CN100351402C - 钢材的制造方法及其制造设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供钢材的制造方法，具有使热轧后在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材3次以上通过设置于热轧生产线上的多台感应加热装置的工序。根据本发明可以以高的生产性对钢材均匀地进行热处理。

Description

钢材的制造方法及其制造设备
技术领域
本发明，涉及一种对热轧后淬火或者急冷的钢材在线进行热处理的钢材的制造方法，特别涉及一种使用感应加热装置的钢材的制造方法及其制造设备。
背景技术
板厚8mm以上的钢板，为了实现高强度化和高韧性化，经常在热轧后通过淬火或者加速冷却进行急冷，接着接受回火处理。
近年来，淬火或者加速冷却开始在线进行，但是回火处理还是离线并通过气体燃烧炉进行，因而需要很长时间，严重妨碍钢板的生产性。因此提出了几种用于提高回火处理的生产性的方法。
例如，在特开平9-256053号公报中，为了提高生产性，提出了一种对回火处理时的温度模式进行研究，提高生产性的技术。在此技术中，钢板在入口侧设定成高温而出口侧设定成低温的气体燃烧炉内被连续输送而进行热处理。具体地，炉的入口侧的温度设定成比目标热处理温度高出200℃以上，炉温向炉的出口侧阶段性地降低，炉的出口侧前的温度设定成目标热处理温度±20℃以内。然而，基于气体燃烧的加热方式，由于热传递依赖于辐射、对流，因而不可能进行急速加热，不能充分地提高生产性。
此外，在特开平4-358022号公报以及特开平6-254615号公报中，作为生产性高的热处理方法，提出了在轧制生产线上设置加热装置而对钢板进行热处理的在线热处理方法。对于前者，公开了一种将辊轧机、加速冷却装置、加热装置配置在轧制生产线上，进行急速加热回火热处理，制造高强度高韧性钢板的技术；对于后者，公开了一种将辊轧机、矫正机、加速冷却装置、保温装置配置在轧制生产线上，通过保温装置除去由于轧制、加速冷却产生的钢板中的残余应力的技术。然而在这些方法中，也存在花费热处理时间，不能对钢板均匀地进行热处理的问题。
在特开昭48-25239号公报中，公开了一种在轧制生产线上直列配置多台螺线管型感应加热装置，对钢板进行热处理的技术。假设通过1台的感应加热装置将钢板加热至目标温度，则感应电流集中于钢板的表面附近而流动，表面温度可能过热而超过居里点、Ac1相变点。因此，使用1台感应加热装置很难将钢板表面温度控制在一定温度以下而直至板厚中心部加热至目标温度，因而在此技术中，直列配置两台以上的感应加热装置，使钢板通过此装置内，不超过表面温度的上限温度进行加热，使其直至板厚中心部达到目标温度。然而因此需要降低钢板的输送速度，不能充分得到很高的生产性。特别是在钢板板厚厚的情况下，由于钢板内部的热传递花费很多时间，因而需要大幅度降低输送速度，生产性明显变差。
发明内容
本发明目的在于提供一种使用热轧生产线上配置的感应加热装置，可以以高的生产性对钢材均匀地进行热处理的钢材的制造方法及其制造设备。
上述目的通过以下的方法而达成。
1)一种钢材的制造方法，具有使热轧后在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材3次以上通过设置在热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序。在这里，所谓的1次通过是指钢材向一个方向只1次通过多台感应加热装置。因此如果钢材1次往复通过装置，则通过次数变成2次。
2)一种钢材的制造方法，具有使热轧后在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材至少1次通过设置在热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序，并且使通过感应装置的次数为使钢材的表面温度和中心温度以最短时间进入规定温度范围的次数。
3)一种钢材的制造方法，具有热轧后使在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材至少1次通过设置在热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序，并且使通过感应加热装置的次数为使钢材的表面温度和中心温度在目标时间内进入规定温度范围的次数。
4)一种钢材的制造方法，具有热轧后使在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材至少1次通过设置在热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序，并且使根据钢材的尺寸和需要升温量、通过感应加热装置的次数以及感应加热装置的加热能力算出的、钢材的表面温度不超过规定的上限温度且钢材内部的规定位置的温度达到目标温度前的热处理时间进入目标温度以内而对钢材进行热处理。
5)一种钢材的制造方法，具有热轧后使在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材至少1次通过设置在热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序，并且使根据钢材的尺寸和需要升温量、通过感应加热装置的次数以及感应加热装置的加热能力算出的、钢材的表面温度不超过规定的上限温度且钢材内部的规定位置的温度达到目标温度前的热处理时间为最短而对钢材进行热处理。
6)一种钢材的制造方法，具有使热轧后在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材3次以上通过设置在热轧生产线上的2～5台感应加热装置而进行热处理的工序。
这些方法可以通过一种钢材制造设备而实现，所述钢材制造设备在热轧生产线上具有热轧机、淬火或者加速冷却装置、多台感应加热装置、和对感应加热装置的热处理模式进行运算的运算装置，并且运算装置具有计算热轧后淬火或者加速冷却的钢材到达感应加热装置的预定时刻的装置；和由钢材的尺寸和需要升温量以及下一进行热处理的钢材到达感应加热装置的预定时刻决定不会使下一进行热处理的钢材在热轧生产线上待机的热处理模式的装置。
附图说明
图1是表示本发明的钢材制造设备的一例的图。
图2是表示图1的感应加热装置的详细构成的图。
图3A～3C是对基于感应加热装置的台数和通过次数的不同的热处理模式进行比较的图。
图4是表示有利于热处理时间的通过次数的图。
图5是表示有利有耗电量的通过次数的图。
图6是表示本发明的钢材制造设备的另一例的图。
图7是表示图6的加热炉控制计算机的构成的图。
图8是表示图6的冷轧控制计算机的构成的图。
图9是表示图6的冷却控制计算机的构成的图。
图10是表示图6的运算装置的构成的图。
图11是表示运算处理的整体流程的图。
图12是表示运算处理的详细流程的图。
图13是表示运算处理的详细流程的图。
图14是表示用于算出下一钢材的冷却结束预定时刻的流程的图。
具体实施方式
在图1表示本发明的钢材制造设备的一例。
通过热轧机1轧制的钢材2，接受使用水冷装置3的淬火处理，使用矫正机4矫正变形，通过多台感应加热装置5进行热处理。作为感应加热装置5，有横向型和螺线管型，在本发明中从控制钢材2表面附近的发热量的目的出发，优选使用螺线管型的感应加热装置5。此外，矫正机4不是一定要配置在水冷装置3的后面，也可以配置在水冷装置3的上游侧或者感应加热装置5的下游侧等，但是为了钢材2的均匀加热以及为了防止与感应加热装置5的冲撞，优选配置在感应加热装置5的入口侧。
图2表示图1所示的感应加热装置的详细构造。
此感应加热装置，由多台感应加热装置5；配置在最初的感应加热装置5的入口以检测钢材2的温度的温度检测器6；用于输送钢材2的输送辊7；由输送辊7的转动检测钢材的输送速度的速度检测器8；计算各感应加热装置5的供给电力的控制装置9；根据控制装置9的输出对向各感应加热装置5供给的电力进行控制的电力供给装置10以及检测加热后的钢材2的温度的设置在最后的感应加热装置5的出口的温度检测器11构成。
以下，对使用此感应加热装置的本发明的钢材制造方法的实施方式进行说明。
第一实施方式
在这里，使钢材往复通过感应加热装置3次以上而进行热处理，进行所谓回动热处理。通过增加通过次数，可以使外观上的感应加热装置的台数增加而减少每台的升温量，因而与通过次数为1次的情况相比，可以提高输送速度。此外，也可以不在所有次数中都加热，例如3次进行回动热处理时，第2次只通过感应加热装置，只在第1次和第3次进行加热。此时，可以提高第2次的输送速度而缩短热处理时间，因而可以提高生产性。
第二实施方式
在这里，以使钢材的表面温度和中心温度在最短时间进入规定温度范围的通过次数对钢材进行热处理。
第三实施方式
在这里，使用钢材的尺寸和需要升温量，求出通过次数、钢材的输送速度和感应加热装置的电力设定的关系，使通过感应加热装置的次数为使此关系所决定的热处理时间为最短的次数，而对钢材进行热处理。
即，使通过次数、输送速度和向各感应加热装置供给的电力为变量，求出钢材的表面和中心的温度，以使热处理时间为这些温度进入规定温度范围内时的最短热处理时间的通过次数对钢材进行热处理。
决定通过次数、各次钢材的输送速度和各感应加热装置的电力设定的顺序，如下所示，有(1)对每根钢材决定输送速度、通过次数和电力设定的方法、(2)以钢材的尺寸预先决定通过次数、输送速度和电力设定的方法两种形式。
(1)对每根钢材决定输送速度、通过次数和感应加热装置的电力设定的方法
①取得钢材的尺寸和需要升温量。
从控制生产的计算机中，取得下一进行热处理的钢材厚度、宽度
和目标温度、上限温度等热处理条件。
②求出通过次数为1次时的输送速度和电力设定。
假定进行1次热处理，使变量为钢材的输送速度和各感应加热装置的电力，使制约条件为上限温度和目标温度，解决目标函数由热处理时间和消费电能构成的最优化问题。在此情况下，可以使用线性规划法、非线性规划法等最优化方法解决，也可以通过适当地改变各变量，求出最大缩短热处理时间，最大减小消费电力的输送速度和电力的组合而求解。
③求出通过次数为3次时的输送速度和电力设定。
假设进行3次热处理，使变量为每次钢材的输送速度和各感应加热装置的电力，使制约条件为上限温度和目标温度，解决目标函数由热处理时间和消费电能构成的最优化问题。在此情况下，可以使用线性规划法、非线性规划法等最优化方法解决，也可以通过适当地改变各变量，求出最大缩短热处理时间，最大减小消费电力的输送速度和电力的组合而求解。
④求出通过次数为多次时的输送速度和电力设定。
与上述③同样，将通过次数增为5次、7次，求出每次钢材的输送速度和电力的组合。通过钢材的尺寸和升温量预先决定最大通过次数，直至到达此次数进行④的处理。
⑤决定通过次数。
选择使热处理时间为最短的通过次数，用此时钢材的输送速度和电力对钢材进行热处理。
(2)根据钢材的尺寸预先决定通过次数、钢材的输送速度和感应加热装置的电力设定
事先对每个钢种和每种热处理模式制作如表1所示的对应钢材尺寸的通过次数和输送速度的表。
作为热处理条件，例如为下述的两个热处理条件。在这里，就热处理前的初始温度、目标温度、和作为它们之差的升温量的各条件制作表格。表1为根据a)的热处理条件做成的例子。
a)初始温度400℃、目标温度600℃、升温量200℃
b)初始温度100℃、目标温度600℃、升温量500℃
表1以下面①～⑤的顺序制成。
①决定作为热处理对象的钢材的尺寸和需要升温量。
②求出通过次数为1次时的钢材输送速度和各感应装置的电力设定。
假定进行1次热处理，使变量为钢材的输送速度和各感应加热装置的电力，使制约条件为上限温度和目标温度、解决目标函数由热处理时间和消费电能构成的最优化问题。在此情况下，可以使用线性规划法、非线性规划法等最优化方法解决，也可以通过适当地改变各变量，求出最大减小消费电力的组合而求解。
③求出通过次数为3次时的输送速度和各感应加热装置的电力设定。
假设进行3次热处理，使变量为各感应加热装置的电力，使制约条件为上限温度和目标温度，解决目标函数由消费电能构成的最优化问题。在此情况下，可以使用线性规划法、非线性规划法等最优化方法解决，也可以通过适当地改变各变量，求出最大减小消费电力的电力的组合而求解。
④求出通过次数为多次时钢材的输送速度和各感应加热装置的电力设定。
与上述③同样，将通过次数增为5次、7次，求出每次钢材的输送速度和各感应加热装置的电力的组合。通过钢材的尺寸和升温量预先决定最大通过次数，直至到达此次数进行④的处理。
⑤决定通过次数。
决定使热处理时间为最短的通过次数和钢材的输送速度。虽然表1中没有记载，但此时的电力设定也确定。
在实际进行热处理时，根据钢材的钢种、热处理条件和尺寸选择表1中给出的通过次数和输送速度而进行热处理。
此时，实际测量初始温度，如果与预想的初始温度不同，则据此补正电力设定。
表1
  宽度(mm) 1000 2000 3000
  厚度(mm)   通过次数   速度1   速度2   速度3   通过次数   速度1   速度2   速度3   通过次数 速度1 速度2   速度3
  10   1   60   1   40   1   20
  20   1   40   1   20   3   30   40   40
  30   1   20   3   30   40   40   3   20   30   30
第四实施方式
通过次数在3次以上而进行回动热处理时，每次都改变钢材的输送速度。如第三实施方式所示，对于满足温度的制约条件，使热处理时间和消费电力最小，每次改变输送速度是很有效的。
第五实施方式
通过次数为3次以上的n次而进行回动热处理时，使第n次和第(n-1)次钢材的输送速度比第(n-2)次以前的钢材的输送速度快，缩短热处理时间。
例如，在3次进行热处理时，使钢材的输送速度为第1次＜第2次，第1次＜第3次。由于钢材通过第1次的热处理而升温，因而可以提高第2次、第3次的输送速度，可以比每次都以相同的输送速度进行热处理缩短热处理时间，还可以降低消费电力。
第六实施方式
首先对此实施方式基本想法进行说明。
对于使热轧后淬火或者加速冷却的钢材通过在热轧生产线上配置的感应加热装置而进行热处理的方法，设想使钢材的通过次数为1次，增加感应加热装置的台数而进行热处理的方法，和不增加感应加热装置的台数，增加通过次数，使钢材往复而进行回动热处理的方法。
在加热开始温度450℃下，在表面的上限温度为710℃的制约条件下，使目标温度为650℃，以下面的(A)～(C)的条件对厚度25mm、长度25m、宽度3.5m的钢材进行热处理，比较此时的热处理时间。
(A)感应加热装置6台、1次
(B)感应加热装置3台、1次
(C)感应加热装置3台、3次
对上述3例分别算出的满足上述温度条件的最优的钢材的输送速度、感应加热装置的电力的结果如下所述。
(A)输送速度：55m/min，耗电量56.6kWh/ton
(B)输送速度：15m/min，耗电量50.8kWh/ton
(C)输送速度：第1次：50m/min；第2次：120m/min；第3次：120m/min，耗电量：55.6kWh/ton
在图3表示在以上述条件进行热处理时的钢材的表面温度、板厚中心部的温度以及平均温度的热处理模式。图3A为条件A的结果，图3B为条件B的结果，图3C为条件C的结果。在这里，温度为钢材前端部的温度。此外，在图中，表面温度在短时间内(5秒左右)上下往复而形成峰部的期间，是钢材的前端部通过感应加热装置的时候，在图3A的感应加热装置为6台通过1次的情况下，有6个峰部，在图3B中由于感应加热装置为3台通过1次，因而峰部为3个，在图3C中由于感应加热装置为3台，通过3次，因而3次出现3个峰部。在图3C中，表示第1次通过的3个峰部和表示第二次通过的3个峰部在时间上拉开很大，是因为如上所述测定钢材的前端部的温度，在第1次通过中直至钢材后端部拔出的时间与在第二次通过中直至钢材前端部进入的时间变长。控制表面温度的峰值以使其不超过居里点、Ac1相变点。由此，钢材可以得到期望的特性，例如硬度以及韧性。
比较图3A～3C，在图3B中热处理时间为120秒，比图3A中的热处理时间90秒相比较长，是因为感应加热装置的台数少，为了以相同的温度条件进行热处理需要减小钢材的输送速度。
此外，虽然图3C的感应加热装置为3台，但是由于使通过次数为3次，热处理时间变为80秒，与图3A的感应加热装置为6台通过1次的情况相比较短。这是因为通过次数为1次时，钢材的输送速度为一定的条件，而为3次时，配合热处理改变输送速度，可以以短时间进行热处理。此外，耗电量也比感应加热装置为6台的情况变少。
由此，与较多设置感应加热装置，1次进行加热的情况相比，设置适当台数的感应加热装置，进行多次的回动热处理的做法，可以以短时间，以少的电能进行处理。而且可以减少设备费很高的感应加热装置的台数。在上例中，可以用3台代替6台感应加热装置，可以将设备费降低至1/2～2/3。而且，也可以减少设备空间。
虽在此没有表示，但如果使感应加热装置为2台，使通过次数为多次，虽然热处理时间增加了一些，但可以大幅度削减设备费以及设置空间。
此外，如果使感应加热装置为4台或者5台，通过次数为多次而进行热处理，虽然增加了一些设备费和设置空间，但是可以大幅地缩短热处理时间。
多次往复的热处理方法，不一定需要适用所有的钢材，多次进行的做法只要适用于缩短时间的情况或者减少耗电量的情况就可以。例如，3次或者5次有效的是在钢材的尺寸大，升温量大，需要很多电力的情况下。因此，如果在钢材的尺寸小，升温量小的情况下，也可能进行1次比较有利。例如，如在图4表示使感应加热装置为3台时，根据钢材的尺寸和升温量有利于热处理时间的通过次数，此外如在图5表示有利于耗电量的通过次数那样，在多数情况下多次的通过次数是有利的。然而可以确认也有在一部分中1次有利的情况。
上述的各实施方式的多次的通过次数，不仅是奇数次，也可以是偶数次。
接着，对本发明的钢材制造设备的实施方式进行说明。
在图6表示本发明的钢材制造设备的另一例。
此制造设备，在同一热轧生产线上，具有由加热炉21、辊轧机22、加速冷却装置23、矫正装置24、多台(在此为3台)感应加热装置26构成的感应加热设备25。此外，还附带有用于设定输送钢材20的输送辊27的速度的输送速度设定装置28；用于向各感应加热装置26供给电力的电力供给装置29；控制加热炉21的加热炉控制计算机31；控制辊轧机22的轧制控制计算机32；控制加速冷却装置23的冷却控制计算机33；用于控制感应加热设备25的运算装置34；和进行整体生产管理的生产管理计算机40。在加热炉21的出口侧设置温度计30a，在辊轧机22的出口侧设置温度计30b，在冷却装置23的出口侧设置温度计30c，在矫正装置24的入口侧设置温度计30d和温度计30e，在各感应加热装置26的感应加热设备25出入口侧设置温度计30f～30k。
在上述制造设备中，钢材20，在加热炉21中加热后，通过辊轧机22轧制，然后通过加速冷却装置23加速冷却。其后，在矫正形状的矫正装置24进行矫正后，通过感应加热装置26进行热处理。
此时，加热炉控制计算机31、轧制控制计算机32、冷却控制计算机33，对钢材20处于哪个位置进行跟踪，将此信息输入运算装置34中。运算装置34进行规定的运算，决定感应加热设备25的钢材的通过次数和输送速度以及加热电力，将其结果向输送速度设定装置28和电力供给装置29输出，由此对感应加热设备25进行控制。
接着，使用图7～10对加热炉控制计算机31、轧制控制计算机32、冷却控制计算机33、运算装置34处理的内容进行说明。
在图7中表示用于控制加热炉21的加热炉控制计算机31的构成。
加热炉控制计算机31由输入装置31a、输入输出控制部31b、中央处理装置31c、存储装置31d、输出装置31e构成。而且存储装置31d可以是固定磁盘、软盘、存储器中的任何一种。以下所述的其他计算机的存储装置也是同样。
在图8中表示用于控制辊轧机22的轧制控制计算机32的构成。
轧制控制计算机32，由输入装置32a、输入输出控制部32b、中央处理装置32c、存储装置32d、输出装置32e构成。
在图9中表示用于控制冷却装置23的冷却控制计算机33的构成。
冷却控制计算机33，由输入装置33a、输入输出控制部33b、中央处理装置33c、存储装置33d、输出装置33e构成。
在图10中表示用于控制感应加热设备25的运算装置34的构成。
运算装置34，由输入装置34a、输入输出控制部34b、中央处理装置34c、第一存储装置34d、第二存储装置34e、第三存储装置34f、输出装置34g构成。
首先，加热炉控制计算机31、轧制控制计算机32、冷却控制计算机33，从生产管理计算机40得到现在正在处理中或者即将进行处理的钢材20的各种信息(钢材信息)，存储于各自的存储装置中，根据包括在此钢材信息中的尺寸(宽度、厚度、长度)、加热目标温度、钢种等，通过预先进行设定或者计算，设定加热炉21、辊轧机22、冷却装置23的操作条件，并进行以下的处理。
即，加热炉控制计算机31，例如，如图7所示，用输入装置31a接收加热炉出口侧温度计30a的信号输出，通过输入输出控制部31b，用中央处理装置31c以一定时间周期(例如100msec)对温度进行监视。例如通过每一段单位时间的温度变化，对钢材20是否已从加热炉21出口侧输出进行判断。将此时从加热炉21输出的时刻作为加热结束时刻而写入存储装置31d中，并通过输出装置31e传送至运算装置34。时刻可以使用安装在加热炉控制计算机31内部的计数现在时刻的计时功能，也可以参照从生产管理计算机40输入的时刻或从外部输入的时刻。
此外，轧制控制计算机32，例如，如图8所示，用输入装置32a接收辊轧机出口侧温度计30b的信号输出，通过输入输出控制部32b，用中央处理装置32c以一定时间周期(例如100msec)对温度进行监视。通过每一段单位时间的温度变化，对钢材20是否从辊轧机22出口侧输出进行判断。轧制控制计算机32也将此时的钢材20已离开辊轧机22的时刻作为轧制结束时刻而写入存储装置32d中，并通过输出装置32传送至运算装置34。时刻的设定，与加热炉控制计算机31相同，通过内部的计时功能或者参照来自生产管理计算机40或外部的输入而进行。
此外，冷却控制计算机33，例如，如图9所示，用输入装置33a接收冷却装置出口侧温度计30c的信号输出，通过输入输出控制部33b，用中央处理装置33c以一定时间周期(例如100msec)对温度进行监视。通过每一段单位时间的温度变化，对钢材20是否已从冷却装置23出口侧输出进行判断。将此时钢材20离开冷却装置23的时刻作为冷却结束时刻写入存储装置33d中。此外，输入从生产管理计算机40传送来的钢材信息、从加热炉控制计算机31传送来的加热结束时刻，从轧制控制计算机32传送来的轧制结束时刻，写入存储装置33d。通过输出装置33e，将钢材信息、冷却结束时刻输送至运算装置34。时刻设定与加热炉控制计算机31相同，可以通过内部的计时功能或者参照来自生产管理计算机40或外部的输入而进行。
运算装置34，通过输入装置34a以及输入输出控制部34b将来自生产管理计算机40的钢材信息、来自加热炉控制计算机31的加热结束时刻、来自轧制控制计算机32的轧制结束时刻、和来自冷却控制计算机33的冷却结束时刻送往中央处理装置34c，写入第1存储装置34d。此外，向第2存储装置34e中预先写入以下内容：设定由钢材20的尺寸和升温量的组合条件所决定的在感应加热设备25允许的通过次数的表；对应此通过次数，设定由钢材20的尺寸和升温量的组合条件所决定的感应加热设备25内的钢材20的输送速度的多个对应表；和设定通过次数和输送速度被决定时，由钢材20的尺寸和升温量决定的消费电力的多个表。在决定通过次数、输送速度、加热电力时参照这些表。此外，向第3存储装置34f中写入运算装置34算出的、由钢材的条件所允许的作为通过次数、输送速度和电力的组合的热处理模式，和下一钢材的冷却结束的预定时刻。运算装置34，通过以下所述的运算处理，决定钢材20在感应加热设备25中的通过次数、输送速度和加热电力，通过输入输出控制部34b从输出装置34g向输送速度设定装置28输出通过次数和输送速度，向电力供给装置29输出加热电力值。在这里，所谓的热处理模式，是指用于在感应加热设备25对钢材进行热处理，以得到期望特性的对感应加热设备25的设定参数组合的条件，在此实施方式中，是通过次数、输送速度和电力的组合，但是除此之外，也可以加上配合钢材的长度位置而改变电力设定值和输送速度的设定值、改变每次通过所使用的感应加热设备的台数的条件等对钢材的加热温度变化产生影响的参数，作为热处理模式。
以下，对运算装置34中的用于决定上述热处理模式(通过次数、输送速度和电力的组合)的运算处理的顺序，使用图11～14进行说明。在以下的运算中，将通过次数作为求出种种热处理模式用的基准参数，首先对几个通过次数求出热处理模式，而后选择时间以及电力等的最优热处理模式。
图11是表示运算处理整体的流程的图。
在前一钢材的运算结束的时刻，开始对对象材(在现在加热处理中的钢材后进行加热处理的钢材)的运算，以下面的步骤1～4的顺序进行运算。
步骤1：根据尺寸和升温量，将可加热的通过次数(例如1次、3次和5次)作为用于参照第2存储装置34e的可加热的通过次数表而进行下一步骤以后的运算的通过次数的候补。
步骤2：根据步骤1中选择的通过次数，算出对应各次数的输送速度和加热电力。如图12所示，计算输送速度和加热电力的方法，有由预先设定的表根据条件参照输送速度和加热电力而决定的方法，和根据热处理条件由加热模型计算，算出最优解的方法。因此，在最初判断参照表而求出输送速度还是通过最优化计算求出输送速度。通常选择可以高精度地进行温度控制的最优化计算，但是在不需要高精度，温度条件不严格时，或者在对具有以前未有的成分的钢材进行热处理时，也可能参照表而进行。
在输送速度不参照表时，通过最优化计算决定输送速度和加热电力，算出处理时间。
另一方面，在输送速度参照表时，根据通过次数、钢材的尺寸和升温量的值，参照存储在第2存储装置34e中的速度表，算出输送速度。
同样地，对加热电力也判断参照表而决定还是通过最优化计算而决定。
在不参照表时，通过最优化计算求出加热电力后，算出处理时间，决定加热电力。
另一方面，在加热电力参照表时，根据通过次数、输送速度、钢材的尺寸和升温量的值，参照存储在第2存储装置34e中的电力表算出加热电力。
由于上述的运算只对步骤1中成为候补的通过次数的部分进行计算，例如在1次、3次和5次成为候补时只分别对其进行计算，因而进行总计3次的运算，算出对应各次数的输送速度、加热电力和处理时间。在这里算出的结果存储在第3存储装置34f。
步骤3：根据步骤2算出的结果决定最优通过次数。如图13所示，使用冷却装置出口侧温度计30c检查对象材的冷却是否结束。这是因为，为了正确算出在感应加热设备25的热处理可以允许的时间(目标处理时间)，需要以离开冷却装置23的时刻为基准算出时间。目标处理时间通常设定为使下一钢材在热处理工序的前一工序不需待机的时间，或者在超过目标处理时间时，设定为使下一钢材的待机时间为最短的时间。然后在对象材离开冷却装置23的时刻开始运算。
首先，取得下一钢材的冷却结束预定时刻，求出与对象材的冷却结束时刻的时间差，算出对象材的目标处理时间。在这里根据冷却结束时刻算出目标处理时间，但是也可以根据到达感应加热设备25的时刻算出目标处理时间。
接着，判断是否使处理时间优先。通常由于处理时间越短电力越少，因而使处理时间优先，选择处理时间最短的通过次数。在处理时间不优先时，例如下一钢材的输送延迟，目标处理时间很长时，选择在目标处理时间内完成加热的条件中加热电力最小的通过次数。
步骤4：最后，对应步骤3决定的通过次数，决定输送速度和加热电力。也就是由此决定感应加热设备25的热处理模式。
在上述步骤中，虽然由钢材的尺寸和升温量算出了通过次数、输送速度和电力，但是此外也可以将钢种加到条件中。
接着，使用图14对步骤3所述的下一钢材冷却结束预定时刻的算出方法进行说明。
通过各计算机31～33跟踪钢材20的位置。跟踪的方法，通过加热炉出口侧温度计30a、辊轧机出口侧温度计30b的输出而进行，也可以使用利用红外线等的通过检测传感器，或者在辊轧机内利用轧辊的负荷开/关或者电动机的电流负荷等值。
首先，控制加热炉21的加热炉控制计算机31跟踪下一钢材，存储下一钢材离开加热炉21的时刻，并将此时刻数据送往运算装置34。
运算装置34，根据输入的时刻数据，由输送速度和移动距离算出下一钢材离开冷却装置23的预定时刻。算出的下一钢材的冷却结束预定时刻记录在运算装置34的第3存储装置34f中。
而且，控制辊轧机22的轧制控制计算机32也跟踪下一钢材，存储下一钢材离开辊轧机22的时刻，并将此时刻数据送往运算装置34。
运算装置34，根据输入的时刻数据，再次由输送速度和移动距离算出下一钢材离开冷却装置23的预定时刻。算出的下一钢材的冷却结束预定时刻更新写入运算装置34的第3存储装置34f。由此可以进而正确地算出下一钢材的冷却结束预定时刻。此时，在运算装置34进行冷却结束预定时刻的计算，但也可以在加热炉控制计算机31、轧制控制计算机32、冷却控制计算机33进行，而将其结果传送至运算装置34。
本发明的制造方法，不仅使钢材的厚度方向的温度分布变得均匀，还可以适用于在板厚方向设置温度差的情况。
实施例
使用如图1以及图2所示的钢材制造设备进行钢材的在线热处理。在此，感应加热装置构成为直列配置3台螺线管型感应加热装置。钢材A、B通过水冷装置加速冷却至400℃，钢材C、D进行淬火处理至100℃。冷却后进行回火热处理以使板厚中心部达到600℃。钢材表面温度的上限为这些钢材的Ac1相变点720℃。
在表2表示使钢材A-D的通过次数为1次和3次而进行热处理时的热处理时间。
在此，求出使通过次数为1次和3次而进行时的输送速度和电能，判断以哪一方进行处理。可知最优化的结果、使热处理时间变短的做法是：钢材A和C需要进行1次，钢材B、D需要进行3次。
在此实施例中，控制钢材的中心温度成为预定的温度，但是也可以控制钢材内部任意位置的温度而不是中心部的温度。
表2
  A   B   C   D
 钢材尺寸(厚度×宽度mm)   15×3500   25×3500   15×3500   25×3500
 加热前温度(℃)   400   400   100   100
 热处理温度(℃)   600   600   600   600
 升温量(℃)   200   200   500   500
 通过次数为1次时的输送速度(m/s)   0.33   0.17   0.17   0.08
 通过次数为1次时的电力(kWh)   15.7   28.2   33.7   58.7
 通过次数为1次时的热处理时间(s)   186.0   324.0   366.0   642.0
通过次数为3次时的输送速度(m/s)   第1次   0.67   0.33   0.33   0.17
  第2次   1.17   0.83   0.67   0.5
  第3次   1.0   0.67   0.5   0.33
 通过次数为3次时的电力(kWh)   22.8   30.4   40.4   71.0
 通过次数为3次时的热处理时间(s)   207.4   308.1   396.0   589.0

Claims (24)

1.一种钢材的制造方法，具有使热轧后在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材至少1次通过设置在所述热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序，
并且，使通过次数、输送速度和向各感应加热装置供给的电力为变量，求出钢材的表面和中心的温度，以使热处理时间为这些温度进入规定温度范围内时的最短热处理时间的次数而对钢材进行热处理，
在此，使热处理时间为最短的通过次数按照如下顺序决定：
(1)取得钢材的尺寸和需要升温量、
(2)求出假定通过次数为1次时的输送速度和电力设定、
(3)求出假定通过次数为2次以上的多次的N次时的输送速度和电力设定、
(4)决定使热处理时间为最短的通过次数，用此时钢材的输送速度和电力。
2.如权利要求1所述的钢材的制造方法，求出顺序(2)～(3)的各通过次数的钢材的输送速度和感应加热装置的电力设定的方法为；假定以1次以及2次以上的多次的N次对所述钢材进行热处理，使变量为各次钢材的输送速度和各感应加热装置的电力，使制约条件为钢材的表面温度和中心温度在规定温度范围内，目标函数按每1次以及N次的通过次数解决由热处理时间以及/或者消费电能构成的最优化问题。
3.如权利要求2所述的钢材的制造方法，预先解决顺序(2)～(3)的最优化问题，按所述钢材的1次以及N次的每通过次数与所述钢材的尺寸对应，将所述钢材的各次输送速度表格化以及/或者将各感应加热装置的电力设定表格化。
4.如权利要求1所述的钢材的制造方法，使通过次数为3次以上而进行热处理时，对每次通过改变钢材的输送速度。
5.如权利要求1所述的钢材的制造方法，在使通过次数为3次以上的n次时，使第n次和第(n-1)次钢材的输送速度比第(n-2)次以前的钢材的输送速度快。
6.一种钢材的制造方法，具有使热轧后在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材至少1次通过设置在所述热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序，
并且，使通过次数、输送速度和向各感应加热装置供给的电力为变量，求出钢材的表面和中心的温度，以使热处理时间为这些温度进入规定温度范围内时的进入目标时间内的通过次数而对钢材进行热处理，
在此，使热处理时间为进入目标时间内的次数按照如下顺序决定：
(1)取得钢材的尺寸和需要升温量、
(2)求出假定通过次数为1次时的输送速度和电力设定、
(3)求出假定通过次数为2次以上的多次的N次时的输送速度和电力设定、
(4)决定使热处理时间为进入目标时间内的通过次数，用此时钢材的输送速度和电力。
7.如权利要求6所述的钢材的制造方法，求出顺序(2)～(3)的各通过次数的钢材的输送速度和感应加热装置的电力设定的方法为；假定以1次以及2次以上的多次的N次对所述钢材进行热处理，使变量为各次钢材的输送速度和各感应加热装置的电力，使制约条件为钢材的表面温度和中心温度在规定温度范围内，目标函数按每1次以及N次的通过次数解决由热处理时间以及/或者消费电能构成的最优化问题。
8.如权利要求7所述的钢材的制造方法，预先解决顺序(2)～(3)的最优化问题，按所述钢材的1次以及N次的每通过次数与所述钢材的尺寸对应，将所述钢材的各次输送速度表格化以及/或者将各感应加热装置的电力设定表格化。
9.如权利要求6所述的钢材的制造方法，将目标时间设定为使下一钢材不需在前工序待机的时间，或者在超过所述目标时间时，使所述目标时间为使所述下一钢材的待机时间为最短的时间。
10.如权利要求9所述的钢材的制造方法，根据下一钢材冷却结束的时刻或者所述下一钢材到达感应加热装置的时刻而算出目标时间。
11.如权利要求9所述的钢材的制造方法，热处理时间为目标时间内的次数中使消费电力为最小的次数。
12.一种钢材的制造方法，具有热轧后使在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材至少1次通过设置在所述热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序，
并且，使通过次数、输送速度和向各感应加热装置供给的电力为变量，求出钢材的表面和钢材内部的规定位置的温度，以使所述钢材的表面温度不超过规定的上限温度且所述钢材内部的规定位置的温度达到目标温度前的处理时间进入目标时间以内而对钢材进行热处理：
在此，使热处理时间为进入目标时间内的热处理条件按照如下顺序决定：
(1)取得钢材的尺寸和需要升温量、
(2)求出假定通过次数为1次时的输送速度和电力设定、
(3)求出假定通过次数为2次以上的多次的N次时的输送速度和电力设定、
(4)决定使热处理时间为进入目标时间内的通过次数，用此时钢材的输送速度和电力。
13.如权利要求12所述的钢材的制造方法，求出顺序(2)～(3)的各通过次数的钢材的输送速度和感应加热装置的电力设定的方法为；假定以1次以及2次以上的多次的N次对所述钢材进行热处理，使变量为各次钢材的输送速度和各感应加热装置的电力，使制约条件为所述钢材的表面温度不超过规定的上限温度且所述钢材内部的规定位置的温度达到目标温度，目标函数按每1次以及N次的通过次数解决由热处理时间以及/或者消费电能构成的最优化问题。
14.如权利要求13所述的钢材的制造方法，预先解决顺序(2)～(3)的最优化问题，按所述钢材的1次以及N次的每通过次数与所述钢材的尺寸对应，将所述钢材的各次输送速度表格化以及/或者将各感应加热装置的电力设定表格化。
15.如权利要求12所述的钢材的制造方法，将目标时间设定为使下一钢材不需在前工序待机的时间，或者在超过所述目标时间时，使所述目标时间为使所述下一钢材的待机时间为最短的时间。
16.如权利要求15所述的钢材的制造方法，在目标时间内完成钢材的加热，使消费电力为最小而进行钢材的加热。
17.如权利要求15所述的钢材的制造方法，在使通过次数为3次以上而进行热处理时，使最后1次钢材的输送速度比第1次钢材的输送速度快。
18.一种钢材的制造方法，具有热轧后使在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材至少1次通过设置在所述热轧生产线上的多台感应加热装置而进行热处理的工序，
并且，使通过次数、输送速度和向各感应加热装置供给的电力为变量，求出钢材的表面和钢材内部的规定位置的温度，以使所述钢材的表面温度不超过规定的上限温度且所述钢材内部的规定位置的温度达到目标温度前的处理时间为最短而对钢材进行热处理：
在此，使热处理时间为最短的热处理条件按照如下顺序决定：
(1)取得钢材的尺寸和需要升温量、
(2)求出假定通过次数为1次时的输送速度和电力设定、
(3)求出假定通过次数为2次以上的多次的N次时的输送速度和电力设定、
(4)使热处理时间为最短的通过次数，用此时钢材的输送速度和电力。
19.如权利要求18所述的钢材的制造方法，求出顺序(2)～(3)的各通过次数的钢材的输送速度和感应加热装置的电力设定的方法为；假定以1次以及2次以上的多次的N次对所述钢材进行热处理，使变量为各次钢材的输送速度和各感应加热装置的电力，使制约条件为所述钢材的表面温度不超过规定的上限温度且所述钢材内部的规定位置的温度达到目标温度，目标函数按每1次以及N次的通过次数解决由热处理时间以及/或者消费电能构成的最优化问题。
20.如权利要求19所述的钢材的制造方法，预先解决顺序(2)～(3)的最优化问题，按所述钢材的1次以及N次的每通过次数与所述钢材的尺寸对应，将所述钢材的各次输送速度表格化以及/或者将各感应加热装置的电力设定表格化。
21.如权利要求18所述的钢材的制造方法，在使通过次数为3次以上而进行热处理时，使最后1次的钢材的输送速度比第1次的钢材的输送速度快。
22.一种钢材的制造方法，具有使热轧后在热轧生产线上淬火或者加速冷却的钢材3次以上通过设置在所述热轧生产线上的2～5台感应加热装置而进行热处理的工序。
23.如权利要求22所述的钢材的制造方法，以使下一钢材可以不在前工序待机的时间内的通过次数，或者下一钢材在前工序待机时，以使待机时间为最短的通过次数进行热处理。
24.如权利要求23所述的钢材的制造方法，在使通过次数为3次以上而进行热处理时，使最后1次钢材的输送速度比第1次钢材的输送速度快。
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