TWI628285B - 金屬小鋼胚軋延的品質評估系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種金屬小鋼胚軋延的品質評估系統及方法，該品質評估系統包含一空燃比感測器、一計時器、一溫度感測器及一處理器；該空燃比感測器用以感測該加熱爐中的數區空燃比；該計時器用以計算該金屬小鋼胚在該加熱爐中進行加熱的一在爐時間；該溫度感測器用以感測該金屬小鋼胚自該加熱爐中取出的三點出爐溫度。藉此能夠在製程參數超出設定值時對金屬小鋼胚進行管制。

Description

金屬小鋼胚軋延的品質評估系統及方法

本發明係關於一種品質評估系統及方法，特別是關於一種金屬小鋼胚軋延的品質評估系統及方法。

在目前的技術中，條鋼、線材產品脫碳係為金屬小鋼胚中的碳與加熱爐氣氛產生氧化反應，使表層碳含量減少，使得淬火後表面硬度不足，降低金屬條線耐磨耗性及疲勞壽命，成為材料破斷的起因；而造成脫碳之因素有加熱溫度、加熱時間及爐內氣氛等，生產過程皆須嚴密監控，使脫碳品質能夠最佳化。

近年來金屬條線市場供過於求，產品須往高附加價值發展，例如：滑軌、汽車扣件等，所述產品皆嚴格要求脫碳品質，但目前的脫碳檢驗一般以採樣抽查進行檢測，隨機從批量成品中取樣1至2塊試片進行金相判定，一旦遭遇偶發設備或製程異常，少數產品偏離正常的脫碳水準，即可能發生檢驗遺漏的情形，因而使不良品外流至客戶端，導致整批產品必須被召回而遭受損失，或發生使用上的安全問題，使客戶對所使用的產品產生疑慮。另外，目前鋼廠的技術雖然可利用電子標籤對條線產品進行生產追蹤，但多用於製程紀錄及異常追溯，尚無法即時回饋產線的資訊而進行調整，以及品質的確認。

因此，有必要提供一種改良的金屬小鋼胚軋延的品質評估系統及方法，以解決上述習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種金屬小鋼胚軋延的品質評估系統，利用處理器接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並且計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數，能夠在製程參數超出設定值時對金屬小鋼胚進行管制過濾。

本發明之另一目的在於提供一種金屬小鋼胚軋延的品質評估方法，利用在爐時間、出爐溫度、及加熱爐空燃比等製程參數進行判斷，並回歸分析各種參數對於脫碳品質的影響，因而能夠預測脫碳水準。

為達上述之目的，本發明提供一種金屬小鋼胚軋延的品質評估系統，用以檢測在一加熱爐中的至少一金屬小鋼胚，該品質評估系統包含一空燃比感測器、一計時器、一溫度感測器及一處理器；該空燃比感測器用以感測該加熱爐中的一空燃比；該計時器用以計算該金屬小鋼胚在該加熱爐中進行加熱的一在爐時間；該溫度感測器用以感測該金屬小鋼胚自該加熱爐中取出的一出爐溫度；該處理器連接該空燃比感測器、計時器及溫度感測器，且用以接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數。

在本發明之一實施例中，該品質評估系統另包含一等級分類單元，電性連接該處理器，用以依據該軋延品質評估參數對該金屬小鋼胚進行分類。

在本發明之一實施例中，該品質評估系統另包含一異常通知單元，電性連接該處理器，用以判斷該空燃比、在爐時間及出爐溫度是否異常。

為達上述之目的，本發明提供一種金屬小鋼胚軋延的品質評估方法，包含一備置步驟、一感測步驟及一計算步驟；該備置步驟是將至少一金屬小鋼胚放置在一加熱爐中，用以加熱後再軋延成一盤元或一捆直棒鋼；該感測步驟是利用一空燃比感測器感測該加熱爐中的一空燃比，再利用一計時器計算該金屬小鋼胚在該加熱爐中的一在爐時間，接著利用一溫度感測器感測該金屬小鋼胚自該加熱爐中取出的一出爐溫度；該計算步驟是利用一處理器接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數。

在本發明之一實施例中，該品質評估方法在該計算步驟之後另包含：一分類步驟，利用一等級分類單元依據該軋延品質評估參數對該金屬小鋼胚進行分類。

在本發明之一實施例中，該品質評估方法在該分類步驟之後另包含：一異常通知步驟，利用一異常通知單元判斷該空燃比、在爐時間及出爐溫度是否異常。

在本發明之一實施例中，該異常通知單元判斷異常包含：該在爐時間大於120分鐘、該出爐溫度大於1050℃或該空燃比大於4。

在本發明之一實施例中，該品質評估方法在該異常通知步驟之後另包含：一取樣步驟，當該異常通知單元判斷為異常時，即對該盤元進行取樣檢測。

在本發明之一實施例中，該軋延品質評估參數具有一線縫參數、一金相參數、一機性參數、一脫碳參數及一尺寸參數。

在本發明之一實施例中，在該感測步驟中，該溫度感測器分別量測該金屬小鋼胚的一前段、一中段及一後段的出爐溫度。

如上所述，利用該處理器接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並且計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數，可即獲得該金屬小鋼胚在軋延過程中的製程參數，而能夠在製程參數超出設定值時對該金屬小鋼胚進行管制過濾，藉此能夠有效地攔截不良的條線盤元或直棒鋼(成品)流出產線，以降低客戶的剔退率。也就是說，本發明的品質評估系統能夠監控每個金屬小鋼胚之在爐時間、出爐溫度、及加熱爐空燃比等製程參數，並回歸分析各種參數對於脫碳品質的影響，因而能夠預測脫碳水準，當發生品質疑慮時可即時通知檢驗人員取樣，檢測脫碳層深度，確認合格才放行。

100‧‧‧品質評估系統

2‧‧‧空燃比感測器

3‧‧‧計時器

4‧‧‧溫度感測器

5‧‧‧處理器

6‧‧‧等級分類單元

7‧‧‧異常通知單元

S201‧‧‧備置步驟

S202‧‧‧感測步驟

S203‧‧‧計算步驟

S204‧‧‧分類步驟

S205‧‧‧異常通知步驟

S206‧‧‧取樣步驟

第1圖是本發明金屬小鋼胚軋延的品質評估系統的一較佳實施例的一示意圖；及第2圖是本發明金屬小鋼胚軋延的品質評估方法的一較佳實施例的一流程圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1圖所示，為本發明之金屬小鋼胚軋延的品質評估系統100的一較佳實施例，用以檢測在一加熱爐中的至少一金屬小鋼胚(未繪示)，該金屬小鋼胚軋延的品質評估系統100包含一空燃比感測器2、一計時器3、一溫度感測器4、一處理器5、一等級分類單元6及一異常通知單元7。本發明將於下文詳細說明各元件的細部構造、組裝關係及其運作原理。

續參照第1圖所示，該空燃比感測器2用以感測該加熱爐中空氣與燃料的質量比，亦即一空燃比(air-fuel ratio)，其中空燃比是通過測量排氣中氧氣的剩餘濃度來推算的。在本實施例中，該空燃比感測器2可例如為LAF型感測器(Lean Air Fuel Sensor)，並可各別量測加熱爐內十區空燃比。

續參照第1圖所示，該計時器3係用以計算該金屬小鋼胚在該加熱爐中進行加熱以進行後續軋延的一在爐時間，在加熱的過程中，係用以將該金屬小鋼胚加熱後軋延成所需尺寸之鋼捲(盤元)。

進一步說明的是，在該加熱爐加熱時，是將厚約145mm×145mm之金屬小鋼胚加熱至970℃至1150℃約1.5小時；接著該金屬小鋼胚自加熱爐出來由粗軋機水平、垂直軋延4至8道；經粗軋後，進入中軋、精軋機群，連續軋延至所需產品尺寸的(5.5~50mm)；離開精軋機後，在進入盤捲機或直棒鋼冷卻床之前，必須先通過冷卻水箱冷卻，並控制水量，以得到所需之盤捲溫度780至830℃或空冷溫度；數公尺長之金屬小鋼胚軋延成 條線之後，可達數百公里至數千公里的長度，因此必須盤捲成盤元或直棒鋼的形式，以利操作及輸送。

續參照第1圖所示，該溫度感測器4用以感測該金屬小鋼胚自該加熱爐中取出的一出爐溫度。在本實施例中，該溫度感測器4可分別量測該金屬小鋼胚的一前段、一中段及一後段的出爐溫度。

續參照第1圖所示，該處理器5連接該空燃比感測器2、計時器3及溫度感測器4，且用以接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並且計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數，例如：一線縫參數、一金相參數、一機性參數、一脫碳參數及一尺寸參數。其中，線縫參數是指金屬小鋼胚軋延成條線後表面出現線縫、重面缺陷的機率，其值愈高表示線縫缺陷出現之機率越高，愈低則表示機率越低；金相參數是指金屬小鋼胚軋延成條線之後其內部金相組織異常之機率，例如出現麻田散鐵、粗波來鐵等不利客戶伸線、鍛打之金相組織，其值愈高表示組織異常之機率越高，愈低則表示機率越低；機性參數是指金屬小鋼胚軋延成條線之後其抗拉強度、降伏強度等機械性能之綜合參數，其值愈高表示機械性質偏離正常水準之機率越高，愈低則表示機率越低；脫碳參數是指金屬小鋼胚軋延成條線之後其鋼材表面脫碳之機率，其值愈高表示脫碳機率越高，愈低則表示機率越低；尺寸參數是指金屬小鋼胚軋延成條線之後其直徑偏離訂單直徑之差值，其值愈高表示直徑偏離容許誤差之機率越高，愈低則表示機率越低。

續參照第1圖所示，該等級分類單元6電性連接該處理器5，用以依據該軋延品質評估參數對該金屬小鋼胚進行分類。例如，品質管制 可按鋼種、客戶後續加工要求或用途的不同而執行適當的分類，以中高碳鋼而言，線性滑軌用途的碳鋼，若表面脫碳將會造成軟點而降低疲勞壽命，若為熱鍛用途的碳鋼，則不會要求脫碳的品質。因此，可對上述兩種用途的碳鋼，利用該等級分類單元6對碳鋼進行脫碳品質的分類。

續參照第1圖所示，該異常通知單元7係電性連接該處理器5，用以判斷該空燃比、在爐時間及出爐溫度是否異常。在本實施例中，該異常通知單元7可依照不同的空燃比、在爐時間及出爐溫度而產生對應的判斷，如下表所示：

依據上述的結構，上述每一個異常狀況都對應有一個軋延品質評估參數，製程比對後如果某個異常情況成立，則會將對應的參數(線縫參數、金相參數、機性參數、脫碳參數及尺寸參數)進行加總而獲得參數總值。當該異常通知單元7判斷異常成立時，即針對單一品質特性的參數個 別加總而獲得加總值，藉此作為線縫、金相、機性、脫碳及尺寸的品質預測。以脫碳為例，當在爐時間120至250min(脫碳參數為20)，出爐溫度為1050至1150℃(脫碳參數為30)及空燃比4.0至4.5(脫碳參數為10)，因此脫碳的加總值為60，藉此可作為品質管理時的檢驗及取樣的依據。

藉由上述的設計，利用該處理器5接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並且計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數，可即時獲得該金屬小鋼胚在軋延過程中的製程參數，而能夠在製程參數超出設定值時對該金屬小鋼胚進行管制過濾，藉此能夠有效地攔截不良的條線產品(成品)流出產線，以降低客戶的剔退率。也就是說，本發明的品質評估系統能夠監控每個金屬小鋼胚在爐時間、出爐溫度、及加熱爐空燃比等製程參數，並回歸分析各種參數對於脫碳品質的影響，因而能夠預測脫碳水準，當發生品質疑慮時可即時通知檢驗人員取樣，檢測脫碳層深度，確認合格才放行。

請參照第2圖並配合第1圖所示，本發明金屬小鋼胚軋延的品質評估方法的一較佳實施例，係藉由上述金屬小鋼胚軋延的品質評估系統100對一加熱爐中的至少一金屬小鋼胚進行檢測，該金屬小鋼胚軋延的品質評估方法包含一備置步驟S201、一感測步驟S202、一計算步驟S203、一分類步驟S204、一異常通知步驟S205及一取樣步驟S206。本發明將於下文詳細說明各個步驟及運作原理。

續參照第2圖並配合第1圖所示，在該備置步驟S201中，是將至少一金屬小鋼胚放置在一加熱爐中(未繪示)進行加熱，用以在後續進行粗軋、精軋等過程軋延成一條線盤元或一直棒鋼。

參照第2圖並配合第1圖所示，在該感測步驟S202中，是利用一空燃比感測器2感測該加熱爐中的一空燃比，再利用一計時器3計算該金屬小鋼胚在該加熱爐中的一在爐時間，接著利用一溫度感測器4感測該金屬小鋼胚自該加熱爐中取出的一出爐溫度。在本實施例中，該溫度感測器4係分別量測該金屬小鋼胚的一前段、一中段及一後段的出爐溫度。

參照第2圖並配合第1圖所示，在該計算步驟S203中，是利用一處理器5接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數。在本實施例中，該軋延品質評估參數包含一線縫參數、一金相參數、一機性參數、一脫碳參數及一尺寸參數。

參照第2圖並配合第1圖所示，在該分類步驟S204中，利用一等級分類單元6依據該軋延品質評估參數對該金屬小鋼胚進行分類。例如：將中高碳鋼分類成要求脫碳的品質的線性滑軌用途的碳鋼，及不要求脫碳的品質的熱鍛用途的碳鋼。

參照第2圖並配合第1圖所示，在該異常通知步驟S205中，利用一異常通知單元7判斷該空燃比、在爐時間及出爐溫度是否異常。在本實施例中，該異常通知單元判斷異常包含：該在爐時間大於120分鐘(min)、該出爐溫度大於1050℃或該空燃比大於4。

參照第2圖並配合第1圖所示，在該取樣步驟S206中，當該異常通知單元7判斷為異常時，即對該條線盤元或直棒鋼進行取樣檢測。以上述的脫碳為例，當在爐時間120至250min(脫碳參數為20)，出爐溫度為1050至1150℃(脫碳參數為30)及空燃比4.0至4.5(脫碳參數為10)，因此脫碳的加總值為60，藉此可作為品質管理時的檢驗及取樣的依據。

藉由上述的設計，利用該處理器5接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並且計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數，可即時獲得該金屬小鋼胚在軋延過程中的製程參數，而能夠在製程參數超出設定值時對該金屬小鋼胚進行管制過濾，藉此能夠有效地攔截不良的盤元或直棒鋼(成品)流出產線，以降低客戶的剔退率。也就是說，本發明的品質評估系統能夠監控每個金屬小鋼胚之在爐時間、出爐溫度、及加熱爐空燃比等製程參數，並回歸分析各種參數對於脫碳品質的影響，因而能夠預測脫碳水準，當發生品質疑慮時可即時通知檢驗人員取樣，檢測脫碳層深度，確認合格才放行。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種金屬小鋼胚軋延的品質評估系統，用以檢測在一加熱爐中的至少一金屬小鋼胚，該品質評估系統包含：一空燃比感測器，用以感測該加熱爐中的一空燃比；一計時器，用以計算該金屬小鋼胚在該加熱爐中進行加熱的一在爐時間；一溫度感測器，用以感測該金屬小鋼胚自該加熱爐中取出的一出爐溫度；及一處理器，連接該空燃比感測器、計時器及溫度感測器，且用以接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之品質評估系統，另包含一等級分類單元，電性連接該處理器，用以依據該軋延品質評估參數對該金屬小鋼胚進行分類。
3. 如申請專利範圍第1項所述之品質評估系統，另包含一異常通知單元，電性連接該處理器，用以判斷該空燃比、在爐時間及出爐溫度是否異常。
4. 一種金屬小鋼胚軋延的品質評估方法，包含：一備置步驟，將至少一金屬小鋼胚放置在一加熱爐中，以加熱成一盤元或一直棒鋼；一感測步驟，利用一空燃比感測器感測該加熱爐中的一空燃比，再利用一計時器計算該金屬小鋼胚在該加熱爐中的一在 爐時間，接著利用一溫度感測器感測該金屬小鋼胚自該加熱爐中取出的一出爐溫度；及一計算步驟，利用一處理器接收該空燃比、在爐時間及出爐溫度，並計算出該金屬小鋼胚的一軋延品質評估參數。
5. 如申請專利範圍第4項所述之品質評估方法，其中在該計算步驟之後另包含：一分類步驟，利用一等級分類單元依據該軋延品質評估參數對該金屬小鋼胚進行分類。
6. 如申請專利範圍第5項所述之品質評估方法，其中在該分類步驟之後另包含：一異常通知步驟，利用一異常通知單元判斷該空燃比、在爐時間及出爐溫度是否異常。
7. 如申請專利範圍第6項所述之品質評估方法，其中該異常通知單元判斷異常包含：該在爐時間大於120分鐘、該出爐溫度大於1050℃或該空燃比大於4。
8. 如申請專利範圍第6項所述之品質評估方法，其中在該異常通知步驟之後另包含：一取樣步驟，當該異常通知單元判斷為異常時，即對該盤元進行取樣檢測。
9. 如申請專利範圍第4項所述之品質評估方法，其中該軋延品質評估參數具有一線縫參數、一金相參數、一機性參數、一脫碳參數及一尺寸參數。
10. 如申請專利範圍第4項所述之品質評估方法，其中在該感測步驟中，該溫度感測器分別量測該金屬小鋼胚的一前段、一中段及一後段的出爐溫度。