JP2005095975A - 圧延材料の厚さを制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各圧延スタンドが互いに異なる圧延スタンドの一般的速度制御システムと、互いに連続した２つ圧延スタンド間の各スタンド間空間(10〜50)における材料（B）の厚さ低減率と張力とを制御する装置と組合わされたタンデム式の少なくとも２つの圧延スタンド(1〜5)を備えた圧延設備の出口における被圧延材料（B）の最終厚さを制御するための方法および装置。
【解決手段】圧延設備の出口における材料（B）の最終厚さh₅に実質的に乱れを生じさせない状態で、互いに異なる圧延スタンド(1〜5)間で各圧延スタンドのワークロール（T、T’）に加わるトルクをリアルタイムで動的にバランスさせる。モータに過負荷を加えずにタンデム圧延機の生産性を最適化できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、タンデム圧延機の出口で被圧延材料（product）の最終厚さを制御する方法に関するものである。
本発明方法を用いることによって各スタンドの駆動モータの電流をバランスさせることができ、特定のモータに過負荷が加わる危険が無い状態で全体の圧延速度を上げることができ、圧延設備の生産性を最適化することができる。
本発明はさらに、上記方法を実施するための制御装置に関するものである。
本発明は特に金属ストリップ、例えば鋼板の冷間圧延に用いられるが、厚さを次第に薄くするために材料を各圧延スタンドのワークロール（working roll、作業ロール）の間に連続的に通すタンデワに運転される複数の圧延スタンドを備えた任意の設備に一般的に適用することができる。

一般に、圧延機は支持スタンドの内部に被圧延材料を通すギャップを規定する少なくとも２つのワークロールを備え、支持スタンドにはロール間にクランプ荷重を加えるための調整可能な手段が設けられている。ロールの数は圧延機の形式によって変わり、例えば二段（duo）、四段(quarto)、六段（sexto）圧延機等とよばれる。

材料をロールの間へ前進させるためにワークロールは直接または間接的にその軸を中心として回転駆動される。すなわち、駆動トルクを加えるモータ手段によってロールを直接駆動するか、四段圧延機の場合にはバックアップロールを駆動し、六段圧延機の場合には中間ロールを駆動する。

「タンデム式」圧延設備は古くから知られている。この圧延機は少なくとも２つの互いに連続したスタンドを備え、各スタンドで厚さの一部を薄くする圧延を行う。未加工の材料は第1スタンドで第1の厚さ（薄さ）に圧延され、ワークロールの回転速度で決まる速度で第1スタンドから出てくる。第２スタンドでは材料の厚さが第２の厚さに低下される。この場合、質量保存の法則に従うため、材料の出口速度はより速くなる。従って、第２スタンドのワークロールは第1スタンドのロールの速度よりも速い速度で回転駆動しなければならない。この速度比は各スタンドで行われる低減率の逆比である。

また、ワークロールに加えられる回転トルクは各中間スタンドが直前のスタンドから出てくるストリップに張力を加えるように調整される。
所定精度の一定厚さを有する材料を圧延設備の出口で得るためには各スタンドで実施される厚さの低減率（reduction）を確実に制御する必要がある。また、ストリップが破断する危険のある張力レベルに達しないようにするためには互いに連続した２つのスタンド間のいわゆる「スタンド間」空間でストリップを完全に張った状態に維持する必要がある。

タンデム圧延機の一連のスタンドを通るストリップの厚さは一般にマスフロー(質量流量、mass flow、debit-mass）をモニターすることによって制御される。
圧延設備の出口で所定厚さのストリップを得るための公知の制御方法では、第1スタンドの出口でのストリップの厚さを一定にし且つ第1スタンドと最後のスタンドとの速度比を一定に維持する。中間スタンドの速度には圧延機の各スタンドを通る金属の質量流量保存の法則が適用され、各圧延スタンドでの低減率の逆比であるので、中間スタンドの速度は上記条件から演繹することができる。

現在の圧延機では第1スタンド出口での厚さは一般に第1スタンドの下流に位置する厚さゲージによってパイロットされるクランプ手段によって制御される。より改良されたシステムでは第1スタンドの上流にも厚さゲージを備えている。
タンデム圧延機の全体制御システムは一般に「自動ゲージ制御」またはＡＧＣシステムとよばれている。

一連のスタンド間の速度比を出口厚さに影響を与えずに変えることはできないため、一般には各スタンドのクランプ手段を操作して「スタンド間」空間の張力を調節している。そのために、各「スタンド間」空間には下流に位置したスタンドのクランプレベルを制御する張力測定装置（例えばテンションロール）が配置されている。圧延設備の出口に配置された厚さゲージがタンデム圧延機の最後のスタンドまたは最後の２つのスタンドの速度から最終厚さを制御する。「スタンド間」張力を制御するシステムは「自動張力制御」またはＡＴＣシステムとよばれている。

各圧延スタンドにおいて、特定の厚さ低減率で、ワークロールのクランプ手段および駆動手段によってそれぞれ加えられる強度および回転トルクは被圧延材料の特徴に合わせなければならない。従って、材料の形式ごとに「圧延パターン」を作り、材料の幾何学的および冶金学的特徴に応じて各スタンドに割り当てられる一連の厚さ低減率を決定しなければならない。

しかし、材料毎の圧延パターン（圧延機の年産性に関連する）を常に最適な状態で確立することをオペレータに求めることはできない。
これを自動的に行うための予備調整システムを使用することは既に知られている。公知の予備調整システムでは圧延設備の全ての特徴、例えば駆動モータの電力、モータの最大電流強度およびモータ速度、圧延スタンドに対する可能最大応力等を考慮しながら圧延パターンを計算する。この予備調整システムは被圧延材料の幾何学特徴、冶金学的特徴および材料／圧延機界面も考慮にいれて圧延機の年産性に影響するストリップの各フォーマットおよび種類に適合した圧延パラメータを確立しなければならない。これらのパラメータは特に入口厚さおよび出口厚さであり、場合によっては温度、硬度、さらには流量の制約およびこの制約の厚さ低減率に応じた変化やシート／ロール界面における摩擦係数である。

この予備調整システムは入口パラメータに応じて各圧延スタンド毎に表示すべき調整値を与える多重入口テーブルの形にすることができる。公知システムの中には生産予測プログラムに従って被圧延ストリップの特徴をオペレータが予め入力し、材料のストリップの先端が圧延設備に到達したときにこのデータの有効性を確認するだけのものもある。
タンデム圧延機に入ってくるストリップ毎に低減パターンを計算する数学的モデルを有する複雑な予備調整システムを使用することもできる。このようなモデルでは圧延スタンドに対して予想低減値を求め、ある程度最適化し、最良の電力分布に対応する圧延パターンを選択する。この複雑なモデルは圧延応力、モータが加えるトルク、モータ速度等の圧延パラメータの実際の値を頻繁に記録し、リセットすることもできる。

さらに、圧延設備の出口で材料を加速または減速させるために圧延プラント全体の速度も変更できなければならない。質量流量保存則によって各速度は相対値としてしか調整できない。従って、公知方法では1つの圧延スタンド（ピボットスタンドとよぶ）の速度を変え、残りの圧延スタンドの速度は制御システムによって管理して、互いに異なる圧延スタンド間の低減率の分布に対応する速度比を維持している。

実際には、ロールを回転駆動させる手段は定格トルクが加えられる基本速度の電気モータである。従って、圧延機列の設計では各圧延スタンド毎に平均厚さ低減率を考える。モータは一般に同じ基本速度になるように製造されているので、モータと圧延スタンドとの間に減速機を取り付けることが多い。この減速機の減速比は減速ギヤの高速シャフト側で同じ速度が得られるように各圧延スタンド毎に異なる。

第1の圧延スタンドから最後の圧延スタンドまで高速シャフトの速度を漸進的に変化させるタンデム圧延機のこのような圧延ロールの回転速度を決定するコンセプトは一般に「速度コーン」とよばれている。
実際の生産現場では所望の厚さ低減率を材料に与えるために各スタンドに当てはめられる正確な減速比はモータの速度の漸進的変化とは完全には一致しないため、全てのモータが同一の運転ポイントにはいない。従って、全体回転速度を上げようとすると、幾つかのモータが残りのモータより先に電流強度限界に達し、圧延設備の最適速度での生産性を妨げることになる。

従って、多くの場合、可能最大速度が達成されず、圧延設備の生産性が最大生産能力に達していない。
現在使用されている予備調整システムではこの問題を解決することができない。すなわち、調整パターンは表面状態および潤滑に依存するストリップと圧延ロールとの間の摩擦係数などの幾つかの重要な圧延パラメータを電流強度、強度、速度の測定値に基づく極めて間接的な計算によってしか得ることができないため、ワークロールを交換すると圧延機の熱平衡が変わり、ロールの直径および表面状態も変わってしまう。数学的モデルを用いたとしても圧延設備の最大速度、従って最適な生産性が得られるように各圧延スタンド毎の正確な減速調整を迅速に行うことができない。

本発明の目的は、上記のような問題を解決し、特に、制御装置の効率を上げることができる方法によって、設備を過度に複雑にせずに、設備の生産性を最適化することにある。本発明の方法は従来使用されている制御手段に単に追加するだけでよい単純で安価な手段によって実施することができる。

本発明の対象は、一つの圧延スタンドからその次の圧延スタンドの間の厚さの変化に応じてロールの回転速度を次第に増加させる各圧延スタンドの一般的な速度制御システムと、材料の厚さの低減率および互いに連続した２つの圧延スタンド間のスタンド間空間の張力の制御装置とを有する、少なくとも２つの圧延スタンドを備えたタンデム式の圧延設備の出口における材料の最終厚さを制御する方法にある。
本発明では、上記制御装置が、圧延設備の出口における材料の最終厚さに実質的に乱れを生じさせない状態で、互いに異なる圧延スタンド間で各圧延スタンドのワークロールに加わるトルクをリアルタイムで動的にバランスさせることに特徴がある。

本発明の特に有利な実施態様では上記制御装置が少なくとも1つの圧延スタンドの回転速度の変化を指令して、圧延設備の出口で所定の最終厚さを維持した状態で所定速度で材料を駆動するために加えられる力を駆動手段組立体全体に実質的均等に分配するように各圧延スタンド間の厚さ低減率の分布および速度の漸進的変化を変更させる。

圧延設備の入口と出口との間で実施される全体の厚さ低減率は通常通り圧延パターンに従って予備調整システムを用いて分配される。
本発明の別の好ましい実施例では、圧延パターンによって設定された速度を達成するために各圧延スタンドにおいてワークロールの回転駆動手段に加えられる負荷を常に検出し、最大負荷が加わる圧延スタンドに割り当てられた厚さ低減率を下げて互いに異なる圧延スタンドに加えられる負荷を動的にバランスさせる。

本発明の第1実施例では、最大負荷が加わる圧延スタンドに割り当てられた厚さ低減率を下げるために、この圧延スタンドのロールの回転速度を上記回転パターンによって設定された速度より下げる。

しかし、最大負荷が加わる圧延スタンドを減速したことによってその次の圧延スタンドの入口での材料速度が自動的に決定されてスタンド間空間での材料の前進過渡時間に圧延設備の出口で潜在的厚さ欠陥が生じることになる。本発明の特に有利な別の特徴では、この潜在的厚さ欠陥を、最大負荷が加わる圧延スタンドの上流に位置する全ての圧延スタンドの速度の変化を逆方向に制御し、この制御によって上流側の圧延スタンドにおいて実施される厚さ低減率を下げ、最大負荷が加わる圧延スタンドの下流側に配置された圧延スタンドに負荷を移動させることによって予想に基づいて補償する。

本発明の別の実施例では、最大負荷が加わる圧延スタンドで実施すべき厚さ低減率を下げるために上流側に位置した直前の圧延スタンドの回転速度を上げて材料の厚さが最大負荷が加わる圧延スタンドに到達する前にその低減率を下げる。この場合、直前の圧延スタンドの速度を増加したことによって最大負荷が加わる圧延スタンドの入口における材料の速度が自動的に増加して最大負荷が加わる圧延スタンドの直前の圧延スタンドが材料の前進過渡時間に圧延設備の出口で潜在的厚さ欠陥が生じる可能性がある。本発明では、この潜在的厚さ欠陥を、直前の圧延スタンドの上流側に位置した少なくとも1つの圧延スタンドの回転速度の増加を制御し、各圧延スタンドにおいて実施される厚さ低減率を上げながら、最大負荷が加わる圧延スタンドの上流側に配置した全ての圧延スタンドに負荷を移動させることによって予想によって補償する。

本発明の特に有利な別の態様では、圧延設備の第1スタンドから第５スタンドまで材料が進む間に、材料の厚さの変化を常にモニターして、２つの連続したスタンド、それぞれ上流および下流のスタンドの間で上流スタンドの速度の変化によって厚さが変化するのに予め必要とされる時間に対応する過渡的時間における潜在的厚さ欠陥を補償することができる特定の圧延スタンドの速度の変化を制御し、それによって圧延設備の最後の圧延スタンドの出口における材料の厚さを常に一定に維持する。

さらに、圧延設備の出口における材料の最終厚さを一定に維持しながら圧延設備の全ての圧延スタンドでの負荷をバランスさせるために、最大負荷が加わる圧延スタンドを検出した後に、最大負荷が加わる圧延スタンドの上流側および下流側にそれぞれ位置する２つの圧延スタンドセットにおける速度の変化を組合せて、検出した負荷に応じて上流側および下流側の特定の圧延スタンドセットへ向かって負荷を移動させることができる。

上記方法では全ての圧延スタンドに加わる負荷を動的にバランスさせた後に、1つの圧延スタンド（ピボットスタンド）の回転速度を上げた時に、上記制御システムが、最終厚さを乱さずに圧延設備の出口における材料の速度を上げ且つ全ての圧延スタンド間の動的バランスを維持するように、残りのスタンドの速度を変更することができる。
実際の圧延設備の全体速度の増加度は、加えたトルクを動的にバランスしない場合に得られる最大速度に対して15％までのゲインが得られる。

既に述べたように、ロールの駆動手段は一般に電気モータで、この場合、本発明の制御システムは各モータにおける定格強度を越えずに電流を動的にバランスさせることができる。
本発明のさらに別の対象は上記方法を実施するための改良された制御装置にある。本発明装置の特徴は、上記制御装置が所望の最終厚さが得られ且つその値を実質的に一定に維持するために圧延スタンドの駆動手段によって加わるトルクを互いに異なる圧延スタンド間で動的にバランスさせる閉ループ回路を有する点にある。

上記制御装置は、従来と同様に、各圧延スタンドに割り当てられた厚さ低減率の予備調整システムと組合される。本発明の動的にバランスさせる回路は互いに異なる圧延スタンド間の厚さ低減率の分布を変えるように上記の予備調整システムによって決定された速度セットポイントを各圧延スタンドごとに修正する手段を有する。
上記の動的バランス回路はロールの駆動手段に閉ループとして作用する過渡現象を制御するモジュールを有し、速度セットポイントが修正された圧延スタンドからその次の圧延スタンドへの材料の過渡的前進時間中に速度セットポイントの追加修正を予想によって行うのが好ましい。

この過渡現象を制御するモジュールは材料の厚さが設備の入口と出口との間を通るときの変化を常に追跡する装置と組合されて、少なくとも１つの圧延スタンドの速度セットポイントが追加修正される過渡的時間の始まりと終わりの瞬間を決定するのが好ましい。
上記以外の本発明の有利な特徴は添付図面を参照した以下の本発明実施例の説明から理解できよう。

［図１］は番号1〜５を付けた５つの圧延スタンドを備えたタンデム圧延機の全体的概念図である。この圧延設備は例えば鋼鈑の連続冷間圧延で用いられ、入口側に張力装置が組み合わされる。各圧延スタンドは例えば４段（quarto）タイプで、被圧延材料が通るギャップを規定する２本のワークロールT、T’と、これらのワークロールを支持するバックアップロールS、S’とを備えている。これらのバックアップロール間には液圧ジャッキ11、21、31、41、51等のクランプ手段によって圧延荷重が加えられる。
ワークロールT、T’の少なくとも一つには電気モータ12、22、32、42、52のような回転駆動手段によって直接または間接的に圧延トルクが与えられる。圧延力および圧延トルクは被圧延材料の種類と各圧延スタンドで実施される厚さの低減率とに依存する。

既に述べたように、通常は圧延スタンド１の出口の材料の厚さを一定に維持するように制御する。そのために例えば厚さゲージ13を圧延スタンドの出口側に取付け、この厚さゲージ13で液圧クランプ11を制御する。改良した制御システムでは圧延スタンド1の入口に別の厚さゲージ13’を取付けて圧延設備の入口でのストリップBの未加工厚さh₀を測定し、その測定結果を用いて液圧クランプ11をさらに制御する。

公知のように、被圧延材料の特徴および圧延設備の能力に応じた所定の圧延方式を用いることによって、各スタンド間での厚さの低減率と質量流量保存則に従って決まる速度差とを決める（分配する）ことができる。
i番目の圧延スタンドの出口におけるストリップの厚さをh_iで表し、同じ圧延スタンドのロールの回転速度に対応する材料の出口速度をV_iで表した場合、質量流量保存則は連続デューティサイクルに対して下記のように書ける：

（ここで、h₁は厚さ、V₁は圧延スタンド1の出口における材料の速度である。以下、圧延スタンド５まで同様である）
また、圧延スタンド1、2、3、4の各出口側に取付けた張力計（テンション計）15、25、35、45の表示値を用いて各液圧クランプ手段21、31、41、51を制御システムで制御することもできる。すなわち、厚さの低減率（従って、加えるトルク）を修正して各ロールの回転速度比を変えずに各「スタンド間」空間10、20、30、40での張力を一定に維持することができる。

最新のタンデム圧延機の制御モードでは、圧延スタンド1の出口に取付けた張力計15で圧延スタンド2の液圧クランプ21を制御し、スタンド2の出口に取付けた張力計25で圧延スタンド3の液圧クランプ31を制御する。以下同様である。従って、各圧延スタンドの入口におけるストリップの速度がその直前の圧延スタンドの出口におけるストリップの速度に常に等しくなる。
予備調整システムは、金属流量を確実にするために、圧延パターンに従って上記の式(1)を満たすことができる各スタンドで実施すべき厚さの低減率と対応するモータ速度とを決定する。
i番目のスタンドの出口における厚さのセットポイントをh^* _iで表し、全体の圧延速度と考慮すべき速度比とに依存するモータ速度をV^* _iで表した場合、下記の式が成り立つ：

圧延スタンド1の出口での厚さを一定に維持した場合、下記のように書くことができる：

すなわち、最新のタンデム圧延機の制御モードでは、圧延スタンド1の出口の「スタンド間」空間10に取付けた張力計15が圧延スタンド２の液圧クランプ21に作用し、圧延スタンド２の出口の「スタンド間」空間20に取付けた張力計25が圧延スタンド３の液圧クランプ31に作用し、以下同様である。このように張力を制御することによって各圧延スタンドの入口でのストリップの速度はその直前の圧延スタンドの出口におけるストリップの速度に常に等しくなる。
従って、[図1]に示すように、圧延スタンド1の出口での厚さh1とモータ11の速度V1とを一定に維持した場合には、従来方法で最後の圧延スタンド5の出口50に配置された厚さゲージ53（モータ52、場合によってはスタンド4のモータ42）の速度V5に作用する）によって厚さを制御することができる。

既に述べたように、中間の低減率は全て予備調整システムで固定される。この予備調整システムは各圧延スタンドの中間での厚さのセットポイントhi^*を決定する。このセットポイントに応じて各モーター駆動手段12、22、32、42、52が回転トルクを加える。
この予備調整システム（図示していない）は各圧延スタンド毎の中間厚さを指定する予備調整テーブルを用いて簡単に作ることができるが、被圧延材料の特徴に応じて中間厚さh_i ^*をデータベース（圧延機での測定値によって定期的に更新されるデータベース）に基づいて計算する数学的モデルを使用することもできる。

また、タンデム圧延機全体を加速または減速するように圧延設備の全体プロフィルを変更および調整できる必要もある。式(2)では相対的な値としてしか速度を調整することができない。公知の予備調整システムは、使用する数学モデルの性能に応じてある程度最適化して、被圧延材料の特徴と圧延スタンドで利用可能な電力との関数で全ての厚さセットポイントh_i ^*を決定する。
しかし、圧延機のスタンドの１つのピボットスタンドとよばれるスタンドの基準速度は自由であり、オペレータが変えることができ、オペレータは圧延設備全体を加速または減速するために全てのスタンドの速度を制御するような変更を行うことができる。

ピボットスタンドとみなしたスタンドを中心とする全体の速度を管理し、加速および減速の速度勾配を指令するタンデム圧延機の制御システムの部分を一般に「マスター速度、master speed」とんでいる。
５つの圧延スタンドを備えた圧延機では、圧延スタンド３をピボットスタンドとして使用することができる。残りの圧延スタンドの速度は上記の式(2)に従って計算され、速度の一般的調整で利用可能なV₃を仮定することによって、下記の式が成り立つ：

同様に下記の式が成り立つ：

すなわち、全ての圧延スタンドの速度はピボットスタンドの速度に応じて決定され、材料の圧延方向でピボットスタンドの下流に位置するスタンドの速度は式(4)によって与えられ、ピボットスタンドの上流に位置するスタンドの速度は式(5)によって与えられる。
最終的な厚さの制御は、圧延設備の最後の圧延スタンドまたは最後の２つの圧延スタンドの速度を変更することによって残留誤差を修正するように圧延スタンド５の出口に取付けられたゲージ53によって実施される。

上記の方法は周知で、得られた材料は品質に優れ、厚さは許容値内に収まるが、モータの操作ポイントおよび鋼鈑／圧延ロール間の摩擦を規定するパラメータの実際の値は正確に知ることができない（すなわち不正確である）ため各圧延スタンドのモータの電流のバランス問題は未解決である。そのため[図３]に示した状態になることが多い。

各圧延スタンドに加わる負荷をモータ11、21、・・・51で測定する場合、例えば電流の強度（電気モータの場合）を測定する場合には、圧延スタンドの1つ（[図３]の場合はスタンド３）の電流が飽和し、上流および下流に位置する圧延スタンドでは電力貯蔵領域（reserve）が存在している。しかし、圧延設備を加速することはできない。なぜならば、そうすると圧延スタンド３のモータにはさらに多くの電流が必要になるからである。従って、利用可能な電力を全て使用することができず、圧延設備全体の生産性が低下する。

本発明は各モータが加えるトルクを全ての圧延スタンド間で動的にバランスさせることによって上記の問題を解決したものである。
以下の説明では慣例に従って予備調整システムによってスタンドiに割り当てられた圧下率のセットポイント値に対応する圧延スタンドiの出口におけるストリップの厚さをh^* _Iで表し、圧延スタンドiの出口における実際の厚さの値をh_iで表すことにする。

本発明の思想は、h₅の出口の厚さを一定値に維持する状態を狂わせずに全ての値h^* _iを変えるために、閉ループで作動する装置を用いて各圧延スタンドの速度を変えることによって過度に負荷が大きい圧延スタンドの圧下率をリアルタイムで下げることにある。
[図３]に示した例の場合には、圧延スタンド３の圧下率を下げ、出口の厚さh₃ ^*は増加させることができる。従って、圧延設備の出口50での最終厚さh₅を一定に維持するためには圧延スタンド４での圧下率を上げる必要があるが、事実、この圧延スタンド４には使用可能な電力がある。その結果、負荷が過度に加わる圧延スタンドの下流に位置する圧延スタンドに電力を伝達することによって電流をバランスする。

そのためには「質量流量」則の式からV₃を減らさなければならないことがわかる。
実際には既に述べたように上記の圧延スタンドのクランプ手段11を制御することによって厚さh₁は一定に維持される。速度のセットポイントV₁ ^*およびV₂ ^*が一定に維持される（すなわちその比がまたは一定である）ときには、
h₁ ^* V₁ ^*＝h₂ ^* V₂ ^*
であるため、h₂も一定の厚さである。
さらに、h₂ ^* V₂ ^*＝h₃ ^* V₃ ^*であるので、V₃を下げると、両者の積が一定であるため圧延スタンド３の出口の厚さh₃は増加する。
従って、圧延スタンド３の速度のセットポイントが下がると出口の厚さh₃が増加し、その結果、モータ13が加えるトルクが減少し、それによって所望の効果が得られる。

これは連続デューティサイクルすなわち新しい厚さがスタンド３から出てスタンド４に到達するのに要する移動時間後において当てはまる。しかし、この時間間隔中に速度に対する作用が上記理由で制限される場合には、過渡的厚さ欠陥が生じることにある。実際には圧延スタンド３の速度を変えた時点でスタンド間空間13における速度の同一性を維持するように圧延スタンド3とスタンド4との間の張力調節が働く。圧延スタンド4の入口における厚さは必要な移動距離のためにまだ変更されていないため「質量流量」則によってスタンド4の出口の厚さh₄、従ってスタンド5の出口の厚さh₅が変化することになる。

さらに、閉ループの役目をするリアルタイムシステムであるため、電流をバランスさせるために圧延スタンドの速度を変更する毎に常に電流をバランスさせるシステムによって圧延スタンド間距離に対応する厚さ公差外の長さが生じることも許されない。
従って、本発明の特に有利な他の特徴は、上記の潜在的厚さ欠陥を、図示した実施例ではスタンド1と２の速度を同時に変えることによって予め予想することによって補償する点にある。

実際には、圧延スタンド1と２の速度が同時に上昇したときには、h₁がスタンド1のレギュレーションで一定に維持され、h₂も一定になる。スタンド3の速度はまだ変わっていないので、目的である出口の厚さh₃の増加が達成される。過渡的時間中は圧延設備中の材料の前進をモニターするリアルタイム追跡装置を使用して過剰な厚さh₃がスタンド４に達するときだけスタンド３の速度を下げ、スタンド1および２は閉ループの役目をする装置を用いて初期速度へ同時に戻される。

すなわち、スタンド1および２の速度が同時に変化すると、直ちに厚さh₃が増加し、スタンド1および２の速度を初期値にリセットすることによってスタンド３の速度が同時に低下するときは、増大した値h₃が維持される。流量h₃ V₃はスタンド4の入口で一定である。従って、厚さh₄は出口の厚さh₅と同様に一定に保たれる。

すなわち、スタンド3の速度を下げ且つ下流側に位置するスタンドに電力を伝達することによってスタンド3の圧下率を変えることでスタンド3の過負荷を防ぐことができる。さらに、速度の瞬間的変化で生じる潜在的厚さ欠陥を予想によって補償して出口厚さh₅を一定に維持することができる。これは過度に負荷が加わった圧延スタンドの上流側に位置するスタンドの速度を一時的に逆方向に変更することによって、厚さの瞬間的変化をリアルタイムおよび過渡的時間間隔において制御することを可能にする本発明の方法によるものである。

しかし、本発明の変形例では（ここでも[図３]で示された場合）、スタンド3の入口厚さ、すなわちスタンド2の出口厚さh₂を減らすとともに、スタンド3の圧下率を下げることも可能である。
上記の式(2)から、この結果はスタンド2の速度を上昇させることによって得られることがわかる。実際には、スタンド1の出口厚さh₁がスタンド1のレギュレーションによって一定に保たれるので、スタンド2の速度の増加によって、目的である厚さh₂の減少が達成される。このようにスタンド2の厚さの圧下率が上がることによって、モータ12が消費する電力が増え、その結果、最大の負荷がかかるスタンドの上流側に位置したスタンドに電力が移動する。

しかし、既に述べたように、スタンド2に対する上記作用によって過渡的時間中に潜在的厚さ欠陥が生じることがある。すなわち、新しい厚さがスタンド3に到達する前のスタンド2の速度の変化によって、スタンド間空間20における張力レギュレーションのため、スタンド3の出口厚さに変化が生じる。これはスタンド間空間における張力レギュレーションによってさらに出口の厚さに影響する。このような狂いは圧延設備全体における厚さレギュレーション性能の全体的な低下につながるので許容することができない。

従って、過渡的時間における圧延スタンド２に対する作用を補償しなければならない。本発明ではこの潜在的欠陥をスタンド1の速度の変化を制御することで予想によって過渡的時間中に補償する。実際には、スタンド1のレギュレーションによって厚さh₁が一定になり、「質量流量」則から下記の式が成り立つ：
h₁ ^*V₁ ^*＝h₂ ^*V₂ ^* (2)

従って、速度セットポイントV₁ ^*の低下によって目的である厚さh₂の低減が達成される。次に、低減された厚さh₂がスタンド3に到達すると、リアルタイムで閉ループとして動作している厚さ追跡システムによってスタンド1および2の速度が同時に上げられ、圧延設備の出口における厚さh₅を全く変えずに所望の結果を得ることができる。
本発明のこの変形例では一般に、1つのスタンドが過負荷にならないようにその直前のスタンドの速度を上げ、さらに、こうして発生した潜在的厚さ欠陥を補償するために上流側に位置する残りのスタンドの速度を制御する。

このようにして、本発明では出口の厚さを一定に維持しながら過負荷スタンドから上流側に位置する全てのスタンドに電力を移動させることができる。
しかし、実際には、[図３]のような特定な場合を分離するのは困難であり、1つのスタンドで検出される過負荷を下げる２つの方法を区別するのは容易ではない。本発明方法はリアルタイムで動作するものであり、また、閉ループとして設計された装置に適用されるので、上流側スタンドに対するバランス効果と下流側のスタンドに対するバランス効果とを組合せることによってスタンドの駆動モータの電流を常にバランスさせることができる。これは全てのスタンドに対して一斉に行われる。すなわち、圧延機のスタンドの全ての駆動モータにおいて常にバランスした電流が存在する。従って、予備調整システムによって設定された圧延パターンに従って所定材料を圧延するときに利用可能な電力がモータに残っている場合には、圧延設備全体の速度を上げることができ、その分だけ設備の生産性を上げることができる。

本発明のさらに他の対象は[図２]に例として示した本発明方法を実施するための装置にある。この［図２］は単なる概念図で、この圧延設備には、圧延設備の他の部分の他の応答時間に対してリアルタイムで動作可能な短い応答時間で閉ループとして作用できる限り、比例、積分、微分作用を有するゲイン調整を含む比較器、増幅器、制御装置、基本回路等を備えた従来の電子回路のほかに計算機およびマイクロプロセッサをベースとした最近のデジタル制御技術が使用できる。

本発明の圧延設備には、閉ループの電流の動的バランス用レベル６と、「厚さステージ」ともよばれる過渡現象を制御するためのレベル７とが存在する。
動的バランス用レベル6はスタンドのモータが消費する電流変流器16、26、36、46、56を用いて測定することを含む。
この動的バランス用システム6はさらに、最大の負荷がかかるスタンドを常に選択することができる比較回路を含み、負荷の差を厚さセットポイントの変化に変換するのに必要な伝達関数およびゲインを有し、これらがスタンドの新しい厚さ基準h_i ^*となって連続デューティサイクルにおいて電流をバランスさせる。

回路6は、本発明方法で説明したように最大負荷が加わる圧延スタンドの圧下率を下げるように、比例、積分、微分ゲイン調整制御装置を用いてスタンド間での厚さ制御に必要な変化を生じさせる。
厚さステージ7はスタンド間での厚さの変化を駆動モータの速度セットポイントに変換するのに必要な回路と、過渡現象を管理するための回路、特に圧延設備中のストリップBの前進状態を追跡するシステムとを含む。

材料を追跡し、動的バランス回路6によってセットポイントの変化を考慮に入れて過渡現象の制御ステージ７は過渡現象の変化とスタンドの速度の予想変化とを行い、それによって一時的にでも出口の厚さを変化させずに電流をバランスさせることができる。この回路は全てリアルタイムで動作し、ループの入口における誤差信号とし取出されるモータの電流差の測定値と出口信号を構成する駆動モータの速度セットポイントの変化との間でレギュレーションにおいて閉ループとして作動する。

このような本発明装置すなわちリアルタイムでかつ閉ループとして動作する駆動モータの電流をバランスさせる装置は、出口の厚さを制御するための任意の装置に適合させることができ、これらの装置の一部にすることもてきる。
本発明は単なる例として示した上記実施例の詳細に限定されるものではなく、少なくとも２つの連続したスタンドを備えたタンデム式の任意の圧延スタンド群に適用できることは明らかである。
さらに、本発明は冷間圧延に限定されるものではなく、例えば熱間ストリップ列の仕上げ圧延列としてタンデム熱間圧延機に適用することができる。

制御システムＡＧＣは圧延材料の最終厚さを制御可能な任意の形式のものにすることができる。本発明は「質量流量」則に基づいているので上記の厚さ調整操作に変更を加えることができる。
同様に、本発明を逸脱しない限り、本発明を種々の方法、特に「多変数レギュレーション」とよばれる最近のデジタル・ベクトルプロセッシングモードに従って実施することもできる。
請求の範囲に記載の技術的特徴の後に挿入した参照符号は技術的特徴の理解を助けるためもので、その範囲をなんら制限するものではない。

従来法による厚さ／張力制御システムを備えたタンデム圧延機の概念図。 本発明による厚さ／張力制御システムを備えたタンデム圧延機の概念図。 従来法のタンデム圧延機のモータ電流の概念的分布図。

符号の説明

B ストリップ
T、T’ ワークロール
1、2、3、4、5 圧延スタンド
10、20、30、40、50 スタンド間空間
11、21、31、41、51 クランプ手段
12、22、32、42、52 駆動手段

Claims (19)

1. 各圧延スタンドの２つのワークロール（T、T’）の間に材料を通すことによって全厚さ低減率の一部が決定され、各圧延スタンドはワークロール間に調整可能なクランプ荷重を加える手段(11〜51)および調整可能な速度で回転駆動トルクをワークロールに加える駆動手段(12〜52)と組合わされており、さらに、一つの圧延スタンドからその次の圧延スタンドの間の厚さの変化に応じてロールの回転速度を次第に増加させる各圧延スタンドの一般的な速度制御システムと、材料（B）の厚さの低減率および互いに連続した２つの圧延スタンド間のスタンド間空間(10、20、30、40)の張力の制御装置とを有する、少なくとも２つの圧延スタンド(1〜5)を備えたタンデム式の圧延設備の出口における材料（B）の最終厚さを制御する方法において、
   上記制御装置が、圧延設備の出口における材料（B）の最終厚さh₅に実質的に乱れを生じさせない状態で、互いに異なる圧延スタンド(1〜5)間で各圧延スタンドのワークロール（T、T’）に加わるトルクをリアルタイムで動的にバランスさせることを特徴とする方法。
2. 上記制御装置が少なくとも1つの圧延スタンド(3)の回転速度の変化を指令して、圧延設備の出口で所定の最終厚さh₅を維持した状態で所定速度で材料(3)を駆動するために加えられる力を駆動手段組立体全体(12〜52)に実質的均等に分配するように各圧延スタンド(1〜5)間の厚さ低減率の分布および速度の漸進的変化を変更させる請求項１に記載の方法。
3. 圧延設備の入口と出口との間で実施される全厚さ低減率が、各圧延スタンド（1〜5）が実施すべき厚さ低減率とワークロールの回転速度（V1〜V5）の相関的漸進的変化とを決定する予備調整システムによって、圧延パターンに従って分配され、上記圧延パターンによって設定された速度を達成するために各圧延スタンドにおいてワークロールの回転駆動手段(12〜52)に加えられる負荷を常に検出し、最大負荷が加わる圧延スタンド(3)に割り当てられた厚さ低減率を下げて互いに異なる圧延スタンドに加えられる負荷を動的にバランスさせる請求項１または２に記載の方法。
4. 最大負荷が加わる圧延スタンドに割り当てられた厚さ低減率を下げるために、この圧延スタンドのロールの回転速度を上記回転パターンによって設定された速度より下げる請求項３に記載の方法。
5. 最大負荷が加わる圧延スタンド(3)を減速したことによってその次の圧延スタンド(4)の入口での材料速度が自動的に決定されてスタンド間空間での材料の前進過渡時間に圧延設備の出口で潜在的厚さ欠陥が生じた場合に、最大負荷が加わる圧延スタンド(3)の上流に位置する全ての圧延スタンド(1、2)の速度の変化を逆方向に制御し、この制御によって上流側の圧延スタンド(1、2)において実施される厚さ低減率を下げ、最大負荷が加わる圧延スタンド(3)の下流側に配置された圧延スタンド(4、5)に負荷を移動させることによって、上記の潜在的厚さ欠陥を予想に基づいて補償する請求項４に記載の方法。
6. 最大負荷が加わる圧延スタンド(3)によって実施すべき厚さ低減率を下げるために、上流側の直前に位置した圧延スタンド(2)の回転速度を上げて、材料（B）が最大負荷が加わる圧延スタンド(3)に到達する前にその低減率を下げる請求項３に記載の方法。
7. 直前の圧延スタンド(2)の速度を増加したことによって最大負荷が加わる圧延スタンド(3)の入口における材料の速度が自動的に増加して最大負荷が加わる圧延スタンド(3)の直前の圧延スタンド(2)が材料の前進過渡時間に圧延設備の出口で潜在的厚さ欠陥が生じた場合に、直前の圧延スタンド(2)の上流側に位置した少なくとも1つの圧延スタンド(1)の回転速度の増加を制御し、各圧延スタンドにおいて実施される厚さ低減率を上げながら、最大負荷が加わる圧延スタンド(3)の上流側に配置した全ての圧延スタンド(1、2)に負荷を移動させることによって上記の潜在的厚さ欠陥を予想に基づいて補償する請求項６に記載の方法。
8. 圧延設備の第1スタンド(1)から第５スタンド（5）まで材料が進む間に、材料の厚さの変化を常にモニターして、2つの連続したスタンド、それぞれ上流および下流のスタンドの間で上流スタンドの速度の変化によって厚さが変化するのに予め必要とされる時間に対応する過渡的時間における潜在的厚さ欠陥を補償することができる特定の圧延スタンドの速度の変化を制御し、それによって圧延設備の最後の圧延スタンド(5)の出口における材料の厚さ(h₅)が常に一定に維持する請求項５または７に記載の方法。
9. 圧延設備の出口における材料（B）の最終厚さ(h₅)を一定に維持しながら圧延設備の全ての圧延スタンド(1〜5)での負荷をバランスさせるために、最大負荷が加わる圧延スタンド(3)を検出した後に、最大負荷が加わる圧延スタンド(3)の上流側(1、2)および下流側(4、5)にそれぞれ位置する２つの圧延スタンドセットにおける速度の変化を組合せて、検出した負荷に応じて上流側(1、2)および下流側の特定の圧延スタンド(4、5)セットへ向かって負荷を移動させる請求項８に記載の方法。
10. 全ての圧延スタンド(1〜5)に加わる負荷を動的にバランスさせた後に、1つの圧延スタンドの回転速度を上げた時に、上記制御システムが、最終厚さを乱さずに圧延設備の出口における材料（B）の速度を上げ且つ全ての圧延スタンド間の動的バランスを維持するように、残りのスタンドの速度を変更する請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 圧延設備の全体速度を増加した時のゲインが、加えたトルクの動的バランスなしで得られる最大速度の15％以下である請求項１０に記載の方法。
12. ロールの駆動手段が電気モータ(12、22、32、42、52)であり、制御システムが各モータの定格電流強度を越えないように電流を動的にバランスさせる請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 互いに間隔を空けて配置された少なくとも２つの圧延スタンド(1〜5)を備え、各圧延スタンドが厚さの低減率の一部を決定し、各圧延スタンドは材料（B）を通すためのギャップを規定する少なくとも２本のワークロール（T、T’）と、これらのワークロール間に調節可能なクランプ荷重を加える手段(11〜51)と、ワークロールを調整可能な速度で回転駆動する駆動手段(12〜52)とを備え、さらに、圧延スタンド(i)から次のスタンド(i+1)への厚さの漸進的変化に応じてロールの回転速度を次第に増加させる互いに異なる圧延スタンド群の一般的速度制御システムと、材料の厚さの低減率と互いに連続した２つの圧延スタンド(1〜5)の間の各スタンド間空間(10〜50)での張力とを制御するための制御装置とを有するタンデム圧延機で圧延される材料（B）の最終厚さ（h₅）を制御する装置において、
    上記制御装置が、所望の最終厚さ(h₅)が得られ且つその値を実質的に一定に維持するために圧延スタンドの駆動手段(12〜52)によって加わるトルクを互いに異なる圧延スタンド（1〜5）間で動的にバランスさせる閉ループ回路(6、7)を有することを特徴とする装置。
14. 上記の一般的速度制御システムが各圧延スタンドに割り当てられた厚さ低減率の予備調整システムと組合され、この予備調整システムは駆動手段(12〜52)に適用すべき速度セットポイント（V1^*〜V5^*）を各圧延スタンド(1〜5)ごとに決定し、一つの圧延スタンドからその次の圧延スタンドへの厚さの変化に対応して速度を漸進的に増加させる、圧延機の出口における材料（B）の最終厚さ(h₅)を制御するための装置であって、動的にバランスさせる上記の回路(6、7)が、互いに異なる圧延スタンド(1〜5)間の厚さ低減率の分布を変えるように上記の予備調整システムによって決定された速度セットポイント（V1^*〜V5^*）を各圧延スタンドごとに修正する手段を有する請求項１３に記載の装置。
15. 上記の動的バランス回路がロールの駆動手段(12〜52)に閉ループとして作用する過渡現象を制御するモジュール(7)を有し、速度セットポイント(V₃ ^*)が修正された圧延スタンド(i)からその次の圧延スタンド(i+1)への材料（B）の過渡的前進時間中に速度セットポイント(Vi^*)の追加修正を予想によって行う請求項１４に記載の制御装置。
16. 過渡現象を制御するモジュール(7)が材料（B）の厚さが圧延設備の入口と出口との間を通るときの変化を常に追跡する手段と組合されて、少なくとも１つの圧延スタンド(i)の速度セットポイント(Vi^*)が追加修正される過渡時間の始まりと終わりの瞬間を決定する請求項１５に記載の制御装置。
17. 上記の各モータの電流の動的バランス回路(6)と過渡現象を制御するモジュール(7)とが、比例、積分、微分制御装置を含む速度の変化を制御するための最終出口ステージとともに設計されている請求項１６に記載の制御装置。
18. 圧延ロールを締付ける調整可能なクランプ手段(11〜51)と、圧延ロールを回転駆動する電気手段(12〜52)と、材料（B）の出口厚さおよび圧延スタンド間の張力を制御する手段と、各圧延スタンドの厚さ低減率の予備調整システムと、全圧延スタンド(1〜5)の一般的速度制御システムとを備えた、タンデム式の少なくとも２つの圧延スタンド(1〜5)を備えた圧延設備において、
    圧延スタンドの駆動モータの電流をバランスさせる閉ループとして動作する装置(6)を備えることを特徴とする圧延設備。
19. 駆動モータ(12〜52)の電流をバランスさせる装置(6)が、予備調整システムによって確立される少なくとも1つのモータ(12〜52)の速度セットポイント（V1^*〜V5^*）を修正する手段を有する請求項１８に記載の圧延設備。

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