CN104968448A - 轧制线的节能控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种节能控制装置，其能够在确保产品质量的基础上，找出使轧制线的能耗最小的轧制条件。该轧制线的节能控制装置具备：能耗预测装置，该能耗预测装置基于轧制线的轧制条件来计算所述轧制线的能耗；以及能耗最优化装置，该能耗最优化装置将被轧制材料的目标温度以外的轧制条件作为操作项目并进行改变，以使得在确保对被轧制材料进行轧制而形成的产品的质量的基础上减少所述能耗预测装置所计算出的能耗。

Description

轧制线的节能控制装置
技术领域
本发明涉及一种轧制线的节能控制装置。
背景技术
提出了一种节能控制装置，其改变被轧制材料的目标温度，从而减少轧制线的能耗。根据该节能控制装置，能使得轧制线的能耗最小化(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2010/103659号
专利文献2：日本专利特开2005-48202号公报
专利文献3：日本专利特开2001-314910号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1所记载的发明中，有时通过改变目标温度无法确保产品的质量。该情况下，浪费了已投入的能源和费用。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种轧制线的节能控制装置，其能够在确保产品质量的基础上，找到减少轧制线的能耗的轧制条件。
解决技术问题的技术方案
本发明所涉及的轧制线的节能控制装置具备：能耗预测装置，该能耗预测装置基于轧制线的轧制条件来计算所述轧制线的能耗；以及能耗最优化装置，该能耗最优化装置将被轧制材料的目标温度以外的轧制条件作为操作项目并进行改变，以使得在确保对被轧制材料进行轧制而形成的产品的质量的基础上减少所述能耗预测装置所计算出的能耗。
发明效果
根据本发明，能够在确保产品质量的基础上，找出减少轧制线的能耗的轧制条件。
附图说明
图1是表示使用本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置的钢铁热轧薄板轧制线的结构图。
图2是本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置的框图。
图3是用于说明使用本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置的热轧薄板轧制线上所设置的加热炉的燃料流量变化的图。
图4是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的板坯的平均质量的计算方法的图。
图5是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的轧制转矩的计算方法的图。
图6是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的板带加热器的能耗的计算方法的图。
图7是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来改变精轧负荷比的图。
图8是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来改变板带的厚度及精轧负荷比分配时的能耗变化的图。
图9是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的操作项目的搜索方法的图。
图10是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的轧制条件最优化的求取步骤的流程图。
图11是用于说明由本发明的实施方式2中的轧制线的节能控制装置来执行的轧制转矩的计算方法的图。
图12是本发明的实施方式3中的轧制线的节能控制装置的框图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，各图中，对相同或相当的部分标注相同的标号，并适当简化或省略其重复说明。
实施方式1
图1是表示使用本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置的钢铁的热轧薄板轧制线的结构图。
图1中，加热炉1设有柱状的(未图示)滑道。加热炉1的下游侧设有第1轧边机2a。第1轧边机2a的下游侧设有第1粗支架3a。第1粗支架3a的下游侧设有第2轧边机2b。第2轧边机2b的下游侧设有第2粗支架3b。第2粗支架3b的下游侧设有板带加热器4。板带加热器4的下游侧设有边缘加热器5。边缘加热器5的下游侧设有切头剪6。切头剪6的下游侧设有第1精轧支架7a～第7精轧支架7g。
第1精轧支架7a与第2精轧支架7b之间，设有第1冷却喷雾器8a。第2精轧支架7b与第3精轧支架7c之间，设有第2冷却喷雾器8b。第3精轧支架7c与第4精轧支架7d之间，设有第3冷却喷雾器8c。第4精轧支架7d与第5精轧支架7e之间，设有第4冷却喷雾器8d。第5精轧支架7e与第6精轧支架7f之间，设有第5冷却喷雾器8e。第6精轧支架7f与第7精轧支架7g之间，设有第6冷却喷雾器8f。
第7精轧支架7g的下游侧设有出料辊道(run out table)9。出料辊道9设有注水设备(未图示)。出料辊道9的下游侧设有卷绕机10。
热轧薄板轧制线上，加热炉1的滑道上放置有长方体的板坯，以作为被轧制材料。板坯的厚度为250mm左右。板坯由滑道来传送。此时，加热炉1将燃料转换为热能。板坯通过该热能而被加热至1200℃左右。此时，利用水来冷却滑道。滑道的表面温度通过该冷却而下降。其结果是，板坯的与滑道相接触部分的温度下降。
此后，从加热炉1提取出板坯。此后，板坯被传送到第1轧边机2a。此时，第1轧边机2a将功率转换为旋转能。第1轧边机2a通过该旋转能而在板宽方向上轧制板坯。也就是说，第1轧边机2a对板坯的板宽进行调整。此后，板坯被传送到第1粗支架3a。此时，第1粗支架3a将功率转换为旋转能。第1粗支架3a通过该旋转能而在板厚方向上轧制板坯。也就是说，第1粗支架3a对板坯的板厚进行调整。
此后，板坯被传送到第2轧边机2b。此时，第2轧边机2b将功率转换为旋转能。第2轧边机2b通过该旋转能而在板宽方向上轧制板坯。也就是说，第2轧边机2b对板坯的板宽进行调整。此后，板坯被传送到第2粗支架3b。此时，第2粗支架3b将功率转换为旋转能。第2粗支架3b通过该旋转能而在板厚方向上轧制板坯。也就是说，第2粗支架3b对板坯的板厚进行调整。
在第1粗支架3a及第2粗支架3b中，轧辊(未图示)重复正转与反转。也就是说，重复多次轧制道次。其结果是，板坯变为30～50mm左右厚度的板带。
此后，板带朝向第1精轧支架7a被传送到工作台(未图示)上。此时，板带的尾端侧相比于板带的前端侧较长地放置于大气中。其结果是，能够降温(thermal run down)。也就是说，条形体的尾端侧的温度能下降得比板带的前端侧要低。
此时，板带加热器4通过感应加热线圈(未图示)将功率转化为热能。板带加热器4通过该热能对板带的整个宽度方向进行加热。通过该加热，抑制了降温。此时，滑到标记(skid mark)的温度变动也得到抑制。其结果是，板带的温度分布变得均匀。
此后，板带被传输至边缘加热器5。在该传送时，能够降低板带的宽度方向的端部的温度。此时，边缘加热器5通过感应加热线圈(未图示)将功率转换为热能。边缘加热器5通过该热能仅对板带的宽度方向的端部进行加热。通过该加热，抑制了板带宽度方向的端部的温度下降。
此后，板带被传送至切头剪6。此时，切头剪6将板带的头尾端部切掉。通过该切割，对板带的头尾端部的形状进行调整。其结果是，板带确保了良好的通板性。
此后，板带被第1精轧支架7a～第7精轧支架7g轧制至所希望的厚度。例如，板带被轧制成厚度为1.2mm～25.0mm的范围。此时，板带的温度分布保持均匀。因此，抑制了板带宽度方向的端部发生破裂。另外，在第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的轧辊(未图示)中，局部性磨损的增大也得到抑制。
在利用第1精轧支架7a～第7精轧支架7b进行轧制时，第1冷却喷雾器8a～第6冷却喷雾器8f对被轧制材料喷射冷却水。通过该喷射来调节被轧制材料的温度。
此后，被轧制材料通过出料辊道9被传送至下游侧。此时，通过出料辊道9的注水设备并利用水将被轧制材料冷却至所希望的温度。此后，被轧制材料被卷绕机10卷取。其结果是，被轧制材料变为线圈状的产品。
热轧薄板轧制线通过操作人员的辅助利用计算机控制系统来自动运行。计算机控制系统中，采用阶层0～阶层2的阶层结构。
阶层0的装置为电动机驱动装置(未图示)、油压控制装置(未图示)等。例如，电动机驱动装置将商用频率的固定电压提供给第1粗支架3a等的电动机(旋转机)(未图示)。电动机通过该供给以固定速度来进行驱动。例如，电动机驱动装置利用逆变器等频率转换装置(未图示)来改变电压及该电压的频率中的至少一个并提供给电动机。电动机通过该供给以所希望的转速来进行驱动。油压控制装置对油压设备(未图示)的位置、压力进行控制。
阶层1的装置为PLC(可编程逻辑控制器)(未图示)。PLC实时地对阶层0的装置进行高速控制。具体而言，PLC基于预测值来进行前馈控制，基于传感器(未图示)的测定值来进行反馈控制等，以使得产品在整个长度上质量均较高。
阶层2的装置为处理计算机等设定计算装置(图1中未图示)。设定计算装置进行设定计算、数据管理等。具体而言，设定计算装置从外部获得被轧制材料的原材料及产品信息。被轧制材料在到达第1轧边机2a、第1粗支架3a、第2轧边机2b、第2粗支架3b、第1精轧支架7a～第7精轧支架7g之前，设定计算装置基于轧制模型等来计算提供给PLC的初始值。所计算出的该初始值使得被轧制材料稳定地通过第1粗支架3a等，能从被轧制材料的前端开始高精度地进行控制。
例如，设定计算装置对轧辊辊隙、轧辊速度、第1冷却喷雾器8a～第6冷却喷雾器8f的流量进行计算。例如，设定计算装置对板坯的质量、板坯的目标提取温度、对板带加热器4的供电、对边缘加热器5的供电、被轧制材料的代表点上的轧制转矩、轧制时间进行计算。
例如，在关于第1轧边机2a、第1粗支架3a、第2轧边机2b、第2粗支架3b的粗设定计算中，设定计算装置对从板坯到获得板带为止的轧制道次数、各道次的板厚与板宽之间的下压计划(道次计划)进行计算。此时，基于各道次的下压量、功率等的分配来计算道次计划。
例如，在关于第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的精轧设定计算中，设定计算装置基于所指定的负荷分配方法来计算第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的板厚计划。此时，基于轧制负荷比、功率、下压率等来计算板厚计划。
接着以下，利用图2对节能控制装置进行说明。
图2是本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置的框图。
如图2所示，节能控制装置具备能耗预测装置11、能耗最优化装置12。能耗预测装置11具备：加热炉能耗计算功能13、旋转机能耗计算功能14、感应加热装置能耗计算功能15。旋转机能耗计算功能14包含轧制转矩预测功能14a。
能耗预测装置11基于设定计算装置16的设定计算结果，以所指定的被轧制材料作为计算对象，来计算热轧薄板轧制线的能耗。例如，将即将被装入加热炉1的板坯指定为能耗的计算对象。例如，将存在于加热炉1内的板坯指定为能耗的计算对象。例如，将下一个从加热炉1提取出的板坯指定为能耗的计算对象。例如，将已经过轧制的产品指定为能耗的计算对象。
此时，加热炉能耗计算功能13计算出所指定的被轧制材料在加热炉1的出口侧变为所希望的温度时的能耗。旋转机能耗计算功能14计算对第1粗支架3a等的轧辊进行驱动的旋转机的能耗以及驱动传送台辊(未图示)的旋转机的能耗。感应加热装置能耗计算功能15计算板带加热器4、边缘加热器5的能耗。
能耗最优化装置12改变目标温度之外的轧制条件，以使得能耗预测装置11所计算出的热轧薄板轧制线的能耗变得最少。此时，若逐一地改变所有的轧制条件，来搜索出能耗变为最少的轧制条件，则计算时间变长。因此，能耗最优化装置12要搜索出能有效地降低能耗的轧制条件。能耗最优化装置12以该轧制条件作为操作项目，来改变热轧薄板轧制线的轧制条件。
重复轧制条件的改变与能耗的计算。其结果是，求出能耗最少的最优轧制条件。该最优轧制条件被发送至设定计算装置16。设定计算装置16将与该最优轧制条件相对应的初始值提供给阶层1的装置。
接下来，利用图3对加热炉能耗计算功能13的能耗计算方法进行说明。
图3是用于说明使用本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置的热轧薄板轧制线上所设置的加热炉的燃料流量变化的图。图3的横轴为时间t(s)。图3的纵轴为换算成0℃、一个大气压的标准状态时的燃料流量F(t)(Nm3/s)
在所指定的板坯A在加热炉1中被加热之前，加热炉能耗计算功能13基于过去同种钢材及尺寸的板坯的燃料使用实际值来使用燃料流量F(t)的预测值。在所指定的板坯A在加热炉1中被热加时，加热炉能耗计算功能13使用燃料流量F(t)的实际值及预测值。在所指定的板坯A从加热炉18中提取出时，加热炉能耗计算功能13使用燃料流量F(t)的实际值。
图3中，斜线部分的面积是对板坯A进行加热时的燃料流量合计值FTOTAL(Nm3)。加热炉能耗计算功能13将燃料流量合计值FTOTAL乘上燃料转换成热能时的发热效率H(kj/Nm3)，来计算出对板坯A进行加热时的能耗。
加热炉1中，板坯A以外的板坯B、板坯C等也同时加热。因此，加热炉能耗计算功能13利用板坯A的质量与存在于加热炉1内的板坯的质量总和的比，来计算板坯A的加热能耗ERF(kjkJ)。
此时，对于板坯A～板坯C等，装入、提取的时刻不同。因此，板坯的质量总和设为对板坯A进行加热的时间内的平均质量WAVE(kg)。该情况下，能耗ERF通过下式(1)来计算。
ERF＝H×FTOTAL×W/WAVE   (1)
接着，利用图4对平均质量WAVE的计算方法进行说明。
图4是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的板坯平均质量的计算方法的图。图4的横轴为时间t(s)。图4的纵轴为在加热炉1内进行加热的板坯的质量总和WT(t)(kg)。
图4中，加热炉能耗计算功能13基于加热炉1的板坯加热计划来计算存在于加热炉1内的板坯的质量总和。具体而言，加热炉能耗计算功能13将板坯A从被装入到被提取出的时间分割为n段。加热炉能耗计算功能13针对分割出的每一个固定间隔Δt(s)计算出存在于加热炉1内的板坯的质量总和WT(t)(kg)。
加热炉能耗计算功能13将WT(t)的时间平均设为平均质量WAVE。具体而言，平均质量WAVE通过下式(2)来计算。
WAVE＝{WT(t0)×Δt+WT(t0+Δt)×Δt+···+WT(t0+nΔt)×Δt}/(nΔt)
(2)
接下来，利用图5对旋转机能耗计算功能14的能耗计算方法进行说明。
图5是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的轧制转矩的计算方法的图。图5的横轴为时间t(s)。图5上段的纵轴为第1精轧支架7a等的辊速VR(t)(m/s)。图5下段的纵轴是轧制转矩G(t)(kN·m)。下标H对应被轧制材料的前端位置。下标M对应被轧制材料的中央位置。下标T对应被轧制材料的尾端位置。
辊速对被轧制材料的温度控制带来较大影响。因此，设定计算装置16作为详细的先验信息生成连续的速度模式。例如，第7精轧支架7g的辊速被设定成使得被轧制材料的出口侧温度变为目标温度。
具体而言，如图5上段所示，辊速VR,H被设定成板传输(PLATELEAPING)速度，以使得被轧制材料正常地被轧辊咬入。辊速VR,M被设定成使得被轧制材料被轧辊咬入后加速。辊速VR,T被设定成使得被轧制材料减速以能够正常从轧辊脱离。根据轧制条件的不同，有时不进行加速设定与减速设定。
在该速度模式中，将加速度为固定的范围设为一个区间。相邻的区间的边界处设有区间点。第i个区间点表示为区间点i。图5中，各区间点用纵向的虚线来表示。
设定计算装置16基于被轧制材料的长度与速度模式来计算速度变化。设定计算装置16基于速度变化来计算各区间的时间。设定计算装置16求出所有区间的时间之和，来计算轧制时间。
旋转机能耗计算功能14从设定计算装置16获取速度模式与轧制时间。此时，旋转机能耗计算装置从设定计算装置16获取被轧制材料的前端、中央及尾端位置的轧制转矩的预测值。
此时，轧制转矩预测功能14a对未实施预测计算的时刻的轧制转矩进行计算。具体而言，轧制转矩预测功能14a基于利用被轧制材料的前端及中央处的轧制转矩的预测值的线性插值来计算被轧制材料的前端与中央之间的轧制转矩。轧制转矩预测功能14a基于利用被轧制材料的中央及尾端处的轧制转矩的预测值的线性插值来计算被轧制材料的中央与尾端之间的轧制转矩。
该情况下，在区间点i的时刻ti，轧制转矩G(ti)通过下式(3)、(4)来计算。其中，tH是被轧制材料被轧辊咬入的时刻。tM是轧辊加速完成的时刻。TTtT是被轧制材料从轧辊脱离的时刻。
G(ti)＝(GM-GH)/(tM-tH)×(ti-tH)+GH(t≤tM)   (3)
G(ti)＝(GT-GM)/(tT-tM)×(ti-tM)+GM(t≥tM)   (4)
旋转机能耗计算功能14基于轧制转矩G(ti)、辊速VR(ti)、辊半径R(m)来计算消耗功率PW(ti)(KWkW)。具体而言，消耗功率PW(ti)通过下式(5)来计算。
PW(ti)＝G(ti)×VR(ti)/R   (5)
旋转机能耗计算功能14基于消耗功率PW(ti)、轧制时间T来计算能耗EMT。具体而言，能耗EMT(kJ)通过下式(6)来计算。
EMT＝∫PW(ti)dt   (6)
此外，第2精轧支架7b～第7精轧支架7g的能耗也通过同样方法来计算。第1粗支架3a、第2粗支架3b的能耗也通过同样方法来计算。
接下来，利用图6对感应加热装置能耗计算功能15的能耗计算方法进行说明。
图6是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的板带加热器的能耗的计算方法的图。图6的横轴为时间t(s)。图6上段的纵轴是对于板带加热器4的功率指令值Pw ref(t)(kW)。图6下段的纵轴是被轧制材料的速度V(t)(m/s)。
设定计算装置16利用以被轧制材料的速度V(t)及升温量ΔT(t)(℃)为变量的函数f来计算功率指令值PW ref(t)。具体而言，功率指令值PW ref(t)通过下式(7)来计算。
PW ref(t)＝f(V(t)、ΔT(t))   (7)
式(7)中，被轧制材料的速度V(t)的值越大，越需要在短时间内对被轧制材料进行加热。该情况下，功率指令值PW ref(t)的值变大。升温量ΔT(t)的值越大，功率指令值PW ref(t)的值越大。
升温量ΔT(t)考虑有各种模式。在使被轧制材料的整个长度上上升固定温度的情况下，升温量ΔT(t)为固定值。与此相对，在对降温进行补偿时，被轧制材料越靠尾端侧，升温量ΔT(t)越大。另外，被轧制材料的尾端侧的升温量ΔT(t)的值有时着重地增大。
图6中，升温量ΔT(t)为固定值。感应加热装置能耗计算功能15从设定计算装置16获取被轧制材料的前端、中央及尾端位置这三处的功率指令值PW ref(t)。被轧制材料的前端、中央及尾端位置以外的位置上，感应加热装置能耗计算功能15通过线性近似来计算功率指令值PW ref(t)。
感应加热装置能耗计算功能15用时间来对功率指令值PW ref(t)进行积分。积分时间为从加热开始到加热结束为止的时间。通过该积分来计算板带加热器4的能耗EBH(kJ)。具体而言，能耗EBH(kJ)通过下式(8)来计算。
EBH＝∫PW ref(t)dt   (8)
对于边缘加热器5，感应加热装置能耗计算功能15对功率指令值进行线性近似。感应加热装置能耗计算功能15用时间来对该功率指令值进行积分。其结果是，计算出边缘加热器5的能耗。
接下来，利用图7对利用能耗最优化装置来改变精轧负荷比的情况进行说明。
图7是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来改变精轧负荷比的图。图7的横轴为精轧支架的编号。图7的纵轴为精轧负荷比。
将第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的轧制负荷中最大轧制负荷设为1.0，来对精轧负荷比进行标准化。例如，在第2精轧支架7b的轧制负荷为20000(kN)，且为最大的情况下，第2精轧支架7b的轧制负荷比为1.0。在第3精轧支架7c的轧制负荷为15000(kN)的情况下，第3精轧支架7c的轧制负荷比为0.75。
图7中，能耗最优化装置12基于第7精轧支架7g的精轧负荷比，来改变第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的精轧负荷比。
接下来，利用图8对改变板带的厚度与精轧负荷比时的能耗变化进行说明。
图8是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来改变板带的厚度及精轧负荷比分配时的能耗变化的图。图8的横轴为轧制条件的改变内容。图8的纵轴为将厚度为45mm的板带轧制成3.75mm时能耗相对于基准条件的变化率(MJ)。
在板带厚度减少5mm的情况下，第1粗支架3a与第2粗支架3b的下压量增加。通过该下压量增加，轧制转矩也增加。通过该轧制转矩的增加，第1粗支架3a、第2粗支架3b的能耗也增加。与此相对，第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的下压量减少。通过该下压量的减少，轧制转矩也减少。通过该轧制转矩的减少，第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的能耗也减少。第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的能耗的减少量大于第1粗支架3a、第2粗支架3b的能耗的增加量。因此，第1粗支架3a、第2粗支架3b、第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的能耗的总和有所减少。
在板带厚度增加5mm的情况下，第1粗支架3a与第2粗支架3b的下压量减少。通过该下压量的减少，轧制转矩也减少。通过该轧制转矩的减少，第1粗支架3a、第2粗支架3b的能耗也减少。与此相对，第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的下压量增加。通过该下压量增加，轧制转矩也增加。通过该轧制转矩的增加，第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的能耗也增加。第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的能耗的增加量大于第1粗支架3a、第2粗支架3b的能耗的减少量。因此，第1粗支架3a、第2粗支架3b、第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的能耗的总和有所增加。
精轧负荷比分配的改变不影响第1粗支架3a、第2粗支架3b处的轧制。因此，第1粗支架3a、第2粗支架3b的能耗变化率为0。
图8中，对于前段侧精轧支架的能耗的变化，后段侧的精轧支架的能耗变化较大。因此，在将前段侧的精轧支架设为高负荷的条件下，第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的能耗也减少。
接下来，利用图9对能耗最优化装置12所进行的操作项目的搜索方法进行说明。
图9是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的操作项目的搜索方法的图。图9的横轴为操作项目x。图9的纵轴为能耗(kJ)。
操作项目x是第1粗支架3a与第2粗支架3b的下压量分配、板带厚度、第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的精轧负荷比分配、第1冷却喷雾器8a～第6冷却喷雾器8f的流量等。若改变操作项目x，则热轧薄板轧制线的轧制条件发生变化。其结果是，整个热轧薄板轧制线的能耗发生变化。
例如，在使得第1粗支架3a的下压量比第2粗支架3b下压量要大的情况下，能耗减少。例如，在将前段侧的精轧支架设为高负荷的情况下，能耗减少。冷却喷雾器的流量增加的情况下，能耗减少。
然而，在热轧薄板轧制线的实际操作中，设有各种限制条件。例如，为了安全使用切头剪6，而设置板带的厚度上限以及板带的长度上限。例如，为了稳定地在第1精轧支架7a～第7精轧支架7g传输板，而设定板传输速度的上下限。通过第1精轧支架7a～第7精轧支架7g的机械性限制，来设定负荷的上下限。
图8中，未考虑限制条件。因此，能耗可能并不单调变化。因此，能耗最优化装置12考虑限制条件来决定搜索范围X。
能耗最优化装置12计算各轧制条件对于能耗的影响的程度，以作为影响度I。影响度I通过下式(9)来计算。
I＝|E(xmax)-E(xmin)|   (9)
其中，E(x)是轧制条件x下的能耗。若将搜索范围设为X，则xmax是搜索范围X中的最大值。xmin是搜索范围X中的最小值。
此后，能耗最优化装置12将影响度I最大的轧制条件设为操作项目x，在搜索范围X内以固定搜索间隔Δx来变化。例如，在操作项目x为板带的厚度的情况下，搜索范围X为预定的板带厚度的±5mm等范围。搜索间隔Δx为1mm左右。
能耗最优化装置12保存使操作项目x变化搜索间隔Δx时的能耗。能耗最优化装置12将能耗最少的操作项目x作为最优解来进行保存。
此时，根据轧制条件的不同，有时存在多个极小值。该情况下，若搜索间隔Δx较大，则无法获得精度较高的最优解。因此，若减小搜索间隔Δx，则能获得精度较高的最优解。
另一方面，在搜索间隔Δx较小的情况下，能耗最优化装置12的计算时间增加。因此，有时也使用最速下降法、牛顿法、粒子群最优化等最优化方法。该情况下，能在较短的时间内获得精度较高的最优解。
此外，有时将影响度I较大的多个轧制条件选为操作项目x。例如，在将板带厚度、精轧负荷比分配选为操作项目x的情况下，使板带厚度、精轧负荷比分配以固定间隔变化，搜索出能耗最少的轧制条件的组合。
接着，利用图10对求出轧制条件的最优化的步骤进行说明。
图10是用于说明由本发明的实施方式1中的轧制线的节能控制装置来执行的轧制条件最优化的求取步骤的流程图。
步骤S1中，设定计算装置16设定所有轧制条件的初始值，以达到作为产品规格而提供的目标质量、板厚、板宽等的指令值。此后，进入步骤S2，能耗最优化装置12计算各轧制条件的影响度。此后，进入步骤S3，能耗最优化装置12将影响度最大的轧制条件设为操作项目。
此后，进入步骤S4，设定计算装置16获得改变操作项目时的设定计算结果。此后，进入步骤S5，能耗预测装置11基于该设定计算结果来计算加热炉1、旋转机、板带加热器4、边缘加热器5的能耗。此后，进入步骤S6，能耗最优化装置12判断是否在操作项目的所有改变范围内计算了能耗。
在步骤S6中，未在操作项目的所有改变范围内对能耗进行了计算的情况下，进入步骤S7。步骤S7中，能耗最优化装置12改变操作项目。此后，回到步骤S4。
步骤S6中在操作项目的所有改变范围内对能耗进行了计算的情况下，进入步骤S8。步骤S8中，能耗最优化装置12保存能耗最少的设定计算结果。
根据上述说明的实施方式1，能耗最优化装置12将被轧制材料的目标温度以外的轧制条件设为操作项目。因此，能够在确保产品质量的基础上，找到使热轧薄板轧制线的能耗成为最少的轧制条件。
另外，设定计算装置16设定能耗最优化装置12改变操作项目时热轧薄板轧制线的能耗为最少的轧制条件。因此，能够实际减少热轧薄板轧制线的能耗。
另外，能耗最优化装置12将利用可改变范围的上限值及下限值计算出的能耗之差为最大的轧制条件设为操作项目。因此，能够有效地搜索出使得能耗减少的轧制条件。
另外，能耗预测装置11计算出热轧薄板轧制线的加热炉1、旋转机、板带加热器4、边缘加热器5的能耗。因此，能够将整个热轧薄板轧制线的能耗考虑在内来研究轧制条件。
另外，加热炉能耗计算功能13基于投入加热炉1的燃料流量的预测值或实际值，来计算对被轧制材料进行加热时的能耗。因此，能够根据所指定的被轧制材料来恰当地计算加热炉1的能耗。
另外，轧制转矩预测功能14a通过线性插值来对被轧制材料的前端位置、中央位置、尾端位置以外位置的轧制转矩进行计算。因此，能够以较小的计算负荷较高精度地对轧制转矩进行预测计算。
此外，有时未设置加热炉1。该情况下，不需要加热炉能耗计算功能13。
另外，有时未设置板带加热器4、边缘加热器5。该情况下，不需要感应加热装置能耗计算功能15。
另外，有时设有板带加热器4、边缘加热器5以外的感应加热装置。例如，有时设有板坯加热器。该情况下，感应加热装置能耗计算功能15对该感应加热装置的能耗进行计算即可。
另外，设定计算装置16有时仅对被轧制材料的前端位置或中央位置处的轧制转矩进行计算。设定计算装置16有时也对被轧制材料的前端位置、中央位置、尾端位置以外的位置处的轧制转矩进行计算。上述情况下，轧制转矩预测功能14a基于设定计算装置16所计算出的轧制转矩的线性插值，来计算被轧制材料的其他位置的轧制转矩即可。
另外，设定计算装置16有时仅对被轧制材料的前端位置、中央位置、尾端位置等数个位置的辊速进行计算。该情况下，旋转机能耗计算功能14基于设定计算装置16所计算出的辊速的线性插值，来计算被轧制材料的其他位置的轧速即可。
实施方式2
图11是用于说明由本发明的实施方式2中的轧制线的节能控制装置来执行的轧制转矩的计算方法的图。此外，对与实施方式1相同或同等的结构部标注相同标号，并省略其详细说明。
实施方式1的旋转机能耗计算功能14通过线性插值来计算轧制转矩G(ti)。另一方面，实施方式2的旋转机能耗计算功能14利用辊速VR(ti)来计算轧制转矩G(ti)。
基于轧制负荷与转矩臂来计算轧制转矩。轧制负荷在轧制过程中进行变化。轧制负荷通过下式(10)来计算。
轧制负荷(kN)＝变形抗力(MPa)×接触弧长(mm)×板宽(m)×下压力函数(-)(10)
例如，在第1精轧支架7a～第7精轧支架7g中将辊速调整成使得出口侧温度变为目的温度。通过该调节，被轧制材料的温度及应变率发生变化。即使应变率发生变化，变形抗力也几乎不变。与此相对，在被轧制材料的温度发生变化的情况下，变形抗力发生变化。
具体而言，若辊速变快，则被轧制材料的温度升高。通过该温度升高，变形抗力变小。其结果是，轧制转矩变小。若辊速变慢，则被轧制材料的温度降低。通过该温度降低，变形抗力变大。其结果是，轧制转矩变大。
基于该关系，旋转机能耗计算功能14计算轧制转矩G(ti)。具体而言，轧制转矩G(ti)通过下式(11)、(12)来计算。其中，时刻ti的辊速设为VR(ti)。
G(ti)＝{VR(ti)-VR(ti-1)}/(VR，M-VR，H)×(GM-GH)+G(ti-1)(t≤tM)   (11)
G(ti)＝{VR(ti)-VR(ti-1)}/(VR，T-VR，M)×(GT-GM)+G(ti-1)(t≥tM)   (12)
在将被轧制材料被咬入轧辊后的时刻的区间点设为i-1的情况下，轧制转矩G(ti-1)为GH。该情况下，轧制转矩G(ti)通过式(11)来计算。若使用G(ti)的值，则计算下一个区间点的轧制转矩。旋转机能耗计算功能14利用式(11)、(12)重复该计算。其结果是，轧制过程中的所有区间点的轧制转矩得以计算。
根据如上所说明的实施方式2，旋转机能耗计算功能14利用辊速来计算轧制转矩。因此，能够更高精度地计算旋转机的能耗。
实施方式3
图12是本发明的实施方式3中的轧制线的节能控制装置的框图。此外，对与实施方式1相同或同等的结构部标注相同标号，并省略其详细说明。
实施方式1的最优轧制条件由设定计算装置16自动设定。另一方面，实施方式3的最优轧制条件显示于显示装置17中。显示装置17也显示获得最优轧制条件为止的中间计算结果、影响度I等。
根据上述说明的实施方式3，显示装置17将最优轧制条件、中间计算结果、影响度I等进行显示。因此，操作人员能够看着该显示来灵活地改变轧制条件。
此外，实施方式1～实施方式3的节能控制装置也可适用于厚板轧制线、冷轧轧制线、型钢轧制线、棒钢或线材的轧制线、铝板或铜板的轧制线、铝或铜的线材的轧制线等、热轧薄板轧制线以外的金属材料的轧制线。
工业上的实用性
如上所述，本发明所涉及的轧制线的节能控制装置能适用于在确保产品质量的基础上、降低轧制线的能耗的轧制系统。
标号说明
1 加热炉
2a 第1轧边机
2b 第2轧边机
3a 第1粗支架
3b 第2粗支架
4 板带加热器
5 边缘加热器
6 切头剪
7a～7g第1～第7精轧支架
8a～8f第1～第6冷却喷雾器
9 出料辊道
10 卷绕机
11 能耗预测装置
12 能耗最优化装置
13 加热炉能耗计算功能
14 旋转机能耗计算功能
14a 轧制转矩预测功能
15 感应加热装置能耗计算功能
16 设定计算装置
17 显示装置

Claims (9)

1.一种轧制线的节能控制装置，其特征在于，具备：
能耗预测装置，该能耗预测装置基于轧制线的轧制条件来计算所述轧制线的能耗；以及
能耗最优化装置，该能耗最优化装置将被轧制材料的目标温度以外的轧制条件作为操作项目并进行改变，以使得在确保对被轧制材料进行轧制而形成的产品的质量的基础上减少所述能耗预测装置所计算出的能耗。
2.如权利要求1所述的轧制线的节能控制装置，其特征在于，
所述能耗最优化装置将利用可改变范围的上限值及下限值计算出的能耗之差为最大的轧制条件设为操作项目。
3.如权利要求1或2所述的轧制线的节能控制装置，其特征在于，
具备设定计算装置，该设定计算装置设定所述能耗最优化装置改变操作项目时所述轧制线的能耗为最少的轧制条件。
4.如权利要求1或2所述的轧制线的节能控制装置，其特征在于，
具备显示装置，该显示装置显示所述能耗最优化装置改变操作项目时所述轧制线的能耗为最少的轧制条件。
5.如权利要求4所述的轧制线的节能控制装置，其特征在于，
所述显示装置显示如下内容：到求出所述能耗最优化装置改变操作项目时所述轧制线的能耗为最少的轧制条件为止的中间计算结果、对于各轧制条件利用可改变范围的上限值与下限值来计算出的所述轧制线的能耗之差。
6.如权利要求1至5中任一项所述的轧制线的节能控制装置，其特征在于，
所述能耗预测装置具备：
计算所述轧制线的加热炉的能耗的加热炉能耗计算功能；
计算所述轧制线的旋转机的能耗的旋转机能耗计算功能；以及
计算所述轧制线的感应加热装置的能耗的感应加热装置能耗计算功能。
7.如权利要求6所述的轧制线的节能控制装置，其特征在于，
所述加热炉能耗计算功能基于投入所述加热炉的燃料流量的预测值或实际值，来计算对被轧制材料进行加热时的能耗。
8.如权利要求6或7所述的轧制线的节能控制装置，其特征在于，
所述旋转机能耗计算功能从设定计算装置获取辊速、轧制时间、轧制转矩的一部分的设定值，对轧制转矩的设定值的一部分进行线性插值，基于经过线性插值后的轧制转矩、辊速、轧制时间来计算所述旋转机的能耗。
9.如权利要求6或7所述的轧制线的节能控制装置，其特征在于，
所述旋转机能耗计算功能从设定计算装置获取辊速、轧制时间、轧制转矩的一部分的设定值，利用辊速及轧制转矩的一部分的设定值来计算轧制转矩的一部分以外的轧制转矩，基于轧制转矩、辊速及轧制时间来计算所述旋转机的能耗。
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