CN1268410A - 轧板过程中板形控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种通过具备可变更机动板凸度的板形变更机构的轧机,在行走尺寸变更中边使板形变更机构动作边进行轧制,对大幅的机动板凸度进行变更时也可获得稳定的板形状。具体机构的特征是,将行走尺寸变更中的目标机动板凸度设定值,根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度的设定值,在行走尺寸变更开始前预先设定,同时,使上述板形变更机构动作,使得行走尺寸变更中的实际机动板凸度与上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度相等。

Description

轧板过程中板形控制方法及其装置
本发明涉及一种在由同一母材轧制板厚和/或板宽不同的多尺寸(板厚或板宽或板凸度等)的场合、或将成分不同的不同种类母材接合起来连续地轧制的场合等，以轧制中尺寸变更(以下称作行走尺寸变更)为目的、变更轧制条件时的板形控制方法。
目前，许多生产厂对于冷轧机从各方面开发了先进的、以提高生产过程连续化和生产率为目的、在轧制途中变更材料的尺寸(板厚或板宽或板凸度等)即所谓的行走尺寸变更技术。此外，近年来，即使对于热轧机，因各种周边技术的发展，也逐渐适用行走尺寸变更。
作为实施行走尺寸变更的情况，例举出下面4种场合。
(1)由同一成分的母材制造板厚不同的多制品的场合，
(2)由同一成分的母材制造板宽不同的多制品的场合，
(3)由同一成分的母材制造板宽和板厚不同的多制品的场合，
(4)将成分不同的母材接合起来连续轧制的场合。这里，包括相接合的母材的尺寸、成分相同的场合和不同的场合。
这种行走尺寸变更是通过轧机上设置的变更板厚、板宽等的机构和板形变更机构(例如轧辊预弯机构、轧辊交叉(ロ-ルクロス)机构、工作辊位移机构)，急速改变轧制中的轧制条件而实现的。因而，会有因板形变更机构的控制如何，轧材的板形恶化或形状不良区域超过规定朝轧制方向延伸的问题。
作为与防止板形恶化方法有关的现有技术，例如在日本特开平62-57704号公报和特开平4-351213号公报中公开。
特开平62-57704号公报是，在对板厚或板宽、或者板厚、板宽双方不同的材料连接而进行连续轧制之际，预先设定机动板模式，该模式示出轧板和工作辊之间宽度方向的轧制负载均匀一致时、宽度方向板厚分布与轧制条件的关系，用该机动板凸度模式或比之更简单和/或变形的计算式，算出材料接合部及其附近的板形变更机构的操作量，根据该算出值，在规定时间内控制轧板形状的方法，但所公开的是以轧辊预弯力、轧辊位移力、移位辊作为板形变更机构的轧机为例的。
另外，上述特开平4-351213号公报公开了一种在将多种类卷材连接而连续轧制之际，将工作辊的轧辊预弯力、轧辊交叉角作为板形变更机构的轧板的形状控制方法。具体如图2所示，慢于动作速度的轧辊交叉角的控制是在板厚变更前开始朝向后行材的交叉角的目标值，同时，为补偿交叉角的动作调整轧辊预弯力，接着，与板厚变更同步地与板厚变更相均衡地顺序变更轧辊预弯力，在交叉角的变更结束时刻，控制轧辊交叉角和轧辊预弯力使之成为后行材的设定值。
在上述方法中，任一种均是在板厚变更点到达该轧制机架前，预测后行材的形状控制量，根据该控制量，来决定形状控制装置的操作量。为此，如事先预测的后行材前端部的目标机动板凸度与实际的机动板凸度一致时，轧制后材料的形状良好。实际上，由于轧材温度的预测误差、轧材的变形阻力的预测误差、实际板厚变动等，会有实际轧制负载变动情况，和事先预测的后行材前端部的目标机动板凸度与实际的机动板凸度之差大的情况。在这样的情况下，不能有效地实现形状控制，轧制后的材料会发生不适当的形状变动，形状变动大情况下，会引起板断裂，具有不能进行轧材穿带的问题。
上述问题的起因是在行走尺寸变更中未设定目标机动板凸度，由于未设定目标，不能时刻评价行走尺寸变更中的机动板凸度误差，更何况，操作板形变更机构也不能修正上述误差。
一般地，在行走尺寸变更中，为了提高成材率，在多个轧制机架中，将轧材的同一点作为起点、实施尺寸变更，但同时变更各轧制机架入口侧尺寸和出口侧尺寸非常复杂。
以往，对于发生这种复杂现象的尺寸变更，考虑采用简单的模式，用实际能满足的精度预测行走尺寸变更中的机动板凸度是困难的，此外，使用复杂的模式时，由于计算机能力不足，如前述的现有技术那样，只能求出行走尺寸变更前后的板形变更机构的操作量，不能设定行走尺寸变更中的目标机动板凸度。
另外，以往由于在热精轧过程中，只能轧制板厚在1.2mm以上的钢板，因此以往方法，从先行材向后行材的尺寸变更中(行走板厚变更中)不修正形状不良在实际操作上也没有问题。
然而，本发明人在世界首先实用的连续热精轧中，实施板厚直至0.8mm的热精轧时，在行走板厚变更中不继续进行防止形状不良的控制，则存在钢板断裂等新的问题。
作为使轧制中的目标机动板凸度与实际的机动板凸度一致而进行控制的现有技术例如还有特开昭59-64111号公报所公开的方法。在该公报所述的技术中，与作为机动板凸度为主的变动要素的轧制负荷的变动相对应，变更板形控制机构的形状控制量。
但是，特开昭59-64111号公报公开的方法是，在单一的材料中，为了维持同一目标机动板凸度，使轧制中的目标机动板凸度与实际的机动板凸度一致的控制方法，不需变更目标机动板凸度。然而，正如前述，在连续地轧制多个尺寸材料的场合，在先行材和后行材中，如在连续轧制中不积极地变更目标机动板凸度，则难以获得稳定的板形，但在特开昭59-64111号公报中，对于目标机动板凸度的变更方法没有任何揭示，难适用于行走尺寸变更。
本发明人通过求得以往没有全面考虑的行走尺寸变更中的目标机动板凸度，时刻求得实际机动板凸度与该目标机动板凸度的误差，想到对应该误差，操作板形变更机构。即，用先行材的目标机动板凸度和后行材的目标机动板凸度，算出从先行材向后行材的行走尺寸变更中的目标机动板凸度。具体讲，是一种形状控制方法，其特征在于，作为把先行材的机动板凸度设定值与后行材的机动板凸度设定值连接的任意函数来设定，作为任意函数能够使用直线、曲线及其他适当的函数。
本发明的目的是提供一种即使在轧制中进行大幅度的板尺寸变更场合，也能获得稳定的板形的板轧制中形状控制方法。
本发明的形状控制方法的特征在于，通过具备可变更机动板凸度的板形变更机构的轧机，当连续轧制材料时，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度设定值，使板形变更机构动作的行走尺寸变更轧制中，将行走尺寸变更中的目标机动板凸度设定值，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度的设定值，在行走尺寸变更开始前预先设定；同时，使上述板形变更机构动作，使得行走尺寸变更中的实际机动板凸度与上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度相等。
另外，本发明的形状控制方法的特征在于，被轧材是多个接合的材料，根据先行材和后行材的目标机动板凸度设定值，使板形变更机构动作的行走尺寸变更轧制中，将行走尺寸变更中的目标机动板凸度设定值，根据先行材和后行材的目标机动板凸度的设定值，在行走尺寸变更开始前预先设定，同时，使上述板形变更机构动作，使得行走尺寸变更中的实际机动板凸度与上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度相等。
此外，本发明的形状控制方法的特征在于，被轧材是在轧制方向上板厚和/或板宽不同的一块板材，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度设定值，使板形变更机构动作的行走尺寸变更轧制中，将行走尺寸变更中的目标机动板凸度设定值，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度的设定值，在行走尺寸变更开始前预先设定，同时，使上述板形变更机构动作，使得行走尺寸变更中的实际机动板凸度与上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度相等。
另外，本发明的板轧制中形状控制装置，是在连续地轧制先行材和与之连接的后行材的过程中，或者在一个卷材的轧制过程中，以行走尺寸变更为目的、使板形变更机构在行走中动作的装置，其特征在于，具有，在行走尺寸变更开始前，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度设定值，设定行走尺寸变更中的板形变更机构的操作量的设定量运算装置；根据行走尺寸变更前和行走尺寸变更后的目标机械板凸度设定值，运算行走尺寸变更中的目标机动板凸度，与行走尺寸变更中的实际机动板凸度的差相对应，对板形变更机构的操作量进行修正的板形变更机构修正量运算装置。
图1为本发明实施例的视图。
图2为说明以往控制方法的视图。
图3为说明本发明效果的视图。
作为控制板形的机构，以具备轧辊预弯机构和轧辊交叉机构的轧机为例，更具体地说明本发明。
将机动板凸度用轧制负载、轧辊预弯力、轧辊交叉角及轧辊凸度这些要素加以整理，能够如下式(1)所示，表现出各要素之和。
Ch＝funcCP(P)+funcCB(B)+funcCC(C)+funcCW(Cw)……(1)
上式中，
Ch为机动板凸度，
funcCP为机动板凸度的轧制负荷成分，
funcCB为机动板凸度的轧辊预弯力成分，
funcCC为机动板凸度的轧辊交叉角成分，
funcCW为机动板凸度的轧辊凸度成分，
P为轧制负荷，
B为轧辊预弯力，
C为轧辊交叉角，
Cw为轧辊凸度。
行走尺寸变更中实际的机动板凸度也由上式表示。
另外，假设行走尺寸变更中的目标机动板凸度为ChFGC、目标轧制负荷为PFGC、目标轧辊预弯力设定值为BFGC、目标轧辊交叉角为CFGC时，则满足下式(2)。
ChFGC＝funcCP(PFGC)+funcCB(BFGC)+funcCC(CFGC)+funcCW(Cw)……(2)
因而，行走尺寸变更中发生的机动板凸度误差ΔCh满足下式(3)。
ΔCh＝Ch-ChFGC
＝funcCP(P-PFGC)+funcCB(B-BFGC)+funcCC(C-CFGC)……(3)
在此，如行走尺寸变更中的轧辊预弯力与目标轧辊预弯力设定值BFGC相一致、行走尺寸变更中的轧辊交叉角与目标轧辊交叉角CFGC相一致，朝向图2中各后行材设定值动作时，发生在上述行走尺寸变更中的机动板凸度误差ΔCh与下式(4)那样的由预测轧制负荷误差所致的机动板凸度成分相同。
ΔCh＝funcCP(P-PFGC)……(4)
因此，在行走尺寸变更中，检测出其轧制负荷误差，如为了消除轧制负荷误差，进一步调整轧辊预弯力时，能够抑制行走尺寸变更中的机动板凸度误差引起的形状变动。
为消除轧制负荷误差的轧辊预弯力的控制可按如下方式进行。
通常，轧辊预弯力和轧制负载对机动板凸度的影响如下式(5)所表示，多近似于线性函数。
ΔCh＝kP×(P-Pset)+kB×(B-Bset)……(5)
在此，kP，kB为响应轧制材的影响系数，Pset为轧制负荷基准值，Bset为轧辊预弯力基准值。
因此，为了抑制(4)式求得的轧制负荷误差所致的机动板凸度误差，轧辊预弯力ΔB可由下面(6)式获得。
ΔB＝k×(P-PFGC)……(6)
在此，k为由上述(5)式的kP、kB计算获得的数值。
此外，行走尺寸变更中目标轧制负荷PFGC可以根据行走尺寸变更中的轧材硬度、入口侧板厚、出口侧板厚等条件算出，但可以将先行材的轧制负荷设定值和后行材的轧制负荷设定值用任意函数连系算出。作为任意函数，可使用直线、曲线及其他适当的函数。行走尺寸变更时间例如为1秒那样、响应轧辊预弯力的数倍以内那样短的场合，可以将先行材的轧制负荷设定值和后行材的轧制负荷设定值用直线连系算出。
本发明的形状控制方法能够适用于下面(1)和(2)任一种，(1)对先行输送的先行材后端部与接着先行材输送的后行材的前端部相接合的材料进行连续轧制的场合，和(2)对轧制途中进行板形变更的一根材料进行轧制的场合。
本发明的实施例与板形状变更机构有关，以具备轧辊预弯力控制装置和轧辊交叉角控制装置的轧机为例，结合图1和图3加以说明。
图1是本发明控制方法的说明图，图中，1是轧材，2是轧机的工作轧辊，4是轧机的支撑辊。
该轧机中，进行行走尺寸变更时，根据轧制前的尺寸变更前后轧材的目标机动板凸度的设定值，预先设定目标机动板凸度设定值。
为此，通过设定量运算装置40，算出对应于后行材的目标机动板凸度，根据该机动板凸度，由设定量运算装置40，分别将对应于后行材的轧辊预弯力设定值和轧辊交叉角设定值传送给轧辊预弯力设定量变更装置22和轧辊交叉角设定量变更装置32。此外，设定量运算装置40中对应于轧材的目标机动板凸度的算出是根据例如轧制机架中入口侧板凸度、入口侧板凸度目标值、出口侧板凸度目标值和板形变更机构的控制能力等决定。
另外，设定变更时间指示装置50通过以往公知的机构，把握机动板凸度变更点的位置，在轧制途中进行行走尺寸变更的规定时间中，由设定变更时间指示装置50，将上述轧辊预弯力设定值、轧辊交叉角设定值的各设定量变更时间向轧辊预弯力设定量变更装置22和轧辊交叉角设定量变更装置32输出。
同时，按预先设定的行走尺寸变更中的目标机动板凸度使板形变更手段动作，以与行走尺寸变更中的实际机动板凸度相等。这样，用轧辊预弯力修正量运算装置24，使用由设定变更时间指示装置50传送的行走尺寸变更开始信号和由设定量运算装置40传送的轧制信息，时刻算出行走尺寸变更中的目标轧制负荷，使用负载检测器10检测出的负荷实际值和图中未示出的轧辊预弯力检测器检测出的轧辊预弯力实际值，算出轧制负荷实际值，按照所算出的轧制负荷实际值与上述目标轧制负荷之差，用前述(6)式运算轧辊预弯力修正量。
将上述轧辊预弯力设定量变更装置22所决定的轧辊预弯力设定量和由轧辊预弯力修正量运算装置24所决定的轧辊预弯力修正量用加法器60相加，通过对轧辊预弯力控制装置20进行轧辊预弯力设定，能够时刻变更行走尺寸变更中的轧辊预弯力。
图3示出本发明的板形控制方法与以往方法的对比。在图3中，图3(a)和图3(b)分别示出以往方法和本发明方法的、轧制途中对板厚发生变化的材料进行轧制场合轧制负载、轧辊交叉角、轧辊预弯力、加法运算的轧辊预弯力和材料形状的时间序列变化。在以往方法中，在行走板厚变更开始前，将轧辊交叉和轧辊预弯根据规定的曲线，朝向后行材的轧辊交叉角设定值和轧辊预弯力设定值动作，但由于随着行走板厚变更中的轧制负荷误差。所发生的机动板凸度误差不能对应于不成为误差判定基准的目标机动板凸度，在行走板厚变更前，保持加法运算的轧辊预弯力，在行走板厚变更结束后，再根据机动板凸度误差，修正加法运算的轧辊预弯力。为此，在保持加法运算的轧辊预弯力区间，不对对应于轧制负荷误差的轧辊预弯力进行控制，例如如图3(a)所示，随着轧制负荷误差(机动板凸度误差)，发生边部波浪等不良形状。
对此，在本发明中，由于对应于上述轧制负荷预测误差，时刻与加法运算的轧辊预弯力相加，故几乎不会发生形状变动，可实现稳定的轧材穿带。另外，不会发生板断裂。
在本实施例中，作为形状控制机构，是以使用轧辊预弯力和轧辊交叉角的轧机为例说明的，但在本发明中，也能适用于只以轧辊预弯力作为形状控制机构的轧机。另外，形状控制机构也可采用例如轧辊位移装置。
采用本发明，通过形状控制机构的设定变更，防止了随行走尺寸变更的板形状的变更，同时，对于随行走尺寸变更中的预测误差的形状变动，由于使形状控制机构按无预测误差的方式动作，也能够同时防止行走尺寸变更中的形状变动。

Claims (7)

1.一种形状控制方法，其特征在于，通过具备可变更机动板凸度的板形变更机构的轧机，当连续轧制材料时，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度设定值，使板形变更机构动作的行走尺寸变更轧制中，
将行走尺寸变更中的目标机动板凸度设定值，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度的设定值，在行走尺寸变更开始前预先设定，同时，使上述板形变更机构动作，以便行走尺寸变更中的实际机动板凸度与上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度相等。
2.按照权利要求1所述的形状控制方法，其特征在于，被轧材是多个接合的材料，根据先行材和后行材的目标机动板凸度设定值，使板形变更机构动作的行走尺寸变更轧制中，
将行走尺寸变更中的目标机动板凸度设定值，根据先行材和后行材的目标机动板凸度的设定值，在行走尺寸变更开始前预先设定，同时，使上述板形变更机构动作，以便行走尺寸变更中的实际机动板凸度与上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度相等。
3.按照权利要求1所述的形状控制方法，其特征在于，被轧材是在轧制方向上板厚和/或板宽不同的一块板材，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度设定值，使板形变更机构动作的行走尺寸变更轧制中，
将行走尺寸变更中的目标机动板凸度设定值，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度的设定值，在行走尺寸变更开始前预先设定，同时，使上述板形变更机构动作，以便行走尺寸变更中的实际机动板凸度与上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度相等。
4.按照权利要求1-3中任一项所述的形状控制方法，其特征在于，上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度设定值ChFGC由下述式子求得：
ChFGC＝funcCP(PFGC)+funcCB(BFGC)+funcCC(CFGC)+funcCW(Cw)
其中，funcCP(PFGC)是以目标轧制负荷(PFGC)为变数的机动板凸度的轧制负荷的函数式，funcCB(BFGC)是以目标轧辊预弯力设定值(BFGC)为变数的轧辊预弯的函数式，funcCC(CFGC)是以目标轧辊交叉角(CFGC)为变数的机动板凸度的轧辊交叉角的函数式，funcCW(Cw)是以轧辊预弯(Cw)为变数的机动板凸度的轧辊预弯的函数式。
5.按照权利要求1-3中任一项所述的形状控制方法，其特征在于，使上述行走尺寸变更中的实际机动板凸度与上述行走尺寸变更中的目标机动板凸度相等的板形变更机构是，在行走尺寸变更中，检测出目标轧制负荷与实际轧制负荷的误差，以使该误差成为最小的方式动作轧辊预弯力。
6.按照权利要求5所述的形状控制方法，其特征在于，上述行走尺寸变更中的目标轧制负荷值作为将上述行走尺寸变更前的轧制负荷设定值与上述行走尺寸变更后的轧制负荷设定值连系的函数来设定。
7.一种形状控制装置，是在连续地轧制先行材和与之连接的后行材的过程中，或者在一个卷材的轧制过程中，以行走尺寸变更为目的、使板形变更机构在行走中动作的装置，其特征在于，具有：在行走尺寸变更开始前，根据板尺寸变更前和板尺寸变更后的目标机动板凸度设定值，设定行走尺寸变更中的板形变更机构的操作量的设定量运算装置；根据行走尺寸变更前和行走尺寸变更后的目标机动板凸度设定值，运算行走尺寸变更中的目标机动板凸度，与行走尺寸变更中的实际机动板凸度的差相对应，对板形变更机构的操作量进行修正的板形变更机构修正量运算装置。
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