JPH10175007A - 圧延機におけるロールギャップ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧延チャンス毎に変化するガタを考慮したロ
ールギャップ制御を行うこと。 【解決手段】 圧延時に生じるロールギャップの変化を
圧延荷重により連続的に変化する線形成分と、圧延機の
機械的ガタにより断続的に変化する非線形成分とに分離
して、ロールギャップを制御すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延機におけるロ
ールギャップ制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のロールギャップ制御方法は、所定
の製品仕様を満足するように、仕上圧延機の入側情報
（具体的には、入側板厚、板幅、板温度）に基づき、各
スタンドのロールギャップを設定計算するものである。
この設定計算の方法は、各スタンドの出側目標板厚や最
終スタンドの出側通板速度を定め、次に圧延材が各スタ
ンドに噛み込んだときの板温度、先進率、ロール周速、
変形抵抗、圧延荷重を順次計算し、最後にゲージメータ
式を用いて圧下位置を算出するものである。

【０００３】前記ゲージメータ式の一般形式は、 ｈ＝Ｓ＋Ｐ／Ｍ＋α と表される。ここで、ｈ：出口板厚、Ｓ：無負荷時のロ
ールギャップ、Ｐ：圧延荷重、Ｍ：ミル剛性係数、α：
補正値、である。このようなロールギャップ制御方法に
おいて、予め求めておいた圧下位置と荷重との関係式を
用いて、板圧延時の実測圧延荷重から圧下位置を計算
し、目標との偏差を制御する方法が、例えば、特公平２
−４２００１号公報に開示されている。

【０００４】また、特公昭６３−２９６０６号公報に開
示されているように、圧延機のワークサイドとドライブ
サイド別でゲージメータ式によりロールギャップを計算
する方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧延機は多
くの機械部品の集合体であり、その機械精度については
限りがあるにも係わらず、前記従来のゲージメータ式に
は、圧延チャンス毎に変動する機械的間隙（以下、「ガ
タ」と称する）については考慮されていなかった。

【０００６】即ち、ワークロールを軸方向にシフトさせ
て圧延するワークロールシフト式圧延機においては、バ
ックアップロールの軸方向の位置は不変であるが、ワー
クロールは圧延チャンス毎に軸方向の位置が変化する。
従って、圧延機にガタが存在する場合、そのガタ量も圧
延チャンス毎に変化することになる。しかし、従来の技
術においては、このように圧延チャンス毎に変化するガ
タ量については何ら考慮されていなかった。

【０００７】即ち、前記特公平２−４２００１号公報に
開示されている方法では、ロールギャップの位置を真と
して、圧延荷重の誤差を板の変形抵抗差として計算して
おり、圧延チャンス毎に変化するガタについては考慮さ
れていない。尚、前記特公平２−４２００１号公報にお
いては、ゲージメータ式として、 Ｓ＝ｈ−ＭＳ₁ −ＭＳ₂ ＋ＯＦ−ＧＣ が示され、当該式には「ゲージメータ定数ＧＣ」が導入
されているが、このゲージメータ定数ＧＣは、時系列的
に変化するロールの磨耗や収縮などで実績から学習が可
能なものであり、圧延チャンス毎に変化する機械的なガ
タについてはその影響を吸収しきれないものであった。

【０００８】また、前記特公昭６３−２９６０６号公報
において、 ｈ＝Ｓ＋ｆ（Ｆ，Ｂ，……）＋α として開示されているゲージメータ式も前記のものと同
型で、この式中の「学習項α」も、単純な時系列に変化
するものに対してのみ有効な項であり、圧延チャンス毎
に変化するガタを考慮したものではなかった。

【０００９】尚、「第３版「鉄鋼便覧」第III巻（２）
日本鉄鋼協会昭和５５年１１月２０日発行第１３０８頁
左欄」には、バックラッシュを実測する技術が記載され
ているが、このバックラッシュ測定は径年変化に対する
ものであり、圧延チャンス毎に変化するガタについて考
慮したものではなかった。従って、従来のゲージメータ
式を用いる方法においては、径年変化によるガタは考慮
されていたが、圧延チャンス毎に変化するガタによるロ
ールギャップの誤差は正当に評価されていなかった。

【００１０】そこで、本発明は、圧延チャンス毎に変化
するガタを考慮したロールギャップの制御方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴
とするところは、圧延時に生じるロールギャップの変化
を圧延荷重により連続的に変化する線形成分と、圧延機
の機械的ガタにより断続的に変化する非線形成分とに分
離して、ロールギャップを制御する点にある。

【００１２】即ち、ΔＳ＝Ｇ＋Ｆ として制御される。
ここで、ΔＳ：ロールギャップ制御量、Ｇ：圧延機の機
械的ガタにより断続的に変化する非線形成分、Ｆ：圧延
荷重により連続的に変化する線形成分、である。より具
体的には、圧延時の圧延荷重、圧下位置、ガタ検出セン
サの検出値を測定し、予め求めておいた圧下位置と荷重
との関係式、ガタ検出センサの検出値と荷重の関係式を
用いて、当該圧延時のガタ量を求め、制御するものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１に本発明方法を実施する圧延機
の構成が示されている。圧延機のハウジング1 には、上
下一対のワークロール2,3 と、該ワークロール2,3 を支
持する上下のバックアップロール4,5 が設けられてい
る。上下バックアップロール4,5 の左右両端部は、夫々
上下のチョック6,7 により支持され、該チョック6,7 は
前記ハウジング1 に上下動可能に支持されている。上チ
ョック6 は油圧ジャッキ8 とスクリュー9 とからなる圧
下装置10により上下動が制御されている。下チョック7
の下部は、多段ライナー11によりハウジング1 に支承さ
れている。

【００１４】前記上下のワークロール2,3 は、軸方向に
移動可能とされたシフトロールとされ、また、その両端
部には、ベンダー装置（図示省略）が設けられ、圧延板
材12のクラウンや形状制御が可能とされている。前記圧
下装置10には、圧下位置を検出するための圧下位置検出
センサ13が設けられている。このセンサ13は、スクリュ
ー位置を検出するトップハットセンサ14と、油圧ジャッ
キ8 の油柱値を検出するセンサ15とからなる。さらに、
この圧下装置10には、圧延荷重を測定するロードセル16
が設けられている。

【００１５】下チョック7 とハウジング1 との間には、
下チョック7 の上下方向の変位を測定するガタ検出セン
サ17が設けられている。図２に前記ガタ検出センサ17の
詳細が示されている。即ち、ハウジング1 に無接触の距
離計が固定され、下チョック7 の上下動の変位を検出す
るよう構成されている。このガタ検出センサ17や前記圧
下位置検出センサ13は、ワークサイド（ＷＳ）とドライ
ブサイド（ＤＳ）の両方（ロールの軸方向両側）に設け
られている。

【００１６】前記圧下位置検出センサ13、ロードセル1
6、ガタ検出センサ17は、制御装置18に接続され、各測
定値が制御装置18において所定の処理がされるよう構成
されている。図３に示すものは、前記圧延機における板
圧延中のガタ検出センサ17の実測データである。この図
より板圧延中は、下チョック7 が下方に変位しているこ
とが分かる。

【００１７】図４は、図３に示す下チョック7 の変位量
を圧延荷重を基準にしてプロットしたものである。この
図より、同じ圧延荷重でありながら、圧延チャンス毎に
下チョック7 の変位量にバラツキがあることが判明し
た。ところで、圧延機に機械的なガタがあっても、圧延
荷重が同じであれば、変位量にバラツキはないはずであ
る。しかし、現実には図４に示す如く、同じ圧延荷重に
おいて約±５０μｍのバラツキが存在した。その原因を
検討した結果、圧延チャンス毎にワークロール2,3 のシ
フト位置が異なることにより、上下チョック6,7 のワー
クサイドとドライブサイドに作用する荷重が変化し、ガ
タが顕在化してバラツキ量になったと推測される。

【００１８】このような圧延チャンス毎のチョック6,7
の変位のバラツキを考慮して、ロールギャップを設定し
ないと高精度のロールギャップ制御を行うことができな
い。しかし、従来は、ロールギャップ制御において、ガ
タを考慮したとしても、そのガタは一定値として考慮さ
れており、時折、径年変化を実測する程度であり（前掲
「鉄鋼便覧」参照）、圧延チャンス毎のガタを考慮した
制御は行われていなかった。

【００１９】本発明は、以上の知見に基いてなされたも
のであり、圧延チャンス毎に変化するガタを考慮したロ
ールギャップ制御方法を提供するものであり、該方法
は、次の式（１）に示すように、ガタ成分と従来式とを
組み合わせた式を用いるものである。即ち、圧延時に生
じるロールギャップの変化を、圧延荷重により連続的に
変化する線形成分と、圧延機の機械的ガタにより断続的
に変化する非線形成分とに分離して、ロールギャップを
制御するものである。

【００２０】 ΔＳ＝（Ｇ₀ −Ｇ）＋Ｆ（ΔＰ，Ｍ₀ ，Ｃ_T ，Ｃ_H ，Ｃ_G ） ……（１） ここで、ΔＳ：ロールギャップ制御量 Ｇ₀ ：ガタ量標準値 Ｇ ：ガタ量検出値 ΔＰ：圧延荷重検出値の計算値との偏差 Ｍ₀ ：ミル定数標準値 Ｃ_T ：圧延材料に関する定数 Ｃ_H ：圧延機に関する定数 Ｃ_G ：時系列変化に関する定数 Ｆ ：圧延荷重偏差に関してロールギャップ制御量を求
める関数 を示す。

【００２１】前記ガタ量標準値Ｇ₀ は、板無し状態でワ
ークロール2,3 を接触させて（圧下を締め込んで）、機
械的ガタ量と弾性変形量とに分離して求める。図５に圧
下位置検出センサ13により検出された圧下位置と圧延荷
重の関係を示す。図６にガタ検出センサ17により検出さ
れた下チョック7 の変位量と圧延荷重の関係を示す。

【００２２】そして、ガタ量標準値Ｇ₀ は、前記圧下位
置検出センサ13とガタ検出センサ17により得られた前記
図５、６に示すガタ量の比をもって、トータル値を求め
る。ここで、圧下位置検出センサ13とガタ検出センサ17
の関係につき説明する。圧下位置検出センサ13は、圧延
機上部に位置し、圧下スクリュー9 の回転によるロール
ギャップ変化を検出するトップハットセンサ14と油圧圧
下装置によるロールギャップ変化を検出するセンサ15と
からなっている。換言すれば、圧下位置検出センサ13
は、上のロールがどこの位置に設定されたかを検出する
センサである。ガタ検出センサ17は、下ロールの位置を
検出するセンサである。下ロールは、移動機構はなく、
荷重若しくはガタ等によって変化するのみである。

【００２３】今、板なし状態でロールを締め込む場合を
例にしてバネモデルを考えると、 圧下スクリュー9 を締めると、初めにガタの分だけ
荷重( 反力) が発生せずに変位する。 圧下スクリュー9 の締め込みにより、ロール2,3 間
及びライナー11のバネが圧縮されて反力が発生する。 反力によりハウジング1 のバネが延び、力が釣り合
う。

【００２４】圧下位置検出センサ13とガタ検出センサ17
の関係は、上下全体のガタとバネの変位が出る圧下位置
検出センサ13と、下部のみの変位が出るガタ検出センサ
17と言うように出力レベルは異なるが、機能としては等
しいものである。次に、板圧延の場合を考えると、上ロ
ール2 は、所定の位置に設定されており、板の噛み込み
と同時にガタ成分が０となり、圧延荷重によるバネ成分
の変形が発生する。このとき、圧下位置検出センサ13で
は、圧下位置の変位は検出できない。

【００２５】即ち、圧下位置検出センサ13は、圧下スク
リュー9 の回転がなければ、また、油圧シリンダ8 の動
きがなければ、変位０である。一方、ガタ検出センサ17
は、下ロール3 の位置を直接測定しているので、板噛み
込みによる変位が検出可能である。しかして、図５に示
した圧下位置検出センサ13から求められた圧下位置と、
圧延荷重の関係（板なしでロールを接触させて測定）に
おいて、水平部分がＧ₀ （ガタ量標準値）である。一
方、この時のガタ検出センサ17から求められる変位量と
圧延荷重野関係が図６である。この水平部分をＧS0（検
出ガタ標準値）とする。圧延機の構造上、上部にもガタ
の発生部分もあることから、Ｇ₀ ＞ＧS0となる。また、
本発明においては、Ｇ₀ ／ＧS0＝γ（一定）として、圧
延機下部におけるガタ検出センサ17を設けることによ
り、トータルのガタを推定している。

【００２６】従って、板なし時の測定で、Ｇ₀ ／ＧS0の
比を求めておいて、実際の圧延中のガタ量の推定には、
ガタ検出センサ17の検出値Ｇから求められる圧延機下部
のガタ量に、上記比をかけて、トータルのガタを求め
る。即ち、前記ガタ量検出値Ｇは、圧延中にガタ検出セ
ンサ17により求められた下チョック7 の変位量であり、
図６における白丸印で示される如きものである。

【００２７】前述のように、圧延中にガタ検出センサ17
により求められた変位量（図６の白丸印）から、ガタ量
ＧS を求める。ガタ検出センサ17により検出される変位
量には、ガタ成分と線形成分が含まれている。従って、
圧延中に検出した変位量から線形成分を減じた分がガタ
量ＧSとなる。この線形成分は、検出ガタ標準値ＧS0を
求めた時の直線の傾きを用いて求める。従って、ガタ量
Ｇは、Ｇ＝ＧS ×γで表すことができる。

【００２８】前記ガタ量標準値Ｇ₀ を数式で説明すれ
ば、次のようになる。即ち、圧延荷重Ｐと圧下位置Ｓの
関係は、前記式（１）の関係にあるので、板無し状態で
は、次の式（２）が成り立つ。 ΔＳ＝Ｇ₀ ＋Ｆ（ΔＰ，Ｍ₀ ，Ｃ_H ） ……（２） ∴Ｇ₀ ＝ΔＳ−Ｆ（ΔＰ，Ｍ₀ ，Ｃ_H ） ……（３） いま、関数Ｆを簡易な例として、線形一次式とすると、
次の式（４）のように表せる。

【００２９】 Ｆ（ΔＰ，Ｍ₀ ，Ｃ_T ，Ｃ_H ，Ｃ_G ）＝ΔＰ／Ｍ₀ ＋Ｃ_H ……（４） ∴Ｇ₀ ＝ΔＳ−ΔＰ／Ｍ₀ −Ｃ_H ……（５） 尚、ガタ検出センサ17の配置として、当該圧延機の構成
事情（下バックアップロールとハウジングの間の機械構
成部品が多い）により、下チョック7 の下部に設置した
が、圧下装置等の配置により、ガタ発生原因の最も大き
いところに設置することが好ましい。

【００３０】また、前記ロールギャップ制御は、ワーク
サイドとドライブサイドで個別に行ってもよく、又両者
の平均として行ってもよい。

【００３１】

【実施例】

（実施例１）次に、より具体的な方法として、板を圧延
する前の圧延機設定計算におけるロールギャップ制御の
方法を、図７のフローチャートに基づき説明する。Ｎ番
目の板を圧延中に、ロードセル16、圧下位置検出センサ
13、ガタ検出センサ17により、実績データ（圧延荷重、
圧下位置、ガタ量）を複数点採取し、圧下位置の圧延荷
重に及ぼす影響係数Ａ（図５における直線の傾きＭに相
当）を求める。

【００３２】次に、予め求めておいた圧下位置と圧延荷
重の関係式（板無し状態の式を板幅、圧延荷重レベルで
修正したもの。詳細は本発明とは関係しないので省略）
における影響係数Ｂとの差を求め、前記式（１）におけ
る、ミル定数Ｍの学習を行う。学習としては時系列学習
を下式（６）により行う。

【００３３】Ｍ＝Ｍ_a ×α＋（１−α）×Ａ……（６） ここで、Ｍ_a ：Ｎ−１番目圧延後のミル定数（１番目圧
延時はＭ_a ＝Ｍ₀ ） Ａ ：Ｎ番目圧延時のミル定数 α ：平滑係数 同時に、複数のガタ量実績Ｇとガタ量標準値Ｇ₀ との差
を、統計的手法により誤差Ｃとして求める。

【００３４】即ち、Ｎ番目の圧延時に測定したガタ量を
Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，……Ｇ_k とすると、誤差Ｃは、以下のよう
にして求める。 Ｃ＝Ｇ₀ −Ｇ＝Ｇ₀ −（Ｇ₁ ＋Ｇ₂ ＋…＋Ｇ_k ）／ｋ……（７） そして、Ｎ＋１番目の板を圧延する前の圧延機設定計算
において、Ｎ番目で学習したミル定数Ｍとガタの誤差Ｃ
を用いて、ロールギャップ設定を行う。

【００３５】即ち、ロールギャップ設定は、前記ミル定
数Ｍと、ガタの誤差Ｃを用いた下記式（８）で行うもの
であり、非線形成分（ガタの誤差Ｃ）に対して行う制御
と、荷重変化に関する線形成分に対して行う制御との組
み合わせにおいて行われるものである。 Ｓ＝Ｓ₀ ＋ΔＳ＝Ｓ₀ ＋Ｃ＋Ｆ（ΔＰ，Ｍ，Ｃ_T ，Ｃ_H ，Ｃ_G ）……（８） ここで、Ｓ₀ は、Ｎ＋１番目の製品狙い寸法から求まる
ロールギャップ標準値である。

【００３６】尚、以上の計算における圧延荷重は、夫々
ワークサイドとドライブサイドの実績値を、板の中心と
圧延機の中心とのずれ（オフセンター量）により補正し
た値を用いる。また、以上の計算においては、ワークサ
イドとドライブサイドを区別して表記していないが、ロ
ールギャップ制御は、夫々各サイド独立して行うことが
基本であるが、平均として扱うことも可能である。 （実施例２）次に、板を圧延中の圧延機ロールギャップ
制御における例を説明する。

【００３７】この制御は、前記特公平２−４２００１号
公報に記載の方法と基本的には同じ手順となる。圧延機
が複数連続の場合、第１スタンドの実績に基づき、次ス
タンドの修正を行う。本発明の改良点は、特公平２−４
２００１号公報の第６頁に記載のゲージメータ定数の式 ＧＣ＝ｈ−ＭＳ₁ −ＭＳ₂ ＋ＯＦ−Ｓ におけるＳ項を、Ｓ＝Ｓ₀ ＋Ｃ とすることである。

【００３８】ここで、Ｃは前記実施例１の誤差Ｃであ
る。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、板圧延時に生じるロー
ルギャップの変化を最適に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明方法を実施するための圧延機の
構成図である。

【図２】図２は、図１における下チョックの拡大図であ
る。

【図３】図３は、ガタ検出センサの実測値を示すグラフ
である。

【図４】図４は、圧延荷重と下チョックの変位との関係
を示すグラフである。

【図５】図５は、板無し状態での圧下位置検出センサに
よる圧下位置と圧延荷重の関係を示すグラフである。

【図６】図６は、板無し状態でのガタ検出センサによる
下チョックの変位と圧延荷重の関係を示すグラフであ
る。

【図７】図７は、本発明方法を示すフローチャートであ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延時に生じるロールギャップの変化を
   圧延荷重により連続的に変化する線形成分と、圧延機の
   機械的ガタにより断続的に変化する非線形成分とに分離
   して、ロールギャップを制御することを特徴とする圧延
   機におけるロールギャップ制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、圧延時の
   圧延荷重、圧下位置、ガタ検出センサの検出値を測定
   し、予め求めておいた圧下位置と荷重との関係式、ガタ
   検出センサの検出値と荷重の関係式を用いて、当該圧延
   時のガタ量を求め、制御することを特徴とする圧延機に
   おけるロールギャップ制御方法。