(57)【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。【解決手段】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。【選択図】図１
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【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。
Ｓｉ：ｉ番目スタンド圧下位置実績
ｖｉ：ｉ番目スタンド出側被圧延材速度実績
Ｖｉ：ｉ番目スタンド入側被圧延材速度実績
ｈｉ：ｉ番目スタンド出側板厚実績
Ｈｉ：ｉ番目スタンド入側板厚実績
Ｐｉ：ｉ番目スタンド圧延荷重実績
ｆｉ：ｉ番目スタンド先進率実績
ｂｉ：ｉ番目スタンド後進率実績
Ｒｉ：ｉ番目スタンドミル速度実績
Ｍｉ：ｉ番目スタンドミル定数
Ｑｉ：ｉ番目スタンド塑性定数
Ｗｉ：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：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：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：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：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：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】
ｈｉＧＭ：ｉ番目スタンドゲージメータ板厚実績
ｈｉｒeｆ：ｉ番目スタンド目標出側板厚
ｈｉＡＭ：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
ＬｉＬＰ：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
Ｌｉｅｓｔ：ｉ番目スタンドとｉ＋１番目スタンド間ループ量推定値
ｆｉｅｓｔ：ｉ番目スタンド先進率推定値
ｂｉｅｓｔ：ｉ番目スタンド後進率推定値
ΔＬｉ：ループ量推定誤差
ΔSｉ：ｉ番目スタンド圧下位置補正量
ΔＨｉ：ｉ番目スタンド入側板厚偏差
Δｈｉ：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
ｖｉ＝（１＋ｆｉ）・Ｒｉ  ・・・（１）
Ｖｉ＋１＝（１―ｂｉ＋１）・Ｒｉ＋１  ・・・（２）
（Ｂ）ループ量計算式
Ｌｉ＝Ｗｉ＋∫（ｖｉ―Ｖｉ＋１）ｄｔ  ・・・（３）
（Ｃ）板厚偏差計算式
Δｈｉ＝ｈｉＧＭ―ｈｉｒeｆ  ・・・（４）
Δｈｉ＝ｈｉＡＭ―ｈｉｒeｆ  ・・・（５）
ΔＨｉ＝ｈｉ−１ＧＭ―ｈｉ−１ｒeｆ  ・・・（６）
ΔＨｉ＝ｈｉ−１ＡＭ―ｈｉ−１ｒeｆ  ・・・（７）
Δｈｉ＝（ΔＬ／Ｒｉ＋１―（ｄｂ／ｄＨ）ｉ＋１・∫ΔＨｉｄｔ）／（ｄｂ／ｄｈ）ｉ＋１／Ｔ  ・・・（８）
【００２０】
（Ｄ）先進率、後進率のダイナミクス
Δｆｉ＝（ｄｆ／ｄＨ）ｉ・ΔＨｉ＋（ｄｆ／ｄｈ）ｉ・Δｈｉ  ・・・（９）
Δｂｉ＝（ｄｂ／ｄＨ）ｉ・ΔＨｉ＋（ｄｂ／ｄｈ）ｉ・Δｈｉ  ・・・（１０）
（Ｅ）圧下位置補正式
ΔSｉ＝Δｈｉ―ΔPｉ／Ｍｉ  ・・・（１１）
ΔSｉ＝（Ｍｉ＋Ｑｉ）／Ｍｉ・Δｈｉ―（ｄP／ｄＨ）ｉ／Ｍｉ・ΔＨｉ  ・・・（１２）
（Ｆ）ミル速度補正式
ΔＲｉ／Ｒｉｓeｔ＝（Δｈｉ＋１／ｈｉ＋１ｓeｔ―ΔＨｉ＋１／Ｈｉ＋１ｓeｔ＋Δｆｉ＋１／（１＋ｆｉ＋１ｓeｔ）―Δｆｉ／（１＋ｆｉｓeｔ））  ・・・（１３）
（Ｇ）先進率、後進率補正式
ｆｉ＝ｆｉｓeｔ＋Δｆｉ  ・・・（１４）
ｂｉ＝ｂｉｓeｔ＋Δｂｉ  ・・・（１５）
（Ｈ）ループ量偏差式
ΔＬｉ＝Ｌｉ―ＬｉＬＰ  ・・・（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Ｌｉ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、ｈｉＡＴ、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Ｌｉ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ΔＲｉを計算する。この演算では、Δｈｉ＋１＝０とし、Δｈｉは（５）式により、ΔＨｉ＋１は（７）式により、ΔＨｉ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ΔＲｉ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、Δｈｉは（５）式により、ΔＨｉ＋１は（７）式により、ΔＨｉは（６）式により計算し、ｈｉ＋１ＧＭ、ｈｉＡＴ、Ｈｉ＋１ＡＴ、ＨｉＧＭ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Ｌｉと∫ΔＨｉｄｔ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ΔＲｉ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、Δｈｉは（５）式により、ΔＨｉ＋１は（７）式により、ΔＨｉは（６）式により計算し、ｈｉ＋１ＧＭ、ｈｉＡＴ、Ｈｉ＋１ＡＴ、ＨｉＧＭ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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