TWI763578B

TWI763578B - 鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法

Info

Publication number: TWI763578B
Application number: TW110128801A
Authority: TW
Inventors: 張至中; 王朝華
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2022-05-01
Also published as: TW202306664A

Abstract

一種鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法，包括：建立物理溫度模型；對複數個鋼胚進行粗軋製程所需的複數個不同參數與相應的複數個粗軋出口溫度進行迴歸分析以建立溫度修正模型；利用物理模型與溫度修正模型對第一鋼胚的參數進行計算以得到第一鋼胚的溫度預測值；以及透過溫度預測值、第一補償溫度值與第二補償溫度值得到第一鋼胚的粗軋出口溫度預測值。

Description

鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法

本發明係關於鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法，特別是關於一種對鋼胚進行加熱與粗軋製程後的出口溫度的預測方法。

一般鋼板及條鋼等鋼材產品是透過對鋼胚加熱後進行軋延等製程形成。通常，在進行熱軋的過程中，會先將鋼胚送至加熱爐進行加熱，然後再對經加熱的鋼胚依序透過粗軋裝置、精軋裝置進行軋延處理，最後再透過盤捲裝置將經軋延的鋼材盤捲成鋼捲，並經過調質、剪切、檢驗、稱重、包裝、標記等作業後而成為成品。

然而，在進行精軋之前，對於鋼胚於粗軋後的溫度(粗軋出口溫度，或者是精軋入口溫度)的精確度要求很高。換言之，粗軋出口溫度會大幅度地影響鋼胚在精軋後的品質(例如厚度、均勻度等)。然而，鋼胚的粗軋出口溫度受到鋼胚在加熱爐的溫度分布、在加熱爐的時間、鋼胚成份、粗軋製程參數等參數影響，因此要準確地預測鋼胚的粗軋出口溫度是非常困難的。

因此，如何準確地預測鋼胚的粗軋出口溫度乃此領域技術人員所關心的議題。

本發明之一目的在於提供一種鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法，以降低鋼胚的粗軋出口實際溫度值與粗軋出口溫度預測值之間的誤差。

為達上述之目的，本發明提供一種鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法，其中粗軋出口溫度係鋼胚進行粗軋製程後的出口溫度，所述方法包括：建立物理溫度模型；對複數個鋼胚進行粗軋製程所需的複數個不同參數與相應的複數個粗軋出口溫度進行迴歸分析以建立溫度修正模型；利用物理模型與溫度修正模型對第一鋼胚的參數進行計算以得到第一鋼胚的溫度預測值；以及透過溫度預測值、第一補償溫度值與第二補償溫度值得到第一鋼胚的粗軋出口溫度預測值。

根據本發明的一些實施例，第一鋼胚的粗軋出口溫度預測值係溫度預測值、第一補償溫度值與第二補償溫度值的總和

根據本發明的一些實施例，第一補償溫度值係第二鋼胚的粗軋出口溫度量測值與第二鋼胚的粗軋出口溫度預測值的差值，第二鋼胚係比第一鋼胚較早進行粗軋製程，其中第二鋼胚與第一鋼胚係屬於同一種類。

根據本發明的一些實施例，第二補償溫度係複數個第三鋼胚的粗軋出口溫度量測平均值與該些第三鋼胚的粗軋出口溫度預測平均值的差值，該些第三鋼胚係比第一鋼胚較早進行粗軋製程，其中第一鋼胚係屬於第一種類，該些第三鋼胚係屬於第二種類。

根據本發明的一些實施例，溫度預測值(Z_pre)係以下式表示：Z_pre=W×Z_phy+(1-W)×Z_cor

其中，W為修正權重，Z_phy為利用物理溫度模型所得到的第一溫度計算值，Z_cor為利用溫度修正模型所得到的第二溫度計算值。

根據本發明的一些實施例，修正權重W係與第一鋼胚的種類、粗軋出口厚度及寬度有關聯。

根據本發明的一些實施例，物理溫度模型係利用下式得到第一溫度計算值，

其中，T為第一鋼胚的預測溫度，α為第一鋼胚的熱擴散係數，t為第一鋼胚進行粗軋製程的時間，x為第一鋼胚的厚度，y為第一鋼胚的寬度。

根據本發明的一些實施例，溫度修正模型係利用下式得到該第二溫度計算值，Zcor=a1×SRT+a2×hR+a3×time+a4×width+a5×SlabH+a6×HSB1+a7×HSB2+a8×RP1+a9×RP2+a10×RP3+a11×RP4+a12×RP5+a13×RP6+a14×RP7+b1...(3)其中，SRT為該第一鋼胚的加熱出口溫度，hR為該第一鋼胚的粗軋出口厚度，time為該第一鋼胚進行該粗軋製程的時間，width為該第一鋼胚的寬度，SlabH為該第一鋼胚的厚度，HSB1、HSB2為除鏽道次，RP1~RP7為噴水道次，a1~a14為各個參數對應粗軋出口溫度的權重，b1為修正常數。

根據本發明的一些實施例，該些參數包括該些鋼胚的加熱出口溫度、粗軋出口厚度、進行該粗軋製程的時間、寬度、厚度、除鏽道次及噴水道次。

根據本發明的一些實施例，物理溫度模型係利用有限差分法建立。

透過上述方法，將物理溫度模型結合大數據的迴歸分析所建立的溫度修正模型，將粗軋製程中的有相關聯的參數一併考慮而得到改良的溫度模型，藉此來校正透過物理溫度模型得到的溫度計算值，並根據權重的調整，可使得鋼胚的粗軋出口溫度預測值更接近實際的量測值，並且減小兩者的誤差，進而維持軋延的穩定性及減小鋼捲剔退的數量。

10:鋼胚

20:輸送帶

200:鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法

S210、S230、S250、S270:步驟

D1:軋延方向

L1、L2、L3:斜線

H1、H2、H3、H4:加熱爐

R1、R2、R3、R4:粗軋機

SRT:加熱出口溫度

HSB1、HSB2:除鏽道次

SSP:定寬軋機

RP1、RP2、RP3、RP4、RP5、RP6、RP7:噴水道次

RDT:粗軋出口溫度

hR:粗軋出口厚度

time:進行粗軋製程的時間

width:寬度

SlabH:厚度

第1圖是根據本發明一些實施例繪示的熱軋製程的示意圖。

第2圖係根據本發明一些實施例繪示的鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法的流程圖。

第3圖是根據本發明一些實施例繪示的參數與粗軋出口溫度的關係的條形圖。

第4A圖為利用式(1)得到的預測溫度與實際溫度的關係圖。

第4B圖為利用預測方法所得到的預測溫度與實際溫度的關係圖。

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。

請參照第1圖，第1圖是根據本發明一些實施例繪示的熱軋製程的示意圖。在本實施例中，熱軋製程包括加熱製程與粗軋製程，用於加熱製程的裝置有四座加熱爐H1~H4，用於粗軋製程的裝置有四座粗軋機R1~R4，但此僅為示例，並未用以限制本發明。鋼胚10透過輸送帶20沿軋延方向D1輸送。首先，鋼胚10經由加熱爐H1~H4依序進行預熱、第一加熱、第二加熱、均溫等製程，鋼胚10在完成加熱製程於出口可得到加熱出口溫度SRT。接著，加熱後的鋼胚10經過除鏽道次HSB1與HSB2進行除鏽製程，以去除鋼胚10表面的鏽處。經除鏽的鋼胚10先經由定寬軋機SSP裁切成預定寬度，然後再依序經由粗軋機R1~R4軋延形成鋼帶，並在完成粗軋時得到粗軋出口溫度RDT。在每個粗軋機進行軋延的過程中，會同時進行不同或相同的噴水道次。例如，在本實施例中，粗軋機R1進行軋延時會一併進行噴水道次RP1，粗軋機R2進行軋延時會一併進行噴水道次RP2與RP3，粗軋機R3進行軋延時會一併進行噴水道次RP4、RP5與RP6，而粗軋機R4進行軋延時會一併進行噴水道次RP7，但此僅為示例，並未用以限制本發明。

在一實施例中，鋼胚經過熱軋製程後所形成的鋼帶的粗軋出口溫度Y可由下式獲得，Y=Z_phy+Z_B+Z_L...(1)其中，Z_phy為透過物理溫度模型所得到的溫度計算值，Z_B為第一溫度補償值，Z_L為第二溫度補償值。

具體來說，溫度計算值Z_phy可利用例如有限差分法(finite-difference method，FDM)進行計算的物理溫度模型得到。物理溫度模型的公式如下，

其中，T為鋼胚的溫度(亦即，Z_phy)，α為鋼胚的熱擴散係數，t為進行粗軋製程的時間，x為鋼胚的厚度，y為鋼胚的寬度。

第一溫度補償值Z_B指的是同一類型的鋼胚(或鋼帶)的溫度補償值。例如，目前鋼胚(例如，第一鋼胚)的第一溫度補償值可以為第一鋼胚的前一個進行熱軋製程的鋼胚(例如，第二鋼胚)的粗軋出口溫度量測值減去第二鋼胚的粗軋出口溫度預測值。換言之，利用先前完成熱軋的鋼胚的實際值與預測值的差值作為下一個進行熱軋的鋼胚的溫度補償值。在一些實施例中，第一鋼胚與的二鋼胚屬於同一種類。

第二溫度補償值Z_L指的是不同類型的鋼胚(或鋼帶)的溫度補償值。例如，屬於第一種類的鋼胚(例如，第一鋼胚)的第二溫度補償值可以為先前進行熱軋屬於第二種類的多個鋼胚(例如，第三鋼胚)的粗軋出口溫度平均量測值減去所述多個第三鋼胚的粗軋出口溫度平均預測值。換言之，利用先前完成熱軋的第二種類的鋼胚的實際平均值與預測平均值的差值作為下一個進行熱軋的第一種類的鋼胚的溫度補償值。

然而，透過上述的方式所得到的粗軋出口預測溫度，由於物理溫度模型並未考慮到粗軋製程中的其他參數所帶來的影響，並且僅由先前的歷史誤差作為修正補償，因此預測的粗軋出口溫度值跟實際量測的粗軋出口溫度值仍有一定的誤差且難以進行人為修正。

因此，在另一實施例中，溫度預測值透過將上述的溫度模型結合大數據的迴歸分析，將熱軋製程中的有相關聯的參數一併考慮而得到改良的溫度模型，可提高粗軋出口溫度預測的準確性並減小與實際粗軋出口溫度的誤差。

請參考第2圖，第2圖係根據本發明一些實施例繪示的鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法200。首先，在步驟S210中，建立物理溫度模型。在本步驟中，物理溫度模型可類似於上述的物理溫度模型利用有限差分法建立，於此不再贅述。

接著，在步驟S230中，對複數個鋼胚進行粗軋製程所需的複數個不同參數與相應的複數個粗軋出口溫度進行迴歸分析以建立溫度修正模型。具體來說，將在整個粗軋製程中(亦即，從加熱爐到粗軋出口這段過程中)與粗軋出口溫度有關的歷史參數(例如，一個月的數據)進行大數據迴歸分析，將相關係數設定在0.85以上，可得到各個參數對相應的粗軋出口溫度的權重關係，藉此來修正(或調整)原物理溫度模型所得到的溫度計算值(此值無法藉由原本的有限差分法進行修正)。由於這些參數都是與粗軋出口溫度有關聯，因此透過修正權重的調整(之後會敘述)可使得預測值更接近實際值，進而減小兩者的誤差。在一些實施例中，透過迴歸分析所建立的溫度修正模型可透過下式進行計算得到溫度計算值Z_cor，Zcor=a1×SRT+a2×hR+a3×time+a4×width+a5×SlabH+a6×HSB1+a7×HSB2+a8×RP1+a9×RP2+a10×RP3+a11×RP4+a12×RP5+a13×RP6+a14×RP7+b1...(3)其中，SRT為鋼胚的加熱出口溫度，hR為鋼胚的粗軋出口厚度，time為鋼胚進行粗軋製程的時間，width為鋼胚的寬度，SlabH為鋼胚的厚度，HSB1、HSB2為除鏽道次，RP1~RP7為噴水道次，a1~a14為各個參數對應粗軋出口溫度的權重， b1為修正常數。。雖然本實施例列舉的參數如上，但此部分可根據實際的狀況調整，本發明並不以此為限。

在一些實施例中，各個參數與粗軋出口溫度透過迴歸分析所得到的權重可如第3圖所示，第3圖是根據本發明一些實施例繪示的參數與粗軋出口溫度的關係的條形圖。第3圖是根據一個月的歷史數據進行分析所得到的關係圖。從圖中可看出，影響粗軋出口溫度最大的參數依序為鋼胚的加熱出口溫度SRT、鋼胚的粗軋出口厚度hR、鋼胚進行粗軋製程的時間time...。透過這些數據所建立的溫度修正模型如下：Zcor=0.55×SRT+0.1×hR+0.083×time+0.0743×width+0.049×SlabH+0.0001×HSB1+0.0014×HSB2+0.000029×RP1+0.00237×RP2+0.00429×RP3+0.0004×RP4+0.00759×RP5+0.028×RP6+0.087×RP7+200然而，這會跟所使用的參數有關聯，此部分可根據實際的狀況調整。應可理解，進行回歸分析的數據越大，所得到的權重關係更準確。在本實施例中，使用一個月的歷史數據進行分析便可得到趨近理想的關係式，但本發明並不以此為限。

接著，在步驟S250中，利用物理模型與溫度修正模型對鋼胚(例如，第一鋼胚)的參數進行計算以得到所述鋼胚的溫度預測值。如先前步驟所述，透過物理溫度模型可得到溫度計算值Z_phy，透過溫度修正模型可得到溫度計算值Z_cor，藉由這兩個模型得到的溫度計算值可進一步得到鋼胚的溫度預測值。在一實施例中，鋼胚的溫度預測值Z_pre可用下式表示，Z_pre=W×Z_phy+(1-W)×Z_cor...(4) 其中，W為修正權重，Z_phy為利用物理溫度模型所得到的第一溫度計算值，Z_cor為利用溫度修正模型所得到的第二溫度計算值。在一些實施例中，修正權重W係與鋼胚的種類、粗軋出口厚度及寬度有關聯。

具體來說，本發明所提供的鋼胚的溫度預測值模型進一步利用歷史的粗軋製程參數與粗軋出口溫度的關聯值對物理溫度模型所得到的物理溫度進行調整，使得預測值可更接近實際值。如先前所述，溫度修正模型是利用歷史的製程參數透過迴歸分析建立。而修正權重的選擇和分類亦可利用歷史數據根據鋼胚的種類、粗軋出口厚度及寬度來進行。具體來說，當溫度修正模型建立好之後，可針對一大筆的鋼胚數據(例如，另一個月的數據)的溫度預測值與其實際值進行校正以建立修正權重W，並根據鋼胚的種類、粗軋出口厚度及寬度進行分類。如此一來，當某一鋼胚要進行粗軋製程時，便可根據所述鋼胚的種類、粗軋出口的預定厚度及預定寬度來決定它的修正權重W是多少，然後根據式(2)、(3)、(4)得到其溫度預測值。

接著，在步驟S270中，透過溫度預測值、第一補償溫度值與第二補償溫度值得到鋼胚的粗軋出口溫度預測值。第一補償溫度值Z_B與第二補償溫度值Z_L可類似於上述的第一補償溫度值與第二補償溫度值，於此不再贅述。在一些實施例中，鋼胚的粗軋出口溫度預測值Y可用下式表示，Y=Z_pre+Z_B+Z_L...(5)換言之，鋼胚的粗軋出口溫度預測值係溫度預測值、第一補償溫度值與第二補償溫度值的總和。

透過上述的預測方法200，將在整個粗軋製程中與粗軋出口溫度有關的歷史參數進行大數據迴歸分析，並將相關係數設定在0.85以上，可得到各個參數對相應的粗軋出口溫度的權重關係以建立溫度修正模型，藉此來校正透過物理溫度模型得到的溫度計算值，並根據權重的調整，可使得鋼胚的粗軋出口溫度預測值更接近實際的量測值，並且減小兩者的誤差，維持軋延的穩定性及減小鋼捲剔退的數量。

請一併參照第4A圖與第4B圖，第4A圖為利用式(1)得到的預測溫度與實際溫度的關係圖，第4B圖為利用預測方法200所得到的預測溫度與實際溫度的關係圖。在第4A圖與第4B圖中，每個點代表一個鋼胚的溫度分布，而斜線L1代表預測溫度大於實際溫度20度，斜線L2代表預測溫度等於實際溫度，斜線L3代表預測溫度小於實際溫度20度。從這兩圖中可明顯看出，利用預測方法200所得到的預測溫度與實際溫度的誤差幾乎都在20度內，且各個點比較收斂而沒有明顯發散，明顯優於僅用式(1)所得到的預測溫度與實際溫度的誤差的情況(較為發散)。具體來說，利用式(1)所得到的預測溫度，其與實際溫度的誤差平均值為±20度，而標準差為10度，而透過預測方法200所得到的預測溫度，其與實際溫度的誤差平均值仍能控制在±20度內，但標準差減小為6度。換言之，溫度誤差有效地改善了。

綜上所述，本發明將物理溫度模型結合大數據的迴歸分析所建立的溫度修正模型，將粗軋製程中的有相關聯的參數一併考慮而得到改良的溫度模型，藉此來校正透過物理溫度模型得到的溫度計算值，並根據權重的調整，可使得鋼胚的粗軋出口溫度預測值更接近實際的量測值，並且減小兩者的誤差，進而維持軋延的穩定性及減小鋼捲剔退的數量。

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。

200:鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法

S210、S230、S250、S270:步驟

Claims

一種鋼胚的粗軋出口溫度的預測方法，其中粗軋出口溫度係鋼胚進行粗軋製程後的出口溫度，該方法包括：建立一物理溫度模型；對複數個鋼胚進行一粗軋製程所需的複數個不同參數與相應的複數個粗軋出口溫度進行迴歸分析以建立一溫度修正模型；利用該物理模型與該溫度修正模型對一第一鋼胚的參數進行計算以得到該第一鋼胚的一溫度預測值；以及透過該溫度預測值、一第一補償溫度值與一第二補償溫度值得到該第一鋼胚的一粗軋出口溫度預測值；其中該溫度預測值(Z_pre)係以下式表示：Z_pre=W×Z_phy+(1-W)×Z_cor其中，W為修正權重，Z_phy為利用該物理溫度模型所得到的一第一溫度計算值，Z_cor為利用該溫度修正模型所得到的一第二溫度計算值。
如請求項1所述的預測方法，其中該第一鋼胚的該粗軋出口溫度預測值係該溫度預測值、該第一補償溫度值與該第二補償溫度值的總和。
如請求項1所述的預測方法，其中該第一補償溫度值係一第二鋼胚的一粗軋出口溫度量測值與該第二鋼胚的一粗軋出口溫度預測值的差值，該第二鋼胚係比該第一鋼胚較早進行該粗軋製程，其中該第二鋼胚與該第一鋼胚係屬於同一種類。
如請求項1所述的預測方法，其中該第二補償溫度係複數個第三鋼胚的一粗軋出口溫度量測平均值與該些第三鋼胚的一粗軋出口溫度預測平均值的差值，該些第三鋼胚係比該第一鋼胚較早進行該粗軋製程，其中該第一鋼胚係屬於一第一種類，該些第三鋼胚係屬於一第二種類。
如請求項1所述的預測方法，其中修正權重W係與該第一鋼胚的種類、粗軋出口厚度及寬度有關聯。
如請求項1所述的預測方法，其中該物理溫度模型係利用下式得到該第一溫度計算值，
其中，T為該第一鋼胚的預測溫度，α為該第一鋼胚的熱擴散係數，t為該第一鋼胚進行該粗軋製程的時間，x為該第一鋼胚的厚度，y為該第一鋼胚的寬度。
如請求項1所述的預測方法，其中該溫度修正模型係利用下式得到該第二溫度計算值，Zcor=a1×SRT+a2×hR+a3×time+a4×width+a5×SlabH+a6×HSB1+a7×HSB2+a8×RP1+a9×RP2+a10×RP3+a11×RP4+a12×RP5+a13×RP6+a14×RP7+b1 其中，SRT為該第一鋼胚的加熱出口溫度，hR為該第一鋼胚的粗軋出口厚度，time為該第一鋼胚進行該粗軋製程的時間，width為該第一鋼胚的寬度，Slabh為該第一鋼胚的厚度，HSB1、HSB2為除鏽道次，RP1~RP7為噴水道次，a1~a14為各個參數對應粗軋出口溫度的權重，b1為修正常數。
如請求項1所述的預測方法，其中該些參數包括該些鋼胚的加熱出口溫度、粗軋出口厚度、進行該粗軋製程的時間、寬度、厚度、除鏽道次及噴水道次。
如請求項1所述的預測方法，其中該物理溫度模型係利用有限差分法建立。