JPH02268912A - タンデム冷間圧延における非定常圧延域の板厚制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、連続式ないしは非連続式タンデムコールドス
トリップミルの加減速及び低速動作を伴なう非定常圧延
時における板厚の制御方法に関する。

［従来の技術］ 従来のタンデム冷間圧延機の板厚制御法に関しては、今
までに種々なＡ　Ｇ　Ｃ（Ａｕｔ、ｏｍａｔｉｃ　Ｇａ
ｕｇｅＣｏｎｔ、ｒｏｌ）が提案され、定常的な高速圧
延時では、コイル長手方向で目標板厚の±１％以内の精
度をも得る技術が確立している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、圧延速度の加減速を伴なう非定常圧延時
においては、現行技術では板厚精度の誤差が数倍のオー
ダ（〜６％）に及ぶレベルにあり。

ユーザに対してコイル全長に渡って一定の品質を保証す
るため、この板厚精度悪化部分を切断せざるを得ず、大
幅な歩留低下並びに原単位の悪化を招いているのが実態
である。この非定常圧延部の板厚精度の悪化要因として
は、次の４つの事実が挙げられる。

（Ａ）通常、タンデムミルの圧延速度加減速時には、各
スタンドの駆動系の揃速性が一致せず、それ故安定通板
のため制御的に駆動モータの回転数対トルク特性に大き
な垂下特性を設定しなければならず、この事実は各スタ
ンドの負荷配分を変えることとなり、結果的に最終スタ
ンド出側成品板厚を大きく悪化させる。

（Ｂ）圧延速度が定常的な高速状態から低速状態へ、あ
るいはその逆方向に推移する時は、圧延現象的には、タ
ンデムミル入側のマスフローが変化する。加えて、圧延
速度が低速になる程、摩擦係数が大きくなり、その影響
で各スタンドの先進率が新たな平衡点へ移動し、その時
のマスフローバランスから、低速時の最終スタンド出側
板厚が高速時の板厚より大きくなって、板厚精度が悪化
する。

（Ｃ）圧延速度が高速から低速へと変化する時。

バックアップロールベアリングの軸受油膜厚みが変化す
る。これはロール開度の変動（大きくなる方向）となる
ため１通常、補償回路が設けられているが、完全にこの
効果を除去することは回連なため、板厚が悪化する。

（Ｄ）最終スタンド出側の絶対板厚を制御する速度モニ
タＡＧＣは、最終スタンド直下からその出側に設置され
る板厚計までの距離に相当する無駄時間を有するフィー
ドバック制御系であるため。

高速圧延から低速圧延への無駄時間が増大する圧延状態
の遷移では、高速圧延時の最適ゲインを保持するならば
、速度フィードバック制御系は不安定現象を呈し、成品
板厚はハンチングする。そのため、制御系の安定性を確
保するよう圧延速度の低下と共に制御系のゲインを減小
せしめ、制御装置の性能を低レベルに抑制しなければな
らない。

上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）項の板厚悪化要因と（Ｄ）
項の制御装置性能の制約により、高速圧延から低速圧延
へ、あるいはその逆方向へ推移する非定常圧延状態（準
定常的な低速圧延部も含む）時の最終スタンド出側成品
板厚を、高速定常圧延時の精度並みに保持することが困
難である。

従って、加減速及び低速圧延時の主たる板厚精度悪化要
因である摩擦係数の変動による影響を排除し、同時に加
減速及び低速時にも高い応答性を確保できる制御系を具
現化する必要がある。

本発明は、圧延速度の加減速及び低速時の非定常圧延状
態で、最終スタンド出側成品板厚を適切に制御し、従来
技術である最終段設置の速度モニタＡＧＣと相補的な関
係として位置付けられる無駄時間の無い新しいＡＧＣを
提案し、圧延コイル１本毎のオフゲージ量の最小化によ
り、大幅な歩留向上及び品質の向上を計ることを目的と
する。

［課題を解決するための手段及び作用］上記課題を解決
するために、本発明においては、タンデム冷間圧延機の
最終スタンドと（最終−１）スタンド間の張力を、随時
当該スタンド間に設置されるテンションメータで監視し
、ある基準設定値からの偏差を検出し、一連の演算から
制御出力を求め、（最終−１）スタンドのロール速度を
修正し、最終スタンド入側のマスフローをコントロール
することで出側成品板厚の制御を行なう。

特に、この制御系ループ内の一つの要素として。

チューニングパラメータを設け、ある適当な速度依存性
を付与することによって、圧延速度の加減速部及び低速
部から構成される非定常圧延状態時に、前述の新しいＡ
ＧＣを有効に機能させ、この時の種々の板厚精度悪化要
因に伴なう成品板厚精度への影響を排除し、同時に速度
フィードバックモニタＡＧＣシステムの無駄時間起因に
よる機能低下を円滑に相補うことができる。

以下、本発明を実施する装置の主要部となる、ＡＧＣシ
ステムについて、図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例］ 第１図は、本発明の１つの実施例の装置を示す。

この装置は、完全連続化された設備で構成されている。

図中１〜６は各々圧延機のスタンド、１１〜１６は各ス
タンドのロール駆動用モニタ、２１〜２６はパルス発生
器などを含む回転数検出器、３１〜３６はそれぞれミル
圧下装置、４１は巻戻しリール、４２は自動溶接機、４
３及び４５はプライドルロール、４４はループカー、４
６は巻取りリール、５１〜５４はプライドルもしくはリ
ールの駆動用モータ、６１及び６２はプライドル駆動モ
ータに付設した回転数計、７１はシャー、７２はシャー
用駆動装置、８０は高性能制御用計算機である。それに
、制御用検出端として、ロードセル９１．板厚計９２〜
９４．テンションメータ９５を実装している。

板厚制御装置としては、−収約なタンデム圧延機を想定
して、１号スタンドはロードセルを用いたビスラＡＧＣ
１１号出側板厚計の偏差を１号スタンド圧下系に返す圧
下モニタＡＧＣ１又、１号出側板厚計と２号出側板厚計
から検出される板厚偏差に基づく制御出力を、それぞれ
２号２３号スタンドに到達するタイミングで１号、２号
速度制御系に返し、ロール速度を修正することによって
板厚制御を行なう１号、２号速度フィードフォワードＡ
ＧＣ１さらには最終スタンド（６号スタンド）出側に設
置された板厚計の偏差信号により最終スタンド又は（最
終−１）スタンドの速度を修正して成品板厚の絶対値制
御を行なう速度モニタＡＧＣを仮定している。

これら各ＡＧＣの詳細内容については、既存技術である
ので割愛する。

圧延速度の加減速は、本質的に連続化ミルに限らず、一
般のミルの操業において通常行なわれることであるが、
特に本図に示した様な完全連続化ミルでは、第２図に見
られるような出鍔す−ル切り換えのハンドリング処理の
ため、高速定常圧延からリール切り換え速度への、ある
いはその逆の加減速動作を行なう。この時、低速になる
ほど、摩擦係数の値が指数関数的に増大する。

圧延現象において、摩擦係数μと先進率ｆとは、次に示
す第（１）式、第（２）式及び第（３）式によって関連
付けられる。

ｆ　＝　ｔａｎ”　　０　　　　　　　　　　　　　　
・”（１）０＝　（＋−Ｉｎ／２）　ｆＴ百７７正ゴ　
　　　　−・−（２）Ｈｎ＝Ｊ〆でＲ’　／Ｈｏ）　　
　ｔ　ａｎ−一〆でＡＨｚア１１；５−（１／２μ）　
ｎ　ｎ　（ｌｌｉ（１−Ｔｆ／ｌｌｏ・Ｉ？　Ｓｆ）／
ｌ１ｏ（１−Ｔｂ／Ｉ（ｉ−ｆｉｌ’　Ｓｂ）〕・・・
（３） 但し、Ｏ：中立角、Ｒ′：偏平ロール半径Ｈｉ：当該ス
タンド入側板厚 Ｈｏ：当該スタンド出側板厚 ΔＩ−Ｔ＝Ｈｉ　−Ｈｏ　：当該スタンド人出側板厚偏
差Ｔｂ、Ｔｆ：当該スタンド入側及び出側トータルテン
ションＷ：板幅 Ｓｂ、ｓｆ：当該スタンド入側及び出側変形抵抗ここで
、第２ａ図中の非定常圧延部の板厚挙動を第３図に基づ
いて説明する。第３図は、最終スタンドｋ及びその前段
の（ｋ−１）番スタンドでの出側板厚ｈ　ｏｋ、　ｈ　
ｏｋ−＋　ｒ入側板厚ｈｉｋ、　ｈｊｋ及び先進率ｆｋ
、　　ｆｋ−＋の関係をロール周速Ｖｒｋ。

Ｖｒｋ−１として表現したものである。

前記第（３）式により、摩擦係数μに０が圧延速度の減
少と共にμに１へ（μｋ”＞μに’）変化したとすれば
、先進率がｆｋ’からｆｋ”へと増しくｆｋｌ）ｆｋ’
　）　、最終のに齢目のスタンドでは、マスフロー則か
ら次式が成立する。

Ｖｒｋ　　（１＋ｆｋ’　　）　　ｈｏｋ＝＝Ｖｒｋ−
＋　　（１＋ｆｋ−ｉ’）　　ｈｏｋ−＋　　　・−（
４）この過程では、ロール開度が不変に保たれるため、
ｈｏｋ、　ｈｏｋ−＋は変化前の値を維持し、先進率変
化分だけに番目と（ｋ−１）番目のスタンド間の速度比
が増した状態で、準平衡状態に達しようとする。しかし
、速度比変化に対応するに、に−１スタンド間のテンシ
ョンの増大は、最終スタンドでは入側テンションの増加
となり、前記第（３）式より、先進率ｆｋ１の減少を促
す。その結果、マスフローの平衡は、新たな子桁状態へ
と推移する。この推移過程で、マスフロー比が不変に保
たれろと仮定すりと、最終スタンドにで次式が成り立つ
こととなる。

Ｖｒｋ（１＋ｆｋ１）ｈｏｋ＝Ｖｒｋ（１＋ｆｋ２）ｈ
ｏｋ’　　・山（ｓ）ｆｋ”：入側テンション増加時の
先進率値（ｆｋ”　＜　ｆｋ”　） ｈｏｋ”　　：先進率ｆｋ”時のにスタンド出側板厚第
（５）より、にスタンド出側板厚の変化は、先進率の変
化分を Ａ　ｆｋ＝ｆｋ１−ｆｋ２　（＞Ｏ） と表わせば１次の第（６）式で求まる。

ｈｏｋ’＝ｈｏｋ・（１，＋　ｆｋ”　）／（１＋　ｆ
ｋ２）＝ｈｏｋ−＋（Ｖｒｋ−＋／Ｖｒｋ）（１＋ｆｋ
−＋”　　）／（１＋ｆｋ”　　）＝ｈｏｋ−＋（Ｖｒ
ｋ−＋／Ｖｒｋ）（１＋ｆｋ−１”　）／（１＋ｆｋ１
−Δｆｋ）但し、　　（ｈｏｋ’＞ｈｏｋ）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　・、・（６）即ち、減速と
共に圧延現象的には、ｋ、（ｋ−１）スタンドのテンシ
ョンと、最終スタンド出側板厚ｈｏｋは、第２ａ図及び
第２ｂ図中の非定常圧延部分では破線で示されるような
傾向を呈する。以上を従来のＰ　−Ｈ特性にて記述する
と、第４図になる。また、第１図で先に述べたＡＧＣシ
ステムを有する連続タンデムストリップミルでは、最終
スタンドに設置された速度フィードバックＡＧＣの機能
上の制約（圧延速度が低速になる程、安定性を確保する
ため制御ゲインを小さくしなければならない）から、実
際の成品板厚挙動は第２図中の実線で表わされ１Ｍ御ゲ
イン不足による低周波の板厚変動を招き、結局、高速定
常圧延部の板厚精度±０．８％に比べ、非定常圧延部は
、±６．０％と非常に悪化する。そこで、非定常圧延時
、無駄時間が存在するが故に制御性が低下する速度フィ
ードバックＡＧＣを相補うために、無駄時間が存在しな
い速度系フィードバックＡＧＣを導入した。その作用４
ｆ１構を第５図をもとに次に説明する。

非定常圧延中、（ｋ−４）スタンドのロール周速ｖｒｋ
−＋をΔＶｒｋ−＋だけ減少せしめるとすると、前記第
（６）式から次の第（７）式が得られる。

ｈ　ｏｋ’　＝　ｈ　ｏｋ−＋　・（（Ｖｒｋ−＋−Δ
Ｖｒｋ−＋　）／Ｖｒｋ）Ｘ　（１＋ｆｋ−＋　１）／
　（１＋ｆｋ−＋　　−Δｆｋ）・・・（７）従って、
ｈｏｋとｈ　ｏｋ’が同一の値になるためには、次の第
（８）式の関係が必要になる。

（Ｖｒｋ−＋−ΔＶｒｋ−＋　）／　（１＋　ｆ　ｋｌ
−Δｆｋ）＝　Ｖｒｋ−＋　／　（１＋ｆ　ｋｌ）　　
　　　　　　・自’（８）操作量ΔＶｒｋ−＋は次の第
（９）式から求められる。

ＡＶｒｋ−＋＝ΔｆｋＸＶｒｋ−＋／（１＋ｆｋ’）”
・（９）最終スタンド入側テンションの変化量へＴと先
進率変化量Δｆｋの関係が近似的に線形関係で記述され
るものとすれば、結局、＠作置ΔＶｒｋ−＋は次の第（
１０）式で表現される。

ΔＶｒｋ−＋　＝　Ｋ　ｕ−Ｋ　ｔ　・ΔＴ＝にΔＴ　
　−・・・（１０）但し、Ｋ　ｕ　＝　Ｖｒｋ−＋　／
　（１＋ｆｋ１）Δｆｋ＝ＫｔΔＴ 第（１０）式は、非定常圧延中のテンション変化量を検
出し、換算係数にで等価速度変化量ΔＶｒｋ−＋を求め
、（ｋ−１）スタンドの速度指令に返すことで、板厚精
度を向上せしめうろことを意味している。

第５図は、このＡＧＣシステムの構成例で、板厚計１１
２から比例積分器１０５を通して操作端すに至る従来の
速度フィードバックループに加えて、ｋ。

（ｋ−１）スタンド間テンションの検出端であるテンシ
ョンメータ１０１から操作端１０６に至る新しいフィー
ドバックループを装備している。

まず、テンションメータ１０１により、随時ｋ。

（ｋ−１）スタンド間テンシ３ンをモニタし、減速開始
直前に定常圧延状態時の・テンション値をロックオンｒ
１１０２でロックオンする。減速開始以後の非定常圧延
中は、ロックオン値とテンションメータによる検出値を
求め、換算係数Ｋ及びチューニング率ηにより等価速度
偏差量を算出し、比例積分器４を介して、操作端すのＡ
ＳＲの速度基準へフィードバックする。過大制御量のフ
ィードバックを防止するため、リミッタ１０，１１を設
ける。

また、ロックオン値は、加速終了時にリセットする。こ
の新しいフィードバックループが非定常圧延中のみ有効
に動作するよう、チューニング率ηには第７図に示す任
意の速度依存性を持たせる。

速度換算係数にはＫｔが未知なため１次の第（１１）式
（テンション発生の基本式）から求める。

Ａ　Ｔ＝（Ａ−Ｅ／　Ｌ）／　　（Ｖｉｋ−Ｖｏｋ−＋
）　　ｄｔ、　　＝（１１）ΔＴ：　テンション変化率 Ｖｉｋ：　　ｋスタンド入側板厚 Ｖｏｋ：　　　（ｋ−１）スタンド出側板厚Ａ：　スト
リップ断面積 Ｌ：　　ｋ、（ｋ−１）スタンド間距離Ｅ：　ヤング率 微小時間ｄｔを制御ループの演算時間Δτで近似すると
、Ｋは次の第（１２）式で表わされる。

Ｋ＝にα・（Ｌ／Δ・Ｅ）／Δτ　　　・・・・（１２
）［効果］ この制御系を有するシステ１１の効果は、第６図に示す
ものとなり、非定常圧延部の板厚精度は。

±０．９％に向上する結果が得られた。なお、Ｋα。

ηは鋼種、コイル毎に、計算機内のテーブルによりにα
の値又はηのパターンをプリセットするようにした。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した完全連続化タンデム冷間圧
延設備の全体の制御システ１１構成を示すブロック図で
ある。 第２ａ図及び第２ｂ図は、非定常及び定常圧延域を含む
圧延時間とその時の圧延速度、成品板厚及び最終スタン
ドと（最終−１）スタンド間の張力変化を示すグラフで
ある。 第３図は最終スタンドと（最終−１）スタンドでの出側
板厚、入側板厚、及び先進率の関係をロール周速として
表現した正面図である。 第４図は減速に伴なう最終スタンドと（最終−１）スタ
ンドの張力と最終出側板厚をＰ−Ｈ特性にて表わしたグ
ラフである。 第５図は本発明の制御系を詳細に示すブロック図である
。 第６図は、本発明を実施した場合の圧延時間。 圧延速度、成品板厚の変化を示すグラフである。 第７図は、非定常圧延時に過大制御出力を防ぐために利
用されるチューニング率と圧延速度との関係を示すグラ
フである。 １〜６：スタンド １１〜１６二ロール駆動用モータ ２１〜２６：回転数検出器　３１〜３６：ミル圧下装置
４１：巻戻しリール　　４２：溶接機 ４３．４５ニブライドルロール ４４：ループカー ５１〜５４ニブライドル及びリール駆動用モータ６１．
６２：回転数検出器 ７１：シャー　　　　　７２：シャー用駆動装置８０：
制御用計算器　　９１：ロードセル９２〜９４：板厚計
　　９５＝テンションメータ１０１：テンションメータ
　１０２：張力ロツクオン器１０３：張力速度換算器 （Ｋ：換算係数、η：チューニング率）１０４．１０５
　：比例積分器　１０６：速度制御器１０７：ロール駆
動モータ １０８〜１１１：リミッタ　　１１２：Ｘ線板厚計１１
３：最終段前段スタンド（ｋ−１）１１４：最終スタン
ド （ｋ） １１５：乗算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 最終スタンド出側板厚計の目標値からの偏差出力により
   、最終スタンド或いは（最終−１）スタンドの速度を修
   正し、最終スタンド出側板厚を制御する速度モニターＡ
   ＧＣに；最終スタンド及び（最終−１）スタンド間張力
   を検出し、検出結果の基準張力値からの張力偏差を速度
   偏差に換算し、（最終−１）スタンドのロール速度を修
   正する制御系を付加し；最終スタンド入側のマスフロー
   をコントロールし最終スタンド出側板厚を目標設定値に
   制御することを特徴とするタンデム冷間圧延における非
   定常圧延域の板厚制御方法。