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JP2510506B2 - 熱間帯鋼連続仕上圧延機のスタンド間張力制御方法及び装置 - Google Patents

熱間帯鋼連続仕上圧延機のスタンド間張力制御方法及び装置

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JP2510506B2
JP2510506B2 JP61031597A JP3159786A JP2510506B2 JP 2510506 B2 JP2510506 B2 JP 2510506B2 JP 61031597 A JP61031597 A JP 61031597A JP 3159786 A JP3159786 A JP 3159786A JP 2510506 B2 JP2510506 B2 JP 2510506B2
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JP
Japan
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tension
rolling
control
roll
stands
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JP61031597A
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道法 折野
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48Tension control; Compression control
    • B21B37/50Tension control; Compression control by looper control

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱間帯鋼連続仕上圧延機の各スタンド間に
おけるストリップの張力を制御する方法及び装置に関す
る。
〔従来の技術〕
熱間帯鋼連続仕上圧延機の各スタンド間張力は、圧延
材の寸法精度、形状及び通板性に大きな影響を与える因
子である。このため、その張力を所定値に維持する装置
が、種々提案されている。
これまで提案されている張力制御は、機械的なルーパ
装置を用いてルーパ駆動トルクと張力によるトルクの釣
り合いによって圧延材に作用する張力を一定にするルー
パ方式(昭和59年9月1日付け日本鉄鋼協会発行の「板
圧延の理論と実際」第306頁〜307頁参照)と、圧延機駆
動トルクと圧延荷重から間接的に張力を推定し、張力を
一定に制御するルーパレス方式(同文献第307頁〜308頁
参照)の2つに大別される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ルーパ方式では、ストリップの張力をルーパモータの
トルク制御(電流)により調整し、ルーパ角度をミルモ
ータの速度制御により一定に維持している。
しかし、ルーパ角度制御とスタンド間張力制御とは互
いに干渉することが、ルーパ方式の構成では避けられな
い。すなわち、このルーパ方式においては、第5図
(a)のように、金属ストリップSが走行しているとき
のルーパ装置のアームAが角度θである場合に、外乱
によって張力がΔT上昇したとすると、張力を一定に保
つ制御を行うために同図(b)のようにアームAの角度
をθに変更してルーパ角度を小さくする。そして、こ
のルーパ角度変更に対して、入り側ロールのロール速度
を同図(c)に示すようにΔV増速し、これによって生
じる張力の緩みを補償するためにルーパ角度を元のθ
に復帰させる制御を行う。このように、ルーパ角度制御
と張力制御の併用によってスタンド間張力を制御するた
めに、ルーパ角度制御とロール速度の変更により結果的
に張力が変化する。そして、この変動に対しては、ルー
パ角度を変更して張力を修正することになるが、上記の
場合と同様にロール速度も変更するので張力が変化して
しまう現象を伴うものとなり、ルーパ角度制御と張力制
御とは互いに干渉する系となる。
また、このような制御系の干渉の他に、張力検出にお
いてはルーパ角度変動に起因する慣性及び遠心力等のダ
イナミックな変動を含むこと、ルーパアームの慣性モー
メントが大きく機械的な共振点を持つこと等から、高い
寸法精度が要求される製品の製造には対応できない。特
に、近来では、製造範囲の拡大と設備の大型化,高性能
化の実現性の中で、1mm以下の極薄物からラインパイプ
用等の30mm以上の極厚物の製造を行うので、厚物の場合
にはルーパ装置を強力化する必要があり、結果的に慣性
モーメントの増大となり、薄物の製造に際してはこの慣
性モーメントの増大が寸法精度に悪い影響を与えてい
る。
一方、近来では非干渉化が図られてはいるが、ルーパ
駆動トルクと張力によるトルクの釣り合いによる張力一
定化するという前記のルーパ装置における制御方式と原
理的に同様であり、低周波域での安定性を達成できるに
停まっている。
また、理論モデルが完全に解明されて実際のパラメー
タ変動が補償できれば、完全な非干渉化は可能である
が、未だこの技術レベルに達しておらず、過渡時での非
干渉化は未だ達成されていない現状である。
さらに、ルーパレス方式は、モデル式を用い、圧延ト
ルク及び圧延反力の値によってこのモデル式から計算し
て得たミルモータスピードによりスタンド間張力を検出
し、スタンド間張力制御を行うことを基本としている。
このルーパレス方式では、圧延理論により計算したス
タンド間張力をフィードバックする制御系を構成してい
るので、圧延材の材質,温度等に応じて物性値等の変動
が大きな影響を制御系に与える。したがって、制御精度
を高めることには限界がある。これに加えて、連続熱間
圧延機においては、圧延材の弾性範囲が狭く、圧延力に
対する張力成分の比が極めて小さい。このようなことか
ら、低張力通板を基調とする熱間圧延では、張力の検出
精度が低く、しかも絶対張力を得ることができない面も
ある。
また、ルーパ式の場合には制御系の干渉による問題点
の他に、前記のように製造範囲の拡大に基づくルーパ設
備の大型化によって慣性モーメントが大きくなり、高い
制御精度の維持も困難となっている。
本発明は、以上のような問題に鑑みて創作されたもの
であり、スタンド間張力検出装置による直接張力制御方
法と、さらにこの直接張力制御方法とルーパレス方式を
併用し、それぞれの長所を活用することにより、通板状
況に応じて高い精度で張力制御を行うことを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、以上の目的を達成するために、圧延機の各
スタンド間を走行するストリップのスレッジング時と下
流側スタンド尻抜け時における張力制御を、圧延ロール
の圧延トルクと圧延荷重によりスタンド間張力を演算検
出して張力を制御する制御系により行い、かつ通板時に
おける張力制御を、スタンド間に設けた張力検出装置の
張力検出ロールを圧延パスラインより上昇させ、該張力
検出ロールに負荷される垂直荷重を直接的に検出してス
タンド間張力を演算制御する制御系により行うことを特
徴とし、さらに、このような制御を行うために、圧延機
のスタンド間に、圧延ロールの圧延トルクと圧延荷重に
よりスタンド間張力を演算検出して張力を制御するルー
パレス制御装置と、パスラインを挟む上,下レベル間を
昇降する張力検出ロールを備え該張力検出ロールに負荷
されるストリップの垂直荷重を検出してスタンド間張力
を演算制御する張力検出装置とを設け、ストリップのス
レッジングと下流側スタンド尻抜け時に前記ルーパレス
制御装置を作動し、かつ通板時に前記張力検出装置を作
動することを特徴とする。
〔実施例〕
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を具体的に
説明する。
第1図は本実施例における制御系のブロック図であ
る。
熱間仕上圧延機Fi及びFi+1間には、ストリップSの張
力を直接検出するための張力検出装置として、張力検出
ロール1を駆動するシリンダ2及び該シリンダ2を支持
するとともにストリップSが張力検出ロール1に負荷す
る垂直荷重を検出するロードセル3等の機械系を配置し
ている。
また、張力制御系は、張力検出ロール1を利用する直
接検出方式の上記張力検出装置と、熱間仕上圧延機Fi,F
i+1の圧延トルク及び圧延反力等によって制御するルー
パレス制御装置とを複合したものとして構成されてい
る。
該張力制御系は、はロードセル3からの信号リップル
を除去するローパスフィルタ4、張力計算機5、ヤング
率補正パターンに基づき入り側ストリップの温度に対応
して鋼種別のヤング率を補正する演算器6、比例積分コ
ントローラ型の張力制御装置7、リミッタ8、ロール駆
動装置9を備えている。更に、10〜12はローパスフィル
タ、13〜18は接点スイッチ、19は条件回路、20はルーパ
レス制御装置の制御要素としての張力計算機をそれぞれ
示す。
ブロック図において、ストリップSの通板時には、張
力検出ロール1をシリンダ2によってパスラインよりも
上レベルに上昇させ、熱間仕上圧延機Fi及びFi+1間の張
力をロードセル3により直接検出し、ローパスフィルタ
4によってその検出値からリップルを除去し、張力計算
機5により熱間仕上圧延機Fi及びFi+1間の張力を計算す
る制御を張力検出装置の系によって行う。
また、スレッジング及び尻抜け時には、張力検出ロー
ル1をパスラインよりも下レベルに下降させ、熱間仕上
圧延機Fi及びFi+1の圧延トルク及び圧延反力等のデータ
から張力計算機20によるルーパレス制御装置の系によっ
て張力計算が行われる。
張力計算機5による計算は、張力検出ロール1の固定
位置で行うので、計算に際しては静的荷重としてストリ
ップベンディング荷重Pb,ストリップ分布荷重Ps,及び張
力検出ロール1の自重Prを考慮したものとし、第2図に
おける場合の計算式は, K1=sin[(tan-1δ/l1)+sin(tan-1δ/l2)]-1 K2=l3/(4l1 3l2 3) K3=ρl/2 で表される。
但し、 Pb=EWH3l3/(4l1 3l2 3) Ps=1/2ρWHl ρ:圧延材比重 W:板幅 H:板厚 E:ヤング率 また、この計算式では、ヤング率Eはスタンド入側温
度の関数とし、ヤング率補正パターンにより鋼種に応じ
た補正を演算器6により行い、その補正値を張力計算機
5に入力する。
上記の計算式によって、基本的に張力検出ロール1に
よる張力σTMを張力制御装置7にフィードバックし、ロ
ール駆動装置9によってFiスタンドのミルスピードを変
更し、スタンド間の張力制御を行う。
張力検出ロール1の運動方法は、第3図の張力検出ロ
ールのシフト説明図及び第4図のタイムチャートに示す
ように、Fi+1スタンドメタルイン後、ソフトタッチ制御
を行いながらシリンダ2によって張力検出ロール1をパ
スラインより上レベルまで上昇させ、上限において張力
検出ロール1によるスタンド間張力制御を開始する。そ
して、さらにFiスタンド尻抜け前にノーホイップ制御を
行いながらFiスタンドメタルオフ直前で張力検出ロール
1を下限まで下降完了となるように動作させる。
ところで、張力検出ロール1によって直接ストリップ
Sの張力を検出する張力検出装置においては、ストリッ
プSの先端部及び後端部が通過するときに、張力検出ロ
ール1はパスラインより下レベル位置まで下降させる必
要がある。すなわち、スレッジング時と下流側スタンド
尻抜け時には、張力検出ロール1を備えた張力検出装置
による張力制御を行うことはできない。そこで、この先
端部及び終端部に対する張力制御をルーパレス制御装置
により行う。
ルーパレス制御装置の張力計算機20での計算式は、従
来から知られているように圧延トルクと圧延反力から張
力を求めるものである。すなわち、スタンド間の張力Tf
は次式で与えられる。
Tf=[aF−G+bTb]/C Tf:スタンド間張力 Tb:後方張力 a:トルクアーム(=G0/F0) F:圧延反力 F0:圧延反力(無張力時) G:圧延トルク G0:圧延トルク(無張力時) b,c:定数 ここで、張力計ロール1による制御中のストリップS
域をMIDと定義し、Fi+1スタンドメタルインから張力検
出ロール1が上限位置に至るMIDまでのストリップS先
端部の滞域をTOPとし、このTOP部分についてルーパレス
制御装置に切り換えた制御を行う。すなわち、ストリッ
プSのTOP部分に対して、上記の式によりスタンドユニ
ット間張力σFTC/Tf/W・Hを求めて制御を継続し、MID
となった時点で張力検出ロール1で直接検出した張力σ
TMによる制御に切り替える動作を行う。
このルーパレス制御装置で検出した張力σFTCから張
力検出ロール1により直接検出を行う張力検出装置で検
出した張力σTMへの計測制御の切り替えにおいて、ロー
パスフィルタ12はルーパレス方式検出張力σFTCのリッ
プル除去及び直接検出張力σTMへの移行を平滑に行う機
能を受け持つ。これにより、ストリップSのMID域とな
っても条件回路19によるタイマー間は張力σTMを通過さ
せることによって、急激なフィードバック信号の乱れを
防止した後、張力σTMに切り替えて所定の制御を行う。
また、直接検出張力σTMとルーパレス制御装置による検
出張力σFTCはローパスフィルタ10,11を通過し、この時
にそれぞれの移動平均値▲▼,▲▼を求
めておき、σTMによる制御(MID域の場合)がオフとな
った時に各ロックオンしルーパレス相対張力 としてMID域オフ後Fiスタンドメタルオフまでこのルー
パレス相対張力 によって制御を行う。
これはルーパレス方式による検出張力σFTCが張力検
出装置による直接検出張力σTMにより制御されているた
めに切り替え時の絶対値が一致しないことを考慮したも
ので、この はローパスフィルタ12によりリップルを除去される。
なお、ルーパレス制御装置の検出張力σFTCは一般に
リップルを含み、またローパスフィルタ4,10〜12は修正
移動平均では線形位相特性を持つため、位相が大きく遅
れて不安定となり、2次遅れ程度のフィルタを必要とす
る。
〔発明の効果〕
以上に説明したように、本発明の張力制御方法におい
ては、鋼板の通板状況に合わせて張力検出及び制御方式
の異なる制御系を適用することにより、各制御系の特性
を最適利用して高い精度での張力制御を行うことができ
る。しかも、スレッジング時と尻抜け時には張力検出装
置の張力検出ロールパスラインより下降して鋼板に非接
触の状態にあるので、通板安定性の向上が図られる。更
に、張力検出ロールの上昇・下降時の張力外乱の影響を
受けることがないので、制御精度が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例における制御系のブロック図、第
2図は張力検出ロールによる張力制御の説明図、第3図
は張力検出ロールのシフトを示す説明図、第4図は張力
検出ロール位置を基準とした直接検出方式及びルーパレ
ス制御装置により得られる張力波形と合成波形を示すタ
イムチャート、第5図は従来のルーパ装置の制御系の干
渉を示す説明図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧延機の各スタンド間を走行するストリッ
    プのスレッジング時と下流側スタンド尻抜け時における
    張力制御を、圧延ロールの圧延トルクと圧延荷重により
    スタンド間張力を演算検出して張力を制御する制御系に
    より行い、かつ通板時における張力制御を、スタンド間
    に設けた張力検出装置の張力検出ロールを圧延パスライ
    ンより上昇させ該張力検出ロールに負荷される垂直荷重
    を直接的に検出してスタンド間張力を演算制御する制御
    系により行うことを特徴とする熱間帯鋼連続仕上圧延機
    のスタンド間張力制御方法。
  2. 【請求項2】圧延機のスタンド間に、圧延ロールの圧延
    トルクと圧延荷重によりスタンド間張力を演算検出して
    張力を制御するルーパレス制御装置と、パスラインを挟
    む上,下レベル間を昇降する張力検出ロールを備え該張
    力検出ロールに負荷されるストリップの垂直荷重を検出
    してスタンド間張力を演算制御する張力検出装置とを設
    け、ストリップのスレッジングと下流側スタンド尻抜け
    時に前記ルーパレス制御装置を作動し、かつ通板時に前
    記張力検出装置を作動することを特徴とする熱間帯鋼連
    続仕上圧延機のスタンド間張力制御装置。
JP61031597A 1986-02-15 1986-02-15 熱間帯鋼連続仕上圧延機のスタンド間張力制御方法及び装置 Expired - Lifetime JP2510506B2 (ja)

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JP2845097B2 (ja) * 1993-03-18 1999-01-13 株式会社日立製作所 熱間鋼板圧延設備及びその圧延方法

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