TWI598158B - Wire production method that dynamically adjusts cooling rate - Google Patents

Description

可動態調整冷卻速率之線材生產方法

本發明是有關於一種線材生產方法，特別是指一種可動態調整冷卻速率之線材生產方法。

一貫作業鋼廠鋼鐵產品之生產係依照客戶對產品的用途以及鋼種特性，設定不同的製程條件，且在客戶進單後，需透過冶金規範及客戶採購規格，決定煉鋼成分、出爐溫度、鋼胚檢驗及軋鋼製程等生產條件。接著，生管單位依照客戶訂單需求，安排煉鋼或挑選成分符合之庫存胚配料，並安排軋鋼生產排程，且將軋鋼製程參數透過生產工作指令(簡稱PDI)轉達給軋鋼工場之程控電腦。然後，軋鋼工場再依照製程代號進行生產。

一般而言，條線產品軋延完成後，會以強制風冷進行冷卻。目前所採取的強制風冷方式是依據不同鋼種進行冷卻製程之設計與施行，且吹風量及輸送帶速度均採取固定的模組化方式設定。

然而，強制風冷過程中冷卻速率與化學成分對於成品微結構組織及機械性質之影響至關重大，特別是針對碳含量0.59~0.66%之1062高碳鋼，其成品有高強度要求，故在以強吹風方式生產的鋼種中，1062高碳鋼所受到的影響最大。即使是相同鋼種，其不同生產批次之成分(如碳、錳、鉻等)均有變異，因而造成硬化能之差異。此外，環境溫度變化則會影響拔熱速率。因此，在化學成分與環境溫度的雙重變動前提下，當面臨極端條件時，若仍採用固定風量製程，則會造成機性變異過大或超規格。故有必要尋求解決之道。

因此，本發明之目的，即在提供一種可動態調整冷卻速率之線材生產方法。

於是，本發明可動態調整冷卻速率之線材生產方法，適用於根據一生產工作指令，由一特定鋼種之鋼料生產出該線材，並包含：當該鋼料進入一軋鋼工場冷卻區時，一設置於該軋鋼工場冷卻區之溫度感測器量測一環境溫度；一程控電腦根據該環境溫度以及該特定鋼種之一化學成分指標，運算出一預測抗拉強度；該程控電腦判定該預測抗拉強度是否超出一抗拉強度規格值範圍；及當該預測抗拉強度超出該抗拉強度規格值範圍時，該程控電腦將一對應於該生產工作指令之原定冷卻作業動態調整為一調整後冷卻作業，使該鋼料進行該調整後冷卻作業而成為該線材，因而該線材之一抗拉強度落在該抗拉強度規格值範圍內。

本發明之功效在於，藉由在軋鋼工場冷卻區設置溫度感測器，故可測得環境溫度；再以該預測抗拉強度公式，從該環境溫度及該特定鋼種之化學成分指標運算出該預測抗拉強度；繼而在判定預測抗拉強度超出抗拉強度規格值範圍的情況下，動態調整冷卻作業，故可有效避免抗拉強度變異過大或超出規格。

參閱圖1，本發明可動態調整冷卻速率之線材生產方法之實施例適用於根據一生產工作指令(PDI)，由一特定鋼種之鋼料生產出線材。在本實施例中，該特定鋼種是以碳含量0.59~0.66%之1062高碳鋼來做舉例，但本發明不限於此。

本發明可動態調整冷卻速率之線材生產方法在實施之前，需先進行兩項前置作業，說明如下。

參閱圖2、3統計圖表，第一項前置作業是建立預測抗拉強度之公式。首先，綜合考量化學成分對1062高碳鋼之影響，建立化學成分指標(Chemical composition Index，CI)。圖2除了繪示394組抗拉強度歷史數據與對應CI值歷史數據統計圖表之外，還繪出其迴歸直線21。該迴歸直線21之斜率為正，表示抗拉強度歷史數據與對應CI值歷史數據為正相關(CI值愈高時，抗拉強度也愈高)。

另外，統計1062高碳鋼在不同室溫但採取相同冷卻設定軋延之鋼料機性。如圖3所示，其除了繪示394組抗拉強度歷史數據與對應環境溫度歷史數據統計圖表之外，還繪出其迴歸直線22。該迴歸直線22之斜率為負，表示抗拉強度歷史數據與對應環境溫度歷史數據為負相關。圖3顯示在同樣的冷卻風扇風量下，當室溫愈低時，拔熱效率愈高，故冷卻速度愈快，造成抗拉強度愈高。

然後，再以迴歸分析手法對圖2、3統計圖表進行迴歸分析，故可獲得一預測抗拉強度公式：預測抗拉強度(TS)= 327－2.23×環境溫度(T)+874×化學成分指標(CI)，其中，該預測抗拉強度之單位為MPa，且該環境溫度之單位為℃。

第二項前置作業是訂定一抗拉強度規格值範圍=平均值±標準差(σ)，並定義一上限值=該平均值+該標準差，及一下限值=該平均值－該標準差。在本實施例中，係採用近兩年的平均水準而將平均值訂為929MPa，且將該標準差訂為20MPa，故該上限值=949Mpa，而該下限值=909MPa。

於是如圖1之步驟11所示，生管單位依照客戶訂單需求，安排煉鋼或挑選成分符合之庫存胚配料。

接著，如步驟12所示，安排軋鋼生產排程，且將軋鋼製程參數透過生產工作指令(簡稱PDI)轉達給軋鋼工場之程控電腦。

接著，如步驟13所示，鋼料進入軋鋼工場。

接著，如步驟14所示，當鋼料進入一軋鋼工場冷卻區時，一設置於該軋鋼工場冷卻區之溫度感測器量測一環境溫度。

接著，如步驟15所示，該溫度感測器將量測到的環境溫度傳送至該程控電腦，繼而該程控電腦將該環境溫度及該特定鋼種之CI值代入上述公式：TS= 327－2.23×T+874×CI，運算出該預測抗拉強度。

然後，如步驟16所示，該程控電腦判定該預測抗拉強度是否超出該抗拉強度規格值範圍。

當該預測抗拉強度超出該抗拉強度規格值範圍時，接著如步驟17所示，該程控電腦將一對應於該生產工作指令之原定冷卻作業動態調整為一調整後冷卻作業。當該預測抗拉強度大於該上限值時，表示該調整後冷卻作業所能提供的冷卻風量需小於該原定冷卻作業所能提供的冷卻風量，以使得鋼料以該調整後冷卻作業冷卻後的抗拉強度實際值能落在該抗拉強度規格值範圍內。當該預測抗拉強度小於該下限值時，表示該調整後冷卻作業所能提供的冷卻風量需大於該原定冷卻作業所能提供的冷卻風量，以使得鋼料以該調整後冷卻作業冷卻後的抗拉強度實際值能落在該抗拉強度規格值範圍內。

同時，如步驟18所示，該程控電腦在其顯示畫面顯示一警示訊息以通知現場作業人員，需依照調整後的製程條件生產。於是，如步驟19所示，對鋼料進行軋延及調整後冷卻作業。

當步驟16判定該預測抗拉強度未超出該抗拉強度規格值範圍時，則如步驟19所示，對鋼料進行軋延及該原定冷卻作業。

參閱以下表1，例如，有一批1062高碳鋼根據客戶訂單需求而產生的原定冷卻作業之製程代號為1315，其表示#1~#4等四台變頻風扇需全開(功率100%)，且#5~#6等兩台變頻風扇以功率70%運轉。若未使用本發明方法來進行調整，而直接以製程代號1315之原定冷卻作業對該批1062高碳鋼進行軋延並冷卻，則最後生產出的線材之抗拉強度會是960Mpa，明顯已高出規格上限值949MPa，會有抗拉強度變異過大之問題。

表1 冷卻作業調整前後之抗拉強度： <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td> 預測 抗拉強度(Mpa) </td><td> 製程設定 </td><td> 製程 代號 </td><td> 實際 生產條件 </td><td> 抗拉強度(MPa) </td></tr><tr><td> 規格值 </td><td> 實際值 </td></tr><tr><td> 968 </td><td> 原定 冷卻作業 </td><td> 1315 </td><td> #1~4風扇100% #5~6風扇70% </td><td> 909~949 </td><td> 960 </td></tr><tr><td> 調整後 冷卻作業 </td><td> 1314 </td><td> #1~4風扇80% #5~6風扇70% </td><td> 942 </td></tr></TBODY></TABLE>

反之，在本發明實施例中，該程控電腦根據該批1062高碳鋼之CI值0.76以及當時環境溫度10℃，以該預測抗拉強度公式運算出該預測抗拉強度=968MPa，其明顯已超出該抗拉強度規格值範圍之上限值949MPa，故該程控電腦將製程代號為1315之原定冷卻作業動態調整為製程代號為1314之調整後冷卻作業。製程代號1314表示#5~#6等兩台變頻風扇之運轉功率維持不變，而#1~#4等四台變頻風扇之運轉功率向下調降為80%，以降低冷卻風量，避免抗拉強度過高。如表1所示，在風量調降的情況下，該批1062高碳鋼經軋延及冷卻而成為線材後，其抗拉強度實際值降低至942MPa，已落在該抗拉強度規格值範圍909~949MPa範圍內。也就是說，本發明可動態調整冷卻速率之線材生產方法可有效避免抗拉強度變異過大或超出規格。

綜上所述，本發明在軋鋼工場冷卻區設置溫度感測器，故可測得環境溫度，再根據該環境溫度及鋼料之CI值，以該預測抗拉強度公式運算出預測抗拉強度，繼而在判定預測抗拉強度超出抗拉強度規格值範圍的情況下，動態調整製程代號(亦即調整冷卻風量)，可有效避免抗拉強度變異過大或超出規格，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

11~19‧‧‧步驟

21‧‧‧迴歸直線

22‧‧‧迴歸直線

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一流程圖，說明本發明可動態調整冷卻速率之線材生產方法之實施例； 圖2是一統計圖表，說明該實施例中抗拉強度歷史數據與對應的化學成分指標歷史數據為正相關；及 圖3是一統計圖表，說明該實施例中抗拉強度歷史數據與對應的環境溫度歷史數據為負相關。

11~19‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種可動態調整冷卻速率之線材生產方法，適用於根據一生產工作指令，由一特定鋼種之鋼料生產出該線材，並包含下列步驟：(A)當該鋼料進入一軋鋼工場冷卻區時，一設置於該軋鋼工場冷卻區之溫度感測器量測一環境溫度；(B)一程控電腦根據該環境溫度以及該特定鋼種之一化學成分指標，運算出一預測抗拉強度；(C)該程控電腦判定該預測抗拉強度是否超出一抗拉強度規格值範圍，其中，該抗拉強度規格值範圍=一平均值±一標準差；及(D)當該預測抗拉強度超出該抗拉強度規格值範圍時，該程控電腦將一對應於該生產工作指令之原定冷卻作業動態調整為一調整後冷卻作業，使該鋼料進行該調整後冷卻作業而成為該線材，因而該線材之一抗拉強度落在該抗拉強度規格值範圍內，其中，定義一上限值=該平均值+該標準差，及一下限值=該平均值-該標準差，當該預測抗拉強度大於該上限值時，表示該調整後冷卻作業所能提供的冷卻風量小於該原定冷卻作業所能提供的冷卻風量，而當該預測抗拉強度小於該下限值時，表示該調整後冷卻作業所能提供的冷卻風量大於該原定冷卻作業所能提供的冷卻風量。
2. 如請求項第1項所述的可動態調整冷卻速率之線材生產方法，其中，該特定鋼種為碳含量0.59~0.66%之高碳鋼，且在該(B)步驟中，該預測抗拉強度=327-2.23×該環境溫度+874×該化學成分指標，而該預測抗拉強度之單位為MPa，且該環境溫度之單位為℃。
3. 如請求項第2項所述的可動態調整冷卻速率之線材生產方法，其中，數個抗拉強度歷史數據與數個對應的化學成分指標歷史數據為正相關，且該等抗拉強度歷史數據與數個對應的環境溫度歷史數據為負相關，而該預測抗拉強度之公式是藉由迴歸分析該等抗拉強度歷史數據與該等化學成分指標歷史數據以及該等環境溫度歷史數據之關係而獲得。
4. 如請求項第1項所述的可動態調整冷卻速率之線材生產方法，其中，該平均值為929MPa，且該標準差為20MPa。
5. 如請求項第1項所述的可動態調整冷卻速率之線材生產方法，還包含一(E)步驟，當該預測抗拉強度未超出該抗拉強度規格值範圍時，對該鋼料進行該原定冷卻作業。
6. 如請求項第1項所述的可動態調整冷卻速率之線材生產方法，其中，在該(D)步驟中，當該預測抗拉強度超出該抗拉強度規格值範圍時，該程控電腦還發出一警示訊息。