专利名称：热轧线的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造金属制品的热轧线的控制装置。
背景技术：
通常，热轧线包括对被轧制材料进行加热的加热炉、对加热后的被轧制材料进行轧制的粗轧机及精轧机、对被轧制材料进行冷却的冷却装置、及将轧制后的被轧制材料卷绕成线圈状的卷绕机。
热轧线上被轧制材料的温度变化会对被轧制材料的材质(机械性质)产生影响。另外，轧制处理过程中被轧制材料的温度会使被轧制材料的硬度发生变化，对轧制处理所需要的能量消耗量产生较大的影响。因此，在热轧线的粗轧机出口侧、精轧机入口侧、及精轧机出口侧等配置温度计，来进行温度测量。为了使被轧制材料具有所希望的材质，调整加热炉内的环境温度，对被轧制材料进行加热。为了达到最大生产效率，基于对操作条件、运送顺序的预测等来决定“输出间隔时间”，该“输出间隔时间”表不一被轧制材料从加热炉中输出到下一被轧制材料从加热炉中输出的时间。例如，以使先进行轧制处理的被轧制材料和之后的被轧制材料在热轧线上不发生碰撞的最短间隔来决定输出间隔时间。此时，通过调整设置在精轧机的轧制台间的冷却喷雾器(以下称为“ISC”)的流量、及在精轧机内运送的被轧制材料的轧制速度，从而在被轧制材料的全长上实现、保持精轧机出口侧的被轧制材料的目标温度。如上所述，在被轧制材料的轧制处理中，在考虑到产品的材质、生产量的基础上来规划轧制计划，控制热轧线。为了确保产品的材质，需要将精轧机出口侧的温度(以下，称为“FDT")控制在指定的目标值。另外，在精轧机入口侧会发生被轧制材料的温度从其前端向尾端缓缓下降的“热无序(thermal random) ”现象。因此,为了在被轧制材料的全长上将FDT维持为目标温度，需要对被轧制材料的全长边进行加速边调整ISC流量。另一方面，为了增加产品的生产量，需要缩短被轧制材料的输出间隔时间。为了缩短输出间隔时间，需要在热轧线上被轧制材料彼此不碰撞的范围内提高轧制速度。然而，一般在使金属材料变形的情况下，即使受到的应变相同，但应变速度越大，变形所需要的应力(变形阻力)就越大。因此，若提高轧制速度，则轧制所需要的能量消耗量增加。因而，在能够将FDT控制为目标值的范围内时，为了增加生产量需要尽可能地提高轧制速度，而为了降低能量消耗量则需要尽可能地降低轧制速度。作为抑制能量消耗量的方法，提出有以下方案将在精轧机前设置有加热装置的热轧线作为对象，决定精轧机的轧制最高速度及加热装置的升温量，以使得取决于精轧机的轧制最高速度和加热装置的升温量的能量消耗量最小(例如参照专利文献I)。但是，专利文献I所揭示的方法未考虑因降低轧制速度而导致生产量减少的情况。另外，作为预测并计算能量消耗量的方法，提出有以下方案基于轧制处理的实际数据对每一根被轧制材料的轧制所需时间进行预测，基于加热炉内的板坯数据对每一根被轧制材料的轧制时刻进行预测，基于轧制加工量对每一根被轧制材料的轧制功率进行预测，从而对轧制工厂的能量消耗量进行预测(例如参照专利文献2)。但是，专利文献2所揭示的方法未考虑轧制速度的变化对能量消耗量的影响。
专利文献I :日本专利第3444267号公报专利文献2 :日本专利特开昭64-15201号公报为了抑制热轧线的能量消耗量而降低轧制速度，会导致轧制所需时间增加，可能会出现为了达到目标生产量而不能确保所需要的输出间隔时间的情况。另一方面，通过提高轧制速度，尽管能够实现目标的轧制所需时间，但会产生能量消耗量增加的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种热轧线的控制装置，该热轧线的控制装置能够实现目标的轧制所需时间，且能够抑制能量消耗量。根据本发明的一个形态，提供一种热轧线的控制装置，该热轧线包括加热炉以及精轧机，该精轧机包含连续配置的多个轧制台和配置于多个轧制台间的冷却喷雾器，所述控制装置包括(I)输出间隔计算装置，该输出间隔计算装置基于包含与预定进行轧制处理的多个被轧制材料相关的轧制处理计划在内的操作信息，计算从加热炉输出多个被轧制材料的输出间隔时间；(2)目标轧制时间计算装置，该目标轧制时间计算装置使用输出间隔时间和操作信息，来计算多个被轧制材料之一的对象被轧制材料的目标轧制时间；(3)初始计划计算装置，该初始计划计算装置基于操作信息，计算冷却喷雾器的流量、及在热轧线上运送的对象被轧制材料的轧制速度的速度模式；(4)计划修正装置，该计划修正装置在以下情况下修正速度模式在修正冷却喷雾器的流量且仅修正喷雾器的流量不能使精轧机出口侧的温度在对象被轧制材料的全长上都为目标值的情况下、以及在输入了与速度模式相关的速度改变率的情况下；(5)轧制时间预测计算装置，该轧制时间预测计算装置使用速度模式来计算对象被轧制材料的轧制所需时间；(6)轧制时间调整装置，该轧制时间调整装置计算速度改变率，使得轧制所需时间在目标轧制时间以内，并将计算出的速度改变率输出到计划修正装置；以及(7)能量消耗量调整装置，该能量消耗量调整装置使用速度模式来计算热轧线上所设定的多个目标点的轧制功率，将使得对轧制功率进行时间积分而获得的能量消耗量为最小而计算得出的速度改变率输出到计划修正装置，所述控制装置在轧制所需时间为目标轧制时间以下的范围内，决定冷却喷雾器的流量及速度模式，使得能量消耗量最小。根据本发明，能够提供一种热轧线的控制装置，该热轧线的控制装置能够实现目标的轧制所需时间并能够抑制能量消耗量。
图I是表示本发明的实施方式I的控制装置的结构的示意图。图2是表示热轧线的结构例的示意图。图3是用于说明利用本发明的实施方式I的控制装置来计算控制基准值的方法的流程图。图4是表示图I所示的热轧线的轧机周边的结构例的示意图。
图5是表示被轧制材料的片段编号和目标点编号的示意图。图6是用于说明利用本发明的实施方式I的控制装置决定轧制时间的方法的示意图。图7是表示被轧制材料在长边方向上的轧制功率变化的示意图。图8是用于说明本发明的实施方式I的控制装置在使冷却喷雾器的流量发生变化的情况下进行的收敛计算的例子的流程图。图9是用于说明本发明的实施方式I的控制装置的速度修正方法的例子的示意图。图10是用于说明利用本发明的实施方式2的控制装置决定输出间隔时间的方法的流程图。
图11是表示本发明的实施方式4的控制装置的结构的示意图。附图标记10控制装置11操作条件处理装置12输出间隔计算装置13目标轧制时间计算装置14初始计划计算装置15计划修正装置16轧制时间预测计算装置17轧制时间调整装置18能量消耗量调整装置20热轧线21加热炉23粗轧机26精轧机28卷绕机30外部装置100被轧制材料260轧制台2651 SC291粗轧机出口侧温度计292精轧机入口侧温度计293精轧机出口侧温度计
具体实施例方式接着，参照附图，说明本发明的实施方式I 4。在下面的附图的记载中，对相同或相似的部分附加了相同或相似的标号。下面示出的实施方式举例示出了用于将本发明的技术思想具体化的装置或方法，本发明的实施方式并不是将构成部件的结构、配置等确定为如下所述的内容。本发明的实施方式可在权利要求的范围内进行各种变更。
(实施方式I)本发明的实施方式I的热轧线的控制装置10如图I所示那样，是热轧线20的控制装置，包括操作条件处理装置11、输出间隔计算装置12、目标轧制时间计算装置13、初始计划计算装置14、计划修正装置15、轧制时间预测计算装置16、轧制时间调整装置17、及能
量消耗量调整装置18。由控制装置10控制的热轧线20包括加热炉及精轧机，该精轧机包括连续配置的多个轧制台和配置在多个轧制台间的冷却喷雾器。在详细说明控制装置10之前，先参照图2说明热轧线20。图2所示的热轧线20包括加 热炉21、粗轧机23、精轧机26、及卷绕机28。图2示出了被轧制材料100从加热炉21中运送出的状态。从加热炉21中输出的被轧制材料100由可逆式的粗轧机23进行轧制。粗轧机23通常具有一台至数台的轧制台，通过边使被轧制材料100往返边使其多次通过粗轧机23，从而将其在粗轧机出口侧轧制为目标的中间条板厚。下文中将使被轧制材料100通过粗轧机23的轧制台的通路称为“轧制道”。在利用粗轧机23进行轧制后，被轧制材料100从粗轧机23的出口侧被运送到精轧机26的入口侧，由包括例如5 7个轧制台260的精轧机26将其轧制成所希望的产品板厚。在精轧机26的轧制台260间设置有图2中省略了图示的冷却喷雾器(ISC)。另外，如图2所示，在粗轧机23的入口侧配置有粗轧机入口侧去氧化皮机22，在精轧机26的入口侧配置有精轧机入口侧去氧化皮机25。而且，还在粗轧机23和精轧机26之间的运送台区域配置线圈盒24。从精轧机26运送出的被轧制材料100由冷却装置27进行冷却，之后，由卷绕机28卷绕成线圈状。冷却装置27是例如水冷装置。此外，沿着热轧线20上被轧制材料100的运送方向配置有粗轧机出口侧温度计291、精轧机入口侧温度计292、精轧机出口侧温度计293等多个温度计。利用这些温度计来测定热轧线20的各位置上的被轧制材料100的温度。接下来说明图I所示的控制装置10。操作条件处理装置11基于输入的操作信息，向输出间隔计算装置12及初始计划计算装置14输出所需要的操作条件roi。操作信息作为用于实现所希望的生产量而设定的操作指令、由操作者指定的输入信息等而输入到控制装置10中。操作信息中包含预定进行轧制处理的多个被轧制材料的轧制处理计划，是例如包含FDT的目标值、产品的板厚、板宽、被输入加热炉21的板坯的板厚、板宽、长度、加热炉21的输出温度等的信息。输出间隔计算装置12基于被处理材料的根数、总处理时间等操作条件roi，来计算依次从加热炉21中输出的被轧制材料100的输出间隔时间tEX。此外，输出间隔时间tEX是一根被轧制材料100从加热炉21中输出到下一被轧制材料100从加热炉21中输出的时间。目标轧制时间计算装置13使用输出间隔时间tEX和操作信息中所包含的轧制速度的信息等，来计算预定在热轧线20上进行处理的被轧制材料100的目标轧制时间tTa,。初始计划计算装置14基于操作条件roi，来计算为了达到精轧机出口侧目标的板厚、被轧制材料温度所需要的控制基准值的初始值SV0。具体而言，计算轧制所需的辊间隙、配置于热轧线20的冷却喷雾器(ISC)的流量、及在热轧线20上运送的处理对象的被轧制材料100的轧制速度的速度模式计划修正装置15修正ISC的流量，使得在被轧制材料100的全长上达到精轧机出口侧目标温度(目标FDT)。而且，在仅修正ISC流量不能使精轧机出口侧温度(FDT)在全长上与目标值一致的情况下，还修正轧制速度的速度模式。或者在输入了与轧制速度的速度模式相关的速度改变率a ￥的情况下，使用所输入的速度改变率Civ来修正轧制速度的速度模式。将修正后的ISC的流量、速度模式作为用于控制热轧线20的控制基准值SV而输出到热轧线20。例如，将ISC的流量输出到用来调整配置于热轧线20的ISC的阀从而控制流量的致动器，将速度模式输出到对精轧机26的轧制台260的辊进行驱动的驱动器。轧制时间预测计算装置16使用计划修正装置15决定的控制基准值SV中所包含的速度模式，来计算被轧制材料100的轧制所需时间tM。轧制时间调整装置17对由轧制时间预测计算装置16计算出的轧制所需时间与由目标轧制时间计算装置13计算出的目标轧制时间tTm进行比较。然后，计算轧制速度的速度改变率av，使得轧制所需时间在目标轧制时间卜 以内。将所计算出的速度改变率a v输出到计划修正装置15。能量消耗量调整装置18基于计划修正装置15计算出的速度模式，对热轧线20上所设定的多个计算点的轧制功率进行计算，对计算出的轧制功率进行时间积分来计算能量消耗量。轧制功率是使用驱动轧制台的电动机的驱动电流等来计算的。另外，在可以削减能量消耗量的情况下，能量消耗量调整装置18计算速度改变率a v,以使得能量消耗量最小，并输出到计划修正装置15。如上所述，在图I所示的控制装置10中，决定ISC的流量及在热轧线20上运送的被轧制材料100的轧制速度的速度模式，以在轧制所需时间为目标轧制时间tTm以内的
条件下使能量消耗量最小。接下来，参照图3说明利用图I所示的控制装置10来控制热轧线20的方法的例子。在图3中，左侧的流程图31表示轧制作业周期的计算方法。所谓“轧制作业周期”是指预定连续进行轧制处理的被轧制材料组成的单位，例如，在热轧线20的辊进行更换之前预定进行轧制处理的被轧制材料组成的单位。图3右侧的流程图32表示在热轧线20上预定进行处理的多根被轧制材料之一的对象被轧制材料100[a]的计算方法。对象被轧制材料100 [a]是ISC的流量及速度模式的生成对象，是预定在第a个进行轧制处理的被轧制材料。首先，说明流程图31所示的处理。在步骤S311中，将由操作条件处理装置11发送至的轧制作业周期内的操作条件PED输入到输出间隔计算装置12。在步骤S312中，输出间隔计算装置12基于操作条件PDI来计算输出间隔时间tEX[a]。该输出间隔时间tEX[a]不是基于每根被轧制材料决定的，而是基于轧制作业周期及加热炉操作条件而决定的。此外，标号[a]表示与对象被轧制材料100[a]相关的数值(下同)。在例如加热炉21内的加热时间已被决定的情况下，输出间隔时间tEX[a]由被轧制材料100的加热时间与输入加热炉21内的时刻或预测输入加热炉21内的时刻决定。
使用轧制作业周期或未轧制的被轧制材料100的数量P、与对所有这些被轧制材料进行轧制所需要的时间的目标(以下称为“目标总轧制时间”)tTgt，利用下式(I)来计算对象被轧制材料100[a]的输出间隔时间tEX[a]。tEX [a] = tTgt/P+f (FDTa [a], SGF [a], dh [a], I [a])... (I)式(I)的右边第二项是校正项，以精轧机出口侧目标温度FDTa、材料种类区分SGF、总压下量dh、轧制材料长度I的函数表示。这些数值是预先决定的。输出间隔时间tEX[a]的总和需要与目标总轧制时间tTgt相等，因此满足下式⑵、
(3)的关系。tTgt =E tEX[a] (2)E (f (FDTa [a], SGF [a], dh [a], I [a])) =0...(3)在式⑵、式(3)中，E表示从a = I至P的总和。接着，在步骤S313中，目标轧制时间计算装置13计算目标轧制时间tTm。目标轧制时间tTm将轧制作业周期内的被轧制材料作为对象进行计算。以下，示出目标轧制时间
tTar的计算方法。对于预定在第a个进行轧制的对象被轧制材料100 [a]的目标轧制时间tTm[a]，需要使对象被轧制材料100 [a]在不会被预定在下一个进行轧制处理的第a+1个被轧制材料100[a+1]追及的情况下进行轧制。因而，对象被轧制材料100[a]的目标轧制时间tTm[a]可由下式⑷计算。tTar[a] = tEX[a+l]+tE[a+l] (4)在式⑷中，tE[a]是对象被轧制材料100[a]到达精轧机轧制开始位置的时间。“到达精轧机轧制开始位置的时间”是对象被轧制材料100[a]从加热炉21中输出到到达精轧机轧制开始位置为止的时间。“精轧机轧制开始位置”能任意设定，但是例如在对象被轧制材料100[a]过于接近前一个被轧制材料100[a_l]的情况下,设定为对象被轧制材料100 [a]待机位置。到达精轧机轧制开始位置的时间tK[a]由下式(5)表示。tE[a] =E tEr [n] [a] + E tT[n] [a]+tTFM[a]…(5)在式(5)中，E表示从n = I至乂的总和。Nk是粗轧机23的轧制台的数量。另夕卜，tEr[n]表示粗轧机23的第n个轧制台上的轧制所需时间，tT[n]表示粗轧机23的第n个轧制台入口侧运送时间，tTFM表示粗轧机23的最后一个轧制台出口侧运送时间。精轧机轧制开始位置相比于精轧机26而更位于热轧线20的上游侧。因此，精轧机轧制开始位置的上游工序即粗轧机23进行轧制时的速度、运送被轧制材料的速度不会受到温度控制的影响。因而，在该阶段能够很高精度地预测到达精轧机轧制开始位置的时间 tK[a]。在粗轧机23进行轧制的过程中被下一被轧制材料追上的情况下，需要改变对象被轧制材料100[a]或下一被轧制材料的轧制速度。因此，粗轧机23的第m台轧制台需要满足下式出)的条件。
E mtEr[n] [a] + E mtT[n] [a] ( tEX[a+l]+ E[a+1] + E mtT[n] [a+1]... (6)在式(6)中，E m表示从n = I到m的总和，E 表示从n = I到m_l的总和。以上计算出的各被轧制材料100的输出间隔时间tEX[a]及到达精轧机轧制开始位置的时间tK[a]被用于轧制时间调整装置17对轧制所需时间tM和目标轧制时间tTm进行的比较。由此，流程图31所示的处理结束。如上所述，在对轧制作业周期进行流程图31所示的计算的时刻，预先计算目标轧制时间tTm。另外，在操作者通过手动介入等来改变轧制速度、输出间隔时间tEX的情况下，需要再次计算目标轧制时间tTm。接着，说明对对象被轧制材料100 [a]进行流程图32所示的处理。对对象被轧制材料100[a]进行计算的时刻可以是对对象被轧制材料100[a]进行轧制之前的任意时刻。在步骤S321中，初始计划计算装置14接收由操作条件处理装置11发送的对象被轧制材料100[a]的操作条件roi。
在步骤S322中，初始计划计算装置14基于操作条件PDI进行计划计算。在计划计算中，为了达到作为精轧机出口侧目标的板厚、轧制材料温度，基于热轧线20的操作条件、操作者的输入数据，来决定轧制所需要的辊间隙、冷却水的流量、及被轧制材料100在精轧机26进行轧制过程中的速度模式等。图4中示出了与精轧机26相关的计划计算的对象即精轧机计划计算区域。为了预测对象被轧制材料100[a]的温度，在考虑了设置于精轧机26的各轧制台间的ISC265的流量影响的基础上，利用初始计划计算装置14计算精轧机入口侧温度计292到精轧机出口侧温度计293的温度下降情况。此时，因热无序或对象被轧制材料100[a]的加速、减速，在对象被轧制材料100[a]的长边方向上的各位置上，为了达到目标FDT所需要的ISC265的流量不同。因此，需要对对象被轧制材料100[a]的长边方向的每个任意计算点计算温度下降情况。下文中将该计算点称为“目标点”。图5(a) 图5(c)示出了被轧制材料100的片段编号和目标点编号。图5(a)示出了被轧制材料100，图的右端是其前端，图的左端是其尾端。为了更容易理解被轧制材料100在长边方向上的任意点，假设等间隔地分割被轧制材料100，并将分割后的单位称为片段。图5(b)表示被轧制材料100的片段。简单起见，从被轧制材料100的前端向尾端依次标注片段编号。图5(c)表示目标点编号。目标点0 M选择在轧制处理中重要的点。将目标点设定为例如咬入点、轧制速度最大的中间点、温度降低的尾端点等。在图3的步骤S323 S325中，计划修正装置15如下所述地计算ISC265的流量及速度模式，使得能够在对象被轧制材料100[a]的全长上达到目标FDT。在步骤S323中，计划修正装置15计算ISC265的流量，以达到目标FDT。因此，使ISC265的流量改变来计算温度下降情况，并进行收敛计算以使得计算出的FDT与目标FDT一致。下文将详细说明使ISC265的流量改变的情况下的收敛计算。在应用由上述收敛计算获得的ISC265的流量也无法达到目标FDT的情况下，需要改变轧制速度的速度模式来达到目标FDT。具体而言，在修正了 ISC265的流量的情况下，只要有一个目标点未能达到目标FDT，在步骤S324中，计划修正装置15就判定为在对象被轧制材料100[a]的全长上未达到目标FDT。在这种情况下，为了改变速度模式以达到目标FDT，在步骤S325中，计划修正装置15修正轧制速度的速度模式。下文将详细叙述速度模式的修正方法。
在修正了速度模式后，处理返回步骤S323，使用修正后的速度模式来再次计算ISC265的流量。重复步骤S323 S325，决定能在对象被轧制材料100 [a]的全长上达到目标FDT的速度模式。接着，在步骤S326中，轧制时间预测计算 装置16计算对象被轧制材料100[a]的轧制所需时间t [a]。轧制所需时间t [a]由下式(7)表示。trm[a] = tE[a]+tF[a] (7)在式(7)中，tF[a]表示从精轧机轧制开始位置起到对象被轧制材料100 [a]的尾端脱离精轧机26所需要的轧制时间(以下，称为“精轧机轧制时间”)。在步骤S326中，基于计划修正装置15修正后的速度模式，计算轧制所需时间trffl[a]0如式(7)所示，轧制所需时间tM[a]是由式(5)计算出的到达精轧机轧制开始位置的时间tK[a]与精轧机轧制时间tF[a]之和。接着，在步骤S327 S329中，轧制时间调整装置17计算速度改变率av，使得轧制所需时间t [a]在目标轧制时间tTm[a]以内。在步骤S327中，判断由步骤S326计算出的轧制所需时间t [a]是否在目标轧制时间tTm[a]以内。图6(a) 图6(c)示出轧制时间的决定方法的示意图。图6 (a)表示对象被轧制材料100 [a]从加热炉21中输出的时刻的状态。图6 (b)表示在经过了到达精轧机轧制开始位置的时间tK[a]后，对象被轧制材料100[a]到达精轧机轧制开始位置的时刻的状态。此时，若在对象被轧制材料100 [a]之后进行处理的被轧制材料100[a+l]的输出间隔时间tEX[a+l]小于对象被轧制材料100[a]的输出间隔时间tEX [a]，则被轧制材料100 [a+1]已从加热炉21输出。图6 (C)表示经过了精轧机轧制时间tF[a]后，对象被轧制材料100[a]完成精轧机轧制的时刻的状态。为了使轧制所需时间tM[a]在目标FDT以内，需要使对象被轧制材料100[a]在不会被下一对象被轧制材料追上的情况下到达精轧机轧制开始位置。因而，只要对象被轧制材料100[a]到达精轧机轧制开始位置的时间tK[a]和精轧机轧制时间tF[a]之和小于下一对象被轧制材料的输出间隔时间tEX[a+l]和到达精轧机轧制开始位置的时间tR[a+l]之和即可。即，只要下式(8)成立即可tE[a]+tF[a] (cur) <tEX[a+l]+tR[a+l]_delta]V^..(8)在式(8)中，deltaM表示多余的时间，是为了避免被轧制材料彼此之间在热轧线20内过于接近而预先决定的固定值。另外，tF[a] (cur)是精轧机轧制时间tF[a]的当前值。在满足式(8)的条件下，处理前进至步骤S330，计算消耗的能量。在不满足式(8)的条件下，在图3的步骤S328中，判断ISC265的流量、速度模式是否可以改变。若能够改变，则在步骤S329中计算速度改变率a v。ISC265的流量、速度模式是否可以改变是由ISC的最大流量、驱动轧制台260的电动机的能力等来判断的。另一方面，若在步骤S328中判断为ISC265的流量、速度模式不可改变，则轧制时间调整装置17判断为不能进一步改变精轧机轧制时间tF[a]。在这种情况下，不进行速度模式的修正，处理前进至步骤S330。在上述步骤S329的速度改变率计算中，对精轧机26的轧制速度计算速度改变率a v，使得满足式(8)。如下式(9)那样计算新的精轧机轧制时间tF[a] (new)tF[a] (new) = tEX[a+l]+tR[a+l]-tR[a]_deltaM…(9)
轧制时间调整装置17对精轧机轧制时间的当前值tF[a] (cur)和精轧机轧制时间的目标速度进行比较，使用下式(10)来计算所需要的速度改变率Civ :a v = C1X (tF[a] (cur)/tF[a] (new))…(10)在式(10)中，C1是根据经验决定的常数，是固定值或存储在数据库等中的表格值。在步骤S329中，计算精轧机速度的速度改变率a v，之后，使用该速度改变率a v，在步骤S325中进行速度模式的校正，再在步骤S323中进行ISC265的流量的修正计算。由此，修正速度模式及ISC265的流量，以达到目标FDT。当步骤S327中轧制所需时间t [a]在目标轧制时间tTm[a]以内的情况下，或在步骤S328中不能进一步改变ISC265的流量及速度模式的情况下，处理前进至步骤S330，计 算对象被轧制材料100[a]的轧制所需要的能量消耗量。在步骤S330 S333中，能量消耗量调整装置18计算能量消耗量，计算用来使能量消耗量最小所需要的速度改变率av。步骤S330中的能量消耗量的计算中，使用由计划修正装置15计算出的速度模式，计算目标点的轧制功率(kW)。能量消耗量调整装置18使用计算出的轧制功率，来计算从对象被轧制材料100[a]被咬住到尾端脱离、即对象被轧制材料100[a]全长上的能量消耗量(kWh)。利用下式(11)表示用于轧制对象被轧制材料100 [a所需要的能量消耗量EP。Ep=EEj=E {(1/3600) X / Pwj (t) dt... (11)在式(11)中，/ dt表示从t = 0至Ij s的时间积分。此处，s(s)是轧制时间。另夕卜，E表示粗轧机23、精轧机26进行轧制的所有的能量消耗量之和，Ej (kWh)表示第j次轧制的能量消耗量。“第j次轧制”表示粗轧机23的轧制道(R[l] R[Nep])及精轧机26的轧制台I Nf中任一个的轧制。可如下所示那样计算式(11)的目标点i的轧制功率Pwi (kff)。Pffi = (1000 XVi XGi)/Ri+PwL0ssi- (12)式(12)的轧制棍速度Vi (m/s)、棍转矩Gi (kNm)、棍半径Ri (mm)、损耗功率PwLOSSi (kW)使用计划校正装置15计算出的值或根据经验得到的值。轧制功率Pwi如式(12)所示那样，与轧制辊速度Vi和辊转矩Gi成比例地变化。图7中示出了被轧制材料长边方向上轧制功率Pwi的变化。图7的粗线部A表示轧制功率Pwi的变化，对目标点之间进行了线性插值。面积Etl E4分别表示目标点之间的能量消耗量。图7中以阴影示出的面积是能量消耗量。即，能量消耗量由下式(13)表示/ Pffj (t) dt =E {(Pffi+Pff(i+1)) X(13)在式(13)中，/ dt表示从t = 0到S的时间积分，E表示i = 0 M的总和。M是最后一个目标点。此外，Si表示目标点间的轧制时间，该Si根据速度变化的情况而由不同的单元计算得出。例如，在使用ISC265控制FDT的情况下，目标点之间的速度基于所指定的加速度而以相等的加速度进行变化。因此，轧制时间Si可由下式(14)表示Si =(14)在式(14)中，Li是各目标点间的距离。在步骤S330中计算能量消耗量之后，在步骤S331中，能量消耗量调整装置18对能否削减能量消耗量进行判定。在轧制时间调整装置17判定为不能进一步改变精轧机的轧制时间的情况下，或在上一能量消耗量的计算中判断为不能削减能量消耗量的情况下，能量消耗量调整装置18不改变速度改变率av，在步骤S334中计划修正装置15输出控制基准值SV，结束处理。
另一方面，在可削减能量消耗量的情况下，在步骤S332中，对是否能够改变ISC265的流量、速度模式进行判定。在能够改变ISC265的流量、速度模式的情况下，在步骤S333中，计算新的速度改变率av。例如如下所述那样对能否削减能量消耗量进行判定。一般而言，若减小轧制速度，则能量消耗量减少。其原因在于，因轧制所需要的应变速度减小，所以轧制载荷减小。另一方面，在轧制台的辊和被轧制材料之间使用润滑油的情况下(润滑轧制)，随着轧制速度的增加，润滑油的膜厚变厚，辊和被轧制材料之间的摩擦所产生的发热量降低，热轧线的能量消耗量减少。已知在通常的情况下前者的影响较大。因此，在第一次计算能量消耗量时以降低轧制速度的趋势决定速度改变率av，在第二次及其之后的计算中，使用速度改变率a v和前一次及本次的能量消耗量计算结果，如上所述那样计算影响系数。在第一次的能量消耗量的计算中，如式(15)所示，以降低轧制速度的趋势决定速
度改变率avfeld)a v(old)) — C2…(15)在式(15)中，C2是常数，是固定值或数据库的表格值。C2小于I. O。在第二次及其之后的能量消耗量的计算中，对速度改变率Civ、以及前一次计算出的能量消耗量Eptod)与本次计算出的能量消耗量EP(nOT)进行比较，根据(16)、(17)来计算影响系数(5E/5ctv)(new)-(Ep(new)_Ep(0id))/(av(old)_ I) . . .(16)av(new)—l_C3/(3E/0ctv)(new)xlEp(new)-Ep(oid)|. .(17)在前一次与本次的能量消耗量之差较小的情况下即在满足下式(18)的情况下，或在速度改变率a v较小的情况下即在满足下式(19)的情况下，判定为不能削减能量消耗量。在这种情况下，在计算下一次的能量消耗量时，在步骤S331中，设为不能削减能量消耗量，在步骤S334中输出控制基准值SV。Ep(new)-Ep(old) I〈 C4…(18)I a vtod)-l I < (V.. (19)式中，C3、C4、C5是基于经验而获得的常数，是固定值或数据库的表格值等。使用计算出的速度改变率a v(new)，在步骤S325中修正速度模式，在步骤S32中修正ISC265的流量。由此，决定速度模式及ISC265的流量，以使得在被轧制材料100的全长上将FDT确保为目标温度，且在目标轧制时间tTm以内的条件下能量消耗量为最小。由此，流程图32所示的处理结束。此处，参照图8，说明图3的步骤S323中使ISC265的流量变化的情况下的收敛计算的例子。在图8的流程图中，i表示目标点的编号，ns表示成为计算对象的目标点编号中最小的编号，ne表不最大的编号。另外，j表不精轧机26的轧制台260的编号,最后一台轧制台的编号是NF。在图8所示的步骤S600 S613中，对于所有的目标点编号ns ne，改变ISC265的流量，使得FDT为目标FDT。
在S601中，读取FDT的计算所需要的目标点i的数据。所需要的数据至少有精轧机入口侧温度FET^1、被轧制材料100的尺寸、温度分布。这些数据在已经被计算出的情况下使用该计算值，在尚未被计算出的情况下使用预测值。在步骤S602 S611中，修正ISC265的流量，使得每一个目标点的计算温度FDT,都在目标FDT的允许值内。首先，在步骤S602中，初始计划计算装置14计算从配置有精轧机入口侧温度计292的精轧机入口侧温度计位置到精轧机26的第一个轧制台入口侧为止的温度下降情况。接着，在步骤S603 S607中，计算从精轧机26的第一个轧制台260[1]到最后一个轧制台260 [Nf]的轧制台出口侧温度SDjT和轧制台入口侧温度SEjT。轧制台出口侧温度SDjT是在考虑了被轧制材料100与轧制台260的接触而损失的温度下降量、以及伴随轧制的加工发热和摩擦热而引起的温度上升量而计算出的。在步骤S606中，计算考虑了以下因素的温度下降即，设置于精轧机26的轧制台间的ISC的流量、与大气的热传递导致的热损耗、及向大气的放热。在步骤S608中，计算精轧机出口侧温度计位置上的FDT的计算温度FDT^1。在步骤S609中，对计算温度FDT:1是否在目标FDT的允许值内进行判断。若计算温度FDTJal在目标FDT的允许值内，则前进至步骤S612。在未完成所有目标点i的计算的情况下，在步骤S613中目标点编号加1，处理返回步骤S602。若所有目标点i的计算结束，则结束处理。另一方面，在步骤S609中，若计算温度FDT:1不在目标FDT的允许值内，则前进至步骤S610，对能否改变ISC265的流量进行判断。能否改变ISC265的流量取决于操作条件、操作者介入的能否改变的信息、或ISC265的流量是否在限度内。在能够改变ISC265的流量的情况下，在步骤S611中，在能够改变的范围内改变ISC265的流量。之后，处理返回步骤 S602。如上所述，通过计算从精轧机入口侧温度位置到精轧机出口侧温度计位置的温度下降情况，从而能够求出各目标点的计算温度FDT:1。接着，参照图9说明图3的步骤S325的速度修正方法。以下说明的速度修正方法是使用从轧制时间调整装置17或能量消耗量调整装置18输出的速度改变率Civ的方法，检查轧制速度的极限值、及检查ISC265的流量的改变量的极限值。图9 (a)中以虚线示出的速度模式SPl是修正前的速度模式的例子。图9 (a)的横轴是时间轴，表示各个时刻。“FETW"是被轧制材料100的前端通过精轧机入口侧温度计292的时间，“FDTqn"是被轧制材料100的前端通过精轧机出口侧温度计293的时间，"FDToff"是被轧制材料100的尾端通过精轧机出口侧温度计293的时间。“卷绕M”是被轧制材料100的前端到达卷绕机28的时间。首先，检查轧制速度的极限值。图9(b)表示应用速度改变率a v前后的速度模式。在提供了速度改变率a V的情况下，将所预测的速度模式乘以速度改变率a v，来修正速度模式。图9(b)中以实线示出的速度模式SP2是应用速度改变率av后的速度模式。接着，检查ISC265的流量的改变量的极限值。此处，使用应用了速度改变率a V 后的图9(b)所示的速度模式SP2，在将ISC265的流量设为最大及最小这两个条件下，调查改变速度模式的必要性。调查改变速度模式的必要性是通过对精轧机入口侧温度计到精轧机出口侧温度计的每一个片段计算温度下降情况来进行的。图9(c)中以实线示出的FDTts是目标FDT，以虚线表示的FDTmax是将ISC265的流量设为最小的条件下的FDT的计算结果，FDTmin是将ISC265的流量设为最大的条件下的FDT的计算结果。图9 (c)的横轴是离开各片段的前端的位置。各片段中的FDTts在FDTmax和FDTmin之间时，通过改变ISC265的流量，能够在被轧制材料100全长上达到目标FDT。因而，在ISC265的流量最小的条件下，若有F DT低于目标温度的片段，则增大速度模式的速度，以使所有的片段达到目标温度。另一方面，在ISC265的流量最大的条件下，若有FDT高于目标温度的片段，则减小速度模式的速度，以使所有的片段达到目标温度。最后，修正速度模式，以使所设定的轧制速度在轧制速度的极限值以内。图9(d)中以虚线示出的SRmax是轧制速度的上限值，SRmin是轧制速度的下限值。以使得被轧制材料100到达卷绕机28前的轧制速度不超过基于卷绕机28的空转极限值所决定的通板速度极限值的方式修正速度模式。到达卷绕机28后，以使得不超过基于驱动轧制台的电动机的旋转速度极限值所决定的轧制速度极限值的方式修正速度模式。另外，在已决定了被轧制材料100的尾端脱离精轧机26的最后一个轧制台时的速度的极限值的情况下，以使得不超过该极限值的方式修正速度模式。通过上述步骤来修正速度模式后，进行图3的步骤S323的ISC265的流量的修正计算，从而决定在被轧制材料100的全长上达到精轧机出口侧目标温度的速度模式及流量。如上述说明的那样，根据本发明的实施方式I的控制装置10，决定ISC265的流量及被轧制材料100的速度模式，基于决定的速度模式来正确地计算轧制所需时间tM，以在被轧制材料100的全长上确保精轧机出口侧温度为目标温度。修正ISC265的流量及速度模式，以使得计算出的轧制所需时间在基于与生产量相关的操作指令、操作者的输入信息而计算出的目标轧制时间tTm以内。另外，使用速度模式计算多个目标点的轧制功率，通过对计算出的轧制功率进行时间积分，从而正确地计算出轧制所需要的能量消耗量。决定ISC265的流量及速度模式，以使得在目标轧制时间以内能量消耗量最小。因而，根据图I所示的控制装置10，能够实现目标的轧制所需时间且能够抑制热轧线20的能量消耗量。(实施方式2)图10中示出用于说明图I所示的热轧线20的控制装置10进行的、实施方式2的决定输出间隔时间的方法的流程图。首先，在步骤S1010中，与参照图3的流程图31说明的方法相同，对被轧制材料100的总数为P的轧制作业周期进行计算。接着，在步骤S1020 S1140中，对轧制作业周期内的被轧制材料100[1] 100[P-1]，按照轧制顺序实施以下计算。在步骤S1030中，将已计算出的被轧制材料100[a]的输出间隔时间tEX[a]和被轧制材料100[a+l]的输出间隔时间tEX[a+l]的组合,设为第一输出间隔时间组合。在步骤S 1040中，能量消耗量调整装置18使用输出间隔时间tEX[a]、tEX[a+l]，对被轧制材料100[a]和被轧制材料100[a+l]进行参照图3的流程图32进行过说明的能量消耗量的计算，分别算出能量消耗量EP[a]、EP[a+l]。而且，在步骤S1050中，如下所示那样算出能量消耗量EP[a]和能量消耗量EP[a+l]之和Ptot Ptot = Ep [a]+Ep [a+1]…(20)接着，在步骤S 1060中，使被轧制材料100[a]的输出间隔时间tEX[a]减少微小时间At，使被轧制材料100 [a+1]的输出间隔时间tEX[a+l]增加微小时间At。tEXsu[a] = tEX[a]_ A t…(21)tEXsu[a+l] = tEX[a+l] + A t... (22)At为大约I 5(s)左右。将由式(21)及式(22)表示的输出间隔时间tEXsu[a]、 tEXsu[a+l]的组合设为第二输出间隔时间组合。在步骤S1070中，使用输出间隔时间tEXsu[a]、tEXsu[a+l]，对被车L制材料100[a]和被轧制材料100[a+l]进行参照图3的流程图32进行过说明的能量消耗量的计算，分别算出能量消耗量EPsu[a]、EPsu[a+l]。而且，在步骤S1080中，算出能量消耗量EPsu[a]和能量消耗量 EPSU [a+1]之和 PtQtsu:Ptotsu = Epsu [a] +Epsu [a+1] - (23)接着，在步骤S1090中，使被轧制材料100[a]的输出间隔时间tEX[a]增加微小时间At，使被轧制材料100 [a+1]的输出间隔时间tEX[a+l]减少微小时间At。tEXAD [a] = tEX[a] + A t... (24)tEXAD[a+l] = tEX[a+l] - A t... (25)将由式(24)及式(25)表示的输出间隔时间tEXAD[a]、&广[&+1]的组合设为第三输出间隔时间组合。在步骤SllOO中，使用输出间隔时间t^Ea]、tEXAD[a+l]，对被轧制材料100[a]和被轧制材料100[a+l]进行参照图3的流程图32进行过说明的能量消耗量的计算，分别算出能量消耗量EPAD[a]、EPAD[a+l]。而且，在步骤SlllO中，算出能量消耗量EPAD[a]和能量消耗量E广[a+1]之和Pto:Pt: = EPAD[a]+EPAD[a+1]... (26)在步骤S1120中，采用能量消耗量之和Ptot、Ptots\ PtotAD中能量消耗量最小的输出间隔时间的组合，即第一、第二、及第三输出间隔时间组合中的某一个。使用所采用的输出间隔时间组合，决定ISC265的流量及速度模式。根据输出间隔时间的组合，例如有时之后处理的被轧制材料100[a+l]会因等待前一被轧制材料100[a]的处理而停在热轧线20上。停止时间等会导致被轧制材料100 [a+1]冷却的问题。然而，根据上述输出间隔时间的决定方法，能够采用最适合的输出间隔时间的组合。如上所述说明的那样，根据参照图10说明的输出时间的决定方法，预定的所有被轧制材料100的总输出间隔时间不变。因此，能够决定既确保生产量不变又削减预定的被轧制材料的总能量消耗量的输出间隔时间。其他与实施方式I实质相同，省略重复记载。(实施方式3)除了式⑴之外，还能够使用下式(27)来计算输出间隔时间tEX。tEX = tTgt/P+ X (dh) (dh [a]-dhAV) + x (I) (I [a] -1AV) +x (FDTa) (FDTa [a] _FDTaAV) + x (Rp (GC)) (Rp (GC [a]) -Rp (GC) Av)…(27)式(27)中，dh是压下量，I是被轧制材料长度，FDTa是目标FDT，GC是材料种类码。对各项标注字符AV的值表示预定处理的所有被轧制材料的平均值。函数Rp O根据材料种类码GC来计算粗轧机23的轧制道数。另外，函数X ()是根据轧制所需时间t的变化相对于式(27)的各项目X的变化而计算出的X (X) = dt/dx…(28)S卩，在本发明的实施方式3的控制装置10中，输出间隔计算装置12计算预定处理的所有对象被轧制材料100[a]的平均压下量dhAV、轧制材料平均长度Iav、精轧机出口侧平均温度FDTaAV。然后，使用对象被轧制材料100 [a]的压下量dh[a]与平均压下量dhAV之差、轧制材料长度[a]与轧制材料平均长度Iav之差、及精轧机出口侧目标温度FDTa[a]与精轧机出口侧平均温度FDTaAV之差，来计算输出间隔时间。根据上述方法，考虑各被轧制材料的压下量、轧制材料的长度、目标FDT、及材料种类码对输出间隔时间的影响。对象被轧制材料100[a] (a = I P)的以式(27)表示的输 出间隔时间tEX的总和是目标总轧制时间tTgt，由于满足式⑵、式(3)，因此能够决定达到目标总轧制时间tTgt的输出间隔时间tEX。其他与实施方式I实质上相同，省略重复记载。(实施方式4)图11所示的本发明的实施方式4的控制装置10与图I所示的控制装置10的不同点在于不包括输出间隔计算装置12、目标轧制时间计算装置13。其他的结构都与图I所示的实施方式I相同。还可以考虑利用轧机调速等外部功能来计算目标轧制时间tTm的情况。图11所示的控制装置10使用加热炉21侧具有轧机调速功能的外部装置30计算获得的目标轧制时间tTa,，来控制热轧线20。在轧制时间调整装置17中，对由外部装置30输入的目标轧制时间tTm和由轧制时间预测计算装置16计算出的轧制所需时间〖 进行比较，计算轧制速度的速度改变率av，使得轧制所需时间七 在目标轧制时间tTm以内。基于该速度改变率av，计划修正装置15修正速度模式等。然后，在可削减能量消耗量的情况下，在能量消耗量调整装置18中，计算速度改变率a v，以使得热轧线20的能量消耗量最小。根据图11所示的控制装置10，在轧制所需时间为由轧机调速功能输入的目标轧制时间tTm以内的条件下，能够使能量消耗量最小。其他与实施方式I实质相同，省略重复记载。如上所述，通过第一至实施方式4说明了本发明，但构成该披露的一部分的论述及附图不应理解为是限定本发明。根据该披露，普通技术人员可以想到各种代替的实施方式、实施例及运用技术。即，本发明当然包含此处没有记载的各种实施方式等。所以，根据上述说明，本发明的技术范围由适当的权利要求所涉及的发明特定事项决定。
权利要求
1.一种热轧线的控制装置， 该热轧线包括加热炉以及精轧机，该精轧机包含连续配置的多个轧制台和配置于所述多个轧制台间的冷却喷雾器， 所述热轧线的控制装置的特征在于，包括 输出间隔计算装置，该输出间隔计算装置基于包含与预定进行轧制处理的多个被轧制材料相关的轧制处理计划在内的操作信息，计算从所述加热炉输出所述多个被轧制材料的输出间隔时间； 目标轧制时间计算装置，该目标轧制时间计算装置使用所述输出间隔时间和所述操作信息，来计算所述多个被轧制材料之一的对象被轧制材料的目标轧制时间； 初始计划计算装置，该初始计划计算装置基于所述操作信息，计算所述冷却喷雾器的流量、及在所述热轧线上运送的所述对象被轧制材料的轧制速度的速度模式； 计划修正装置，该计划修正装置在以下情况下修正所述速度模式在修正所述冷却喷雾器的流量且仅修正所述喷雾器的流量不能使精轧机出口侧温度在所述对象被轧制材料的全长上都为目标值的情况下、以及在输入了与所述速度模式相关的速度改变率的情况下； 轧制时间预测计算装置，该轧制时间预测计算装置使用所述速度模式来计算所述对象被轧制材料的轧制所需时间； 轧制时间调整装置，该轧制时间调整装置计算所述速度改变率，使得所述轧制所需时间在所述目标轧制时间以内，并将计算出的所述速度改变率输出到所述计划修正装置；以及 能量消耗量调整装置，该能量消耗量调整装置使用所述速度模式来计算所述热轧线上所设定的多个目标点的轧制功率，将使得通过对所述轧制功率进行时间积分而获得的能量消耗量为最小而计算出的所述速度改变率输出到所述计划修正装置， 在所述轧制所需时间为所述目标轧制时间以下的范围内，决定所述冷却喷雾器的流量及所述速度模式，使得所述能量消耗量最小。
2.如权利要求I所述的热轧线的控制装置，其特征在于， 所述输出间隔计算装置计算第一输出间隔时间及第二输出间隔时间，所述第一输出间隔时间是第一被轧制材料从所述加热炉输出到所述第一被轧制材料之后的第二被轧制材料输出的间隔时间，所述第二输出时间是所述第二被轧制材料从所述加热炉输出到所述第二被轧制材料之后的第三被轧制材料输出的间隔时间， 所述能量消耗量调整装置对以下的第一输出间隔时间组合、第二输出间隔时间组合、第三输出间隔时间组合，分别计算在所述第一被轧制材料的轧制处理中消耗的第一能量消耗量和在所述第二被轧制材料的轧制处理中消耗的第二能量消耗量的能量消耗量之和，其中， 所述第一输出间隔时间组合由所述第一输出间隔时间和所述第二输出间隔时间组成； 所述第二输出间隔时间组合使所述第一输出间隔时间增加一定时间，且使所述第二输出间隔时间减少所述一定时间；以及 所述第三输出间隔时间组合使所述第一输出间隔时间减少所述一定时间，且使所述第二输出间隔时间增加所述一定时间， 使用所述第一至第三输出间隔时间组合中所述能量消耗量之和最小的一个组合，来决定所述冷却喷雾器的流量及所述速度模式。
3.如权利要求I或2所述的热轧线的控制装置，其特征在于， 所述输出间隔计算装置使用所述对象被轧制材料的压下量和所述多个被轧制材料的平均压下量之差、所述对象被轧制材料的轧制材料长度与所述多个被轧制材料的轧制材料平均长度之差、以及所述对象被轧制材料的精轧机出口侧目标温度与所述多个被轧制材料的精轧机出口侧平均目标温度之差，来计算所述输出间隔时间。
4.如权利要求I所述的热轧线的控制装置，其特征在于， 将利用轧机调速功能计算出的轧制时间用作所述目标轧制时间。
全文摘要
本发明提供一种热轧线的控制装置，能够实现目标的轧制所需时间并能够抑制能量消耗量。包括初始计划计算装置，计算冷却喷雾器的流量及轧制速度的速度模式；计划修正装置，在修正冷却喷雾器的流量且仅这样不能使精轧机出口侧温度在对象被轧制材料的全长上都为目标值的情况下、以及在输入了速度改变率的情况下，修正速度模式；轧制时间预测计算装置，使用速度模式来计算轧制所需时间；轧制时间调整装置，计算速度改变率，使得轧制所需时间在目标轧制时间以内，并将计算出的速度改变率输出到计划修正装置；以及能量消耗量调整装置，将使得通过对计算出的轧制功率进行时间积分而得到的能量消耗量为最小而计算出的速度改变率输出到计划修正装置。
文档编号B21B37/00GK102641893SQ20111008136
公开日2012年8月22日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年2月18日
发明者佐野光彦, 北乡和寿 申请人:东芝三菱电机产业系统株式会社