CN113226581A - 冷轧机的颤动检测方法、冷轧机的颤动检测装置、冷轧方法及冷轧机 - Google Patents

冷轧机的颤动检测方法、冷轧机的颤动检测装置、冷轧方法及冷轧机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的冷轧机的颤动检测方法包括：测定步骤，对冷轧机的振动进行测定；算出步骤，对测定步骤中测定出的振动的时间波形，以与周期性振动不收敛而持续的时间相同或小于该时间的规定周期执行频率解析，由此算出振动强度的时间波形；以及预兆振动判定步骤，基于算出步骤中算出的振动强度的时间波形中所包含的振动强度大于规定阈值的点的数量，检测冷轧机的颤动的预兆振动。

Description

冷轧机的颤动检测方法、冷轧机的颤动检测装置、冷轧方法及 冷轧机
技术领域
本发明涉及冷轧机的颤动(chattering)检测方法、冷轧机的颤动检测装置、冷轧方法及冷轧机。
背景技术
近年来，对于薄板钢铁制品要求高强度化及薄化，轧制设备所要求的技术水准越来越高。特别地，对于称为颤动(作为冷轧机的异常振动)的现象而言，轧制对象材料越是硬质及越薄，越容易发生，因此在高品质制品的冷轧工序中，在品质方面及生产效率方面成为大的课题。
颤动的原因各种各样，尤其是称为第三倍频程颤动(third octave chattering)的颤动在一般的冷轧机、特别是串联式的冷轧机中报告有大量发生。本颤动多在100～200Hz左右的频率发生，且伴随工作辊的上下方向的反向振动。通常，颤动在高速轧制时发生，该振动急剧地发展，很多时候伴有轰鸣。
如果一旦发生颤动，就会引起大的板厚变动，因此轧制对象材料的颤动发生部分变得不适合制成产品，导致产率的恶化。此外，颤动的振动强度大的情况下，亦有在高速轧制时引起板断裂的可能性。因此，在担心发生颤动的情况下，操作员避开发生颤动速度区域，也就是说将轧制速度减速来进行操作，亦使冷轧机的处理能力受到颤动的限制。
本来，根据动态连续轧制理论，在进行一般的张力限制控制(仅在张力变动超出某范围时进行张力控制，使张力值处于限制值范围内的控制)的状态下，存在自稳定化作用，即，已发生干扰的轧机架的后方张力向抑制板厚变动的方向变化，使板厚变动自动地减少。然而，有很多研究结果表明，在某轧制条件下，轧辊系统的纵向的固有振动自激地发生，最终发散，由此导致颤动。也就是说，可以认为颤动现象是如下的现象：在本来如抑制板厚变动那样的自稳定化作用的过程中，发生自激的振动，通过自稳定化作用收敛并再次发生，在反复进行上述过程中，完全过渡到不稳定状态，从而使振动发散。
作为抑制颤动的方法，已知有如下方法：如专利文献1、专利文献2中记载的方法那样，对工作辊和轧制对象材料之间的摩擦系数进行检测，将摩擦系数控制在不发生颤动的适当的范围内。这些文献中，作为控制摩擦系数的方法，记载有变更润滑油(轧制油)的供给条件的方法。此外，亦提出有如下方法：如专利文献3中记载的方法那样，对利用设置于轧机机架的振动计测定出的振动进行频率解析，由此检测颤动。这些方法对于如下内容是有效的，所述内容是对颤动发生本身进行检测而防止不良部流出到后续工序以后，或以不发生颤动的方式立刻变更操作条件而将不良部限制于最小限度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-99757号公报
专利文献2：日本特开2001-137915号公报
专利文献3：日本特开2015-9261号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，专利文献1、专利文献2中记载的方法中，存在用摩擦系数、前滑率这样的指标无法明确辨别发生颤动危险区域的情况，另外，对于母板、润滑状态的急剧变化，存在以变更轧制油的供给方法的方法无法进行应对的问题。另外，专利文献3中记载的方法亦无法捕捉如上述那样的急剧发展的颤动的预兆，无法预先防止断裂等大故障的发生。
本发明鉴于上述课题而完成，且其目的在于提供可检测颤动的预兆振动而预先防止由颤动引起的故障的冷轧机的颤动检测方法、冷轧机的颤动检测装置、冷轧方法及冷轧机。
用于解决课题的手段
本发明涉及的冷轧机的颤动检测方法，其特征在于，包括：测定步骤，对冷轧机的振动进行测定；算出步骤，对于前述测定步骤中测定出的振动的时间波形，以与周期的振动不收敛而持续的时间相同或小于该时间的规定周期执行频率解析，由此算出振动强度的时间波形；以及预兆振动判定步骤，基于前述算出步骤中算出的振动强度的时间波形中所包含的振动强度大于规定阈值的点的数量，检测冷轧机的颤动的预兆振动。
本发明涉及的冷轧机的颤动检测方法，其特征在于，在上述发明中，执行前述频率解析的周期为0.5秒以下。
本发明涉及的冷轧机的颤动检测方法，其特征在于，在上述发明中包括下述步骤：在前述预兆振动判定步骤中检测出冷轧机的颤动的预兆振动的情况下，使前述冷轧机的轧制速度减速。
本发明涉及的冷轧机的颤动检测装置，其特征在于，具备：振动测定部，其对测定冷轧机的振动进行测定；以及预兆振动判定部，其对于由前述振动测定部测定出的振动的时间波形，以与周期性振动不收敛而持续的时间相同或小于该时间的规定周期执行频率解析，由此算出振动强度的时间波形，且基于算出的振动强度的时间波形中所包含的振动强度大于规定阈值的点的数量，检测冷轧机的颤动的预兆振动。
本发明涉及的冷轧机的颤动检测装置，其特征在于，在上述发明中，前述预兆振动判定部以0.5秒以下的周期执行频率解析。
本发明涉及的冷轧机的颤动检测装置，其特征在于，在上述发明中，前述预兆振动判定部在检测出冷轧机的颤动的预兆振动的情况下，使前述冷轧机的轧制速度减速。
本发明涉及的冷轧方法，其特征在于，包括：使用本发明涉及的冷轧机的颤动检测方法来进行冷轧的步骤。
本发明涉及的冷轧机，其特征在于，具备本发明涉及的冷轧机的颤动检测装置。
发明的效果
根据本发明涉及的冷轧机的颤动检测方法、冷轧机的颤动检测装置、冷轧方法及冷轧机，可以检测颤动的预兆振动而预先防止由颤动引起的故障。
附图说明
[图1]图1是表示通过加速度计测定出的振动速度的时间波形的一例的图。
[图2]图2是表示对图1所示的振动速度的时间波形实施FFT解析的结果的图。
[图3]图3是以时间轴为横轴对图2所示的FFT强度值进行绘图而成的图。
[图4]图4是以时间轴为横轴对通过不同的周期的FFT解析得到的FFT强度值进行绘图而成的图。
[图5]图5是表示作为本发明的一实施方式的颤动检测装置的构成的框图。
[图6]图6是表示作为本发明的一实施方式的颤动预兆检测处理的流程的流程图。
[图7]图7是表示通过加速度计测定出的振动速度的时间波形的图，以及取时间作为横轴将FFT强度的最大值进行绘图而成的图。
[图8]图8是表示通过加速度计测定出的振动速度的时间波形的图，以及取时间作为横轴将FFT强度的最大值进行绘图而成的图。
具体实施方式
本发明的发明人针对冷轧机的颤动进行了深入研究，结果得到如下见解，在发生强度大到伴有轰鸣的程度的振动之前会发生微小的振动，而且该微小振动在反复发生与收敛中逐渐增大强度，由此最终振动发散而发生颤动。因此，本发明的发明人想到如下的技术思想：通过检测该微小振动作为颤动的预兆振动，由此预先防止由颤动引起的故障。
本发明中，利用加速度计对冷轧机的机架的振动进行测定。振动的测定部位只要是冷轧机的机架的侧面，在容易设置加速度计的部位就没有问题。但是，理想的是配合轧机的结构、颤动的形态而对振动强度最高的部分的振动进行测定。一般而言，在颤动发生时垂直方向的振动成为主体，质量小的工作辊振动得最大。因此，通过在机架立柱(housingpost)的工作辊高度位置设置加速度计，可以提高微小振动的检测精度。
然而，也有颤动是垂直方向的振动与水平方向(轧制方向)的振动复合地发生的报告，理想的是进行配合各种情况的振动测定。另外，加速度计的测定方向一般而言也只要可以进行垂直方向的测定即可，但只要检测强度大，就没有该限制。此外，在发生如产生板厚变动这样的颤动时，伴有轧制载荷、轧机架(rolling stand)前后的钢板张力的变动的情况较多。不仅是利用加速度计的直接的振动测定，通过测定轧制载荷、轧机架间的张力变动，有时也能得到捕捉颤动的预兆振动的所期望的效果。
图1是表示通过加速度计而测定出的振动速度的时间波形的一例的图。图1所示的例子中，将采样频率设为1500Hz来测定振动速度。如图1的(a)所示，在本例中，在高速轧制时在频率约120Hz附近发生伴有轰鸣的颤动(经过时间t＝t3以后)，但如图1的(b)所示，从确认有颤动的发生(＝发生了轰鸣)数秒前的阶段开始，发生频率120Hz左右的微小振动。但是，该微小振动并不持续，而是一边反复进行发生和收敛，一边逐渐地增加强度，最终导致强度大的颤动。
对于图1所示的振动速度的时间波形，每数据点数256点(＝每0.17秒)实施作为频率解析方法之一的FFT(高速傅立叶变换)解析，将结果示于图2的(a)～(c)。图2的(a)～(c)分别是将横轴及纵轴分别设为频率及FFT强度以此来表示图1的(a)所示的经过时间t＝t1(＝28.7秒)、t2(＝29.1秒)、t3(＝29.5秒)的时间点处的FFT解析结果的图。如图2的(a)～(c)所示，根据本例，可以确认如下的颤动即将发生之前的振动行为：在频率120Hz附近FFT强度刚提高后(图2的(a))，该振动降低(图2的(b))，进而在此之后振动立刻大幅发散(图2的(c))。需要说明的是，图2的(a)～(c)中，ΔF表示振动行为的判定范围。
此外，取时间轴为横轴，将图2的(a)～(c)的各时刻中的FFT解析结果中、作为发生颤动的频带的110～120Hz频带中成为最大的FFT强度值进行绘图而成的图示于图3。图3中还明确标记了判定振动的有无的阈值，如图1的(a)、(b)所示的时间波形那样，可知能够通过阈值来判断颤动的预兆振动的发生和收敛。
另一方面，图4中示出根据每数据点数1024点(＝每0.68秒)进行FFT解析的结果，与图3所示的例子同样地示出将在110～120Hz频带中成为最大的FFT强度值进行绘制成图的结果。图4所示的例子中，无法判断颤动的预兆振动的有无。这是因为，颤动的预兆振动反复发生和收敛，因此以比该周期长的0.68秒这样的周期来进行的FFT解析中，其强度被平均化，从而FFT强度没有出现明确的变化。
由以上可知，通过以与颤动的预兆振动不收敛而持续的时间相同或小于该时间的周期进行FFT解析等频率解析，能够捕捉颤动的预兆振动的发生。需要说明的是，颤动的预兆振动不收敛而持续的时间几乎都比0.5秒短，因此执行频率解析的周期设为0.5秒以下的周期是理想的。但是，为了提高频率解析的周期，必须提高振动值的采样点数，另外，由于要求高速下的解析，处理装置的能力成为必须。因此，根据处理装置的负荷的适当范围，决定频率解析的周期的上限。
如果得到图3所示的频率解析结果，则能够通过进行判断在规定点数中存在多少点超过了阈值的点，来判定颤动的预兆振动的有无。在图3所示的例子中，例如若在过去10点中存在2点超过阈值的点，则可以判定发生了异常。进行这样的判定处理的理由在于，例如像专利文献3中记载的方法那样，仅单纯地判定是否存在超过阈值的点，在拾取噪声时过度检测异常状态的可能性高。在过度检测出与高速轧制时的断裂那样的大故障相关的颤动的预兆的情况下，有可能防范故障而引起不必要的减速，因此进行这样的判定处理的必要性高。
通过进行上述的判定处理，可以不进行过度检测而判定发生大振动强度的颤动的预兆。需要说明的是，针对规定点数中存在多少点超过阈值的点这样的判定基准的设定，基于由实际设备测量到的数据且依据预兆振动的持续时间、频率解析的周期来决定即可。另外，以上述的方法检测出异常时，如果不以某些方法变更操作条件，则认为会发生基于振动发散的大的颤动。因此，检测出异常时，自检测装置向控制轧机的PLC(可编程序逻辑控制器，Programmable Logic Controller)输出信号，通过自动地将轧制速度减速，由此可更可靠地预先防止发生高强度的颤动。
以下，针对基于上述概念想到的作为本发明的一实施方式的颤动检测装置的构成及动作进行说明。
图5为表示作为本发明的一实施方式的颤动检测装置的构成的框图。如图5所示，作为本发明的一实施方式的冷轧机的颤动检测装置1是用于检测冷轧机的颤动的装置，并具备振动测定部2及预兆振动判定部3。
振动测定部2由加速度计构成。振动测定部2测定冷轧机的振动，并将表示测定出的振动的电信号向预兆振动判定部3输出。
预兆振动判定部3由个人计算机等信息处理装置构成。预兆振动判定部3通过信息处理装置内部的CPU(中央处理器，Central Processing Unit)等运算处理装置执行计算机程序而发挥功能。针对预兆振动判定部3的功能在后面叙述。
具有这样的构成的冷轧机的颤动检测装置1通过执行以下所示的颤动预兆检测处理，可检测颤动的预兆振动而预先防止基于颤动的故障。以下，参照图6，针对执行颤动预兆检测处理时的冷轧机的颤动检测装置1的动作进行说明。
图6为表示作为本发明的一实施方式的颤动预兆检测处理的流程的流程图。图6所示的流程图在使轧制对象材料在冷轧机通板的时刻开始，颤动预兆检测处理前进至步骤S1的处理。在每一规定的控制周期反复执行颤动预兆检测处理。
在步骤S1的处理中，振动测定部2测定规定的测定时间范围内的冷轧机的振动，向预兆振动判定部3输出表示测定出的振动的电信号。由此，步骤S1的处理结束，颤动预兆检测处理前进至步骤S2的处理。
步骤S2的处理中，预兆振动判定部3使用从振动测定部2输出的电信号，对于冷轧机的振动的时间波形，以与周期性振动不收敛而持续的时间相同或小于该时间的规定的周期执行频率解析，由此算出振动强度的时间波形。由此，步骤S2的处理结束，颤动预兆检测处理前进至步骤S3的处理。
步骤S3的处理中，预兆振动判定部3针对在步骤S2的处理中算出的振动强度的时间波形，辨别振动强度大于规定的阈值的点是否为规定数量以上。辨别的结果是振动强度大于规定的阈值的点为规定数量以上的情况下(步骤S3：是)，预兆振动判定部3将颤动预兆检测处理前进至步骤S4的处理。另一方面，振动强度比规定的阈值大的点不为规定数量以上的情况下(步骤S3：否)，预兆振动判定部3结束一连串的颤动预兆检测处理。
步骤S4的处理中，预兆振动判定部3判定为发生了颤动的预兆振动，对控制冷轧机的PLC输出指示轧制速度减速的控制信号。由此，步骤S4的处理结束，一连串的颤动预兆检测处理结束。
实施例
本实施例中，利用具备共五架四重式轧机的串联轧机以700mpm对冷轧钢板(板宽为1200mm，成品厚度为0.3mm)进行冷轧，进行颤动的振动解析。具体而言，在上述的振动测定的方法中，通过设置在轧机机架立柱的加速度计进行垂直方向的振动测定，将测定出的振动数据向解析装置进行模拟输入(analog input)，并在数-模(Digital to Analog，A/D)转换后，进行频率解析。测定采样间距设为3000Hz，每0.17秒实施频率解析。另外，异常判定基准以这样的方式设定：如果过去5点中有2点以上超过设定阈值的点，则判定为存在颤动的预兆振动。
图7的(a)表示通过加速度计测定出的振动速度的时间波形。本例中，在以轧制速度700mpm轧制时，以约110Hz的频率发生颤动。接下来，对测定出的振动速度的时间波形执行FFT解析，取时间作为横轴将100～120Hz频带的FFT强度的最大值进行绘图，将该图示于图7的(b)。需要说明的是，图7的(b)中一并表明判定为颤动的预兆振动的时刻。本实施例中，为了实验，即使判定为颤动的预兆振动，也不采取减速等应对方式而持续操作，在初次判定为有预兆后约3.5秒后，与大的轰鸣一起发生高强度的颤动，之后达到板断裂。也就是说，可以说是如下的实例：如果在检测出预兆振动的时刻采取减速应对方式，则实现了预先防止断裂。
需要说明的是，图8的(a)、(b)中表示针对与上述所示的材料为相同钢种且相同尺寸的轧制对象材料，以轧制速度700mpm轧制的其他情形的实际结果。如图8的(a)、(b)所示，本情形中不发生颤动而结束轧制，虽然有若干噪声，但没有异常判定为存在颤动的预兆的时刻，可以说能够不过度检测而精度良好地捕捉预兆振动。
以上，针对适用于由本申请的发明人完成的发明的实施方式进行了说明，但本发明并不由基于本实施方式形成的本发明的公开的一部的记述及附图而限定。即，基于本实施方式由本领域技术人员等完成的其他实施方式、实施例、及运用技术等均包含在本发明的范畴内。
产业上的可利用性
根据本发明，可以提供能检测颤动的预兆振动而预先防止基于颤动的故障的冷轧机的颤动检测方法、冷轧机的颤动检测装置、冷轧方法及冷轧机。
附图标记说明
1 冷轧机的颤动检测装置
2 振动测定部
3 预兆振动判定部

Claims (8)

1.冷轧机的颤动检测方法，其特征在于，包括：
测定步骤，对冷轧机的振动进行测定；
算出步骤，对所述测定步骤中测定出的振动的时间波形，以与周期性振动不收敛而持续的时间相同或小于该时间的规定周期执行频率解析，由此算出振动强度的时间波形；以及
预兆振动判定步骤，基于所述算出步骤中算出的振动强度的时间波形中所包含的振动强度大于规定阈值的点的数量，检测冷轧机的颤动的预兆振动。
2.如权利要求1所述的冷轧机的颤动检测方法，其特征在于，执行所述频率解析的周期为0.5秒以下。
3.如权利要求1或2所述的冷轧机的颤动检测方法，其特征在于，包括如下步骤：在所述预兆振动判定步骤中检测出冷轧机的颤动的预兆振动的情况下，使所述冷轧机的轧制速度减速。
4.冷轧机的颤动检测装置，其特征在于，具备：
振动测定部，其对冷轧机的振动进行测定；以及
预兆振动判定部，其对于由所述振动测定部测定出的振动的时间波形，以与周期性振动不收敛而持续的时间相同或小于该时间的规定周期执行频率解析，由此算出振动强度的时间波形，基于算出的振动强度的时间波形中所包含的振动强度大于规定阈值的点的数量，检测冷轧机的颤动的预兆振动。
5.如权利要求4所述的冷轧机的颤动检测装置，其特征在于，所述预兆振动判定部以0.5秒以下的周期执行频率解析。
6.如权利要求4或5所述的冷轧机的颤动检测装置，其特征在于，所述预兆振动判定部在检测出冷轧机的颤动的预兆振动的情况下，使所述冷轧机的轧制速度减速。
7.冷轧方法，其特征在于，包括使用权利要求1～3中任一项所述的冷轧机的颤动检测方法而进行冷轧的步骤。
8.冷轧机，其特征在于，具备权利要求4～6中任一项所述的冷轧机的颤动检测装置。
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