CN108602101B - 钢铁热轧成套设备的控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够准确地掌握钢材到达感应加热装置的出侧时的钢板的内部的温度分布的钢铁热轧成套设备的控制系统。钢铁热轧成套设备的控制系统具备：取出温度计算部，计算钢材被从加热炉取出时的钢材的内部的温度分布；入侧温度计算部，基于由上述取出温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布，计算该钢材到达设于上述加热炉的出侧的感应加热装置的入侧时的该钢材的内部的温度分布；以及出侧温度计算部，基于由上述入侧温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布，计算该钢材到达上述感应加热装置的出侧时的该钢材的内部的温度分布。

Description

钢铁热轧成套设备的控制系统
技术领域
本发明涉及钢铁热轧成套设备的控制系统。
背景技术
专利文献1公开了一种钢铁热轧成套设备的感应加热装置。在钢铁热轧成套设备中，该感应加热装置设于精轧机的入侧。感应加热装置可在钢材到达精轧机之前减缓钢材的内部的温度变动。此时，感应加热装置需要基于钢材到达感应加热装置的出侧时的钢板的内部的温度分布的计算结果而进行的设定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014－175082号公报
发明内容
发明将要解决的课题
然而，专利文献1未公开钢材到达感应加热装置的出侧时的钢板的内部的温度分布的详细情况。因此，存在钢材到达精轧机之前钢材的内部的温度变动没有减缓的情况。
本发明是为了解决上述课题而完成的。本发明的目的在于，提供一种能够准确地掌握钢材到达感应加热装置的出侧时的钢板内部的温度分布的钢铁热轧成套设备的控制系统。
用于解决课题的手段
本发明的钢铁热轧成套设备的控制系统具备：取出温度计算部，计算钢材被从加热炉取出时的钢材的内部的温度分布；入侧温度计算部，基于由上述取出温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布，计算该钢材到达设于上述加热炉的出侧的感应加热装置的入侧时的该钢材的内部的温度分布；以及出侧温度计算部，基于由上述入侧温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布，计算该钢材到达上述感应加热装置的出侧时的该钢材的内部的温度分布。
发明效果：
根据本发明，通过借用钢材被从加热炉取出时的钢材的内部的温度分布的数据，从而计算钢材到达感应加热装置的出侧时的钢材的内部的温度分布。因此，能够准确地掌握钢材到达感应加热装置的出侧时的钢板的内部的温度分布。
附图说明
图1是应用了本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的、钢铁热轧成套设备的构成图。
图2是应用了本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的、钢铁热轧成套设备的感应加热装置的立体图。
图3是本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的构成图。
图4是示出基于本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的板坯的内部的温度分布的计算结果的图。
图5是示出基于本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的钢板的内部的温度分布的计算结果的图。
图6是用于说明本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的动作的流程图。
图7是用于说明本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的动作的流程图。
图8是本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的硬件构成图。
图9是应用了本发明的实施方式2中的钢铁热轧成套设备的控制系统的、钢铁热轧成套设备的感应加热装置的立体图。
图10是示出基于本发明的实施方式2中的钢铁热轧成套设备的控制系统的钢板的内部的温度分布的计算结果的图。
具体实施方式
按照附带的附图说明用于实施本发明的方式。此外，在各图中，对相同或者相当的部分标注相同的附图标记。该部分的重复说明被适当地简化或省略。
实施方式1.
图1是应用了本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的、钢铁热轧成套设备的构成图。
在图1中，钢铁热轧成套设备具备至少一个再加热炉1、至少一个粗轧机2、感应加热装置3、多个精轧机4、至少一个冷却设备5、以及至少一个卷取机6。
再加热炉1设于钢铁热轧成套设备的入侧。粗轧机2设于再加热炉1的出侧。感应加热装置3设于粗轧机2的出侧。多个精轧机4设于感应加热装置3的出侧。例如，6台精轧机4在感应加热装置3的出侧，从钢铁热轧成套设备的入侧向出侧排列设置。冷却设备5设于精轧机4的出侧。卷取机6设于冷却设备5的出侧。
在再加热炉1的内部设有未图示的多个热电偶。例如，多个热电偶沿再加热炉1的宽度方向排列设置。
控制系统7具备取出温度计算部7a、入侧温度计算部7b、出侧温度计算部7c、控制部7d、温度分布数据收集部7e、采样数据收集部7f、储存部7g、以及参数校正部7h。
钢材以板坯8的状态装入再加热炉1的内部。该板坯8被再加热炉1加热至1200℃左右。之后，该板坯8被从再加热炉1取出。之后，该板坯8被粗轧机2轧制成几十mm的厚度的钢板9。该钢板9的端部处的温度的变化剧烈。因此，该钢板9的端部被感应加热装置3加热。之后，该钢板9被精轧机4进一步较薄地拉长。之后，该钢板9被冷却设备5冷却。之后，钢板9被卷取机6卷绕成卷状。
控制系统7控制粗轧机2、感应加热装置3、多个精轧机4、冷却设备5、以及卷取机6。
例如，控制系统7的取出温度计算部7a基于再加热炉1的内部的环境温度，计算板坯8被从再加热炉1取出时的板坯8的内部的温度分布。此时的再加热炉1的内部的环境温度由多个热电偶的各个热电偶测量。
具体而言，取出温度计算部7a将时间与空间替换为有限地划分而成的细小网格，通过差分法或者有限元法计算板坯8的内部的温度分布。此时，取出温度计算部7a在赋予了板坯8装入再加热炉1时的初始条件的基础上，使用二维或者三维的热传导方程式计算板坯8的内部的温度分布。
取出温度计算部7a以几十秒到几分钟的固定周期重复进行板坯8的升温的计算，直到板坯8被从再加热炉1取出为止。此时，取出温度计算部7a将上个周期的计算结果作为输入值而计算下个周期的板坯8的内部的温度变化。
热传导方程式的边界条件是通过热通量的计算而赋予的。基于多个热电偶各自中的测量值来进行该计算。在各周期中，再加热炉1的内部的环境温度变化。因此，多个热电偶各自的测量值不同。在该情况下，各空间的网格中，赋予的热通量不同。其结果，计算出的板坯8的内部的温度分布不均匀。
例如，在使用了二维的热传导方程式的情况下，除了对于板坯8的厚度方向，还对宽度方向或者长度方向中的某一方计算板坯8的内部的温度分布。例如，在使用了三维的热传导方程式的情况下，除了对于板坯8的厚度方向，还对宽度方向以及长度方向这两方计算板坯8的内部的温度分布。
控制系统7的入侧温度计算部7b基于板坯8被从再加热炉1取出时的板坯8的内部的温度分布，计算板坯8通过粗轧机2成为钢板9而到达感应加热装置3的入侧时的钢板9的内部的温度分布。
具体而言，入侧温度计算部7b将时间与空间替换为有限地划分而成的细小网格，通过差分法或者有限元法计算钢板9的内部的温度分布。此时，入侧温度计算部7b以板坯8被从再加热炉1取出时的板坯8的内部的温度分布作为初始值，使用二维或者三维的热传导方程式重复进行钢板9的内部的温度分布的计算。
在板坯8通过粗轧机2成为钢板9而到达感应加热装置3的入侧之前，条件的变化剧烈。因此，入侧温度计算部7b根据条件的变化设定时间的网格。入侧温度计算部7b有时也与时间的网格相配合地调整空间的网格。
例如，基于板坯8被从再加热炉1取出而到达粗轧机2之前的空冷或者水冷下的导热，设定热传导方程式的边界条件以及网格的节点条件。例如，基于板坯8被粗轧机2轧制时的加工以及摩擦引起的发热，设定热传导方程式的边界条件以及网格的节点条件。例如，基于板坯8接触粗轧机2的辊而引起的导热，设定热传导方程式的边界条件以及网格的节点条件。
控制系统7的出侧温度计算部7c基于钢板9到达感应加热装置3的入侧时的该钢板9的内部的温度分布，计算该钢板9到达感应加热装置3的出侧时的该钢板9的内部的温度分布。
具体而言，出侧温度计算部7c将时间与空间替换为有限地划分而成的细小网格，通过差分法或者有限元法计算钢板9的内部的温度分布。此时，出侧温度计算部7c以钢板9到达感应加热装置3的入侧时的该钢板9的内部的温度分布作为初始值，使用二维或者三维的热传导方程式重复进行板坯8的内部的温度分布的计算。
例如，基于空冷下的导热设定热传导方程式的边界条件。例如，基于对感应加热装置3施加的施加电流设定网格的节点条件。
控制系统7的控制部7d基于钢板9到达感应加热装置3的出侧时的该钢板9的内部的温度分布，控制感应加热装置3，以使感应加热装置3的出侧的钢板9的内部的温度分布成为希望的温度分布。
在控制系统7中，温度分布数据收集部7e收集由出侧温度计算部7c计算出的钢板9的内部的温度分布的数据。采样数据收集部7f收集钢铁热轧成套设备中的实际的采样数据。储存部7g将利用温度分布数据收集部7e收集的温度分布的数据和利用采样数据收集部7f收集的采样数据，与钢材的信息建立对应地进行储存。参数校正部7h基于储存部7g中的与钢板9的信息建立了对应的温度分布的数据和采样数据，校正出侧温度计算部7c计算该钢板9的内部的温度分布时的参数。
接下来，使用图2对感应加热装置3进行说明。
图2是应用了本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的、钢铁热轧成套设备的感应加热装置的立体图。
图2的感应加热装置3是横置式的感应加热装置。感应加热装置3具备多个电感器3a。多个电感器3a的每一个可沿钢板9的宽度方向移动。
接下来，使用图3，对控制系统7的构成进行说明。
图3是本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的构成图。
在图3中，控制系统7具备在线系统10、用户界面11、以及综合型成套设备数据管理解决系统12。
在线系统10具备计算机10a、电气PLC10b、以及仪表PLC10c。
用户界面11具备多个用户PC11a。
综合型成套设备数据管理解决系统12具备RDB服务器12a、采样数据服务器12b、共享数据库12c以及搜索引擎服务器12d。
在综合型成套设备数据管理解决系统12中，RDB服务器12a收集以计算机10a所管辖的钢材的ID为关键字的产品信息以及控制所使用的参数。采样数据服务器12b收集电气PLC10b以及仪表PLC10c所管辖的再加热炉1、粗轧机2、感应加热装置3、精轧机4、以及未图示的特殊仪表器件在在线系统10中的时间序列的采样数据。
共享数据库12c储存由RDB服务器12a与采样数据服务器12b收集到的全部数据。共享数据库12c长期保存该数据。
搜索引擎服务器12d具备对共享数据库12c进行的检索功能。
用户使用用户PC11a，进行精轧机4的入侧的钢板9的温度分布的计算值与利用设于精轧机4的入侧的温度计测量的钢板9的温度的实际值之间的比较评价。此时，用户使用搜索引擎服务器12d的检索功能，在共享数据库12c中检索与特定的关键字信息建立了对应的全部数据。用户进行该数据的浏览以及提取。用户自由地选择各控制系统的在线数据，以钢材的ID为关键字将各个内容有机地建立对应。用户通过使用长期保存的大量数据，进行数据的详细的探讨与分析。
接下来，使用图4，对沿板坯8的厚度方向与宽度方向划分成网格的情况下获得的板坯8的内部的温度分布进行说明。
图4是表示基于本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的板坯的内部的温度分布的计算结果的图。
在图4中，例如，网格沿板坯8的厚度方向被划分成5个。例如，网格沿板坯8的宽度方向被划分成11个。例如，各网格的温度被分为5个温度带。第1温度带被设定为小于1200℃。第2温度带被设定为1200℃以上且小于1210℃。第3温度带被设定为1210℃以上且小于1220℃。第4温度带被设定为1220℃以上且小于1230℃。第5温度带被设定为1230℃以上。
接下来，使用图5，对钢板9的温度低下部分的再次加热进行说明。
图5是表示基于本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的钢板的内部的温度分布的计算结果的图。
在图5中，例如，网格沿钢板9的厚度方向被分割成5个。例如，网格沿钢板9的宽度方向被分割成11个。例如，各网格的温度被分为5个温度带。第1温度带被设定为小于850℃。第2温度带被设定为850℃以上且小于860℃。第3温度带被设定为860℃以上且小于870℃。第4温度带被设定为870℃以上且小于880℃。第5温度带被设定为880℃以上。
在钢板9的内部，钢板9的宽度方向上产生了明显的温度倾斜的情况下，钢板9可能会在精轧中蛇行。因此，控制系统7对感应加热装置3指示进行钢板9的温度低下部分的再次加热。具体而言，控制系统7使感应加热装置3与钢板9的温度低下部分对置。控制系统7向感应加热装置3施加必要的电流。其结果，感应加热装置3将钢板9的温度低下部分再次加热。
接下来，使用图6与图7，对控制系统7的动作进行说明。
图6与图7是用于说明本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的动作的流程图。
在步骤S1中，控制系统7收集钢种、尺寸等钢材信息。之后，进入步骤S2。在步骤S2中，控制系统7收集再加热炉1的实际数据。之后，进入步骤S3。
在步骤S3中，控制系统7将再加热炉1的内部的板坯8的温度计算值更新。之后，进入步骤S4。在步骤S4中，控制系统7判断板坯8是否已从再加热炉1取出。
在步骤S4中，在板坯8未被从再加热炉1取出的情况下，进入步骤S5。在步骤S5中，控制系统7设定从几十秒到几分钟的固定周期的计时器。之后，返回步骤S2。
在步骤S4中，在板坯8已从再加热炉1取出的情况下，进入步骤S6。在步骤S6中，控制系统7将从再加热炉1取出的板坯8的温度计算值设定为初始值。之后，进入步骤S7。
在步骤S7中，控制系统7判断空冷、水冷、轧制等的温度变化条件。之后，进入步骤S8。在步骤S8中，控制系统7将钢板9的温度计算值更新。之后，进入步骤S9。在步骤S9中，控制系统7判断钢板9是否已到达感应加热装置3的入侧。
在步骤S9中，在钢板9未到达感应加热装置3的入侧的情况下，进入步骤S10。在步骤S10中，控制系统7设定几秒以下的固定周期的计时器。之后，返回步骤S7。
在步骤S9中，在钢板9已到达感应加热装置3的入侧的情况下，进入步骤S11。在步骤S11中，控制系统7计算感应加热装置3的出侧的钢板9的内部的温度分布。之后，进入步骤S12。在步骤S12中，控制系统7基于感应加热装置3的加热容量、频率以及导电率，进行用于使钢板9的内部的温度分布均匀所需的热量的计算以及设定。
根据以上说明的实施方式1，通过连续地借用板坯8从再加热炉1取出时的板坯8的内部的温度分布的数据，能够多维地计算钢板9到达感应加热装置3的出侧时的钢板9的内部的温度分布。因此，能够准确地掌握钢板9到达感应加热装置3的出侧时的钢板9的内部的温度分布。
另外，基于钢板9到达感应加热装置3的出侧时的钢板9的内部中的非对称的温度分布的计算值，感应加热装置3被控制成，感应加热装置3的出侧的钢板9的内部的温度分布成为希望的温度分布。因此，能够在感应加热装置3的出侧使钢板9的内部的温度分布更均匀。其结果，能够减少精轧中的品质上以及操作上的不良情况。
另外，基于与钢板9的信息建立了对应的温度分布的数据与采样数据，来校正计算钢板9的内部的温度分布时的参数。因此，能够使钢板9的内部的温度分布的计算精度提高。
接下来，使用图8，对控制系统7的例子进行说明。
图8是本发明的实施方式1中的钢铁热轧成套设备的控制系统的硬件构成图。
控制系统7的各功能可通过比图3的构成更简单的构成实现。例如，可以通过处理电路实现控制系统7的各功能。例如，处理电路具备至少一个处理器13a与至少一个存储器13b。例如，处理电路具备至少一个专用的硬件14。
在处理电路具备至少一个处理器13a与至少一个存储器13b的情况下，通过软件、固件、或者软件与固件的组合来实现控制系统7的各功能。软件以及固件的至少一方被作为程序记述。软件以及固件的至少一方储存于至少一个存储器13b中。至少一个处理器13a读出并执行存储于至少一个存储器13b中的程序，从而实现控制系统7的各功能。至少一个处理器13a也称作CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、DSP。例如，至少一个存储器13b为RAM、ROM、闪存、EPROM、EEPROM等非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩磁盘、小型磁盘、DVD等。
在处理电路具备至少一个专用的硬件14的情况下，处理电路例如是单一电路、复合电路、程序化后的处理器、并行程序化后的处理器、ASIC、FPGA、或者组合它们而成者。例如，控制系统7的各功能分别由处理电路实现。例如，控制系统7的各功能统一由处理电路实现。
关于控制系统7的各功能，也可以由专用的硬件14实现一部分，由软件或者固件实现一部分。例如，也可以是，关于取出温度计算部7a的功能，由作为专用的硬件14的处理电路实现，关于除了取出温度计算部7a以外的功能，由至少一个处理器13a读出并执行储存于至少一个存储器13b的程序来实现。
这样，处理电路通过硬件14、软件、固件、或者它们的组合，实现控制系统7的各功能。
实施方式2.
图9是应用了本发明的实施方式2中的钢铁热轧成套设备的控制系统的、钢铁热轧成套设备的感应加热装置的立体图。此外，对与实施方式1相同或者相当的部分标注相同附图标记。该部分的说明被省略。
图9的感应加热装置3是螺线管式的感应加热装置3。感应加热装置3具备电感器3a。电感器3a以覆盖钢板9的一部分的方式被固定。电感器3a可在钢板9的宽度方向上将钢板9的整体加热。
接下来，使用图10，对钢板9的温度低下部分的再次加热进行说明。
图10是表示基于本发明的实施方式2中的钢铁热轧成套设备的控制系统的钢板的内部的温度分布的计算结果的图。
在图10中，例如，网格沿板坯8的厚度方向被分割成5个。例如，网格沿钢板9的长度方向被分割成21个。例如，各网格的温度被分为5个温度带。第1温度带被设定为小于850℃。第2温度带被设定为850℃以上且小于860℃。第3温度带被设定为860℃以上且小于870℃。第4温度带被设定为870℃以上且小于880℃。第5温度带被设定为880℃以上。
在钢板9的内部，在钢板9的长度方向上产生了滑痕(skid mark)所带来的局部的温度降低的情况下，在钢板9的精轧中可能会产生钢板9的板厚以及钢板9的轧制负载的变动。因此，控制系统7在钢板9的温度低下部分通过感应加热装置3时对感应加热装置3施加必要的电流。其结果，感应加热装置3将钢板9的温度低下部分再次加热。
根据以上说明的实施方式2，在钢板9的温度低下部分通过感应加热装置3时，感应加热装置3将钢板9的温度低下部分再次加热。因此，能够使钢板9的滑痕所引起的温度低下部分的温度接近钢板9的中心部的温度。
此外，也可以将实施方式1的感应加热装置3与实施方式2的感应加热装置3沿钢板9的搬运方向并列地配置。例如，也可以在实施方式1的感应加热装置3的出侧配置实施方式的感应加热装置3。例如，也可以在实施方式1的感应加热装置3的入侧配置实施方式的感应加热装置3。在这些的情况下，能够获得与实施方式1的效果以及实施方式2的效果相同的效果。
工业上的可利用性
如以上那样，本发明的钢铁热轧成套设备的控制系统能够利用于准确地掌握钢材到达感应加热装置的出侧时的钢板的内部的温度分布的系统中。
附图标记说明
1再加热炉，2粗轧机，3感应加热装置，3a电感器，4精轧机，5冷却设备，6卷取机，7控制系统，7a取出温度计算部，7b入侧温度计算部，7c出侧温度计算部，7d控制部，7e温度分布数据收集部，7f采样数据收集部，7g储存部，7h参数校正部，8板坯，9钢板，10在线系统，10a计算机，10b电气PLC，10c仪表PLC，11用户界面，11a用户PC，12综合型成套设备数据管理解决系统，12a RDB服务器，12b采样数据服务器，12c共享数据库，12d搜索引擎服务器，13a处理器，13b存储器，14硬件。

Claims (3)

1.一种钢铁热轧成套设备的控制系统，具备：
取出温度计算部，计算钢材被从加热炉取出时的钢材的内部的温度分布；
入侧温度计算部，基于由上述取出温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布，计算该钢材到达感应加热装置的入侧时的该钢材的内部的温度分布，上述感应加热装置在处于上述加热炉的出侧的、粗轧机与精轧机之间设置；以及
出侧温度计算部，基于由上述入侧温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布，计算该钢材到达上述感应加热装置的出侧时的该钢材的内部的温度分布，
通过连续地借用由上述取出温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布的数据，能够多维地计算该钢材到达上述感应加热装置的出侧时的该钢材的内部的温度分布。
2.如权利要求1所述的钢铁热轧成套设备的控制系统，其中，
具备控制部，该控制部基于由上述出侧温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布，控制上述感应加热装置，以使上述感应加热装置的出侧的该钢材的内部的温度分布均匀。
3.如权利要求1或2所述的钢铁热轧成套设备的控制系统，其中，具备：
温度分布数据收集部，收集由上述出侧温度计算部计算出的钢材的内部的温度分布的数据；
采样数据收集部，收集上述加热炉以及上述感应加热装置中的实际的采样数据；
储存部，将由上述温度分布数据收集部收集到的温度分布的数据和由上述采样数据收集部收集到的采样数据与钢材的信息建立对应地储存；以及
参数校正部，基于上述储存部中的与钢材的信息建立了对应的温度分布的数据与采样数据，对上述出侧温度计算部计算该钢材的内部的温度分布时的参数进行校正。
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