JP3973143B2 - 熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延機によって圧延される圧延材を目標温度にするための熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、熱間圧延機により圧延を行う場合、製品の品質を確保するためには、圧延された圧延材の仕上温度を目標温度に一定に保たなければならない。
そこで従来は、温度コントローラを用いて、圧延材の温度（実績温度）に応じて圧延速度を調整する温度制御方法が用いられている。この従来の温度制御方法では、一般に、圧延速度と仕上温度との関係を温度モデルとしてモデル化し、この温度モデルを用いて、温度コントローラの各種制御パラメータを設定して使用している。
【０００３】
しかし、この温度制御方法では、圧延速度の変更等によって、温度モデルの誤差（モデル誤差）が大きくなることがあり、圧延材の仕上温度が目標温度に安定しなかったり、目標温度に到達するまでの時間が長くかかってしまう等の問題があった。
【０００４】
そこで、従来、この問題を解決するために、特開平９−１４１３１６号公報に記載された「圧延機における温度制御方法および温度制御装置」で開示されているように、圧延速度の設定可能範囲を複数の速度区間に区分し、その各速度区間毎に温度コントローラの制御パラメータを設定し、圧延速度に応じてその制御パラメータを変更する技術が存在している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平９−１４１３１６号公報に記載された「圧延機における温度制御方法および温度制御装置」では、圧延速度の設定可能範囲を複数の速度区間に区分し、その各速度区間毎に温度モデルに基づいた温度コントローラに設定するための制御パラメータを設定する必要があり、その複数の制御パラメータを最適化する必要があった。
【０００６】
また、圧延速度と仕上温度との関係を温度モデルとして用いる場合、圧延速度の変更による圧延材の温度変化の遅れ時間が変化するため、これをモデル化することは非常に困難であり、圧延速度の設定可能範囲を、モデル誤差の影響を受けない範囲で複数の速度区間に区分するには、多くの実験データにより検証を行わなければならないという問題があった。
【０００７】
さらに、速度区間の区分や、その各速度区間毎の温度モデルに基づいた温度コントローラに設定する制御パラメータは、圧延を行う材料毎に異なるもので、材料毎に最適な区分及び制御パラメータを決定しなければならないという問題があった。
【０００８】
また、複数の圧延スタンドによって圧延を行う場合、通常、圧延速度は加減速され、各圧延スタンドを通過する圧延材は、異なる速度履歴を持って圧延される。このため、各圧延スタンドにおける圧延材の温度変化量を精度よく計算することは困難であり、温度モデルとしてモデル化することが困難であるため、各圧延スタンドにおける圧延速度を精度よく算出することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、圧延速度を調整することで圧延材の仕上温度を調整する際に、仕上温度を速やかに目標温度に収束させ、安定した圧延を行うことができる熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載の熱間圧延機における温度制御方法は、圧延速度を調整することで、１基以上の圧延スタンドによって圧延される圧延材を予め設定された目標温度になるように制御する熱間圧延機における温度制御方法であって、最終段の圧延スタンドを通過した後の温度測定点において、圧延材の温度を測定する温度測定ステップと、この温度測定ステップで測定した圧延材の温度と、目標温度との差分に基づいて、その差分を補正するように圧延速度を調整する圧延速度調整ステップと、この圧延速度調整ステップで圧延速度を調整した後に、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の圧延距離を、その調整された後の一定の圧延速度で圧延を行う一定速度圧延ステップと、を含み、この一定速度圧延ステップで圧延材を前記圧延距離だけ圧延させた後に温度測定ステップに戻って各ステップを継続することを特徴とする。
【００１１】
この方法によれば、熱間圧延機における温度制御方法は、温度測定ステップによって、熱間圧延機の圧延に伴って変化する圧延材の実績温度（仕上温度）が測定され、圧延速度調整ステップによって、その実績温度と予め設定されている目標温度との差分に基づいて、圧延スタンドの圧延速度が調整される。そして、一定速度圧延ステップによって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の圧延距離分圧延を行う際の圧延速度を一定にする。
【００１２】
そして、この熱間圧延機における温度制御方法は、一定速度圧延ステップによって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の圧延距離分一定の速度で圧延を行うため、圧延材がその特定の圧延スタンド以降を一定の速度で移動することになり、温度測定ステップが圧延材の温度を測定する時点で、圧延材の温度履歴と、特定の圧延スタンド以降の速度履歴とを容易に把握することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の熱間圧延機における温度制御方法は、請求項１に記載の温度制御方法において、圧延速度調整ステップが、温度測定ステップで測定された現時点での圧延材の実績温度と目標温度との差分、並びに、現時点での圧延材の実績温度と前回測定した圧延材の実績温度との差分に基づいて、圧延速度を調整することを特徴とする。
【００１４】
この方法によれば、熱間圧延機における温度制御方法は、圧延速度調整ステップによって、温度測定ステップで測定される圧延材の現時点での実績温度と目標温度との差分により、圧延材の現在の温度と目標温度との温度差を０にするように圧延速度の調整を行い、現時点での実績温度と前回測定した実績温度との差分により、速度調整に伴う温度変化の位相のずれを検出して、その位相差を補正するように圧延速度の調整を行う。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の熱間圧延機における温度制御装置は、圧延速度を調整することで、１基以上の圧延スタンドによって圧延される圧延材を予め設定された目標温度になるように制御する熱間圧延機における温度制御装置であって、最終段の圧延スタンドを通過した後の温度測定点において、圧延材の温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段で測定した圧延材の温度と、目標温度との差分に基づいて、その差分を補正するように圧延速度を調整する圧延速度調整手段と、前記圧延速度で圧延される圧延材の圧延時間又は圧延距離を測定する圧延移動量測定手段と、を備える構成とした。
【００１６】
かかる構成によれば、熱間圧延機における温度制御装置は、温度測定手段によって、熱間圧延機の圧延に伴って変化する圧延材の実績温度（仕上温度）が測定され、圧延速度調整手段によって、その実績温度と予め設定されている目標温度との差分に基づいて、圧延スタンドの圧延速度が調整される。そして、圧延移動量測定手段によって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点まで圧延材が圧延されて移動する時間又は距離を測定する。
【００１７】
また、請求項４に記載の熱間圧延機における温度制御装置は、請求項３に記載の温度制御装置において、圧延速度調整手段が、圧延速度を調整した後に、圧延移動量測定手段によって測定された圧延材の圧延時間又は圧延距離が、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの通過時間又は移動距離になるまで、一定の圧延速度で前記圧延材を圧延させることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、熱間圧延機における温度制御装置は、温度測定手段によって、熱間圧延機の圧延に伴って変化する圧延材の実績温度（仕上温度）が測定され、圧延速度調整手段によって、その実績温度と予め設定されている目標温度との差分に基づいて、圧延スタンドの圧延速度が調整される。そして、圧延移動量測定手段によって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の圧延距離分又はその移動に要する圧延材の圧延時間分圧延を行うまで圧延速度を一定に保つ。
【００１９】
そして、この熱間圧延機における温度制御装置は、圧延移動量測定手段によって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の移動量分一定の速度で圧延を行うため、圧延材がその特定の圧延スタンド以降を一定の速度で移動することになり、温度測定手段が圧延材の温度を測定する時点で、圧延材の温度履歴と、特定の圧延スタンド以降の速度履歴とを容易に把握することができる。
【００２０】
さらに、請求項５に記載の熱間圧延機における温度制御装置は、請求項３または請求項４に記載の温度制御装置において、圧延速度調整手段が、温度測定手段で測定された現時点での圧延材の実績温度と目標温度との差分、並びに、現時点での圧延材の実績温度と前回測定した圧延材の実績温度との差分に基づいて、圧延速度を調整することを特徴とする。
【００２１】
かかる構成によれば、熱間圧延機における温度制御装置は、圧延速度調整手段によって、温度測定手段で測定される圧延材の現時点での実績温度と目標温度との差分により、現在の圧延材の温度と目標温度との温度差を０にするように圧延速度の調整を行い、現時点での実績温度と前回測定した実績温度との差分により、速度調整に伴う温度変化の位相のずれを検出して、その位相差を補正するように圧延速度の調整を行う。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（温度制御装置の構成）
図１は、本発明に係る熱間圧延機における温度制御装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、温度制御装置１０は、圧延移動量測定手段１１と、温度測定手段１２と、圧延速度調整手段１３とを含む構成とした。
【００２４】
この温度制御装置１０を備えた熱間圧延機１は、複数段の圧延スタンドＦを有するタンデム圧延機とし、最終段の圧延スタンドＦの出側に配置された温度センサＴによって、圧延材Ｚの温度（実績温度）が測定され、その実績温度と、圧延材Ｚの品質を確保するために予め設定された目標温度との差分（差分温度）に基づいて、温度制御装置１０がロール駆動モータＲを制御することで各圧延スタンドＦの圧延速度が調整され、圧延材Ｚの温度を目標温度に収束させ、圧延材Ｚの圧延を行うものである。
【００２５】
ここで、図１に基づいて、温度制御装置１０の各構成について説明する。
圧延移動量測定手段１１は、圧延スタンドＦを通過しながら圧延される圧延材Ｚの移動量を測定するものである。この圧延移動量測定手段１１は、圧延速度調整手段１３から移動量測定指示信号を通知されてから、圧延材Ｚの移動量を測定し、圧延材Ｚが予め設定された特定の圧延スタンドの入側（基準点）から温度センサＴが温度を測定する温度測定点Ｃまで移動した段階で、温度測定手段１２に対して圧延材Ｚの温度を測定する旨の温度測定指示信号を通知する。
ここで移動量とは、移動に要する圧延時間であって、圧延移動量測定手段１１は、圧延スタンドの入側（基準点）から温度測定点Ｃまでの距離を圧延材Ｚが移動する圧延時間を測定する。
なお、この移動量は前記基準点から各圧延スタンドＦの圧延速度に経過時間を乗算することで得られる圧延距離としてもよい。
【００２６】
温度測定手段１２は、温度センサＴで測定される圧延材Ｚの実績温度を取得するものである。この温度測定手段１２は、圧延移動量測定手段１１から温度測定指示信号を通知されたときに、温度センサＴから取得した圧延材Ｚの実績温度と目標温度との差（比例差分温度）、並びに今回の実績温度と前回の実績温度との差（微分差分温度）の２種類の差分温度を含んだ速度調整指示信号を圧延速度調整手段１３に通知する。なお、今回測定した実績温度は、次回の温度測定時において微分差分温度を算出するために使用するため、その温度を記憶手段（図示せず）に記憶しておく。
【００２７】
圧延速度調整手段１３は、温度測定手段１２から通知される速度調整指示信号に含まれる差分温度と、予め圧延材Ｚの材料毎に定められた単位温度を変更するために必要な速度とに基づいて、圧延スタンドＦの圧延速度を計算し、ロール駆動モータＲを制御することで圧延スタンドＦの圧延速度を調整するものである。なお、圧延速度調整手段１３は、各圧延スタンドＦの圧延速度を変更した後に、圧延移動量測定手段１１に移動量測定指示信号を通知する。
【００２８】
ここで、図１及び図２に基づいて前記特定スタンドの入側の基準点について説明する。図２は、ｎ段の熱間圧延機１の基準点を説明するために圧延スタンドＦを直列（タンデム）に配置した図１の一部分を抽出して模式化した図である。
図２に示すように、熱間圧延機１においては、圧延スタンドＦの近傍でクーラント冷却、ロール冷却、摩擦発熱、加工発熱等に基づいて圧延材Ｚの温度が変わる冷却発熱区間ＨＺと、空冷のみで圧延材Ｚの温度変化が圧延スタンドＦの近傍と比較して極端に小さい空冷区間ＡＺとが存在する。ここで基準点Ｄを、特定の圧延スタンドＦiの前方にある空冷区間ＡＺに設定する。そして、圧延材Ｚがこの基準点Ｄから温度測定点Ｃまでの距離（圧延速度一定区間ＭＶ）を移動する間は、圧延材Ｚの圧延速度を一定にして圧延を行う。
【００２９】
なお、この基準点Ｄを、熱間圧延機１の入側に近い圧延スタンドＦの前方に設定することで各圧延スタンドの速度履歴はより明確になるが、圧延材Ｚが基準点Ｄから温度測定点Ｃまでの距離を移動（圧延）する時間（１周期にかかる時間）が長くなり、圧延材Ｚを目標温度にするための制御時間が長くなる。このため、基準点Ｄは、熱間圧延機１の中央付近の圧延スタンドＦに設定すればよい。
【００３０】
このように構成されることで、温度制御装置１０は、基準点Ｄ以降の圧延スタンドＦでは速度調整を行わないため、基準点Ｄに存在する圧延材Ｚが温度測定点Ｃに到達したときの温度履歴と、その基準点Ｄに存在していた圧延材Ｚが各圧延スタンドＦをどのような速度履歴で通過したかを容易に把握することができ、且つ速度変化に伴う温度の遅延（位相のずれ）がほぼ同一となるため、それを補正するための計算精度を向上させることができる。
【００３１】
（温度制御装置の動作）
次に、図１、図２及び図３に基づいて、熱間圧延機１における温度制御装置１０の動作について説明する。図３は、温度制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００３２】
［温度測定ステップ］
熱間圧延機１における温度制御装置１０は、まず最初に、温度測定手段１２によって、温度センサＴから温度測定点Ｃの温度を取得することで、圧延材Ｚの温度測定点Ｃの温度（実績温度）を測定する（ステップＳ１０）。そして、その実績温度と目標温度との差（比例差分温度）、並びに今回の実績温度と前回測定した実績温度との差（微分差分温度）の２種類の差分温度を算出し（ステップＳ１１）、圧延速度調整ステップ（ステップＳ１２）へ進む。ただし、起動時は前回測定した実績温度は存在しないため、その実績温度は今回の実績温度と等しいものとする。
【００３３】
［圧延速度調整ステップ］
温度制御装置１０は、ステップＳ１１で算出された差分温度（比例差分温度及び微分差分温度）を含んだ速度調整指示信号に基づいて、圧延速度調整手段１３が各圧延スタンドＦの圧延速度を算出する（ステップＳ１２）。なお、このステップＳ１２では、自動制御方式で一般的に用いられているＰＤ（比例微分）制御に基づいて、比例差分温度を比例項とし、微分差分温度を微分項とすることで、圧延材Ｚの温度を目標温度にする制御を行うことができる。
そして、圧延速度調整手段１３が各圧延スタンドＦのロール駆動モータＲを制御することで各圧延スタンドＦの圧延速度の調整を行い（ステップＳ１３）、一定速度圧延ステップ（ステップＳ１４）へ進む。
【００３４】
［一定速度圧延ステップ］
温度制御装置１０は、ステップＳ１３で調整された後の一定の圧延速度で圧延材Ｚの圧延を行う（ステップＳ１４）。そして、圧延材Ｚの移動距離が基準点Ｄから温度測定点Ｃまでの距離すなわち圧延速度一定区間ＭＶ分圧延を実行したかどうかを判定し（ステップＳ１５）、まだ、圧延速度一定区間ＭＶ分の圧延を実行していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１４へ戻って一定速度の圧延を続ける。一方、圧延速度一定区間ＭＶ分の圧延を実行した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１６へ進む。
【００３５】
そして、圧延材Ｚの圧延が完了したかどうかを、外部からのスイッチ等に基づいて判定し（ステップＳ１６）、完了していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０に戻って圧延材Ｚの温度測定、圧延速度の調整、圧延速度一定区間ＭＶ分の圧延を実行する。一方、圧延材Ｚの圧延が完了した場合（Ｙｅｓ）は、動作を終了する。
【００３６】
以上のステップに基づいて、温度制御装置１０は、熱間圧延機１の圧延スタンドＦの圧延速度を制御することで、圧延材Ｚを速やかに目標温度に収束させ、安定した圧延を実現することができる。なお、本発明はこの手順に限定されるものではなく、例えば、各圧延スタンド（Ｆ1、Ｆ2、…、Ｆn）間に温度センサを設置し、その実績温度に基づいて圧延速度を制御することも可能である。
【００３７】
（４段タンデム熱間圧延機の構成）
次に、本発明に係る熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置をより詳細に説明するために、圧延スタンドを４つ備えた熱間圧延機（４段タンデム熱間圧延機）を例にして説明を行う。図４は、４段タンデム熱間圧延機の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図４に示すように４段タンデム熱間圧延機２は、４つの圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4を直列（タンデム）に配置し、圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4の間の空冷区間ＡＺを３ｍ、圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4の近傍の冷却発熱区間ＨＺを２ｍとしている。さらに最終段の圧延スタンドＦ4と温度センサＴ間の空冷区間ＡＺ２を１ｍとしている。このように４つの圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4を配置した４段タンデム熱間圧延機２は、温度センサＴによって、圧延材Ｚの温度（実績温度）が測定され、その実績温度と圧延材Ｚの目標温度との差分（差分温度）に基づいて、本発明に係る温度制御装置１０がロール駆動モータＲを制御することで圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4の圧延速度が調整され、圧延材Ｚの温度を目標温度に収束させ、圧延材Ｚの圧延を行うものである。なお、本発明に係る温度制御装置１０は、４段の圧延スタンドの制御に限定されるものではない。
【００３９】
（４段タンデム熱間圧延機における温度制御装置の動作）
次に、図４に基づいて４段タンデム熱間圧延機２における温度制御装置１０の動作を詳細に説明する。なお、温度制御装置１０の構成については適宜図１を参照するものとする。
【００４０】
ここでは、図４に示すように、基準点Ｄを、各圧延スタンドの速度履歴と、圧延材Ｚの温度履歴とを好適に把握できる位置として、圧延スタンドＦ3の冷却発熱区間ＨＺと、その前方にある空冷区間ＡＺの間（空冷区間ＡＺの最終点）に設定するものとする。また、各圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4における圧延材Ｚを圧延する位置が冷却発熱区間ＨＺの中間点であったとする。
【００４１】
まず、温度制御装置１０は、温度測定手段１２によって、温度センサＴから温度測定点Ｃの温度を取得することで、圧延材Ｚの温度測定点Ｃの温度（実績温度）を測定し、その実績温度と目標温度との差（比例差分温度）、並びに今回の実績温度と前回測定した実績温度との差（微分差分温度）の２種類の差分温度を含んだ速度調整指示信号を圧延速度調整手段１３に通知する。
【００４２】
そして、圧延速度調整手段１３が、ロール駆動モータＲの駆動量を制御することで各圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4の圧延速度の調整を行う。この圧延速度調整手段１３は、圧延速度を調整した後に、その圧延速度を一定に保つようにロール駆動モータＲを制御するとともに、圧延移動量測定手段１１に移動量測定指示信号を通知する。
【００４３】
この移動量測定指示信号を通知された圧延移動量測定手段１１は、圧延材Ｚの移動距離が、圧延速度一定区間ＭＶの距離である８ｍ（１ｍ＋５ｍ＋２ｍ）になるまで測定を行う。ここでは、（１ｍ／圧延スタンドＦ2の圧延速度）＋（５ｍ／圧延スタンドＦ3の圧延速度）＋（２ｍ／スタンドＦ4の圧延速度）の時間経過後に圧延材Ｚが圧延速度一定区間ＭＶ分移動したと判定する。
【００４４】
次に、図４及び図５に基づいて、温度制御装置１０の圧延速度調整手段１３による圧延速度の速度調整量の算出方法について説明する（温度制御装置１０の構成については適宜図１を参照）。図５は、圧延速度調整手段１３の速度調整量を算出する動作を説明するためのブロック図である。
【００４５】
図５に示すように、ｎ周期目の実績温度（今回実績温度）をＴ（ｎ）、（ｎ−１）周期目の実績温度（前回実績温度）をＴ（ｎ−１）、目標温度をＴｍ、圧延材Ｚを１℃温度変更するために必要な速度を∂V／∂Ｔ［ｍｐｍ／℃］とする。ここで、目標温度Ｔｍと今回実績温度Ｔ（ｎ）との差分は、比例差分温度として温度測定手段１２から速度調整指示信号に含まれて通知される。また、前回実績温度Ｔ（ｎ−１）と今回実績温度Ｔ（ｎ）との差分は、微分差分温度として、比例差分温度と同様に温度測定手段１２から通知される。
【００４６】
この比例差分温度及び微分差分温度は、一般的に用いられているＰＤ（比例微分）制御に基づいて、比例差分温度を比例項とし、微分差分温度を微分項とすることで、圧延材Ｚの温度を目標温度にするための温度調整量を算出し、その温度調整量に∂V／∂Ｔを乗算することで速度調整量Ｖｅを算出する。
図５のブロック図を数式化すると、（１）式のように表わすことができる。
【００４７】
【数１】
【００４８】
ここで、ｇ１及びｇ２はゲインＧ１及びゲインＧ２の利得値を表わしており、ｇ１＝１、ｇ２＝０．５の固定値を使用する。
この（１）式において、比例項である｛Ｔｍ−Ｔ（ｎ）｝は、目標温度Ｔｍと今回実績温度Ｔ（ｎ）との差分により、温度差が０になるように作用する。また、微分項である｛Ｔ（ｎ−１）−Ｔ（ｎ）｝は、速度履歴と温度履歴との位相のずれを補正する作用を持つ。
【００４９】
なお、ゲインＧ１及びゲインＧ２の利得値（ｇ１及びｇ２）は、前記した比例項及び微分項の各温度差に基づいて変更することが望ましい。例えば、図６に示すように前記各温度差に基づいて利得値（ｇ１及びｇ２）を変更する形態をとることも可能である。ここで、図６（ａ）は、ゲインＧ１の利得値ｇ１の値と、目標温度及び実績温度の温度差との関係を示した例である。また、図６（ｂ）は、ゲインＧ２の利得値ｇ２の値と、目標温度及び実績温度の温度差との関係を示した例である。
【００５０】
（４段タンデム熱間圧延機における温度制御例）
次に、図４及び図７に基づいて、温度制御装置１０によって、４段タンデム熱間圧延機２の温度制御を行ったときの実績温度と圧延スタンドＦ4の圧延速度の関係について具体的な数値を用いて説明する。図７は、アルミニウム材を圧延したときの実績温度と圧延スタンドＦ4の圧延速度の関係を示したグラフである。
【００５１】
なお、本動作においては圧延材Ｚの目標温度は３００℃とし、この圧延材Ｚは、圧延スタンドＦ4の圧延速度が２／６０［ｍ／ｓ］変化することで１℃変化する（∂V／∂Ｔ＝２）ものとし、ゲインＧ１及びゲインＧ２の利得値は、それぞれｇ１＝１．０、ｇ２＝０．５の固定値を使用するものとする。また、初期値として、実績温度が３１０℃、圧延スタンドＦ4の圧延速度（出側速度）を２４０［ｍｐｍ］とする。さらに、圧延スタンドＦ3の圧延速度は圧延スタンドＦ4の圧延速度の半分（初期値１２０［ｍｐｍ］）、圧延スタンドＦ2の圧延速度は圧延スタンドＦ3の圧延速度の半分（初期値６０［ｍｐｍ］）、圧延スタンドＦ1の圧延速度は圧延スタンドＦ2の圧延速度の半分（初期値３０［ｍｐｍ］）で動作しているものとする。
【００５２】
まず、１回目の周期で、実績温度を測定すると３１０℃であり、（１）式で示した比例項は｛目標温度（３００）−今回実績温度（３１０）｝＝−１０となり、微分項は｛前回実績温度（３１０）−今回実績温度（３１０）｝＝０となるため、当該温度差におけるゲインＧ１及びゲインＧ２の利得値であるｇ１＝１．０５、ｇ２＝０．５を用いて、（１）式の速度調整量Ｖｅを算出すると、Ｖｅ＝−１０［ｍｐｍ］となる。
【００５３】
そこで１０［ｍｐｍ］圧延速度を下げるため２［ｍｐｍ／ｓ］で速度調整を行い、圧延スタンドＦ4の圧延速度が２４０［ｍｐｍ］から２３０［ｍｐｍ］まで１０［ｍｐｍ］速度を減速した段階で速度調整を終了し、その２３０［ｍｐｍ］の圧延速度を維持し圧延を行う。
なお、この圧延速度の速度調整に要する時間の下限値を、圧延スタンドＦ2と、圧延スタンドＦ3との間の空冷区間ＡＺを圧延材Ｚが通過する時間とする。そして、空冷区間ＡＺを通過する時間より前に速度調節が終了する場合は、圧延材Ｚが空冷区間ＡＺを通過する時間を速度調整時間とみなす。
【００５４】
そして、圧延速度一定区間ＭＶ分の圧延を実行した段階、すなわち、２回目の周期で、実績温度を測定する。このときの実績温度は３０８℃であり、（１）式で示した比例項は｛目標温度（３００）−今回実績温度（３０８）｝＝−８となり、微分項は｛前回実績温度（３１０）−今回実績温度（３０８）｝＝２となるため、速度調整量Ｖｅは、Ｖｅ＝−６［ｍｐｍ］となる。
【００５５】
そこで６［ｍｐｍ］圧延速度を下げるため２［ｍｐｍ／ｓ］で速度調整を行い、圧延スタンドＦ4の圧延速度が２３０［ｍｐｍ］から２２４［ｍｐｍ］まで６［ｍｐｍ］速度を減速した段階で速度調整を終了し、その２２４［ｍｐｍ］の圧延速度を維持し圧延を行う。この場合、圧延速度の速度調整に要する時間は、圧延材Ｚが圧延スタンドＦ2と圧延スタンドＦ3との間の空冷区間ＡＺを通過する時間より短い。このため、圧延材Ｚがこの空冷区間ＡＺを通過する時間と、圧延速度一定区間ＭＶの距離である８ｍ（１ｍ＋５ｍ＋２ｍ）分の圧延を実行する時間とを経過した後に次の周期へと進む。
【００５６】
このように、圧延速度の調整に要する時間（速度調整時間）と、圧延材Ｚが基準点Ｄから温度測定点Ｃに移動するまでの時間を１周期として、圧延を行うことで、圧延材Ｚの実績温度を目標温度に収束させる。
【００５７】
また、本実施の形態においては、ｎ周期目に温度測定した圧延材Ｚの測定点は、圧延スタンドＦ3及び圧延スタンドＦ4を一定速度で通過し、圧延スタンドＦ2を（ｎ−１）周期目に一定速度で通過し、圧延スタンドＦ1は（ｎ−２）周期目に通過している。このように、圧延材Ｚの圧延速度やパススケジュール（段階的に圧延される圧延材Ｚを、その各段階でどの程度の板厚にするかを規定する板厚の設定）にかかわらず、圧延される圧延材Ｚの温度履歴及び速度履歴を容易に把握することができ、従来、誤差要因であった遅れ時間のモデル化が不要となる。
これにより、温度制御装置１０によって、速度変更量が大きい（温度差大）状況では、大きく速度変更を行うため目標温度への収束が早く、速度変更量が小さい状況（温度差小）になると、温度履歴及び速度履歴を容易に把握することができるため、飛躍的に計算精度が向上し安定した圧延を実現することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、圧延スタンドを４つ備えた熱間圧延機（４段タンデム熱間圧延機）を制御する温度制御方法及び温度制御装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、圧延スタンドが１基の熱間圧延機であっても、その圧延スタンドの前段の空冷区間内に基準点を設けることで、圧延材の速度履歴及び温度履歴を把握することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係る熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置では、以下に示す優れた効果を奏する。
【００６０】
請求項１、請求項３または請求項４に記載の発明によれば、熱間圧延機における温度制御方法または温度制御装置は、圧延される圧延材の温度履歴及び速度履歴を容易に把握することができる。これによって、従来のような圧延材毎に異なる温度モデルを用いることなく、圧延材の温度を目標温度に収束させるための圧延スタンドの速度調整を精度よく計算することができる。
【００６１】
請求項２または請求項５に記載の発明によれば、熱間圧延機における温度制御方法または温度制御装置は、圧延スタンドの速度調整に伴う温度変化の位相のずれを検出して、その位相差を補正することができるので、圧延材の温度を目標温度に速やかに収束させることができる。これによって、熱間圧延機の起動時に発生する目標品質に達していない生成材を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱間圧延機における温度制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る特定スタンドの入側の基準点位置を説明するための説明である。
【図３】本発明に係る熱間圧延機における温度制御装置の動作を説明したフローチャートである。
【図４】本発明に係る温度制御装置を備えた４段タンデム熱間圧延機の構成を示すブロック図である。
【図５】圧延スタンドの速度調整量を算出するための制御を説明するためのブロック図である。
【図６】圧延スタンドの速度調整量を算出するための温度差と利得値との関係の一例を示すグラフである。
【図７】圧延スタンドの速度調整量と圧延材の実績温度との関係を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１……熱間圧延機
２……４段タンデム熱間圧延機
１０……温度制御装置
１１……圧延移動量測定手段
１２……温度測定手段
１３……圧延速度調整手段
Ｆ……圧延スタンド
Ｔ……温度センサ
Ｒ……ロール駆動モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延機によって圧延される圧延材を目標温度にするための熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、熱間圧延機により圧延を行う場合、製品の品質を確保するためには、圧延された圧延材の仕上温度を目標温度に一定に保たなければならない。
そこで従来は、温度コントローラを用いて、圧延材の温度（実績温度）に応じて圧延速度を調整する温度制御方法が用いられている。この従来の温度制御方法では、一般に、圧延速度と仕上温度との関係を温度モデルとしてモデル化し、この温度モデルを用いて、温度コントローラの各種制御パラメータを設定して使用している。
【０００３】
しかし、この温度制御方法では、圧延速度の変更等によって、温度モデルの誤差（モデル誤差）が大きくなることがあり、圧延材の仕上温度が目標温度に安定しなかったり、目標温度に到達するまでの時間が長くかかってしまう等の問題があった。
【０００４】
そこで、従来、この問題を解決するために、特開平９−１４１３１６号公報に記載された「圧延機における温度制御方法および温度制御装置」で開示されているように、圧延速度の設定可能範囲を複数の速度区間に区分し、その各速度区間毎に温度コントローラの制御パラメータを設定し、圧延速度に応じてその制御パラメータを変更する技術が存在している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平９−１４１３１６号公報に記載された「圧延機における温度制御方法および温度制御装置」では、圧延速度の設定可能範囲を複数の速度区間に区分し、その各速度区間毎に温度モデルに基づいた温度コントローラに設定するための制御パラメータを設定する必要があり、その複数の制御パラメータを最適化する必要があった。
【０００６】
また、圧延速度と仕上温度との関係を温度モデルとして用いる場合、圧延速度の変更による圧延材の温度変化の遅れ時間が変化するため、これをモデル化することは非常に困難であり、圧延速度の設定可能範囲を、モデル誤差の影響を受けない範囲で複数の速度区間に区分するには、多くの実験データにより検証を行わなければならないという問題があった。
【０００７】
さらに、速度区間の区分や、その各速度区間毎の温度モデルに基づいた温度コントローラに設定する制御パラメータは、圧延を行う材料毎に異なるもので、材料毎に最適な区分及び制御パラメータを決定しなければならないという問題があった。
【０００８】
また、複数の圧延スタンドによって圧延を行う場合、通常、圧延速度は加減速され、各圧延スタンドを通過する圧延材は、異なる速度履歴を持って圧延される。このため、各圧延スタンドにおける圧延材の温度変化量を精度よく計算することは困難であり、温度モデルとしてモデル化することが困難であるため、各圧延スタンドにおける圧延速度を精度よく算出することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、圧延速度を調整することで圧延材の仕上温度を調整する際に、仕上温度を速やかに目標温度に収束させ、安定した圧延を行うことができる熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載の熱間圧延機における温度制御方法は、圧延速度を調整することで、１基以上の圧延スタンドによって圧延される圧延材を予め設定された目標温度になるように制御する熱間圧延機における温度制御方法であって、最終段の圧延スタンドを通過した後の温度測定点において、圧延材の温度を測定する温度測定ステップと、この温度測定ステップで測定した圧延材の温度と、目標温度との差分に基づいて、その差分を補正するように圧延速度を調整する圧延速度調整ステップと、この圧延速度調整ステップで圧延速度を調整した後に、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の圧延距離を、その調整された後の一定の圧延速度で圧延を行う一定速度圧延ステップと、を含み、この一定速度圧延ステップで圧延材を前記圧延距離だけ圧延させた後に温度測定ステップに戻って各ステップを継続することを特徴とする。
【００１１】
この方法によれば、熱間圧延機における温度制御方法は、温度測定ステップによって、熱間圧延機の圧延に伴って変化する圧延材の実績温度（仕上温度）が測定され、圧延速度調整ステップによって、その実績温度と予め設定されている目標温度との差分に基づいて、圧延スタンドの圧延速度が調整される。そして、一定速度圧延ステップによって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の圧延距離分圧延を行う際の圧延速度を一定にする。
【００１２】
そして、この熱間圧延機における温度制御方法は、一定速度圧延ステップによって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の圧延距離分一定の速度で圧延を行うため、圧延材がその特定の圧延スタンド以降を一定の速度で移動することになり、温度測定ステップが圧延材の温度を測定する時点で、圧延材の温度履歴と、特定の圧延スタンド以降の速度履歴とを容易に把握することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の熱間圧延機における温度制御方法は、請求項１に記載の温度制御方法において、圧延速度調整ステップが、温度測定ステップで測定された現時点での圧延材の実績温度と目標温度との差分、並びに、現時点での圧延材の実績温度と前回測定した圧延材の実績温度との差分に基づいて、圧延速度を調整することを特徴とする。
【００１４】
この方法によれば、熱間圧延機における温度制御方法は、圧延速度調整ステップによって、温度測定ステップで測定される圧延材の現時点での実績温度と目標温度との差分により、圧延材の現在の温度と目標温度との温度差を０にするように圧延速度の調整を行い、現時点での実績温度と前回測定した実績温度との差分により、速度調整に伴う温度変化の位相のずれを検出して、その位相差を補正するように圧延速度の調整を行う。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の熱間圧延機における温度制御装置は、圧延速度を調整することで、１基以上の圧延スタンドによって圧延される圧延材を予め設定された目標温度になるように制御する熱間圧延機における温度制御装置であって、最終段の圧延スタンドを通過した後の温度測定点において、圧延材の温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段で測定した圧延材の温度と、目標温度との差分に基づいて、その差分を補正するように圧延速度を調整する圧延速度調整手段と、前記圧延速度で圧延される圧延材の圧延時間又は圧延距離を測定する圧延移動量測定手段と、を備える構成とした。
【００１６】
かかる構成によれば、熱間圧延機における温度制御装置は、温度測定手段によって、熱間圧延機の圧延に伴って変化する圧延材の実績温度（仕上温度）が測定され、圧延速度調整手段によって、その実績温度と予め設定されている目標温度との差分に基づいて、圧延スタンドの圧延速度が調整される。そして、圧延移動量測定手段によって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点まで圧延材が圧延されて移動する時間又は距離を測定する。
【００１７】
また、請求項４に記載の熱間圧延機における温度制御装置は、請求項３に記載の温度制御装置において、圧延速度調整手段が、圧延速度を調整した後に、圧延移動量測定手段によって測定された圧延材の圧延時間又は圧延距離が、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの通過時間又は移動距離になるまで、一定の圧延速度で前記圧延材を圧延させることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、熱間圧延機における温度制御装置は、温度測定手段によって、熱間圧延機の圧延に伴って変化する圧延材の実績温度（仕上温度）が測定され、圧延速度調整手段によって、その実績温度と予め設定されている目標温度との差分に基づいて、圧延スタンドの圧延速度が調整される。そして、圧延移動量測定手段によって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の圧延距離分又はその移動に要する圧延材の圧延時間分圧延を行うまで圧延速度を一定に保つ。
【００１９】
そして、この熱間圧延機における温度制御装置は、圧延移動量測定手段によって、特定の圧延スタンドの入側から温度測定点までの圧延材の移動量分一定の速度で圧延を行うため、圧延材がその特定の圧延スタンド以降を一定の速度で移動することになり、温度測定手段が圧延材の温度を測定する時点で、圧延材の温度履歴と、特定の圧延スタンド以降の速度履歴とを容易に把握することができる。
【００２０】
さらに、請求項５に記載の熱間圧延機における温度制御装置は、請求項３または請求項４に記載の温度制御装置において、圧延速度調整手段が、温度測定手段で測定された現時点での圧延材の実績温度と目標温度との差分、並びに、現時点での圧延材の実績温度と前回測定した圧延材の実績温度との差分に基づいて、圧延速度を調整することを特徴とする。
【００２１】
かかる構成によれば、熱間圧延機における温度制御装置は、圧延速度調整手段によって、温度測定手段で測定される圧延材の現時点での実績温度と目標温度との差分により、現在の圧延材の温度と目標温度との温度差を０にするように圧延速度の調整を行い、現時点での実績温度と前回測定した実績温度との差分により、速度調整に伴う温度変化の位相のずれを検出して、その位相差を補正するように圧延速度の調整を行う。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（温度制御装置の構成）
図１は、本発明に係る熱間圧延機における温度制御装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、温度制御装置１０は、圧延移動量測定手段１１と、温度測定手段１２と、圧延速度調整手段１３とを含む構成とした。
【００２４】
この温度制御装置１０を備えた熱間圧延機１は、複数段の圧延スタンドＦを有するタンデム圧延機とし、最終段の圧延スタンドＦの出側に配置された温度センサＴによって、圧延材Ｚの温度（実績温度）が測定され、その実績温度と、圧延材Ｚの品質を確保するために予め設定された目標温度との差分（差分温度）に基づいて、温度制御装置１０がロール駆動モータＲを制御することで各圧延スタンドＦの圧延速度が調整され、圧延材Ｚの温度を目標温度に収束させ、圧延材Ｚの圧延を行うものである。
【００２５】
ここで、図１に基づいて、温度制御装置１０の各構成について説明する。
圧延移動量測定手段１１は、圧延スタンドＦを通過しながら圧延される圧延材Ｚの移動量を測定するものである。この圧延移動量測定手段１１は、圧延速度調整手段１３から移動量測定指示信号を通知されてから、圧延材Ｚの移動量を測定し、圧延材Ｚが予め設定された特定の圧延スタンドの入側（基準点）から温度センサＴが温度を測定する温度測定点Ｃまで移動した段階で、温度測定手段１２に対して圧延材Ｚの温度を測定する旨の温度測定指示信号を通知する。
ここで移動量とは、移動に要する圧延時間であって、圧延移動量測定手段１１は、圧延スタンドの入側（基準点）から温度測定点Ｃまでの距離を圧延材Ｚが移動する圧延時間を測定する。
なお、この移動量は前記基準点から各圧延スタンドＦの圧延速度に経過時間を乗算することで得られる圧延距離としてもよい。
【００２６】
温度測定手段１２は、温度センサＴで測定される圧延材Ｚの実績温度を取得するものである。この温度測定手段１２は、圧延移動量測定手段１１から温度測定指示信号を通知されたときに、温度センサＴから取得した圧延材Ｚの実績温度と目標温度との差（比例差分温度）、並びに今回の実績温度と前回の実績温度との差（微分差分温度）の２種類の差分温度を含んだ速度調整指示信号を圧延速度調整手段１３に通知する。なお、今回測定した実績温度は、次回の温度測定時において微分差分温度を算出するために使用するため、その温度を記憶手段（図示せず）に記憶しておく。
【００２７】
圧延速度調整手段１３は、温度測定手段１２から通知される速度調整指示信号に含まれる差分温度と、予め圧延材Ｚの材料毎に定められた単位温度を変更するために必要な速度とに基づいて、圧延スタンドＦの圧延速度を計算し、ロール駆動モータＲを制御することで圧延スタンドＦの圧延速度を調整するものである。なお、圧延速度調整手段１３は、各圧延スタンドＦの圧延速度を変更した後に、圧延移動量測定手段１１に移動量測定指示信号を通知する。
【００２８】
ここで、図１及び図２に基づいて前記特定スタンドの入側の基準点について説明する。図２は、ｎ段の熱間圧延機１の基準点を説明するために圧延スタンドＦを直列（タンデム）に配置した図１の一部分を抽出して模式化した図である。
図２に示すように、熱間圧延機１においては、圧延スタンドＦの近傍でクーラント冷却、ロール冷却、摩擦発熱、加工発熱等に基づいて圧延材Ｚの温度が変わる冷却発熱区間ＨＺと、空冷のみで圧延材Ｚの温度変化が圧延スタンドＦの近傍と比較して極端に小さい空冷区間ＡＺとが存在する。ここで基準点Ｄを、特定の圧延スタンドＦiの前方にある空冷区間ＡＺに設定する。そして、圧延材Ｚがこの基準点Ｄから温度測定点Ｃまでの距離（圧延速度一定区間ＭＶ）を移動する間は、圧延材Ｚの圧延速度を一定にして圧延を行う。
【００２９】
なお、この基準点Ｄを、熱間圧延機１の入側に近い圧延スタンドＦの前方に設定することで各圧延スタンドの速度履歴はより明確になるが、圧延材Ｚが基準点Ｄから温度測定点Ｃまでの距離を移動（圧延）する時間（１周期にかかる時間）が長くなり、圧延材Ｚを目標温度にするための制御時間が長くなる。このため、基準点Ｄは、熱間圧延機１の中央付近の圧延スタンドＦに設定すればよい。
【００３０】
このように構成されることで、温度制御装置１０は、基準点Ｄ以降の圧延スタンドＦでは速度調整を行わないため、基準点Ｄに存在する圧延材Ｚが温度測定点Ｃに到達したときの温度履歴と、その基準点Ｄに存在していた圧延材Ｚが各圧延スタンドＦをどのような速度履歴で通過したかを容易に把握することができ、且つ速度変化に伴う温度の遅延（位相のずれ）がほぼ同一となるため、それを補正するための計算精度を向上させることができる。
【００３１】
（温度制御装置の動作）
次に、図１、図２及び図３に基づいて、熱間圧延機１における温度制御装置１０の動作について説明する。図３は、温度制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００３２】
［温度測定ステップ］
熱間圧延機１における温度制御装置１０は、まず最初に、温度測定手段１２によって、温度センサＴから温度測定点Ｃの温度を取得することで、圧延材Ｚの温度測定点Ｃの温度（実績温度）を測定する（ステップＳ１０）。そして、その実績温度と目標温度との差（比例差分温度）、並びに今回の実績温度と前回測定した実績温度との差（微分差分温度）の２種類の差分温度を算出し（ステップＳ１１）、圧延速度調整ステップ（ステップＳ１２）へ進む。ただし、起動時は前回測定した実績温度は存在しないため、その実績温度は今回の実績温度と等しいものとする。
【００３３】
［圧延速度調整ステップ］
温度制御装置１０は、ステップＳ１１で算出された差分温度（比例差分温度及び微分差分温度）を含んだ速度調整指示信号に基づいて、圧延速度調整手段１３が各圧延スタンドＦの圧延速度を算出する（ステップＳ１２）。なお、このステップＳ１２では、自動制御方式で一般的に用いられているＰＤ（比例微分）制御に基づいて、比例差分温度を比例項とし、微分差分温度を微分項とすることで、圧延材Ｚの温度を目標温度にする制御を行うことができる。
そして、圧延速度調整手段１３が各圧延スタンドＦのロール駆動モータＲを制御することで各圧延スタンドＦの圧延速度の調整を行い（ステップＳ１３）、一定速度圧延ステップ（ステップＳ１４）へ進む。
【００３４】
［一定速度圧延ステップ］
温度制御装置１０は、ステップＳ１３で調整された後の一定の圧延速度で圧延材Ｚの圧延を行う（ステップＳ１４）。そして、圧延材Ｚの移動距離が基準点Ｄから温度測定点Ｃまでの距離すなわち圧延速度一定区間ＭＶ分圧延を実行したかどうかを判定し（ステップＳ１５）、まだ、圧延速度一定区間ＭＶ分の圧延を実行していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１４へ戻って一定速度の圧延を続ける。一方、圧延速度一定区間ＭＶ分の圧延を実行した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１６へ進む。
【００３５】
そして、圧延材Ｚの圧延が完了したかどうかを、外部からのスイッチ等に基づいて判定し（ステップＳ１６）、完了していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０に戻って圧延材Ｚの温度測定、圧延速度の調整、圧延速度一定区間ＭＶ分の圧延を実行する。一方、圧延材Ｚの圧延が完了した場合（Ｙｅｓ）は、動作を終了する。
【００３６】
以上のステップに基づいて、温度制御装置１０は、熱間圧延機１の圧延スタンドＦの圧延速度を制御することで、圧延材Ｚを速やかに目標温度に収束させ、安定した圧延を実現することができる。なお、本発明はこの手順に限定されるものではなく、例えば、各圧延スタンド（Ｆ1、Ｆ2、…、Ｆn）間に温度センサを設置し、その実績温度に基づいて圧延速度を制御することも可能である。
【００３７】
（４段タンデム熱間圧延機の構成）
次に、本発明に係る熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置をより詳細に説明するために、圧延スタンドを４つ備えた熱間圧延機（４段タンデム熱間圧延機）を例にして説明を行う。図４は、４段タンデム熱間圧延機の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図４に示すように４段タンデム熱間圧延機２は、４つの圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4を直列（タンデム）に配置し、圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4の間の空冷区間ＡＺを３ｍ、圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4の近傍の冷却発熱区間ＨＺを２ｍとしている。さらに最終段の圧延スタンドＦ4と温度センサＴ間の空冷区間ＡＺ２を１ｍとしている。このように４つの圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4を配置した４段タンデム熱間圧延機２は、温度センサＴによって、圧延材Ｚの温度（実績温度）が測定され、その実績温度と圧延材Ｚの目標温度との差分（差分温度）に基づいて、本発明に係る温度制御装置１０がロール駆動モータＲを制御することで圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4の圧延速度が調整され、圧延材Ｚの温度を目標温度に収束させ、圧延材Ｚの圧延を行うものである。なお、本発明に係る温度制御装置１０は、４段の圧延スタンドの制御に限定されるものではない。
【００３９】
（４段タンデム熱間圧延機における温度制御装置の動作）
次に、図４に基づいて４段タンデム熱間圧延機２における温度制御装置１０の動作を詳細に説明する。なお、温度制御装置１０の構成については適宜図１を参照するものとする。
【００４０】
ここでは、図４に示すように、基準点Ｄを、各圧延スタンドの速度履歴と、圧延材Ｚの温度履歴とを好適に把握できる位置として、圧延スタンドＦ3の冷却発熱区間ＨＺと、その前方にある空冷区間ＡＺの間（空冷区間ＡＺの最終点）に設定するものとする。また、各圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4における圧延材Ｚを圧延する位置が冷却発熱区間ＨＺの中間点であったとする。
【００４１】
まず、温度制御装置１０は、温度測定手段１２によって、温度センサＴから温度測定点Ｃの温度を取得することで、圧延材Ｚの温度測定点Ｃの温度（実績温度）を測定し、その実績温度と目標温度との差（比例差分温度）、並びに今回の実績温度と前回測定した実績温度との差（微分差分温度）の２種類の差分温度を含んだ速度調整指示信号を圧延速度調整手段１３に通知する。
【００４２】
そして、圧延速度調整手段１３が、ロール駆動モータＲの駆動量を制御することで各圧延スタンドＦ1、Ｆ2、Ｆ3及びＦ4の圧延速度の調整を行う。この圧延速度調整手段１３は、圧延速度を調整した後に、その圧延速度を一定に保つようにロール駆動モータＲを制御するとともに、圧延移動量測定手段１１に移動量測定指示信号を通知する。
【００４３】
この移動量測定指示信号を通知された圧延移動量測定手段１１は、圧延材Ｚの移動距離が、圧延速度一定区間ＭＶの距離である８ｍ（１ｍ＋５ｍ＋２ｍ）になるまで測定を行う。ここでは、（１ｍ／圧延スタンドＦ2の圧延速度）＋（５ｍ／圧延スタンドＦ3の圧延速度）＋（２ｍ／スタンドＦ4の圧延速度）の時間経過後に圧延材Ｚが圧延速度一定区間ＭＶ分移動したと判定する。
【００４４】
次に、図４及び図５に基づいて、温度制御装置１０の圧延速度調整手段１３による圧延速度の速度調整量の算出方法について説明する（温度制御装置１０の構成については適宜図１を参照）。図５は、圧延速度調整手段１３の速度調整量を算出する動作を説明するためのブロック図である。
【００４５】
図５に示すように、ｎ周期目の実績温度（今回実績温度）をＴ（ｎ）、（ｎ−１）周期目の実績温度（前回実績温度）をＴ（ｎ−１）、目標温度をＴｍ、圧延材Ｚを１℃温度変更するために必要な速度を∂V／∂Ｔ［ｍｐｍ／℃］とする。ここで、目標温度Ｔｍと今回実績温度Ｔ（ｎ）との差分は、比例差分温度として温度測定手段１２から速度調整指示信号に含まれて通知される。また、前回実績温度Ｔ（ｎ−１）と今回実績温度Ｔ（ｎ）との差分は、微分差分温度として、比例差分温度と同様に温度測定手段１２から通知される。
【００４６】
この比例差分温度及び微分差分温度は、一般的に用いられているＰＤ（比例微分）制御に基づいて、比例差分温度を比例項とし、微分差分温度を微分項とすることで、圧延材Ｚの温度を目標温度にするための温度調整量を算出し、その温度調整量に∂V／∂Ｔを乗算することで速度調整量Ｖｅを算出する。
図５のブロック図を数式化すると、（１）式のように表わすことができる。
【００４７】
【数１】
ここで、ｇ１及びｇ２はゲインＧ１及びゲインＧ２の利得値を表わしており、ｇ１＝１、ｇ２＝０．５の固定値を使用する。
この（１）式において、比例項である｛Ｔｍ−Ｔ（ｎ）｝は、目標温度Ｔｍと今回実績温度Ｔ（ｎ）との差分により、温度差が０になるように作用する。また、微分項である｛Ｔ（ｎ−１）−Ｔ（ｎ）｝は、速度履歴と温度履歴との位相のずれを補正する作用を持つ。
【００４９】
なお、ゲインＧ１及びゲインＧ２の利得値（ｇ１及びｇ２）は、前記した比例項及び微分項の各温度差に基づいて変更することが望ましい。例えば、図６に示すように前記各温度差に基づいて利得値（ｇ１及びｇ２）を変更する形態をとることも可能である。ここで、図６（ａ）は、ゲインＧ１の利得値ｇ１の値と、目標温度及び実績温度の温度差との関係を示した例である。また、図６（ｂ）は、ゲインＧ２の利得値ｇ２の値と、目標温度及び実績温度の温度差との関係を示した例である。
【００５０】
（４段タンデム熱間圧延機における温度制御例）
次に、図４及び図７に基づいて、温度制御装置１０によって、４段タンデム熱間圧延機２の温度制御を行ったときの実績温度と圧延スタンドＦ4の圧延速度の関係について具体的な数値を用いて説明する。図７は、アルミニウム材を圧延したときの実績温度と圧延スタンドＦ4の圧延速度の関係を示したグラフである。
【００５１】
なお、本動作においては圧延材Ｚの目標温度は３００℃とし、この圧延材Ｚは、圧延スタンドＦ4の圧延速度が２／６０［ｍ／ｓ］変化することで１℃変化する（∂V／∂Ｔ＝２）ものとし、ゲインＧ１及びゲインＧ２の利得値は、それぞれｇ１＝１．０、ｇ２＝０．５の固定値を使用するものとする。また、初期値として、実績温度が３１０℃、圧延スタンドＦ4の圧延速度（出側速度）を２４０［ｍｐｍ］とする。さらに、圧延スタンドＦ3の圧延速度は圧延スタンドＦ4の圧延速度の半分（初期値１２０［ｍｐｍ］）、圧延スタンドＦ2の圧延速度は圧延スタンドＦ3の圧延速度の半分（初期値６０［ｍｐｍ］）、圧延スタンドＦ1の圧延速度は圧延スタンドＦ2の圧延速度の半分（初期値３０［ｍｐｍ］）で動作しているものとする。
【００５２】
まず、１回目の周期で、実績温度を測定すると３１０℃であり、（１）式で示した比例項は｛目標温度（３００）−今回実績温度（３１０）｝＝−１０となり、微分項は｛前回実績温度（３１０）−今回実績温度（３１０）｝＝０となるため、当該温度差におけるゲインＧ１及びゲインＧ２の利得値であるｇ１＝１．０５、ｇ２＝０．５を用いて、（１）式の速度調整量Ｖｅを算出すると、Ｖｅ＝−１０［ｍｐｍ］となる。
【００５３】
そこで１０［ｍｐｍ］圧延速度を下げるため２［ｍｐｍ／ｓ］で速度調整を行い、圧延スタンドＦ4の圧延速度が２４０［ｍｐｍ］から２３０［ｍｐｍ］まで１０［ｍｐｍ］速度を減速した段階で速度調整を終了し、その２３０［ｍｐｍ］の圧延速度を維持し圧延を行う。
なお、この圧延速度の速度調整に要する時間の下限値を、圧延スタンドＦ2と、圧延スタンドＦ3との間の空冷区間ＡＺを圧延材Ｚが通過する時間とする。そして、空冷区間ＡＺを通過する時間より前に速度調節が終了する場合は、圧延材Ｚが空冷区間ＡＺを通過する時間を速度調整時間とみなす。
【００５４】
そして、圧延速度一定区間ＭＶ分の圧延を実行した段階、すなわち、２回目の周期で、実績温度を測定する。このときの実績温度は３０８℃であり、（１）式で示した比例項は｛目標温度（３００）−今回実績温度（３０８）｝＝−８となり、微分項は｛前回実績温度（３１０）−今回実績温度（３０８）｝＝２となるため、速度調整量Ｖｅは、Ｖｅ＝−６［ｍｐｍ］となる。
【００５５】
そこで６［ｍｐｍ］圧延速度を下げるため２［ｍｐｍ／ｓ］で速度調整を行い、圧延スタンドＦ4の圧延速度が２３０［ｍｐｍ］から２２４［ｍｐｍ］まで６［ｍｐｍ］速度を減速した段階で速度調整を終了し、その２２４［ｍｐｍ］の圧延速度を維持し圧延を行う。この場合、圧延速度の速度調整に要する時間は、圧延材Ｚが圧延スタンドＦ2と圧延スタンドＦ3との間の空冷区間ＡＺを通過する時間より短い。このため、圧延材Ｚがこの空冷区間ＡＺを通過する時間と、圧延速度一定区間ＭＶの距離である８ｍ（１ｍ＋５ｍ＋２ｍ）分の圧延を実行する時間とを経過した後に次の周期へと進む。
【００５６】
このように、圧延速度の調整に要する時間（速度調整時間）と、圧延材Ｚが基準点Ｄから温度測定点Ｃに移動するまでの時間を１周期として、圧延を行うことで、圧延材Ｚの実績温度を目標温度に収束させる。
【００５７】
また、本実施の形態においては、ｎ周期目に温度測定した圧延材Ｚの測定点は、圧延スタンドＦ3及び圧延スタンドＦ4を一定速度で通過し、圧延スタンドＦ2を（ｎ−１）周期目に一定速度で通過し、圧延スタンドＦ1は（ｎ−２）周期目に通過している。このように、圧延材Ｚの圧延速度やパススケジュール（段階的に圧延される圧延材Ｚを、その各段階でどの程度の板厚にするかを規定する板厚の設定）にかかわらず、圧延される圧延材Ｚの温度履歴及び速度履歴を容易に把握することができ、従来、誤差要因であった遅れ時間のモデル化が不要となる。
これにより、温度制御装置１０によって、速度変更量が大きい（温度差大）状況では、大きく速度変更を行うため目標温度への収束が早く、速度変更量が小さい状況（温度差小）になると、温度履歴及び速度履歴を容易に把握することができるため、飛躍的に計算精度が向上し安定した圧延を実現することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、圧延スタンドを４つ備えた熱間圧延機（４段タンデム熱間圧延機）を制御する温度制御方法及び温度制御装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、圧延スタンドが１基の熱間圧延機であっても、その圧延スタンドの前段の空冷区間内に基準点を設けることで、圧延材の速度履歴及び温度履歴を把握することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係る熱間圧延機における温度制御方法及び温度制御装置では、以下に示す優れた効果を奏する。
【００６０】
請求項１、請求項３または請求項４に記載の発明によれば、熱間圧延機における温度制御方法または温度制御装置は、圧延される圧延材の温度履歴及び速度履歴を容易に把握することができる。これによって、従来のような圧延材毎に異なる温度モデルを用いることなく、圧延材の温度を目標温度に収束させるための圧延スタンドの速度調整を精度よく計算することができる。
【００６１】
請求項２または請求項５に記載の発明によれば、熱間圧延機における温度制御方法または温度制御装置は、圧延スタンドの速度調整に伴う温度変化の位相のずれを検出して、その位相差を補正することができるので、圧延材の温度を目標温度に速やかに収束させることができる。これによって、熱間圧延機の起動時に発生する目標品質に達していない生成材を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱間圧延機における温度制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る特定スタンドの入側の基準点位置を説明するための説明である。
【図３】本発明に係る熱間圧延機における温度制御装置の動作を説明したフローチャートである。
【図４】本発明に係る温度制御装置を備えた４段タンデム熱間圧延機の構成を示すブロック図である。
【図５】圧延スタンドの速度調整量を算出するための制御を説明するためのブロック図である。
【図６】圧延スタンドの速度調整量を算出するための温度差と利得値との関係の一例を示すグラフである。
【図７】圧延スタンドの速度調整量と圧延材の実績温度との関係を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１……熱間圧延機
２……４段タンデム熱間圧延機
１０……温度制御装置
１１……圧延移動量測定手段
１２……温度測定手段
１３……圧延速度調整手段
Ｆ……圧延スタンド
Ｔ……温度センサ
Ｒ……ロール駆動モータ
Claims (5)
- 圧延速度を調整することで、１基以上の圧延スタンドによって圧延される圧延材を予め設定された目標温度になるように制御する熱間圧延機における温度制御方法であって、
最終段の圧延スタンドを通過した後の温度測定点において、前記圧延材の温度を測定する温度測定ステップと、
この温度測定ステップで測定した前記圧延材の温度と、前記目標温度との差分に基づいて、その差分を補正するように前記圧延速度を調整する圧延速度調整ステップと、
この圧延速度調整ステップで前記圧延速度を調整した後に、特定の圧延スタンドの入側から前記温度測定点までの前記圧延材の圧延距離を、その調整された後の一定の圧延速度で圧延を行う一定速度圧延ステップと、
を含み、この一定速度圧延ステップで前記圧延材を前記圧延距離だけ圧延させた後に前記温度測定ステップに戻って各ステップを継続することを特徴とする熱間圧延機における温度制御方法。 - 前記圧延速度調整ステップは、前記温度測定ステップで測定された現時点での前記圧延材の実績温度と前記目標温度との差分、並びに、前記現時点での前記圧延材の実績温度と前回測定した前記圧延材の実績温度との差分に基づいて、圧延速度を調整することを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延機における温度制御方法。
- 圧延速度を調整することで、１基以上の圧延スタンドによって圧延される圧延材を予め設定された目標温度になるように制御する熱間圧延機における温度制御装置であって、
最終段の圧延スタンドを通過した後の温度測定点において、前記圧延材の温度を測定する温度測定手段と、
この温度測定手段で測定した前記圧延材の温度と、前記目標温度との差分に基づいて、その差分を補正するように前記圧延速度を調整する圧延速度調整手段と、
前記圧延速度で圧延される前記圧延材の圧延時間又は圧延距離を測定する圧延移動量測定手段と、
を備えていることを特徴とする熱間圧延機における温度制御装置。 - 前記圧延速度調整手段は、前記圧延速度を調整した後に、前記圧延移動量測定手段によって測定された前記圧延材の圧延時間又は圧延距離が、特定の圧延スタンドの入側から前記温度測定点までの通過時間又は移動距離になるまで、一定の圧延速度で前記圧延材を圧延させることを特徴とする請求項３に記載の熱間圧延機における温度制御装置。
- 前記圧延速度調整手段は、前記温度測定手段で測定された現時点での前記圧延材の実績温度と前記目標温度との差分、並びに、前記現時点での前記圧延材の実績温度と前回測定した前記圧延材の実績温度との差分に基づいて、圧延速度を調整することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱間圧延機における温度制御装置。
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