JPS6015402B2 - 圧延機の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧延機の制御方法に係り、特に圧延材料が圧
延機の作業ロールに咳込まれる前の時点で圧延材料が作
業ロールに咳込まれた際の圧延荷重を予測し、その値を
用いて圧延後の材料の板厚等が所望の値となるように作
業ロールのロール関度を設定して圧延を行なう圧延機の
制御方法に関する。

従来より、被圧延材と圧延機作業ロールの接触面を潤滑
する潤滑剤に関し、様々な研究がなされている。

例えば、第１図に示す様に、圧延機作業ロール１と被圧
延材２の間に引き込まれる潤滑剤の量に関し、水野氏（
塑性と加工７（６６）、３８３（１９６６））は、ロー
ルバイト入口の油膜厚ちを次式｛１’で示した。

ち＝３り（Ｕ。

十Ｕ．） ………（１）〇・〇ｙただ
し、 Ｕｏ：ロール周速度 Ｕ，：材料入口速度 Ｑ：咳み込み角 ｏｙ：降伏応力 り：圧力Ｐにおける潤滑油粘度 ｛１’式は、潤滑剤の粘度、圧延速度、咳み込み角、降
伏応力等により、ロールと被圧延材の間へ引き込まれる
潤滑剤の量が変化する事を示している。

また、この潤滑剤の量によりロールと被圧延材の間の摩
擦係数、及び、圧延荷重が大きく変動する事が知られて
いる。

例えば、牛脂の潤滑性に関する研究（第５４回圧延理論
部会資料）によれば牛脂液状成分の潤滑剤への添加濃度
と、平均圧延圧力の関係は第２図で示される。第２図の
機軸は、鍵油系潤滑油と、牛脂（液状分のみ）系潤滑油
の混合油を潤滑剤として用いる時の牛脂系潤滑油の濃度
〔ｗｔ％〕を、縦軸は平均圧延圧力〔ｋ９／柵〕を示し
ているが、牛脂系潤滑油の濃度が増加するにともない、
平均圧延圧力が低下している。

これは、牛脂系潤滑油の濃度の変更により、潤滑剤の粘
度が変化し、｛１ー式で示されるロールと被圧延材の間
へ引き込まれる潤滑剤の量が変化するために、ロールと
被圧延材の間の摩擦係数が変化して、平均圧延圧力が変
化するためと考えられる。

この様な潤滑剤と摩擦係数の関係、潤滑剤と圧延圧力の
関係は、従釆から知られていたが、潤滑剤の成分が圧延
中に大きく変動する事は無い為、圧延機の制御、特に、
圧延機が被圧延材を咳み込む前に被圧延材の圧延後、板
厚が目標値となる様に圧延機のロール関度を設定するセ
ットアップ制御（以後、セットアップ制御と略す。

）には潤滑剤の特性は、全く考慮されておらず、また、
鉄鋼圧延のセットアップ制御では、考慮する必要もなか
つた。従釆の鉄鋼圧延のセットアップ制御では、潤滑剤
の特性の変化は、無視してもさしつかえなかったが、近
年アルミニウム等の熱間圧延のセットアップ制御が行な
われるに致り、潤滑剤の特性変化がセットアップ制御上
無視できなくなった。

アルミニウム熱間圧延の特徴としては、被圧延材のアル
ミニウム表面より脱落したアルミニウムの徴粉が作業ロ
ール表面に付着する、いわゆるロ」ルコーテイングがあ
げられるが、ロールコーナィング量は、潤滑剤の特性に
より大きく変動し、さらにロールコーティング量は摩擦
係数、圧延荷重を大きく変動させる。一般にアルミニウ
ム熱間圧延の潤滑剤は、滋油をベースとし、乳化剤、石
油スルフオン酸等を加えた３〜１０％の水溶液が用いら
れるが、アルミニウムと作業ロール間に潤滑効果をもた
せるのは、この潤滑剤のうち、高温のアルミニウム材料
ないしロールに触れ、水と分離した油分である。

つまり、熱間圧延の潤滑効果は、このロール表面に熱分
離して付着した油分によるものであり、潤滑剤の熱分離
性により潤滑効果が変動する。従って、潤滑剤の熱分離
性によりロールコーティング量が変化し、平均圧延圧力
または圧延荷重が変化する。

この実験例として第３図、第４図の特性が知られている
。第３図は、圧延距離とロールコーティング量との関係
を示したもので、Ａは「熱分離性小」に分類される圧延
油に関する特性を示す曲線、Ｂは「熱分離性大」に分類
される圧延油に関する特性を示す曲線である。第４図は
、圧延距離とロ−ルコーティング量変化に伴なう圧延荷
重の変動を実線で、また圧延距離と圧下率との関系を破
線で示す。第４図におけるＡ，Ｂは第３図におけるＡ，
Ｂの潤滑剤に相当する潤滑剤を用いた場合の夫々の特性
を示している。第３図は注目してみると、「熱分離性大
」の潤滑剤を用いた方が潤滑効果が高いためロールコー
ティング量が成長しにくいということが判る。

また、第４図においては「熱分離性大」の潤滑剤を用い
た場合Ｂの方が「熱分離性小」の潤滑剤を用いた場合Ａ
よりも圧延距離に比し圧延荷重の変化が少ないことが判
る。これは、「熱分離性大」の潤滑剤Ｂを用いた場合の
方がコーティングが成長し‘こくいためであると考えら
れる。更に「熱分離性大」の潤滑剤Ｂの方が「熱分離性
小」の潤滑剤Ａの場合より潤滑効果が高いため、「熱分
離性小」の潤滑剤Ａの場合より圧下率が大きにもかかわ
らず圧延荷重は小さくなっている。なお、第４図の特性
は、圧延材料として２釘材を用い、入側板厚２柵、板幅
５仇岬のコイルを５００００に加熱したものを圧延した
場合を示している。

ロール出側での圧延材温度は２４０〜２７０ｑｏであり
、圧延油は温度５０℃で濃度５％のものを用いている。
以上の様に、潤滑剤の潤滑効果は、鉄鋼圧延では、単に
被圧延材と作業ロール間の摩擦係数に影響を与えるのみ
であり、潤滑剤の成分が変化するという様な潤滑剤の特
性の大きな変化でないと、圧延荷重その他の、圧延特性
に影響を与えないが、アルミニウム熱間圧延では、潤滑
剤の潤滑効果は、ロールコーティング量を変化させ、潤
滑剤本釆の潤滑効果と相乗効果となって、圧延荷重を変
動させる。従って、潤滑剤の潤滑効果の圧延荷重に与え
る影響は、アルミニウム等の熱間圧延のセットアップ制
御上無視できない。

例えば、第４図では、潤滑剤の状態、あるいは、潤滑効
果が一定となる様にして実験を行なった場合の結果を示
したが、アルミニウム熱間圧延における実圧延の圧延本
数（第４図の圧延距離に相当）と実績圧延荷重の関係と
を示した第５図では、第４図の場合に比しだいぶ様相が
異なって〈る。

第５図は、圧延機のロール替後の圧延本数と、圧延荷重
の関係を示しているが、ロールにロールコーティングが
全く無い圧延機のロール替１本目では、圧延荷重は通常
圧延時より約５割大きくなっている。これは、圧延機の
ロール替により、同一の潤滑剤を使用しているにもかか
わらず、ロールと被圧延材の潤滑特性が大きく変動する
ためである。

ロール替１本目で、圧延油の潤滑特性が変化し、圧延荷
重が大きく変化すると同様な現象は、長時間の圧延休止
によっても発生する。しかしながら、従釆、潤滑剤の潤
滑特性を圧延機ロール関度のセットアップ制御に反映す
る事は全く行なわれておらず、潤滑特性が変化する時に
は、セットアップ制御の圧延荷重予測誤差が大きく、こ
の結果、板厚精度が悪くなっていた。

本発明の目的は、上述した如き潤滑剤の圧延に及ぼす影
響を考慮し、所望の寸法を得るためにロール開度の設定
、修正などを行なって高精度の圧延製品を得る圧延機の
制御方法を提供することである。なお、第５図の場合、
圧延材料はＪＩＳ規定の品種１１００を用い、入側板厚
１５脚、出側板厚９肌、板幅は入側、出側とも９０仇奴
、入側温度４１０００〜４２０℃の圧延条件によって圧
延した場合の特性図である。

次に、本発明の基本となる考えを詳細に説明する。

圧延機のセットアップ制御とは、例えば圧延機が被圧延
材を度み込む前に圧延荷重Ｐを予測し、圧延後の板厚が
目標値ｈとなる様に公知のゲージメーター式■により圧
延機のロール関度Ｓを設定する制御において、Ｓ＝ｈ−
Ｐ／ｋ ………【２｝ ｋ：圧延機のバネ定数 圧延荷重予測に潤滑剤の潤滑特性を考慮する事により、
圧延荷重予測の精度を向上させ、圧延後の板厚と目標値
との差を小さくする事である。

特に、アルミニウムの熱間圧延などの様に、潤滑剤の潤
滑特性により、圧延荷重が５割も変動するようなものの
場合、圧延機のセットアップ制御の精度を大中に改善す
る事が必要である。もちろんセットアップ制御の考えは
圧延中の修正制御や、それらの実績値によるアダプティ
ブ制御にも応用できよう。実際の圧延における潤滑剤の
成分は、圧延油の酸化、潤滑剤に被圧延材の徴粉が混入
するなどの理由により長時間の圧延の後には多少変化す
るが、圧延機のセットアップ制御に外乱を与えるほど潤
滑剤の潤滑特性が急激に変化する事はない。

しかしながら、アルミニウム熱間圧延のセットアップ制
御を行う上で次の事が明らかになった。つまり、圧延機
のロール替、長時間の圧延休止等によって、圧延機のロ
ールの表面温度、または潤滑剤の温度が下れば潤滑特性
を悪化させ、ロールコーティング量の増大を伴ないつつ
圧延荷重を増加させるということである。一般に、使用
後の潤滑剤は回収され清浄装置により清浄されて再使用
されるので、潤滑剤の温度は通常圧延時は５０ｑｏ〜６
０ｏｏに保たれるが、長時間の圧延休止があった場合に
は常温まで低下する。

また、圧延機のロールの表面温度はロール替後または長
時間の圧延休止後は常温となっているが、圧延荷重及び
ロールと高温の被圧延材の接触により上昇し、通常圧延
時には１００ｑｏ前後となる。例えば、実際のアルミニ
ウム熱間圧延の仕上圧延機でロールの表面温度を材料１
本が圧延を終了する毎に測定した結果は、第６図の様に
なる。第６図において、横断はロール替後の圧延本数、
縦軸はロールの表面温度の関係を示している。これをみ
ると明らかなように、圧延開始前は常温であるが、圧延
本数３本目までは急激に増加し、その後は約１００午○
で安定している。第５図、第６図においてロール表面温
度安定までの過程と、圧延荷重安定までの過程は、非常
に類似している。潤滑剤の温度、あるいは、ロール表面
温度と、圧延油の潤滑効果の関係は、以下の様に説明さ
れる。

潤滑剤は、圧延油と水との混合物であり、被圧延材と作
業ロールの接触面の潤滑効果は、潤滑剤が高温の被圧延
材、及び、作業ロールに接触して圧延油と水に熱分離し
、作業ロールまたは被圧延材表面に付着した圧延油によ
りもたらされるもので、潤滑剤の熱分離によの閏糟効果
が左右される事は、本文中で先に述べた。潤滑油の熱分
離は、潤滑剤中に含まれる圧延油の性質にも依存するが
、被圧延材作業ロール、または潤滑剤の温度が低下すれ
ば、潤滑剤の熱分離が低下し、潤滑効果が低下するため
、作業ロールと被圧延材の接触面の摩擦係数が増大し、
圧延荷重が増加する。

従って、セットアップ制御の圧延荷重の予測に被圧延材
、作業ロール及び潤滑油の温度を取り込み、潤滑剤の潤
滑効果を考慮すれば、圧延荷重の予測精度、さらに圧延
機出側の板厚精度が向上する。

例えば、圧延荷重を次に示す公知のＳｉｍｓの式【３｝
で予測しＰ。

＝ｋＢノＲ（ｈ，一ｈ２）・Ｑｐ ………‘３’た
だし、Ｑｐ＝０．８十（０．４５ｙ＋０．０４）（ノＲ
／ｈ，−０．５）Ｐｏ；圧延荷重 ｋ；平均変形抵抗 Ｒ；ロールの半径 ｈ，：圧延機入側の板厚 ｈ２；圧延機出側の板厚 Ｂ；板中 ッ；圧下率（＝（ｈ，一ｈ２）／ｈ，） 被圧延材の温度Ｔｏ、潤滑剤の温度Ｔ，、作業ロールの
温度Ｔ２により潤滑剤の効果の変動による、圧延荷重変
化を‘４｝式で修正してやれば、Ｐ。

′ニＰ〇，ｆ（Ｔ小Ｔ１・Ｌ） ，．，…，．，■Ｐ
ｏ′；修正後の圧延荷重予測値従来無視されてし、た字
圏溶剤の潤滑効果の変動が圧延荷重に与える影響を圧延
荷重予測にとりいれる事ができ、Ｔ、Ｔ，、Ｌが変動し
た時の圧延荷重予測精度は、大中に向上する。

【４）式は例えば｛５ー式とおきかえても良い。

ＺＰニＰ。′／Ｐ。ニｆ（Ｔ仇Ｔ１・Ｌ）＝巻十手十常
．・・．・・．・・（５’｛４｝〜ｔ５｝式は
、被圧延材、作業ロール、潤滑剤の温度が高ければ、潤
滑剤中の圧延油の熱分離が促進され、被圧延材または、
作業ロール表面に付着する圧延油の量が増加し、潤滑効
果が高まるため、圧延荷重が低下する事を示している。

｛５１式に基づいて実際に回帰分析をおこなった場合の
一例を示すと、ｚＰ＝ｆ（Ｔ。

、Ｔ，、Ｔ２）！者十Ｔ誌十Ｔ２≧ｂ２十ａ３ そしてこの場合はａｏの影響は極めて小さく、ＺＰこ三
羊毛＋Ｔ２警抜＋ｏ‐６１であった。

本発明は、以上説明した考えを利用して寸法制御を行な
うものである。

以下の説明はセットアップ技術に関するものであるが、
本発明は一般の修正制御などにも同様に適用できるもの
である。第７図に本発明の具体例を示す。第７図の１は
圧延機ロール、２は、これから１で圧延される、被圧延
材であり、ロール１と被圧延材の接触面へは潤滑剤噴射
装置９により潤滑剤が供給される。また、一度使用され
た潤滑剤は、潤滑剤回収装置７で回収され、潤滑剤浄化
装置８で浄化され、再使用される。４，５，６，１０，
１１，１２，１３，１４，１５がセットアップ制御装置
であり、被圧延材２の圧延後の板厚が目標値となる様に
、圧延機のロール１のロール関度を設定する。

まず１０１ま、圧延荷重予測装置であり、圧延機の特性
及び、被圧延材の圧延後の仕様を記憶する圧延仕様記憶
装置１１より、ロール１の半径Ｒ、被圧延材２の圧延後
の板厚ｈ２を、また板中検出器４、板厚検出器５、温度
検出器６より被圧延材２のロール１に咳み込まれる前の
板中Ｂ、板厚ｈ，、温度Ｔｏを夫々入力して、上述の‘
３｝式により、被圧延材２がロール１に咳み込まれた時
の圧延荷重Ｐｏを予測する。

１２が圧延荷重補正装置であり、潤滑剤の温度Ｔ，を測
定する温度検出器１ ６、被圧延材の温度Ｌを検出する
６及び、ロール１の温度Ｔ２を計算するロール温度計算
装置１３よりｔ、Ｔ，、Ｔ２を入力し、１０の圧延荷重
予測値Ｐｏを、上述の‘４１式を用いて修正してより正
確な圧延荷重Ｐｏ′を計算する。

１３のロール温度計算装置としては、ロールの温度、潤
滑剤の温度、被圧延材の温度及び、それぞれの熱容量、
境界条件等により理論的に計算する事もできるが、次の
ようにしてもよい。

つまり、長時間の圧延休止、または、ロール替等の場合
のロール表面温度を常温と仮定し、それ以後の圧延本数
の増加にともなうロール表面温度変化パターンとして記
憶しておけば、圧延本数に対応したロール表面温度と取
り出すことができる。１４は、ロ−ル１のロール開度Ｓ
を計算するロール開度計算装置であり、圧延荷重の予測
値Ｐｏ′を１ ２より、圧延機のバネ定数ｋ、圧延後の
被圧延材２の目標板厚ｈ２より、上述の‘２｝式を用い
て計算するものである。

１５はロール関度Ｓを入力して、ロール１のロール開度
をロール１が被圧延材２を啄み込む前に設定するロール
関度計算装置である。

以上が、潤滑剤の潤滑効果を、実際の圧延機のセットア
ップ制御に反映させるための具体的なハード構成であり
、このような制御装置を設けることによって精度の高い
板厚制御を実現できる。

また、本発明は、専用のハードを用いるかわりに一般の
計算機を用いても実現できる。計算機による実施例を示
すのが、第８図ないし第１０図である。第８図は計算機
による実施例の全体構成図であり、前述と同一の符号は
同様のものを示す。第８図の１９は、オペレーターが圧
延機のｏ−ル替、長時間の圧延休止が育った事圧延開始
前に設定する設定装置である。１９の設定信号は計算機
１８に出力され、この設定信号により、計算機１８は、
第９図に示す如き手順で、ロール替、圧延休止後の圧延
本数Ｎを０クリアしておく。第８図中の被圧延材２が圧
延機１に近づくと、材料検出器１７により、材料検出信
号が計算機１８にインプットされる。計算機１８は、こ
の材料検出信号を受けたタイミングで、被圧延材２の圧
延後の板厚を目標値とするための圧延機１のロール開度
Ｓを計算し、１５のロール関度制御装置へ出力する。ロ
ール閥度Ｓの計算方法は、上述した考えに従って作成さ
れた第１０図のフローチャートに示す手順で行なわれる
。

第１０図のフローチャートで使用される符号は次の通り
である。１ 定数テーフル Ｋ；バネ定数 Ｒ；ロール半径 Ａ；被圧延材の材質特性定数 Ｂ； 〃 ｎ； 〃 ｍ； 〃 ＴＲｍ：ロール替、長時間休止後の１本目被圧延材が圧
延される時のロール表面温度ＴＲ【２’；同上（２本目
） ＴＲ【３｝ｍ；同上（３本目以上） ご；平均歪速度仮定値 も；被圧延材の温度に対する荷重補正定数ａ，；潤滑剤
の 〃 ａ２：ロール表面の 〃 ｈ２；被圧延材の圧延後の目標板厚 ２ 可変テーブル Ｎ；ロール替、長時間圧延休止後の圧延本数３ その他
変数Ｂ；被圧延材板中 ｈ，；被圧延材の圧延機入側板厚 Ｌ；被圧延材の圧延機入側温度 Ｔ，；潤滑剤温度 Ｌ；ロール表面温度 ｋ；平均変形抵抗 ご；対数歪 Ｑ；圧延荷重計算の圧下力関数 Ｐ。

：予測圧延荷重Ｐｏ′；本発明補正後の予測圧延荷重 Ｓ；ロール関度 第１０図において、ブロック１０５では、Ｂ、ｈ，、Ｔ
ｏ、Ｔ，を各検出器（８図中の４，５，６，１６）より
取り込み、これをもとにブロック１１０，１ １５で圧
延荷重の予測値をＳｉｍｓ式すなわち本文中の【３｝式
で計算する。

ブロック１２０は、圧延本数Ｎを更進し、フロック１２
５，１３５，１４０では、圧延本数に対応するロール表
面温度Ｌを定数テーブルＴＲより取り出す。ブロック、
１４０が圧延荷重予測値の補正方法で、被圧延材の温度
Ｔｏ、潤滑剤の温度Ｔ，、ロール表面温度Ｔ２を用いて
本文中■式で荷重の予測値を補正する。ブロック１４５
は、本文中【２ー式によりロール関度Ｓを計算する。そ
して１５０でＳは、第８図中のロール開度制御装置１５
へ出力される。このように本発明は計算機を使用しても
実現できる。なお、以上の説明ではロール開度の設定に
関してのみ説明したが、板厚は張力によっても制御でき
ることを考えれば、圧延中の修正制御においては張力の
調整によって行なってもよい。以上詳細に説明したが、
本発明では潤滑剤の圧延に及ぼす影響を考慮し、その影
響分に応じてロール開度の設定、圧延速度の設定などを
行なうので、高精度の寸法制御が実現できる。

本発明を計算機を用いて実施した場合の具体的なデータ
を示すのが第１１図である。

第１ １図には、機軸にロール替後の圧延本数の縦軸に
圧延荷重を示しており、圧延荷重として、従来のセット
アップ制御装置の予測値（図の×印のプロット）、本発
明のセットアップ制御装置の予測値（図の△印のプロッ
ト）、及び実績の圧延荷重（図の○印のプロット）を示
す。

ロール替後１本目の実績荷重は、ロールの表面温度及び
、潤滑油の温度が低いために、潤滑剤の潤滑効果が低く
、圧延荷重が通常（５０Ｗｏｎ）の約１．劫音（約７７
仇ｏｎ）となっているが、本願発明による方法では約７
４肌ｎとなっており、実際の荷重にかなり近い圧延荷重
を予測していることが理解できよう。

この図からも明らかなように本発明は長時間あるいは比
較的長い圧延休止の後における圧延初期のプリセット等
に特に顕著な効果をもたらす。なお、第１１図の場合の
圧延条件は第５図の場合と同一である。

【図面の簡単な説明】

第１図はロールと被圧延材の間に引き込まれる潤滑剤の
様子を示す図面、第２図は潤滑剤に対する牛脂の添加濃
度と平均圧延圧力との関係を示した図面、第３図はアル
ミニウムの熱間圧延における潤滑剤の種類とロールコー
ティング量との関係を示す図面、第４図および第５図は
アルミニウムの熱間圧延における圧延特性を示す図面、
第６図は圧延本数とロール表面温度との関係を示す図面
、第７図は本発明の一実施例を示す図面、第８図ないし
第１０図は本発明の他の実施例を示す図面、第１１図は
本発明における圧延荷重予測精度を示すための図面であ
る。 符号の説明、１・・・・・・圧延ロール、２・・・・・
・被圧延材、４・・・・・・板中検出器、５・・・・・
・板厚検出器、６・・・・・・温度検出器、８・・・・
・・；園滑剤浄化装置、９・・・・・・７園溶剤噴射装
置、１０…・・・圧延荷重予測装置、１１・・・・・・
圧延仕様記憶装置、１２・・・…圧延荷重補正装置、１
３・・・・・・ロール温度計算装置、１４・・・・・・
ロール関度計算装置、１５・・・・・・ロール開度計算
装置、１６……潤滑剤温度検出器、１７……材料検出器
、１８・・・・・・計算機、１９・・・・・・オペレー
タ設定装置。 多ー図 寿Ｚ図 髪ｑ図 髪３図 第４図 茅Ｓ図 髪ら図 髪「図 髪８図 髪’ｏ図 髪１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 作業ロール間に材料を咬込ませることによつて所望
   の寸法の圧延製品を得る圧延機の制御であつて、該材料
   の温度と鋼種などから圧延時における圧延荷重を圧延前
   に予測し、該材料の圧延後の寸法が目標値となる如き前
   記作業ロールのロール開度を設定するものにおいて、該
   材料の温度と、該材料と該作業ロールとの接触面を潤滑
   する潤滑剤の温度と該作業ロールの温度とに基づいて当
   該鋼種における潤滑剤の効果の変動に伴なう圧延荷重の
   変化分を予測しうる相関関係をあらかじめ定め、該あら
   かじめ定められた関係に基づいて予測された当該鋼種に
   おける圧延荷重を用いて該作業ロールのロール開度の設
   定または修正制御をおこなうことを特徴とする圧延機の
   制御方法。