CN101274334A - 轧制形状控制方法及轧制形状控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轧制形状控制系统，将招致轧制作业异常的事态防患于未然，能够进行更稳定的轧制作业。轧制形状控制系统(21)用于将自输入侧张力卷取机(3)抽出的被轧制材料(4)由轧制机(2)轧制后卷取到输出侧张力卷取机(6)的轧制设备(1)，基于由目标形状产生装置(15)生成的目标形状(33)进行被轧制材料的形状控制。另外，轧制形状控制系统(21)具备板厚变化宽度方向比获取装置(22)和目标形状变更装置(23)，由板厚变化宽度方向比获取装置求取被轧制材料的轧制引起的板厚变化在被轧制材料的宽度方向的比值即板厚变化宽度方向比(24)，目标形状变更装置基于该板厚变化宽度方向比变更目标形状。

Description

轧制形状控制方法及轧制形状控制系统

技术领域

本发明涉及一种冷轧的形状控制。

背景技术

图7中模式化表示现有的冷轧用的轧制设备的基本构成。轧制设备1具备轧制机2，通过轧制机2上的上下作业辊5、5的挤压对从输入侧张力卷取机3抽出的被轧制材料4负载轧制负荷，同时进行被轧制材料4的轧制，并用输出侧张力卷取机6卷取该轧制后的被轧制材料4。在此，输入侧为被轧制材料4进入轧制机2的一侧，输出侧为被轧制材料4自轧制机2输出的一侧。

在轧制设备1的轧制中，被轧制材料4延展，但该延展在被轧制材料的宽度方向未必是均匀的。即，受到轧制的被轧制材料4其延展在宽度方向产生分布。这种延展的不均匀性在被轧制材料4的长度方向上产生波动。即，在宽度方向以均匀的板速度从输入侧张力卷取机3抽出，且同样在宽度方向以均匀的板速度由输出侧张力卷取机6卷取的被轧制材料4位于输入侧张力卷取机3和输出侧张力卷取机6之间，在宽度方向具有因宽度方向上的延展的不同而不同的板速度，由于该宽度方向上的板速度的不同而在长度方向产生波动。

被轧制材料4的波动与轧制制品的品质也有关系，但主要对轧制操作的稳定性造成问题。因此，在轧制设备1上，通常以能够将波动抑制在一定以下的控制为形状控制来进行，且设有用于该形状控制的轧制形状控制系统11。

轧制形状控制系统11具备输入侧形状控制装置12和输出侧形状控制装置13。输入侧形状控制装置12进行输入侧形状控制作为前馈控制，该前馈控制基于来自检测轧制机2的输入侧的被轧制材料4的形状的输入侧形状检测器14的检测数据、和由目标形状产生装置15生成的目标形状。另一方面，输出侧形状控制装置13进行输出侧形状控制作为反馈控制，该反馈控制基于来自检测轧制机2的输出侧的被轧制材料4的形状的输出侧形状检测器16的检测数据、和由目标形状产生装置15生成的目标形状。而且，基于将这些输入侧形状控制和输出侧形状控制组合而生成的控制输出，例如对作业辊5负载弯曲负荷，或者进行使由伴随轧制的发热来加热的作业辊5的温度状态局部不同这样的作业辊5的冷却，由此进行抑制波动、即抑制延展的不均匀性的形状控制。

在此，形状控制中的“形状”是被轧制材料4的波动程度，直接由延展差率表示。即，延展差率乃至延展差率的分布(延展差率的宽度方向分布)为形状控制中的直接的“形状”。因此，输入侧形状检测器14及输出侧形状检测器16例如以50mm为单位检测间隔，按每个该单位检测间隔检测延展差率并输出。这样，由于形状控制中的“形状”由延展差率表示，故用于形状控制的目标形状由延展差率的分布规定。这种目标形状的生成需要被轧制材料4的板厚、板宽、材质等信息，但这些信息通常由自外部提供的轧制程序17得到。

有关以上的形状控制，例如专利文献1及专利文献2等中已有公开的例子。

专利文献1：特开平3-184614号公报

专利文献2：特开2006-346721号公报

上述那样的形状控制中，例如以接近扁平的形状、即接近延展差率分布为扁平的状态的形状为目标形状进行。该情况下，对应于轧制机2的输入侧的形状，在轧制机2的轧制状态下，在宽度方向产生差值，且板厚的减少率(压下率)在宽度方向上不同。当这样的压下率在宽度方向的差值、例如被轧制材料4的一方的侧边部和另一方的侧边部之间的压下率的差值增大到一定以上时，可能带来如下轧制作业的异常，即，导致被轧制材料4自轧制机2的中心偏离这样的被轧制材料4的蛇行，或者更差的情况是被轧制材料4被轧制机2压断。

发明内容

本发明是以上述情况为背景而开发的，其课题在于，提供一种形状控制方法，将导致轧制作业的异常的事态防患于未然，能够进行更稳定的轧制作业，还提供一种形状控制装置，其用于执行上述形状控制方法。

如上所述，形状控制是为了实现轧制作业的稳定化而以抑制被轧制材料的波动为主线进行的。因此，形状控制中，目标形状未必是绝对的，例如在以接近扁平的形状即近似扁平形状为目标形状的情况下，对偏离近似扁平形状的形状变更目标形状，也能够进行有效的形状控制。

本发明基于这种观点，将被轧制材料的输入侧和输出侧的板厚变化在宽度方向的比值即板厚变化宽度方向比作为压下率的宽度方向差求出，根据该板厚变化宽度方向比来变更目标形状，进行形状控制，通过进行这样的形状控制，压下率差不会增大到一定以上，由此可将招致轧制作业的异常的本身防患于未然。具体而言，提供一种轧制形状控制方法，用于将自输入侧的卷取机抽出的被轧制材料由轧制机轧制后卷取到输出侧的卷取机上的轧制设备，基于规定的目标形状进行所述被轧制材料的形状控制，其特征在于，基于所述被轧制材料的轧制引起的板厚变化在所述被轧制材料的宽度方向的比值即板厚变化宽度方向比，变更所述目标形状。

作为成为目标形状变更的指标的压下率的宽度方向差，一个优选的方式是使用在被轧制材料的一侧的侧边部和另一侧的侧边部之间的压下率的差值。即，有关上述的轧制形状控制方法，优选将成为目标形状变更的指标的板厚变化宽度方向比设为在一侧的侧边部和另一侧的侧边部之间的板厚变化宽度方向比来代替压下率的宽度方向差。

由此，本发明中，有关上述的轧制形状控制方法，使用相对于所述被轧制材料在其一侧的侧边部于所述输入侧设定的第一输入侧板厚评价点的第一输入侧板厚、相对于所述被轧制材料在所述第一输入侧板厚评价点的相反侧的侧边于所述输入侧设定的第二输入侧板厚评价点的第二输入侧板厚、相对于所述被轧制材料与所述第一输入侧板厚评价点位置对应地于所述输出侧设定的第一输出侧板厚评价点的第一输出侧板厚、及相对于所述被轧制材料与所述第二输入侧板厚评价点位置对应地于所述输出侧设定的第二输出侧板厚评价点的第二输出侧板厚，作为第一输出侧板厚相对于第一输入侧板厚的关系和第二输出侧板厚相对于第二输入侧板厚的关系，求取所述板厚变化宽度方向比。

这种情况下，更优选的是，作为(第一输出侧板厚/第一输入侧板厚)/(第二输出侧板厚/第二输入侧板厚)，求取所述板厚变化宽度方向比。

提供一种轧制设备形状控制系统，其用于所述轧制形状控制方法的执行，其构成为，具备用于求取所述板厚变化宽度方向比的板厚变化宽度方向比获取机构，并且还具备用于变更所述目标形状的目标形状变更机构。

发明效果

根据以上的本发明，可将招致轧制作业的异常的事态防患于未然，从而能够进行更稳定的轧制作业。

附图说明

图1是用与轧制设备的关系表示第一实施方式的轧制设备形状控制系统的构成的图；

图2是表示轧制设备中的输入侧·输出侧关系模型的图；

图3是用延展差率表示图2中输入侧·输出侧关系模型中的输入侧和输出侧的形状的图；

图4是表示产生压下率的宽度方向差时的输出侧形状和输入侧形状的例子的图；

图5是表示板厚变化宽度方向比获取装置的功能的构成例的图；

图6是表示目标形状变更装置的功能的构成例的图；

图7是表示现有的轧制设备构成的图。

符号说明

1  轧制设备

2  轧制机

3  输入侧张力卷取机

4  被轧制材料

6  输出侧张力卷取机

21 轧制形状控制系统

22 板厚变化宽度方向比获取装置(板厚变化宽度方向比获取机构)

23 目标形状变更装置(目标形状变更机构)

24  板厚变化宽度方向比

33  目标形状

HDS 第二输入侧板厚

HWS 第一输入侧板厚

hDS 第二输出侧板厚

hWS 第一输出侧板厚

MDS 第二输入侧板厚评价点

MWS 第一输入侧板厚评价点

mDS 第二输出侧板厚评价点

mWS 第一输出侧板厚评价点

具体实施方式

下面，对用于实施本发明的方式进行说明。图1中，将一实施方式的轧制设备形状控制系统的构成以其与轧制设备的关系进行表示。轧制设备1与图7所示的轧制设备1相同。因此，对于轧制设备1，引用图7中的说明。轧制形状控制系统21基本上与图7的轧制形状控制系统11相同，不同点是附加了板厚变化宽度方向比获取装置22和目标形状变更装置23。

板厚变化宽度方向比获取装置22为板厚变化宽度方向比获取机构，对于被轧制材料4的输入侧和输出侧的板厚的变化，求取在宽度方向的比即板厚变化宽度方向比(板厚变化比率)24。图2表示用于说明这种板厚变化宽度方向比获取装置22的功能的输入侧·输出侧关系模型。图2的输入侧·输出侧关系模型是将由作业辊5轧制的被轧制材料4作成俯视看到的状态表示的，以图中上侧为输入侧，以图中下侧为输出侧。成为形状控制的控制对象的形状是被轧制材料4的波动程度，由于其更直接地说是延展差率的分布，故需要对被轧制材料4的宽度方向进行定义。图的输入侧·输出侧关系模型中，将被轧制材料4的左侧定义为WS侧，将右侧定义为DS侧。另外，WS是轧制设备1上的操作员的作业空间的某作业侧(work side)略语，DS是设有用于驱动轧制机2的电动机的驱动侧(driveside)的略语。

如上所述，作为目标形状变更的指标即压下率的宽度方向差，优选使用被轧制材料的一方的侧边部和另一方的侧边部之间的压下率的差值。因此，在WS侧的侧边部设定WS侧形状评价位置PWS，在DS侧的侧边部设定DS侧形状评价位置PDS。另外，对于WS侧形状评价位置PWS，在输入侧设定第一输入侧板厚评价点MWS，在输出侧设定第一输出侧板厚评价点mWS，对于DS侧形状评价位置PDS，在输入侧设定第二输入侧板厚评价点MDS，在输出侧设定第二输出侧板厚评价点mDS。而且，以第一输入侧板厚评价点MWS的板厚为第一输入侧板厚HWS，以第一输出侧板厚评价点mWS的板厚为第一输出侧板厚hWS，以第二输入侧板厚评价点MDS的板厚为第二输入侧板厚HDS，以第二输出侧板厚评价点mDS的板厚为第二输出侧板厚hDS，另外，以WS侧形状评价位置PWS的输入侧的板厚速度为VWS，以DS侧形状评价位置PDS的输入侧的板厚速度为VDS，以WS侧形状评价位置PWS的输出侧的板厚速度为vWS，以DS侧形状评价位置PDS的输出侧的板厚速度为vDS。

就轧制机2进行的轧制而言，被轧制材料4向轧制机2流入的流入质量和被轧制材料4从轧制机2流出的流出质量为一定的质量流第一定律(マスフロ一一定則)成立。通过该质量流第一定律，下记式(1)和式(2)的关系成立。

数式1

H_DS·V_DS＝h_DS·v_DS             (1)

H_WS·V_WS＝h_WS·v_WS             (2)

被轧制材料4的形状如上所述，为板的波动程度，更直接地说是延展差率在宽度方向上的差异，进而也有在宽度方向上的板速度的差异。在这种形状的情况下，在输出侧，由于输出侧张力卷取机6上的WS侧和DS侧的卷取速度相同，故当假设WS侧板厚速度vWS比DS侧板厚速度vDS大时，来自轧制机2的每单位时间的被轧制材料4的流出长度在WS侧比在DS侧长，WS侧的波动增大。将其称作输出侧WS侧延展。另一方面，在输入侧，由于输入侧张力卷取机3上的WS侧和DS侧的抽出速度相同，故当假设WS侧板厚速度VWS比DS侧板厚速度VDS大时，向轧制机2流入的每单位时间的被轧制材料4的流入质量在DS侧比在WS少，DS侧的波动变大。将其称作输入侧DS侧延展。

将以上的输入侧和输出侧的形状用延展差率表示而示于图3。图3中(a)为输入侧形状，图3中(b)为输出侧形状，延展差率的+侧(箭头方向)成为被轧制材料4的波动大的方向。

其次，以如上的输入侧·输出侧关系模型为前提，考虑输出侧形状和输入侧形状处于图4所示的关系的情况。图4中(a)的输出侧形状为WS侧和DS侧的各自的延展差率相同的扁平形状。该情况下，下记式(3)成立。

数式2

v_DS＝v_WS                         (3)

因此，由式(1)和式(2)得到下记式(4)。

数式3

$\frac{H_{\mathrm{DS}}}{h_{\mathrm{DS}}}{V}_{\mathrm{DS}}=\frac{H_{\mathrm{WS}}}{h_{\mathrm{WS}}}{V}_{\mathrm{WS}}...\left(4\right)$

另一方面，在图4中(b)的输入侧形状方面，成为DS侧延展的状态。该情况下，WS侧板厚速度VWS和DS侧板厚速度VDS为下记式(5)的关系，通过将该关系应用于式(4)，下记式(6)成立。

数式4

V_DS＜V_WS                       (5)

这表示的是，WS侧的输入侧和输出侧的板厚比(第一输入侧板厚评价点MWS的第一输入侧板厚HWS和第一输出侧板厚评价点mWS的第一输出侧板厚hWS的比值)比DS侧的输入侧和输出侧的板厚比(第二输入侧板厚评价点MDS的第二输入侧板厚HDS和第二输出侧板厚评价点mDS的第二输出侧板厚hDS的比值)大。即，成为WS侧的压下率比DS侧的压下率大的状态。这样，使输出侧为扁平形状，且使输出侧形状和输入侧形状不同，以使在输入侧的WS侧和DS侧使延展差率不同，由此，轧制机2进行轧制的状态在宽度方向不同，压下率在宽度方向产生差。而且，当压下率的宽度方向差增大到一定以上时，如上所述，可能带来如下轧制作业的异常，即，导致被轧制材料4自轧制机2的中心偏离这样的被轧制材料4的蛇行，进而更差的情况是被轧制材料4被轧制机2压断。

在此，上述的压下率的宽度方向差由形状控制中的与目标形状的关系决定其大小。因此，若能够适宜变更目标形状，则能够有效地防止可能带来轧制作业的异常的某压下率的宽度方向差的产生。对此求出压下率的宽度方向差，基于该压下率的宽度方向差变更目标形状是有效的。

由此，利用板厚变化宽度方向比获取装置22求取压下率的宽度方向差作为板厚变化宽度方向比24。板厚变化宽度方向比获取装置22如图5所示，具备板厚变化宽度方向比运算机构25，其使用输入侧形状检测器14和输出侧形状检测器16各自的检测数据，利用板厚变化宽度方向比运算机构25算出板厚变化宽度方向比24。板厚变化宽度方向比运算机构25进行的板厚变化宽度方向比24的运算可如下进行。

输入侧形状检测器14或输出侧形状检测器16如上那样来检测形状，作为每单位检测间隔的延展差率。该延展差率由下记式(7)定义。其中，ε为延展差率，l为基准延展，Δl为相对于基准延展在单位检测部位的延展的偏差。

数式5

$\mathrm{\ϵ}=\frac{\mathrm{\Δl}}{l}...\left(7\right)$

设图2中的WS侧形状评价位置PWS和DS侧形状评价位置PDS各自的输出侧WS侧的形状(第一输出侧板厚评价点mWS的形状)为εDWS，设输出侧DS侧的形状(第二输出侧板厚评价点mDS的形状)为εDDS，设输入侧WS侧的形状(第一输入侧板厚评价点MWS的形状)为εEWS，设输入侧DS侧的形状(第二输入侧板厚评价点MDS的形状)为εEDS时，WS侧形状评价位置PWS和DS侧形状评价位置PDS各自的WS侧的板速度和DS侧的板速度的比值在输出侧由下记式(8)表示，在输入侧由下记式(9)表示。

数式6

$\frac{v_{\mathrm{WS}}}{v_{\mathrm{DS}}}=\frac{1+{\mathrm{\ϵ}}_D\mathrm{WS}}{1+{\mathrm{\ϵ}}_D\mathrm{DS}}...\left(8\right)$

$\frac{V_{\mathrm{WS}}}{V_{\mathrm{DS}}}=\frac{1+{\mathrm{\ϵ}}_E\mathrm{WS}}{1+{\mathrm{\ϵ}}_E\mathrm{DS}}...\left(9\right)$

因此，下记式(10)成立，作为(第一输出侧板厚hWS/第一输入侧板厚HWS)/(第二输出侧板厚hDS/第二输入侧板厚HDS)，可求出板厚变化宽度方向比24。

数式7

$\frac{\frac{v_{\mathrm{WS}}}{v_{\mathrm{DS}}}}{\frac{V_{\mathrm{WS}}}{V_{\mathrm{DS}}}}=\frac{\frac{H_{\mathrm{WS}}}{h_{\mathrm{WS}}}}{\frac{H_{\mathrm{DS}}}{h_{\mathrm{DS}}}}=\frac{\frac{h_{\mathrm{DS}}}{H_{\mathrm{DS}}}}{\frac{h_{\mathrm{WS}}}{H_{\mathrm{WS}}}}...\left(10\right)$

目标形状变更装置23为目标形状变更机构，其基于由板厚变化宽度方向比获取装置22求出的板厚变化宽度方向比24生成目标形状变更量26。图6表示目标形状变更装置23的功能的构成例。图6的例中的目标形状变更装置23具备目标形状修正量生成机构27，并且具备目标形状变更量生成机构28。目标形状修正量生成机构27使用图6中(b)所示的目标形状修正FG(目标形状修正函数生成程序)29根据板厚变化宽度方向比24生成目标形状修正量30。目标形状变更量生成机构28通过将目标形状修正量30变换为目标形状变更用的矩阵量来生成目标形状变更量26。

目标形状修正FG29规定板厚变化宽度方向比24和目标形状修正量的关系。该目标形状修正FG29根据被轧制材料4的板厚、板宽、材质等预先准备多个，并存储于FG存储机构31中。而且，FG选择机构32基于来自轧制程序17的信息从FG存储机构31选择性地取出必要的目标形状修正FG29，将其提供给目标形状修正量生成机构27。需要说明的是，图中(b)的目标形状修正FG29为如下情况的例子，即，对板厚变化宽度方向比24设置死区，在板厚变化宽度方向比24超过了死区的范围内，生成目标形状修正量。

由目标形状变更装置23生成的目标形状变更量26在输出侧形状控制中加在来自目标形状产生装置15的目标形状33上。即，目标形状变更装置23进行的目标形状的变更与输出侧形状控制下的目标形状33相关联。

如上所述，由板厚变化宽度方向比获取装置22求出板厚变化宽度方向比24，根据该板厚变化宽度方向比24，由目标形状变更装置23变更目标形状，由此能够不使压下率差增大到一定以上，能够将导致轧制作业异常的本身防患于未然，从而能够进行更稳定的轧制作业。

以上对用于实施本发明的一个方式进行了说明，但其只不过是代表的例子，本发明在不脱离其主旨的范围内可用各种方式实施。例如在以上实施方式中，具备输入侧形状控制装置12和输出侧形状控制装置13，但也可以为省略输入侧形状控制装置12的方式。即，形状控制在仅有输出侧形状控制装置13进行的输出侧形状控制就足已的情况也很多，这种情况下，通常省略输入侧形状控制装置12进行的输入侧形状控制，只进行输出侧形状控制装置13进行的输出侧形状控制。

另外，在以上实施方式中，在WS侧的侧边部和DS侧的侧边部分别设定了形状评价位置，但不限于此，也可以在宽度方向的任意位置进行形状评价。

另外，在以上实施方式中，使用由形状检测器得到的检测数据求取板厚变化宽度方向比，但未必限于该方法，例如也可以在图2中各板厚评价点设置板厚检测器，使用该板厚检测器的检测数据求取板厚变化宽度方向比。但是，考虑到在检测精度方面形状检测器比板厚检测器优良、以及由于其可利用已有的形状检测器故可减轻成本负担等，更优选使用形状检测器的方式。

Claims (6)

1、一种轧制形状控制方法，用于将自输入侧的卷取机抽出的被轧制材料由轧制机轧制后卷取到输出侧的卷取机上的轧制设备，基于规定的目标形状进行所述被轧制材料的形状控制，其特征在于，

基于所述被轧制材料的轧制引起的板厚变化在所述被轧制材料的宽度方向的比值即板厚变化宽度方向比，变更所述目标形状。

2、如权利要求1所述的轧制形状控制方法，其特征在于，

使用相对于所述被轧制材料在其一侧的侧边部于所述输入侧设定的第一输入侧板厚评价点的第一输入侧板厚、相对于所述被轧制材料在所述第一输入侧板厚评价点的相反侧的侧边于所述输入侧设定的第二输入侧板厚评价点的第二输入侧板厚、相对于所述被轧制材料与所述第一输入侧板厚评价点位置对应地于所述输出侧设定的第一输出侧板厚评价点的第一输出侧板厚、及相对于所述被轧制材料与所述第二输入侧板厚评价点位置对应地于所述输出侧设定的第二输出侧板厚评价点的第二输出侧板厚，作为第一输出侧板厚相对于第一输入侧板厚的关系和第二输出侧板厚相对于第二输入侧板厚的关系，求取所述板厚变化宽度方向比。

3、如权利要求2所述的轧制形状控制方法，其特征在于，

作为(第一输出侧板厚/第一输入侧板厚)/(第二输出侧板厚/第二输入侧板厚)，求取所述板厚变化宽度方向比。

4、一种轧制形状控制系统，其用于将自输入侧的卷取机抽出的被轧制材料由轧制机轧制后卷取到输出侧的卷取机上的轧制设备，并具有控制部，该控制部基于规定的目标形状进行所述被轧制材料的形状控制，所述轧制形状控制系统的特征在于，

具有目标形状变更部，该目标形状变更部基于所述被轧制材料的轧制引起的板厚变化在所述被轧制材料的宽度方向的比值即板厚变化宽度方向比，变更所述目标形状。

5、如权利要求4所述的轧制形状控制系统，其特征在于，

使用相对于所述被轧制材料在其一侧的侧边部于所述输入侧设定的第一输入侧板厚评价点的第一输入侧板厚、相对于所述被轧制材料在所述第一输入侧板厚评价点的相反侧的侧边于所述输入侧设定的第二输入侧板厚评价点的第二输入侧板厚、相对于所述被轧制材料与所述第一输入侧板厚评价点位置对应地于所述输出侧设定的第一输出侧板厚评价点的第一输出侧板厚、及相对于所述被轧制材料与所述第二输入侧板厚评价点位置对应地于所述输出侧设定的第二输出侧板厚评价点的第二输出侧板厚，作为第一输出侧板厚相对于第一输入侧板厚的关系和第二输出侧板厚相对于第二输入侧板厚的关系，求取所述板厚变化宽度方向比。

6、如权利要求5所述的轧制形状控制系统，其特征在于，

作为(第一输出侧板厚/第一输入侧板厚)/(第二输出侧板厚/第二输入侧板厚)，求取所述板厚变化宽度方向比。

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