WO1995007776A1 - Procede de controle du mouvement de serpentement et ligne de production appliquant ce procede dans une installation de laminage tandem - Google Patents

Description

明 細 書 蛇行制御方法およびタンデム板圧延機設備列 技術分野

本発明は、 金属板のタ ンデム圧延操業において、 圧延時の圧延材 料の安定した通板性を確保するための運転制御方法およびその前提 となるタンデム圧延機設備列に関する。 背景技術

金属板のタ ンデム圧延は、 高精度な金属薄板を大量生産できるプ ロセスであり、 タンデム圧延機列を構成する各圧延機間で圧延材料 に張力を作用させることができるため非常に安定した圧延操業が可 能である。 圧延材に張力を作用させた場合、 例えば、 作業側と駆動 側の圧下装置の設定値の差 （以下では圧下レペリ ングと略称する） にある程度の最適値からの偏差が存在しても、 それがそのまま伸び 率の差になるのではなく、 張力の再配分によつて作業側と駆動側の 伸び率の差が抑制されるため、 通板事故に直結することは少ない。

しかしながら、 圧延材の先端および後端については、 律方あるい は前方張力を作用させることができないので、 張力による上記安定 化作用が半減し通板事故を生じやすくなる。 特に、 後方張力の影響 は大きいので、 後方張力が解放される後端通過時には尻絞り という 通板事故が発生することが多く、 蛇行制御あるいは尻絞り制御と呼 ばれる圧下制御が従来法と して実施されている。 なお以下の説明で は、 多くの場合、 作業側 · 駆動側のことを "左右" という表現で簡 略表現する。 また、 本発明では圧延材がミルセンターから幅方向に ずれて通過することを "蛇行" と呼ぶものとする。 尻絞りは、 圧延材後端近傍における左右の伸び率差に起因する材 料の蛇行が主原因と考えられており、 尻絞りの現象が現れ始める時 点すなわち圧延材後端が直前の圧延機から出た時点から、 当該圧延 機の圧下設定値の左右差の制御すなわちレペリ ング制御を実施する というのが蛇行制御の従来法である。 この時の検出端と しては、 当 該圧延機の圧延荷重の左右差や蛇行センサーによる板のオフセンタ 一量の検出信号等が用いられる。

上記のような蛇行制御の従来法は、 圧延材後端が直前の圧延機を 出た時点から実質的に制御が開始されるため、 制御の動作時間が短 く、 尻絞り防止に間に合わない場合がある。 また、 当該圧延機の圧 下レペリ ングに最適値からの偏差があった場合は、 圧延材後端が直 前の圧延機を出た時点で、 それまで作用していた後方張力がなくな り、 張力の左右差による捕償効果がなくなるため急激な蛇行が始ま ることになり、 その症状が現れてから圧下レペリ ング制御を始めた のでは手遅れになる場合が多い。 発明の開示

そこで本発明では、 圧延材後端が直前の圧延機を出た時点から制 御を開始するのではなく、 圧延材後端に達する前の定常圧延状態で、 タンデム圧延機列の各圧延機の圧下レペリ ングを最適な状態にして おく方法およびそのためのタンデム圧延機設備列を開示する。

圧延材後端が直前の圧延機を出たことによって起きる最も大きな 変化は、 言うまでもなく後方張力がなく なることである。 したがつ て、 この時から急激な蛇行が始まるのであれば、 それは当該圧延機 の圧下レペリ ングが最適値からずれていて、 これを後方張力の左右 差で補償していたものと推定される。 このことから、 圧延材後端に 達する前の定常圧延状態の間に、 各圧延機間の圧延材に作用する張 力の左右差をできるだけ零に近づけておくのが、 尻絞り事故防止の 決め手になるものと考えられる。 このためには、 各圧延機間の圧延 材に作用する張力の左右差を検出し、 これを零に近づける操作を行 えばよい。

これを実現するための蛇行制御方法と して本発明第一の発明では 2台以上の圧延機と、 圧延機間に、 作業側 ' 駆動側それぞれ独立に 張力検出器を有する圧延材張力測定装置と圧延材の幅方向通板位置 測定装置が配備されたタンデム板圧延機の蛇行制御法であって、 該 幅方向通板位置測定装置の出力より該圧延材張力測定装置の位置に おける圧延材の幅方向通板位置を直接検出または推定し、 これと圧 延材張力測定装置の作業側および駆動側検出器の出力より、 該圧延 材張力測定装置の位置において圧延材に真に作用している張力の作 業側と駆動側の差を演算し、 該張力差を零にすることを目標と して. 各圧延機の作業側と駆動側の圧下設定値の差を制御することを特徴 とする蛇行制御方法を開示している。

さ らに、 このような蛇行制御を有効に実施し得るタンデム板圧延 機設備列と して、 本発明第二の発明では、 4台以上の圧延機と、 最 下流圧延機より連続して少なく とも 2台の圧延機前面の圧延機間に 圧延材張力測定装置と圧延材の幅方向通板位置測定装置が配備され たタンデム板圧延機であって、 該圧延材張力測定装置が作業側 · 駆 動側それぞれ独立に張力検出器を有していることを特徵とするタン デム板圧延機設備列、 本発明第三の発明では、 2台以上の圧延機と 各圧延機間の少なく とも一箇所に作業側 · 駆動側それぞれ独立に張 力検出器を有する圧延材張力測定装置と、 該圧延機間で該圧延材張 力測定装置の上流および下流側の圧延材の幅方向通板位置を測定で きる検出装置が配備されたことを特徴とするタンデム板圧延機設備 列を開示している。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明の一具体例に係る蛇行制御方法のアルゴリ ズムを示 す図 ；

図 2 は本発明で必須要件の一つとなっている作業側 · 駆動側それ ぞれ独立に張力検出器を有する圧延材張力測定装置の一例のルーパ 方式張力検出装置の模式図 ；

図 3 は本発明で必須要件の一つとなっている作業側 · 駆動側それ ぞれ独立に張力検出器を有する圧延材張力測定装置の一例の半固定 式張力検出装置の模式図 ；

図 4 は本発明他の具体例に係るタンデム板圧延機設備列の例を示 す模式図 ；

図 5 は本発明のさらに他の具体例に係るタンデム板圧延機設備列 の例を示す模式図 ； 及び

図 6 は本発明のタンデム板圧延機設備列の一例を示す模式図であ

発明を実施するための最良の形態

図 1 は本発明の一具体例に係る蛇行制御方法のフローチャー トで ある。 ステップ 1000において、 圧延機間の圧延材の幅方向における 通板位置を測定するために設けられた幅方向通板位置測定装置の出 力より、 圧延機間に設けられた圧延材張力測定装置の位置における 圧延材の幅方向通板位置を直接検出するかまたは内挿により推定す る。 ステップ 1002において、 圧延材張力測定装置の作業側および駆 動側検出器の出力と上記幅方向通板位置より、 圧延材に真に作用し ている張力の左右差を算出する。 ステップ 1004において、 算出され た張力の左右差が許容値以下か否かを判定し、 許容値以下であれば ステップ 1000に戻る。 許容値以下でなければ、 ステップ 1006におい て張力左右差を零にすることを目標と して各圧延機の圧下設定値の 左右差を制御し、 ステップ 1000に戻る。

圧延材張力測定装置とは、 例えば、 図 2に示すような主と して熱 間圧延で使用される上下可動方式のルーパ装置や図 3に示すような 主と して冷間圧延で使用される実質的に固定式の張力検出ロール等 があり、 圧延材 4に作用する張力によって従動ロール 7に加わる力 を トーショ ンバー方式口一 ドセル 9 a , 9 bあるいはロー ドセル 11 a , libによって検出する。 本発明では図 2あるいは図 3のよう にロー ドセルが作業側と駆動側にそれぞれ独立に配されていること を前提条件と しており、 この両者の出力の差を観察することによつ て圧延材張力測定装置に作用している力の左右非対称成分を抽出で きる。 なお、 このロー ドセル出力を圧延材に作用する張力に変換す るには、 張力測定装置の従動ロール 7の位置と圧延機の作業ロール 位置とから圧延材 4が水平面となす角度を算出し、 これより力のベ ク トルの幾何学的な約り合い条件より演算算出することになる。 ま た、 圧延材の幅方向通板位置測定装置は、 光学式のものが最も実用 的である。

今、 任意の No. i圧延機と No. i + 1圧延機の間を考慮の対象と し、 図 2に示すようなルーパ方式張力測定装置を例と してさ らに詳 しく説明する。 圧延材張力測定装置のロー ドセル荷重をルーパ角度 を考慮して鉛直方向の荷重に換算して作業側と駆動側の差を抽出し た値を R_{d f i} とする時、 R_{d f i} には圧延材に作用する張力差び _{d f i} のみならず、 圧延材の幅方向通板位置すなわち材料オフセンター量 x _{c i}の影響も含まれ、 次式のような関係式が成立する。

Rd r i = 〔 {b²/(6a_{L i})} σ _d , i + (2/a_{L i}) σ _; bx_{c i}〕

(sin^ _b i + sin^ _f i )h i … ( 1 ) ここで、 aいはルーパロールの支点間距離、 0いおよび 0 _{f i}はルー パ口一ルを境にして第 i および第 ί + 1 スタ ン ド側の圧延板面が水 平面となす角度、 h i は第 i スタ ン ド出側板厚、 x _{c i}はルーパ位置 における材料オフセンタ一量、 び i は圧延材の単位断面積あたりの 張力 （以下ではュニッ ト張力と称する） 、 bは圧延材の扳幅である ₍ 式 （ 1 ) より、 R_{d f i} が測定されたとしても、 ルーパ位置におけ る材料オフセンタ一量 X c iが未知な場合、 式 （ 1 ) より正確に圧延 材に作用している張力を求めることは不可能となる。 一般に、 X c i は零となることを目標と して圧延操業を実施するが、 現実には 10〜 20mm程度の誤差は存在し、 これが圧延材に作用している張力ひ _{d f i} の推定精度に無視できない影響をおよぼす。 例えば、

a L i = 2000mm. b = 1000mmの場合、 式 （ 1 ) 右辺の 〔〕 内の項の評 価より、 x _{c i}の影響を無視したままで張力差 CT d f i を推定した場合. ュニッ ト張力び， の 12%の誤差を生じることになる。 圧延材に作用 する張力の左右差び _{d f i} を零にするために圧下レペリ ング制御を実 施した場合、 材料オフセンター量 X _{c i}も変化するのが普通であるが- この変化を一切検出することなく制御を実施したとすれば、 上記の 例に従う場合、 この制御には目標値び _{d f i} に対して ±0.12σ ! の本 質的な誤差を含むことになり、 尻絞り事故を撤廃できるような十分 な蛇行制御を実施することは不可能である。 通板事故を防止するた めに重要なのは R_{d f i} = 0 とすることではなくて、 び _{d f i} = 0 とす べきことは明らかであるからである。

以上説明してきたように、 び _{d f i} を正確に検出し、 び _{d f i} = 0 と するための制御を実施するためには、 作業側 · 駆動側それぞれ独立 に張力検出器を有する圧延材張力測定装置で該張力測定装置に負荷 される荷重の左右差を検出するとともに、 該張力測定装置の位置に おける圧延材の幅方向通板位置を直接検出または推定することが必 須要件となることが明らかである。 次に、 以上説明してきたような蛇行制御を実施するための圧延機 設備について説明する。 一般に、 タンデム圧延機において尻絞り事 故を生じるのは、 タンデム圧延機の下流側の圧延機である。 これは. 板厚が薄く なるため、 圧下レペリ ングに最適値からの誤差が存在す る場合、 この誤差が伸び歪の左右差におよぼす影響が相対的に大き く なること、 および圧延速度が大きく なるため、 圧延材後端が前ス タン ドを通過してから圧下レペリ ングを操作する従来制御あるいは オペレータ操作では時間的な余裕が少なく なることで説明できる。

そこで、 本発明の他の具体例に係るタンデム板圧延機設備列では. 4台以上の圧延機と、 最下流圧延機より連続して少なく とも 2台の 圧延機前面の圧延機間に圧延材張力測定装置と圧延材の幅方向通板 位置測定装置が配備されたタンデム板圧延機で、 該圧延材張力測定 装置が作業側 ·駆動側それぞれ独立に張力検出器を有している。 最 下流圧延機より 2台の圧延機前面としているのは、 上記した尻絞り 事故の発生しやすさの他、 これより上流の圧延では、 板厚がかなり 大きいため、 圧延機前面のガイ ドによって材料オフセンター量を強 制的に拘束することがある程度可能であるから、 式 （ 1 ) において X _{c i}を零と仮定しても大きな誤差を生じないようにすることが可能 である。 すなわち、 図 4 に示すように、 少なく とも、 最下流圧延機 より連続した 2台の圧延機 1 a， 1 b前面の圧延機間に圧延材張力 測定装置 2 a , 2 bと圧延材の幅方向通板位置測定装置 3 a， 3 b を配備することによって、 実質的に有効な蛇行制御が可能となる。 プロセスコ ンピュータ 12は圧延材張力測定装置 2 a， 2 bと幅方向 通板位置測定装置 3 a， 3 bの出力を取り込み、 上記の演算を行な つて圧延機間の圧延材に作用する張力差をそれぞれ算出し、 それら が零になるように圧延機 1 a， 1 b， l c， I dの作業側と駆動側 の圧下設定値の差を制御する。 ところで、 圧延材張力測定装置の位置の幅方向通板位置を直接測 定する場合、 図 2、 図 3の従動ロール 7 と接触している位置の圧延 材の板端を検出しなければならないが、 これを光学的に検出する時. 従動ロール自身と板端を分離することが困難となる場合が多い。 し たがって図 4 に示す例では、 張力測定装置のやや下流側の位置の幅 方向通板位置を測定して、 張力測定装置の位置における幅方向通板 位置を推定しているが、 この方法では幅方向通板位置にある程度の 誤差が入るのは避けられない。

そこで、 本発明のさ らに他の具体例に係るタンデム板圧延機設備 列では、 図 5 に示すように圧延材張力測定装置 2 a， 2 b， 2 cの 前後に幅方向通板位置測定装置 3 a ' ， 3 a〃 ， 3 b ' ， 3 b〃 ， 3 c ' , 3 c〃 が配されている。 このように、 圧延材張力測定装置 の上流側および下流側に幅方向通板位置測定装置を配することによ つて、 直接測定が困難な圧延材張力測定装置の位置における圧延材 の幅方向通板位置を、 その前後の幅方向通板位置測定装置の出力の 内挿によって高精度に推定することが可能となり、 この結果、 圧延 材に作用している張力差の推定精度が向上し、 本発明第一の発明の 蛇行制御がより高精度に実施できる。

図 6 に示すような 7 スタ ン ドタ ンデム ミルで、 すべてのスタ ン ド 間に作業側 · 駆動側それぞれ独立に張力検出器を有する圧延材張力 測定装置 2 a〜 2 f を有し、 最下流圧延機より連続して 3 スタ ン ド の圧延機前面のスタ ン ド間には、 該圧延材張力測定装置の下流およ び上流側の圧延材幅方向通板位置を測定できる検出装置 3 a ' ，

3 a " ， 3 b ' , 3 b〃 ， 3 c ' , 3 c " が配備されているタンデ ム圧延機群を用いて蛇行制御を実施した。

当初、 圧延材張力測定装置の出力のみを用いて、 材料オフセンタ 一量を常に零と仮定して、 スタ ン ド間で圧延材に作用する張力差 CT _{d ( 1} を推定し、 び _{d f l} = 0を目標と して圧下レべリ ング制御を実 施したが、 圧延材後端の通板状況は完全に安定するまでには至らな 力、つた。

次に、 圧延材張力測定装置の出力の他、 圧延機のロー ドセル、 圧 下設定値等のデータを利用してタンデム圧延現象を表現する方程式 系を解く ことによって圧延機直下の材料オフセンター量を推算し、 これの内挿値と して圧延材張力測定装置の位置における材料オフセ ンタ一量 X いを算出し、 式 （ 1 ) を用いて圧延材に作用する張力差 び _{d f i} を推定し、 び _{d f l} = 0を目標として圧下レべリ ング制御を実 施した。 その結果、 上記の材料オフセンター量を零と仮定した制御 より も改善されたが、 特に下流側の圧延機において圧延材後端の通 板状況が完全に安定するまでには至らなかった。

最後に、 上記圧延材張力測定装置の下流および上流側の圧延材幅 方向通板位置を測定できる検出装置 3 a ' ， 3 a ' , 3 b ' ， 3 b " 3 c ' ， 3 c〃 を用いて材料オフセンター量を直接検出し、 それぞ れのスタ ン ド間の検出装置の出力の内挿値として、 圧延材張力測定 装置の位置における材料オフセンター量を算出し、 この値と式 （ 1 ) を用いて圧延材に作用する張力差び _{d f i} を推定し、 CT _{d f i} = 0を目 標と して各圧延機の圧下レペリ ング制御を実施した。 その結果、 特 に尻絞りが問題となる下流側圧延機において圧延材に作用する張力 差の推定精度が飛躍的に向上し、 圧延材後端の通板をほぼ完全に安 定させることができた。

本発明の蛇行制御方法およびタンデム板圧延機設備列を用いるこ とにより、 定常圧延中にタンデム圧延機列の各圧延機間で圧延材に 作用する張力差をほぼ零に制御することができ、 その結果、 圧延材 後端圧延時を含めて通板時の事故はほとんど皆無の状態となり、 作 業率および歩留りを大き く向上させることが可能となる。 請 求 の 範 囲

1. 2台以上の圧延機と、 圧延機間に、 作業側 · 駆動側それぞれ 独立に張力検出器を有する圧延材張力測定装置と圧延材の幅方向通 板位置測定装置が配備されたタンデム板圧延機の蛇行制御法であつ て、 該幅方向通板位置測定装置の出力より該圧延材張力測定装置の 位置における圧延材の幅方向通板位置を直接検出または推定し、 こ れと圧延材張力測定装置の作業側および駆動側検出器の出力より、 該圧延材張力測定装置の位置において圧延材に真に作用している張 力の作業側と駆動側の差を演算し、 該張力差を零にすることを目標 と して、 各圧延機の作業側と駆動側の圧下設定値の差を制御するこ とを特徴とする蛇行制御方法。

2. 4台以上の圧延機と、 最下流圧延機より連続して少なく とも 2台の圧延機前面の圧延機間に圧延材張力測定装置と圧延材の幅方 向通板位置測定装置が配備されたタンデム板圧延機であって、 該圧 延材張力測定装置が作業側 · 駆動側それぞれ独立に張力検出器を有 していることを特徵とするタンデム板圧延機設備列。

3. 2台以上の圧延機と、 各圧延機間の少なく とも一箇所に作業 側 · 駆動側それぞれ独立に張力検出器を有する圧延材張力測定装置 と、 該圧延機間で該圧延材張力測定装置の上流および下流側の圧延 材の幅方向通板位置を測定できる検出装置が配備されたことを特徴 とするタンデム板圧延機設備列。

4. a ) 圧延機間の圧延材に作用している張力の作業側と駆動側 の差を決定し、

b ) 該張力差が零になるように圧延機の作業側と駆動側の圧下設 定値の差を制御するステツプを具備する蛇行制御方法。

5. ステップ a ) は

Claims

i ) 作業側および駆動側検出器を有する圧延材張力測定装置を前 記圧延機間に設け、

ii ) 該圧延材張力測定装置の位置における前記圧延材の幅方向に おける通板位置を決定し、

iii ) 該圧延材張力測定装置の作業側および駆動側検出器の出力と 該通板位置から前記張力差を演算することにより該張力差を決定す るサブステップを具備する請求の範囲第 4項記載の方法。

6. サブステップ ii ) において、 前記圧延材張力測定装置の近傍 に設けられた幅方向通板位置測定装置により通板位置を検出するこ とによって、 前記圧延材の幅方向における通板位置が決定される請 求の範囲第 5項記載の方法。

7. サブステップ ii ) において、 前記圧延材張力測定装置の上流 および下流に設けられた幅方向通板位置測定装置が検出した通板位 置を内挿することによって、 前記圧延材の幅方向における通板位置 が決定される請求の範囲第 5項記載の方法。

8. 圧延機間の圧延材に作用している張力の作業側と駆動側の差 を決定する手段と、

該張力差が零になるように圧延機の作業側と駆動側の圧下設定値 の差を制御する手段とを具備する蛇行制御装置。

9. 前記張力差決定手段は

前記圧延機間に設けられ、 作業側および駆動側検出器を有する圧 延材張力測定装置と

該圧延材張力測定装置の位置における前記圧延材の幅方向におけ る通板位置を決定する手段と、

該圧延材張力測定装置の作業側および駆動側検出器の出力と該通 板位置から前記張力差を演算することにより該張力差を決定する手 段とを具備する請求の範囲第 8項記載の装置。

10. 前記通板位置決定手段は、 前記圧延材張力測定装置の近傍に 設けられた幅方向通板位置測定装置を有する請求の範囲第 9項記載 の装置。

1 1. 前記通板位置決定手段は、 前記圧延材張力測定装置の上流お よび下流に設けられた幅方向通板位置測定装置と、 該幅方向通板位 置測定装置が検出した通板位置を内挿する手段とを有する請求の範 囲第 9項記載の装置。