JPH09501870A - 金属ストリップの圧延 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 属ストリップの圧延装置（１）は、非連続性レベルの液体冷媒をストリップにかける手段を設けており、圧延装置から排出されるストリップの温度（ｔe）を目標温度（ｔs）と比較して、圧延装置に送入される加工物の温度（Ｔe）を目標温度（Ｔs）と比較する。このように得られた温度差信号を利用して、上記液体冷媒のレベルと圧延装置の圧延速度とをコントロールすることで、上記ストリップの排出温度を目標の排出温度に一致させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 金属ストリップの圧延 本発明は、金属ストリップの圧延に関し、特にアルミニウムおよびその合金の 熱間圧延に関する。周知のように、圧延機から排出されるストリップの温度は、 該金属ストリップの金属性質を判断するときの一つの要因である。アルミニウム およびその合金の場合、圧延機またはマルチスタンド圧延装置の最後のロールス タンドから排出されるストリップの温度は、所定の温度値または該温度値の近く になることが重要であり、これにより、ストリップの金属性質が所要に強化促進 される。 また周知のように、圧延機から排出されるストリップの温度は、圧延機の圧延 速度によって違ってくる。すなわち、圧延速度が速ければ速いほど、排出された ストリップの温度が高くなる。従って、圧延速度を調整することによって、排出 されるストリップの温度をある程度コントロールすることができる。 さらに周知のように、液体冷媒例えば水をストリップにかけることによって、 マルチスタンド圧延装置で圧延されている金属ストリップの温度をコントロール することができる。このような冷媒は、ストリップが装置最後のロールスタンド の下流側にあるローラーテーブルに来るとき、或いはストリップがロールスタン ド間に来るときに、ストリップにかけられる。 米国特許公報ＵＳ−Ａ−３２６７７０９は、圧延中の加工物の温度をコントロ ールするための方法およびその装置を開示している。マルチスタンド圧延装置に おける最後のロールスタンドから排出される加工物の温度を測定すると共に、得 られた測定値を目標温度と比較する。温度差 があった場合、該温度差を利用して圧延機の速度を調整することで、実際温度と 目標温度との温度差を実質上ゼロにする。また、冷却手段を設けることにより圧 延装置の下流側に来ている加工物を冷却するが、該冷却手段の冷却効果はやはり 圧延機の速度変化に応じて変化する。 英国特許公報ＧＢ−Ａ−１２５８４２１も、圧延中の加工物の温度をコントロ ールするための方法およびその装置を開示している。金属ストリップ仕上用の圧 延設備は、マルチスタンド圧延装置を備えている。ストリップに液体冷媒をかけ る複数の手段は、圧延装置のロールスタンド間に設けられている。また、複数の 温度検出手段は、複数の選定位置に設けられており、そのうちの一つは、圧延装 置の最後のロールスタンドの直後に設けられている。各位置に設けられた冷却手 段は、調整可能である。冷却用液体の流速を低減させることによって、圧延機に 送り込まれるときの加工物の熱損失を補償する。一方、冷却用液体の流速を増加 させることによって、加工物の加速度の作用として、加工物の移送時の温度を実 質上一定させる。 米国公報ＵＳ−Ａ３４１８８３４は、制御可能に加速させることにより所望の ストリップ移送温度を実質上一定に維持させるストリップの熱間圧延機を開示し ている。圧延機加速に対する閉ループ制御は、移送時温度の検出に基づくもので ある。マルチスタンド圧延装置の最後のロールスタンドの下流側には、ストリッ プに液体冷媒をかける手段が設けられている。 本発明は、非連続性レベルの液体冷媒をストリップにかける手段を設けた圧延 装置を用いて金属ストリップを圧延する方法であって、 圧延装置から排出されるストリップの温度を目標温度と比較して排出時の温度 差信号を生成させることと、 圧延装置に送入される加工物の温度を目標温度と比較して送入時の温 度差信号を生成させることと、 上記した各温度差信号を利用して、ストリップにかけられる液体冷媒のレベル と圧延装置の圧延速度とをコントロールし、上記排出時の温度差信号を実質上ゼ ロにすることと、 を特徴としている。 本発明の好ましい形態としては、上記した圧延装置は、少なくともタンデム状 （直列）に配列されたロールスタンドを備えており、上記液体冷媒は、ロールス タンド間のストリップにかけられるようになっている。各ロールスタンド間にお いて、液体冷媒のレベルは、最大冷媒流と最小冷媒流と少なくとも一つの中間レ ベルの冷媒流とを含んでいる。一つのレベルからもう一つのレベルへのスイッチ ングが、非線形の不感帯域（ｄｅａｄｂａｎｄ）タイプの装置によってコントロ ールされて、また、一つのレベルからもう一つのレベルへのスイッチングが、所 定の時間間隔より短い時間内にわたって中止されるようになっている。 上記圧延装置の使用に際しては、圧延装置は圧延開始速度になるように起動さ れるが、圧延開始時の圧延速度は、既に圧延されたストリップからのデータを利 用することにより、また、現在送入中のストリップの温度と圧延済みのストリッ プの送入時温度との差を利用することによって、決められるようになっている。 したがって圧延開始速度は、迅速かつ正確に決められると共に、圧延済みのスト リップからの情報に基づいて、該圧延開始速度が常に実用可能な状態となってい る。 本発明をより容易に理解するために、以下、実施例により図面を参照しながら 本発明の詳細を説明する。 図１は、本発明における制御システムのブロック図である。 図２は、図１に示すフィードバック制御手段（５）の詳細を示すブロック図で ある。 図３は、図１に示す制御システムの一部を構成する制御スケジューラ（３）の 伝達関数図である。 図４は、上記制御システムにおける一部のパラメーターのグラフを示している 。 図１において、アルミニウムおよびその合金を圧延するためのマルチスタンド の圧延装置１は、タンデム（直列）状に配列された３台のロールスタンド（図示 せず）を備えている。第１と第２ロールスタンドの間に、および第２と第３ロー ルスタンドの間に、それぞれ液体冷却手段を設けている。最後のロールスタンド の直後に設けられた高温計２は、最後のロールスタンドから排出されたストリッ プの温度を測定するようになっている。 ３台のロールスタンドのロール回転速度および、ロールスタンド間に来ている ストリップにかけられる冷媒は、制御スケジューラ３によって制御されている。 高温計２からの出力信号ｔeは、負の信号として加算器４にフィードバックさ れる。それと同時に、目標の排出温度を代表する正の信号ｔsも加算器４に入力 される。そして、温度差信号すなわち偏差信号はフィードバック制御器５に入力 される。制御器５からの出力は、加算器６への正の入力として作用するが、加算 器６の出力は、制御スケジューラ３に入力される。 圧延装置１の入口側の高温計（図示せず）は、圧延装置に送入されるストリッ プの温度を測定できるように設けられている。該高温計からの信号は遅延回路７ により遅延されるが、その遅延時間は、ストリップが該高温計から第１ロールス タンドまでの移送時間に相当する。従って、信号Ｔeが発生されて、比較器８で 目標の送入温度と比較されるようになっている。そして、温度差信号すなわち偏 差信号は制御器９に入力さ れる。該制御器９からの出力は、第２入力信号として加算器６に入力される。 ロールスタンド間に設けられた冷媒作動区域は、複数の冷媒スプレイバー（ｓ ｐｒａｙｂａｒ）と複数の空気／冷媒ブローオフ（ｂｌｏｗ−ｏｆｆ）とを備え ている。ロールスタンド間の冷媒作動区域を最小限にするとき、上記冷媒スプレ イバーをオフにすると共に上記空気／冷媒ブローオフをオンにするようにしてい る。それにより、余分な冷媒が圧延装置のロールスタンドからストリップに流動 することが防止される。一方、ロールスタンド間の冷媒作動区域を最大限にする とき、上記冷媒スプレイバーをオンにすると共に上記空気／冷媒ブローオフをオ フにするようにしている。それにより、ストリップが冷媒で完全に濡れるように なる。 ストリップの移送遅延を考慮に入れても、上記した回路の速度制御部分は基本 的に線形である。下記のような三つの異なる状態しかないので、冷媒区域部分は 非連続性である。 このような線形と非線形との結合は、制御スケジューラ３によって処理されて いる。該制御スケジューラ３は、冷却制御のため、図３に示す不感帯域（ｄｅａ ｄｂａｎｄ）を有する制御器の形式となっている。所 要の速度変化が上限の限界値以上になったり下限の限界値以下になったりすると き、該制御スケジューラ３は、より高いまたはより低い適切な冷媒作用状態への 変換を引き起こすようになっている。このように制御スケジューラ３により、更 なる変換をある期間にわたって抑制し、連続的なスイッチング動作を回避できる 。 上記フィードバック制御器５は、図２に示すように、積分条件のスミス予測器 を有するＰＩ型のものである。スミス予測器の目的は、ストリップの移送遅延に 起因してペンディングとなっている積分補正の影響を低減することにある。圧延 装置のストリップ排出温度の偏差は、ブロック１０で積分ゲインＫIと乗算され た後、ノーマル積分器１１に入力されると共に、積分周期が移送遅延と同じにな るように選定された後一定周期の積分器１２にも入力される。一定周期の積分器 １２の出力は、ブロック１３でミルゲインＫMにより判断評価されることで、排 出されるストリップの可能な温度変化（既にペンディングとなっている圧延機速 度補正に起因する）を予測する。これが加算器１４でオリジナル温度偏差から差 し引かれて、補正すべき温度偏差としての差を生成させる。ＰＩ制御器の比例信 号は、ブロック１５の比例ゲインＫPを介して入力され、１６で積分ループの出 力に加算されることで、全体のフィードバック速度補正信号を発生させる。 図１に示された遅延回路７、比較器８、制御器９は、共にフィードフォーワー ド（正方向送り）の信号を発生する。フィードフォーワード制御器９の出力とフ ィードバック制御器５の出力は６で加算されて、制御スケジューラ３への単一速 度変化信号を発生させる。本発明システムの速度制御部分に対しては、制御スケ ジューラ３は作用していない。冷媒制御に対しては、制御スケジューラ３は、図 ３に示すように作用する。図３において、横軸は所要の速度変化を示す。該速度 変化は、上限の限 界値以上または下限の限界値以下になったとき、冷媒システムの変換が作動され る。例えば、冷媒システムをオンにして、すなわち最大の冷却作用を出したまま の状態で、スラッブの圧延を開始させる。もし、ストリップの温度が低すぎると 認められたら、正の速度変化偏差が生成されて、圧延機の回転速度を高めること によって、排出されるストリップの温度を上昇させる。もし、所要の速度変化が 所定の限界値を超えた場合、上記制御スケジューラ３によって、冷媒システムで の変換がＩＮＴ（中間）状態へ切り換えられ、そのうち一つのスプレイがオフと なると共に、それと関連のブローオフがオンとなる。上記制御スケジュールはま た、一時的に更なる変換を抑制するタイマーを作動させるようになっている。冷 媒が減少された結果、排出されるストリップの温度が上昇するようになり、所要 の速度変化がやや低下するようになる。さらに、上記制御スケジューラは、若干 のヒステリシス性質を有しているので、該スケジューラによりこの状態からオン の状態に変換帰還されることはない。もし、ストリップが続いて冷却されていれ ば、所要の速度変化が再び増加するようになる。また、これが上記限界値以上に 戻った場合、第２の変換が作動されてオフの状態に変わり、このとき両スプレイ がオフとなり、ストリップの冷却は最小限となる。これにより、再び所要の速度 変化を若干低下させることがあるが、負方向への変換を発生させることがない。 制御スケジューラの不感帯域の幅は、状態変換に起因する速度変化信号中の変化 が負方向への変換を引き起こさないように選定されている。同じ方向における多 種の変換（すなわち、ＯＮ→ＩＮＴ→ＯＦＦ）作動を防止するために、上記速度 変化が上記限界値を超えた場合、一種の変換が行われるとタイマーがすぐに作動 されて、第１変換の作用が圧延装置を伝播するまで更なる変換を防止する。該タ イマーの作動期間は、ロールスタンド間の物理的な間隔と、各スタンドからのス トリップ速度とか ら、求めることができるようになっている。 また、首尾の応答を改善するために、前のコイルが目標温度に達したときの速 度と、現コイルと前コイルとの間の温度差とに基づいて、所要の目標速度を計算 するようにしている。すなわち、 は通常の圧延作業時にオンライン識別により予め調べられるようになっている。 もし、ある一時期内に圧延作業が行われていなくて、例えばメンテナンスのた め圧延装置が作業中止となった場合、上記したＳCおよびＴCの値は、保存データ から検索されることが可能である。 上記フィードフォーワードループは、二種類の異なる操作モードを有する。「 オフセット」モードのとき、測定された送入温度と目標送入温度との間の温度差 が用いられる。「ロック−オン」モードのとき、フィードフォーワードループの 操作は、排出温度が目標温度に達するまで遅延されるが、そのあとストリップの 送入温度を記憶し、その後の偏差をフィードフォーワード偏差信号とし用いる。 それにより、ストリップ後 部近傍の品質が向上される。 図４から判るように、圧延の開始時に高温計２により、ストリップの排出温度 が目標温度３００℃を超えたことが判る。加算器４の出力となる排出偏差信号は 、その最大値を示し、この偏差信号は制御器５に入力される。制御器５は、速度 修正信号を発生し、それに対応する最終ロールスタンドＳ３の回転速度が表示さ れる。排出温度のグラフから判るように、この排出温度は目標温度に達するまで 下がっており、該排出温度が目標温度に達したあと、速度修正信号が適正なレベ ルに維持されて可能な偏差を解消し、排出温度が目標温度に実質上一定されるよ うになる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１０月１０日 【補正内容】 明細書の補正した部分 （補正箇所：明細書第２頁第２２行〜第３頁第２３行） 本発明は、ストリップの送入温度を決定する手段と、ストリップの送出温度を 決定する手段と、液体冷媒をストリップにかける手段とを備えた圧延装置を用い て金属ストリップを圧延する方法であって、 既に圧延されたストリップの圧延速度に基づき、現在圧延加工中のストリップ の送入時温度と圧延済みのストリップの送入時温度との差に基づき、上記圧延装 置を圧延開始速度に加速させることと、 圧延装置から排出されるストリッブの温度と目標の排出温度との差を代表する 信号を取得し、該温度差信号を使用することによって、ストリップにかけられる 液体冷媒をコントロールすると共に、圧延開始速度からの圧延速度変化をコント ロールし、上記温度差を実質上ゼロにすることと、 を特徴としている。 本発明の好ましい形態としては、上記した圧延装置は、少なくともタンデム状 （直列）に配列されたロールスタンドを備えており、上記液体冷媒は、ロールス タンド間のストリップにかけられるようになっている。各ロールスタンド間にお いて、液体冷媒のレベルは、最大冷媒流と最小冷媒流と少なくとも一つの中間レ ベルの冷媒流とを含んでいる。一つのレベルからもう一つのレベルへのスイッチ ングが、非線形の不感帯域（ｄｅａｄｂａｎｄ）タイプの装置によってコントロ ールされて、また、一つのレベルからもう一つのレベルへのスイッチングが、前 回スイッチング後の所定の時間間隔内にわたって抑制されるようになっている。 本発明をより容易に理解するために、以下、実施例により図面を参照しながら 、本発明を詳細に説明する。 請求の範囲 １． ストリップの送入温度を決定する手段と、ストリップの送出温度を決定す る手段と、液体冷媒をストリップにかける手段とを備えた圧延装置を用いて金属 ストリップを圧延する方法であって、 既に圧延されたストリップの圧延速度に基づき、現在圧延加工中のストリップ の送入時温度と圧延済みのストリップの送入時温度との差に基づき、上記圧延装 置を圧延開始速度に加速させることと、 圧延装置から排出されるストリップの温度と目標の排出温度との差を代表する 信号を取得し、該温度差信号を使用することによって、ストリップにかけられる 液体冷媒をコントロールすると共に、圧延開始速度からの圧延速度変化をコント ロールし、上記温度差を実質上ゼロにすることと、 を特徴とする金属ストリップの圧延方法。 ２． 上記圧延装置は、タンデム状（直列）に配列された少なくとも３台のロー ルスタンドを備えており、上記液体冷媒はロールスタンド間のストリップにかけ られることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３． 各ロールスタンド間において、液体冷媒のレベルは、最大冷媒流と最小冷 媒流と少なくとも一つの中間レベルの冷媒流とを含んでおり、一つのレベルから もう一つのレベルへのスイッチングが、前回スイッチング後の所定の時間間隔内 にわたって抑制されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４． 上記液体冷媒のレベルは、非線形の不感帯域タイプのスイッチング機構に よってコントロールされることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５． 排出時の温度差信号をＰＩ型のフィードバック制御器に入力させることを 特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の方法。 ６． 上記フィードバック制御器は、ストリップの移送遅延に起因して既にペン ディングとなっている積分補正の影響を低減させるスミス予測器を備えているこ とを特徴とする請求項５記載の方法。 ７． 上記制御器で一つの信号が得られ、既にペンディングとなっている速度調 整に起因して発生可能となっている排出ストリップの温度変化を予測し、上記信 号が上記排出温度差信号から差し引かれることを特徴とする請求項６記載の方法 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ストーレイ アンドリュー 英国，ドーセット，ビーエイチ15 ４ピー エー，プール，ハムワーシイ，イングレシ ャム ウエイ 51

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 非連続性レベルの液体冷媒をストリップにかける手段を設けた圧延装置を 用いて金属ストリップを圧延する方法であって、 圧延装置から排出されるストリップの温度を目標温度と比較して排出時の温度 差信号を生成させることと、 圧延装置に送入される加工物の温度を目標温度と比較して送入時の温度差信号 を生成させることと、 上記した各温度差信号を利用して、ストリップにかけられる液体冷媒のレベル と圧延装置の圧延速度とをコントロールし、上記排出時の温度差信号を実質上ゼ ロにすることと、 を特徴とする金属ストリップの圧延方法。 ２． 上記圧延装置は、タンデム状（直列）に配列された少なくとも３台のロー ルスタンドを備えており、上記液体冷媒はロールスタンド間のストリップにかけ られることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３． 各ロールスタンド間において、液体冷媒のレベルは、最大冷媒流と最小冷 媒流と少なくとも一つの中間レベルの冷媒流とを含んでおり、一つのレベルから もう一つのレベルへのスイッチングが、所定の時間間隔より短い時間内にわたっ て抑制されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４． 上記液体冷媒のレベルは、非線形の不感帯域タイプのスイッチング機構に よってコントロールされることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５． 排出時の温度差信号をＰＩ型のフィードバック制御器に入力させることを 特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の方法。 ６． 上記フィードバック制御器は、ストリップの移送遅延に起因して既にペン ディングとなっている積分補正の影響を低減させるスミス予測器を備えているこ とを特徴とする請求項５記載の方法。 ７． 上記制御器で一つの信号が得られ、既にペンディングとなっている速度調 整に起因して発生可能となっている排出ストリップの温度変化を予測し、上記信 号が上記排出温度差信号から差し引かれることを特徴とする請求項６記載の方法 。 ８． 液体冷媒をストリップにかける手段と、ストリップの送入温度を決定する 手段と、ストリップの送出温度を決定する手段とを設けた圧延装置を用いて金属 ストリップを圧延する方法であって、 圧延装置から排出されるストリップの温度と目標温度との温度差を用いて、ス トリップにかけられる液体冷媒と圧延装置の圧延速度とをコントロールすること によって、上記温度差信号をゼロにし、 圧延開始時の圧延速度は、既に圧延されたストリップからのデータを利用する と共に、現在送入中のストリップの温度と圧延済みのストリップの送入時温度と の差を利用することによって、決められていることを特徴とする金属ストリップ の圧延方法。