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【発明の名称】 板厚制御方法および装置
【発明者】 【氏名】久山 修司

【氏名】加地 孝行

【要約】 【課題】圧延材先端部における応答性が良い、板厚精度が高い板厚制御方法および装置を提供することを目的とする。

【構成】i番目スタンドとi+1番目スタンドの間に設置したスタンド間厚み計により計測されたi番目スタンド出側板厚と、i番目スタンドとi+1番目スタンド間のルーパと圧延材とが接触したときの前記ルーパのルーパ角度に基づいて、i+1番目スタンド圧下位置およびi番目スタンドミル速度それぞれの指令値の補正を行う。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数スタンド間にルーパを有する熱間圧延機のi+1番目スタンド圧下位置、およびi番目スタンドミル速度を制御して圧延材の板厚を制御する板厚制御方法において、
i番目スタンドとi+1番目スタンドの間に設置したスタンド間厚み計により計測されたi番目スタンド出側板厚と、i番目スタンドとi+1番目スタンド間のルーパと圧延材とが接触したときの前記ルーパのルーパ角度に基づいて、前記圧下位置および前記ミル速度それぞれの指令値の補正を行うことを特徴とする板厚制御方法。
【請求項2】
請求項1に記載の板厚制御方法において、
前記圧下位置および前記ミル速度それぞれの指令値の補正値を、i+1番目スタンド出側板厚偏差を算出し、算出したi+1番目スタンド出側板厚偏差を用いて求めることを特徴とする板厚制御方法。
【請求項3】
複数スタンド間にルーパを有する熱間圧延機のスタンド圧下位置を制御するスタンド圧下位置制御装置と、スタンドミル速度を制御するスタンドミルモータ制御装置とを備えた圧延制御装置において、
スタンド間のループ量を計算するループ量計算装置と、
該ループ量計算装置で計算したループ量に基づいて圧下位置およびミル速度の補正値を求めて、スタンド圧下位置制御装置およびスタンドミルモータ制御装置に送る圧下・速度制御装置とを備え、圧延材の板厚を制御することを特徴とする板厚制御装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、圧延材先端部から板厚精度を向上させることが可能な板厚制御方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
出側板厚やスタンド間張力が目標値となるよう、圧下位置やミル速度を制御する方法としては、例えばスタンド入側に設けたX線厚み計等の板厚計で測定した圧延材長手方向一点の板厚偏差に応じて、全体をフィードフォワード制御する、いわゆるX線ダイナミックセットアップ法(X線DSUと称する)、入側のX線板厚計で測定した入側板厚偏差をトラッキングして、ミル直前の入側板厚偏差を計算し、該入側板厚偏差により発生する出側板厚偏差をフィードフォワードで修正するフィードフォワード自動板厚制御法(FF−AGC)、入側の板厚パターンに応じてフィードフォワードで制御するパターン制御、目標板厚と実績板厚の差を圧下位置指令にフィードバックする絶対値AGC等が行われている。
【0003】
また、予見制御理論を適用して、入側板厚の予測される履歴に応じて、出側板厚やスタンド間張力が目標値となるよう、圧下位置やミル速度を予測制御する、予見制御理論(Preview Control)を適用したAGC(いわゆるPV−AGC)が提案されている。
【0004】
このPV−AGCとしては、例えば、特許文献1に開示された技術がある。この技術では、上流側スタンドの圧延荷重実績と入側板厚の履歴から、当該スタンドの出側板厚の履歴を予測し、該予測される出側板厚の履歴をフィードフォワードの入力として、圧下位置を予見フィードフォワード制御すると共に、圧下速度にリミットを設けることにより、張力やマスフローの乱れを防ぐようにしている。
【特許文献1】特開平10−263647号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1で開示されている技術では、圧下操作により生じる張力やマスフローの乱れによるルーパ制御の外乱を抑えるため、圧下速度にリミットを設けているが、圧下速度にリミットを設けて制限しているために、板厚制御への応答が遅くなり、歩留が悪くなるという問題点がある。さらに、フィードバック制御に用いる出側板厚としてゲージメータ式による推定板厚を用いているため、板厚精度がゲージメータ式による推定板厚の精度に律則されるという問題点もあった。後者の問題点に対しては、下流側出側にスタンド間厚み計を追加することも考えられるが、X線などの計測遅れ、設置コストなどの面から完全な解決には至っていない。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、圧延材先端部における応答性が良い、板厚精度が高い板厚制御方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の請求項1に係る発明は、複数スタンド間にルーパを有する熱間圧延機のi+1番目スタンド圧下位置、およびi番目スタンドミル速度を制御して圧延材の板厚を制御する板厚制御方法において、i番目スタンドとi+1番目スタンドの間に設置したスタンド間厚み計により計測されたi番目スタンド出側板厚と、i番目スタンドとi+1番目スタンド間のルーパと圧延材とが接触したときの前記ルーパのルーパ角度に基づいて、前記圧下位置および前記ミル速度それぞれの指令値の補正を行うことを特徴とする板厚制御方法である。
【0008】
また本発明の請求項2に係る発明は、請求項1に記載の板厚制御方法において、前記圧下位置および前記ミル速度それぞれの指令値の補正値を、i+1番目スタンド出側板厚偏差を算出し、算出したi+1番目スタンド出側板厚偏差を用いて求めることを特徴とする板厚制御方法である。
【0009】
また本発明の請求項3に係る発明は、複数スタンド間にルーパを有する熱間圧延機のスタンド圧下位置を制御するスタンド圧下位置制御装置と、スタンドミル速度を制御するスタンドミルモータ制御装置とを備えた圧延制御装置において、スタンド間のループ量を計算するループ量計算装置と、該ループ量計算装置で計算したループ量に基づいて圧下位置およびミル速度の補正値を求めて、スタンド圧下位置制御装置およびスタンドミルモータ制御装置に送る圧下・速度制御装置とを備え、圧延材の板厚を制御することを特徴とする板厚制御装置である。
【発明の効果】
【0010】
本発明では、i番目スタンドとi+1番目スタンドの間に設置したスタンド間厚み計により計測されたi番目スタンド出側板厚と、i番目スタンドとi+1番目スタンド間のルーパと圧延材とが接触したときの前記ルーパのルーパ角度に基づいて、前記圧下位置および前記ミル速度それぞれの指令値の補正を行うようにしたので、圧延材先端部における応答性が良い、板厚精度が高い板厚制御を行なうことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明について図面および数式を参照して以下に具体的に説明する。
【0012】
図1は、本発明に係る全体装置構成例を示す図である。図1中、1はi番目スタンドのワークロール、2はi番目スタンドのバックアップロール、3はi+1番目スタンドのワークロール、4はi+1番目スタンドのバックアップロール、5はi番目スタンドのミル駆動モータ、6はi番目スタンドとi+1番目スタンド間に配置されたルーパ、7はi+1番目スタンドのスタンド圧下位置制御装置、8はルーパロール、9はルーパのルーパ角度検出器、10はi+1番目スタンドの荷重・圧下位置検出器、11はi番目スタンド出側に配置されたスタンド間厚み計、12はスタンドミルモータ制御装置、13は板厚制御装置、14はi+1番目スタンドの圧下位置補正指令、15はi番目スタンドのスタンドミル速度補正指令、16はi番目スタンドのスタンドミル速度実績、17はルーパ角検出器9によるルーパ角実績、18はスタンド間厚み計11による板厚実績、19は荷重・圧下位置検出器による荷重実績、20は荷重・圧下位置検出器による圧下位置、21はi+1番目のスタンドミル速度検出器による速度実績、30は圧延材、31および32は図示しないセットアップ制御装置からのミル速度指令値およびスタンド圧下位置指令値をそれぞれ表す。
【0013】
図2は、板厚制御装置の内部構成例を示す図である。本発明に係る板厚制御装置13は、図2のように、ループ量計算装置22と圧下・速度制御装置23とから構成され、ループ量計算装置22の出力は、圧下・速度制御装置23に送られ、最終的にi+1番目スタンドの圧下位置補正指令14およびi番目スタンドのスタンドミル速度補正指令15を出力する。
【0014】
出力されたi+1番目スタンドの圧下位置補正指令14は、図示しないセットアップ制御装置からのスタンド圧下位置指令値32に加算され、i+1番目スタンドのスタンド圧下位置制御装置7に送られ、同様に、出力されたi番目スタンドのスタンドミル速度補正指令15は、ミル速度指令値31に加算され、i+1番目スタンドのスタンド圧下位置制御装置7に送られる(図1)。
【0015】
以下、本発明の詳細な説明に入るが、使用する変数及び基本となるダイナミクスを表す数式をまとめて記載する。
【0016】
先ず使用する変数は、以下に示すものである。
:i番目スタンド圧下位置実績
:i番目スタンド出側被圧延材速度実績
:i番目スタンド入側被圧延材速度実績
:i番目スタンド出側板厚実績
:i番目スタンド入側板厚実績
:i番目スタンド圧延荷重実績
:i番目スタンド先進率実績
:i番目スタンド後進率実績
:i番目スタンドミル速度実績
:i番目スタンドミル定数
:i番目スタンド塑性定数
:i番目スタンドとi+1番目スタンドとのスタンド間距離
【0017】
(dP/dH):i番目スタンドでの荷重に対する入側板厚の影響係数
(df/dH):i番目スタンドでの先進率に対する入側板厚の影響係数
(df/dh):i番目スタンドでの先進率に対する出側板厚の影響係数
(db/dH):i番目スタンドでの後進率に対する入側板厚の影響係数
(db/dh):i番目スタンドでの後進率に対する出側板厚の影響係数
【0018】
GM:i番目スタンドゲージメータ板厚実績
ref:i番目スタンド目標出側板厚
AM:スタンド間厚み計により補正されたi番目スタンドゲージメータ板厚実績
LP:ルーパ6のルーパ角に相当するルーパがつくるループ量
est:i番目スタンドとi+1番目スタンド間ループ量推定値
est:i番目スタンド先進率推定値
est:i番目スタンド後進率推定値
ΔL:ループ量推定誤差
ΔS:i番目スタンド圧下位置補正量
ΔH:i番目スタンド入側板厚偏差
Δh:i番目スタンド出側板厚偏差
さらに、数式は次に示すものである。
【0019】
(A)圧延材通板速度計算式
=(1+f)・R・・・(1)
i+1=(1―bi+1)・Ri+1 ・・・(2)
(B)ループ量計算式
=W+∫(v―Vi+1)dt ・・・(3)
(C)板厚偏差計算式
Δh=hGM―href ・・・(4)
Δh=hAM―href ・・・(5)
ΔH=hi−1GM―hi−1ref ・・・(6)
ΔH=hi−1AM―hi−1ref ・・・(7)
Δh=(ΔL/Ri+1―(db/dH)i+1・∫ΔHdt)/(db/dh)+1/T ・・・(8)
【0020】
(D)先進率、後進率のダイナミクス
Δf=(df/dH)・ΔH+(df/dh)・Δh ・・・(9)
Δb=(db/dH)・ΔH+(db/dh)・Δh ・・・(10)
(E)圧下位置補正式
ΔS=Δh―ΔP/M ・・・(11)
ΔS=(M+Q)/M・Δh―(dP/dH)/M・ΔH ・・・(12)
(F)ミル速度補正式
ΔR/Rset=(Δhi+1/hi+1set―ΔHi+1/Hi+1set+Δfi+1/(1+fi+1set)―Δf/(1+fset)) ・・・(13)
(G)先進率、後進率補正式
=fset+Δf ・・・(14)
=bset+Δb ・・・(15)
(H)ループ量偏差式
ΔL=L―LLP ・・・(16)
【0021】
図3は、本発明で導入した3つのフェーズを説明する図である。第1フェーズは、スタンド間厚み計11により圧延材30の先端部板厚が計測されてから、第2フェーズがスタートするまで(すなわち、下流スタンドのワークロール3に圧延材30の先端部が噛み込む前まで)の間を指す。また第2フェーズは、下流スタンドに板が噛み込んでから、第3フェーズがスタートするまでの間を指す。さらに、第3フェーズは、ルーパ6が動き出しルーパロール8が圧延材30に接触するタイミングでスタートする。
【0022】
図4は、ループ量計算装置での処理を示すフローチャートである。Step401で、下流スタンドに圧延材を噛み込んだかを判断し、圧延材を噛み込んでいる場合に、ループ量を計算(Step402)して、圧下・速度制御装置23に計算したループ量Lを出力(Step403)する。
上述した3フェーズとの関係で言うと、ループ量計算装置22での処理は、圧延材を下流スタンドで噛み込み後、すなわち第1フェーズを除く、第2および3フェーズで行われる処理である。
【0023】
演算処理としては、hi+1GM、hAT、hi−1GMのトラッキング実績値を用いて、式(4)(5)(6)から先進率、後進率のダイナミクスを表す式(9)(10)を求め、さらに、(14)(15)式で先進率・後進率の補正を行った後、(1)(2)式で圧延材通板速度を計算し、最終的に(3)式でループ量Lを計算する。なお、最初の板厚偏差計算では、i番目スタンドについては(5)式を、i+1番目スタンドについては(4)式を用いるものとする。
【0024】
図5および6は、圧下・速度制御装置での処理を示すフローチャートである。先ず図5で説明すると、Step101にて、圧延材の先端がスタンド間厚み計の計測範囲に到着して、板厚データが計測されているかどうかを判断する。板厚データが入力されなければ、板厚データが得られるまでこの判断を繰り返し、板厚データが得られたならば、Step102の圧延材の先端を下流スタンドで噛み込んだかどうかを判断を行う。
【0025】
Step102で下流スタンド噛み込みがなければ、破線で囲んだStep103およびStep104の圧下・ミル速度の補正量計算および補正指令出力を、下流スタンド噛み込みが行われるまで行う(すなわち、第1フェーズの間)。Step102で下流スタンド噛み込みがあると判断したならば、A(第2・3フェーズの処理を示す図6)に進む。
【0026】
Step103での圧下・ミル速度の補正量計算では、(7)式を(12)式に代入し、i+1番目スタンドの圧下補正量ΔSi+1を計算し、(5)(6)(7)(9)式を(13)式に代入し、i番目スタンドのミル速度補正量ΔRを計算する。この演算では、Δhi+1=0とし、Δhは(5)式により、ΔHi+1は(7)式により、ΔHは(6)式により計算する。なお、第1フェーズ内であれば、上記補正計算と補正指令を複数回行っても構わない。
【0027】
次に、図6を用いて、第2および3フェーズの処理を説明する。図5からStep200のルーパが圧延材に接触したかどうかの判断にて、第2および3フェーズの処理を分けている。ルーパ接触なしでStep201および202の第2フェーズの処理を行い、ルーパ接触ありでStep301および302の第3フェーズの処理を行った後、処理を終了するという流れをとる。
【0028】
第2フェーズでは、i+1番目スタンドに板が噛み込んだ後からi番目スタンドとi+1番目スタンド間に配置されたルーパと圧延材とが接触するまでのタイミングで、(4)式を(11)式に代入し、i+1番目スタンドの圧下補正量ΔSi+1を計算し、(5)(6)(7)(9)式から(13)式により、i番目スタンドのミル速度補正量ΔRを計算(Step201)して、補正指令を送る(Step202)。この演算では、Δhi+1=0とし、Δhは(5)式により、ΔHi+1は(7)式により、ΔHは(6)式により計算し、hi+1GM、hAT、Hi+1AT、HGMはトラッキング実績値を用いる。なお、前述した第1フェーズでの演算のように、第2フェーズ内であれば、上記補正計算と補正指令を複数回行っても構わない。
【0029】
第3フェーズでは、i番目スタンドとi+1番目スタンド間に配置されたルーパと圧延材とが接触するタイミングにおいて、(16)(8)式から(12)式により、i+1番目スタンドの圧下補正量ΔSi+1を求める(Step301)。ループ量Lと∫ΔHdtの値は、ループ量計算装置22から送られてくるものを使用する。
【0030】
また、(5)(6)(7)(9)式から(13)式により、i番目スタンドのミル速度補正量ΔRを計算(Step301)して、圧下補正量ΔSi+1とともに補正指令として送る(Step302)。ただし、Δhi+1=0とし、Δhは(5)式により、ΔHi+1は(7)式により、ΔHは(6)式により計算し、hi+1GM、hAT、Hi+1AT、HGMはトラッキング実績値を用いる。
【実施例】
【0031】
7スタンドを有する熱間仕上タンデム圧延機の第4番目スタンド(F4)と第5番目スタンド(F5)間をモデルにした数値シミュレーションの一例を実施例として示す。このシミュレーションでは、仕上厚2mmの低炭素鋼を模擬し、F4入側板厚に500μm±30μmの偏差を付加している。また、ゲージメータ式に100μmの誤差を付加している。
【0032】
本発明の効果を確認するために、本発明と、従来技術として前述のダイナミックセットアップ(DSU)+絶対値AGCとの比較を行った。なお、特許文献1の開示技術との比較は、詳細仕様等不明点があるため、行っていない。
【0033】
図7は、本発明と従来技術との比較結果の一例を示す図である。横軸が時間、縦軸がF5出側板厚実績を表している。図7から、従来技術より本発明では、より先端部で板厚偏差が0、すなわち目標厚に追従できていることが確認できる。また、従来技術では、板厚偏差にオフセットが残っており、これは、ゲージメータ式の精度が悪い(上述した100μmの誤差付加)ため生じている現象であり、ゲージメータ式の精度良し悪しが板厚制御に影響していることも確認できた。
【0034】
さらに、図8は、本発明適用時のF4出側板速度とF5入側板速度の時間推移結果を示す図である。図には、F4ミル速度補正量も合わせて載せており、これによりF4ミル速度が補正されることにより、F4出側板速度がF5間入側板速度に追従しているのが分かる。F4出側板速度とF5間入側板速度の差を時間積分した量が、ループ量としてスタンド間に蓄積されることとなる。
【0035】
図9は、ループ量の時間推移の比較を示す図である。従来技術では、時間が経つにしたがってループ量が暫時増えているが、本発明では、ループ量が適正な範囲に抑えられていることが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明に係る全体装置構成例を示す図である。
【図2】板厚制御装置の内部構成例を示す図である。
【図3】本発明で導入した3つのフェーズを説明する図である。
【図4】ループ量計算装置での処理を示すフローチャートである。
【図5】圧下・速度制御装置での処理(第1フェーズ)を示すフローチャートである。
【図6】圧下・速度制御装置での処理(第2・3フェーズ)を示すフローチャートである。
【図7】本発明と従来技術との比較結果の一例を示す図である。
【図8】本発明適用時のF4出側板速度とF5入側板速度の時間推移結果を示す図である。
【図9】ループ量の時間推移の比較を示す図である。
【符号の説明】
【0037】
1 i番目スタンドのワークロール
2 i番目スタンドのバックアップロール
3 i+1番目スタンドのワークロール
4 i+1番目スタンドのバックアップロール
5 i番目スタンドのミル駆動モータ
6 i番目スタンドとi+1番目スタンド間に配置されたルーパ
7 i+1番目スタンドのスタンド圧下位置制御装置
8 ルーパロール
9 ルーパのルーパ角度検出器
10 i+1番目スタンドの荷重・圧下位置検出器
11 i番目スタンド出側に配置されたスタンド間厚み計
12 スタンドミルモータ制御装置
13 板厚制御装置
14 i+1番目スタンドの圧下位置補正指令
15 i番目スタンドのスタンドミル速度補正指令
16 i番目スタンドのスタンドミル速度実績
17 ルーパ角実績
18 板厚実績
19 荷重・圧下位置検出器による荷重実績
20 荷重・圧下位置検出器による圧下位置
21 i+1番目のスタンドミル速度検出器による速度実績
22 ループ量計算装置
23 圧下・速度制御装置
30 圧延材
31 ミル速度指令値
32 スタンド圧下位置指令値
【出願人】 【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
【出願日】 平成18年6月30日(2006.6.30)
【代理人】 【識別番号】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎

【識別番号】100130834
【弁理士】
【氏名又は名称】森 和弘


【公開番号】 特開2008−6479(P2008−6479A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−180747(P2006−180747)