(57)【要約】【課題】ループ制御を採用し得ない圧延スタンド間の張力を自動的に調整して一定に保つ。【解決手段】張力算出器３４に、張力制御に必要となる既知のデータを入力する。張力設定器４０で、スタンド間張力の目標値ｆ０を設定する。被圧延材料１２の圧延が開始されると、両モータ駆動回路３６，３８から張力算出器３４に、第１駆動モータ２４および第２駆動モータ２６に関連する第１および第２の回転速度、電流、電圧が入力される。第１ロードセル３０および第２ロードセル３２で測定された第１圧延反力ｐ１および第２圧延反力ｐ２が、張力算出器３４に入力される。張力算出器３４では、入力された各種データを基にスタンド間張力の実測値ｆを算出する。張力制御器４２では、スタンド間張力の実測値ｆが、目標値ｆ０と同じとなるように第１駆動モータ２４を回転制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧延材料（１２）のパスライン（ＰＬ）を挟んで対向する一対の圧延ロール（１４，１４／１８，１８）を夫々有する第１圧延スタンド（１６）および第２圧延スタンド（２０）がパスライン方向の前後に近接して直列配置され、各圧延スタンド（１６，２０）を通過する被圧延材料（１２）に所要の圧延を施すよう構成した連続圧延機において、
前記各圧延スタンド（１６，２０）の圧延ロール（１４，１８）が被圧延材料（１２）から受ける圧延反力（ｐ１，ｐ２）と、各圧延スタンド（１６，２０）の圧延トルク（ｔｒ１，ｔｒ２）およびスタンド間張力を算出するのに必要な既知のデータ（Ｒ１，Ｒ２，Ｂ１，Ｂ２）とからスタンド間張力の実測値（ｆ）を算出し、この実測値（ｆ）が、予め設定された目標値（ｆ０）となるよう、少なくとも前記何れか一方の圧延スタンド（１６，２０）の速度制御を行なうことを特徴とする連続圧延機における張力制御方法。
【請求項２】
前記既知のデータは、各圧延ロール（１４，１８）の半径（Ｒ１，Ｒ２）と、各圧延スタンド（１６，２０）への材料入側における被圧延材料（１２）のロール軸方向の長さ（Ｂ１，Ｂ２）である請求項１記載の連続圧延機における張力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続圧延機における圧延スタンド間において被圧延材料の張力を適正に制御し得る方法に関するものであって、更に詳細には、直列に配置された両圧延スタンド間にループを形成することができない連続圧延機に好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の圧延ロールを備えた複数の圧延スタンドに被圧延材料を連続して通過させることで、該材料を所要厚みや線径まで圧延する連続圧延機では、隣り合う圧延スタンド間に臨む被圧延材料に張力や圧縮力が発生しないようにするための張力制御方法が採用されている。この張力制御方法としては、両圧延スタンド間に設けたルーパーにより被圧延材料にループを形成するループ制御が一般的である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、前記連続圧延機では意図的に両圧延スタンドを近接配置したり、あるいは工場スペース等の関係で両圧延スタンド間の距離を充分にとれない場合は、両圧延スタンド間においてループを形成することができず、ループ制御を採用し得ないことがある。従ってこの場合は、予め設定した速度で２組の圧延スタンドを運転し、各圧延スタンドの圧延ロールを独立して回転駆動する両駆動モータの負荷のバランスが一定の関係になるよう、手動で速度調整する方法が採用される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−５８３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記駆動モータの負荷には、圧延トルクによるものと、スタンド間の張力によるものとが混在しているため、両駆動モータの負荷バランスを見ながら速度調整する方法では、スタンド間張力を一定にすることは困難で、製品の寸法精度が低下する問題がある。また、手動で速度調整を行なうため、常に監視する必要があり、運転員の負荷が大きい。更に、被圧延材料の状態が変化したときの対応が迅速かつ正確にできないので、圧延条件の再現性に劣り、品質が安定し難い点も指摘される。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は、前述した課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、ループ制御を採用し得ない圧延スタンド間の張力を自動的に調整して一定に保つことが可能な連続圧延機における張力制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決し、所期の目的を好適に達成するため、本発明に係る連続圧延機における張力制御方法は、
被圧延材料のパスラインを挟んで対向する一対の圧延ロールを夫々有する第１圧延スタンドおよび第２圧延スタンドがパスライン方向の前後に近接して直列配置され、各圧延スタンドを通過する被圧延材料に所要の圧延を施すよう構成した連続圧延機において、
前記各圧延スタンドの圧延ロールが被圧延材料から受ける圧延反力と、各圧延スタンドの圧延トルクおよびスタンド間張力を算出するのに必要な既知のデータとからスタンド間張力の実測値を算出し、この実測値が、予め設定された目標値となるよう、少なくとも前記何れか一方の圧延スタンドの速度制御を行なうことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る連続圧延機における張力制御方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。なお、実施例では、直流電動機で駆動され、被圧延材料を平角形状に圧延する平角用の連続圧延機を例に挙げて説明する。
【０００９】
図１は、実施例に係る平角用の連続圧延機の概略構成を示すものであって、該連続圧延機１０は、被圧延材料１２のパスラインＰＬを挟んで対向する一対の第１圧延ロール（圧延ロール）１４，１４を回転可能に備えた給材方向上流側（パスライン方向後側）に位置する第１圧延スタンド１６と、同じくパスラインＰＬを挟んで対向する一対の第２圧延ロール（圧延ロール）１８，１８を回転可能に備えた給材方向下流側（パスライン方向前側）に位置する第２圧延スタンド２０とを直列に配置して構成される。また第１圧延スタンド１６における第１圧延ロール１４，１４の回転軸心が垂直（鉛直）に設定されると共に、第２圧延スタンド２０における第２圧延ロール１８，１８の回転軸心が水平に設定されて、両回転軸心は略直角に偏位している。
【００１０】
前記第１圧延ロール１４，１４は、第１減速機２２を介して第１駆動モータ（直流電動機）２４により相互に反対方向に回転するよう駆動され、パスラインＰＬを挟んで左右（材料幅方向）に対向する両第１圧延ロール１４，１４の間を通過する被圧延材料１２に、幅方向の圧延を施すよう構成される。また前記第２圧延ロール１８，１８は、第２減速機２５を介して第２駆動モータ（直流電動機）２６により相互に反対方向に回転するよう駆動され、被圧延材料１２のパスラインＰＬを挟んで上下（材料厚み方向）に対向する両第２圧延ロール１８，１８の間を通過する被圧延材料１２に、厚み方向の圧延を施すよう構成される。
【００１１】
なお、前記連続圧延機１０では、第１圧延スタンド１６の第１圧延ロール１４と、第２圧延スタンド２０の第２圧延ロール１８との軸心間距離を短かく（例えば圧延ロール１４（１８）の直径の１．２倍以下）設定し、第１圧延スタンド１６の第１圧延ロール１４，１４が、第２圧延スタンド２０に対して被圧延材料１２を案内するガイドとして機能するようになり、両圧延スタンド１６，２０の間に設ける被圧延材料１２のガイドの構成を簡略化し得るようになっている。
【００１２】
前述したように両圧延スタンド１６，２０を近接配置した構成では、その間にルーパーを設けることは不可能で、被圧延材料１２にループを形成して張力を制御するループ制御を採用することはできない。そこで、実施例の連続圧延機１０では、測定可能な各圧延スタンド１６，２０の圧延反力と圧延トルクおよび既知のデータからスタンド間張力を算出して張力制御を行なうようにしている。
【００１３】
すなわち、前記連続圧延機１０に採用される張力制御装置２８は、図２に示す如く、前記第１圧延ロール１４の圧延中に被圧延材料１２から受ける第１圧延反力（圧延反力）ｐ１を測定する第１ロードセル（反力測定手段）３０および第２圧延ロール１８の圧延中に被圧延材料１２から受ける第２圧延反力（圧延反力）ｐ２を測定する第２ロードセル（反力測定手段）３２を備え、両ロードセル３０，３２で測定された第１圧延反力ｐ１および第２圧延反力ｐ２が、張力算出器３４に入力されるよう設定される。また張力算出器３４には、前記第１駆動モータ２４に関する第１の回転速度、電流、電圧が第１モータ駆動回路３６から入力されると共に、前記第２駆動モータ２６に関する第２の回転速度、電流、電圧が第２モータ駆動回路３８から入力される。更に、張力算出器３４には、スタンド間張力を算出するのに必要な既知のデータである第１圧延ロール１４のロール半径Ｒ１、第２圧延ロール１８のロール半径Ｒ２、第１圧延スタンド１６への材料入側における被圧延材料１２のロール軸方向の長さ（実施例では幅寸法）Ｂ１および第２圧延スタンド２０への材料入側における被圧延材料１２のロール軸方向の長さ（実施例では厚み寸法）Ｂ２が入力されるようになっている。
【００１４】
前記張力算出器３４では、入力された第１の回転速度、電流、電圧から第１圧延スタンド１６の第１圧延トルク（圧延トルク）ｔｒ１および第２の回転速度、電流、電圧から第２圧延スタンド２０の第２圧延トルク（圧延トルク）ｔｒ２が算出される。また張力算出器３４は、算出された両圧延トルクｔｒ１，ｔｒ２と前記両圧延反力ｐ１，ｐ２および既知のロール半径Ｒ１，Ｒ２および材料長さＢ１，Ｂ２に基づいて、後述する式１４によりスタンド間張力の実測値ｆを算出するよう設定されている。なお、この実測値ｆは、例えば毎秒２０回算出されるが、この回数は求められる制御精度に応じて任意に変更可能である。
【００１５】
前記張力制御装置２８は、前記第１圧延スタンド１６と第２圧延スタンド２０との間のスタンド間張力の目標値（零または一定の正の張力）ｆ０を設定する張力設定器４０と、前記張力算出器３４で算出されたスタンド間張力の実測値ｆが、前記目標値ｆ０となるよう（実測値ｆと目標値ｆ０との偏差を零とするよう）前記第１駆動モータ２４を回転制御する張力制御器４２とを備える。なお、この場合に回転制御するモータとしては、第２駆動モータ２６でもよく、また両モータ２４，２６を制御するようにしてもよい。すなわち、第１または第２の駆動モータ２４，２６の少なくとも一方を回転制御して、前記対応する圧延スタンド１６，２０の速度制御を行なうことで、スタンド間張力を常に目標値ｆ０に保持し得るよう構成される。また張力制御器４２によるモータ制御としては、例えば、公知の比例積分制御が用いられる。図２において符号４４は、第１圧延スタンド１６の初期所定速度を設定する第１速度設定器、符号４６は、第２圧延スタンド２０の初期所定速度を設定する第２速度設定器である。また、前記スタンド間張力の目標値ｆ０および実測値ｆは、張力制御装置２８に設けたモニター４８に表示されて、運転員が確認し得るようになっている。
【００１６】
ここで、一般に圧延トルクｔｒ（Ｎｍ）および圧延反力ｐ（Ｎ）は、下記の各値（図３参照）に基づいて圧延理論により求められる。
Ｒ：ロール半径（ｍ）
Ｂ：圧延スタンドへの材料入側における被圧延材料のロール軸方向の長さ（ｍ）
ｌｄ  ：接触投影長さ（ｍ）
Δｈ：圧下量（ｍ）
Ｋｗ  ：変形抵抗（Ｐａ）
すなわち、圧延トルクｔｒを求める式は、式１となる。但し、この式１は、圧延ロール２本分の圧延トルクである。
【００１７】
【数１】
2004314107.tif 000003
また接触投影長さｌｄは、式２で求められる。
【００１８】
【数２】
2004314107.tif 000004
そして、圧延反力ｐは、接触投影面積（接触投影長さ×被圧延材料のロール軸方向長さ）と変形抵抗の積で求められるので、式３となる。
【００１９】
【数３】
2004314107.tif 000005
【００２０】
次に、前記圧延理論により求められる前記式１，式２，式３を基にして、実施例の連続圧延機１０におけるスタンド間張力の実測値ｆを求める式は、以下のようにして得られる。
【００２１】
Ｒ１，Ｒ２：第１，第２圧延ロールのロール半径（ｍ）
Ｉ１，Ｉ２：第１，第２減速機の減速比
ｔ１，ｔ２：第１，第２圧延スタンドの駆動トルク（Ｎｍ）
ｔｒ１，ｔｒ２：第１，第２圧延スタンドの圧延トルク（Ｎｍ）
ｔｍ１，ｔｍ２：第１，第２駆動モータの出力トルク（Ｎｍ）
ｆ：スタンド間張力の実測値（Ｎ）
ｐ１，ｐ２：第１，第２圧延ロールの圧延反力（Ｎ）
Ｂ１，Ｂ２：第１，第２圧延スタンドへの材料入側における被圧延材料のロール軸方向の長さ（ｍ）
なお、ｔ１＝ｔｍ１・Ｉ１，ｔ２＝ｔｍ２・Ｉ２となる。
【００２２】
実施例の連続圧延機１０において第１圧延スタンド１６と第２圧延スタンド２０の速度が一定とすると、力の均衡から式４が求められる。
【００２３】
【数４】
2004314107.tif 000006
前記式２と式３とから、式５が求められる。
【００２４】
【数５】
2004314107.tif 000007
また前記式１と式５とから、式６が求められる。
【００２５】
【数６】
2004314107.tif 000008
前記式２と式３を式６に代入すると、式７となる。
【００２６】
【数７】
2004314107.tif 000009
変形抵抗Ｋｗが、第１圧延スタンド１６と第２圧延スタンド２０とで同一であるとして、式６を実施例の各スタンド１６，２０に対応させた式を式４に代入すると、式８となる。
【００２７】
【数８】
2004314107.tif 000010
ここで、式９と定義する。
【００２８】
【数９】
2004314107.tif 000011
すると、式８は式１０および式１１となる。
【００２９】
【数１０】
2004314107.tif 000012
【００３０】
【数１１】
2004314107.tif 000013
前記式１１から変形抵抗Ｋｗを求める式は、式１２となる。
【００３１】
【数１２】
2004314107.tif 000014
次に、式１２を式１０に代入すると、式１３となる。
【００３２】
【数１３】
2004314107.tif 000015
従って、スタンド間張力の実測値ｆを求める式は、式１４となる。
【００３３】
【数１４】
2004314107.tif 000016
【００３４】
【実施例の作用】
次に、前述した構成に係る連続圧延機における張力制御方法の作用につき説明する。先ず、連続圧延機１０における張力制御に必要となる既知のデータ、すなわち第１圧延ロール１４のロール半径Ｒ１、第２圧延ロールのロール半径Ｒ２、第１圧延スタンド１６への材料入側における被圧延材料１２のロール軸方向の長さＢ１、第２圧延スタンド２０への材料入側における被圧延材料１２のロール軸方向の長さＢ２を前記張力算出器３４に入力する。また、前記張力設定器４０により、第１圧延スタンド１６と第２圧延スタンド２０とのスタンド間張力の目標値ｆ０を設定すると共に、前記第１および第２速度設定器４４，４６により両スタンド１６，２０の初期速度を設定する。
【００３５】
前記連続圧延機１０の運転により被圧延材料１２の圧延が開始されると、各モータ駆動回路３６，３８から張力算出器３４に、第１駆動モータ２４に関連する第１の回転速度、電流、電圧、および第２駆動モータ２６に関連する第２の回転速度、電流、電圧が入力され、前記第１圧延スタンド１６の第１圧延トルクｔｒ１および第２圧延スタンド２０の第２圧延トルクｔｒ２が算出される。また前記第１ロードセル３０および第２ロードセル３２により第１圧延ロール１４の第１圧延反力ｐ１および第２圧延反力ｐ２が測定され、この値が張力算出器３４に入力される。そして、張力算出器３４では、入力された各種データを基に、前記式１４によりスタンド間張力の実測値ｆを算出する。
【００３６】
前記張力制御器４２では、前記張力算出器３４で得られたスタンド間張力の実測値ｆが、予め設定されている目標値ｆ０と同じとなるように、前記第１駆動モータ２４の回転、すなわち第１圧延スタンド１６の速度をフィードバック制御する。例えば実測値ｆが目標値ｆ０より小さければ、第１圧延スタンド１６を減速し、実測値ｆが目標値ｆ０より大きければ、第１圧延スタンド１６を増速するよう制御する。これにより、第１圧延スタンド１６と第２圧延スタンド２０との間のスタンド間張力は、常に目標値ｆ０に保持され、高い寸法精度で被圧延材料１２を圧延することができる。しかも、張力制御は自動化されているから、運転員が常に圧延状態を監視する必要はなく、該運転員の労力を軽減し得ると共に、圧延状態の変化に迅速に対し得る。
【００３７】
実施例では、第１圧延スタンドと第２圧延スタンドとの圧延ロールの軸心を直交して配置した連続圧延機を挙げたが、両スタンドの圧延ロールの軸心が平行に配置されたものであってもよい。また実施例では、直流電動機で駆動される連続圧延機を挙げたが、速度信号、トルク信号が得られれば、他の種類の駆動装置（例えば、誘導電動機）を採用し得る。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係る連続圧延機における張力制御方法によれば、両圧延スタンド間が短かく、ループ制御が不可能な場合であっても、両圧延スタンド間の張力制御を自動で精度よく行なうことができ、運転員の労力軽減を図り得る。また圧延状態の変化に迅速に対応し得るから、常に高精度の圧延を行なうことができ、製品の寸法精度が向上し、歩留りや生産性等も改善し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る連続圧延機の概略構成図である。
【図２】実施例に係る張力制御装置を示すブロック図である。
【図３】圧延理論により圧延トルクおよび圧延反力を求める場合に必要となる各部の寸法を示す説明図である。
【符号の説明】
１２  被圧延材料
１４  第１圧延ロール（圧延ロール）
１６  第１圧延スタンド
１８  第２圧延ロール（圧延ロール）
２０  第２圧延スタンド
Ｒ１，Ｒ２  第１，第２圧延ロールのロール半径
ｔｒ１，ｔｒ２  第１，第２圧延スタンドの圧延トルク
ｆ  スタンド間張力の実測値
ｆ０  スタンド間張力の目標値
ｐ１，ｐ２  第１，第２圧延ロールの圧延反力
Ｂ１，Ｂ２  第１，第２圧延スタンドへの材料入側における被圧延材料のロール軸方向の長さ
ＰＬ  パスライン
【図１】
2004314107.tif 000017
【図２】
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【図３】
2004314107.tif 000019