CN101389417A - 钢铁生产线的加热控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

是提供一种在进行轧制、锻造或者矫直加工钢板的生产线上进行钢板的加热处理、从而生产所希望的钢板产品的钢板生产线的加热控制方法及其装置，能够不仅进行温度控制，还将材质作为感应加热装置的加热条件以进行加热控制。其特征在于，在通过进行轧制、锻造或者矫直加工钢板的处理与加热钢板的加热处理、从而生产所希望的钢板产品的钢板生产线上，作为钢板的加热处理，是配置横跨钢板整个宽度方向来进行加热的螺线管式感应加热装置、以及测定钢板材质的材质传感器，并且利用材质传感器来测定钢板材料的材质(颗粒直径)，根据该测定值来控制加热条件，从而加热钢板。

Description

钢板生产线的加热控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种钢板生产线的加热控制方法及其装置，该钢板生产线是通过对钢材进行轧制、锻造或矫直的加工线进行钢板的加热处理来生产所希望的钢板产品。

背景技术

一般在钢板生产线上，用加热炉将被加热材料(轧制材料)加热到能够轧制的温度，再用轧机得到具有所希望的板厚及板宽的产品。

在这样的钢板生产线上，近些年，以利用钢板的温度下降而减轻轧机负载、以及升温和均热为目的，一般采用在钢板生产线上设置感应加热装置的方法。

过去，对于加热条件，是根据对每种产品规格的长年经验来决定加热温度目标值，为了达到这个目标值，一般采用进行温度控制的方法。但是，近些年，对于产品规格的要求明显提高，而且多样化，根据经验的决定方法未必能够正确地决定目标值，而且仅仅通过钢板的升温及均热，而会发生得不到所希望材质的情况。

作为以升温及均热为目的，也有的是采用由配置在线上的温度计所测定的温度，以控制感应加热装置的供电，从而达到维持目标温度的目的(例如，参照专利文献1、2)。

另外，也有的是以利用由材质测定传感器的测定结果来控制为所希望的材质为特征的、以基于材质模型的控制作为目的的(例如，参照专利文献3)。

专利文献1：日本特开平09—314216号公报

专利文献2：日本特开平10—202311号公报

专利文献3：日本特开平05—171258号公报

在过去的利用温度计所进行的温度控制中，重要的是加热条件与钢板的材质以及作为该钢板内表面温度的目标值设定、和温度计的检测精度。但是，温度计的检测归根到底是对表面温度的测定，而且也会产生由于水蒸气及标度等的影响而引起的测定误差，所以难以进行动态控制，只能根据基于事前所测定的产品温度的温度设定进行加热。

另外，在基于材质模型的控制方法中，为了使产品的材质与目标值一致，则材质模型的预测精度很重要。但是，加热条件与产品的材质的关系是非常复杂的，其预测精度也未必足够高。尤其是偏离了材质模型辨识的对象范围时，精度明显恶化。另外，即使构成材质模型的多个模型式的各个精度良好，但是由于它们的误差叠加在一起，所以很难保证总的精度良好。

本发明正是为了解决上述问题而设计的，目的在于提供一种钢板生产线的加热控制方法及其装置，它虽然还是照样具有根据温度设定而进行的温度控制，但是即使在材质模型的预测精度不是非常好的情况下，也能够提高产品的质量。

发明内容

本发明中的钢板生产线的加热控制方法，其特征在于，是通过对钢板进行轧制、锻造或者矫直加工的处理与加热钢板的加热处理、以生产所希望的钢板产品的钢板生产线，在该钢板生产线上，作为钢板的加热处理，是配置横跨钢板整个宽度方向来进行加热的螺线管式感应加热装置、以及测定钢板材质(颗粒直径)的材质传感器，并且利用材质传感器来测定钢板材料的材质，根据该测定值控制加热条件，从而加热钢板。

另外，作为钢板的加热处理，其特征在于，是配置横跨钢板整个宽度方向来进行加热的螺线管式感应加热装置、以及测定钢板材质(颗粒直径)的材质传感器，并利用材质传感器来测定钢板材料的材质，再利用计算机，将使得设置在该材质传感器的下游任意位置上的材质管理点的材质与目标值一致那样计算得到的值，作为对配置在材质传感器的下游的感应加热装置的加热条件的修正值，来进行控制，从而加热钢板。

另外，在本发明的钢板生产线的加热控制装置中，包括：加热钢板材料的螺线管式感应加热装置；测定钢材材质(颗粒直径)的材料传感器；计算机，该计算机与生产所希望尺寸形状的钢板产品的钢板生产线连接，并且具有根据由上一级计算机所给予的钢板材料的尺寸形状和产品的目标尺寸形状以及钢板材料的组成等的信息、来计算并输出感应加热装置的设定值的设定计算单元以及根据来自材质传感器的测定值的修正计算单元的功能；以及根据由计算机所给予的加热条件与修正值来控制感应加热装置的感应加热装置用控制装置。

如果采用本发明，则不仅能够进行温度控制，也能够将材质(颗粒直径)作为感应加热装置的加热条件来进行加热控制。通过这样，能够进行加热控制，以使材质与材质传感器测定位置上的目标值一致，并能够进行控制，以保持材质不变。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1中的钢板生产线的加热控制方法及其装置的基本结构的结构图。

图2是表示本发明的实施例1中的钢板生产线的加热控制方法及其装置的具体结构的结构图。

图3是表示作为本发明的前提的过去钢板生产线的加热控制方法及其装置的结构图。

标号说明

1 螺线管式感应加热装置

2 感应加热装置用控制装置

3 计算机

4 上一级计算机

5 入口侧材质传感器

6 出口侧材质传感器

7 入口侧温度计

8 出口侧温度计

9 钢板

10 轧机

具体实施方式

参照附图来具体地说明为了实施本发明的最佳形态。虽然在本实施例中以钢板材料的轧制线为例，但对于将钢板材料至少实施1次加热工序、生产所希望的产品的锻造或者矫直等的生产线也一样，能够应用本发明。

图3是表示作为本发明的前提的过去钢板生产线的加热控制方法及其装置的结构图。如图3所示，钢板9在用螺线管式感应加热装置1加热之后，利用轧机10进行加工，以得到所希望的产品。另外，螺线管式感应加热装置1也可以有多个。螺线管式感应加热装置1具有逆变器作为电源装置。作为对该逆变器进行加热功率基准输出及其控制的装置，设置具有作为加热功率控制单元与加热功率修正单元的功能的感应加热装置用控制装置2。另外，具有计算机3，该计算机3具有：作为根据产品尺寸、材质、温度条件等来计算设定值并向感应加热装置用控制装置2输出功率设定值的设定计算单元的功能；以及作为根据来自螺线管式感应加热装置1的入口侧温度计7或者出口侧温度计8的测定值的修正计算单元的功能。计算机3从上一级计算机4得到为了决定功率设定值而必需的产品尺寸等的信息。

在这样的装置中，利用感应加热装置用控制装置2所进行的加热控制，一般是利用计算机3进行作为基本的加热设定模型计算，再加上利用来自入口侧温度计7或者出口侧温度计8的温度测定值施加修正，将该修正后的值确定为成为功率设定值的基础的温度设定值，并根据该功率设定值，感应加热装置用控制装置2进行螺线管式感应加热装置1的加热功率控制。

图1是表示本发明的实施例1中的钢板生产线的加热控制方法及其装置的基本结构的结构图。

螺线管式感应加热装置1、感应加热装置控制用控制装置2、计算机3、上一级计算机4、入口侧温度计7、出口侧温度计8的作用与作为本发明的前提的过去的发明相同。

在钢板生产线内的螺线管式感应加热装置1的上游侧的任意位置上设置入口侧材质传感器5。另外，在钢板生产线内的螺线管式感应加热装置1的下游侧的任意位置上设置出口侧材质传感器6。这些材质传感器5、6虽然是检测出上游侧的入口侧材料、下游侧的出口侧材料的材质(颗粒直径)用的传感器，但是也可以设置两方或者其中某一方。该材质传感器5、6从耐久性等的观点来看，希望是非接触、无损检测的传感器，除了直接测定磁导率等材质的传感器以外，还可以采用进行间接测定的传感器，它是检测出电阻、超声波的传播特性、放射线的散射特性等显示与材质具有强相关的物理量，再换算成晶粒直径、成形性等的材质。这样的材质传感器5、6有各种各样的，例如，在日本专利特开昭57—57255号中，揭示了一种根据进入材料内的超声波的强度变化或者传播速度的检测值来测定材料的晶粒直径或者集合组织的方法。另外，能够采用在超声波发送接收中近些年所开发的激光超声波装置、或者电磁超声波装置等，例如，在日本专利特开2001—255306号中所揭示的一种激光超声波装置的例子。激光超声波装置的特征在于：能够使得从材料表面到材质传感器为止的距离取得较长，尤其是在必须进行热测定以及在线测定的情况下，其利用价值非常高。另外，在日本专利特开昭56—82443号中，揭示了一种根据由磁通检测器所检测出的磁通强度来测定钢材的相变量的装置。

从上一级计算机4向计算机3除了提供钢原材料的尺寸形状、产品的目标尺寸形状、金属原材料的组成(合金成分的含有率)等的目标值，还提供由材质传感器5、6所得到的材质测定位置上应该达到的材质目标值。该材质就是指例如拉伸强度、耐力、韧性、以及延展性等机械特性、导磁率等电磁特性、或者具有与其强相关的晶粒直径、结晶方位的方向性、各种结晶组织的存在比率之中的一些量。

图2是表示本发明的实施例1中的钢板生产线的加热控制方法及其装置的具体结构的结构图。

螺线管式感应加热装置1、感应加热装置用控制装置2、计算机3、上一级计算机4、入口侧温度计7(图示省略)、出口侧温度计8(图示省略)的作用与作为本发明的前提的过去例子是相同的。与该钢板材料的材质模型所计算出的该测定位置的材质的测定值进行比较，将根据该比较结果所求得的修正值用感应加热装置用控制装置2进行修正。这些例如根据下面的式子来进行。

$T^{\mathrm{SET}}=T^{\mathrm{CAL}}\·\frac{W_1\×K_1}{\left(\frac{\∂X}{\∂T}\right)}\×(X^{\mathrm{ACT}}\·X^{\mathrm{AIM}})$     …(式1)

式中，

T^SET  修正后的加热温度设定值(℃)

T^CAL  修正前的加热温度设定值(＝设定计算值)(℃)

X^ACT  材质传感器的设定值

X^ATM  材质目标值

$\left(\frac{\∂X}{\∂T}\right)$   影响系数

K₁   增益(·)

W₁   权重系数(·)。

另外，考虑感应加热装置的响应性来决定增益K₁。另外，考虑操作的稳定性来决定权重系数W₁。影响系数(6X/δT)是通过对下面的材质模型进行数值微分而得到的。

$\left(\frac{\∂X}{\∂T}\right)=\frac{X^{+}\·X^{-}}{2\×{\mathrm{\ΔT}}_1}$   …(式2)

式中，

ΔT₁ 微小变化量(℃)

X⁺  在将加热温度增大

的情况下，利用材质模型所计算出的、材质传感器位置到达时的材质

X^-  在将加热温度减小

的情况下，利用材质模型所计算出的、材质传感器位置到达时的材质。

该影响系数的计算根据实际的操作条件(材料温度等)来使用，虽然希望以在线进行计算，但是如果使增益K₁减小，则也能够采用根据标准的操作条件而预先以离线计算所得的值。

关于功率控制值，是采用钢材的尺寸、特性(比重、比热)以及运送速度的值，并根据处理量与升温热量来确定对于必要升温量的功率值以作为功率控制模型。例如根据下面的式子来进行。

P^SET＝W_S×T_S×SPD×G×ΔT₂×C  …(式3)

式中，

P^SET  功率控制值(KW)

W_S    钢材宽度(mm)

T_S    钢材厚度(mm)

SPD   钢材的运送速度(mm/sec)

G     钢材的质量(g/mm²)

ΔT₂   必要升温量(℃)

C     钢材的比热(cal/g·℃)。

将由计算机3所计算出的上式作为钢板的升温所必要的基准功率值，并给予感应加热装置用控制装置2。对感应加热装置的电源装置即逆变器，利用感应加热装置用控制装置2，输出向上述功率控制值(P^SET)加入了感应加热装置的加热效率后的值。

功率控制的修正计算采用与上述式3相同的式子，将对来自材质传感器5、6的测定值的加热温度进行修正计算后得到的加热温度设定值(T^SET)代入，通过这样来进行功率控制的修正计算。例如根据下面的式子来进行。

P^SET1＝W_S×T_S×SPD×G×TSE^T×C  …(式4)

式中，

P^SET1  修正后的功率控制值(KW)。

这里将修正后的功率控制值(P^SET1)作为修正值并用感应加热用控制装置2施加修正。

另外，因为感应加热装置1的电源所使用的逆变器能够利用半导体元件电路任意且迅速地调整向感应加热线圈所提供的功率，所以这时提高用上述式1所示的增益K₁。感应加热装置用控制装置2，对于从计算机输出的功率控制值，与该钢板材料的材质模型所计算出的该测定位置的材质的测定值进行比较，再添加根据该结果所求得的修正值，通过这样能够在遍及钢板整个长度方向，进行精度更高的动态控制。能够生产出更高质量的产品。

如上所述，如果采用本发明，则不仅能够进行过去的温度控制，而且通过测定钢板的材质(颗粒直径)，能够生产出更高质量的产品。另外，利用管理感应加热装置的加热控制的感应加热装置用控制装置，并根据由计算机所给予的功率设定值以及修正值，能够进行更加动态的控制。

工业上的实用性

本发明中的轧制、锻造或者矫直钢材的生产线的加热控制方法及其装置，特别能够适用于采用感应加热装置与根据激光超声波的晶粒直径传感器的钢铁厚板线及热轧线的加热控制。

Claims (3)

1.一种钢板生产线的加热控制方法，其特征在于，

是通过进行轧制、锻造或者矫直加工钢板的处理与加热钢板的加热处理、从而生产所希望的钢板产品的钢板生产线，在该钢板生产线上，

作为所述钢板的加热处理，是配置横跨钢板整个宽度方向来进行加热的螺线管式感应加热装置、以及测定钢板材质的材质传感器，并且利用所述材质传感器来测定钢板材料的材质，根据该测定值控制加热条件，从而加热所述钢板。

2.一种钢板生产线的加热控制方法，其特征在于，

是通过进行轧制、锻造或者矫直加工钢板的处理与加热钢板的加热处理、从而生产所希望的钢板产品的钢板生产线，在该钢板生产线上，

作为所述钢板的加热处理，是配置横跨钢板整个宽度方向来进行加热的螺线管式感应加热装置、以及测定钢板材质的材质传感器，并利用所述材质传感器来测定钢板材料的材质，再利用计算机，将使得设置在比该材质传感器更下游的任意位置上的材质管理点的材质与目标值一致那样地进行计算所得到的值，作为对配置在比所述材质传感器更下游的所述感应加热装置的加热条件的修正值，来进行控制，从而加热所述钢板。

3.一种钢板生产线的加热控制装置，其特征在于，

包括：

加热钢板材料的螺线管式感应加热装置；

测定钢材材质的材料传感器；

计算机，该计算机与生产所希望尺寸形状的钢板产品的钢板生产线连接，并且根据由上一级计算机所给予的钢板材料的尺寸形状和产品的目标尺寸形状以及钢板材料的组成等的信息，具有计算并输出所述感应加热装置的设定值的设定计算单元的功能以及根据来自所述材质传感器的测定值的修正计算单元的功能；以及

根据由所述计算机所给予的加热条件与修正值来控制所述感应加热装置的感应加热装置用控制装置。

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