CN102215992A - 控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制装置，该控制具备预测温度计算部(101a)和控制部(101b)，其中，该预测温度计算部(101a)将在热轧装置(20)中被加热并轧制的钢板(14)的截面从外围到中央、每隔空间增量宽度以环状的方式分割为多个要素，再根据边界条件使时间增量宽度变化，从而利用差分法算出每个被分割的要素的预测温度，该控制部(101b)根据由预测温度计算部(101a)算出的预测温度，确定热轧装置(20)对钢板(14)进行加热并轧制用的控制量。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，该控制装置能够以较低的计算负担高精度地计算出在热轧装置中被轧制的钢板的温度预测值。

背景技术

在通常的热轧装置中，在传送线上传送在钢坯加热炉中被加热到规定温度的高温钢板，在对其进行轧制处理等一系列的处理之后，利用卷线机对其进行卷绕。这里，用于进行轧制载荷及轧制转矩等轧制处理的控制量必须根据钢板的温度来进行调整。因此，要高精度地算出该轧制处理的控制量，就必须高精度地算出钢板的温度。

在通常的热轧装置中，在传送钢板的工序中，会涉及到热辐射，除鳞部及层流喷雾冷却部等的水冷却，轧制处理中的加工生热、摩擦生热、轧辊传热，以及由于钢板内部的相变而引起的潜热等的多种热传导现象，钢板的表面温度时刻在发生变化。另外，在钢板的内部，由于与表面温度之差产生的热传导，钢板内部的温度也会发生变化。由此，由于钢板的多种边界条件的变化，表面温度的变化较大，但是由于钢板内部只有热传导这种热量转移，因此其温度变化较缓，因此，表面温度与内部温度之间产生了温度差，具有了温度分布。特别是，当钢板的厚度越大这种温度分布就越大。

一般而言，在对钢板表面温度的计算中，根据上述多种所涉及的边界条件的变化，算出流入流出钢板的热量，预测并算出钢板表面温度的变化。另外，在对钢板内部温度的计算中，有必要通过计算其与表面的温度差产生的热传导，预测并算出内部温度的变化。

因此，在现有的钢板温度计算中，对于每个边界条件计算出通过表面流入流出的热量，将钢板内部简化为均匀的温度，以使用钢板整体的热容来进行温度计算。

然而，关于粗轧等板厚较厚的钢板的温度，表面温度与内部温度之差较大，即使利用除鳞部的水冷却或轧辊传热等使表面温度暂时下降，由于随后来自钢板内部的热传导也会使表面温度上升，由此，利用如上所述简化后的温度计算，不能正确地计算钢板温度的时刻变化。

另外，在加热炉内的钢板加热控制或厚板轧制工序等中，在板厚方向或板宽方向对钢板截面进行网状分割，利用各要素之间的热传导也一并考虑的差分法，进行温度计算。然而，这样对钢板截面进行网状分割，经过时间也分割成间距时间，利用差分法求解热传导方程式以计算温度，在这种温度计算方法中，具有计算次数较多、计算机负担增大的问题，这种温度计算方法很难应用于要求实时性的实际操作中的热轧装置的在线控制计算。

因此，专利文献1(日本专利公开2001-269702)揭示了如下一种方法：在利用差分法进行的温度计算中，根据因轧制等造成的钢板的厚度变化，通过在进行轧制的同时减少板厚方向的分割数，以减少温度计算负担的方法。

发明内容

然而，在专利文献1(日本专利公开2001-269702)中，虽然随着轧制来减少板厚方向的分割数，但是不能减少板宽方向的分割数。而且，为了减少分割数而将要素分割简化为只进行板厚方向的分割，在板宽方向上不进行分割，如果在这样的情况下进行差分计算，则对于刚从加热炉中抽出等的板厚较厚的钢板，由于来自侧面的辐射冷却等，而不能正确地得出侧面温度。

另外，还存在如下问题：即使为了减小计算机负担而增大时间增量以使整体的计算次数减少，在水冷却区域等温度变化较大的边界条件下也不能进行十分正确的温度计算，在实际操作中的在线控制计算的差分计算也很难适用。

本发明正是鉴于上述技术问题而提供的一种控制装置，该控制装置能够以较低的计算负担、高精度地计算出在热轧装置中被轧制的钢板的预测温度。

根据本发明，能够以较低的计算负担、高精度地计算出在热轧装置中被轧制的钢板的温度预测值。

附图说明

图1是示出利用第1实施方式所涉及的控制装置进行控制的热轧装置的结构的结构图。

图2是示出第1实施方式所涉及的控制装置的结构的结构图。

图3表示利用第1实施方式所涉及的控制装置所具备的CPU的预测温度计算部在钢板截面进行的要素分割处理。

图4是钢板中的截面的各要素的流入流出热量的说明图。

图5是说明对利用第2实施方式所涉及的控制装置进行控制的热轧装置中的钢板温度给予变化的边界条件的模式图。

图6是示出利用第2实施方式所涉及的控制装置进行控制的热轧装置的中的钢板的温度变化的说明图。

图7是利用第3实施方式所涉及的控制装置所具备的CPU的预测温度计算部进行预测温度的计算处理的说明图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明所涉及的控制装置的实施方式。

<实施方式1>

<结构>

图1是示出利用第1实施方式所涉及的控制装置进行控制的热轧装置的结构的结构图。

如图1所示，利用第1实施方式所涉及的控制装置进行控制的热轧装置20具备：对钢板14进行加热的钢坯加热炉1，从钢板14的上方及下方喷射高压水以从钢板14的表面除鳞的高压除鳞部2，对钢板14的板宽方向进行轧制的轧边机3，对钢板14进行粗轧的粗轧部4，对经粗轧部4粗轧后的钢板14的温度进行测定的粗轧出口侧温度计5，对被切头剪7切断之前的钢板14的温度进行测定的精轧入口侧温度计6，切断钢板14的前后端部的切头剪7，从钢板14的表面除鳞的精轧入口侧除鳞部8，将钢板14精轧到规定的板厚的精轧部9，对经精轧部9精轧后的钢板14的温度进行测定的精轧出口侧温度计10，冷却钢板14的层流喷雾冷却部11，对经层流喷雾冷却部11冷却后的钢板14的温度进行测定的卷绕温度计12，以及对钢板14进行卷绕的卷线机13。

图2是示出利用第1实施方式所涉及的控制装置进行控制的热轧装置的结构的结构图。

如图2所示，第1实施方式所涉及的控制装置100具备ROM102、RAM103、输入部104、输出部105、以及硬盘106，上述各部分分别通过总线200连接起来。

ROM102由不易失性半导体等构成，存储CPU101所执行的操作系统等。

RAM103由易失性半导体等构成，存储在CPU101进行各种处理中所必需的数据等。

输入部104从热轧装置20接收由粗轧出口侧温度计5、精轧入口侧温度计6、精轧出口侧温度计10及卷绕温度计12等的各种温度计所测定的测定温度，以及由控制装置20所具备的传感器等所检测出的过程值。

输出部105将由CPU101所生成的各种控制信号发送到热轧装置20。

硬盘106存储CPU101所执行的控制程序、以及用于计算预测温度的预测温度计算程序等。

控制部101进行控制装置100的关键控制。另外，CPU101在功能上，具备预测温度计算部101a、以及控制部101b。

预测温度计算部101a在计算预测温度方面概括为，将钢板14的截面从外围到中央、每隔规定的空间增量以环状的方式分割为多个要素。然后，预测温度计算部101a利用差分法算出每个被分割的要素的预测温度。

控制部101b根据由预测温度计算部101a算出的预测温度，决定热轧装置20对钢板14进行加热、轧制及冷却用的控制量，根据该决定的控制量来控制热轧装置20。

<预测温度的计算>

接着，对于利用第1实施方式所涉及的控制装置100所具备的CPU101的预测温度计算部101a来计算预测温度的顺序，进行详细说明。

图3表示利用预测温度计算部101a在钢板14的截面所进行的要素分割处理。

在图3中，分割数N表示从钢板14的上表面部起到中央部为止的板厚方向的要素数。因为分割数N是相当于钢板14的板厚的一半的分割数，所以从钢板14的上表面部起到下表面部为止的总分割数为2N-1。

也就是说，若设空间增量代表宽度为Δx，则预测温度计算部101a首先从钢板14的上下表面及侧面开始，以空间增量代表宽度的一半的宽度(1/2·Δx)以环状的方式来进行要素的分割。然后，预测温度计算部101a在钢板14的内侧，在板厚方向、板宽方向上每隔空间增量代表宽度(Δx)同样地进行环状要素的分割。如果该空间增量代表宽度(Δx)太小，则CPU101的负载会变大，如果该空间增量代表(Δx)太大，则不能正确地计算出预测温度。因此，有必要先由供应商等根据实际测量预先计算出适当的值，并由供应商或用户等预先设定适当的值。

而且，预测温度计算部101a同样地进行要素的分割，一直分割到中央部要素为止。另外，将除中央部要素以外的各环状要素分为上半部分和下半部分，从而能够分别计算上表面和下表面。由此，预测温度计算部101a将钢板14分割为总数2N-1个要素。

接着，预测温度计算部101a计算出各要素的体积和边界面面积。在钢板14的传送方向上取单位长度，计算出板厚为H且板宽为B的钢板14上的各要素的体积、以及各要素之间或者要素与周围的边界面面积。

具体而言，若设第1要素的体积为V₁，第2要素的体积为V₂、第3要素的体积为V₃、第N要素的体积为V_N，第(2N-3)要素的体积为V_2N-3，第(2N-2)要素的体积为V_2N-2，第(2N-1)要素的体积为V_2N-1，则预测温度计算部101a利用下述的数学式1至数学式7，分别计算出V₁、V₂、V₃、V_N、V_2N-3、V_2N-2、V_2N-1。此外，由于V₁、V₂、V₃、V_N、V_2N-3、V_2N-2、V_2N-1表示在钢板14的传送方向上每单位长度1mm的体积，因此，这里省略单位长度1mm部分的单位，用(mm²)来表示。

[数学式1]

$V_1=\frac{1}{2}\{H\&CenterDot;B-(H-\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-\mathrm{\&Delta;x})\}\left({\mathrm{mm}}^2\right)$ ...(数学式1)

[数学式2]

$V_2=\frac{1}{2}\{(H-\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-\mathrm{\&Delta;x})-(H-3\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-3\mathrm{\&Delta;x})\}\left({\mathrm{mm}}^2\right)$ ...(数学式2)

[数学式3]

$V_3=\frac{1}{2}\{(H-3\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-3\mathrm{\&Delta;x})-(H-5\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-5\mathrm{\&Delta;x})\}\left({\mathrm{mm}}^2\right)$ ...(数学式3)

[数学式4]

$V_N=\frac{1}{2}\left(H(2N-3)\mathrm{\&Delta;x}\right)\&CenterDot;(B-(2N-3)\mathrm{\&Delta;x})\left({\mathrm{mm}}^2\right)$ ...(数学式4)

[数学式5]

$V_{2N-3}=V_3=\frac{1}{2}\{(H-3\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-3\mathrm{\&Delta;x})-(H-5\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-5\mathrm{\&Delta;x})\}\left({\mathrm{mm}}^2\right)$ ...(数学式5)

[数学式6]

$V_{2N-2}=V_2=\frac{1}{2}\{(H-\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-\mathrm{\&Delta;x})-(H-3\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-3\mathrm{\&Delta;x})\}\left({\mathrm{mm}}^2\right)$ ...(数学式6)

[数学式7]

$V_{2N-1}=V_1=\frac{1}{2}\{H\&CenterDot;B-(H-\mathrm{\&Delta;x})\&CenterDot;(B-\mathrm{\&Delta;x})\}\left({\mathrm{mm}}^2\right)$ ...(数学式7)

另外，若设第1要素与周边之间的边界面面积为A_1-out，第1要素与第2要素之间的边界面面结为A_1-2，第2要素与第3要素之间的边界面面积为A_2-3，第(N-1)要素与第N要素之间的边界面面积为A_(N-1)-N，第(2N-3)要素与第(2N-2)要素之间的边界面面积为A_{(2N-3)-(2N-2)}，第(2N-2)要素与第(2N-1)要素之间的边界面面积为A_{(2N-2)-(2N-1)}，第(2N-1)要素与周围之间的边界面面积为A_(2N-1)-out，则预测温度计算部101a利用下述的数学式8至数学式14，分别计算出A_1-out、A_1-2、A_2-3、A_(N-1)-N、A_{(2N-3)-(2N-2)}、A_{(2N-2)-(2N-1)}、A_(2N-1)-out。此外，由于A_1-out、A_1-2、A_2-3、A_(N-1)-N、A_{(2N-3)-(2N-2)}、A_{(2N-2)-(2N-1)}、A_(2N-1)-out表示在钢板14的传送方向上每单位长度1mm的边界面面积，因此，这里省略单位长度1mm部分的单位，用(mm)来表示。

[数学式8]

A_1-out＝H+B(mm)...(数学式8)

[数学式9]

A_1-2＝(H-Δx)+(B-Δx)(mm)...(数学式9)

[数学式10]

A_2-3＝(H-3Δx)+(B-3Δx)(mm)...(数学式10)

[数学式11]

A_(N-1)-N＝Δx+(B-(2N-3)Δx)(mm)...(数学式11)

[数学式12]

A_{(2N-3)-(2N-2)}＝A_2-3＝(H-3Δx)+(B-3Δx)(mm)...(数学式12)

[数学式13]

A_{(2N-2)-(2N-1)}＝A_1-2＝(H-Δx)+(B-Δx)(mm)...(数学式13)

[数学式14]

A_(2N-1)-out＝A_1-out＝H+B(mm)...(数学式14)

接着，预测温度计算部101a对于各要素，计算时间增量Δt之间的流入流出热量。

图4是钢板14中的截面各要素的流入流出热量的说明图。

如图1所示，在热轧装置20中，钢板14在如下部分之中传送：即，钢坯加热炉1，高压除鳞部2，轧边机3，粗轧部4，切头剪7，精轧入口侧除鳞部8，精轧部9，层流喷雾冷却部11。

因此，在热轧装置20中对钢板14进行一系列的处理的过程中，产生了辐射、冷却、加工摩擦生热，轧辊传热等各种各样的流入流出热量。与这些边界条件一起的流入流出热量，可以利用下述的数学式15至数学式16来分别表示为钢板14内包围最外侧的第1要素(上侧)和第(2N-1)要素(下侧)的流入流出热量。另外，数学式15及数学式16中所采用的辐射流出热量、冷却流出热量、对流流出热量、摩擦流入热量、轧辊排热、加工生热、热传导量，分别利用通常的热传导理论、轧制理论中所使用的理论公式来计算。

[数学式15]

${\mathrm{\&Delta;Q}}_1=-Q_{\mathrm{rad}}^{\mathrm{Top}}-Q_{\mathrm{water}}^{\mathrm{Top}}-Q_{\mathrm{conv}}^{\mathrm{Top}}+Q_{\mathrm{fric}}^{\mathrm{Top}}-Q_{\mathrm{roll}}^{\mathrm{Top}}+Q_{\mathrm{def}}-Q_{\mathrm{cond}}^{1\mathrm{to}2}(W/\mathrm{mm})$ ...(数学式15)

[数学式16]

${\mathrm{\&Delta;Q}}_{2N-1}=-Q_{\mathrm{rad}}^{\mathrm{Bot}}-Q_{\mathrm{water}}^{\mathrm{Bot}}-Q_{\mathrm{conv}}^{\mathrm{Bot}}+Q_{\mathrm{fric}}^{\mathrm{Bot}}-Q_{\mathrm{roll}}^{\mathrm{Bot}}+Q_{\mathrm{def}}-Q_{\mathrm{cond}}^{(2N-2)\mathrm{to}(2N-1)}(W/\mathrm{mm})$ ...(数学式16)

这里，

ΔQ₁表示经过时间增量Δt向第1要素流入的流入热量，

ΔQ_2N-1表示经过时间增量Δt向第(2N-1)要素的流入热量(W/mm)，

表示从钢板上表面、下表面释放出的辐射流出热量(W/mm)，

表示从水冷却区域中的钢板上表面、下表面释放出的冷却流出热量(W/mm)，

表示从空气冷却区域中的钢板上表面、下表面释放出的对流流出热量(W/mm)，

表示在轧制辊缝内的钢板上表面、下表面产生的摩擦流入热量(W/mm)，

表示从轧制辊缝内的钢板上表面、下表面产生的轧辊排热(W/mm)，

Q_def表示轧制辊缝内的对各要素产生的加工生热(W/mm)，

表示因第1要素到第2要素的温度差而产生的热传导量(W/mm)，并且

表示因第(2N-2)要素到第(2N-1)要素的温度差而产生的热传导量(W/mm)。

实际上，随着传送中周围条件的变化，

仅适用于水冷却区域，

仅适用于空气冷却区域，

仅适用于轧制区域。

接着，预测温度计算部101a利用下述的数学式17，计算出在时间增量Δt之间流入第i要素(i为2以上且(2N-2)以下)的流入热量(W/mm)。另外，内部各要素的流入流出热量是因相邻的要素之间的温度差而引起的热传导，以及在轧制区域中的加工生热。

[数学式17]

${\mathrm{\&Delta;Q}}_i=Q_{\mathrm{cond}}^{(i-1)\mathrm{to}\left(i\right)}-Q_{\mathrm{cond}}^{\left(i\right)\mathrm{to}(i+1)}+Q_{\mathrm{def}}(W/\mathrm{mm})$ ...(数学式17)

这里，

ΔQ_i表示在时间增量Δt之间流入第i要素(i为2以上且(2N-2)以下)的流入热量(W/mm)，

表示因第(i-1)要素到第i要素的温度差而产生的热传导量(W/mm)，

表示因第i要素到第(i+1)要素的温度差而产生的热传导量(W/mm)，并且

Q_def表示轧制辊缝内的对各要素进行加工而产生的加工生热(仅适用于轧制区域)(W/mm)。

接着，预测温度计算部101a利用下述的数学式18，计算出第i要素在时间增量Δt之间温度变化量。

[数学式18]

${\mathrm{\&Delta;T}}_i=\frac{\mathrm{\&Delta;}{Q}_i}{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;{\mathrm{Cp}}_i\&CenterDot;V_i}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}$ ...(数学式18)

这里，

ΔT_i表示第i要素在时间增量Δt之间的温度变化量(K)，

ρ表示密度(kg/mm³)，

Cp_i表示第i要素的比热(J/kg/K)，并且

V_i表示第i要素的体积(mm²)。

然后，预测温度计算部101a利用数学式19计算出经过时间增量Δt之后的温度，以作为预测温度。

[数学式19]

$T_i^{j+1}=T_i^j+{\mathrm{\&Delta;T}}_i$ ...(数学式19)

这里，

表示第i要素的时间步长的温度(K)，并且

表示第i要素在经过时间增量Δt之后的时间增量(j+1)的温度(K)。

接着，预测温度计算部101a在每个时间步长，从第1要素至第(2N-1)要素为止，算出各分割要素的流入流出热量、温度变化量、温度，直到到达传送钢板14整体所需要的时间为止，反复进行该时间步长的处理，计算出钢板14的温度分布。

如上所述，预测温度计算部101a中，对于由热轧装置20热轧的钢板14，包括侧面在内从外侧至内侧以环状的方式进行要素分割，通过这样即使是板厚较厚的钢材，也考虑侧面的温度及环境条件，从而能够利用差分法计算出预测温度。这样，通过以环状的方式对钢板14进行要素分割，相比于在板厚、板宽方向上分别进行分割和以进行二维网状的分割，能够减少分割数，且能够减轻实际操作中的在线控制计算的计算负担。

由此，根据本发明第1实施方式所设计的控制装置100，能够以较低的计算负担、高精度地计算出在热轧装置20中被轧制的钢板的预测温度。

<实施方式2>

接着，说明本发明实施方式2所涉及的控制装置100。

第2实施方式所涉及的控制装置100与图2所示的第1实施方式所涉及的控制装置100相同，具备CPU101、ROM102、RAM103、输入部104、输出部105、以及硬盘106。

第2实施方式所涉及的控制装置100所具备的CPU101的预测温度计算部101a还根据钢板14的边界条件计算出差分法中的时间增量宽度，使该计算出的时间增量宽度变化，算出每个被分割的要素的预测温度。

接着，对于利用第2实施方式所涉及的控制装置100所具备的CPU101的预测温度计算部101a来计算预测温度的顺序，进行详细说明。

图5是说明对热轧装置20中的钢板14的温度给予变化的边界条件的模式图。这里，边界条件是指使流入流出钢板14的热量变化的环境的区域，在图5所示的模式图中，作为边界条件示出了空气冷却传送区域即AC1、AC2及AC3，水冷却传送区域即WC，以及轧制区域即RL。

例如，在图1所示的热扎装置20中，高压除鳞部2，精轧入口侧除鳞部8，设置于精轧部9内的喷雾器一类，以及层流喷雾冷却部11相当于水冷却传送WC。另外，粗轧部4以及精轧部9相当于轧制区域RL，其他的传送区域相当于空气冷却传送区域AC1、AC2及AC3。

这里，各个边界条件中的每单位时间的温度变化量(dT/dt)用从数学式18推导出的下述数学式20来表示。

[数学式20]

$\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{\&Delta;T}}{\mathrm{\&Delta;t}}=\frac{\mathrm{\&Sigma;\&Delta;Q}}{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;\mathrm{Cp}\&CenterDot;V}$ ...(数学式20)

另外，当在钢板14的传送方向上取单位长度时，如设H为钢板14的板厚，B为钢板14的板宽，则整个钢板14的截面的体积用下述数学式来表示。

[数学式21]

V＝H×B...(数学式21)

因此，预测温度计算部101a在各边界条件、即空气冷却传送区域AC1～AC3、水冷却传送区域WC、以及轧制区域RL中，计算出整个钢板14的每单位时间的平均温度变化量(dT/dt)。

首先，预测温度计算部101a在空气冷却传送区域AC1～AC3中，利用下述的数学式22计算出整个钢板14的每单位时间的平均温度变化量(dT/dt)。

[数学式22]

$\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=\frac{-Q_{\mathrm{rad}}^{\mathrm{Top}}-Q_{\mathrm{rad}}^{\mathrm{Bot}}-Q_{\mathrm{conv}}^{\mathrm{Top}}-Q_{\mathrm{conv}}^{\mathrm{Bot}}}{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;\mathrm{Cp}\&CenterDot;H\&CenterDot;B}$ ...(数学式22)

这里，

表示从钢板上表面、下表面释放出的辐射流出热量(W/mm)，并且

表示从空气冷却区域中的钢板上表面、下表面释放出的辐射流出热量(W/mm)。

另外，预测温度计算部101a利用下述的数学式23，计算出水冷却传送区域WC中的每单位时间的平均温度变换量(dT/dt)。

[数学式23]

$\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=\frac{{-Q}_{\mathrm{water}}^{\mathrm{Top}}-Q_{\mathrm{water}}^{\mathrm{Bot}}}{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;\mathrm{Cp}\&CenterDot;H\&CenterDot;B}$ ...(数学式23)

这里，

表示从水冷却区域中的钢板上表面、下表面释放出的辐射流出热量(W/mm)。

而且，预测温度计算部101a利用下述的数学式24，计算出轧制区域RL中的每单位时间的平均温度变换量(dT/dt)。

[数学式24]

$\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=\frac{Q_{\mathrm{fric}}^{\mathrm{Top}}-Q_{\mathrm{roll}}^{\mathrm{Top}}+Q_{\mathrm{fric}}^{\mathrm{Bot}}-Q_{\mathrm{roll}}^{\mathrm{Bot}}+Q_{\mathrm{def}}^{\mathrm{Tot}}}{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;\mathrm{Cp}\&CenterDot;H\&CenterDot;B}$ ...(数学式24)

这里，

表示从轧制辊缝内的钢板上表面、下表面产生出的摩擦流入热量(W/mm)，

表示从轧制辊缝内的钢板上表面、下表面产生出的轧辊排热(W/mm)，并且

表示轧制辊缝内的对整个钢板内部进行加工而产生的加工生热(W/mm)。

接着，预测温度计算部101a利用下述数学式25，计算出空气冷却传送区域AC1～AC3、水冷却传送区域WC、以及轧制区域RL这些边界条件下的适用于温度差分计算的时间增量Δt。

[数学式25]

$\mathrm{\&Delta;t}={\mathrm{\&Delta;T}}_{\mathrm{inc}}\&divide;\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}$ ...(数学式25)

这里，ΔT_inc是温度计算中的每一个时间步长的温度变化基准量，表示温度计算精度所必需的温度变化量。

通常，ΔT_inc采用1℃以内的数值。例如，在设定ΔT_inc＝1(℃)的情况下，用数学式25求出的时间增量Δt表示温度平均变化1(℃)所必需的时间。通常，水冷却传送区域WC与空气冷却传送区域AC1～AC3相比，由于因水冷却传导而引起的热量转移量Q_water较大，所以相较于空气冷却传送区域AC1～AC3而言时间增量Δt变短。另一方面，由于空气冷却传送区域AC1～AC3中的温度变化较缓，因此，即使ΔT_inc＝1(℃)也同样能够增大时间增量，能够在确保温度计算精度的同时，减少计算次数以减轻计算机负担。

图6是说明热轧装置20中的钢板14的温度变化的说明图。

如图6所示，预测温度计算部101a在空气冷却传送区域AC1～AC3中使时间增量变化Δt₁，在水冷却传送区域WC中使时间增量变化Δt₂，在轧制区域RL中使时间增量变化Δt₃，并且进行温度差分计算。另外，在各边界条件下的最终步骤中，以满足Δt_last≤Δt的剩余时间增量Δt_last来进行计算。

另外，在利用显式法进行的差分计算中，为了使计算结果不分散，有必要根据空间增量使时间增量满足下述的数学式。

[数学式26]

$\mathrm{\&Delta;t}\&le;\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;\mathrm{Cp}}{\mathrm{\&lambda;}}{\left(\mathrm{\&Delta;x}\right)}^2$ ...(数学式26)

这里，ρ表示密度、Cp表示比热、λ表示热传导率。该限制条件在使用克兰克-尼科尔森法等的隐式法时是不需要的。

这样，根据本发明的第2实施方式所涉及的控制装置100，根据空气冷却传送区域AC1～AC3，水冷却传送区域WC，以及轧制区域RL等的边界条件的变化，通过变更时间增量以进行温度差分计算，从而能够确保每一个时间步长的温度变化量的精度，并且能够防止整体的计算次数冗长变多，仅进行适当的次数。通过这样，在运转热轧装置20时，能够更正确地计算钢板温度分布，能够减轻热轧装置20的实际操作中的在线计算的计算负担。

<实施方式3>

接着，说明本发明实施方式3所涉及的控制装置100。

第3实施方式所涉及的控制装置100与图2所示的第1实施方式所涉及的控制装置100相同，具备CPU101、ROM102、RAM103、输入部104、输出部105、以及硬盘106。

第3实施方式所涉及的控制装置100所具备的CPU101的预测温度计算部101a，还根据由设置于热轧装置20的粗轧出口侧温度计5、精轧入口侧温度计6、精轧出口侧温度计10、以及卷绕温度计12所测定的测定温度，对被每个被分割的要素的预测温度进行校正，以设定新的预测温度。

下面对利用第3实施方式所涉及的控制装置100所具备的CPU101的预测温度计算部101a来计算预测温度的计算处理，进行详细说明。

图7是利用第3实施方式所涉及的控制装置100所具备的CPU101的预测温度计算部101a进行预测温度的计算处理的说明图。

首先，若由热轧装置20提供利用粗轧出口侧温度计5、精轧入口侧温度计6、精轧出口侧温度计10、以及卷绕温度计12所测定的钢板的测定温度T^ACT，则预测温度计算部101a，进行测定温度T^ACT上下限的检查。具体而言，预测温度计算部101a的上下限限制部101c将图7所示的函数存储于内部，当所提供的测定温度T^ACT在下限LL1～上限UL1的范围内时，上下限限制部101c将与测定温度T^ACT对应的值作为测定温度并输出。另外，当所提供的测定温度T^ACT为下限LL1以下时，上下限限制部101c将LL1作为测定温度并输出，当所提供的的定温度T^ACT为上限UL1以上时，上下限限制部101c将UL1作为测定温度并输出。

接着，预测温度计算部101a得到所计算出的第1要素(上侧)的预测温度T₁ ^Cal与由上下限限制部101c输出的测定温度之间的偏差。具体而言，减法部101d算出所算出的第1要素(上侧)的预测温度T₁ ^Cal与由上下限限制部101c输出的测定温度的差分dT₁。

然后，预测温度计算部101a对由减法部101d所输出的差分dT₁的上下限进行检查。具体而言，预测温度计算部101a的上下限限制部101e将图7所示的函数存储于内部，当所提供的差分dT₁在下限LL2～上限UL2的范围内时，上下限限制部101e将与差分dT₁对应的值作为差分dT并输出。另外，当所提供的差分dT₁为下限LL2以下时，上下限限制部101e将LL2作为差分dT并输出，当所提供的的差分dT₁为上限UL2以上时，上下限限制部101e将UL2作为差分dT并输出。

接着，预测温度计算部101a，在完成由上下限限制部101e所进行的上下限检查后的差分dT上乘以调整增益α，再加到原始的第1要素(上表面)的预测温度T₁ ^Cal上。此外，调整增益取“0.0”与“1.0”之间的值，若调整增益的值为“0.0”，则不校正测定温度，若调整增益的值为“1.0”，则置换测定温度。具体而言，乘法部101f在差分dT上乘以调整增益α，再由加法部101g将预测温度T₁ ^Cal加到αDt上，从而计算出预测温度T₁ ^{c or}。

也就是说，预测温度计算部101a利用下述的数学式27来计算出经过校正后的第1要素(上表面)的预测温度T₁ ^cor。

[数学式27]

$T_1^{\mathrm{Cor}}=T_1^{\mathrm{Cal}}+\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;(T^{\mathrm{Act}}-T_1^{\mathrm{Cal}})$ ...(数学式27)

这里，

表示第1要素(上表面)的原始预测温度(℃)，

T^Act表示利用温度计所得到的测定温度(℃)，

表示校正后的第1要素(上表面)的预测温度(℃)，并且

α表示调整增益。

然后，预测温度计算部101a对于钢板14内部的各要素的预测温度都加上上述那样的校正量。具体而言，加法部101g将预测温度T_i ^Cal加到αDt上，以计算出预测温度T_i ^cor。

也就是说，预测温度计算部101a利用下述的数学式28来计算出经过校正后的第i要素(上表面)的预测温度T_i ^cor。

[数学式28]

$T_i^{\mathrm{Cor}}=T_i^{\mathrm{Cal}}+\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;(T^{\mathrm{Act}}-T_1^{\mathrm{Cal}})$ ...(数学式28)

这里，

表示第i要素的原始预测温度(℃)，并且

表示校正后的第i要素的预测温度(℃)。

由此，将校正后的各分割要素的温度作为初始温度，继续进行随后的传送区域中的差分温度计算。

如上所述，根据本发明第3实施方式所涉及的控制装置100，根据利用设置于热轧装置20中的温度计所测定的测定温度，校正各分割要素的温度，继续进行差分温度计算，由此能够计算出精度较高的钢板14的预测温度。

工业上的实用性

本发明适用于控制热轧装置的控制装置。

Claims (3)

1.一种控制装置，其特征在于，具备：

预测温度计算部，该预测温度计算部将在热轧装置中被加热、轧制及冷却的钢板的截面从外围到中央，每隔空间增量宽度以环状的方式分割为多个要素，再利用差分法计算出每个被分割的所述要素的预测温度；以及

控制部，该控制部根据由所述预测温度计算部算出的预测温度，确定用于所述热轧装置对所述钢板进行加热、轧制及冷却的控制量。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述预测温度计算部计算出与所述钢板的边界条件相对应的时间增量宽度，根据该计算出的时间增量宽度，利用差分法计算出每个被分割的所述要素的预测温度。

3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述预测温度计算部根据利用设置于所述热轧装置中的温度计所测定的测定温度，对每个被分割的所述要素的预测温度进行校正，再计算出该校正后的预测温度以作为此后的新的预测温度。

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