JP2022124462A - 鋼板の板厚制御方法及び板厚制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延プロセスにおける走間板厚変更において、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の鋼板の形状を良好に保ちながら、圧延スタンドの出側における鋼板の板厚を精度よく目標板厚に制御可能な鋼板の板厚制御方法及び板厚制御装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る鋼板の板厚制御方法は、圧延プロセスにおける走間板厚変更時の鋼板の板厚を制御する鋼板の板厚制御方法であって、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の圧延スタンド間の荷重比を一定に保つように鋼板の目標板厚を算出する目標板厚算出ステップと、ゲージメータ式を用いて圧延スタンドの圧下位置及び圧延荷重から圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を算出する板厚算出ステップと、板厚算出ステップにおいて算出された板厚の実績値が目標板厚算出ステップにおいて算出された目標板厚に収束するように圧延スタンドの圧下装置をフィードバック制御する制御ステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板の板厚制御方法及び板厚制御装置に関する。

圧延プロセスにおいては、材質、圧延前板厚、目標板厚等の条件が異なる複数の鋼板の端部同士を溶接して連続的に圧延することが行われるが、条件の異なる鋼板を連続的に圧延する場合、鋼板の板厚を目標板厚に合わせるために各圧延スタンドの圧延条件を変更する必要がある。また、主に熱間圧延工程において、一つの鋼板内の長手方向で目標板厚を変更して条件の異なる複数の鋼板を製造することや、一つの鋼板内の長手方向で目標板厚分布を変更することによって望みの機械的特性を有する鋼板を製造することがあるが、この場合も同様である。この変更は、生産性を確保する上では製造ラインを停止することなく鋼板を通板している間に行われる必要がある。そのため、各圧延スタンドのロール間を鋼板の溶接点が通過するときにその圧延スタンドにおけるワークロールの圧延条件等の板厚調整条件を変更する走間板厚変更が行われている。

従来の走間板厚変更は、実際に鋼板を通板している際の圧延スタンドの圧下荷重に基づいて比例制御を行うＢＩＳＲＡ－ＡＧＣ（Automatic Gauge Control）の制御手法に基づいてロックオン板厚を連続的に変更することによって行われている（例えば特許文献１参照）。なお、ＢＩＳＲＡ－ＡＧＣとは、圧延中に生じる圧延スタンドのハウジング変形を圧延荷重から予測し、圧延スタンドの出側における鋼板の板厚（圧延スタンド出側板厚）を一定に制御する制御方法であり、以下に示す数式（１）を用いて圧下位置指令を修正する方法である。ここで、数式（１）中、ΔＳ_ｒｅｆは圧下位置指令、ΔＳ_０は圧下位置実績値、ΔＰは圧延荷重変動量、αはＡＧＣチューニング率、Ｍはミル定数を示す。

特開昭６０－１７７９０８号公報 特開２００７－６１８５０号公報

しかしながら、従来の走間板厚変更方法では、ＡＧＣチューニング率αの値によっては鋼板の板厚を目標通りに制御できず、圧延スタンド出側板厚に定常誤差が生じることがある。また、前段の圧延スタンドにおける鋼板の板厚変更に伴う制御対象の圧延スタンドの入側における鋼板の板厚の大幅な変動が制御対象の圧延スタンドの圧延荷重及び圧下位置に影響を及ぼすことがある。圧延スタンドの圧延荷重及び圧下位置に影響が生じると、板厚制御が過大応答又は過小応答となって走間板厚変更量が目標値と一致しなくなるだけでなく、圧延速度やルーパの動きにムラが出て走間板厚変更動作の異常が発生しやすくなる。

なお、このような問題を解決するために、特許文献２には、各圧延スタンドの入側板厚、入出側の鋼板速度を実測し、マスフロー演算による板厚推定で走間板厚変更の制御を行う方法が開示されている。この方法では出側板厚計到達の無駄時間無く板厚を推定できるため、オフゲージを減らすことができる。しかしながら、この方法では、板速度計のコストが掛かるデメリットや、測定精度の問題、特に熱間圧延の場合には測定環境による測定外乱が問題となり、走間板厚変更動作の異常が発生する可能性がある。また、特許文献１，２には、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の目標板厚変更方法についての明確な指針が開示、示唆されていない。このため、圧延スタンド間の荷重バランス（荷重比）が崩れることによって鋼板の形状が悪化する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、圧延プロセスにおける走間板厚変更において、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の鋼板の形状を良好に保ちながら、圧延スタンドの出側における鋼板の板厚を精度よく目標板厚に制御可能な鋼板の板厚制御方法及び板厚制御装置を提供することにある。

本発明に係る鋼板の板厚制御方法は、圧延プロセスにおける走間板厚変更時の鋼板の板厚を制御する鋼板の板厚制御方法であって、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の圧延スタンド間の荷重比を一定に保つように鋼板の目標板厚を算出する目標板厚算出ステップと、ゲージメータ式を用いて圧延スタンドの圧下位置及び圧延荷重から圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を算出する板厚算出ステップと、板厚算出ステップにおいて算出された板厚の実績値が前記目標板厚算出ステップにおいて算出された目標板厚に収束するように圧延スタンドの圧下装置をフィードバック制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る鋼板の板厚制御方法は、上記発明において、前記制御ステップは、ゲージメータＡＧＣを用いて圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を前記目標板厚に制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る鋼板の板厚制御装置は、圧延プロセスにおける走間板厚変更時の鋼板の板厚を制御する鋼板の板厚制御装置であって、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の圧延スタンド間の荷重比を一定に保つように鋼板の目標板厚を算出する目標板厚算出部と、ゲージメータ式を用いて圧延スタンドの圧下位置及び圧延荷重から圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を算出する板厚算出部と、前記板厚算出部によって算出された板厚の実績値が前記目標板厚算出部によって算出された目標板厚に収束するように圧延スタンドの圧下装置をフィードバック制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋼板の板厚制御装置は、上記発明において、ゲージメータＡＧＣ機能を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋼板の板厚制御方法及び板厚制御装置によれば、圧延プロセスにおける走間板厚変更において、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の鋼板の形状を良好に保ちながら、圧延スタンドの出側における鋼板の板厚を精度よく目標板厚に制御することができる。

図１は、本発明の一実施形態である鋼板の板厚制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明を適用しなかった場合の各圧延スタンドにおける圧延荷重及び出側板厚偏差の時間変化の一例を示す図である。 図３は、本発明を適用した場合の各圧延スタンドにおける圧延荷重及び出側板厚偏差の時間変化の一例を示す図である。 図４は、本発明を適用しなかった場合及び本発明を適用した場合におけるマスフロー誤差の時間変化の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である鋼板の板厚制御装置の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である鋼板の板厚制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である鋼板の板厚制御装置１は、熱間圧延プロセスにおける走間板厚変更時の鋼板の板厚を制御する装置であり、板厚修正量算出部２、差分器３、差分器４、ＢＩＳＲＡ－ＡＧＣ５、モニターＡＧＣ６、板厚制御部７、及び加算器８を備えている。

板厚修正量算出部２は、走間板厚変更前後の圧延スタンド間の圧延荷重比を一定にするために走間板厚変更前後の各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量を算出する。板厚修正量算出部２は、算出された各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量を示す電気信号を差分器３に出力する。

差分器３は、板厚修正量算出部２によって算出された各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量と加算器８から出力された各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量との差分値を算出する。そして、差分器３は、算出された各圧延スタンドにおける差分値を示す電気信号を差分器４に出力する。

差分器４は、差分器３によって算出された各圧延スタンドにおける差分値と各圧延スタンドにおける圧延を開始するときの鋼板の板厚（ロックオン板厚）との加算値を算出し、算出された加算値と板厚算出部７１によって算出された鋼板の板厚の実績値ｈ_ＧＭとの差分値を圧延スタンド毎に算出する。そして、差分器４は、算出された各圧延スタンドにおける差分値を示す電気信号をＢＩＳＲＡ－ＡＧＣ５に出力する。

ＢＩＳＲＡ－ＡＧＣ５は、差分器４によって算出された各圧延スタンドにおける差分値を用いて各圧延スタンドの出側における鋼板の板厚を目標板厚に制御するために必要な圧下位置Ｓの修正指令を算出する。そして、ＢＩＳＲＡ－ＡＧＣ５は、算出された各圧延スタンドにおける圧下位置Ｓの修正指令を示す電気信号を各圧延スタンドの圧下装置に出力する。

モニターＡＧＣ６は、各圧延スタンドの出側に設置された板厚計によって測定された鋼板の板厚の実績値と目標板厚との偏差（板厚偏差）を小さくする各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量を算出する。そして、モニターＡＧＣ６は、算出された各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量を示す電気信号を加算器８に出力する。

板厚制御部７は、各圧延スタンドの圧下位置Ｓ及び圧延荷重Ｐの実績値からゲージメータ式により各圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値ｈ_ＧＭを算出する。そして、板厚制御部７は、鋼板の板厚の実績値ｈ_ＧＭと目標板厚との偏差に対してＰＩ制御を実施することにより各圧延スタンドの出側における板厚を目標板厚に制御する。

具体的には、本実施形態では、板厚制御部７は、板厚算出部７１及びゲージメータＡＧＣ（ＧＭ－ＡＧＣ）７２を備えている。

板厚算出部７１は、各圧延スタンドの圧下位置Ｓ及び圧延荷重Ｐの実績値を以下の数式（２）に示すゲージメータ式に代入することにより各圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値ｈ_ＧＭを算出する。そして、板厚算出部７１は、算出された各圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値ｈ_ＧＭを示す電気信号を差分器４及びＧＭ－ＡＧＣ７２に出力する。なお、数式（２）におけるＭは圧延スタンドのバネ定数を示す。

ＧＭ－ＡＧＣ７２は、圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を目標板厚に制御する。走間板厚変更中の各圧延スタンドの出側の目標板厚ｈ０_ｉ（ｉ（＝４～６）は圧延スタンド番号）は、板厚修正量算出部２が走間板厚変更前後の圧延スタンド間の荷重比を一定に保つように算出した鋼板の板厚変動量Δｈ_ｉ及び圧延荷重変動量ΔＰ_ｉに基づいて決定する。以下、目標板厚ｈ０_ｉの算出方法について詳しく説明する。

各圧延スタンドの走間板厚変更後の目標圧延荷重Ｐ_ｉ”は、鋼板の板厚変動量Δｈ_ｉ及び圧延荷重平均値Ｐ_ｉ’を用いて以下に示す数式（３）～（６）のように表すことができる。また、走間板厚変更前後の圧延スタンド間の荷重比が一定になる条件式は以下に示す数式（７）のように表すことができる。なお、数式（３）～（６）において、∂Ｐ_ｉ／∂ｈ_ｉは圧延スタンドの出側塑性定数、∂Ｐ_ｉ／∂Ｈ_ｉは圧延スタンドの入側塑性定数を示す。

数式（３）～（７）は以下の数式（８）に示す行列式で表現することができる。従って、まず、板厚修正量算出部２は、数式（８）に示す行列式を解くことにより、走間板厚変更前後の圧延スタンド間の荷重比が一定になる各圧延スタンドの走間板厚変更後の目標圧延荷重Ｐ_ｉ”及び鋼板の板厚変動量Δｈ_ｉを算出する。また、板厚修正量算出部２は、以下に示す数式（９）を用いて圧延荷重変動量ΔＰ_ｉは算出する。

次に、板厚修正量算出部２は、鋼板の板厚変動量Δｈ_ｉ及び圧延荷重変動量ΔＰ_ｉを用いてバー内板厚修正量Δｈ_ｒｅｆｉを算出する。ここで、バー内板厚修正量Δｈ_ｒｅｆｉは、各圧延スタンドのＢＩＳＲＡ－ＡＧＣに用いるＡＧＣチューニング率αによって変化する板厚変動量を補正する制御量であり、以下に示す数式（１０）のように表される。なお、数式（１０）中のＭ_ｉはミル定数を示す。

走間板厚変更実施時は、ＢＩＳＲＡ－ＡＧＣのロックオン板厚に以下の数式（１１）に示すバー内板厚変更量出力Δｈ_ＡＧＣｉを加えることにより走間板厚変更を行う。ここで、数式（１１）中のｒａｔｉｏ_ｉは各圧延スタンドの走間板厚変更進捗率を示し、走間板厚変更開始時は０、走間板厚変更完了時は１となる。つまり、バー内板厚変更量出力Δｈ_ＡＧＣｉは、走間板厚変更開始時は０であり、走間板厚変更完了時にバー内板厚修正量Δｈ_ｒｅｆｉに達する出力である。そこで、板厚修正量算出部２は、以下に示す数式（１１），（１２）を用いて、各圧延スタンドの出側の目標板厚ｈ０_ｉを算出する。なお、数式（１２）中のｈ_０ｉは走間板厚変更開始前の鋼板の定常部の目標板厚（プロセスコンピュータ設定値）を示す。

ＧＭ－ＡＧＣ７２は、差分器７２ａ及びＰＩ制御部７２ｂを備えている。

差分器７２ａは、板厚算出部７１によって算出された各圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値ｈ_ＧＭと各圧延スタンドの出側における鋼板の目標板厚ｈ０_ｉ（＝絶対板厚（ｒａｔｉｏ_ｉ×Δｈ_ｉ＋ｈ_０ｉ）との差分値（偏差）ｅｒｒを算出する。そして、差分器７２ａは、算出された差分値ｅｒｒを示す電気信号をＰＩ制御部７２ｂに出力する。

ＰＩ制御部７２ｂは、差分値ｅｒｒを小さくするようにＰＩ制御により各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量Δｈ_{ＧＭＡＧＣ}を算出し、算出された各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量Δｈ_{ＧＭＡＧＣ}を示す電気信号を加算器８に出力する。

加算器８は、モニターＡＧＣ６から出力された各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量と板厚制御部７から出力された各圧延スタンドにおける鋼板の板厚修正量とを加算し、算出された加算値を示す電気信号を差分器３に出力する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である鋼板の板厚制御装置１では、板厚修正量算出部２が、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の圧延スタンド間の荷重比を一定に保つように鋼板の目標板厚を算出し、板厚算出部７１が、ゲージメータ式を用いて圧延スタンドの圧下位置Ｓ及び圧延荷重Ｐから圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値ｈ_ＧＭを算出する。そして、ＧＭ－ＡＧＣ７２が、板厚算出部７１によって算出された板厚の実績値ｈ_ＧＭが目標板厚に収束するように圧延スタンドの圧下装置をフィードバック制御する。すなわち、本発明の一実施形態である鋼板の板厚制御装置１は、従来の走間板厚変更時のフィードフォワードによる板厚制御を実施した後にフィードバック制御により鋼板の板厚を制御する。そして、このような構成によれば、フィードフォワード板厚制御後に存在する板厚偏差を修正できるので、圧延プロセスにおける走間板厚変更において、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の鋼板の形状を良好に保ちながら、圧延スタンドの出側における鋼板の板厚を精度よく目標板厚に制御できる。また、とりわけ熱間圧延プロセスにおける走間板厚変更において圧延スタンドの出側における鋼板の板厚を精度よく目標板厚に制御できる。

〔実施例〕
図２（ａ），（ｂ）は、本発明を適用しなかった場合の各圧延スタンド（圧延スタンドＦ４～Ｆ７）における圧延荷重及び出側板厚偏差の時間変化の一例を示す図である。図３（ａ），（ｂ）は、本発明を適用した場合の各圧延スタンド（Ｆ４～Ｆ７スタンド）における圧延荷重及び出側板厚偏差の時間変化の一例を示す図である。図２（ａ），（ｂ）に示すように、本発明を適用しなかった場合、各圧延スタンドで走間板厚変更に必要な板厚修正量に到達することができず、結果として、板厚修正量が大きくなり、Ｆ７スタンドに負荷が集中して圧延荷重が大きくなっている。これに対して、図３（ａ），（ｂ）に示すように、本発明を適用した場合には、Ｆ７スタンドの負荷が低減され、各圧延スタンドの荷重比を安定している。これにより、本発明によれば、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の鋼板の形状を良好に保ちながら、各圧延スタンドの出側における鋼板の板厚を精度よく目標板厚に制御し、各圧延スタンドの荷重バランスを安定させることができることが確認された。

図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明を適用しなかった場合及び本発明を適用した場合におけるマスフロー誤差（該当スタンドと前スタンドのマスフローの差）の時間変化の一例を示す図である。なお、マスフロー誤差ΔＳＳＲＨは以下に示す数式（１３）を用いて算出した。数式（１３）において、ｈは圧延スタンドの出側板厚、Ｖは圧延スタンドのワークロール速度、ｆは圧延スタンドの先進率、ｉは圧延スタンド番号を示す。

図４（ａ）に示すように、本発明を適用しなかった場合、各圧延スタンドの出側板厚偏差が目標値から乖離することにより、マスフロー誤差が大きくなっている。これに対して、図４（ｂ）に示すように、本発明によれば、各圧延スタンドの出側板厚偏差が目標値に収束し、マスフロー誤差が小さくなっている。これにより、本発明によれば、走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の鋼板の形状を良好に保ちながら、各圧延スタンドの出側における鋼板の板厚を精度よく目標板厚に制御し、マスフローを安定させることができることが確認された。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば本実施形態では、ＢＩＳＲＡ－ＡＧＣ、ＧＭ－ＡＧＣ、及びモニターＡＧＣを併用して圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を目標板厚に制御したが、ＢＩＳＲＡ－ＡＧＣのみ又はＢＩＳＲＡ－ＡＧＣ及びＧＭ－ＡＧＣのみを用いて圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を目標板厚に制御してもよい。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 鋼板の板厚制御装置
２ 板厚修正量算出部
３，４，７２ａ 差分器
５ ＢＩＳＲＡ－ＡＧＣ
６ モニターＡＧＣ
７ 板厚制御部
８ 加算器
７１ 板厚算出部
７２ ＧＭ－ＡＧＣ
７２ｂ ＰＩ制御部

Claims (4)

1. 圧延プロセスにおける走間板厚変更時の鋼板の板厚を制御する鋼板の板厚制御方法であって、
   走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の圧延スタンド間の荷重比を一定に保つように鋼板の目標板厚を算出する目標板厚算出ステップと、
   ゲージメータ式を用いて圧延スタンドの圧下位置及び圧延荷重から圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を算出する板厚算出ステップと、
   前記板厚算出ステップにおいて算出された板厚の実績値が前記目標板厚算出ステップにおいて算出された目標板厚に収束するように圧延スタンドの圧下装置をフィードバック制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする鋼板の板厚制御方法。
2. 前記制御ステップは、ゲージメータＡＧＣを用いて圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を前記目標板厚に制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼板の板厚制御方法。
3. 圧延プロセスにおける走間板厚変更時の鋼板の板厚を制御する鋼板の板厚制御装置であって、
   走間板厚変更前後及び走間板厚変更中の圧延スタンド間の荷重比を一定に保つように鋼板の目標板厚を算出する目標板厚算出部と、
   ゲージメータ式を用いて圧延スタンドの圧下位置及び圧延荷重から圧延スタンドの出側における鋼板の板厚の実績値を算出する板厚算出部と、
   前記板厚算出部によって算出された板厚の実績値が前記目標板厚算出部によって算出された目標板厚に収束するように圧延スタンドの圧下装置をフィードバック制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする鋼板の板厚制御装置。
4. ゲージメータＡＧＣ機能を備えることを特徴とする請求項３に記載の鋼板の板厚制御装置。

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