JP6252500B2 - 厚板圧延における板厚制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶対値ＡＧＣおよび板クラウン制御を行う厚板圧延において、噛み込み端部および噛み抜け端部の板厚精度を向上させうる、厚板圧延における板厚制御方法に関する。なお、厚板圧延は、鋼スラブから厚鋼板への圧延であり、被圧延材は鋼板（略して板）である。前記鋼スラブは加熱炉で１０００〜１２５０℃程度に加熱したものを用い、前記圧延は熱間で行う。また、厚鋼板とは、製品板厚が４．５〜３６０ｍｍの鋼板をいう。

厚板圧延の自動板厚制御（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｕｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）では、絶対値ＡＧＣが広く採用され、また、圧下方式として応答性および高出力の点から油圧圧下が用いられている。また、厚板圧延では、４重式圧延機が広く用いられ、板は複数パスのリバース圧延により所望の製品に仕上げられる。

一般に、厚板圧延におけるＡＧＣは、圧延荷重Ｐ、ミル剛性係数Ｍ、ロール開度Ｓ、出側板厚ｈの間に成り立つ下記（１）式で示される基本的な関係に基づいて行われる。
Ｓ＝ｈ−Ｐ/Ｍ …（１）
（１）式は圧延中の状態で常に成り立つ式であるが、板の噛み込み前の予測計算においても、目標出側板厚ｈ^＊を得るために（１）式と同様の（２）式を用いて予測圧延荷重Ｐ^＊に基づいてロール開度Ｓ^＊を設定することが行われている。
Ｓ^＊＝ｈ^＊−Ｐ^＊/Ｍ …（２）
絶対値ＡＧＣは、（１）式で得られる出側板厚ｈを、（２）式で得られる目標出側板厚ｈ^＊に一致させるために下記（３）式に従ってロール開度Ｓを設定制御するものである。
Ｓ＝Ｓ^＊−（Ｐ−Ｐ^＊）/Ｍ …（３）
一方、厚板圧延では、圧延荷重を受けたロールが弾性変形することにより圧延機出側の板に板クラウンと称する幅方向板厚偏差（＝板幅中央部の板厚−板幅端部の板厚）が発生する。板クラウンは圧延形状や歩留まりに大きく影響するため、ワークロールベンダーと呼ばれる加圧手段にて上下のワークロールの左右各端部に該左右各端部の上下対向間隔が拡がる向きのベンディング力（ベンダー荷重とも云う）を加えることにより板クラウンを適正範囲に制御する板クラウン制御も行われている。前記板クラウン制御では、圧延機出側の板クラウンである出側板クラウンとベンディング力の関係を理論乃至実験から予め求めてなる板クラウン予測モデルが用いられる。

特許文献１には、ＡＧＣとロールベンディングを併用する場合、前記（２）、（３）式の予測精度向上を図るために、圧延荷重とベンディング力の両方の影響をミル剛性係数Ｍに反映させる方法について記載されている。

特許文献２には、板クラウン予測モデルの精度向上を図るために、圧延ロールの摩耗とヒートクラウンを精度良く推定し、板クラウン予測モデルに反映させる方法について記載されている。

特開昭６０−０３０５０８号公報 特開２０００−２８８６１５号公報

上述のように厚板圧延では絶対値ＡＧＣおよび板クラウン制御が用いられてきた。絶対値ＡＧＣを用いるとき、目標出側板厚を板幅方向の何処の位置に設定するかは、ミル（厚板圧延ラインのことである）によって異なる。例えば、目標出側板厚の設定位置を板幅方向中央部とするミルもあれば、板幅方向端部とするミルもある。というのは、一般に、ミルには実出側板厚を監視するためにγ線厚み計等の板厚計測手段が設置されており、この板厚計測手段の設置位置を目標出側板厚の設定位置としている。前記板厚計測手段の設置位置は、ミルにより異なる他設備との取り合い等の制約により決められるため、目標出側板厚の設置位置はミルによって異なる。

ところで、前記目標出側板厚の設定位置を板幅方向端部とするミルでは、絶対値ＡＧＣによって板幅方向端部で目標通りの出側板厚が得られた場合でも、特に、広幅材と称する板幅４８００ｍｍ超の被圧延材において、出側板クラウンが負の値となる現象であるマイナスクラウンが生じることがある。このマイナスクラウンが過大（負の値の絶対値が過大）となると、板幅中央部の出側板厚が目標出側板厚の公差すなわち許容範囲を下に外れる。これを防止するために、仕上最終パスの目標出側板厚は、初期設定板厚に、予め歩留まりロス、厚み不合格が最小となる適正な加算量を加算したものとしておく必要がある。これを実現するため、仕上げ最終パス前に行う板厚学習にて、仕上げ最終パス前の正転パス出側で測定した板クラウン量を基に、前記適正な加算量を決定すると云う対処方法をとってきた。

しかし、上記対処方法では、加熱炉内で発生するスキッドマークや、材炉時間等の影響により、長手方向の両端部が中央部よりも高温状態となって変形抵抗がより小さくなっている被圧延材において、特に噛み込み直後および噛み抜け直前のマイナスクラウンが定常部よりも過大となる場合があり、問題となっていた。なお、定常部は、板長手方向両端から１０００ｍｍ程度の板長さ部分を板全長から除いた残りの板長さ部分を云う。

本発明は、上記の問題を解決し、スラブ長手方向両端部が中央部よりも高温に加熱された場合でも、噛み込み端部および噛み抜け端部のマイナスクラウンが定常部よりも過大となるのを防止できる、厚板圧延における板厚制御方法を提供することを課題とした。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討し、その結果、以下の知見を得た。
（ｉ） パススケジュール中の圧延荷重およびベンダー荷重のセットアップに用いる板クラウン予測モデルには、ロール変形、転写、遺伝等が板クラウンに及ぼす影響が組み込まれている。この板クラウン予測モデルにより、ＡＧＣ周期毎に、板クラウン量を計算できれば、この計算結果をＡＧＣに反映させて、噛み込み端部および噛み抜け端部のマイナスクラウンが定常部よりも過大となるのを防止することが可能ではある。
（ｉｉ） しかし、絶対値ＡＧＣのような高応答性が要求される制御では、ＡＧＣ周期を、例えば５０ｍｓ以下と、短くとる必要があり、斯かる短いＡＧＣ周期毎に、前記板クラウン予測モデルによりリアルタイムに板クラウン量を計算して絶対値ＡＧＣに反映させるのは、計算時間の観点から困難である。
（ｉｉｉ） そこで、計算時間に十分余裕があってリアルタイムでの適用が可能な板厚制御方法を検討し、次の方法を見出した。すなわち、圧延前に当該圧延のパススケジュール中の予測圧延荷重と設定ベンディング力を前記板クラウン予測モデルに当て嵌めて板クラウン量の計算を行い、この結果から、板クラウン量に及ぼす圧延荷重変化とベンディング力変化の影響係数をそれぞれ予め求めておき、実圧延中は、前記予め求めておいた影響係数を用いて実測圧延荷重及び実測ベンディング力から板クラウン量を計算する方法である。
（ｉｖ） 前記実圧延中は、該実圧延中の計算で得た板クラウン量を所定の閾値と比較し、板クラウン量が所定の閾値を下回ったことに応じて、該下回った分だけＡＧＣの目標出側板厚を増加させることにより、マイナスクラウンが過大となるのを防止できる。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
〔１〕 絶対値ＡＧＣによる長手方向板厚制御およびワークロールベンダーによる板クラウン制御を行う厚板圧延の板厚制御方法において、
圧延前に当該圧延の予測圧延荷重と設定ベンディング力を板クラウン予測モデルに当て嵌めて板クラウン量を計算し、得た板クラウン量に及ぼす圧延荷重変化とベンディング力変化の影響係数をそれぞれ予め求めておく工程と、
前記圧延の実行中に、前記予め求めておいた影響係数を用いて実績圧延荷重および実績ベンディング力から板クラウン量を計算し、得た板クラウン量が所定の閾値を下回った場合は、該下回った分だけＡＧＣの目標出側板厚を増加させた上で次ステップ（２３０）へ進み、一方、前記得た板クラウン量が前記所定の閾値以上であった場合は、直ちに前記次ステップ（２３０）へ進む工程と
を有することを特徴とする厚板圧延における板厚制御方法。
〔２〕 前記目標出側板厚の設定位置を板幅方向端部とする〔１〕に記載の厚板圧延における板厚制御方法。

本発明によれば、スラブ長手方向両端部が中央部よりも高温に加熱された場合でも、噛み込み端部および噛み抜け端部のマイナスクラウンが定常部よりも過大となるのを防止できる。

本発明の実施形態の一例を示すフロー図である。 本発明例を示すブロック図である。

図１は、本発明の実施形態の一例を示すフロー図である。本発明ではまず圧延前にステップ１００およびステップ１１０を実行する。ステップ１００では、予測圧延荷重と設定ベンディング力を板クラウン予測モデルに当て嵌めて板クラウン量を計算する。前記予測圧延荷重および前記設定ベンディング力は、パススケジュール計算にて求める。前記板クラウン予測モデルは、次の（４）式および（５）式で表す。
Ｃ_ｒ＝a・Ｃ_ｍ＋ｂ・Ｃ_rin …（４）
Ｃ_ｍ＝ｆ（Ｐ，Ｐ_ｂ） …（５）
ここで、Ｃ_ｒは出側板クラウン（以下、板クラウン量と呼ぶ）、Ｃ_rinは入側板クラウン、Ｃ_mはメカニカルクラウン、aは転写率、ｂは遺伝係数、Ｐは圧延荷重、Ｐ_ｂはベンダー荷重（ベンディング力）である。ｆはＰおよびＰ_ｂの関数であり、メカニカルクラウン量Ｃ_ｍを求めるモデル式による演算形式である。また、ａ、ｂは過去の圧延におけるクラウン量から求められる定数である。前記当て嵌めの際には、前記予測圧延荷重はＰに、前記設定ベンディング力はＰ_ｂに、それぞれ代入する。演算形式ｆによる計算時間は５０ｍｓを超えるから、前述のとおり、圧延中のＡＧＣ周期ごとの計算は困難である。しかし、圧延前なら、ある１本の被圧延材の圧延完了から後続の１本の圧延開始までに通常少なくとも１０秒はかかるため、その間に演算形式ｆでも十分余裕を持って計算を終えることができる。

ステップ１１０では、ステップ１００での計算結果および計算条件から、板クラウン量に及ぼす圧延荷重変化とベンディング力変化の影響係数をそれぞれ導出する。この導出方法は以下のとおりである。すなわち、前記板クラウン量に及ぼす圧延荷重変化とベンディング力変化の影響係数は（４）式のＣ_ｒをＰ、Ｐ_ｂでそれぞれ偏微分したときの偏微分係数に相当し、それぞれ次の（６）、（７）式で表される。
∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ＝ａ・∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ …（６）
∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ_ｂ＝ａ・∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ_ｂ …（７）
（６）式中の∂Ｃ_ｍ/∂Ｐおよび（７）式中の∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ_ｂは、（５）式から差分形式にすると、それぞれ次の（８）、（９）式になる。
∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ＝｛ｆ（Ｐ₀＋ΔＰ，Ｐ_ｂ0）−ｆ（Ｐ₀，Ｐ_ｂ0）｝/ΔＰ …（８）
∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ_ｂ＝｛ｆ（Ｐ₀，Ｐ_ｂ0＋ΔＰ_ｂ）−ｆ（Ｐ₀，Ｐ_ｂ0）｝/ΔＰ_ｂ …（９）
（８）、（９）式の右辺から、Ｐ₀に予測圧延荷重、Ｐ_ｂ0に設定ベンディング力をそれぞれ代入することで、左辺の値を導出することができる。なお、Ｐ₀、Ｐ_ｂ0は一般に圧延パスごとに異なるから、（８）、（９）式の左辺はそれぞれ圧延荷重、ベンディング力の関数として例えばテーブル形式で記述される。また、ΔＰ、ΔＰ_ｂはそれぞれ圧延荷重基準偏差、ベンダー荷重基準偏差であり、これらは適宜設定する。例えばΔＰ、ΔＰ_ｂはそれぞれ１００トン、３０トンを初期値とし、基準テーブルで修正可能に設定する。

また、基準メカニカルクラウンＣ_ｍ0を次の（１０）式で計算しておく。
Ｃ_ｍ0＝ｆ（Ｐ₀，Ｐ_ｂ0） …（１０）
次いで、圧延の実行中は、ステップ２００から２３０までをＡＧＣ周期で繰り返す。

ステップ２００では、前記ステップ１１０で導出しておいた前記影響係数∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ、∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ_ｂを用い、ＡＧＣ周期（例えば２ｍｓ）でサンプリングされる実測圧延荷重および実測ベンディング力から、板クラウン量Ｃ_rを算出する。

この算出には次の（１１）式を用いる。
Ｃ_ｒ＝ａ・｛（∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ）・（Ｐ−Ｐ_０）＋（∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ_ｂ）・（Ｐ_ｂ−Ｐ_ｂ０）＋Ｃ_ｍ0｝＋ｂ・Ｃ_rin＝ａ・（∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ）・（Ｐ−Ｐ_０）＋ａ・（∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ_ｂ）・（Ｐ_ｂ−Ｐ_ｂ０）＋ａ・Ｃ_ｍ0＋ｂ・Ｃ_rin …（１１）
（１１）式は、（４）式においてメカニカルクラウンＣ_ｍの計算式を（５）式に代えて次の（１２）式としたものである。
Ｃ_ｍ＝（∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ）・（Ｐ−Ｐ_０）＋（∂Ｃ_ｍ/∂Ｐ_ｂ）・（Ｐ_ｂ−Ｐ_ｂ０）＋Ｃ_ｍ0 …（１２）
（１１）式において、Ｐ、Ｐ_ｂ以外の変数には圧延前に求めておいた既知の数値を代入する。Ｐ、Ｐ_ｂには、圧延の実行中に検出される実績圧延荷重、実績ベンディング力を直ちにそれぞれ代入する。（１１）式は簡易な１次関数式であり、また、代入する実績圧延荷重、実績ベンディング力にそれぞれ対応する影響係数（∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ）、（∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ_ｂ）は例えばテーブル参照などの簡単な変換処理で決定できるゆえ計算時間は１ｍｓ未満である。したがって、（１１）式からリアルタイムに板クラウン量Ｃ_ｒを算出することができる。

前記算出したＣ_ｒは、ステップ２１０において、Ｃ_ｒ＜閾値αであるか否かを判定するのに用いる。マイナスクラウンの場合、Ｃ_ｒは負の値になる。αは予め、従来の板厚不足分（＝目標出側板厚下限を下回った板厚−目標出側板厚下限）の実績程度の値に設定しておく。なお、前記板厚不足分の実績は負の値である。

Ｃ_ｒ＜αならばステップ２２０でＡＧＣの目標出側板厚を（α−Ｃ_ｒ）だけ増加させ、その後ステップ２３０へ進む。なお、（α−Ｃ_ｒ）は正の値である。ここで、前記ＡＧＣの目標出側板厚は（２）式中のｈ^＊である。一方、（α−Ｃ_ｒ）≧αならば直ちにステップ２３０へ進む。

ステップ２３０ではＡＧＣ終了か否かを判定し、ＡＧＣ終了ならばこのフローの動作を終了する。ＡＧＣ終了でなければステップ２００に戻り、以下繰り返す。

以上のとおり、本発明では、圧延前に予め求めておいた板クラウン量Ｃ_ｒへの圧延荷重変化、ベンディング力変化それぞれの影響係数∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ、∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ_ｂを用いて、圧延の実行中に実績圧延荷重および実績ベンディング力からＡＧＣ周期でリアルタイムに板クラウン量を計算し、計算結果が閾値を下回った分だけＡＧＣの目標出側板厚を嵩上げするようにしたから、スラブ長手方向両端部が中央部よりも高温に加熱された場合でも、噛み込み端部および噛み抜け端部のマイナスクラウンが定常部よりも過大となるのを防止することができると云う効果を奏する。

本発明は、前記目標出側板厚の設定位置を板幅方向端部としたとき、前記目標出側板厚の設定位置を板幅方向端部以外例えば板幅中央部としたときと比べ、上記効果がより顕著に発現する。したがって、本発明では、前記目標出側板厚の設定位置を板幅方向端部とすることが好ましい。

スラブ厚＝８０〜４０３ｍｍ、スラブ幅＝１１００〜２３４５ｍｍ、スラブ長＝１６２０〜５３１０ｍｍの鋼スラブを加熱炉で加熱し、４重式圧延機で熱間リバース圧延して、圧延厚＝５．０８〜２２８．１１ｍｍ（ただし、スラブ厚未満）、圧延幅＝１１２０〜５３３１ｍｍ（ただし、スラブ幅超）、圧延長＝３．１〜５４．２ｍの製品（厚鋼板）に仕上げる厚板圧延ラインにおける自動板厚制御に、本発明を実施し、本発明例とした。

上記厚板圧延ラインでは、目標出側板厚の設定位置を板幅方向端部にとっている。また、上記厚板圧延ラインでは、従来、板幅中央部の出側板厚が目標出側板厚の公差を下に外れるのを防止すべく、仕上最終パスの目標出側板厚は、初期設定板厚に、予め歩留まりロス、厚み不合格が最小となる適正な加算量を加算したものとしておく必要がある。これを実現するため、仕上げ最終パス前に行う板厚学習にて、仕上げ最終パス前の正転パス出側で測定した板クラウン量を基に、前記適正な加算量を決定すると云う対処方法をとってきた。これを従来例とする。

図２は本発明例を示すブロック図である。

被圧延材１は、４重式圧延機内で上下一対のバックアップロール２、２にバックアップされる上下一対のワークロール３、３で圧延されるが、その圧下量は油圧シリンダ４によって制御される。その際、ワークロール３、３のロール開度Ｓはマグネスケール５、圧延荷重Ｐはロードセル６でそれぞれ検出される。また、ベンディング力Ｐ_ｂはワークロールベンダーサーボ弁１３に付属の図示しない圧力センサで検出される。検出された圧延荷重Ｐ、ロール開度Ｓ、ベンディング力Ｐ_ｂはそれぞれ実績圧延荷重Ｐ、実績ロール開度Ｓ、実績ベンディング力Ｐ_ｂとしてＡＧＣ制御盤８へ伝送される。

コントローラ９は、パルスジェネレータ７で検出したワークロール３のロール回転数から板長方向位置情報を求めてＡＧＣ制御盤８へ伝送するとともに、ＡＧＣ制御盤８から伝送される実績圧延荷重Ｐおよび実績ロール開度Ｓをプロセスコンピュータ１０へ転送し、また、図示しない幅計で検出された板幅Ｗを実績板幅Ｗとしてプロセスコンピュータ１０へ伝送する。

一方、プロセスコンピュータ１０は、図１における「圧延前」のフローを実行し、板クラウン量Ｃ_ｒへの圧延荷重変化、ベンディング力変化それぞれの影響係数∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ、∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ_ｂを導出する。該導出された影響係数∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ、∂Ｃ_ｒ/∂Ｐ_ｂは、前記（１１）式中の転写率ａ、遺伝係数ｂ、予測圧延荷重Ｐ_０、設定ベンディング力Ｐ_ｂ０、基準メカニカルクラウンＣ_ｍ0、入側板クラウンＣ_rinと一緒に、コントローラ９を介してＡＧＣ制御盤８へ伝送される。

ＡＧＣ制御盤８は、前記伝送された設定ベンディング力Ｐ_ｂ０をワークロールベンダーサーボ弁１３に設定するが、それとともに、図１における「圧延の実行中」のフローを実行する。すなわち前述したように（１１）式にてＡＧＣ周期でリアルタイムに板クラウン量Ｃ_ｒを求め、Ｃ_ｒ＜αのとき、目標出側板厚を（α−Ｃ_ｒ）だけ増加させる。この増加分ΔＳ＝（α−Ｃ_ｒ）はロール開度補正量としてＡＧＣ制御盤８からサーボアンプ１１を経て、サーボ弁１２を作動して油圧シリンダ４を動作させ、上下ワークロール３のロール開度ＳがΔＳだけ開き側に変更されることとなる。

なお、本発明例において、閾値αは、従来の板厚不足分（＝目標出側板厚下限を下回った板厚−目標出側板厚下限）の実績程度の値＝−５００μｍに設定した。

本発明例と従来例とで、噛み込み端部、噛み出し端部の何れか一方または両方における板厚不足に起因する不合格重量比率を調査し、比較した。その結果、本発明例では、前記不合格重量比率が、従来例とくらべ０．０２％低減（歩留まりは０．０２％向上）し、本発明の効果が確認できた。

１ 被圧延材（鋼板、略して板）
２ バックアップロール
３ ワークロール
４ 油圧シリンダ
５ マグネスケール
６ ロードセル
７ パルスジェネレータ
８ ＡＧＣ制御盤
９ コントローラ
１０ プロセスコンピュータ
１１ サーボアンプ
１２ サーボ弁
１３ ワークロールベンダーサーボ弁
１００、１１０、２００、２１０、２２０、２３０ ステップ

Claims (2)

1. 絶対値ＡＧＣによる長手方向板厚制御およびワークロールベンダーによる板クラウン制御を行う厚板圧延の板厚制御方法において、
   圧延前に当該圧延の予測圧延荷重と設定ベンディング力を板クラウン予測モデルに当て嵌めて板クラウン量を計算し、得た板クラウン量に及ぼす圧延荷重変化とベンディング力変化の影響係数をそれぞれ予め求めておく工程と、
   前記圧延の実行中に、前記予め求めておいた影響係数を用いて実績圧延荷重および実績ベンディング力から板クラウン量を計算し、得た板クラウン量が所定の閾値を下回った場合は、該下回った分だけＡＧＣの目標出側板厚を増加させた上で次ステップ（２３０）へ進み、一方、前記得た板クラウン量が前記所定の閾値以上であった場合は、直ちに前記次ステップ（２３０）へ進む工程と
   を有することを特徴とする厚板圧延における板厚制御方法。
2. 前記目標出側板厚の設定位置を板幅方向端部とする請求項１に記載の厚板圧延における板厚制御方法。

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