JPH0628764B2 - タンデム圧延機の圧下装置を用いた板厚制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、タンデム冷間圧延機などの様にスタンド間
に機械的にスタンド間張力を操作する装置を備えていな
い金属のタンデム圧延機における圧下装置を用いた板厚
制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来冷間タンデム圧延機などのスタンド間に機械的スタ
ンド間張力操作位置のないタンデム圧延機において、１
号スタンドを除くスタンド（以後中間スタンドと呼ぶ）
の圧下装置を操作して圧延用ロールの空隙を開閉しても
当該スタンド出側板厚はほとんど変化しないというのが
常識であった。その理由を第３図，第４図に従って説明
する。第３図で１は１号スタンド圧延ロール、２，３は
２号，３号スタンド圧延ロールでいわゆる中間スタンド
圧延ロールとなる。９，１０，１１はそれぞれ１〜３号
スタンドＳＴ１〜ＳＴ３の圧下装置である。また３１は
ストリップで、Ｈ_１ｅ，Ｈ_２ｅ，Ｈ_３ｅ，は１，２，３
号スタンド入側板厚、Ｈ_１ｄ，Ｈ_２ｄ，Ｈ_３ｄは１，
２，３号スタンド出側板厚、Ｖ_１ｅ，Ｖ_２ｅ，Ｖ_３ｅは
は１，２，３号スタンド入側ストリップ速度、Ｖ_１ｄ，
Ｖ_２ｄ，Ｖ_３ｄは１，２，３号スタンド出側ストリップ
速度、Ｔ_０１は１号スタンド入側ストリップ張力、Ｔ
_１２及びＴ_２３は１，２号スタンド間及び２，３号スタ
ンド間ストリップ張力、Ｌはスタンド間距離、Ｖ_１，Ｖ
_２，Ｖ_３は１，２，３号圧延ロールの周速を示す。第４
図は３号スタンドＳＴ３におけるミル弾性曲線ａ，ｂと
ストリップ塑性曲線Ｃ１〜Ｃ３を示している。今３号ス
タンド入側板厚Ｈ_３ｅ，ストリップをかんでない状態で
の３号スタンドのロール空隙をＳ_３とすると、ミル弾性
曲線はａ、ストリップ塑性曲線はＣ１となり、その交点
Ｋでつり合って３号スタンド出側板厚はＨ_３ｄとなる。
ここで３号スタンド出側板厚をＨ_３ｄｎにするために第
３図の３号スタンド圧下装置１１を操作し（締め込み）
ロール空隙をＳ_３からＳ_３ｎにするとミル弾性曲線はｂ
となり、曲線Ｃ１と曲線ｂの交点より決まる３号スタン
ド出側板厚はＨ_３ｄｎになるように思える。しかし第３
図において圧下装置を締込む前のマスフロー一定の法則
（下記(1)式）が締め込んだ後も成立しなければならな
い。

Ｈ_３ｄ・Ｖ_３ｄ＝Ｈ_３ｅ・Ｖ_３ｅ……(1) 締込み後もＨ_３ｅ，Ｖ_３ｄは変わらないから締め込み後
の３号スタンド入側速度をＶ_３ｅｎとすると Ｈ_３ｄｎ・Ｖ_３ｄ＝Ｈ_３ｅ・Ｖ_３ｅｎ……(2) となりＨ_３ｄ＞Ｈ_３ｄｎだからＶ_３ｄ＞Ｖ_３ｅｎとな
る。

３号スタンド入側速度が小さくなったにも拘ず２号スタ
ンド出側速度Ｖ_２ｄは変化しないから２，３号スタンド
間張力Ｔ_２３はゆるんでしまう。即ちスタンド間張力は
下記(3)式のＴ_２３から下記(4)式のＴ_２３ｎに変化する
訳である。

２，３号スタンド間張力の変化によって第４図のストリ
ップ塑性曲線は傾きが曲線Ｃ１から曲線Ｃ２へ変化す
る。その結果３号スタンド出側板厚は曲線ｂと曲線Ｃ２
の交点Ａで決まる板厚になる。更に２，３号スタンド間
張力がゆるんだ結果、２号スタンド出側板厚も厚くな
る。この厚くなった部分が３号スタンド入側に到達する
と、第３図のＨ_３ｅが厚くなる。第４図に示す様にＨ
_３ｅがＨ′_３ｅに変化したとするとミル弾性曲線は曲線
Ｃ２から曲線Ｃ３に移動し、３号スタンド出側板厚は曲
線ｂと曲線３の交点で決まるＨ′_３ｄになり、３号スタ
ンド圧下装置の操作にも拘わらず３号スタンド出側板厚
はほとんど変化しない。

以上に述べた如く中間スタンドの圧下を操作しても当該
スタンド出側板厚は変化しないとされていたので、これ
を前提に自動板厚制御（ＡＧＣ）装置が構成されてい
た。

第５図に従い４スタンドタンデム冷間圧延機における例
えば特開昭５２−１２３３６０号、同５２−１１６７６
１号などで示される従来の代表的なＡＧＣ装置の構成に
ついて説明する。１号スタンド入側板厚偏差検出装置３
５により検出された板厚偏差信号△Ｈ_１ｅ（板厚基準は
前もって該装置３５に与えられる）を１号スタンド圧下
フィードフォワードＡＧＣ装置２７に入力し、同時に板
速計３９により１号スタンド入側板速を検出し、これを
ＡＧＣ装置２７に入力する。ＡＧＣ装置２７では板速に
より検出装置３５で得られた板厚を持ったストリップが
どの位置に移動しているかを計算し、その位置が１号ス
タンドロールバイトに到達した時に圧下位置変更指令値
△ＳＲ_１を圧下制御装置２３に与える。２３〜２６は圧
下位置制御装置でも圧延力制御装置でも良いが（圧延力
制御装置の場合は△ＳＲ_１は圧延力変更指令値△ＰＲ_１
になる）、本例では圧下位置制御装置の場合について説
明する。先ず指令値△ＳＲ_１の計算法を述べるに、一般
にミル出側の板厚変動△Ｈ_１ｄをミル入側板厚変動△Ｈ
_１ｅと圧下位置変動△Ｓで表現すると次式で表わされ
る。

但しＭはミル弾性変形係数、Ｑはストリップ塑性変形係
数。

(5)式で△Ｈ_１ｅが変化しても△Ｈ_１ｄをゼロにするた
めには△Ｈ_１ｄをゼロと置いて△Ｓを次式に従って動作
させればよい。

故に△ＳＲ_１は△Ｈ_１ｅに従い次式に示される。

第５図の圧下制御装置２３は△ＳＲ_１に従って圧下装置
９を動かしロールギャップを調整することにより１号ス
タンド入側板厚変動に基く１号スタンド出側板厚偏差を
ゼロにする。２号スタンド入側板厚偏差△Ｈ_２ｅは検出
装置３６で検出され２号スタンド速度フィードフォワー
ドＡＧＣ装置１７に入力される。ＡＧＣ装置１７では２
号スタンド入側板速を板速計４０より得て検出装置３６
により検出された板厚偏差を持つストリップの部分が２
号スタンドロールバイトに到着するタイミングをはかっ
て△Ｈ_２ｅに従い１号スタンドロール速度制御装置１３
へロール速度変更指令△Ｖ１Ｒを与える。△Ｖ１Ｒは次
の様に計算される。第３図においてＨ_２ｅが△Ｈ_２ｅだ
け変化したとした時Ｈ_２ｄが変化しないためにＶ_２ｄが
変わらないとするとＶ_２ｅが変化してＶ_２ｅ−△Ｖ_２ｅ
になり、マスフローを一定に保つ必要があり、従って
(6)′式が成立する。

（Ｈ_２ｅ＋△Ｈ_２ｅ）（Ｖ_２ｅ−△Ｖ_２ｅ）＝Ｈ_２ｄＶ
_２ｄ……(6)′第３図の状態におけるマスフロー一定則
Ｈ_２ｅ・Ｖ_２ｅ＝Ｈ_２ｄＶ_２ｄを(6)′式に代入し２次
の微小項△Ｈ_２ｅ△Ｖ_２ｅを省略すると(7)′式にな
る。

Ｖ_２ｅは１号ロール周速Ｖ_１にほぼ等しいから(7)′式
は(8)式となる。

故に１号スタンドロール速度変更指令△ＶＩＲは次式で
良い。

この△ＶＩＲに従って第５図の速度制御装置１３はロー
ル駆動用電動機５の回転速度を変更させ、２号スタンド
入側板厚変動に基く２号スタンド出側板厚変動をゼロに
する。同様に第５図において３号スタンド入側板厚偏差
を検出装置３７で検出し、ＡＧＣ装置１８に入力する。
ＡＧＣ装置１８では３号スタンド入側板速（４１により
検出）によってタイミングを合わせ、ロール速度制御装
置１４に２号スタンドロール速度変更指令△Ｖ２Ｒを与
え、該装置１４は△Ｖ２Ｒに従って電動機６の回転速度
を変更し、ロール２の回転速度を変えることにより、３
号スタンド入側板厚変動に基く３号スタンド出側板厚変
動をゼロにする。又ＡＧＣ装置１８はロール速度制御装
置１３にも速度変更指令に与え、ロール２の速度を変え
た為に１，２号スタンド間張力が変動しない様に、ロー
ル１，２の速度比が保たれる様にロール１の速度も変更
する。４号スタンドも同様にＡＧＣ装置１９に板厚偏差
検出装置３８、板速計４２の信号を入力し、ＡＧＣ装置
１９は４号スタンド入側板厚変動に基く４号スタンド出
側板厚変動をゼロにすべき３号スタンドロール速度変更
指令△Ｖ３Ｒを与えるとともに、ロール速度制御装置１
３，１４には１号，２号，３号スタンドロール速度比が
△Ｖ３Ｒによって変わらないようにそれぞれのロール速
度変更指令を与える。

以上の様に１号スタンド出側板厚変動は１号スタンド圧
下装置を操作し、２号スタンド出側板厚変動は１号スタ
ンドロール速度を変更し、３号スタンド出側板厚変動は
１，２号スタンドロール速度を変更し、４号スタンド出
側板厚変動は１，２，３号スタンドロール速度を変更し
てそれぞれゼロにするのが従来のＡＧＣであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のＡＧＣではその制御能力に限界があり十分な板厚
精度が出ない。その理由は第５図のロール速度制御装置
１３〜１６の応答速度が遅いことにある。通常タンデム
冷間圧延機の圧延ロール駆動装置の様な大型圧延ロール
の速度制御系ではロールや電動機の慣性モーメントが大
きい為その応答速度は２Hz程度がせいぜいであり、これ
以上の周波数に対しては位相のずれおよびゲインの低下
が大きくなる。一方各スタンド入出側板厚変動を周波数
分析すると０〜１０Hzの周波数成分があることがわかっ
ている。１Hz〜１０Hzの板厚変動は前工程（熱延）での
圧延ロールの偏心によってプリントされた板厚変動であ
ると考えられている。又タンデム冷延におけるロール偏
心も１〜１０Hzの板厚変動が原因であると考えられてお
りそれは板厚変動周波数が熱延及び冷延のロール回転の
周波数及びその高調波であることからも裏付けられる。
従来のＡＧＣでは１号スタンド出側板厚の制御を１号ス
タンド圧下制御で行なう以外は、各スタンドロール速度
を操作して２号スタンド以降のスタンド出側板厚を制御
するため、２号スタンド入側まで除去されずに残ってし
まった板厚変動及び当該圧延機の各ロールの偏心により
発生した板厚変動の内ロール速度制御装置の応答速度で
ある２Hz以上のものについては除去出来ない。２Hz以上
の板厚変動はストリップ厚みの±１％程度であり従来は
許容誤差の範囲内であったが、金属ストリップを使用す
る製造工程の自動化高速化が進むに従いストリップの板
厚精度への要求が厳しくなり、従来のＡＧＣではその要
求を満たせなくなった。

本発明は、従来の板厚制御装置では除去不可能であった
タンデム圧延機の被圧延材に含まれる全周波数領域の板
厚変動を除去することを目的とする金属のタンデム圧延
機における板厚制御装置を提供しようとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の適用効果をより高めるための、金属ストリップ
圧延機の備えるべき条件としては、圧下制御装置の応答
速度の方がロール速度制御装置の応答速度より速いこと
が必要である。例えば圧下装置は油圧圧下、ロール駆動
装置は直流電動機によるサイリスタレオナードケ装置の
場合などである。前述のようにロール速度制御装置の応
答周波数はほぼ２Hzに対し油圧圧下制御装置の応答周波
数は２０Hz程度で格段に速い。

本発明の眼目は、従来タンデム冷延においては中間スタ
ンドの圧下装置の操作によって当該スタンド出側板厚の
変化はほとんどないと思われていたが、実際は１Hz〜２
Hzの比較的高周波で操作すれば出側板厚の変化を起こせ
るという事実である。実際に４タンデム冷間圧延で第２
スタンドの圧下装置を種々の周波数で操作した場合の出
側板厚変動を示したのが第６図の実線で示した曲線Ａ１
である。たて軸はゲイン＝該スタンド出側板厚変動量／
圧下位置変更指示量を示し、圧下操作によるスタンド出
側板厚変化の程度を示す。横軸は周波数で対数目盛で表
わしてある。圧下操作による板厚変動への影響度は２〜
４Hzで最大で、この領域より高周波では圧下装置の応答
が悪くなり、圧下位置変更指示にも拘わらず圧下装置そ
のものが動かなくなるのでゲインは落ちてくる。

低周波領域でゲインが落ちてくる理由は次の通りであ
る。第４図で３号スタンドロール空隙をＳ_３からＳ
_３ｎ１に変更してもミル弾性曲線がＣ１からＣ２をへて
Ｃ３へ移動するので結果的には３号スタンド出側板厚は
Ｈ_３ｄからわずかに変化してＨ′_３ｄになるのでほとん
ど変化しない。しかしＣ１からＣ２へはミル弾性曲線が
ａからｂへ移った後１，２号スタンド間張力（第３図の
Ｔ_１２）が変化して初めて移る。これには0.2秒程度か
かる。又第４図でＣ２からＣ３へ移る現象は張力Ｔ_１２
が変化して２号スタンド出側板厚Ｈ_２ｄが変化し、変化
したストリップが移送されて３号スタンドロールに到達
しＨ_３ｅになって初めて起る。ストリップの移送時間は
例えばスタンド間距離（第３図Ｌ）を５ｍとし第３図に
おけるＶ_２ｄを６００mpm（１０mps）とすると0.5秒か
かる。故に第４図Ｃ１からＣ３への移動は0.7秒かか
り、それ以上の周期を持った圧下変動は当該スタンド出
側板厚への変動として現われず、結果として第６図の特
性となる。逆に周期0.7秒以上の圧下位置変動は当該ス
タンド出側の板厚を変化させうる。

ここで第４図において圧下操作により、曲線ａから曲線
ｂに移ってもストリップ塑性曲線がＣ１からＣ２および
Ｃ３に移動しなければ第６図点線曲線Ａ２が得られ、低
周波領域でも当該スタンド出側板厚は変化する。本発明
は当該スタンド及び上流スタンドの圧下装置の操作によ
り第４図のＣ１からＣ２，Ｃ３へ移動することを防ぐか
もしくは移動の効果を除去し、ロール速度制御装置より
高応答の圧下装置の利用により高精度に板厚を制御する
ものである。

第７図に従って本発明の方法の原理を説明する。同図ａ
とＣ１の交点Ｋにより３号スタンド出側板厚Ｈ_３ｄが決
まる。ここで３号スタンド出側板厚をＨ_３ｄｎにする為
に３号スタンド圧下装置を操作して３号スタンドロール
空隙をＳ_３からＳ_３ｎ（張力変化がないと考えた場合の
必要ロール空隙）に変更する。ところがまず第３図の張
力Ｔ_２３が変化して第７図Ｃ１からＣ２へ移り、曲線ｂ
との交点Ａにより３号出側板厚が決まってしまう。そこ
で張力の変化に従って３号スタンドロール空隙を第７図
Ｓ_３ｒまで動かす。Ｓ_３ｎからＳ_３ｒに動かす（塑性曲
線はｂからＣに移動）ことにより第３図の張力Ｔ_２３は
更に変化し、第７図Ｃ２はＣ３迄移動するが、これも考
慮して曲線Ｃ３Ｓ曲線Ｃの交点Ｂによって決まる３号ス
タンド出側板厚がＨ_３ｄｎになる様に該Ｓ_３ｒを決め
る。又第７図のＣ３からＣ４に塑性曲線が移動しない様
に２号スタンド圧下装置を操作して２号スタンドロール
空隙を変更する。Ｃ３からＣ４への移動は３号スタンド
入側板厚がＨ_３ｅからＨ′_３ｅに変化することにより起
るが、これは第３図の圧下装置１１の操作により張力Ｔ
_２３が変化し、そのため板厚Ｈ_２ｄに変化が起り（Ｈ′
_２ｄになるとする）、これが３号スタンドロールに到達
して起るものである。これを防ぐために、３号スタンド
ロール空隙変更と同時に２号ロール空隙も変更すれば良
い。２号スタンドロール空隙変更によって起る現象は３
号スタンドのロール空隙変更時と同じであって第７図に
おいてＨ_３ｄをＨ_２ｄ，Ｈ_３ｅをＨ_２ｅ，Ｈ′_３ｅを
Ｈ′_２ｅ，Ｓ_３をＳ_２，Ｓ_３ｒをＳ_２ｒと置き変えると
良い。Ｈ_２ｄがＨ_３ｅの値からＨ′_３ｅに移るのを防ぐ
ためにＳ_２からＳ_２ｒまで変更すれば良い。２号スタン
ドロール空隙の変更により第３図の張力Ｔ_１２が変更す
るからその効果を打ち消すために１号スタンドロール空
隙の操作も必要となってくる。

以上述べた如く３号スタンドロール空隙の変更により３
号スタンド出側板厚を目標値にするためには３号スタン
ドロール空隙操作量を２，３号スタンド間張力が変化し
ないと考えた場合に変更する量より多めに移動し、更に
２号，１号スタンドのロール空隙を変更することにより
達成できる。

以上の原理に基いた本発明の板厚制御方法の適用例を第
１図に従って説明する。第５図などと同様にこの図でも
１〜４は１〜４号スタンドの圧延用ロール、９〜１２は
同圧下装置、２３〜２６は圧下制御装置、２７〜３０は
板厚制御装置（圧下フィードフォワードＡＧＣ装置）、
３５〜３８は板厚偏差検出装置、３９〜４２は板速計を
示す。１号スタンドに関する板厚制御装置（１図の９，
２３，２７，３５，３９で構成される）は第５図のそれ
（９，３，２７，３５，３９で構成される）と全く同じ
である。１号スタンドで残った板厚偏差及び１号スタン
ドロール偏心などのために生じた板厚偏差を検出装置３
６で検出し、板厚制御装置２８に入力する。該装置２８
では(7)式に従って計算するが、２号スタンド板厚変更
指令△ＳＲ_２は１，２号スタンド間張力のために２号ス
タンドにおけるストリップ塑性変形係数Ｑ_２が△Ｑ_２だ
け変化する（これはあらかじめ実測しておく）ことを考
慮して、次式で与えられる。但しＭ_２は２号スタンドミ
ル塑性係数。

（但し△Ｈ_２は２号スタンドでの圧下量Ｈ_２ｅ−
Ｈ_２ｄ） この(10)式の右辺第２項を第２図で説明する。Ｃ１とａ
の交点で決まる２号スタンド出側板厚Ｈ_２ｄｎを２号ス
タンドでのストリップ塑性係数Ｑ_２がＱ_２＋△Ｑ_２に変
化しても同じに保つために変更すべきロール空隙の変化
量を△Ｓ_２′とすると７図の△Ｐ_２はＭ_２△Ｓ_２′と
も、−｛（Ｑ_２＋△Ｑ_２）△Ｈ_２−Ｑ_２△Ｈ_２｝＝−△
Ｑ_２・△Ｈ_２とも表わされる。故にＭ_２△Ｓ_２′＝−△
Ｑ_２△Ｈ_２、即ち 第１図の板厚制御装置２８は圧下制御装置２４に対し(1
0)式で示される圧下位置変更指令を与えると同時に圧下
制御装置２３へも、２号スタンド圧下を操作したために
１，２スタンド間張力が変化しその結果１号スタンドに
おけるストリップ塑性係数Ｑ_１がＱ_１＋△Ｑ_１に変化す
ることに起因する１号スタンド出側板厚変動を防ぐべき
１号圧下位置変更指令△ＳＲ_１′を次式に従って出力す
る。この考え方は(11)式と同様である。

（但しＭ_１は１号スタンドミル弾性係数、△Ｈ_１は１号
スタンドでの圧下量） ２号スタンドで残った板厚偏差及び２号スタンドで発生
した板厚偏差は第１図の検出装置３７で検出され板厚制
御装置２９に入力され、該装置２９では、板速計４１で
タイミングを計って圧下制御装置２５に３号スタンドロ
ール空隙変更指令を出力すると同時に、３号スタンドロ
ール空隙の変更によって２号スタンド出側板厚が変更し
ない様に圧下制御装置２４へ２号スタンドロール空隙変
更量指令を、又この２号スタンドロール空隙の変更によ
り１号スタンド出側板厚が変動しない様に圧下制御装置
２３に１号スタンドロール空隙変更指令を出力する。同
じく４号スタンドでも、板厚制御装置３０は板厚偏差検
出装置３８と板速計４２の計測値を使って圧下制御装置
２６，２５，２４２３へそれぞれロール空隙変更指令を
出力する。ロール空隙変更指令を受けた圧下制御装置２
３〜２６はそれぞれ圧下装置９〜１２を操作して１〜４
号スタンドロール空隙を指令通りに変更し、各スタンド
出側板厚変動をゼロにする。

以上述べた如く従来２号スタンド以降は応答速度の低い
ロール速度制御装置を用いて板厚制御を行っていたが、
本発明の板厚制御方法を用いることにより従来方法で除
去不可能であった高周波の板厚偏差を除去出来る。勿論
本方法と従来のロール速度制御装置を用いた板厚制御方
法を組み合わせて使用することもできる。

またわずかではあるが圧下操作をしたスタンドの出側張
力も変化することが実験で認められており第１図破線で
示した様に当該スタンドより下流スタンドの圧下装置を
操作することも板厚精度向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図、第
４図、第６図、および第７図は動作説明用のグラフ、第
３図はタンデムミルの説明図、第５図は従来装置を説明
するブロック図である。 図面で１〜４は１〜４号圧延スタンドのロール、９〜１
２は圧下装置、２３〜２６は圧下制御装置、３１は金属
帯鋼、３５〜３８は板厚偏差検出装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の圧延スタンドを備え圧下位置を操作
   することにより圧下位置もしくは圧延力を制御する圧下
   制御装置を備え、スタンド間にルーパーなどのスタンド
   間張力操作用機械装置を具備しない金属帯鋼のタンデム
   圧延機において、第１スタンドを除く少なくとも１スタ
   ンドの入側板厚もしくは出側板厚を直接もしくは演算に
   よって検出し、その板厚信号を圧下制御装置に入力し、
   板厚信号とその目標値との偏差に従って当該スタンドの
   圧下装置を操作すると同時にこの操作によって生じるス
   トリップ張力の変動を上流スタンドおよび／または下流
   スタンドの圧下装置を操作することにより、当該スタン
   ドより上流および／または下流スタンドの出側板厚変動
   をも防ぐようにしたことを特徴とするタンデム圧延機の
   板厚制御方法。