JPWO2009037766A1 - 板厚制御装置 - Google Patents

Abstract

バックアップロールの油膜軸受けの油膜厚さと圧延材の変形抵抗との圧延速度に対する変化を考慮して板厚制御を行うことにより、圧延機出側における目標板厚と実板厚との偏差を、全速度領域に対して小さくすることができ、良好な製品を生産することができる板厚制御装置を提供する。このため、圧延機によって圧延される圧延材を所定の目標板厚に制御する板厚制御装置において、圧延速度に起因して油膜軸受けの油膜厚さが変化し、ギャップが増減することを補償するための油膜厚補償値と、圧延速度に起因して圧延材の変形抵抗が変化し、圧延機出側の板厚が増減することを補償するための加速補償値とを演算し、演算された各補償値も考慮して、予測板厚と目標板厚との偏差を演算する。

Description

この発明は、圧延機によって圧延される圧延材を所定の目標板厚に制御する板厚制御装置に関するものである。

圧延材を圧延する圧延機においては、圧延機出側の板厚精度が、製品の品質を左右する大きな要因となっている。また、このような圧延技術においては、バックアップロールの油膜軸受けの油膜厚さが変化すると、圧延機出側の板厚精度に影響を与えてしまうことが知られている。このため、従来から、圧延機出側の板厚精度を向上させるため、上記油膜軸受けの油膜厚さに起因する圧延機出側の板厚変化を補正する技術が検討されている。

例えば、従来技術として、圧延機出側の板厚を目標板厚に近づけるため、油膜軸受けの油膜厚さを考慮して、圧下位置を決定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

日本特開昭５８−２１２８０６号公報

特許文献１記載のものでは、油膜軸受けの油膜厚さを考慮した板厚制御が行われているが、板厚制御に際し、圧延速度による油膜厚さの変化や圧延材の変形抵抗の変化の影響が考慮されていない。このため、圧延速度が変化した場合に製品の品質が悪化するといった問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、バックアップロールの油膜軸受けの油膜厚さと圧延材の変形抵抗との圧延速度に対する変化を考慮して板厚制御を行うことにより、圧延機出側における目標板厚と実板厚との偏差を、全速度領域に対して小さくすることができ、良好な製品を生産することができる板厚制御装置を提供することである。

この発明に係る圧延機の板厚制御装置は、圧延機によって圧延される圧延材を所定の目標板厚に制御する板厚制御装置であって、圧延材を圧延する上下ワークロールと、上下ワークロールに上下から接触し、油膜軸受けによって回動自在に支持された上下バックアップロールと、圧延機に掛かる荷重を測定する荷重測定装置と、上下ワークロール間に形成されたギャップを測定するギャップ測定装置と、圧延速度を測定する圧延速度測定装置と、所定の板厚演算式によって算出された予測板厚、及び、目標板厚に基づいて、圧延機出側における圧延材の板厚を目標板厚に近づけるように、ギャップを制御する自動板厚制御装置と、を備え、自動板厚制御装置は、圧延速度に起因して油膜軸受けの油膜厚さが変化し、ギャップが増減することを補償するため、圧延速度測定装置の測定結果に基づいて、圧延速度に対するギャップの油膜厚補償値を演算する油膜厚補償値演算部と、圧延速度に起因して圧延材の変形抵抗が変化し、圧延機出側の板厚が増減することを補償するため、圧延速度測定装置の測定結果に基づいて、圧延速度に対する圧延機出側の板厚の加速補償値を演算する加速補償値演算部と、荷重測定装置及びギャップ測定装置の各測定結果、並びに、圧延機のミル定数、演算された油膜厚補償値及び加速補償値に基づいて、予測板厚と目標板厚との偏差を演算する偏差演算部と、を備えたものである。

この発明によれば、バックアップロールの油膜軸受けの油膜厚さと圧延材の変形抵抗との圧延速度に対する変化を考慮して板厚制御を行うことにより、圧延機出側における目標板厚と実板厚との偏差を、全速度領域に対して小さくすることができ、良好な製品を生産することができるようになる。

この発明の実施の形態１における板厚制御装置を示す構成図である。 加速前の圧延機の状態を示す図である。 加速時の圧延機の状態を示す図である。 ロール速度と油膜軸受けの油膜厚さとの関係を示す図である。 変形速度と変形抵抗との関係を示す図である。

符号の説明

１ 圧延材、 ２ 上ワークロール、 ３ 下ワークロール、
４ 上バックアップロール、 ５ 下バックアップロール、
６ 油膜軸受け、 ７ 潤滑油、 ８ 軸、 ９ ロール表面、 １０ 軸、
１１ ロール表面、 １２ 荷重測定装置、 １３ 自動板厚制御装置、
１４ 油膜厚補償値演算部、 １５ ベンダー補償値演算部、
１６ 加速補償値演算部、 １７ 偏差演算部

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における板厚制御装置を示す構成図、図２は加速前の圧延機の状態を示す図、図３は加速時の圧延機の状態を示す図、図４はロール速度と油膜軸受けの油膜厚さとの関係を示す図、図５は変形速度と変形抵抗との関係を示す図である。

図１乃至図５において、１は圧延機によって圧延される金属材料等からなる圧延材、２は上ワークロール、３は下ワークロールである。圧延材１は、上下ワークロール２及び３によって上下から圧延される。４は上ワークロール２に上方から接触する上バックアップロール、５は下ワークロール３に下方から接触する下バックアップロールである。上下バックアップロール４及び５は、油膜軸受け６によって、それぞれ回動自在に支持されている。なお、７は各油膜軸受け６内の潤滑油を、また、８は上バックアップロール４の軸、９は上バックアップロール４のロール表面、１０は下バックアップロール５の軸、１１は下バックアップロール５のロール表面を、それぞれ示している。

また、図１に示す板厚制御装置には、油圧圧下装置や、クラウン形状を良好に制御するためのベンダー圧力制御装置、圧延機に掛かる荷重を測定するための荷重測定装置１２、上下ワークロール２及び３間に形成されるロールギャップＰを測定するギャップ測定装置、圧延速度即ちロール速度を測定する圧延速度測定装置、自動板厚制御装置１３等が備えられている。

自動板厚制御装置１３は、所定の板厚演算式によって算出された予測板厚と所定の目標板厚とに基づいて、圧延機出側における圧延材１の板厚を上記目標板厚に近づけるように、上記ロールギャップＰを制御する。自動板厚制御装置１３には、例えば、油膜厚補償値を演算する油膜厚補償値演算部１４、ベンダー補償値を演算するベンダー補償値演算部１５、加速補償値を演算する加速補償値演算部１６、予測板厚と目標板厚との偏差を演算する偏差演算部１７が備えられる。

油膜厚補償値は、圧延速度に起因して油膜軸受け６の油膜厚さが変化した際に生じる、ロールギャップＰの増減を補正するためのものである。上記油膜厚補償値演算部１４は、圧延速度測定装置の測定結果に基づいて、圧延速度に対するロールギャップＰの油膜厚補償値を演算する。また、ベンダー補償値は、上下ワークロール２及び３に掛かる荷重と圧延材１に掛かる荷重との差を補正するためのものである。加速補償値は、圧延速度に起因して圧延材１の変形抵抗が変化した際に生じる、圧延機出側の板厚の増減を補正するためのものである。上記加速補償値演算部１６は、圧延速度測定装置の測定結果に基づいて、圧延速度に対する圧延機出側の板厚の加速補償値を演算する。

そして、偏差演算部１７は、荷重測定装置１２及びギャップ測定装置の各測定結果と、圧延機のミル定数と、演算された油膜厚補償値及びベンダー補償値、加速補償値とに基づいて、予測板厚と目標板厚との偏差を演算する。
以下に、自動板厚制御装置１３の具体的内容について説明する。

従来、圧延機出側の予測板厚は、次式によって求められていた。
ｈ_ｎ＝Ｆ_ｎ／Ｍ_ｎ＋Ｓ （１）
ここで、ｈ：圧延機出側板厚、Ｆ：圧延機に掛かる荷重、Ｍ：ミル塑性係数（ミル定数）、ｎ：対象圧延機、Ｓ：ＧＡＰ ＦＢＫを示している。上記式（１）においては、予測板厚の算出に際し、圧延機に掛かる荷重Ｆ及びロールのミル定数Ｍしか考慮されていない。即ち、油膜軸受け６の潤滑油７に関しては、何も考慮されていなかった。

しかし、実際には、図２及び図３に示すように、ロール回転が加速されると、潤滑油７がそれぞれ軸８及び１０全体を覆うようになる。即ち、軸８及び１０の周囲に形成される油膜の厚さが均一になるように、上下バックアップロール４及び５が移動する。このため、図２に示す状態から上バックアップロール４が下方に、下バックアップロール５が上方に移動して、ロールギャップＰが閉められる（図３参照）。その結果、ロール回転の加速時は、加速前と比較して圧延機に掛かる荷重Ｆが大きくなる。一方、実材料における出側板厚は、加速しても一定である。

上記式（１）によれば、ＧＡＰ ＦＢＫが一定のまま圧延機に掛かる荷重が大きくなると、圧延機出側の板厚ｈは厚くなっていると認識される。熱間仕上げ圧延機における従来の板厚制御では、式（１）に基づいて制御が行われていたため、圧延速度が速くなるとロールギャップを閉め込むための制御が行われていた。したがって、実材料の厚さが一定であるにも関わらずロールギャップが閉め込まれ、圧延機出側の実材料が薄くなるといった問題があった。

そこで、上記自動板厚制御装置１３においては、加速による上記ロールギャップ閉め込み量を補正するため、油膜厚補償値演算部１４に、油膜厚補償値を算出するための所定の関数を予め記憶させておく。なお、この関数は、圧延速度を変数とするものであり、圧延速度が速くなるに従って出力値が大きくなるように構成される。そして、偏差演算部１７は、荷重測定装置１２及びギャップ測定装置の各測定結果、並びに、ミル定数に基づいて得られた板厚から、圧延速度測定装置の測定結果に基づいて得られた油膜厚補償値を減算することにより、予測板厚を算出する。以上により、予測板厚と圧延機出側の実板厚との差を小さくすることが可能となる。

具体的には、上記油膜厚補償値を導くための関数を求めるため、圧延機に掛かる荷重が所定値になるようにロールギャップＰを設定した状態で、バックアップロール４及び５の回転数を低速域から高速域に、また、逆に高速域から低速域に変更し、その時の荷重の変化を測定する。更に、圧延機に掛かる荷重を変えて、上記と同様に圧延速度を加減速させた時の荷重を測定する（図４参照）。そして、測定して得られた圧延速度及び荷重の関数をミル定数で割ることにより、ロール回転数（圧延速度）とロールギャップ閉め込み量との関係を導き出す。なお、油膜厚さはロール速度に関係があることも解っている。したがって、上記導き出された関数を油膜厚補償値として採用することにより、自動板厚制御装置１３の上記機能を実現させる。

また、一般に、圧延機では、ワークロール２及び３に設けられたＷＲベンダーによって、クラウン形状を向上させるための制御が行われている。したがって、ＷＲベンダー荷重が変化することにより、ロールに掛かる荷重も変化する。例えば、中伸びを目的としてＷＲベンダー圧を大きくすると、ロールが持ち上げられることによりロールに掛かる荷重は小さくなる。しかし、実際には、材料にはＷＲベンダー分の荷重も掛かっているため、ロールに掛かる荷重と材料に掛かる荷重とは異なることになる。したがって、ベンダー補償値演算部１５は、この差を補正するため、ＷＲベンダー圧の変化によって生じる荷重分をロールに掛かる荷重から減算する補償を実施する。

自動板厚制御装置１３は、圧延機出側の予測板厚の計算を次式によって実施する。
Ｆ_Ｂｃ＝Ｆｂ＋Ｆｂ_ＳＥＴ
Ｓ_ｏｉｌｃ＝Ｓ_ｏｉｌ＋Ｓ_ｏｉｌ０
Ｓ_ｍ＝（Ｆ−Ｆ_Ｂｃ）／Ｍ−Ｓ_ｏｉｌｃ
ｈ＝Ｓ_ｍ＋Ｓ （２）
ここで、Ｆｂ：ＷＲベンダー荷重［Ｎ］（Ｒｏｌｌ ｂｅｎｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）、Ｆｂ_ＳＥＴ：ＷＲベンダー設定荷重［Ｎ］（Ｒｏｌｌ ｂｅｎｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ）、Ｆ_Ｂｃ：ＷＲベンダー補償値［ｍｍ］（Ｒｏｌｌ ｂｅｎｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）、Ｓ_ｏｉｌ：油膜厚［ｍｍ］（Ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、Ｓ_ｏｉｌ０：ゼロ調時の油膜厚［ｍｍ］（Ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｎ ｚｅｒｏｉｎｇ）、Ｓ_ｏｉｌｃ：油膜厚補償値［ｍｍ］（Ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）、Ｓ_ｍ：ミル伸び量［ｍｍ］（Ｍｉｌｌ ｓｔｒｅｔｃｈ ｉｎ ｚｅｒｏｉｎｇ）、ｈ：出側板厚（ゲージメータ厚）［ｍｍ］（Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、Ｍ：ミル定数（ミル剛性）［Ｎ／ｍｍ］である。

また、圧延速度を速くすると、材料が圧延機で圧下される速度が速くなる。即ち、図５に示すように、圧延速度が速くなると、歪み速度が速くなり変形抵抗が高くなる。ここで、変形抵抗が高くなるということは、ミル定数が高くなることと同じ意味であるため、変形抵抗が高くなると実際の圧延機出側の板厚は薄くなる。一方、変形抵抗が高くなっても、式（１）で使用されている荷重実績及びロールギャップ実績に、その影響は現れない。

即ち、上記（１）を用いて導き出される圧延機出側の板厚に変化がないにも関わらず、圧延機出側の実際の板厚（実板厚）は薄くなり、目標板厚と実板厚との偏差が大きくなってしまう。自動板厚制御装置１３は、このロール速度による板厚偏差を補正するため、圧延速度とロールギャップの開度との関数を、板厚制御の補正量として追加する。

一般に、圧延機における板厚制御は、次式が０となるように、ロールギャップＰを制御することによって実施されている。
Δｈ＝ｈ−ｈ（目標値） （３）
ここで、Δｈ：板厚偏差である。
しかし、圧延速度が速くなると、上述のように、歪み速度が速くなって変形抵抗が高くなる。このため、圧延速度が速くなると、実際の板厚ｈは薄くなり、実際のΔｈは正の値に増えていく。

しかし、自動板厚制御においては圧延機出側の板厚が目標値より厚くなっていることになるため、自動板厚制御装置１３は、ロールギャップＰを閉めるように指令を出力する。即ち、圧延機出側の実板厚が目標板厚よりも薄くなっているにも関わらず、更に板厚を薄くするような制御が行われてしまう。

なお、上記板厚変動は、ミル剛性の圧延速度に対する変化によるものであるため、本来であれば、ゲージメータ板厚演算式に、速度による補正を追加する必要がある。しかし、圧延速度が速いため、補正したゲージメータ板厚演算に対して制御を行っていては、応答が遅くなる恐れがある。

そこで、自動板厚制御装置１３においては、加速による上記板厚変動を補正するため、加速補償値演算部１６に、加速補償値を算出するための所定の関数ｆ（ｖ）を予め記憶させておく。なお、この関数は、圧延速度を変数とするものであり、圧延速度が速くなるに従って出力値が大きくなるように構成される。そして、偏差演算部１７は、加速補償値を用いないで予測板厚を算出した後、この予測板厚から目標板厚を減算した値に、圧延速度測定装置の測定結果に基づいて得られた加速補償値を加算することにより、板厚偏差Δｈを算出する。
Δｈ＝ｈ−ｈ（目標値）＋ｆ（ｖ） （４）
自動板厚制御装置１３は、式（４）によって得られた板厚偏差Δｈが０に近づくように、ロールギャップＰを制御する。

この発明の実施の形態１によれば、バックアップロール４及び５の油膜軸受け６の油膜厚さと圧延材１の変形抵抗との圧延速度に対する各変化を考慮して板厚制御を行うことにより、圧延機出側の目標板厚と実板厚との偏差を、全速度領域に対して小さくすることができ、良好な製品を生産することができるようになる。
即ち、油膜補償と加速補償とを併用することにより、高速圧延及び低速圧延に関わらず、常時最適な板厚制御が実現でき、板厚精度を向上させることが可能になる。

以上のように、この発明にかかる板厚制御装置によれば、油膜補償と加速補償との併用によって全速度領域において最適な板厚制御が可能になる。したがって、高速延圧、低速延圧に関わらず、熱間延圧及び冷間延圧の双方の自動板厚制御（ＡＧＣ）に対応が可能である。

Claims (3)

1. 圧延機によって圧延される圧延材を所定の目標板厚に制御する板厚制御装置であって、
   前記圧延材を圧延する上下ワークロールと、
   前記上下ワークロールに上下から接触し、油膜軸受けによって回動自在に支持された上下バックアップロールと、
   前記圧延機に掛かる荷重を測定する荷重測定装置と、
   前記上下ワークロール間に形成されたギャップを測定するギャップ測定装置と、
   圧延速度を測定する圧延速度測定装置と、
   所定の板厚演算式によって算出された予測板厚、及び、前記目標板厚に基づいて、前記圧延機出側における前記圧延材の板厚を前記目標板厚に近づけるように、前記ギャップを制御する自動板厚制御装置と、
   を備え、
   前記自動板厚制御装置は、
   圧延速度に起因して前記油膜軸受けの油膜厚さが変化し、前記ギャップが増減することを補償するため、前記圧延速度測定装置の測定結果に基づいて、圧延速度に対する前記ギャップの油膜厚補償値を演算する油膜厚補償値演算部と、
   圧延速度に起因して前記圧延材の変形抵抗が変化し、前記圧延機出側の板厚が増減することを補償するため、前記圧延速度測定装置の測定結果に基づいて、圧延速度に対する前記圧延機出側の板厚の加速補償値を演算する加速補償値演算部と、
   前記荷重測定装置及び前記ギャップ測定装置の各測定結果、並びに、前記圧延機のミル定数、演算された前記油膜厚補償値及び前記加速補償値に基づいて、前記予測板厚と前記目標板厚との偏差を演算する偏差演算部と、
   を備えたことを特徴とする板厚制御装置。
2. 油膜厚補償値は、圧延速度が速くなるに従って出力値が大きくなる関数によって算出され、
   偏差演算部は、荷重測定装置及びギャップ測定装置の各測定結果、並びに、圧延機のミル定数に基づいて得られた板厚から、前記圧延速度測定装置の測定結果に基づいて得られた前記油膜厚補償値を減算することにより、予測板厚を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の板厚制御装置。
3. 加速補償値は、圧延速度が速くなるに従って出力値が大きくなる関数によって算出され、
   偏差演算部は、予測板厚から目標板厚を減算した値に、前記圧延速度測定装置の測定結果に基づいて得られた前記加速補償値を加算することにより、前記予測板厚と前記目標板厚との偏差を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の板厚制御装置。

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