板厚の最小値が平均板厚の下限以下になったとしても、板厚の平均値が平均板厚の下限以上となっていれば良いところを、過剰に材料を消費することになっていた。
一方、本発明の実施形態にかかる圧延機の圧延方法では、板厚の最小値ではなく、板厚の平均板厚が平均板厚の下限以上になるように制御する。したがって、本発明の実施形態にかかる圧延機の圧延方法では、従来の圧延機の圧延方法よりも材料の消費を抑制することができる。
以上より、本発明の実施形態にかかる圧延機は、圧延機1のワークロール2a,2bによる圧延後の鋼板Sの板厚の実績を測定する板厚計10と、鋼板Sの送り出し量を測定する回転計11と、ワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重を測定する開度計12と、板厚計10と回転計11と開度計12とからの入力に基づき板厚制御目標を算出し、その板厚制御目標に基づいて、圧延機1の圧下シリンダ8を制御する制御部13とを備えるので、鋼板の板厚の平均値が呼称厚を下回らないようにしながらも、製造に要する鋼板の材料を最小化できる。
特に、本発明の実施形態にかかる圧延機の制御部13は、板厚計10により測定された鋼板Sの板厚から、板厚の測定が完了した鋼板Sの部分の平均板厚を算出するh取得手段13aと、板厚計10により測定されたワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重から、板厚計10と圧延機1との間における鋼板Sの平均板厚を算出するh取得手段13bと、回転計11により測定された鋼板Sの送り出し量から、板厚計10にて鋼板Sの板厚の測定が完了した鋼板の部分の長さを算出するL取得手段13cと、板厚計10と圧延機1との間の長さを設備パラメータとして取得するL取得手段13dと、回転計11により測定された鋼板Sの送り出し量と開度計12により測定されたワークロール2a,2bのロールギャップおよび圧下荷重とに基づいて、圧延が完了していない鋼板Sの部分の圧延後の長さを算出するL取得手段13eと、h取得手段13aと前記h取得手段13bとL取得手段13cとL取得手段13dとL取得手段13eとの出力に基づいて板厚制御目標を算出する板厚制御目標算出手段13fとをそなえるので、鋼板Sの圧延中に圧延後の平均板厚を動的に補正することができる。
本発明の実施形態にかかる圧延機の制御部13の板厚制御目標算出手段13fは、下式に基づき板厚制御目標を算出するので、鋼板Sの圧延中に圧延後の平均板厚を制御目標として制御量を算出することができる。
ΔS={have・(L+L+L)−(h・L+h・L)}/L
ただし、haveは、目標とする鋼板Sの平均厚みであり、LはL取得手段13cの出力であり、LはL取得手段13dの出力であり、LはL取得手段13eの出力であり、hはh取得手段13aの出力であり、hはh取得手段13bの出力である。
1 圧延機
2a,2b ワークロール
3a,3b バックアップロール
4a,4b ワークロールチョック
5 ハウジング
6 シリンダ
7a,7b バックアップロールチョック
8 圧下シリンダ
9 パスライン調整機構
10 板厚計
11 回転計
12 開度計
13 制御部
13a h取得手段
13b h取得手段
13c L取得手段
13d L取得手段
13e L取得手段
13f 板厚制御目標算出手段
13g 圧延モデルデータ
14 入力手段

Claims (3)

  1. 圧延機のワークロールによる圧延後の鋼板の板厚の実績を測定する板厚計と、
    前記鋼板の送り出し量を測定する回転計と、
    前記ワークロールのロールギャップおよび圧下荷重を測定する開度計と、
    前記板厚計と前記回転計と前記開度計とからの入力に基づき板厚制御目標を算出し、前記板厚制御目標に基づいて、前記圧延機の圧下シリンダを制御する制御部と、
    を備え
    前記制御部は、
    前記板厚計により測定された鋼板の板厚から、板厚の測定が完了した鋼板の部分の平均板厚を算出する第1の平均板厚取得手段と、
    前記開度計により測定された前記ワークロールのロールギャップおよび圧下荷重から、前記板厚計と前記圧延機との間における鋼板の平均板厚を算出する第2の平均板厚取得手段と、
    前記回転計により測定された鋼板の送り出し量から、前記板厚計にて鋼板の板厚の測定が完了した鋼板の部分の長さを算出する第1の長さ取得手段と、
    前記板厚計と前記圧延機との間の長さを設備パラメータとして取得する第2の長さ取得手段と、
    前記回転計により測定された鋼板の送り出し量と前記開度計により測定された前記ワークロールのロールギャップおよび圧下荷重とに基づいて、圧延が完了していない前記鋼板の部分の圧延後の長さを算出する第3の長さ取得手段と、
    前記第1の平均板厚取得手段と前記第2の平均板厚取得手段と前記第1の長さ取得手段と前記第2の長さ取得手段と前記第3の長さ取得手段との出力に基づいて前記板厚制御目標を算出する板厚制御目標算出手段と、
    を備えることを特徴とする圧延機。
  2. 前記板厚制御目標算出手段は、下式に基づき前記板厚制御目標を算出することを特徴とする請求項に記載の圧延機。
    ΔS={have・(L1+L2+L3)−(h1・L1+h2・L2)}/L3
    ただし、haveは、目標とする鋼板Sの平均厚みであり、L1前記第1の長さ取得手段の出力であり、L2前記第2の長さ取得手段の出力であり、L3前記第3の長さ取得手段の出力であり、h1前記第1の平均板厚取得手段の出力であり、h2前記第2の平均板厚取得手段の出力である。
  3. 圧延機の後段に設けられた板厚計とワークロールに設けられた回転計および開度計と制御部とを備える圧延機において、
    前記板厚計が、圧延機のワークロールによる圧延後の鋼板の板厚の実績を測定する板厚測定ステップと、
    前記回転計が、前記鋼板の送り出し量を測定する送り出し量測定ステップと、
    前記開度計が、前記ワークロールのロールギャップおよび圧下荷重を測定するステップと、
    前記制御部が、前記板厚計と前記回転計と前記開度計とからの入力に基づき板厚制御目標を算出し、前記板厚制御目標に基づいて、前記圧延機の圧下シリンダを制御する制御ステップと、
    含み、
    前記制御ステップは、
    前記制御部の第1の平均板厚取得手段が、前記板厚計により測定された鋼板の板厚から、板厚の測定が完了した鋼板の部分の平均板厚を算出するステップと、
    前記制御部の第2の平均板厚取得手段が、前記開度計により測定された前記ワークロールのロールギャップおよび圧下荷重から、前記板厚計と前記圧延機との間における鋼板の平均板厚を算出するステップと、
    前記制御部の第1の長さ取得手段が、前記回転計により測定された鋼板の送り出し量から、前記板厚計にて鋼板の板厚の測定が完了した鋼板の部分の長さを算出するステップと、
    前記制御部の第2の長さ取得手段が、前記板厚計と前記圧延機との間の長さを設備パラメータとして取得するステップと、
    前記制御部の第3の長さ取得手段が、前記回転計により測定された鋼板の送り出し量と前記開度計により測定された前記ワークロールのロールギャップおよび圧下荷重とに基づいて、圧延が完了していない前記鋼板の部分の圧延後の長さを算出するステップと、
    前記制御部の板厚制御目標算出手段が、前記第1の平均板厚取得手段と前記第2の平均板厚取得手段と前記第1の長さ取得手段と前記第2の長さ取得手段と前記第3の長さ取得手段との出力に基づいて前記板厚制御目標を算出するステップと、
    を含むことを特徴とする圧延機の制御方法。
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