CN101394945B - 热轧机的温度控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种热轧机的温度控制装置，能防止轧机出口侧附近轧材温度急剧变化并实现高精度的板厚控制。在连续配置多台轧机机架、设置多台冷却轧材的冷却装置的热轧机中，首先根据轧材的目标温度和入口侧的实际温度，从多台冷却装置中配置于轧机入口侧的装置开始优先使用直至上限压力，运算各冷却装置的冷却水压力。然后根据轧材的目标温度和出口侧实际温度，运算正在动作的冷却装置中配置于最靠近轧机出口侧的装置的冷却水压力，使目标温度与出口侧实际温度间的偏差减小。这时，在成为控制对象的上述冷却装置的冷却水压力达到上限压力时将控制对象改变成相邻配置于轧机出口侧的冷却装置，在达到下限压力时将控制对象改变成相邻配置于轧机入口侧的冷却装置。

Description

热轧机的温度控制装置
技术领域
本发明有关连续配置多台轧机机架，并用这些轧机机架对加热后的钢板等依次轧制的热轧机的温度控制装置。
背景技术
在对加热后的钢板等轧材进行轧制的热轧机中，为了提高轧制品的质量，将轧机出口侧的轧材的温度控制在目标温度是相当重要的。因此，人们很早就知道各种将热轧机出口侧的轧材温度控制在目标温度的温度控制装置。
例如，作为一项现有的热轧机温度控制装置的技术，曾提出了一种在连续配置的多台轧机机架之间设置多台冷却轧材的冷却装置的方案(参照专利文献1及2)。专利文献1所述的温度控制装置由冷却装置喷射冷却水使轧材冷却，通过调整其喷射数量来控制轧机出口侧的轧制板材的温度。另外，专利文献2所述的温度控制装置在所配置的多台冷却装置中从靠近轧机出口侧的装置开始依次利用反馈控制修正冷却水流量，对轧机出口侧的轧材的温度进行控制。
专利文献1：日本专利特开平8—243620号公報
专利文献2：日本专利特开平11—77134号公報
根据专利文献1的记载，为了控制轧机出口侧的轧材的温度，冷却装置要反复进行动作(喷射冷却水)及停止。因此，由于冷却装置整体的动作及停止，轧材的温度变化变大，限制了温度的高精度控制。另外，轧材温度变化大也对板厚精度造成不良影响。
另一方面，在专利文献2的记载中，也存在以下的问题，即因为从靠近轧机出口侧的冷却装置开始依次改变冷却水流量，所以轧材的温度在靠近热轧精轧机出口侧处急剧变化。因此，对板厚控制(AGC：AUTO GAUGE CONTROL)造成干扰，对板厚精度也有很大的影响。
发明内容
本发明是为解决上述技术问题而作出的，其目的在于提供一种能防止靠近轧机出口侧的部位的轧材的温度急剧变化，并实现高精度的板厚控制的热轧机的温度控制装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明涉及的热轧机的温度控制装置是一种连续配置多台轧机机架并用多台轧机机架依次轧制加热后的轧材的热轧机的温度控制装置，包括：多台冷却装置，设置于任意多台的轧机机架之间，用于喷射冷却水而使轧材冷却；入口侧温度计，用于在轧机入口侧检测轧材温度；出口侧温度计，用于在轧机出口侧检测轧材温度；第1冷却水压力运算部，用于根据轧材的轧机出口侧的目标温度和由入口侧温度计检测出的轧材的实际温度，以从多台冷却装置中配置于轧机入口侧的装置开始优先使用直至上限压力的方式，运算各冷却装置的冷却水压力；第2冷却水压力运算部，用于根据目标温度和由出口侧温度计检测出的轧材的实际温度，运算正在动作的冷却装置中最靠近轧机出口侧配置的冷却装置的冷却水压力，以使目标温度和轧机出口侧的实际温度间的偏差减小；以及控制对象选择部，用于在成为第2冷却水压力运算部的控制对象的冷却装置的冷却水压力根据第2冷却水压力运算部的运算而达到上限压力时，将第2冷却水压力运算部的控制对象变更为与轧机出口侧相邻配置的冷却装置，在成为第2冷却水压力运算部的控制对象的冷却装置的冷却水压力根据第2冷却水压力运算部的运算而达到下限压力时，将第2冷却水压力运算部的控制对象变更为与轧机入口侧相邻配置的冷却装置。
发明效果
根据本发明，是一种连续配置多台轧机机架并用多台轧机机架依次轧制加热后的轧材的热轧机的温度控制装置，包括：多台冷却装置，设置于任意多台的轧机机架之间，用于喷射冷却水而使轧材冷却；入口侧温度计，用于在轧机入口侧检测轧材的温度；出口侧温度计，用于在轧机出口侧检测轧材的温度；第1冷却水压力运算部，用于根据轧材的轧机出口侧的目标温度和由入口侧温度计检测出的轧材的实际温度，以从多台冷却装置中配置于轧机入口侧的装置开始优先使用直至上限压力的方式，运算各冷却装置的冷却水压力；第2冷却水压力运算部，用于根据目标温度和由出口侧温度计检测出的轧材的实际温度，运算正在动作的冷却装置中最靠近轧机出口侧配置的冷却装置的冷却水压力，以使目标温度和轧机出口侧的实际温度间的偏差减小；以及控制对象选择部，用于在成为第2冷却水压力运算部的控制对象的冷却装置的冷却水压力根据第2冷却水压力运算部的运算而达到上限压力时，将第2冷却水压力运算部的控制对象改变成相邻配置于轧机出口侧的冷却装置，在成为第2冷却水压力运算部的控制对象的冷却装置的冷却水压力根据第2冷却水压力运算部的运算而达到下限压力时，将第2冷却水压力运算部的控制对象改变成相邻配置于轧机入口侧的冷却装置，由此，能防止靠近轧机出口侧处轧材温度的急剧变化，实现高精度的板厚控制。
附图说明
图1为表示本发明实施形态1的热轧机的温度控制装置的整体结构图。
图2为表示本发明实施形态1的温度控制器的主要部分的结构图。
图3为表示轧材的实际应力与实际应变之间的关系的图。
(符号说明)
1   动作辊
2   支承辊
3   压下装置
4   轧(制板)材
5   冷却装置
6   配管
7   冷却水压力控制装置
8   温度控制器
9   精轧机入口侧温度计(FET)
10  精轧机出口侧温度计(FDT)
11  精轧机出口侧板厚计
12  存储部
13  初期冷却水压力运算部
14  冷却水压力运算部
15  PI控制对象选择部
16  PI控制部
17  温度控制功能
18  温度控制限制器
19  阀门开度控制功能
具体实施方式
为了详细说明本发明，现参照附图对其进行说明。各附图中同一或相当的部分均标注同一标号，其重复说明则择情予以简化甚至省略。
实施形态1
图1为表示本发明实施形态1的热轧机的温度控制装置的整体结构图。图2为表示本发明实施形态1的温度控制器的主要部分的结构图。在图1及图2中，作为一个示例，表示了串列地布置着7台轧机机架(F1～F7)的热轧精轧机。
首先，说明热轧机的温度控制装置的结构。
在图1及图2中，在F1至F7的各轧机机架上具有动作辊1、支承辊2、压下装置3等。F1至F7的各轧机机架的结构为从F1机架至F7机架依次进行设置，由各轧机机架对轧材4进行轧制。
在F1至F7的各相邻轧机机架之间，即F1机架与F2机架之间、F2机架与F3机架之间、…、F6机架与F7机架之间分别设置有冷却装置5a至5f(在不必确定冷却装置5a至5f中某一个时，均记作冷却装置5)。各冷却装置5其喷射冷却水的喷头设置于在各轧机机架间移动的轧材4的上方。即各冷却装置5从上方对轧材4的上表面喷射冷却水，使轧材4冷却。
另外，各冷却装置5通过配管6连接冷却水压力控制装置7。各冷却水压力控制装置7对从相应的冷却装置5喷射出的冷却水的压力进行控制。上述各冷却水压力控制装置7根据后述的温度控制器8的运算结果来控制冷却装置5、即控制冷却水压力。
符号9是设置于F1机架入口侧的精轧机入口侧温度计(FinishingEntry Temperature)、符号10是设置于F7机架出口侧的精轧机出口侧温度计(Finishing Delivery Temperature)、符号11是设置于F7机架出口侧的精轧机出口侧板厚计。上述精轧机入口侧温度计9检测热轧精轧机入口侧的轧材4的温度，而上述精轧机出口侧温度计10检测热轧精轧机出口侧的轧材4的温度。另外，上述精轧机出口侧板厚计11测量热轧精轧机出口侧的板材1的板厚。并且，上述温度控制器8根据精轧机入口侧温度计9及精轧机出口侧温度计10检测出的轧材4的实际温度值，对各冷却水压力控制装置7控制冷却装置5所需的冷却水压力进行运算。
具体而言，温度控制器8包括：存储部12、初期冷却水压力运算部(第1冷却水压力运算部)13、以及冷却水压力运算部(第2冷却水压力运算部)14，冷却水压力运算部14包括：PI控制对象选择部15、以及PI控制部16。上述存储部12中存储有运算冷却水压力所需的各种参数。存储在存储部12中的参数例如有轧制轧材4时的速度模式、轧材4的目标温度或目标板厚等。
上述初期冷却水压力运算部13对轧制初期、例如无法利用精轧机出口侧温度计10的轧材4的实际温度值的期间或从轧材4的板前端进入F1机架之前开始至到达精轧机出口侧温度计10的温度检测位置为止的期间内的各冷却装置5的冷却水压力进行运算。这里，轧制初期的冷却水压力根据存储部12中预设的轧材4的轧机出口侧的目标温度和由精轧机入口侧温度计9检测出的轧材4的实际温度值，利用规定的计算式进行运算。即，可以运算轧制初期的冷却水压力，以使到达F7机架出口侧时轧材4的预测温度成为上述目标温度。上述预测温度是根据由精轧机入口侧温度计9检测出的轧材4的实际温度值、或从存储在存储部12中的轧材4的速度模式等推导出的数据。
另外，上述初期冷却水压力运算部13运算各冷却装置5的冷却水压力，以从多台冷却装置5中配置于轧机入口侧的装置开始优先使用直至上限压力。即根据运算结果，在仅利用最靠近轧机入口侧配置的冷却装置5a就能进行所需的冷却时，运算并设定各冷却水压力，以只使用冷却装置5a对轧材4进行冷却。另外，在只使用冷却装置5a不能实现所需的冷却，但若使用冷却装置5a及5b则能实现所需的冷却时，运算并设定各冷却水压力，以只使用冷却装置5a及5b对轧材4进行冷却。这时，所使用的冷却装置5a及5b中除最靠近轧机出口侧配置的冷却装置5b以外，将冷却水压力设定于上限压力。以下，在只用冷却装置5a及5b不能实现所需的冷却时也同样。
上述冷却水压力运算部14运算轧制初期后各冷却装置5的冷却水压力。轧制初期后的冷却水压力根据预先在存储部12中设定的轧材4的轧机出口侧的目标温度和由精轧机出口侧温度计10检测出的轧材4的实际温度值，采用PI控制等进行运算，以使上述目标温度和轧机出口侧的实际温度间的偏差减小。
具体为，首先，由PI控制对象选择部15选择作为PI控制对象的冷却装置5(以后称为“对象冷却装置5”)。作为PI控制对象的冷却装置5选择正在动作的冷却装置中最靠近轧机出口侧配置的装置、即冷却水压力大于下限压力但未达到饱和状态(上限压力)的装置。接着，PI控制部16通过PI控制来运算并设定对象冷却装置5的冷却水压力，以使轧材4的上述目标温度和轧机出口侧的实际温度间的偏差变小。在对象冷却装置5的冷却水压力因PI控制部16的运算而达到上限压力时，PI控制对象选择部15将PI控制的对象从上述运算后成为饱和状态的冷却装置5改变成相邻配置于轧机出口侧的冷却装置5。另外，在对象冷却装置5的冷却水压力因PI控制部16的运算而达到下限压力时，首先将该对象冷却装置5的冷却水压力设定成下限压力。接着，PI控制对象选择部15将PI控制的对象从上述运算后设定成下限压力的冷却装置5改变成相邻配置于轧机入口侧的冷却装置5。
以下，具体说明具有上述结构的热轧机的温度控制装置的动作。
当开始轧制轧材4时，首先利用精轧机入口侧温度计9来检测轧材4的温度。温度控制器8在轧制初期利用初期冷却水压力运算部13来运算各冷却装置5的冷却水压力。冷却装置5在轧制初期的实际动作根据初期冷却水压力运算部13的运算结果，由各冷却水压力控制装置7进行控制。
温度控制器8的具体动作如以下所述。
在轧材4的前端到达精轧机出口侧温度计10的温度检测位置之前不能检测轧机出口侧的轧材4的温度。因此，在轧材4的前端到达精轧机出口侧温度计10的温度检测位置之前，根据由精轧机入口侧温度计9检测出的轧材4的实际温度值以及其它规定的参数(例如目标温度或轧材4的速度模式等)或预先具有的学习功能来设定要使其动作的冷却装置5及其冷却水压力，在排除轧材4前端的时刻喷射冷却水。
这时，如上所述，要使其动作的冷却装置5从配置于精轧入口侧的装置开始优先使用直至上限压力。即，根据运算结果，在只用最靠近轧机入口侧配置的冷却装置5a就能进行所需的冷却时，便只使用冷却装置5a对轧材4进行冷却。具体为，通过规定的运算将冷却装置5a的冷却水压力设定成下限压力及上限压力之间的适当值，同时，将相对于冷却装置5a配置在轧机出口侧的冷却装置5b至5f的冷却水压力设为0。即冷却装置5b至5f不喷射冷却水。
另外，在需要使用多台冷却装置5时，例如在要使用冷却装置5a至5d时，在所使用的冷却装置5a至5d中，除最靠近轧机出口侧配置的冷却装置5d以外，将冷却水压力设定成上限压力。并且，通过规定的运算将最靠近轧机出口侧配置的冷却装置5d的冷却水压力设定成下限压力及上限压力之间的适当值，对全体的冷却能力进行调整。此时，将冷却装置5e及5f的冷却水压力设为0。即，冷却装置5e及5f不喷射冷却水。
当轧材4的前端到达精轧机出口侧温度计10的温度检测位置时，利用精轧机出口侧温度计10来检测轧材4的温度。由精轧机出口侧温度计10检测出的实际温度值被输入温度控制器8。接着，温度控制器8根据目标温度和精轧机出口侧温度计10的实际温度值，通过PI控制开始控制冷却水压力，以使目标温度与实际温度之间的偏差减小。
具体为，首先利用PI控制对象选择部15来选择对象冷却装置5。一旦选择了对象冷却装置5，PI控制部16便会进行PI控制以使轧材4的目标温度与轧机出口侧的实际温度之间的偏差减小，并计算对象冷却装置5的操作修正量(冷却水压力的修正量)。接着，冷却水压力运算部14将在对象冷却装置5的当前的冷却水压力上加上上述修正量后的值向对应的冷却水压力控制装置7输出。
在对象冷却装置5的冷却水压力因上述修正量的运算而超过上限压力时，首先将上述对象冷却装置5的冷却水压力设定成上限压力。另外，将PI控制的对象从因上述修正量的运算而成为饱和状态的冷却装置5转移至相邻配置于轧机出口侧的冷却装置5。也就是说，利用PI控制对象选择部15来变更对象冷却装置5。然后，由PI控制部16对变更后的对象冷却装置5进行PI控制，运算并设定冷却水压力以使目标温度与实际温度之间的偏差减小。
另外，与上述内容相反，在由精轧机出口侧温度计10检测出的轧材4的温度低于目标温度，对象冷却装置5的冷却水压力因上述修正量运算而低于下限压力时，首先将上述对象冷却装置5的冷却水压力设定成下限压力。另外，将PI控制的对象从因上述修正量运算而设定成下限压力的冷却装置5转移至相邻配置于轧机入口侧的冷却装置5。即利用PI控制对象选择部15来变更对象冷却装置5。接着，由PI控制部16对变更后的对象冷却装置5进行PI控制，运算并设定冷却水压力以使目标温度与实际温度之间的偏差减小。
例如，在将各冷却装置5的上限压力预设成10MPa、下限压力预设成2MPa，并将轧制初期轧材4冷却所需的冷却装置5的压力值在F1机架及F2机架间的冷却装置5a上设定成10MPa、在F2机架及F3机架间的冷却装置5b上设定成7MPa的情况下，在轧材4到达精轧机出口侧温度计10的温度检测位置的时刻，以冷却装置5b为对象进行PI控制。
在由精轧机出口侧温度计10检测出的轧材4的温度高于目标温度、轧材4的冷却不足的情况下，在成为PI控制对象的冷却装置5b的冷却水压力达到10MPa的时刻，使PI控制的对象转移至F3机架及F4机架间的冷却装置5c，开始运算冷却水压力。也就是说，在该时刻，冷却装置5a的冷却水压力被设定成10MPa，冷却装置5b的冷却水压力被设定成10MPa，冷却装置5c的冷却水压力正在进行PI控制。
另一方面，在由精轧机出口侧温度计10检测出的轧材4的温度低于目标温度、轧材4过度冷却的情况下，在成为PI控制对象的冷却装置5b的冷却水压力下降至2MPa的时刻，使PI控制的对象转移至冷却装置5a，开始运算冷却水压力。也就是说，在该时刻，冷却装置5a的冷却水压力从10MPa开始实施PI控制，冷却装置5b的冷却水压力为2MPa。
图2为表示轧材4的前端到达精轧机出口侧温度计10的温度检测位置后温度控制器8的动作的一个示例。图2中，符号17为温度控制功能(比例·积分器)，符号18为温度控制限制器，符号19为阀门开度控制功能(仪表控制器)。另外，在各冷却装置5的阀门开度成为开启极限时通过控制向后道机架循环，在成为关闭极限时通过控制向前道机架循环，由此来实施上述动作。
另一方面，对于成为PI控制的对象的冷却装置5，可根据下式来计算冷却水压力整体的操作量Qn。
Qn＝Q1n(设定压力)+Q2n(PI控制输出)…(式1)
Q2n＝(Kp_n+Ki_n/s)×(Tf—Ta)…(式2)
式中，Tf表示实际温度，Ta表示目标温度，n表示对象机架间的冷却装置。另外，在各冷却装置5的上限压力被设定成10MPa、下限压力被设定成2MPa的情况下，式1的结果为Qn>10MPa时，式3成立，Qn<2MPa时，式4成立。
Qn+1＝Q1n+1(＝0)+Q2n+1＝Q2n+1，Qn＝10MPa…(式3)
Qn-1＝Q1n-1+Q2n-1，Qn＝2MPa…(式4)
另外，由热轧精轧机形成的轧机出口侧板厚通常可用下式表示。
hn＝Fn/Mn…(式5)
式中，h为轧机出口侧板厚，F为加于轧机的负载，M为轧制(日文：ミル)塑性系数，n为对象轧机。
若轧机的轧制塑性系数一定，则板厚根据加于轧机的负载而变化。图3为表示轧材的实际应力与实际应变间的关系图。如图3所示，可知轧材4的变形在欲获得相同应变量时，越冷却则需要的应力越大。因当轧材4被冷却时轧材4的轧制塑性系数变大，因此轧材4变硬，加于轧机的负载(应力)变重。其结果是，轧机出口侧的板厚变得比目标板厚厚。相反，当轧材4在未进行冷却的情况下进行轧制时，加于轧机的负载变轻。其结果是，轧机出口侧的板厚变得比目标板厚薄。
这里，所谓热轧精轧机的板厚控制是指利用多台轧机使轧材4的厚度逐渐变薄，并使轧材4在变薄的过程中使轧材4的表面变得平滑(使板厚正常部分的厚度偏差小于规定值)，由此在轧材的全长上获得目标板厚的控制。因此，当板厚变化因靠近热轧精轧机出口侧产生急剧的温度变化而加大时，通过板厚控制(AGC)能校正板厚的轧机数量减少，对板厚控制的干扰增大，从而无法制止板厚变动。即产生轧材4的正常部分的板厚偏差变大的问题。这就意味着当想提高轧材4的温度控制精度而在轧机出口侧附近提高冷却能力时，会对轧材4的板厚精度带来影响。另外，若想提高板厚精度，则就不得不抑制轧材4的温度控制(作用)。
根据本发明实施形态1能解决上述问题。即能防止热轧精轧机出口侧附近轧材4的温度急剧变化，减少对板厚控制(AGC)的干扰，并有效地灵活使用多台轧机来进行板厚控制(AGC)。因此，能高精度地控制轧材4的温度及板厚，容易生产高质量的产品。
工业上的实用性
如上所述，根据本发明的热轧机的温度控制装置，能有效地利用多台轧机来进行板厚控制(AGC)，能高精度地控制轧材的温度及板厚，因此，容易提供高质量的产品。

Claims (1)

1.一种热轧机的温度控制装置，连续配置多台轧机机架，并用所述多台轧机机架依次轧制加热后的轧材，其特征在于，包括：
多台冷却装置，该多台冷却装置设置于任意多台的所述轧机机架之间，用于喷射冷却水而使所述轧材冷却；
入口侧温度计，该入口侧温度计用于在轧机入口侧检测所述轧材的温度；
出口侧温度计，该出口侧温度计用于在轧机出口侧检测所述轧材的温度；
第1冷却水压力运算部，该第1冷却水压力运算部用于根据所述轧材的轧机出口侧的目标温度和由所述入口侧温度计检测出的所述轧材的实际温度，以从所述多台冷却装置中配置于轧机入口侧的装置开始优先使用直至上限压力的方式，运算所述各冷却装置的冷却水压力；
第2冷却水压力运算部，该第2冷却水压力运算部用于根据所述目标温度和由所述出口侧温度计检测出的所述轧材的实际温度，运算正在动作的所述冷却装置中最靠近轧机出口侧配置的冷却装置的冷却水压力，以使所述目标温度和轧机出口侧的所述实际温度间的偏差减小；以及
控制对象选择部，该控制对象选择部用于在成为所述第2冷却水压力运算部的控制对象的所述冷却装置的冷却水压力根据所述第2冷却水压力运算部的运算而达到上限压力时，将所述第2冷却水压力运算部的控制对象变更为与轧机出口侧相邻配置的冷却装置，在成为所述第2冷却水压力运算部的控制对象的所述冷却装置的冷却水压力根据所述第2冷却水压力运算部的运算而达到下限压力时，将所述第2冷却水压力运算部的控制对象变更为与轧机入口侧相邻配置的冷却装置，
所述第1冷却水压力运算部在从所述轧材的前端进入轧机之前开始至所述轧材的前端到达所述出口侧温度计的温度检测位置的轧制初期内运算所述各冷却装置的冷却水压力。
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