具体实施方式
本发明的最佳实施方式是一种卷取冷却控制装置,其将利用热轧机152轧制的钢板151使用在热轧机出口侧配置的冷却装置170、171进行冷却,除用卷取机154将钢板卷取之前的卷取温度之外,还要将钢板通过在冷却装置预先设定的中间位置时的中间温度控制在规定的目标温度。
具备板温推测模型114,其根据在热轧机和所述中间位置之间的冷却装置设置的冷却集管162的开闭组合、即前半冷却用集管模式的信息来推测钢板的中间温度,并根据在所述中间位置和卷取机之间的冷却装置设置的冷却集管的开闭组合、即后半冷却用集管模式的信息来推测钢板的卷取温度。
具备预置控制部110,其在冷却控制之前,使用板温推测模型114来推测中间温度和卷取温度,并利用推测结果算出用于实现目标中间温度的前半冷却用集管模式和用于实现目标卷取温度的后半冷却用集管模式。
还具备:前半冷却用动态控制部121,其观测冷却控制中的钢板状态,算出用于使观测的中间温度与目标中间温度一致的所述前半冷却用集管模式的变更量并将其输出;后半冷却用动态控制部122,其观测冷却控制中的钢板状态,算出用于使观测的卷取温度与目标卷取温度一致的所述后半冷却用集管模式的变更量并将其输出。
前半冷却用动态控制部121具备:中间温度偏差补正部123,其算出前半冷却用集管模式的变更量,所述前半冷却用集管模式的变更量用于补偿目标中间温度和从冷却控制中的钢板测量出的中间温度的偏差;轧机出口侧温度偏差补偿部124,其算出前半冷却用集管模式的变更量,所述前半冷却用集管模式的变更量用于补偿在预置控制时假设的钢板的热轧机出口侧温度和从冷却控制中的钢板测量出的热轧机出口侧温度的偏差;前半冷却用速度偏差补偿部125,其算出前半冷却用集管模式的变更量,所述前半冷却用集管模式的变更量用于补偿预置控制时假设的钢板速度和冷却控制中的钢板速度的偏差;前半冷却用操作量合成部,其将这些输出按照钢板长度方向的每个部位进行合成,从而算出前半冷却用集管模式的变更量。
所述后半冷却用动态控制部122具备:卷取温度偏差补正部127,其算出后半冷却用集管模式的变更量,所述后半冷却用集管模式的变更量用于补偿目标卷取温度和从冷却控制中的钢板测量出的卷取温度的偏差;中间温度偏差补偿部128,其算出后半冷却用集管模式的变更量,所述后半冷却用集管模式的变更量用于补偿目标中间温度和从冷却控制中的钢板测量出的中间温度的偏差;后半冷却用速度偏差补偿部129,其算出后半冷却用集管模式的变更量,所述后半冷却用集管模式的变更量用于补偿预置控制时假设的钢板速度和冷却控制中的钢板速度的偏差;后半冷却用操作量合成部130,其将这些输出按照钢板长度方向的每个部位进行合成,从而算出后半冷却用集管模式的变更量。
预置控制部110包括:前半冷却集管用优先等级图表401,其储存设于热轧机和所述中间位置之间的冷却集管的开放顺序的优先关系;后半冷却集管用优先等级图表402,其储存从中间位置到卷取机之间配置的冷却集管的开放顺序的优先关系;前半冷却用控制代码算出部116,其使前半冷却用集管模式与使用前半冷却集管用优先等级图表401的信息而生成的控制代码对应,然后使用板温推测模型114来推测中间温度,利用推测结果算出用于实现目标中间温度的控制代码并将其输出。另外,还包括后半冷却用控制代码算出部117,其使后半冷却用集管模式与使用后半冷却集管用优先等级图表402的信息而生成的控制代码对应,然后使用板温推测模型114来推测卷取温度,利用推测结果算出用于实现目标卷取温度的控制代码并将其输出。
根据本实施方式,在热轧后钢板的卷取控制中,即使需要在中间温度保持一定时间的特殊钢种中,也在钢板长度方向的广大范围的部位高精度进行充分时间的中间温度保持,且获得高精度的卷取温度。其结果,能够提高在冷却中需要保持中间温度的DP钢所代表的高级钢板的组成质量,并且,能够获得优良的钢板形状。以下,参照附图对本发明的多个实施例进行详细说明。
【实施例1】
图1表示本发明一实施例的卷取温度控制装置的结构图。卷取温度控制装置100接收来自控制对象150的各种信号,并将控制信号输出给控制对象150,首先,对控制对象150的结构进行说明。
在本实施例中,控制对象150是热轧卷取冷却设备,将利用轧钢机152的轧机157轧制的850℃~1000℃左右温度的钢板151用卷取冷却装置153冷却,并用卷取机154卷取。卷取冷却装置153具备从钢板151的上侧进行水冷的上部冷却装置160和从钢板151的下侧进行水冷的下部冷却装置161,各冷却装置分别具备多个由一定个数的放水的冷却集管162组合的存储单元163。在本实施例中,以作为各冷却集管162的操作指令选择开和闭的情况为例进行说明。
轧机出口侧温度计155测量刚被轧钢机152轧制之后的钢板温度,在卷取冷却装置153的中央部附近配置的中间温度计156测量通过温度计设置位置的钢板温度,卷取温度计157测量用卷取机154卷取之前的温度。在本实施例中,卷取温度控制的目的是使利用中间温度计156和卷取温度计157测量的温度与目标温度一致,且使钢板温度在中间温度附近保持一定时间。如图1所示,在本实施例中,将从轧钢机152出口侧到中间温度计156的冷却装置称作前半冷却装置170,将从中间温度计156到卷取温度计157的冷却装置称作钢板冷却装置171。目标温度可以为在钢板长度方向的各部位一定,也可以对应各部位设置不同值。
下面,示出卷取温度控制装置100的结构。以下,将冷却集管162的开闭模式的集合称作集管模式。卷取温度控制装置100具备:预置控制部110,其算出钢板151用卷取冷却部153冷却之前,与各冷却集管162的开闭模式对应的控制指令;动态控制部120,其在用卷取冷却装置153冷却钢板151时,将轧机出口侧温度计155、中间温度计156、卷取温度计157的测定温度等实际值和钢板151的速度实时输入来变更控制指令;集管模式变换部140,其将控制指令变换为各冷却集管162的开闭模式。
在本实施例中,模仿在先的日本特愿2005-311367(日本特开2007-118027)的公开,以利用使控制指令与集管模式一一对应的控制代码来描述的情况为例进行说明,但是,作为集管模式的描述法也可考虑位模式(bit pattern)等其他表现方法。
预置控制部110具有速度模式图表111、目标温度图表112、冷却集管优先等级图表113。还具备控制代码算出部115,其输入与此后冷却的钢板对应的级别(
别)的信息,基于使用板温推测模型114的运算,算出用于实现对钢板115所希望的冷却的集管模式。并且,控制代码算出部115由前半冷却用控制代码算出部116和后半冷却用控制代码算出部117构成,所述前半冷却用控制代码算出部116算出针对前半冷却装置170的控制代码,所述后半冷却用控制代码算出部117算出针对后半冷却装置171的控制代码。
动态控制部120由前半冷却用动态控制部121和后半冷却用动态控制部122构成,在冷却控制中,所述前半冷却用动态控制部121算出针对前半冷却装置170将中间温度控制为目标值的集管模式修正量,所述后半冷却用动态控制部122算出针对后半冷却装置171将卷取温度控制为目标值的集管模式修正量。
前半冷却用动态控制部121具备:中间温度偏差补正部123,其使用来自中间温度计156的检测温度,算出用于补正该温度和目标中间温度的偏差的控制代码修正量;轧机出口侧温度偏差补偿部124,其使用来自轧机出口侧温度计155的检测温度,算出用于对该温度和在预置控制运算时假设的轧机出口侧温度的偏差进行补偿的控制代码修正量;前半冷却用速度偏差补偿部125,其根据轧机157和卷取机154的旋转速度求出钢板151的速度,并算出用于对其结果和在预置控制运算时假设的钢板速度的偏差进行补偿的控制代码修正量。
还具备前半冷却用操作量合成部126,其将中间温度偏差补正部123、轧机出口侧温度偏差补偿部124、前半冷却用速度偏差补偿部125的计算结果着眼于钢板长度方向各部位进行合成,算出前半冷却用动态控制部121的输出。
另一方面,后半冷却用动态控制部122具备:卷取温度偏差补正部127,其使用来自卷取温度计157的检测温度,算出用于补正该温度和目标卷取温度的偏差的控制代码修正量;中间温度偏差补偿部128,其算出用于对来自中间温度计156的检测温度和目标中间温度的偏差进行补偿的控制代码修正量;后半冷却用速度偏差补偿部129,其根据轧机157和卷取机154的旋转速度求出钢板151的速度,并算出用于对其结果和在预置控制运算时假设的钢板速度的偏差进行补偿的控制代码修正量。还具备后半冷却用操作量合成部130,其将卷取温度偏差补正部127、中间温度偏差补偿部128、后半冷却用速度偏差补偿部129的计算结果着眼于钢板长度方向各部位进行合成,算出后半冷却用动态控制部122的输出。
集管模式变换部140由前半冷却用集管模式变换部141和后半冷却用集管模式变换部142构成,在冷却控制中,所述前半冷却用集管模式变换部141接受来自前半冷却用动态控制部121的控制代码,将该代码变换为用于控制前半冷却装置170的集管模式,所述后半冷却用集管模式变换部142接受来自后半冷却用动态控制部122的控制代码,将该代码变换为用于控制后半冷却装置171的集管模式。
图2示出了速度模式图表111的结构。图以轧钢机152为串联轧机(tandem mill)的情况的速度模式为例进行表示。对应钢板的种类(钢种)、板厚、板宽,按每个级别蓄积钢板151的前端从轧机157输出时的速度(初始速度);之后钢板151的前端卷取到卷取机154之前的加速度(第一加速度);之后达到最大速度的加速度(第二加速度);最大速度;从最大速度减速到最终速度时的减速度;以及最终速度。
控制代码算出部115判定该钢板的钢种、板厚、板宽,从速度模式图表111抽出对应的速度模式。这里,mpm是m/分,表示在1分钟中钢板行进的距离。例如,钢种为DP1、板厚为3.0~4.0mm、板宽为1200mm时,初始速度525mm、第一加速度2mpm/s、第二加速度9mpm/s、最大速度1000mpm、减速度6mpm/s、最终速度850mpm被抽出。
图3示出了目标卷取温度图表112的结构。对应钢种使中间温度和卷取温度的目标值为不同级别。控制代码算出部115判定该钢板的钢种,从目标卷取温度图表112抽出对应的目标中间温度和目标卷取温度,并使用该数据进行用于控制代码算出的运算。
图4示出了冷却集管优先等级图表113的结构。以下,以前半冷却装置170、后半冷却装置171共具备5个存储单元,各存储单元具备8个集管的情况为例进行说明。集管数总和为在前半冷却装置170、后半冷却装置171中共40个。冷却集管优先等级图表113由前半冷却集管用优先等级图表401和后半冷却集管用优先等级图表402构成,对40个集管的每个的开放顺序赋予1~40的优先等级。
优先等级中对于钢种、板厚、集管区分(上集管或下集管),储存优先开放的冷却集管的顺序,例如,前半冷却集管用优先等级图表401的优先等级1下的(1,1)表示使第一存储单元的第一集管以最大的优先等级开放。钢种为DP钢(双相钢,Dual phase)等情况下,由于除中间温度的控制以外还要确保中间温度的保持时间,通常,在前半冷却装置170中将靠近轧机157的集管优先开放,在后半冷却装置171中将靠近卷取机154的集管优先开放,在中间温度计156附近确保充分的空冷区域。
图4中,钢种为DP1、板厚为2.0mm~4.0mm的级别示出了所述情况的示例,其中示出了在前半集管中,从第一存储单元的第一集管(最靠近轧机157的集管)开始顺次以高的优先等级开放,在后半集管中,从第八存储单元的第八个集管(最靠近卷取机154的集管)开始顺次以高的优先等级开放。即,示出了前半冷却装置170按(1,1)、(1,2)、(1,3)、(1,4)、(1,5)、……、(5,7)、(5、8)的顺序优先开放。另外,示出了后半冷却装置171中按(10,8)、(10,7)、(10,6)、(10,5)、(10,4)、……、(6,2)、(6,1)的顺序优先开放。
另一方面,由于轧机出口侧温度和卷取温度的测量性,也有使接近轧机157和卷取机154的冷却集管不优先开放的情况。图4中的钢种为DP1、板厚为6.0mm~8.0mm的级别示出了所述情况的示例,将接近轧机157的两个冷却集管和接近卷取机154的四个冷却集管的优先等级作为低值。
除此之外,由于包括钢板151的材质、动态控制的控制余量确保等原因,也有对集管赋予各种优先等级的情况,但任一种均可通过变更图4的图表内容而对应。在本实施例中,以板种和板厚作为分级别项目,但也可以加上板宽等。另外,将上集管和下集管采用同一优先等级,但也可以赋予不同的优先等级。
在本实施例中,集管模式用对应的控制代码来表现。图5表示控制代码和冷却集管开闭模式的对应。控制代码40为全闭。以下,使仅打开优先等级1的冷却集管的集管开闭模式为39、使优先等级1和2的两个冷却集管打开的集管开闭模式为38的方式来设定控制代码。即,将全部冷却集管打开状态的控制代码设定为0,全部冷却集管关闭状态的控制代码设定为40(前半冷却装置170、后半冷却装置171各自的冷却集管总数)。例如,如果是钢种为DP、板厚为2.0~3.0mm、冷却集管区分为前半集管的情况,则根据图4,按照集管的优先等级,将仅(1,1)开的状态设定为控制代码49,(1,1)、(1,2)开的状态设定为控制代码48,(1,1)、(1,2)、(1,3)开的状态设定为控制代码47,按照该要领,以下将控制代码赋予集管的开放模式,直至全部集管打开状态的控制代码0。
图6示出了进行前半冷却用控制代码算出部116及后半冷却用控制代码算出部117的算法。由于在前半冷却装置170、后半冷却装置171的冷却集管数相同,因此,实际进行的算法也相同。以下,目标温度、推测温度在前半冷却用控制代码116的情况为中间温度,在后半冷却用控制代码116的情况为卷取温度。
在S6-1中,以从速度模式图表111获取的与冷却钢板对应的级别的值为基础,算出钢板151从轧机157输出时的第一加速开始位置、第二加速开始位置、恒定速度开始位置、用于从恒定速度向最终速度过渡的减速开始位置,并计算从钢板151在轧机157开始输出到在卷取机154卷取结束的速度模式。可按以下所述的式(1)~式(6)分别算出第一加速度开始位置SL1s、第二加速开始位置SL2a、恒定速度开始位置SLcs、减速开始位置SLds、减速结束位置SLde。
SL1s=Lsc …(1)
其中,Lsc:常数。
SL2s=Lmd …(2)
其中,Lmd:从轧机157到卷取机154的距离。
(V1a)2=Lmd×2×Acc1+Vmax×Vmax …(3)
SLcs={Lmd+(Vmax-V1a)/Acc2×(Vmax+V1a)/2}…(4)
其中,V1a:第一加速结束速度,Acc1:第一加速度,Acc2:第二加速度,Vmax:最大速度。
SLds={Striplen-(Vmax-Vf)/Dcc×(Vmax+Vf)/2-dccmargin}…(5)
其中,Striplen:钢板长度,Vf:最终速度,Dcc:减速度,dccmargin:钢板151在轧机157中途的某一时刻之前完成减速的安全余量。
SLde={Striplen-dccmargin}…(6)
按算出的速度模式,在S6-2以后,将实现目标温度的集管模式通过使用板温推测模型117运算而算出。在本实施例中,对将钢板在长度方向区分的分段(section)进行定义,并示出了针对各分段按线形逆插法算出集管模式的示例。
在S6-2中,针对钢板151的各段,定义夹着解的控制代码的两个控制代码nL、nH。这里,由于在冷却集管的全开和全闭之间存在解,因此,一律设定为nL=0,nH=40。并且,伴随控制代码的增加,打开的冷却集管数单调减少,因此,当n1<n2时,针对与这些集管模式对应的目标温度Tc1、Tc2,Tc1<Tc2成立。下面,在S6-3中,将nL和nH的平均设定为n0。并且,在S6-4中,通过使用板温推测模型114的运算来推测与控制代码n0对应的各分段中间或卷取温度Tc0。
在S6-5中,按照各分段来判定推测温度Tc0相对于目标温度Ttarget的符号,在Tc0>Ttarget的情况下,在n0与nL之间有解,因此,将n0重新设置为nH。相反,在Tc0<Ttarget的情况下,在n0与nH之间有解,因此,将n0重新设置为nL。
在S6-6判定算法的结束条件,不满足时重复进行S6-3~S6-5。算法结束以完成S6-3~S6-5一定次数以上的重复、推测温度Tc和目标温度Ttarget的偏差在一定值以下、n0为nH和nL的任一个成立为条件判定即可。作为控制代码赋予方法,也可以与本实施例相反,将全部冷却集管关闭状态的控制代码设定为0,将全部冷却集管打开状态的控制代码设定为40,并与之对应赋予。
0050图7中针对与图6的S6-4对应的温度推测运算的详细处理示出了前半冷却用控制代码算出部116的情况。作为温度推测运算方法,例示了将钢板151沿长度方向分割,从轧机157的输出开始到钢板尾端通过中间温度计156的期间,按固定期间Δ来增加时间而差分计算钢板151的冷却行动。
在S7-1更新计算时刻,进而根据在图6的S6-1生成的速度模式来计算该时刻的板速Vt。在S7-2中使用算出的板速,计算当前时刻轧机157的输出长度Ln。输出长度Ln是指压制结束从轧机输出的钢板长度,可用式(7)来计算。其中,Ln-1是前计算时刻的输出长度。
Ln=Ln-1+Δ·Vt …(7)
在S7-3判定运算结束。当轧机输出长度Ln比在钢板151的全长上加上从轧机157到中间温度计156的距离的值大时,与一根钢板对应的中间温度预测计算全部结束,从而运算结束。在运算没有结束的情况,在S7-4进行钢板的温度追踪。即,对于前一时刻的钢板位置,从Ln和Ln-1的关系可知经过Δ时间之后钢板行进多少,因此,对钢板的温度分布进行移动对应的距离的处理。在S7-5中,对在Δ之间从轧机排出的钢板151设定轧机出口侧温度。在S7-6,根据在该时刻在钢板151的各部位上下部存在的集管的开闭信息,来判定各部位为水冷还是空冷。水冷的情况下,在S7-7,按例如式(8)来计算热传递系数。
hw=9.72*105*ω0.355*{(2.5-1.15*logTw)*D/(pl*pc)}0.646/(Tsu-Tw)…(8)
其中,ω:水量密度,Tw:水温,D:喷嘴直径,pl:生产线方向的喷嘴间距,pc:与生产线垂直方向的喷嘴间距,Tsu:钢板151的表面温度。
式(8)为所谓层流冷却(laminar cooling)情况的热传递系数。作为水冷方法,除此之外有喷雾冷却等各种方法,并已知有几个热传递系数的计算式。另外,也有虽冷却方式相同,但作为数式,通过反应最新的实验见解等而不同的情况。另一方面,空冷的情况按例如(9)式来计算热传递系数。
Hr=σ·ε【{(273+Tsu)/100}4-{(273+Ta)/100}4】/(Tsu-Ta)…
(9)
其中,σ:斯蒂芬-玻尔兹曼常数(=4.88),ε:放射率,Ta:空气温度(℃),Tsu:钢板151的表面温度。
对钢板151的表面和背面按冷却状态来计算式(8)和式(9)所代表的热传递系数式,使钢板表面的热移动量分别定量化。并且,在S7-9中,以经过Δ之前的温度为基础,通过将Δ期间的热量移动进行加减运算而对钢板151的各部位温度进行计算,从而算出轧机157和中间温度计156之间的钢板温度分布。其结果,获得中间温度计156安装位置的钢板温度,并且,将中间温度计156安装位置上游侧的钢板温度用于下次以后的计算中。如果在无视钢板151厚度方向的热移动的情况下,则可以对钢板151长度方向的各部位按式(10)计算。
Tn=Tn-1-(ht+hb)*Δ/(ρ*C*B)…(10)
其中,Tn:当前板温,Tn-1:Δ前的板温,ht:钢板表面的热传递系数,hb:钢板背面的热传递系数,ρ:钢板的密度,C:钢板的比热,B:钢板的厚度。
另外,在需要考虑钢板151厚度方向热传递的情况下,可通过解熟知的热方程式来计算。热方程式如式(11)所示,将钢板151沿厚度方向分割并用计算机对该热方程式进行差分计算的方法在各种专利文献中被公开。
其中,λ:热传递率,T:材料温度。
并且,重复进行S7-6~S7-9,直到S7-10中从轧机157到中间温度计156的、生产线内的钢板长度方向所需的计算结束。另外,重复进行S7-1~S7-10,直到在S7-3判定运算结束。
图8针对与S6-4对应的温度推测运算的详细处理,示出了后半冷却用控制代码算出部117的情况。整体处理与图7大致相同,但是,图8的计算对象为从中间温度计156设置位置到卷取机154的钢板,因此,在S8-5确定钢板的中间温度计156通过部。在其确定部分设定目标中间温度,在S8-6~S8-9中计算从中间温度计156安装位置到卷取机154的钢板温度。即,在S8-9中,对钢板151计算从中间温度计156到卷取机154的温度。另外,在S8-10中,判定在该时刻从中间温度计156到卷取机154之间所在的钢板的计算结束。
图9A示出了基于速度模式最佳化的控制代码变化的一例。在第1次处理中,由于在各部位针对同一初始值(nL=0,nH=40)处理,因此,如图9A所示,在钢板151的整个区域更新为20。在第二次处理中,对于控制代码20,钢板151各部位的温度预测结果按比Ttarget大或小,而使更新后的控制代码不同。
如图9B所示,例示了靠近钢板速度为低速的钢板151的前端、后端部分更新为关闭集管方向的控制代码,钢板速度为高速的钢板151的中央部更新为打开集管方向的控制代码。具体而言,如图9B的第二次处理所示,前端部、后端部在第一次处理S6-5中更新为nL=20、nH=40的结果,将控制代码更新为其平均值即30。另一方面,中央部在第一次处理的S6-5更新为nL=0、nH=20的结果,将控制代码更新为10。由此,通过对前半冷却用控制代码算出部116和后半冷却用控制代码算出部116分别重复图6的S6-3~S6-6,而顺次更新控制代码。
图10详细示出了前半冷却用动态控制部121的结构和各部分的处理。前半冷却用控制代码算出部116输出的控制代码在将钢板151冷却控制中,利用前半冷却用动态控制部121实时补正。前半冷却用动态控制部121具备:在图1的说明中描述的中间温度偏差补正部123、轧机出口侧温度偏差补偿部124、前半冷却用速度偏差补偿部125、前半冷却用操作量合成部126。还具备:用于补正量计算的第一影响系数图表1001、第二影响系数图表1002、第三影响系数图表1003。用前半冷却用动态控制部121的前半冷却用操作量合成部126算出的钢板长度方向的每个部位的控制代码变化量、和对前半冷却用控制代码算出部116输出的控制代码进行加法运算而算出的控制代码对前半冷却用集管模式变换部141输出。
图11示出了第一影响系数图表1001的结构。在第一影响系数图表1001中储存有针对控制代码的变化的中间温度的变化量
是将一个冷却集管162打开或关闭时与中间温度Tm变化量对应的数值。
按板厚、板速、前半冷却用控制代码而分级别储存。在图的示例中,示出了在板厚为3mm以下、钢板151的速度为450mpm以下、前半冷却用控制代码为9以下的情况下,
当打开或关闭一个冷却集管162时,用中间温度计156测量的中间温度Tm降低或上升3℃。
图12示出了第二影响系数图表1002的结构。在第二影响系数图表1002中储存有针对钢板速度变化的中间温度的变化量
值是钢板151的速度增加或减少1mpm时中间温度Tm的变化量。
按板厚、板速、前半冷却用控制代码而分级别储存。在图的示例中,示出了在板厚为3mm以下、钢板151的速度为450mpm以下、控制代码n为9以下的情况下,
当钢板151的速度增加或减少1mpm时,用中间温度计156测量的中间温度Tm降低或上升2.2℃。
图13示出了第三影响系数图表1003的结构。在第三影响系数图表1003中储存有针对轧机出口侧温度变化的中间温度的变化量
这是在轧机出口侧温度计位置的钢板温度增加或减少1℃时与中间温度Tm的变化量对应的数值。
按板厚、板速、前半冷却用控制代码而分级别储存。在图的示例中,示出了在板厚为3mm以下、钢板151的速度为450mpm以下、控制代码n为9以下的情况的下,
在轧机出口侧温度的测量值高或低1℃时,用中间温度计156测量的中间温度Tm增加或减少0.9℃。
在图11~13中,级别项目可以相同地减少,也可以增加轧机出口侧温度等。
下面,对中间温度偏差补正部123的处理进行说明。中间温度偏差补正部123按一定周期启动,检测中间温度并进行反馈(FB)控制。中间温度偏差补正部123具备中间温度偏差算出部1004,该中间温度偏差算出部1004计算用于抑制测量的中间温度和目标温度的偏差大小的合适的前半冷却用控制代码变更量。即,中间温度偏差算出部1004获取目标中间温度和中间温度计156的测量值的差,并且,从第一影响系数图表1001获取与当前状态对应的该级别的影响系数利用式(12)的运算,计算控制代码的变更量。
其中,Δn1:基于中间温度FB控制的控制代码变更量,G1:常数(中间温度FB控制增益),从第一影响系数图表1101抽出的该级别的影响系数,ΔTm:中间温度偏差。
另一方面,轧机出口侧温度偏差补偿部124也相同地按一定周期启动,并进行轧机出口侧温度偏差前馈(FF)控制。轧机出口侧温度偏差补偿部124具备:轧机出口侧温度偏差补正量算出部1005,其对于预置计算时假设的轧机出口侧温度和轧机出口侧温度计155检测出的实际温度的偏差,计算合适的控制代码的变更量;适用部位确定部1008,其决定计算结果适用钢板151的长度方向哪一部位。轧机出口侧温度偏差补正量算出部1005获取调整计算时假设的Tf和用轧机出口侧温度计155测量的Tf的差ΔTf。并且,从第一影响系数图表1001和第三影响系数图表1003获取适合当前冷却状态的级别的影响系数 利用式(13)的运算来计算前半冷却用控制代码的变更量。
其中,Δn2:基于轧机出口侧温度偏差FF控制的前半冷却用控制代码变更量,G2:常数(轧机出口侧温度FF控制增益),
从第三影响系数图表1003抽出的该级别的影响系数,ΔTf:轧机出口侧温度偏差。计算的Δn2输出给适用部位确定部1008。
图14示出了适用部位确定部1008的处理。这里,如图15所示,对钢板151沿长度方向定义分段1501。图的示例中,从钢板前端到钢板后端定义了n个分段,分别赋予分段序号。即,对钢板前端的分段赋予1,以下,对钢板后端的分段赋予n。
在S14-1中,获取通过轧机出口侧温度计155设置位置正下方的钢板的分段序号。将在此获取的分段序号设定为i。在进行轧机控制的钢铁系统的控制装置中,通常计算钢板151的跟踪位置信息。即,利用轧机157的辊旋转速度、卷取机154的旋转速度以及详情省略了的从HMD(HotMetal Detector)、CMD(Cold Metal Detector)等位置传感器等获取的信号,对钢板151的前头位置(从轧机157的输出长度)、尾端位置等进行周期计算。根据该信息和轧机出口侧温度计155的安装位置关系,可确定正在通过轧机出口侧温度计设置位置的钢板分段序号。
接着,在S14-2中,获取轧机出口侧温度偏差补正量算出部1005的输出Δn2。并且,在S14-3中,将Δn2登记于S14-1获取的轧机出口侧温度计155设置位置的分段序号i。以下,将该值称作(Δn2)i。
前半冷却用速度偏差补偿部125也同样地按一定周期启动,进行速度偏差前馈控制。前半冷却用速度偏差补偿部125具备:速度偏差补正量算出部1006,其对在预置计算时假设的该时刻钢板速度和实际钢板速度的偏差来计算合适的前半冷却用控制代码的变更量;适用部位确定部1009,其决定计算结果适用钢板151的长度方向的哪一部位。
速度偏差补正量算出部1006获取调整时假设的钢板速度和实际速度的偏差ΔV,并且,从第一影响系数图表1001和第二影响系数图表1002获取适合当前状态的级别的影响系数 利用式(14)的运算来计算控制代码的变更量。
其中,Δn3:基于板速偏差FF控制的前半冷却用控制代码变更量,G3:常数(板速偏差FF控制增益),
从第二影响系数图表抽出的该级别的影响系数,ΔV:板速偏差。
计算的Δn3输出给适用部位确定部1009。图16示出了适用部位确定部1009的处理。在S16-1中,从钢板151的跟踪信息获取位于前半冷却装置170的进入位置和排出位置的钢板的钢板分段序号。然后,在S16-2中,根据获取的分段序号决定需要控制代码补正的段,并算出各段的补正比。钢板分段序号i的补正比Ri可利用式(15)计算。
Ri=(i-I1)/(I2-I1)…(15)
其中,I1:前半冷却装置排出位置的钢板分段序号,I2:前半冷却装置进入位置的钢板分段序号。
并且,在S16-3中,获取速度偏差补正量算出部1006的输出Δn3。在S 16-4中,根据Δn3和在S16-2算出的补正比Ri,计算各段的控制代码补正量,并登记于该段序号。钢板分段序号i的补正量(Δn3)i可按式(16)算出。
(Δn3)i=Δn3×Ri …(16)
下面,对前半冷却用操作量合成部126的处理进行说明。前半冷却用操作量合成部126对Δn1、(Δn2)i、(Δn3)i进行加法运算,并算出各钢板分段的操作量。具体而言,用式(17)计算关于钢板分段i的前半冷却用动态控制部121的输出Ndi。
Ndi={Δn1+(Δn2)i+(Δn3)i}…(17)
前半冷却用动态控制部121输出各段的Ndi,按照该值,修正前半冷却用控制代码算出部116输出的控制代码,并输出给前半冷却用集管模式变换部141。
图17示出了前半冷却用动态控制部121补正前半冷却用控制代码算出部116输出的前半冷却用控制代码时的补正结果。图中,相对于钢板部位500m~520m的前半冷却用控制代码被保持,520mm~525m的前半冷却用控制代码从12补正为14。
在本实施例中,将各补正量算出部1004~1006按一定周期启动,但是,作为启动方法,考虑有按钢板151从轧机157每输出一定长度的时刻进行启动的方法,和在轧机出口侧温度、中间温度和钢板速度产生一定以上的偏差的时刻进行启动的方法等各种方法。
图18详细表示了后半冷却用动态控制部122的结构和各部分的处理。后半冷却用控制代码算出部117输出的控制代码在冷却控制钢板151过程中,利用后半冷却用动态控制部122实时补正。
后半冷却用动态控制部122具备:图1所述的卷取温度偏差补正部127、中间温度偏差补偿部128、后半冷却用速度偏差补偿部129和后半冷却用操作量合成部130。还具备:用于补正量计算时的第四影响系数图表1801、第五影响系数图表1802、第六影响系数图表1803。用后半冷却用动态控制部122的后半冷却用操作量合成部130算出的、钢板长度方向的每个部位的控制代码变化量对后半冷却用集管模式变化部142输出。
图19表示第四影响系数图表1801的结构。在第四影响系数图表1801中,储存有相对于控制代码的变化的卷取温度的变化量
其与将一个冷却集管162打开或关闭时的卷取温度Tc的变化量对应。
按板厚、板速、前半冷却用控制代码而分级别储存。在图的示例中,示出了在板厚为3mm以下、钢板151的速度为450mpm以下、前半冷却用控制代码为9以下的情况下,
当打开或关闭一个冷却集管162时,用卷取温度计157测量的卷取温度Tc降低或上升4.0℃。
图20示出了第五影响系数图表1802的结构。在第五影响系数图表1802中,储存有相对于钢板速度变化的卷取温度的变化量
该值是钢板151的速度增加或减少1mpm时卷取温度Tc的变化量。
按板厚、板速、后半冷却用控制代码而分级别储存。在图的示例中,示出了在板厚为3mm以下、钢板151的速度为450mpm以下、控制代码n为9以下的情况下,
当钢板151的速度增加或减少1mpm时,用卷取温度计157测量的卷取温度Tc降低或上升3.2℃。
图21示出了第六影响系数图表1803的结构。在第六影响系数图表1003中,储存有相对于中间温度变化的轧机出口侧温度的变化量
这是与中间温度测量位置的钢板温度增加或减少1℃时的轧机出口侧温度Tc的变化量对应的数值。
按板厚、板速、后半冷却用控制代码而分级别储存。在图的示例中,示出了在板厚为3mm以下、钢板151的速度为450mpm以下、控制代码n为9以下的情况下,
中间温度的测量值高或低1℃时,用卷取温度计157测量的卷取温度Tc增加或减少0.9℃。
在图19~21中,分级别项目可以相同地减少,也可以增加中间温度等。
下面,对卷取温度偏差补正部127的处理进行说明。卷取温度偏差补正部127按一定周期启动,检测卷取温度并进行反馈(FB)控制。卷取温度偏差补正部127具备卷取温度偏差算出部1804,该卷取温度偏差算出部1804对于卷取温度相对于目标温度的偏差大小,计算合适的后半冷却用控制代码变更量。卷取温度偏差补正量算出部1804获取目标卷取温度和卷取温度计157的测量值的差,并且,从第四影响系数图表1801获取当前状态该级别的影响系数利用式(18)的运算,计算控制代码的变更量。
其中,Δn4:基于卷取温度FB控制的后半冷却用控制代码变更量,G4:常数(卷取温度FB控制增益),从第四影响系数图表抽出的该级别的影响系数,ΔTc:卷取温度偏差。
另一方面,卷取温度偏差补偿部128也相同地按一定周期启动,并进行中间温度偏差前馈(FF)控制。中间温度偏差补偿部128具备:中间温度偏差补正量算出部1805,其对于中间温度的目标值和由中间温度计155测量的实际温度的偏差计算合适的后半冷却用控制代码的变更量;适用部位确定部1008,其决定计算结果适用钢板151的长度方向哪一部位。中间温度偏差补正量算出部1805获取中间温度目标值和用中间温度计156测量的Tm的差ΔTm,并且,从第四影响系数图表1801和第六影响系数图表1803获取适合当前状态的级别的影响系数 利用式(19)的运算来计算后半冷却用控制代码的变更量。
其中,Δn5:基于中间温度偏差FF控制的后半冷却用控制代码变更量,G5:常数(中间温度FF控制增益),
从第六影响系数图表抽出的该级别的影响系数,ΔTm:轧机出口侧温度偏差。
计算的Δn5输出给适用部位确定部1808。图22示出了适用部位确定部1808的处理。同样地,如图15所示,钢板151沿长度方向定义分段1501。在S22-1中,获取中间温度计156设置位置的分段序号。这里将获取的分段序号设定为i。接着,在S22-2中获取中间温度偏差补正量算出部1805的输出Δn5。并且,在S22-3中,将Δn5登录给在S22-1获取的中间温度计156设置位置的分段序号i。以下,将该值称作(Δn5)i。
后半冷却用速度偏差补偿部129也同样地按一定周期启动,进行速度偏差前馈控制。后半冷却用速度偏差补偿部129具备:速度偏差补正量算出部1806,其对在预置计算时假设的该时刻钢板速度和实际钢板速度的偏差计算合适的后半冷却用控制代码的变更量;适用部位确定部1809,其决定计算结果适用钢板151的长度方向的哪一部位。速度偏差补正量算出部1806获取调整时假设的钢板速度和实际速度的偏差ΔV。并且,从第四影响系数图表1801和第五影响系数图表1802获取适合当前状态的级别的影响系数 利用式(20)的运算来计算控制代码的变更量。
其中,Δn6:基于板速偏差FF控制的后半冷却用控制代码变更量,G6:常数(板速偏差FF控制增益),从第五影响系数图表抽出的该级别的影响系数,ΔV:板速偏差。
计算的Δn6输出给适用部位确定部1809。图23示出了适用部位确定部1809的处理。在S23-1中,从钢板151的跟踪信息中,获取位于后半冷却装置171的进入位置和排出位置的钢板的钢板分段序号。然后,在S23-2中,根据获取的分段序号决定需要控制代码补正的段,并算出各段的补正比。钢板分段序号i的补正比Ri可利用式(21)计算。
Ri=(i-I1)/(I2-I1)…(21)
其中,I1:后半冷却装置排出位置的钢板分段序号,I2:后半冷却装置进入位置的钢板分段序号。
并且,在S23-3中,获取速度偏差补正量算出部1806的输出Δn6。在S23-4中,根据Δn6和在S23-2算出的补正比,计算各段的控制代码补正量,并登记在该段序号。钢板分段序号i的补正量(Δn6)i可按式(22)算出。
(Δn6)i=Δn6×Ri …(22)
下面,对后半冷却用操作量合成部130的处理进行说明。第二操作量合成部130对Δn4、(Δn5)i、(Δn6)i进行加法运算,并算出各钢板分段的操作量。具体而言,将与钢板分段i相关的后半冷却用动态控制部122的输出Ndi按式(23)计算。
Ndi={Δn1+(Δn2)i+(Δn3)i}…(23)
后半冷却用动态控制部122输出各段的Ndi,按照该值,修正后半冷却用控制代码算出部117输出的控制代码,并输出给后半冷却用集管模式变换部142。
图24示出了后半冷却用动态控制部122补正后半冷却用控制代码算出部117输出的后半冷却用控制代码时的补正结果。图中,相对于钢板部位500m~510m的后半冷却用控制代码被保持,钢板部位510mm~525m的后半冷却用控制代码从24补正为22。
在本实施例中,将各补正量算出部1804~1806按一定周期启动,但是,作为启动方法,考虑有按钢板151从轧机157输出一定长度的每个时刻进行启动的方法,和在中间温度、卷取温度和钢板速度产生一定以上的偏差的时刻进行启动的方法等各种方法。
图25示出了进行前半冷却用集管模式变换部141的算法。在S25-1中,算出通过冷却集管正下方的钢板151距离前端的距离Lh。在S25-2判定Lh是否比0小,在比0小的情况下,由于钢板151没有到达该冷却集管,因此,跳过处理而进入S25-5。在比0大的情况下,由于钢板151到达该冷却集管,因此,在S25-3抽出与距离Lh对应的前半冷却用控制代码。即,对照Lh和图15的钢板部位,抽出与Lh对应的部位的前半冷却用控制代码。在S25-4中,根据该部位的前半冷却用控制代码,可决定打开到优先等级为几的冷却集管,因此,使用该信息和储存在前半冷却集管用优先等级图表402的信息,来决定该冷却集管的开闭。在S25-5中,判定针对全部冷却集管的运算是否结束,在没有结束的情况下重复进行S25-1~S25-4的处理,直到结束。
图26示出了后半冷却用集管模式变换部142执行的算法。在S26-1中,算出通过冷却集管正下方的钢板151距离前端的距离Lh。在S26-2判定Lh是否比0小,在比0小的情况下,由于钢板151没有到达该冷却集管,因此,跳过处理而进入S26-5。在比0大的情况下,由于钢板151到达该冷却集管,因此,在S26-3抽出与距离Lh对应的后半冷却用控制代码。即,对照Lh和图15的钢板部位,抽出与Lh对应的部位的后半冷却用控制代码。在S26-4中,根据该部位的后半冷却用控制代码,可决定打开到优先等级为几的冷却集管,因此,使用该信息和储存在后半冷却集管用优先等级图表402的信息,来决定该冷却集管的开闭。在S26-5中,判定针对全部冷却集管的运算是否结束,在没有结束的情况下重复进行S26-1~S26-4的处理,直到结束。
在本实施例中,以冷却集管数在前半冷却装置170、后半冷却装置171中均为40的情况为例进行了说明,但是,根据设备可为各种值。
【实施例2】
下面,对实施例2进行说明,实施例2相对于实施例1,在预置运算进行之后,判定钢板151在中间温度是否保持了一定时间,在保持时间不足的情况下,为确保该保持时间而附加变更速度模式的处理。
图27示出了在实施例1(图1)的卷取温度控制装置100中附加中间温度保持时间算出部2701和速度模式变更部2702的实施例2。中间温度保持时间算出部2701获取用预置控制部110计算的前半冷却用控制代码和后半冷却用控制代码,并从速度模式图表111获取该级别的最大速度。进而,从冷却集管优先等级图表113获取该级别的各集管的开放优先等级,基于这些推测钢板151在中间温度保持几秒。
图28示出了中间温度保持时间算出部2701执行的处理。在S28-1中,根据前半冷却用控制代码和前半冷却装置170的各冷却集管的优先等级,确定最接近中间温度计156的打开集管。在S28-2中,同样地,根据后半冷却用控制代码和后半冷却装置171的各冷却集管的优先等级,确定最接近中间温度计156的打开集管。在S28-3中,从速度模式图表111抽出与冷却中的钢板151对应的级别的最大速度。使用以上信息,在S28-4中,推测钢板151在中间温度保持的时间。保持时间Tk可由式(24)算出。
Tk=L/Vmax …(24)
其中,L:最接近前半冷却装置170的中间温度计156的打开集管和最接近后半冷却装置171的中间温度计156的打开集管的距离,Vmax:最大速度。如果保持时间Tk满足预先设定的必要保持时间,则在S28-5结束处理。在保持时间Tk比必要保持时间小的情况下,向速度模式变更部2702交接处理,通过使最大速度降低来进行用于满足保持时间的处理。
图29示出了用于变更速度模式的一系列处理。在S29-1中,在速度模式变更部2702中,计算不足保持时间ΔTk,由式(25)算出补偿其不足的降低速度量ΔVs。不足保持时间ΔTk是从必要保持时间减少Tk的值。
ΔVs=L/ΔTk …(25)
并且,将最大速度设定为η·ΔVs。η是0~1的常数。接着,在S29-2中,启动预置控制部110进行实施例1的处理,由此,可算出由最大速度的降低引起的集管模式的变化。在S29-3中,再次启动中间温度保持时间算出部2701,算出钢板151的中间温度保持时间。并且,在S29-4中,判定保持时间是否满足必要保持时间,并重复进行S29-1~S29-3的处理直到满足必要保持时间。
在本处理中,当将η设定为接近1的值时,可以用一次运算满足在中间温度的保持时间,但是,存在最大速度过度降低的情况。另一方面,当将η设定为接近0的值时,需要几次重复S29-1~S29-3的处理,但是,能够在满足保持时间的范围内获得接近最大的速度。考虑上述情况,按计算时间和计算负荷的制约决定η即可。
在实施例2中,示出了严谨考虑伴随最大速度降低的集管模式变化来进行速度降低处理的示例,但是,通过将η预先设定为合适的值,省略S29-1~S29-3的反复运算,能够用一次的再计算完成预置处理。这时,具有可确定计算时间的最大值的优点。
【实施例3】
下面,对本发明的第三实施例进行说明。实施例3是对前半冷却用动态控制部121的控制结果给后半冷却用动态控制部122的动作带来的影响加以限制,使冷却控制稳定的实施例。
图30示出了在实施例1(图1)的卷取温度控制装置100中附加了稳定化控制部3001的实施例3。本实施例中新设置的稳定化控制部3001在前半冷却用动态控制部121的前半冷却用操作量合成部126具有的信号中,获取稳定化处理所必须的信号,将进行稳定化控制运算的结果输出给后半冷却用动态控制部122。作为稳定化处理有各种考虑,但是,在本实施例中,例示了中间温度利用相对于前半冷却用动态控制部121的速度偏差补偿运算的冷却集管162的响应延迟来进行过渡动作,从而防止后半冷却用动态控制部122的中间温度偏差补偿部的输出不稳定。
图31示出了稳定化控制部3001的动作。在S31-1中,推测与速度变化ΔV对应的中间温度的变化量ΔTms。ΔTms可根据ΔV和从第二影响系数图表1002抽出的该级别的
按式(26)算出。
在S31-2中将ΔTms输出给后半冷却用动态控制部122。根据式(26),预测由于速度变化而使中间温度变化ΔTms,但是,该温度变化会被前半冷却用速度偏差补偿部125抑制。
另一方面,从开闭冷却集管162至钢板表面的状态变化,由于冷却集管的响应延迟等,通常需要2秒左右。因此,也有过渡观测与速度变化对应的中间温度的变化的情况,但是,当后半冷却用动态控制部122的中间温度偏差补偿部128与之对应地动作时,冷却集管在短时间开闭而使冷却控制不稳定。中间温度偏差补偿部128获取ΔTms,在从速度变化到在中间温度观测由前半冷却用速度偏差补偿部125进行的集管操作的效果为止的一定时间Δt1的期间,进行抑制相当于ΔTms以内的温度偏差的集管修正量的处理。
具体而言,利用式(27),根据现状对0~ΔTms的温度变化设定静区,不进行与之对应的集管修正。
其中,Δn5*:由速度变化之前的中间温度偏差FF控制实现的后半冷却用控制代码变更量,ΔTm’:速度变化之前的中间温度和控制时刻的中间温度的偏差,ΔTm*和Tm’成下式的关系。
ΔTm*=0(0<ΔTm’<ΔTms时)
ΔTm*=ΔTm’-ΔTms (ΔTms<ΔTm’时)
ΔTm*=ΔTm’(ΔTm’≤0时)
式(27)是0<ΔTms(速度增加的情况)的一例,但是,ΔTms<0(速度降低的情况)的情况也可类似处理。
从速度变化经过Δt1之后,解除式(27)的处理,返回式(19)所示的通常的中间温度偏差补偿部128的处理。作为冷却控制稳定化处理,此外在中间温度与目标值有偏差的情况,也考虑抑制中间温度偏差补偿部128的动作至中间温度偏差补偿部123使中间温度稳定化的方法等各种方法。
产业上的可利用性
本发明可广泛应用于在热轧生产线的冷却控制中的需要控制中间温度的高级钢板的冷却控制。