JPS5951363B2 - タンデム圧延機の張力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタンデム圧延機の張力制御方法に関し、特に粗
圧延機群によるタンデム圧延及び粗圧延機群と仕上圧延
機群間のタンデム圧延に適する張力制御方法に関するも
のである。

一般にタンデム圧延機によるタンデム圧延の特性として
、各圧延機のマスフロー（材料断面積×材料速度）は等
しいことが要求されるが、もしこの条件が満たされなけ
れば、各圧延機間に張力やコンプレッションが発生し、
こ紡が材料の形状変化、ロールスプリップ及び過大ルー
プによる圧延作業中止等の品質異常や作業トラブルの原
因となる。

そのため従来連続熱間圧延工場で、材料厚みの薄い部分
の圧延を目的とする仕上タンデムと圧延機でのマスフロ
ー制御として、ルーパーが用いられてきたが、次のよう
なルーパーの特性■、■。

から、一般に材料厚みの厚い部分の圧延を目的とする粗
圧延機群でのタンデム圧延及び粗圧延機群と仕上圧延機
群のタンデム圧延のマスフロー制御には不適当である。

■ 材料厚みが厚い場合はループの生成が困難である。

スタンド間距離が長いと、材料自重のため部分的なルー
プしか生成できず、正常なループ制御が不可能となる。

つまりルーパー設置付近にしかループができないのでル
ープの高さを一定にする様に制御してもマスフロー一定
とはならない。

■ 一般に粗圧延機群と仕上圧延機群間には、圧延操作
に必要な設備（例えばクロップシャー。

仕上圧延機前面のデスク等）が設置されているため、又
ルーパー装置は前段圧延機のワークロールと後段圧延機
のワークロール間の材料のパスラインの形状（前後段圧
延機のワーク口−ル間の水平パスラインを底辺とする種
々の高さの３角形状）を変更するものであるからこの間
にループを作ることはできない。

又、ルーパ一方式とは別なマスフロー制御方式として、
特公昭５０−２５５８８号「タンデム圧延機の制御方法
」及び特開昭５０−２０９６５号「タンデム圧延機の無
張力制御方法」が公知であるが、これらの方法は、タン
デム圧延状態での前段スタンドの圧延トルクもしくは（
圧延トルク／圧延荷重）の比もしくは、外部要因による
変動を補正した（圧延トルク／圧延荷重）の比を、タン
デム圧延状態直前の前段スタンドのそれと等しく維持す
る制御をすることで、見掛上マスフロー制御をしている
ため次のような欠点がある。

■ 基本的にタンデム圧延状態をタンデム圧延直前の状
態に保つ即ち無張力制御であるため、圧延スタンドの速
度変化、圧延材料の変形抵抗の変化による板厚の変化等
の外乱の状態によってはループが容易に発生しやすい。

■ （圧延トルク／圧延荷重）の比は張力によって変動
するが、この張力による補正をしていないため、制御性
能（安定性及び精度）が悪い。

■ タンデム圧延では張力時、無張力時及びコンプレッ
ション時で圧延特性が異る（つまり同じ圧延定数を使用
することができない）が、無張力制御はこれらの境界点
での制御をするため、安定性の悪い制御となる。

■ 材料厚みの厚い粗圧延機−粗圧延機間の粗タンデム
圧延では、材料の剛性が大であるため張力時及びコンプ
レッション時共に圧延機のワークロールと材料との間に
すべりを生じ材料長手方向に低温部と高温部とが交互に
存在するデスケバンドが形成され、その材料の仕上タン
デム圧延機でのタンデム圧延時、ロール折損、電源トリ
ップ等の事故を引起す。

一方前記の粗圧延機群と仕上圧延機群のタンデム圧延の
様に比較的材料厚みが薄く、材料の剛性が小であると張
力時幅不足等の材料変形が発生し、又コンプレッション
時、ループが発生し、粗−仕上圧延機間に配置されたク
ロップシャー、仕上圧延機前面に配置されたデスケ装置
を破損する。

よって本発明の目的はタンデム圧延のマスフロー制御に
ついて、以上の問題点を解決し、正確で安定な制御方式
を提供するものであり、本発明の要旨は、圧延荷重、圧
延トルク、等の圧延特性値を用いて後述する様なタンデ
ム圧延中に作用している張力を求める正確な張力算出式
を用いて、材料の形状変化が生じない程度の非常に小さ
い張力（約０．１ｋｇ／’ｉ４）を、常に一定に維持す
る制御によりマスフロー制御をすることと、タンデム圧
延状態になった瞬間から、上記の微小張力が作用するよ
うな、前段スタンドから放出された材料の後段スタンド
への放出速度（材料速度）を予測計算し、タンデム圧延
になる前に、前段スタンドの速度をこの放出速度に制御
することにある。

つまり、このように噛込前の予測制御を含む完全な低定
張力制御方式であるため、ループの発生がなく、粗−仕
上タンデム圧延では設備破損を防止できること、後述す
る正確な張力算出式を用いているので、外乱によって過
大な張力が動作しても張力制御が正確であること、及び
常に張力サイドの制御であるため、制御の安定性が良い
という特徴がある。

次に本発明の低定張力制御方法について、２タンデム圧
延機の場合について説明する。

今２タンテ゛ム圧延機のスタンド間にＴなる張力が作用
している時、任意の１スタンドの圧延トルクＧ及び圧延
荷重Ｆの間に次式が成立することが知られている。

Ｇ＝ ａ −Ｆ −ｂ −Ｔ・−・・０）上式に於てａ
、 ｔ）は１つの圧延条件で決まる定数である。

（１）式を変換して、張力Ｔを求めれば（２）式となる
。

Ｔ＝−（ａ−Ｆ−Ｇ ）・・・・・・・・・・・・・・
・（２）次に材料の形状変形が生じない程度の微少な張
力を基準張力Ｔｏとし、これと（２）式との差を求めれ
ば式（３）が得られる。

△Ｔ二Ｔ−ＴＯ・・・・・・（３） （３）式はタンデム圧延中にスタンド間に作用している
実張力Ｔと、基準張力ＴＯの差△Ｔを表わしているから
、この制御偏差△Ｔが常に零になるようにし、タンデム
圧延機の任意のスタンドの速度を制御してやれば、基準
張力Ｔｏを一定に維持した張力制御をすることができる
。

基準張力ＴＯでタンデム圧延中に△Ｔだけ張力が変動し
た場合、実張力Ｔを基準張力ＴＯとならしめる制御量即
ちタンデム圧延中の任意のスタンドへの速度制御量△υ
は次式で与えることができる。

上記第（４）式の制御周期△ｔは短時間であることが好
ましい。

さて、第（１）、 （２）式の定数ａ、 ｌ）は前記
したように１つの圧延条件で決まる定数であるが、タン
デム圧延中は常に圧延条件が変化するため、次のように
して求めてやる。

まず定数ａについてはａ ＝ ａ ｏ十△ａ・・・・
・・（５）ａＯはタンデム圧延になる直前のａで、第（
１）式でＴ＝Ｏの時のａだから、タンデム圧延になる直
前の前段スタンドの圧延荷重をＦＱ、圧延トルクをＧＯ
とすると次式で求められる。

△ａはタンデム圧延後、張力の作用、及び材料厚み、圧
延機の作動ロール径、材料温度等の圧延条件がタンデム
圧延前の状態から変化した時のａの補正項である。

具体的には、上記（圧延トルク／圧延荷重）の比の補正
項△ａは第（７）式で示される。

定数すについても ｂ＝ｂｏ＋△ｂ・・・・・・（８） ｂＯはタンデム圧延直前のロール偏平を考慮した圧延機
の作動ロール径と、材料厚みから求められ、△ｂは△ａ
と同じようにタンデム圧延後、圧延条件が変化した時の
ｂの補正項である。

次に前段スタンドから放出された材料が後段スタンドに
噛込んだ時のスタンド間張力が即基準張力ＴＯとなる前
段スタンドの圧延速度の算出について説明する。

ある圧延機で圧延中の、その圧延機のみの圧延現象で決
められる、圧延材料の圧延機入側材料速度υの算出方法
は良く知られている。

第１図は単スタンドの圧延機３０の一対のワークロール
３２．３２により圧延材料３１が矢印の方向に圧延され
ている状況を示したもので、υ、ｈは圧延機３０の入側
の材料速度、材料厚で、υ、ｈ１は圧延機３０の出側の
材料速度、材料厚で、υｏ、ｈ。

はワークロール３２．３２のロール周速（中立点での材
料速度）、中立点での材料厚である。

材料速度υ、υ１ ロール周速υＯ１材料厚ｈ、ｈｏ、
ｈｌとの間にはマスフロー一定の法則より、次式の関係
が成立する。

υｈ＝υ０ｈＯ＝υ山１・・・・・・（９）またゲージ
メータ方式の厚み制御の基本式より、材料厚ｈ１は り、 ＝ Ｓ ｏ 十Ｆ ／Ｍ−−−（１０）となる。

但し、Ｓ□、Ｍ、Ｆは、圧延機３０のロール間隙、ミル
スプリング、圧延荷重である。

従って、圧延機３０の入側の材料速度υは （但しυ１＝υＱ （１＋ｆ）、ｆ：先進率）で定ま
る。

さてこの様な単スタンド圧延では圧延機３０の人、出側
の材料は無張力状態である。

従って該圧延機３０を２スタンドタンデム圧延に於ける
後段スタンドと考えると、第（１１）式の材料厚ｈ１、
材料速度υ１は、２スタンドタンテ゛ム圧延では、材料
の噛込み込前は設定値として与えられ噛込後は実測でき
るものである。

材料厚りは前段スタンドの設定値として与えられるかま
たは実測できるから、前段スタンドから放出された材料
先端の後段スタンドへの放出速度を上記後段スタンドの
入側材料速度υとすることにより、前段スタンドから放
出された材料先端が、後段スタンドに噛み込んだ時の２
スタンド間張力は無張力となる。

そこで前段スタンドから放出された材料先端の後段スタ
ンドへの噛込み速度を前述した後段スタンドの入側材料
速度υより次の第（１２）式で求められる速度量△υ０
だけ低い速度（υ−△υＯ）に制御することによって、
材料が後段スタンドに噛込んだ時、基準張力ＴＯを得る
ことができる。

ところが、後段スタンドに材料先端が噛込む前であるか
ら、後段スタンドの実際の圧延荷重Ｆを検知することが
できないので、上記入側材料速度υを求める時点で既知
の情報より、圧延荷重Ｆを、例えば第（１３）式の様に
予測算出し、該予測圧延荷重と（１０）式、 （１１
）式を用いて、上記無張力の入側材料速度υを求める。

例えば材料厚みは薄いが一般にそのスタンド間距離が長
くなる粗圧延機群と仕上圧延機群のタンデム圧延では、
粗−仕上圧延機タンデム圧延に際し粗圧延機から材料先
端が放出される時点から、粗−仕上圧延機タンデム圧延
になったとき、スタンド間張力がＴｏとなる様な放出速
度であるならば、粗圧延機から放出された材料が仕上圧
延機に噛込ｎまでに長時間を要し材料温度が大きく低下
する。

本発明では、前段スタンドから放出された材料先端が後
段スタンドに噛込む前に、前−後段スタンドタンデム圧
延になったときスタンド間張力が張力ＴＯとなる様に、
前段スタンドの速度を制御するものであるから、予測制
御に要する時間だけ余裕をもった最適な仕上圧延機前面
位置までは高放出速度で移送し上記の様に粗圧延機の放
出速度を予測制御することにより、上記材料の温度降下
を防止できる。

又、材料が後段スタンドに噛込んだ△を後に（３）式を
用いて△Ｔを求めることによって、前段スタンドよりの
材料の放出速度（υ−△υＯ）の予測精度を確認するこ
とができるので、本発明ではこの結果を適正な学習方法
によって、次の材料の放出速度の算出時に適用している
。

即ち、第（１４）式の様に、前−後段スタンド間の張力
が無張力となる材料速度υ （放出速度υ）の算出式の
定数αとして学習項を与える。

次に２タンデム圧延機の張力制御法を第２図に基づいて
説明する。

第２図において、１は前段スタンド（又、Ａｌ５ｔｄと
称す）、２は後段スタンド（又、Ａ Ｚｓｔｄとも称す
）、３は圧延材料である。

１２．１８はＡｌ５ｔｄのロール間隔測定装置、圧延荷
重測定装置、１４，１０はＡｌ５ｔｄの入側厚み、出側
厚み測定装置、１６はＡｌ５ｔｄの入側に配置した材料
温度測定装置である。

２０，４は、Ａｌ５ｔｄのロール回転測定装置、ロール
駆動電動機で、６は上記電動機４の速度制御装置である
。

２２，２７．２４は、Ａ２５ｔｄのロール間隔測定装置
、圧延荷重測定装置、ロール回転測定装置で、７は煮２
ｓｔｄのロール駆動電動機、８は上記電動機７の速度制
御装置である。

２８はタンデム圧延になる直前のＡｌ５ｔｄの（圧延ト
ルク／圧延荷重）の比の検出、記憶タイミングを与える
Ａ２５ｔｄの入側に配置した圧延材料３の先端検知器、
２９は＆１ｓｔｄの速度（Ａ ２ｓｔｄへの材料の噛込
速度）の予測制御の開始タイミングを与える上記検知器
２８の前面に配置した圧延材料３の先端検知器で、９は
前器諸装置からの信号を入力され、前記速度制御装置６
，８へ速度基準信号を与える計算制御装置である。

前段スタンド１．後段スタンド２から成る２タンデム圧
延機に於いて、前段スタンド１から放出された圧延材料
３が後段スタンド２に噛込む前に、圧延材料３の先端が
検知器２９で検知されたタイミングで前段スタンド１の
入側厚み測定装置１４からの入側厚み信号１５と、ロー
ル間隔測定装置１２からのロール間隔信号１３と、出側
厚み測定装置１０からの出側厚み信号１１と、ロール回
転測定装置２０からのロール回転信号２１と、圧延荷重
測定装置１８からの圧延荷重信号１９及び後段スタンド
２のロール間隔測定装置２２からのロール間隔信号２３
と、ロール回転測定装置２４からのロール回転信号２５
及び前後スタンド１．２のロール径信号２６を計算制御
装置９に入力して、材料３が後段スタンド２に噛込んだ
時のスタンド間張力が即基準張力Ｔｏとなるような放出
速度（υ−△υＯ）を計算制御装置９で計算すると共に
、材料３が算出された放出速度（υ−△υＯ）になるよ
うな速度基準出力を、計算制御装置９から、前段スタン
ド１のロール駆動電動機４の速度制御装置６ （又は後
段スタンド２のロール駆動電動機７の速度制御装置８）
に出力し、上記装置６ （又は装置８）はロール駆動電
動機４（又は７）の速度を制御する。

以上の、＆２Ｓｔｄへの材料噛込速度の予測制御を第３
図により具体的に述べる。

５ｔｅｐｌ 計算制御装置９内で、１６．２ｓｔｄの
圧延荷重を予測（計算）する。

５ｔｅｐ２ Ａ ２ｓｔｄのロール間隔測定装置２２
からのロール間隔信号２３と上記予測圧延荷 重と、Ａ ２ｓｔｄのミル定数とから第 （１０）式によｌ） Ａ２５ｔｄ出側板厚を計算する。

５ｔｅｐ３ 次に上記Ａ２５ｔｄ出側板厚と、／ｆ６
．１ｓｔｄ （７）出側厚み測定装置１０からの出側厚
み信 号１１とＡ２５ｔｄのロール回転測定装置２４からのロ
ール回転信号２５とか ら、第（１１）式又は第（１４）式を用いてＡＩ Ａ
２５ｔｄ間張力が無張力（Ｔ＝０）となるＡ２５ｔｄへ
の圧延材料３先端の放出速度υを計算する。

５ｔｅｐ４ 次に、第（１２）式により、ＡＩ Ａ
２５ｔｄ間張力が微少正張力即ち基準圧張力Ｔ Ｏとならしめる速度制御量△υＯを計 算する。

５ｔｅｐ２ 次に上記放出速度υと上記速度制御量△
υ０よすＡ２５ｔｄへ材料３の先端が噛込んだ時基準張
力ＴＯとなる様なＡｌ５ｔｄよりの放出速度（υ−△υ
０）を計算 する。

５ｔｅｐ６ コの速度（ｔ／ −△ｉ、＋ Ｏ）をＡ
ｌ５ｔｄ（７）速度制御装置６へ速度基準信号として与
え る。

以上の予測計算、予測制御（Ｓｔｅｐｌ −５ｔｅｐ６
）を本実施例では、先端検知器２８で先端検知される
まで、２００ｍ５ｅｃ毎に繰り返し実行する。

なお上記計算で、Ａｌ５ｔｄ出側板厚は、厚み測定装置
１０で実測しているが、演算にて定めることができる。

次に材料３が後段スタンド２に噛込む直前に圧延材料３
の先端が検知器２８で検知されたタイミングで前段スタ
ンド１の圧延荷重信号１９とロール駆動電動機４の電動
機電流信号５を計算制御装置９に入力し、計算制御装置
９に於て、電動機電流５を前段スタンド１の圧延外ルク
に換算すると共に第（６）式の計算によってａＯを記憶
しておく。

（第４図参照） 材料３が後段スタンド２に噛込み後は、Ｉ６．１ｓｔｄ
の電流信号５、出側厚み信号１１．ロール間隔信号１３
、入側厚み信号１５、温度信号１７、圧延荷重信号１９
の各信号を計算制御装置９に入力し、計算制御装置９に
於て、（２）、 （５）、 （７）式からスタンド間張
力Ｔを計算し、（３）式から基準張力ＴＯとの差△Ｔを
求め、更に（４）式から速度制御量△υを求めこれを計
算制御装置９から速度制御装置６（又は８）に出力して
、装置６ （又は装置８）はロール駆動電動機４ （又
は７）を制御することによって張力制御を行う。

以上のＡ、２ｓｔｄへの材料先端噛込後の張力制御法を
第５図により具体的に述べる。

５ｔｅｐｌ １６．１ｓｔｄの圧延荷重測定装置１８
からの圧延荷重信号１９、入側及び出側厚み測 定装置１４．１０からの厚み信号１ ５．１１．温度測定装置１６からの温 度信号１７を入力された、計算制御装 置９は、実圧延荷重からロール径変化 量△Ｒ１実温度から変形抵抗変化量を 定めて、第（７）式により補正項△ａを計算する。

このとき△Ｔ＝Ｏとなるように予め予測制御しているの
で△Ｔ＝０ として演算する。

以降は後述する△Ｔを使用して演算する。

５ｔｅｐ２ ｂの補正項△ｂについても圧延荷重を実
測し圧延荷重の変化から計算できるが 本実施例ではｂは定数ｂＯを使用して いる。

即ち△ｂ＝ｏである。５ｔｅｐ３ ａ ｏ 、 ｂ
ｏ 、△ａ、△ｂり第（５）、 （６）式にて、ａ、
ｌ）を求める。

５ｔｅｐ４ Ａ、ｌ５ｔｄの装置１８からの装置の実
圧延荷重Ｆと、Ａｌ５ｊｄの電動機４の電流５による実
圧延外ルクＧと、上記ａ、 ｌ）とから、第（２）式
でＡ１６．１−Ａ２５ｔｄ間の実張力Ｔを計算する。

５ｔｅｐ５ 上記実張力Ｔと基準張力Ｔｏとから第（
３）式で差△Ｔを計算する。

この屋２ｓｔｄ噛込直後に計算した△Ｔは記憶しこ
れを用いて次の材料の後段スタンド 噛込時の前段スタンド速度を学習す る。

即ち第（１４）式の学習項αを決定する。

又、同一材料の次の補正項△ａ計算時の△Ｔとして使用
する。

５ｔｅｐ６ 上記差△Ｔを用いて、第（４）式から速
度制御量△υを計算する。

５ｔｅｐ７ この速度制御量△υを速度制御装置６の
速度基準信号に付加的に与える。

以上２タンデム圧延機の場合の張力制御方法について説
明してきたが２台以上の複数スタンドのタンデム圧延機
の場合でも全く同じ方法で張力制御が可能である。

以上の詳述した様に、本発明はタンデム圧延前の低定張
力予測制御を含む完全な低定張力制御を行なうものであ
るため粗−仕上タンデム圧延ではループの発生がなく、
設備破損を完全に防止できると共に、上記タンデム圧延
前の予測制御により粗圧延機から放出された圧延材料が
仕上圧延機に噛込まれるまでの材料温度低下を防止する
ことができ、又粗−粗タンデム圧延ではデスケバンドの
形成を防止し、仕上タンデム圧延機群でのタンデム圧延
時、ロール折損、電源トリップ等の事故を完全に防止で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は単スタンドの圧延機により、圧延材料が圧延さ
れている状況を示す図面で、第２図は、本発明に張力制
御方法を実施する装置のブロック線図で、第３図は後段
スタンドへの材料噛込前に於ける材料放出速度の張力予
測制御の説明図、第４．５図は後段スタンドへの材料噛
込直前、及び材料噛込後の張力制御の説明図である。 １・・・・・・前段スタンド（Ａｌｓｔｄ）、２・・・
・・・後段スタンド（Ａ２ｓｔｄ）、３・・・・・・圧
延材料、４，７・・・・・・ロール駆動電動機、６，８
・・・・・・速度制御装置、９・・・・・・計算制御装
置、１０，１４・・・・・・厚み測定装置、１２，２２
・・・・・・ロール間隔測定装置、１６・・・・・・材
料温度測定装置、１８，２７・・・・・・圧延荷重測定
装置、２０，２４・・・・・・ロール回転測定装置、２
８．２９・・・・・・先端検知器、３０・・・・・・単
スタンドの圧延機、３１・・・・・・圧延材料、３２・
・・・・・ワークロール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １２以上の圧延スタンドから成るタンデム圧延系におい
   て、前段スタンドから送出された圧延材料先端が次の後
   段スタンドに噛込前に前段スタンド出側材料厚みと、後
   段スタンドのロール回転数及びロール間隔と、後段スタ
   ンドの予測圧延荷重とから、当該材料が後段スタンドに
   噛込んで前段スタンドと後段スタンド間でタンデム圧延
   状態になった時のスタンド間張力が予め定めた基準圧張
   力となる前段スタンドの圧延速度を算出し、該算出値に
   なるように前段スタンドの速度を制御し、次に当該材料
   先端が後段スタンドへの噛込直前に、前段スタンドの圧
   延荷重及び圧延トルクとから（圧延トルク／圧延荷重）
   の比を求めこれを記憶すると共に噛込後上記（圧延トル
   ク／圧延荷重）の比の補正項を求め、該補正項と、上記
   噛込直前の（圧延外ルク／圧延荷重）の比と、噛込後の
   前段スタンドの圧延荷重及び圧延トルクと力ち前−後段
   スタンド間の張力を求め、該張力が基準圧張力となるよ
   うに前段及び／又は後段スタンドの速度を制御すること
   を特徴とするタンデム圧延機の張力制御方法。