JP3384330B2 - リバース圧延機における板厚制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は特にリバース圧延機
を用いて被圧延材を圧延する際の板厚制御方法に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】圧延機における板厚制御方法としては、
一般に、圧延機入側の板厚偏差を測定（又は推定）し、
この測定点（又は推定点）が圧延機を通過する際に操作
量を変更することにより、入側板厚偏差の影響が出側板
厚偏差に現れないようにするフイードフォワード制御
と、圧延機出側の板厚偏差を測定（又は推定）して操作
量を変更することにより出側板厚を目標値に一致させる
フィードバック制御がある。 【０００３】ここで操作量としては、被圧延材の寸法や
圧延設備に応じて、圧延機の圧下位置、または被圧延材
の張力、あるいはこの張力を変更するための圧延ロール
のロール速度が用いられている。特に、上述のフイード
フォワード制御においては、圧延機の出側板厚と目標板
厚との偏差が零になるように、予め設定したゲインを用
いて圧下位置調整量又は張力調整量を演算するので、こ
のゲインの設定を高精度に行う必要がある。 【０００４】ところで、冷間圧延では母材の長手方向の
変形抵抗むらに起因して板厚偏差が発生する。母材の長
手方向の変形抵抗むらは、冷間圧延の上工程である熱間
圧延で圧延・巻取りされたコイル置き台に載置した母材
コイルを放熱によって冷却する際、コイル置き台に接触
している部分の冷却速度と、コイル置き台に接触してい
ない部分の冷却速度が異なることによって発生する。 【０００５】また、冷間圧延工程の前に母材コイルを焼
鈍する場合にも、コイル外周部が均一に焼鈍されないこ
とによって、同様に変形抵抗むらが発生する。この様な
変形抵抗むらは冷間圧延での板厚偏差の原因となるた
め、変形抵抗むらが顕著に現れる高炭素鋼板及び高珪素
鋼板を冷間圧延する場合には、変形抵抗むらに起因する
板厚偏差を低減することが要求されている。 【０００６】この要求に対して、圧延機入・出側の板
厚や圧延荷重から変形抵抗を求め、この値を用いて次工
程又は次パスの制御に反映させる方法（特開昭５５−８
６６１６号公報）、圧延中の材料の変形抵抗を圧延デ
ータから推定又は実測し、予め考えていた変形抵抗との
ずれ分を張力で補正する方法（特開昭５７−１９３２１
６号公報、特開昭５８−３７１４号公報）、また、タ
ンデム圧延機におけるｉ−１スタンドでの実測値に基づ
く変形抵抗の推定値を用い、ｉスタンドの圧下位置又は
ｉ−１スタンドの張力を制御する方法（特開昭５８−１
１０１１３号公報、特開昭６０−９９４２１号公報）等
が開示されている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、の特
開昭５５−８６６１６号公報に開示されている方法で
は、板全長の変形抵抗データを記憶し、かつ、長手方向
位置を正確にトラッキングする必要があるため、変形抵
抗データが膨大となってシステムが煩雑となる。また、
トラッキングずれにより、逆に板厚偏差が悪くなる可能
性があるので、トラッキングに高い精度が要求されると
いう問題がある。 【０００８】また、の特開昭５７−１９３２１６号公
報や特開昭５８−３７１４号公報に開示されている方法
では、現在の圧延パス内での変形抵抗のずれ量を、実測
値に基づく張力制御によって補正するため、フィードバ
ック制御と同様に、実際には時間遅れが発生するという
問題がある。 【０００９】さらに、の特開昭５８−１１０１１３号
公報や特開昭６０−９９４２１号公報に開示されている
方法は、使用できる圧延機はタンデム圧延機に限定され
ているので、この方法をリバース圧延機に適用するに際
しては、上述の特開昭５５−８６６１６号公報に開示さ
れている方法と同様の問題が発生する。 【００１０】本発明は上記した従来の問題点に鑑みてな
されたものであり、コイルの一巻き周期で発生する変形
抵抗の変動に起因する板厚偏差を可及的に低減すること
ができるリバース圧延機における板厚制御方法を提供す
ることにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るリバース圧延機における板厚制御
方法は、測定した出側板厚偏差から演算した周波数と、
被圧延材長手方向の変形抵抗の変動による周波数、及び
予め設定したしきい値を用いて変形抵抗の周期的変化が
出側板厚偏差に影響を及ぼしているか否かを判定し、影
響を及ぼしていると判定した場合には、次回のパスのフ
イードフォワードＡＧＣ制御ゲインを修正することとし
ている。そして、このようにすることで、変形抵抗変動
に起因する板厚偏差を効果的に低減できるようになる。 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明に係るリバース圧延機にお
ける板厚制御方法は、コイルから引き出した被圧延材に
２パス以上の圧延を施す板圧延において、ｎ−1 （ｎ≧
２）パス目の出側目標板厚に対する板厚偏差を測定した
後、得られた出側板厚偏差の信号をフーリエ変換して周
波数分布を求めると共に、前記コイルの直径及び被圧延
材の移動速度に基づいて、周期的に現れる被圧延材長手
方向の変形抵抗の変動による周波数を求め、この周波数
と前記演算した周波数、及び予め設定したしきい値を用
いて、変形抵抗の周期的変化が出側板厚偏差に影響を及
ぼしているか否かを判定し、影響を及ぼしていると判定
した場合には、ｎパス目のフイードフォワードＡＧＣ制
御ゲインを修正するものである。 【００１３】以下、本発明の板厚制御方法の原理を圧下
位置を調整する場合を例にして説明する。圧延機入側の
被圧延材の厚さと、予め設定された入側目標厚さとの差
である入側板厚偏差をΔＨ、圧延機出側の被圧延材の厚
さと、予め設定された出側目標厚さとの差である出側板
厚偏差をΔｈとすると、変形抵抗むらΔｋｍが発生して
いるときの圧延荷重変動ΔＰは、下記の数式１で表すこ
とができる。なお、入側板厚偏差ΔＨは、単に特性解析
用として用いており、実際の制御には必ずしも必要では
ない。 【００１４】 【数１】ΔＰ＝（∂Ｐ／∂Ｈ）ΔＨ＋（∂Ｐ／∂ｈ）Δ
ｈ＋（∂Ｐ／∂ｋｍ）Δｋｍ 但し、∂Ｐ／∂Ｈ ：入側厚さに対する圧延荷重変動の
影響係数 ∂Ｐ／∂ｈ ：出側厚さに対する圧延荷重変動の影響係
数 ∂Ｐ／∂ｋｍ：変形抵抗むらに対する圧延荷重変動の影
響係数 【００１５】この圧延荷重変動ΔＰの影響が出側板厚偏
差Δｈに現れないようにするためには、ゲージメータ式
である下記の数式２に上記した数式１を代入し、出側板
厚偏差Δｈが零になるように圧下位置操作量ΔＳを下記
の数式３で求め、得られた圧下位置操作量ΔＳになるよ
うに圧延機の圧下位置を操作すればよい。 【００１６】 【数２】Δｈ＝ΔＳ＋（１／Ｍ）ΔＰ 但し、Ｍ：ミル剛性係数 【００１７】 【数３】ΔＳ＝−（１／Ｍ）｛（∂Ｐ／∂Ｈ）ΔＨ＋
（∂Ｐ／∂ｋｍ）Δｋｍ｝ 【００１８】ところで、主に変形抵抗むらΔｋｍによっ
て入側板厚偏差がΔＨだけ生じている場合、変形抵抗む
らΔｋｍと入側板厚偏差ΔＨとは同位相であるため、両
者の関係は、下記の数式４で表すことができる。 【００１９】 【数４】Δｋｍ＝α・ΔＨ 但し、α：比例係数 【００２０】この数式４より上記数式３は下記の数式５
のように表すことができ、この数式５におけるαの値を
調整することによって、出側厚み偏差Δｈに対する変形
抵抗むらΔｋｍの影響を低減することができる。 【００２１】 【数５】ΔＳ＝−Ｇ・ΔＨ 但し、Ｇ＝（１／Ｍ）｛（∂Ｐ／∂Ｈ）＋α・（∂Ｐ／
∂ｋｍ）｝ 【００２２】この考え方に基づき、リバース圧延機のよ
うに、ゲインＧi でｉパス目の圧延を施した被圧延材に
ついて（ｉ＋１）パス目の圧延をする場合を考える。ｉ
パス目の圧延でのコイル長手方向の変形抵抗むらΔｋｍ
を、例えば次の数式６にて算出する。 【００２３】 【数６】Δｋｍ＝〔｛Ｍ−（∂Ｐi ／∂ｈi ）｝Δｈi
＋｛Ｍ・Ｇi −（∂Ｐi ／∂Ｈi ）｝ΔＨi 〕／（∂Ｐ
i ／∂ｋｍi ） 但し、∂Ｐi ／∂ｈi ：ｉパス目の出側厚さに対する圧
延荷重変動の影響係数 ∂Ｐi ／∂Ｈi ：ｉパス目の入側厚さに対する圧延荷重
変動の影響係数 ∂Ｐi ／∂ｋｍi ：ｉパス目の変形抵抗むらに対する圧
延荷重変動の影響係数 【００２４】また、（ｉ＋１）パス目の入側板厚偏差Δ
Ｈi+1 はｉパス目の出口板厚偏差Δｈi と等しいため、
上記した数式４から、（ｉ＋１）パス目の比例定数αi+
1 は下記の数式７で表すことができ、この数式７から
（ｉ＋１）パス目のゲインが下記の数式８のように求め
られる。 【００２５】 【数７】 αi+1 ＝〔｛Ｍ−（∂Ｐi ／∂ｈi ）｝Δｈi ＋｛Ｍ・Ｇi −（∂Ｐ／∂Ｈi ）｝ΔＨi 〕／｛（∂Ｐi ／∂ｋｍi ）・Δｈi ｝ 【００２６】 【数８】Ｇi+1 ＝（１／Ｍ）・｛∂Ｐi+1 ／∂Ｈi+1 ＋
αi+1 ・（∂Ｐi+1 ／∂ｋｍi+1 ）｝ 【００２７】このゲインＧi+1 を（ｉ＋１）パス目の圧
延に当たって予め設定しておくことによって、被圧延材
の先頭から変形抵抗むらに起因する板厚偏差を低減する
ことができる。 【００２８】長手方向の変形抵抗むらの主たるものは、
熱間圧延後の冷却むらや冷間圧延前に母材コイルを焼鈍
する場合の焼きむら等であり、これらの原因による変形
抵抗むらはコイルの一巻きの周期で発生することが多
く、またコイルの外径側と内径側ではその変形抵抗むら
の度合いが異なる場合が多い。 【００２９】従って、コイル全長にわたって同じ程度の
変形抵抗むらにはならず、コイル長手方向でその度合い
が変化していく。この変形抵抗むらをコイル長手方向全
長にわたって逐次記憶し、次回のパスにてその変形抵抗
むらに起因する板厚偏差を低減するためには、コイル長
手方向位置のトラッキングを非常な高精度で行う必要が
ある。また、圧延後の出側板厚偏差が変形抵抗変動によ
るものか、それともその他の外乱による厚み変動なのか
を判定する必要もある。 【００３０】そこで、本発明では出側厚さの実測値、お
よび圧延速度から板厚偏差の周波数解析を行うと共に、
コイル外径、圧延速度から、周期的に現れる被圧延材の
変形抵抗の変動による周波数を求め、演算して得られた
板厚偏差の周波数分布が変形抵抗むらによるものか否か
を判定する。 【００３１】このとき、周波数解析を行うには、ある程
度の時間の圧延データが必要となるが、その時間単位で
コイル長手方向をｍ（ｍ≧２）分割した形で周波数演算
を行い、そのスペクトル強度が予め設定したしきい値を
超える場合に、変形抵抗むらが出側板厚に影響を及ぼし
ていると判定し、上記の数式７に基づいて、変形抵抗む
らによって発生する板厚変動を修正するのに必要なゲイ
ンの修正量を計算し、数式８によって得られた修正ゲイ
ンを用いて圧下位置を調整する。 【００３２】この修正ゲインは、仮に上記の周波数演算
を行った区間でほぼ一定としても、変形抵抗むらに起因
する厚さ変動を十分に修正することができる。また、記
憶すべきデータも少なくて済む。さらに、トラッキング
に関しても、入側厚さの周波数が変形抵抗むらと同じで
あるので、従来のフイードフォワード制御において、上
記の修正後ゲインを用いるだけで良いため、高度なトラ
ッキング精度を必要とすることもない。 【００３３】 【実施例】以下、本発明に係るリバース圧延機における
板厚制御方法を図１に示す一実施例に基づいて説明す
る。図１は本発明の板厚制御方法を実施するリバース圧
延機のブロック図である。 【００３４】図１において、１は被圧延材であり、ペイ
オフリール２から矢印の方向に引き出された被圧延材１
は、デフレクタロール３を介して上下のワ一クロール４
間に導かれ、これら上下のワ一クロール４によって圧延
される。圧延された被圧延材１はデフレクタロ−ル５を
通過後、テンションリール６に巻き取られる。以上は奇
数パスの場合であり、偶数パスの場合にはこれと逆の流
れとなる。 【００３５】デフレクタロール３とワークロ−ル４、及
びワークロ−ル４とデフレクタロール５の間には、夫々
被圧延材１の入側厚さと出側厚さを測定する厚さ計７，
８が配置されている。そして、これら厚さ計７，８は、
それぞれ前記した測定値と予め与えられた入側目標厚さ
又は出側目標厚さとの偏差ΔＨ，Δｈを算出し、これら
の算出値を周波数分析器９に出力する。周波数分析器９
は、厚さ計７，８から送られた入側板厚偏差ΔＨ及び出
側板厚偏差Δｈの周波数分析を行う。 【００３６】厚さ計７，８の近傍には、被圧延材１の入
側速度及び出側速度を測定するタッチロ−ル１０，１１
が配置されており、該タッチロール１０，１１によって
測定された入側速度及び出側速度も前述の周波数分析器
９に送られる。周波数分析器９は、入側板厚偏差ΔＨ及
び出側板厚偏差Δｈをフーリエ変換して、各周波数に対
する周波数分布を求め、これらの分析結果をゲイン演算
器１２に与える。 【００３７】また、ペイオフリール２にはコイルの直径
を測定する径測定計（図示せず）が備えつけられてお
り、測定されたコイル直径は周波数分析器９を介してゲ
イン演算器１２に与えられる。ゲイン演算器１２は、こ
のコイル直径に基づいて、入側変形抵抗むらの周波数及
び出側変形抵抗むらの周波数を算出し、この周波数と、
上記周波数分析器９から与えられた分析結果を用いて、
変形抵抗むらの影響が大きいかどうかを判定する。この
判定は、予め設定したしきい値と上述の周波数分析結果
の厚み偏差のスペクトル強度を比較し、この強度がしき
い値を超えている場合には影響が大きいと判定する。 【００３８】そして、ゲイン演算器１２は、変形抵抗む
らの影響が大きいと判定した場合、前述した数式６、数
式７及び数式８を用いて、次回のパスのゲインを予め計
算しておく。このゲインは圧下位置操作量演算器１３に
送られ、圧下位置操作量演算器１３は、変形抵抗むらの
影響を低減するのに必要な上記ゲインを用いて、圧下位
置操作量を求め、これを圧下位置制御器１４に与えて、
圧下装置１５の位置を調整する。なお、圧下位置操作量
演算器１３には、タッチロール１０及び厚さ計７からの
信号を受けて被圧延材１の長手方向位置をトラッキング
するトラッキング装置１６からの信号も入力され、圧下
位置操作量を求める際の参考とされている。 【００３９】ちなみに、各測定値のサンプリング周期を
２０ｍｓｅｃとした場合、−回の解析に必要なサンプリ
ング時間は、上記のように、周波数解析を行うのに必要
な時間ということで、２０．４８ｓｅｃ（サンプリング
データの１０２４点分）となる。従って、コイル長手方
向全長は、各パスで要した時間と、この周波数解析に必
要な時間（２０．４８ｓｅｃ）によりｍ（ｍ≧２）分割
されることになる。 【００４０】次に、実際に本発明の板厚制御方法を用い
て圧延を行った場合の一例を示す。図２は板厚が２．０
ｍｍ、板幅が９５０ｍｍの母材を、圧延前に焼鈍工程を
経た高炭素鋼板をリバース圧延機で複数パス（ｉ−１パ
ス）圧延した後に、ｉパス目の圧延を行った時の出側板
厚偏差であり、図２の区間（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞ
れ上記のように２０．４８ｓｅｃの間の周波数演算を行
った区間を示す。 【００４１】この例では、各区間により板厚偏差が異な
っており、それぞれの区間における周波数演算の結果を
図３に示す。図２の区間（ａ）（ｂ）では、図３（ａ）
（ｂ）に示すように、０．４２Ｈｚ、０．４５Ｈｚとい
う出側板厚偏差の周波数分布が得られている。これは、
コイル外径、圧延速度から演算されたコイルー巻きに相
当する周波数であり、変形抵抗の変動による板厚偏差が
現れているものと推定される（０．４２Ｈｚから０．４
５Ｈｚへの変化はコイル外径の変化によるもの）。 【００４２】また、図２の区間（ｃ）では、図３（ｃ）
に示すように、このコイルー巻きに相当する周波数０．
４７Ｈｚの部分にはほとんど周波数が現れておらず、こ
の区間では変形抵抗のむらが無いと考えられる。今回
は、周波数強度１μｍをしきい値としていたので、図２
の区間（ａ）及び（ｂ）では変形抵抗むらによる板厚偏
差が発生していると判断し、上記の数式７及び数式８を
用いて、図２の各区間におけるゲイン修正量、つまり修
正ゲインを演算し、この演算の結果得られた修正ゲイン
を用いて、ｉ＋１パス目の圧延を行った。 【００４３】そのときのｉ＋１パス目の出側板厚偏差の
結果を図４に示す。本発明の板厚制御方法を適用した場
合、図２のようにｉパス目に発生した板厚偏差はｉ＋１
パス目では修正ゲインを用いて圧延したことにより大幅
に低減されており、変形抵抗のむらによる板厚偏差が修
正されているのが明らかである。一方、従来のフィード
フォワード制御を行った場合の結果を図５に示すが、こ
の場合、ｉパス目に発生した板厚偏差はｉ＋１パス目で
低減されていない。 【００４４】しきい値については、今回１μｍとしてい
るが、これは被圧延材の材質、出側目標板厚等によって
それぞれ適正な値があり、それに応じて設定される。ま
た、変形抵抗むら以外の外乱、例えばバックアップロー
ルやワークロールといった圧延機のロールの偏心等によ
って発生する出側板厚偏差と区別するには、変形抵抗む
ら以外に周期的に発生すると推定される周波数を予め計
算しておき、これと比較することで、容易に区分すると
いうことが可能である。 【００４５】本実施例では、圧下位置を調整する場合に
ついて説明したが、被圧延材の張力を調整したり、また
被圧延材の張力を調整するために、圧延ロールのロール
速度を調整するようにしても良い。 【００４６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るリバ
ース圧延機における板厚制御方法によれば、変形抵抗む
らに起因する板厚偏差を大幅に低減することが出来る。
また、記憶すべきデータも少なくて済む。さらに、トラ
ッキングに関しても、入側厚さの周波数が変形抵抗むら
と同じであるので、従来のフイードフォワード制御にお
いて、修正後ゲインを用いるだけで良く、高度なトラッ
キング精度を必要とすることもない。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の板厚制御方法を実施するリバース圧延
機のブロック図である。 【図２】圧延前に焼鈍工程を経た高炭素鋼板をリバース
圧延機で複数パス（ｉ−１パス）圧延した後に、ｉパス
目の圧延を行った時の出側板厚偏差であり、（ａ）〜
（ｃ）は区間を示す。 【図３】（ａ）〜（ｃ）は図２のそれぞれの区間におけ
る周波数演算の結果を示したものである。 【図４】周波数演算の結果から各区間における修正ゲイ
ンを演算し、この演算の結果得られた修正ゲインを用い
て、ｉ＋１パス目の圧延を行った結果を示す図である。 【図５】従来のフィードフォワード制御を行った場合の
図４と同じ結果を示す図である。 【符号の説明】 １ 被圧延材 ７ 厚さ計 ８ 厚さ計 ９ 周波数分析器 １２ ゲイン演算器 １３ 圧下位置操作量演算器

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 コイルから引き出した被圧延材に２パス
   以上の圧延を施す板圧延において、ｎ−1 （ｎ≧２）パ
   ス目の出側目標板厚に対する板厚偏差を測定した後、得
   られた出側板厚偏差の信号をフーリエ変換して周波数分
   布を求めると共に、前記コイルの直径及び被圧延材の移
   動速度に基づいて、周期的に現れる被圧延材長手方向の
   変形抵抗の変動による周波数を求め、この周波数と前記
   演算した周波数、及び予め設定したしきい値を用いて、
   変形抵抗の周期的変化が出側板厚偏差に影響を及ぼして
   いるか否かを判定し、影響を及ぼしていると判定した場
   合には、ｎパス目のフイードフォワードＡＧＣ制御ゲイ
   ンを修正することを特徴としたリバース圧延機における
   板厚制御方法。