CN102962263B - 轧机的控制装置及轧机的控制方法 - Google Patents

Abstract

在实施基于冷却剂的形状控制时，目前存在机械结构复杂的问题。本发明提供一种轧机的控制装置及轧机的控制方法，其中，在上作业辊与下作业辊之间对被轧制材料的形状进行控制，在轧机输入侧控制朝向被轧制材料或上作业辊和下作业辊喷射的冷却剂，从而使滞留在被轧制材料上的冷却剂的滞留长度在板宽方向上发生变化，由此实施形状控制。

Description

轧机的控制装置及轧机的控制方法

技术领域

本发明涉及轧机的控制装置及轧机的控制方法，尤其涉及适合于形状控制的轧机的控制装置及轧机的控制方法。

背景技术

在轧机中，需要将轧机输出侧的被轧制材料的形状维持成一定。为此，通常使用作业辊式弯板机、中间辊式弯板机、矫平机这样的机械机构来进行控制。在这样的机械机构所进行的形状控制中，能够控制形状的1次～4次函数的形状。这样的技术例如在日本特开2005-1445592号公报中有所记载。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2005-1445592号公报

另一方面，作为形状的控制，通过对向作业辊喷射的用于轧制润滑和冷却的润滑冷却介质(以下记为冷却剂)在板宽方向上进行流量调整来进行控制(以下简记作选择性冷却)。

选择性冷却如下所述，即，通过利用冷却剂来冷却因作业辊的轧制中的加工发热而引起的热膨胀，由此进行调整以使作业辊表面形状发生变化，通过使用该表面形状发生了变化的作业辊来进行轧制，由此控制被轧制材料的形状。

这里，选择性冷却作为形状控制操作端来说是有效的，但选择性冷却是使作业辊的热膨胀量变化的方法，因此无法根据轧制方法的用法或轧机的结构的不同来充分地进行形状控制。例如，在对因轧制引起的加工发热小这样的被轧制材料进行轧制的情况下，或者在使用具有作业辊整体浸在冷却剂中这样的机械结构的轧机的情况下，存在无效的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高形状控制精度的轧机的控制装置及轧机的控制方法。

为了达成上述目的，根据本发明，获取与轧机输入侧或轧机输出侧的被轧制材料的形状有关的信息即实际形状信息，根据所述实际形状信息，以使轧机输出侧的被轧制材料的形状接近目标形状的方式运算使滞留在轧机输入侧的被轧制材料上的润滑冷却介质的滞留量在板宽方向上发生变化的操作指令量，并将所述操作指令向操作对象输出。

【发明效果】

根据本发明，不仅能够利用作业辊的热膨胀，还能够利用基于摩擦系数变化的轧制现象来控制被轧制材料的形状，因此能够实现产品精度提高及操作效率提高。

附图说明

图1是本发明的轧制控制方法。

图2是单机座轧机的控制结构。

图3是选择性冷却装置。

图4是冷却剂滞留的概要。

图5是冷却剂喷射时的形状变化。

图6是弯板机所进行的形状控制。

图7是冷却剂滞留量调整装置的概要。

图8是冷却剂滞留量操作形状控制的动作概要。

图9是形状控制的动作流程。

图10是冷却剂滞留量调整装置的概要(实施例2)。

【符号说明】

1轧机

2输入侧TR(张力卷取机)

3输出侧TR(张力卷取机)

17输出侧板厚计

50冷却剂喷射装置

202冷却剂滞留量调整装置

具体实施方式

首先，对本发明的实施例的概要进行说明，本发明涉及使在轧机输入侧的被轧制材料上产生的冷却剂滞留长度在板宽方向上发生变化的内容。即，在轧机输入侧，将兼顾润滑和冷却的冷却剂对作业辊喷射，在被轧制材料上部，冷却剂虽会从板端部向下流而被去除，但由于被轧制材料向轧机以某一速度流入，因此冷却剂滞留在被轧制材料上。滞留在被轧制材料上的冷却剂在被轧制材料上表面形成润滑膜，但因滞留量的不同而导致其量也不同，因此轧制加工时的作业辊和被轧制材料的摩擦系数发生变化。因此，轧机输出侧的被轧制材料的板厚分布不同，形状发生变化。

在考虑到利用轧机输入侧的冷却剂滞留量的不同来控制形状的情况下，轧机输入侧的冷却剂滞留量可以通过以下的(1)、(2)来变更，即，(1)在离开作业辊的位置处设置冷却剂喷嘴，向被轧制材料在板宽方向上选择性地喷射冷却剂。(2)在离开作业辊的位置处设置喷射空气的喷嘴，调整冷却剂滞留长度，由此变更板宽方向上的冷却剂滞留量。这样，无需在空间受限的轧机的壳体内设置新的机械就能够实现轧机输入侧的冷却剂滞留量的变更。

即，虽然有些重复，但重申本发明涉及通过变更轧机输入侧的被轧制材料的冷却剂滞留量来实施形状控制的内容。并且，作为冷却剂滞留量变更的实施例，通过在离开轧机的部位设置冷却剂喷嘴来喷射冷却剂，从而使板上的板宽方向的某点处的冷却剂滞留量增加。这里，还考虑了使用空气等来控制冷却剂滞留量的方式。其优点是，能够比在输入侧设置选择性冷却剂更容易地设置，因此能够容易地对现有结构实施改造。

【实施例1】

以下，对将本发明适用于单机座轧机的情况进行说明。

图2表示单机座轧机的结构。单机座轧机在轧机1的轧制方向的输入侧具有输入侧TR(将张力卷取机简记作TR)2且在输出侧具有输出侧TR3，轧制通过在利用轧机1对从输入侧TR2卷出的被轧制材料进行轧制后，利用输出侧TR3卷绕轧制后的被轧制材料来进行。在轧机1上设置有通过变更辊隙而能够控制被轧制材料的板厚的辊隙控制装置7、和用于控制轧机1的速度的轧制速度控制装置4。输入侧TR2及输出侧TR3由电动机驱动，作为该电动机和驱动电动机的装置，设置有输入侧TR控制装置5及输出侧TR控制装置6。

在轧制时，从轧制速度设定装置10将速度指令向轧制速度控制装置4输出，轧制速度控制装置4实施使轧机1的速度一定这样的控制。在轧机1的输入侧、输出侧，通过对被轧制材料施加张力来稳定且有效地实施轧制。通过输入侧张力设定装置11及输出侧张力设定装置12来计算为此所需的张力。根据由张力设定装置11及12计算出的输入侧及输出侧张力设定值，由输入侧张力电流转换装置15及输出侧张力电流转换装置16求出用于使输入侧TR2及输出侧TR3经由输入侧TR控制装置5及输出侧TR控制装置6而获得对被轧制材料施加设定张力所需要的电动机转矩的电流值，并将该电流值向输入侧TR控制装置5及输出侧TR控制装置6赋予。在输入侧TR控制装置5及输出侧TR控制装置6中，以成为所赋予的电流的方式控制电动机电流，通过根据电动机电流而向输入侧TR2及输出侧TR3赋予的电动机转矩来对被轧制材料施加规定的张力。

张力电流转换装置15、16根据TR机械系统及TR控制装置的模型来运算成为张力设定值这样的电流设定值(电动机转矩设定值)，但由于控制模型含有误差，因此使用由在轧机1的输入侧及输出侧设置的输入侧张力计8及输出侧张力计9测定出的实际张力，并通过输入侧张力控制13及输出侧张力控制14对张力设定值施加修正，将修正后的张力设定值向张力电流转换装置15、16赋予，从而变更向输入侧TR控制装置5及输出侧TR控制装置6设定的电流值。

并且，由于被轧制材料的板厚在产品品质上是重要的，因此实施板厚控制。轧机1输出侧的板厚通过如下方式控制，即，根据由输出侧板厚计17检测出的实际板厚，输出侧板厚控制装置18使用辊隙控制装置7来操作轧机1的辊隙，由此来进行板厚控制。

在图2中，对从输入侧TR2向输出侧TR3、从图中的左方向右方进行轧制(以下简记作轧制方向)的情况进行了记述，但对单机座轧机而言，通常也能够进行反方向(从右向左的)轧制。虽然根据产品规格会有所不同，但通常进行对被轧制材料进行多次轧制来获得所期望的板厚的操作方法，在单机座轧机中，也进行如下操作，即，从左向右地实施第一次轧制，将输入侧TR上的被轧制材料卷绕在输出侧TR上，在第二次轧制中从右向左地变更轧制方向，将输出侧TR上的被轧制材料卷绕在输入侧TR上。通过多次反复上述动作，由此能够获得所期望的产品板厚。

在轧机输入侧设置有作为操作端的冷却剂喷射装置50，该冷却剂喷射装置50用于确保被轧制材料与作业辊之间的润滑及使因轧制加工热而引起的作业辊的热膨胀量在板宽方向上变化，来控制轧机输出侧的被轧制材料的形状。冷却剂喷射装置50通过用于将由设置在轧机输出侧的输出侧形状计200检测出的实际形状维持成目标形状的形状控制21，在板宽方向上调整冷却剂喷射量。

作为形状控制的操作端，除冷却之外，还具有作业辊式弯板机、中间辊式弯板机、矫平机这样的机械地变更作业辊的挠度来控制被轧制材料的形状的机构，但在本说明书中，省略了详细说明。形状是指被轧制材料的板宽方向上的延伸的分布。作业辊式弯板机、中间辊式弯板机均是通过对辊的两端施加力来弯曲辊，以使形状在板宽方向上通常呈2次或4次函数状变化的机构。矫平机是使辊的两端的辊隙发生变化，而使形状通常呈1次函数状变化的机构。

相对于此，就选择性冷却而言，冷却剂喷射装置50如图3所示那样具有多个喷射喷嘴51，将通过冷却剂供给装置52经由冷却剂配管53而供给来的兼顾轧制时的润滑和冷却的冷却剂向作业辊表面在板宽方向上选择性地供给。

喷射出的冷却剂60中，对下作业辊122喷射的冷却剂之后直接向轧机下部落下。另一方面，对上作业辊121喷射的冷却剂虽会从被轧制材料123的板宽方向端部落下，但根据喷射的冷却剂量而在被轧制材料123上从板端部落下为止期间以被轧制材料上的冷却剂滞留61的方式滞留。被轧制材料123相对于轧机高速(几百m/分左右)移动，因此滞留在被轧制材料123上的冷却剂在轧机输入侧保持由滞留的冷却剂量和被轧制材料123的移动速度来平衡的长度。这就是冷却剂滞留长度62。

图4是表示通过喷射喷嘴51喷射的冷却剂的状态。喷射到作业辊上的冷却剂除降低作业辊的温度而抑制因轧制加工引起的热膨胀之外，还附着在作业辊表面上而进入被轧制材料与作业辊之间而有助于轧制加工时的润滑。

另一方面，滞留在被轧制材料的板上表面的冷却剂附着在被轧制材料表面上而进入被轧制材料与作业辊之间而有助于轧制加工时的润滑。轧制中使用的冷却剂成为混合了水和油的乳液状，成为油粒浮在水中的状态。在该状态下，附着在被轧制材料上的油粒被运送至被轧制材料与作业辊的接触部分，而有助于轧制时的润滑。从而，被轧制材料上表面的冷却剂滞留长度62越长，冷却剂与被轧制材料的接触时间变得越长。因此，与冷却剂滞留长度相应地，润滑油向被轧制材料表面的附着量变多，对润滑的帮助变大，摩擦系数变小。

被轧制材料的形状是板宽方向上的延伸率的差，通过在轧制的作用下使轧机输出侧的板厚分布在板宽方向上发生变化而产生。轧机输出侧板厚根据上下作业辊间的间隔、施加在被轧制材料上的张力、摩擦系数等而发生变化。选择性冷却是指对向(作业辊(上)121及作业辊(下)122)作业辊120喷射的冷却剂量在板宽方向上进行调整，利用因作业辊120的热膨胀变化而引起的上下作业辊间的间隔的变化及摩擦系数的变化来使输出侧板厚的板宽方向分布发生变化，从而使形状发生变化。

因冷却剂喷射而对形状产生的影响可以如下述那样考虑。

冷却剂喷射→摩擦系数降低(摩擦系数的观点)

          →载荷减少

          →输出侧板厚薄

          →形状延伸(延伸率增大)

冷却剂喷射→热膨胀量减少(作业辊冷却的观点)

          →板厚增加

          →形状扩展(延伸率减少)

即，将冷却剂喷射从摩擦系数变化的观点考虑或从热膨胀量变化的观点考虑的话，形状的变化方向是不同的。当实际上研究冷却剂喷射时的轧机输出侧形状变化时，如图5所示，在冷却剂刚喷射后形状呈现延伸趋势(延伸率增大)，但之后呈现扩展趋势(延伸率减少)。可以认为该情况的原因在于，在刚喷射后摩擦系数发生变化，而作业辊的热膨胀量减少需要时间。

在使用了选择性冷却的形状控制中，认为因冷却剂的喷射引起的作业辊的热膨胀量的变动对形状造成的影响是支配性的，采取对与形状发生延伸的部分对应的作业辊喷射冷却剂这样的控制方法的情况居多。在因轧制引起的加工热的产生小，几乎没有热膨胀量的情况下，认为因摩擦系数变化引起的影响是支配性的，可以采取停止向与形状发生延伸的部分对应的作业辊喷射冷却剂的控制方法。

在实施选择性冷却控制的情况下，需要将冷却剂喷射装置50接近作业辊设置。通常在板宽方向上每隔50mm左右设置冷却剂喷射喷嘴51，且为了能够分别独立地进行喷射/停止而设置阀，因此需要用于供冷却剂流动的配管、或者用于开闭阀的空气配管(在为空气阀的情况下)或电配线(在为电磁阀的情况下)。因此，存在无法设置在轧机的机械结构(例如森吉米尔式轧机)上的情况。并且，即使要在现有的轧机上新设置选择性冷却装置，也存在没有空间而无法设置的情况。这样的情况下，放弃选择性冷却装置的设置，从而无法进行基于冷却剂的形状控制。

在使用弯板机来进行形状控制的情况下，在产生图6所示那样的M型形状时，要使用因中间辊与作业辊的弯板操作引起的形状变化的差来修正形状。例如，增加中间辊式弯板机，并将对板端部的影响更大的作业辊式弯板机向减少侧操作。然而，在中间辊和作业辊对形状的影响相同的情况下，在不对M型形状进行修正的状态下，产生中间辊式弯板机动作至最大值或作业辊式弯板机动作至最小值的所谓的分离(泣き別れ)现象。

这样的情况下，由于无法利用弯板机来对M型形状进行修正，因此需要基于冷却剂的形状控制。因此，即使对无法设置选择性冷却装置这样的轧制设备而言，只要能够使被轧制材料上的冷却剂滞留量发生变化，就能够实施基于冷却剂的形状控制。

作为使冷却剂滞留量变化的方法，只要在轧机输入侧设置冷却剂喷射装置(冷却剂喷嘴)50，向被轧制材料上喷射冷却剂来使冷却剂滞留量在板宽方向上发生变化即可。图1示出这种情况下的结构。根据由轧机的输出侧形状计200测定出的实际形状，形状控制确定想要将冷却剂滞留量增加的板宽方向上的部位，并使该部分的冷却剂滞留量调整装置202的喷嘴成为喷射状态，由此向轧机输入侧的被轧制材料上部喷射冷却剂，使冷却剂滞留长度变长。通过使用这样的方法，即使在轧机的作业辊附近没有机械的设置空间的情况下，只要在空间存有富余的轧机输入侧部设置冷却剂滞留量调整装置202即可，从而能够适用基于冷却剂的形状控制。

图7示出冷却剂滞留量调整装置202的概要。在轧制方向输入侧，在从作业辊离开的位置处设置冷却剂滞留量调整装置202。冷却剂滞留量调整装置202具有沿板宽方向分割的多个冷却剂喷嘴202-1～202-k，各喷嘴通过冷却剂流量调整装置203-1～203-k来调整喷射流量。这里，冷却剂喷嘴202及冷却剂流量调整装置203在板宽方向上设置有k个。在轧机输出侧设置输出侧形状计200，能够测定实际形状。这里，简单起见，考虑k＝8的情况。输出侧形状计200具有8个测定区域，能够对各区域的形状进行测定。并且，与输出侧形状计200的测定区域对应而设置有冷却剂喷嘴202及冷却剂滞留量调整装置203。

图9示出形状控制204的动作流程。形状控制204从输出侧形状计200获取实际形状，取实际形状与作为预先设定好的目标的形状(目标形状)的偏差来制成形状偏差。

形状偏差＝实际形状-目标形状

在使用了冷却剂滞留量的形状控制中，以通过增加冷却剂滞留量来使板宽方向相应部分的形状向延伸方向(压下率增加)变化为前提，因此探索形状偏差最小的(在板宽方向上最不延伸的)部分，将与该部分对应的冷却剂滞留量调整装置202的喷嘴设为打开(冷却剂喷射状态)。

例如，在图8所示那样的实际形状及目标形状的情况下，形状偏差在冷却剂滞留量调整装置202的喷嘴202-2位置处最小，因此将冷却剂流量调整装置203的203-2的阀设为打开(喷射状态)，由此从冷却剂滞留量调整装置202-2喷射冷却剂。喷射出的冷却剂在被轧制材料上表面如图7所示那样滞留，形状偏差最小的部分的冷却剂滞留量增大。

这里，以通过冷却剂滞留量的增大而导致被轧制材料与作业辊之间的摩擦系数减小，被轧制材料的输出侧板厚变薄为前提。然而，还考虑到，因冷却剂滞留量的增大而导致被轧制材料被冷却，由此被轧制材料在轧制时夺取作业辊的热量(或抑制发热)，从而使作业辊的热膨胀量发生变化而使形状发生变化，这种情况下，从形状偏差最大的部分的冷却剂滞留量调整装置的喷嘴(图8的情况下为202-k)喷射冷却剂即可。

通过使用这样的方法，即使在轧机的作业辊附近没有机械的设置空间的情况下，只要在空间存有富余的轧机输入侧部设置冷却剂滞留量调整装置即可，能够适用基于冷却剂的形状控制。

【实施例2】

在实施例1中，使用了向轧机输入侧喷射冷却剂的冷却剂滞留长度调整装置，但通过对滞留在被轧制材料上的冷却剂喷射空气来调整冷却剂滞留量，也能够实现基于冷却剂的形状控制。

这种情况下的冷却剂滞留量形状控制的动作概要如图10所示。这种情况下，从冷却剂滞留量调整装置202将由空气供给装置54供给的空气喷射。空气流量调整装置205将由空气供给装置54经由空气配管55供给来的空气在板宽方向上选择性地向冷却剂滞留量调整装置202的各喷嘴202-1～202-k供给。从冷却剂滞留量调整装置202的喷嘴喷射出的空气以推压滞留在被轧制材料上表面的冷却剂的方式喷射，由此来调整冷却剂滞留量。在为图8所示的实际形状、目标形状、形状偏差的情况下，由于与冷却剂滞留量调整装置202-k(k＝8)对应的部分的形状偏差最大，因此通过打开空气流量调整装置205-k，而从冷却剂滞留量调整装置202-k的喷嘴喷射空气。由此，冷却剂滞留量如图10的虚线所示那样变化，形状偏差最大的部分的冷却剂滞留量减少。因此，输出侧板厚增大(压下率减少)，且抑制输出侧形状的延伸。

这里，前提是通过减少冷却剂滞留量来使形状偏差变小(冷却剂滞留量变化导致摩擦系数变化，从而使输出侧板厚发生变化)，但如上所述那样，以通过冷却剂滞留量变化来使热膨胀量发生变化这样的前提来实现形状控制也可。

【实施例3】

在实施例中，以单机座轧机为对象，但同样的机构也可适用于串列式轧机。并且，在串列式轧机中，通常相对于最终机座设置选择性冷却装置，但通过使用本方式，在前段机座中也能够利用基于冷却剂的形状控制。

并且，对冷却剂滞留量进行调整的方法并不局限于实施例，只要能够对滞留在被轧制材料上表面的冷却剂长度在板宽方向上进行调整即可，可以使用任意的方法。

本发明能够利用于冷轧机的控制，不存在实际适用上的问题。

Claims (7)

1.一种轧机的控制装置，其输出对轧机的规定的操作对象进行控制的操作指令，所述轧机的控制装置的特征在于，具有：

输入部，其输入与轧机输入侧或轧机输出侧的被轧制材料的形状有关的信息即形状信息；

操作指令运算部，其根据所述形状信息，以使轧机输出侧的被轧制材料的形状接近目标形状的方式来运算、按照使基于板宽方向上的摩擦系数的轧制现象发生变化而对于板宽方向上的被轧制材料中的形状的延伸小的部分使该部分的形状的延伸率增大的方式来使滞留在轧机输入侧的被轧制材料上的润滑冷却介质的滞留量在板宽方向上发生变化的操作指令量；

输出部，其将所述操作指令向所述操作对象输出。

2.根据权利要求1所述的轧机的控制装置，其特征在于，

所述输入部将所述轧机输出侧的被轧制材料的形状作为所述形状信息而输入，所述操作指令运算部根据所述形状信息，以使所述轧机输出侧的被轧制材料的形状与目标形状的偏差变小的方式来运算使滞留在轧机输入侧的被轧制材料上的润滑冷却介质的滞留量在板宽方向上发生变化的操作指令量。

3.根据权利要求1所述的轧机的控制装置，其特征在于，

所述操作对象为润滑冷却介质喷射装置，所述操作指令运算部根据所述操作指令使从所述润滑冷却介质喷射装置向被轧制材料上喷射的润滑冷却介质发生变更，由此使滞留在轧机输入侧的被轧制材料上的润滑冷却介质的滞留量在板宽方向上发生变化。

4.根据权利要求1所述的轧机的控制装置，其特征在于，

所述操作对象为喷射气体的气体喷射装置，所述操作指令运算部根据所述操作指令使所述气体作用在从润滑冷却介质喷射装置喷出的润滑冷却介质上，由此使滞留在轧机输入侧的被轧制材料上的润滑冷却介质的滞留量在板宽方向上发生变化。

5.根据权利要求1所述的轧机的控制装置，其特征在于，

所述轧机为由多个机座构成的串列式轧机，在所述串列式轧机的前段机座中实施形状控制。

6.根据权利要求1所述的轧机的控制装置，其特征在于，

所述轧机包括由多个辊构成的至少一台轧机机座，具有用于供给被轧制材料的卷出装置和用于将在轧机机座中轧制后的被轧制材料卷绕的卷绕装置，还具有对所述轧机机座中的辊速度进行控制的速度控制部和对所述辊的上下辊间隔进行控制的辊隙控制部。

7.一种轧机的控制方法，其特征在于，

获取与轧机输入侧或轧机输出侧的被轧制材料的形状有关的信息即形状信息，根据所述形状信息，以使轧机输出侧的被轧制材料的形状接近目标形状的方式来运算、按照使基于板宽方向上的摩擦系数的轧制现象发生变化而对于板宽方向上的被轧制材料中的形状的延伸小的部分使该部分的形状的延伸率增大的方式来使滞留在轧机输入侧的被轧制材料上的润滑冷却介质的滞留量在板宽方向上发生变化的操作指令量，并将所述操作指令向操作对象输出。