(57)【要約】【課題】多段圧延機において、尾端部の板厚制御を確実に行えると共に操業安定性を向上させることができるようにする。【解決手段】多段圧延機１に備えられた複数の圧延スタンド２で圧延される張力を制御することで圧延材Ｗの尾端部１１の板厚を制御する方法であって、ｉ番目の圧延スタンド２における圧延材Ｗの尾端部１１のスタンド抜けタイミングを計測し、スタンド抜けタイミングからｉ＋１番目の圧延スタンドにおける尾端部１１の次スタンド抜けタイミングを予測し、次スタンド抜けタイミングにおけるｉ＋１番目の圧延スタンド２とｉ＋２番目の圧延スタンド２間の張力値が零に近づくように、ｉ＋１番目の圧延スタンド２とｉ＋２番目の圧延スタンド２間の目標張力値を用意して、スタンド抜けタイミングから次スタンド抜けタイミング間は、目標張力値を基にｉ＋１番目の圧延スタンド２とｉ＋２番目の圧延スタンド２間の張力値を制御する。【選択図】図５
2011000633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧延スタンドが備えられた多段圧延機で圧延される圧延材の尾端部の張力を制御する方法であって、
ｉ番目の圧延スタンドにおける圧延材の尾端部のスタンド抜けタイミングを計測し、
前記スタンド抜けタイミングを基に、ｉ＋１番目の圧延スタンドにおける尾端部の次スタンド抜けタイミングを予測し、
予測された次スタンド抜けタイミングに達するまでに、ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値が零に漸近するような目標張力カーブを用意し、
スタンド抜けタイミングから次スタンド抜けタイミング間は、目標張力カーブに従って変化するように、ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値を制御することを特徴とする多段圧延機における尾端部の張力制御方法。
【請求項２】
前記目標張力カーブと制御系モデルから得られる張力実績値の予測値との差が最小となるように、当該目標張力カーブを求めることを特徴とする請求項１に記載の多段圧延機における尾端部の張力制御方法。
【請求項３】
複数の圧延スタンドが備えられた多段圧延機で圧延される圧延材の尾端部の張力を制御する装置であって、
ｉ番目の圧延スタンドにおける圧延材の尾端部のスタンド抜けタイミングからｉ＋１番目の圧延スタンドにおける尾端部の次スタンド抜けタイミングを予測する予測部と、
ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値が零に漸近するような目標張力カーブを演算する目標張力演算部と、
前記スタンド抜けタイミングから次スタンド抜けタイミング間は、前記目標張力カーブを基にｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値を制御する張力制御部とを備えていることを特徴とする多段圧延機における尾端部の張力制御装置。
【請求項４】
前記目標張力演算部は、前記目標張力カーブと制御系モデルから得られる張力実績値の予測値との差が最小となるように、当該目標張力カーブを求めることを特徴とする請求項３に記載の多段圧延機における尾端部の張力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の圧延スタンドを備えた多段圧延機で圧延材を連続圧延する際に用いられ、操業安定性を向上させると共に製品精度を向上させることが可能な多段圧延機における尾端部の張力制御方法及び多段圧延機における尾端部の張力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄鋼板や薄アルミ板等の圧延材は、複数の圧延スタンドを有する多段連続圧延機により、熱間圧延や冷間圧延で製造されている。多段圧延機における最終製品の評価基準のひとつとして板厚があり、板厚を適正なものとすべく、様々な制御技術（板厚制御技術）が開発されている。
ところが、圧延材の先端部や尾端部においては、圧延材が無張力状態であったり圧延速度が大きく変化する非定常状態であり、板厚の制御には、定常部とは異なった制御が必要とされている。特に、圧延材の尾端部は、従来、板厚制御が積極的に行われていない部分であり、この部分の板厚制御を確実に行うことで、製品精度を向上させ製品歩留まりなどを上げることができる。
【０００３】
圧延材の尾端部の板厚制御に関して、例えば、特許文献１に開示された技術がある。
特許文献１は、仕上げスタンド出側板厚計で実測した板厚偏差を記憶装置に記憶し、圧延材尾端が第（ｎ−１）スタンド抜け時に発生する第ｎスタンド直下での板厚増加量に対し、記憶装置に記憶された実測板厚偏差を板厚増加量補正演算装置に入力させることにより、増加補正量を求める。この補正量で補正された板厚増加量を尾端用圧下位置指令演算装置に入力し、圧下位置指令を求め自動圧下位置制御装置を使い尾端板厚制御を行う技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３４５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示された尾端板厚制御は、板厚制御系のみを重視しているものであり、圧延の安定性に対する考慮が不十分である。また、当該圧延材の実績値を基にした次圧延材の制御手法であるため、当該圧延材に対しての改善がなされない等の問題点がある。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、多段圧延機において、尾端部の板厚制御を確実に行えると共に操業安定性を向上させることができる多段圧延機における尾端部の張力制御方法及び多段圧延機における尾端部の張力制御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】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の多段圧延機における尾端部の張力制御方法は、複数の圧延スタンドが備えられた多段圧延機で圧延される圧延材の尾端部の張力を制御する方法であって、ｉ番目の圧延スタンドにおける圧延材の尾端部のスタンド抜けタイミングを計測し、前記スタンド抜けタイミングを基に、ｉ＋１番目の圧延スタンドにおける尾端部の次スタンド抜けタイミングを予測し、予測された次スタンド抜けタイミングに達するまでに、ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値が零に漸近するような目標張力カーブを用意し、スタンド抜けタイミングから次スタンド抜けタイミング間は、目標張力カーブに従って変化するように、ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値を制御する点にある。
【０００７】
前記目標張力カーブと制御系モデルから得られる張力実績値の予測値との差が最小となるように、当該目標張力カーブを求めることが好ましい。
本発明の多段圧延機における尾端部の張力制御装置は、複数の圧延スタンドが備えられた多段圧延機で圧延される圧延材の尾端部の張力を制御する装置であって、ｉ番目の圧延スタンドにおける圧延材の尾端部のスタンド抜けタイミングからｉ＋１番目の圧延スタンドにおける尾端部の次スタンド抜けタイミングを予測する予測部と、ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値が零に漸近するような目標張力カーブを演算する目標張力演算部と、前記スタンド抜けタイミングから次スタンド抜けタイミング間は、前記目標張力カーブを基にｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値を制御する張力制御部とを備えている点にある。
【０００８】
前記目標張力演算部は、前記目標張力カーブと制御系モデルから得られる張力実績値の予測値との差が最小となるように、当該目標張力カーブを求めることが好ましい。
これにより、圧延材の尾端部が圧延スタンドから抜けた時点において、圧延材の尾端部側における張力の変動を抑えることができ、尾端部側の急激な張力変動によって当該尾端部の板厚変化も抑制することができる。即ち、圧延材の尾端部が圧延スタンドから抜ける度に発生していた尾端部側の張力が急激な変動を極力抑制することができるため、尾端部側の板厚制御を確実に行うことができると共に、操業安定性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、尾端部の板厚制御を確実に行えると共に操業安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明にかかる多段圧延機を模式的に示した図である。
【図２】圧延材の尾端部が圧延スタンドから抜けたときの状況図であって、ａ）尾端部がｉ番目の圧延スタンドから抜けた状況を示し、ｂ）尾端部がｉ番目の圧延スタンドから抜けて尾端部が無張力になった状況を示し、ｃ）尾端部がｉ＋１番目の圧延スタンドから抜けたときの状況を示している。
【図３】スタンド抜けタイミング及び次スタンド抜けタイミングにおける張力値の変化図である。
【図４】本発明にかかる板厚制御の手順を示したフローチャートである。
【図５】本発明の方法及び装置（本手法）により目標張力値（目標張力カーブ）を用いた結果と、従来の方法（従来法）により目標張力値を用いた結果とを示したものである。
【図６】多段圧延機により圧延材の尾端部を圧延した本手法と従手法とに結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図１は、本実施形態の多段圧延機１（連続圧延機）を模式的に示した図である。
図１に示す通り、多段圧延機１は、複数の圧延スタンド２と、コイル巻き取り機３と、各圧延スタンド２のギャップ量の制御や圧延ロール５の回転速度の制御等を行う張力制御系４とを備える。
【００１２】
各圧延スタンド２は、上下の圧延ロール５，５（ワークロール）とそれぞれの圧延ロール５をバックアップするバックアップロール６を備える。圧延スタンド２の圧延ロール５は、電動機（図示せず）で駆動されているが、この電動機は、張力制御系４からの指令に基づき回転速度を調整できるようになっている。また、各圧延スタンド２には、圧延荷重を測定する荷重計７（ロードセル）が備えられる。上下の圧延ロール５の間隔は、油圧又は電動機で駆動される圧下装置（図示せず）によって、ギャップ調整可能な構造になっている。
【００１３】
各圧延スタンド２間出側には、圧延材Ｗの板厚を検出する板厚検出計８が設けられる。また、各圧延スタンド２，２間の張力を検出するルーパ１０が設けられている。
この多段圧延機１においては、圧延材Ｗは、複数の圧延スタンド２を通ることで、所望の板厚、板幅、板クラウンの製品板へと圧延され、コイル巻き取り機３で巻き取られ次の工程へと搬送される。
さて、圧延材Ｗの尾端部１１が所定のｉ番目の圧延スタンドから抜けたときを考えると、ｉ番目の圧延スタンドと、その下流側に位置するｉ＋１番目の圧延スタンドとの間においては、圧延材Ｗの尾端部１１側の張力が急激に減少して零となる。このように、圧延材Ｗの尾端部１１が圧延スタンドから抜けたことにより、張力が急激に減少すると、尾端部１１の板厚が安定しないことがある。なお、下記の説明において、下流側に位置する毎に、圧延スタンドがｉだけ増加する（ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２・・・）ものとする。
【００１４】
そこで、本発明では、まず、図２（ａ）に示すように、圧延材Ｗの尾端部１１が所定のｉ番目の圧延スタンドから抜けたタイミング（スタンド抜けタイミング）を計測する。そして、スタンド抜けタイミングから次の圧延スタンド（ｉ＋１番目の圧延スタンド）における尾端部１１の抜けるタイミング（次スタンド抜けタイミング）を予測する。
その上で、図２（ｂ）に示すように、スタンド抜けタイミングから次スタンド抜けタイミングまでの間において、ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンドとの間での張力は、目標張力カーブ（目標張力値）によって張力を制御するが、この区間（ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンドとの間）での張力制御では、次スタンド抜けタイミングとなったときに、当該区間での張力が零（漸近）するような目標張力カーブを用いて張力制御を行っている。図２（ｃ）に示すように、ｉ＋１番目の圧延スタンドを抜けたときは、上述したように、その上流側の次々圧延スタンドにおける（ｉ＋２番目の圧延スタンド）にスタンド抜けタイミングになったときに、張力が零となるように制御を行う。
【００１５】
なお、次スタンド抜けタイミングの予測、目標張力値の演算や設定などは、演算装置９にて行う。詳しくは、ｉ番目の圧延スタンドにおける圧延材Ｗの尾端部１１のスタンド抜けタイミングからｉ＋１番目の圧延スタンドにおける尾端部１１の次スタンド抜けタイミングを予測は、演算装置９に備えられた予測部１４により行う。ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の目標張力値の演算は、演算装置９に備えられた目標張力演算部１５により行う。
目標張力値を基にｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間の張力値を制御は、張力制御系４により行う。なお、演算装置９、張力制御系４は、プロコン等で構成されている。
【００１６】
ｉ番目の圧延スタンドとｉ＋１番目の圧延スタンドとの間における目標張力値（目標張力カーブ）は、例えば、図３に示すような関数ｙrとなる。
以下、図４のフローチャートを基に、演算装置９及び張力制御系４の動作、板厚制御の手法について説明する。
まず、Ｓ１（ステップ１）にて、ｉ番目の圧延スタンドにおける圧延材Ｗの尾端部１１のスタンド抜けタイミング（尾端抜けタイミング）を検出する。例えば、ｉ番目の圧延スタンドの荷重計測値Ｐｉを用いて式（１）により検出することができる。
【００１７】
【数１】
2011000633.tif 000003
【００１８】
式（１）では、圧延材Ｗの尾端部１１が抜けたときにｉ番目の圧延スタンドの荷重が急激に減少するため、ｉ番目の圧延スタンドの荷重が、閾値（Ｐth）以下になった時点が、尾端抜けタイミングとすることができる。
Ｓ２（ステップ２）では、ステップ１にて得られた尾端抜けタイミングの時刻をｔとすると、式（２）により、尾端部１１がｉ＋１番目の圧延スタンドに到達する時刻ｔLを割り出すことができ、この時刻ｔLが次スタンド抜けタイミングとなる。
【００１９】
【数２】
2011000633.tif 000004
【００２０】
Ｖｒi+1は、ｉ＋１番目の圧延スタンドの時刻ｔの時点でのロール速度であり、αは、ｉ＋１番目における減速率、Ｌは、ｉ番目の圧延スタンドからｉ＋１番目の圧延スタンドまでのスタンド間長さである。
Ｓ３（ステップ３）では、ステップ２にて得られた次スタンド抜けタイミングｔLを用いて、現時刻から次スタンド抜けタイミングｔLの期間におけるｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンド間での目標張力カーブ（目標張力値）を式（３）のように設定する。
【００２１】
【数３】
2011000633.tif 000005
【００２２】
式（３）にて示される目標張力カーブと、式（４）及び式（５）にて示される張力制御系モデルを用いて、現時点から次スタンド抜けタイミングｔLまでの張力値と、目標張力カーブとの誤差を式（５）のように定義する。
【００２３】
【数４】
2011000633.tif 000006
【００２４】
予め設定した目標張力カーブｙrと、張力制御系モデルによる張力値ｙmとの関係は、図３に示すように示すことができる。
さて、ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンドとの間での張力制御を行うに際しては、予め設定した目標張力カーブｙrと、張力制御系モデルによる張力値ｙmとの誤差は出来る限り小さいのが良く、また、張力を制御するに際してのロール速度の変化は小さいのが望ましい、さらに、次スタンド抜けタイミングｔLの張力は限りなく零であることが望ましい。そのため、本発明では、式（６）に示す評価関数が最小となるように、目標張力カーブｙrを補正することにしている。
【００２５】
【数５】
2011000633.tif 000007
【００２６】
つまり、式（６）の評価関数の第１項は、ロール速度変化量に関するものであり、ロール速度の急峻な変化および大幅な変化を考慮することによりスタンド問でのマスバランス乱れを考慮することができるため、これにより、ミスロール発生を回避できる。式（６）の第２項は、目標張力カーブと張力実績値の予測値（張力制御系モデルによる張力値）との誤差であり、このモデル予測値が目標張力カーブとどれだけ一致しているかを表す。式（６）の第３項は、時刻ｔLでの張力値であり、次スタンド抜けにおいて無張力状態にどれほど近づくかを表しており、これにより次スタンド抜けタイミングでの張力値の評価を強調することができる。
【００２７】
そして、式（６）の評価関数を最小化する操作入力、ロール速度の変更量を求める。これは一種の最適化問題であり、二次計画法などを用いて解を得ることができる。式（６）の評価関数を用いて、目標張力カーブを修正するには、まず、評価関数の値Ｅcnを計算する。ここで、二次計画法による計算は大変であるため、本実施形態では、以下、ステップＳ４に示す繰り返し法（漸近法）を用いることで目標張力カーブを求めている。
Ｓ４（ステップ４）では、まず、Ｃnjの場合での評価関数の値ＥcnをＥ2とおき、式（３）におけるＣnをＣn＋ΔＣに変更して、ステップ３と同じ計算を行い、評価関数の値Ｅcnを計算する。このときの評価関数の値ＥcnをＥ1とおき、同様にＣn＋ΔＣの場合をＥ3とする。
【００２８】
Ｓ５（ステップ５）では、
（１）|Ｅ3−Ｅ2|＜β、且つ、|Ｅ1−Ｅ2|＜βの場合は、Ｃnを最適値として収束計算を終了する。
（２）上記（１）以外の場合は、次のように収束計算を行う。
（２）−１：Ｅ3＞Ｅ2＞Ｅ1の場合は、Ｅ2をＥ3とし、Ｅ1をＥ2とした上で、（Ｃn＋ΔＣ）＋ΔＣにてステップ３の計算を行い、Ｅ1とする。
（２）−２：Ｅ1＞Ｅ2＞Ｅ3の場合は、Ｅ2をＥ1とし、Ｅ3をＥ2とした上で、（Ｃn−ΔＣ）−ΔＣにてステップ３の計算を行い、Ｅ3とする。
【００２９】
（２）−３：Ｅ3＞Ｅ2、且つ、Ｅ1＞Ｅ2の場合、Ｃn−ΔＣ／２にてステップ３の計算を行い、Ｅ3とすると共に、Ｃn＋ΔＣ／２にてステップ３の計算を行い、Ｅ1とする。
Ｓ６（ステップ６）では、ステップ５にて収束計算が終了すると、得られた最適なＣnをＣoptとし、式（７）に示すように、Ｃoptにより得られる目標張力カーブを、新たな制御カーブとして用いる。
つまり、Ｓ７（ステップ７）では、ｉ＋１番目の圧延スタンドとｉ＋２番目の圧延スタンドとの間において、式（７）に示される制御目標値（目標張力カーブ）となるように、圧延スタンドを制御する。具体的には、式（７）に示されるＰＩ制御演算式により、ｉ＋２番目の圧延スタンドのロール速度の変化値を計算して、その変化値に基づき、ｉ＋２番目の圧延スタンドのロール速度を変化させる。
【００３０】
【数６】
2011000633.tif 000008
【００３１】
以下、本発明の方法及び装置を適用した本手法と、従来法とについて説明する。
図５は、本発明の方法及び装置（本手法）により、目標張力値（目標張力カーブ）を用いた結果と、従来の方法（従来法）により、目標張力値を用いた結果とを示したものである。
図６は、多段圧延機により圧延材Ｗの尾端部１１を圧延した本手法と従手法とに結果を示している。なお、図６は、最終スタンドの出側における尾端部１１の板厚変化（偏差）を示したものである。
【００３２】
図５に示すように、従来法では、尾端部１１が圧延スタンドを抜けたときには、全ての圧延スタンドにおいて、張力値が急激に零となっている。即ち、従来法では、圧延材Ｗの尾端部１１が圧延スタンドから抜けたときに、尾端部１１側の張力が一気に失われることによって、下流側の圧延スタンドの入側における圧延荷重が増加し、圧延スタンドの出側の板厚が増加する。つまり、圧延材Ｗの尾端部１１が圧延スタンドから抜ける度に、これよりも下流側の圧延スタンドにおける入側の圧延荷重が大となることによる板厚の増加が繰り返される。そのため、図６に示すように、最終圧延スタンド（最も下流側の圧延スタンド）を通過した圧延材Ｗの尾端部１１の厚みは、階段状に増加したものとなる（尾端部１１にいくに従ってその厚みが増加した形状）。
【００３３】
一方、図５に示すように、本発明では、圧延材Ｗの尾端部１１が１番目の圧延スタンドを抜けてから２番目の圧延スタンドに達する期間において、Ｆ２３スタンド間（２番目と３番目の圧延スタンド間）の目標張力値を、従来法のように一定ではなく滑らかに変更した（点線＝目標張力カーブ）。つまり、圧延材Ｗの尾端部１１が２番目の圧延スタンドを抜けたときにＦ２３スタンド間の張力が、零となるように、目標張力値（目標張力カーブ）を徐々に減少させた。
また、本発明では、圧延材Ｗの尾端部１１が２番目の圧延スタンドを抜けてから３番目の圧延スタンドに達する期間において、Ｆ３４スタンド間（３番目と４番目の圧延スタンド間）の目標張力カーブ（目標張力値）を、同様に滑らかに変更した（点線）。つまり、圧延材Ｗの尾端部１１が３番目の圧延スタンドを抜けたときにＦ３４スタンド間の張力が、零となるように、目標張力値を徐々に減少させた。
【００３４】
なお、Ｆ１２スタンド間（１番目と２番目の圧延スタンド間に関しては、圧延スタンドの入側にて圧延材Ｗの尾端部１１を拘束するものが存在しないため、尾端部１１側の張力は、もとから零であり目標張力値を変更する必要はない。そのため、Ｆ１２スタンド間では、従来通りの張力制御である。
Ｆ２３スタンド間、Ｆ３４スタンド間のように、張力値を、緩やかに変化することでロール速度の急峻な変更を防止でき、圧延材Ｗのゆるみによる圧延トラブルは防止されることになる。Ｆ３４間についても同様であるが、一般的には下流スタンドにいくに従って圧延速度が速くなるため尾端部１１のスタンド間移動時間は短くなる。その為に、Ｆ３４間についてはＦ２３間よりも、目標値のカーブもより急峻な形状となり、圧延スタンド抜けた後での張力値が急速に零となる。
【００３５】
以上のことにより各スタンドにおいて後方張力変動による板厚変動発生が抑制されることとなり、図６における本手法による制御結果では従来法に見られるような階段状の板厚変化量は見られない。その結果、本発明では、従来法に比べて板厚精度の改善によるオフゲージ拡大が実現できていることが確認でき、尾端部１１における歩留まりも従来に比べて向上させることができる。
以上のことにより、圧延材Ｗの尾端部１１における板厚制御を確実に行えると共に操業安定性を向上させることができる。
【００３６】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３７】
１    多段圧延機
２    圧延スタンド
３    コイル巻き取り機
４    張力制御系
５    圧延ロール
６    バックアップロール
７    荷重計（ロードセル）
８    板厚検出計
９    演算装置
１０    ルーパ
１１    圧延材の尾端部
１４    予測部
１５    目標張力演算部
Ｗ    圧延材
【図１】
2011000633.tif 000009
【図２】
2011000633.tif 000010
【図３】
2011000633.tif 000011
【図４】
2011000633.tif 000012
【図５】
2011000633.tif 000013
【図６】
2011000633.tif 000014