应变运算方法以及轧制系统的制作方法
【专利摘要】一种应变运算方法，其特征在于，具有：对利用轧制装置（20）轧制后的钢板（101）的形状进行检测的步骤；基于检测到的形状对表示轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的应变的第2应变（ε2）进行运算的步骤；根据表示与轧制后的钢板的内部应力对应的应变的第3应变（ε3）的阈值和轧制后的钢板的形状之间的相关关系、以及检测到的形状决定第3应变（ε3）的步骤，在该步骤中，根据由检测到的形状而决定的边界条件、轧制后的钢板的板厚、轧制后的钢板的板宽、轧制后的钢板的张力、第3应变的分布形状，并通过压曲解析对相关关系进行运算；通过将第2应变（ε2）和第3应变（ε3）相加，对表示与总应力对应的应变和作为目标的因轧制而引起的钢板的应变之差的第1应变（ε1）进行运算的步骤。
【专利说明】应变运算方法以及轧制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及对轧制后的钢板的应变和内部应力进行运算的运算方法以及轧制系统。
[0002]在钢板的轧制中，对于轧制前的钢材利用轧制装置对钢板施加应力，以获得将厚度、宽度、长度作成规定尺寸(以下也称作目标值)的钢板为目的。但是，不容易获得与目标值一致的钢板，容易在轧制后的钢板的板面上产生被称作边波或者中波的各种凹凸。从轧制装置施加于钢板的应力(以下也称作总应力)被I)用于作成成为目标值的规定尺寸的应变的生成、2)成为从目标值的偏移亦即板面上的各种凹凸的应变的生成、以及3)钢板内的残留应力的生成耗费掉。
[0003]为了实施不产生板面上的凹凸的轧制，需要全部掌握上述的应变和应力的关系并加以控制。尤为重要的是掌握与总应力对应的应变和用于作成规定尺寸的应变之差，并对该差进行控制。但是，准确地进行该差的掌握的方法至今尚未实现。
【背景技术】
[0004]为了掌握轧制的应变而必须对轧制前后的钢板的形状进行测定。已知有一些对轧制后的钢板的形状进行计测的技术。例如，在专利文献I中记载了将使用具有多个光学系统测距仪的计测装置测定的钢板的板厚与钢板的板平面上的位置建立关联、掌握因应变而引起的钢板的变形的技术。进而，在专利文献I中记载了基于在轧制后测定的钢板的变形对下压位置以及下压力进行调整、从而抑制轧制后的钢板的变形的技术。
[0005]此外，已知有使用对轧制后的钢板的应变进行预测的形状预测模型以及对轧制后的钢板的应变进行测定而得到的测定数据抑制因轧制而引起的钢板的形状不良的产生的技术。在专利文献2中记载了根据对轧制后的钢板的应变进行连续测定而得到的测定数据以及对应变进行预测的预测形状模型，对工作轧辊折弯力进行调整以便依次修正轧制中的钢板的形状不良的技术。此处，在考虑到与作为轧制后的钢板的板面上的凹凸形状而呈现的应变的阈值相当的死区的基础上，基于测定到的应变依次修正预测形状模型。
[0006]另一方面，已知有对边波(Edge Wages)以及中波(Center Wages)等薄板形状不良的产生机理进行解析的技术。在非专利文献I中记载了利用边波的压曲方程式以及中波的压曲方程式对边波以及中波的产生机理分别近似地进行解析的技术。在非专利文献2中记载了对作为轧制后的钢板的板面上的凹凸形状而呈现的应变的阈值亦即压曲临界点进行解析的技术。
[0007]在专利文献3中记载了应用非专利文献I所记载的压曲方程式的技术。具体而言，在专利文献3中记载了将总应力和与作为目标的因轧制而引起的钢板的应变对应的应力之差分离成转换成冷却后作为凹凸形状呈现的应变而释放的应力成分以及在变形后仍残留于钢板内的应力成分的技术。进而，在专利文献3中记载了基于这样的技术对钢板冷却时产生的波型形状进行预测的技术。在专利文献3所记载的技术中，转换成冷却后作为凹凸形状呈现的应变而释放的应力成分是从总应力和与作为目标的因轧制而引起的钢板的应变对应的应力之差减去在变形后仍残留于钢板内的应力成分而得到的。接着，通过对相减而得到的应力成分与根据陡度进行运算而得到的应变进行比较来预测冷却后的波型形状。此处，总应力和与作为目标的因轧制而引起的钢板的应变对应的应力之差作为根据温度分布等推定的已知的值加以处理。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开平5 - 237546号公报
[0011]专利文献2:日本特开平9 - 295022号公报
[0012]专利文献3:日本专利第4262142号
[0013]非专利文献
[0014]非专利文献I 与边波、中波的产生机构相关的解析的研究(Buckling Analysisof Edge Wabes and Middle Waves of Cold Rolled Sheet)” 日本塑性加工学会杂志:塑性和加工，第28卷第312号(1987 — 1)ρ58 — 66
[0015]非专利文献2:“TMCP钢板的压曲波产生的预测模型以及防止技术的开发(Development of prediction model and prevention method of buckling of TMCPsteel plate)” CAMP-1SIJ Vol.8 (1995)-1210
【发明内容】
[0016]发明所要解决的课题
[0017]但是，在专利文献I所记载的技术的控制中，虽然考虑到作为轧制后的钢板的板面上的凹凸形状而呈现的应变，但未考虑钢板的内部应力。因此，存在因某些扰动而使轧制时的应力变化从而内部应力作为钢板的板面上的凹凸形状而呈现的忧虑。
[0018]此外，在专利文献2所记载的技术中并未记载与作为轧制后的钢板的板面上的凹凸形状而呈现的应变的阈值相当的死区的运算方法。进而，专利文献2所记载的技术的控制对象是非线性的凸面变化率，因此存在控制变得复杂的忧虑。
[0019]此外，在专利文献3所记载的技术中，将总应力和与作为目标的因轧制而引起的钢板的应变对应的应力之差分离成转换成作为凹凸形状呈现的应变而释放的应力成分以及在变形后仍残留于钢板内的应力成分。但是，完全没有记载和暗示基于转换成作为凹凸形状呈现的应变而释放的应力成分以及在变形后仍残留于钢板内的应力成分对总应力和与作为目标的因轧制而引起的钢板的应变对应的应力之差进行运算的方法。本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种基于轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的应变以及与轧制后的钢板的内部应力对应的应变，对与总应力对应的应变以及用于作成成为目标值的规定尺寸的应变之差进行运算的运算方法以及轧制系统。
[0020]用于解决课题的方案
[0021]按照以下方式定义第I应变、第2应变以及第3应变。
[0022]将应与从轧制装置施加于钢板的应力对应的应变和用于作成成为目标值的规定尺寸的应变之差称作第I应变。将轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的应变称作第2应变。进而，将与轧制后的钢板的内部应力对应的应变称作第3应变。[0023]本发明的主旨为以下所述。
[0024](I) 一种应变运算方法，其特征在于，具有:
[0025]对利用轧制装置轧制后的钢板的形状进行检测的步骤；
[0026]基于检测到的形状对轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的第2应变进行运算的步骤；
[0027]根据表示与轧制后的钢板的内部应力对应的应变的第3应变的阈值和检测到的形状的轧制方向成分的波长之间的相关关系、以及检测到的形状的轧制方向成分的波长，决定第3应变的步骤，在该步骤中，根据由检测到的形状而决定的边界条件、轧制后的钢板的板厚、轧制后的钢板的板宽、轧制后的钢板的张力以及第3应变的分布形状，并通过压曲解析对相关关系进行运算；以及
[0028]通过将第2应变和第3应变相加，对表示与从轧制装置施加于钢板的应力对应的应变和用于作成成为目标值的规定尺寸的应变之差的第I应变进行运算的步骤。
[0029](2)在(I)的应变运算方法中，将第3应变的分布形状设为从宽度方向成分的一端为钢板的中央部且另一端为钢板的端部的一次直线、单调增加曲线、及单调减少曲线，从钢板的中央部单调增加且从钢板的端部附近单调减少的山型形状、以及从钢板的中央部单调减少且从钢板的端部附近单调增加的谷型形状选择的任一个形状来进行运算。
[0030]( 3 )在(I)或者(2 )的任一应变运算方法中，相关关系通过压曲方程式进行运算。[0031 ] (4)在(I)或者(2)的任一应变运算方法中，相关关系通过FEM而求出，并作为表示检测到的形状的轧制方向成分的波长和第3应变的阈值之间的对应关系的表格加以存储。
[0032](5)在(I)?(4)的任一应变运算方法中，该应变运算方法还包括将表示运算出的第I应变的信号向轧制装置发送的步骤，轧制装置基于运算出的第I应变进行控制，以使轧制后的钢板成为所希望的形状。
[0033](6)在(5)记载的应变运算方法中，该应变运算方法还包括对边波或者中波至少遍及半波长而形成的情况进行检测的步骤。
[0034](7)在(5)记载的应变运算方法中，运算装置进行控制，以使第I应变成为零。
[0035](8) 一种轧制系统，其特征在于，具有:
[0036]轧制装置，对钢板进行轧制；
[0037]形状计，对利用轧制装置轧制后的钢板的形状进行检测；以及
[0038]应变运算装置，基于检测到的形状对表示轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的应变的第2应变进行运算；根据表示与轧制后的钢板的内部应力对应的应变的第3应变的阈值和轧制后的钢板的形状之间的相关关系、以及检测到的形状，决定第3应变，其中，根据由检测到的形状而决定的边界条件、轧制后的钢板的板厚、轧制后的钢板的板宽、轧制后的钢板的张力以及第3应变的分布形状，并通过压曲解析对相关关系进行运算；通过将第2应变和第3应变相加，对表示与从轧制装置施加于钢板的应力对应的应变和用于作成成为目标值的规定尺寸的应变之差的第I应变进行运算；将表示运算出的第I应变的信号向轧制装置发送，
[0039]轧制装置基于运算出的第I应变进行控制，以使第I应变成为所希望的值。
[0040]发明效果
[0041]根据本发明，基于表示轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的应变的第2应变、以及与轧制后的钢板的内部应力对应的应变亦即第3应变，能够对表示与从轧制装置施加于钢板的应力对应的应变和用于作成成为目标值的规定尺寸的应变之差的第I应变进行运算。
[0042]此外，根据本发明，能够提高轧制后的钢板的张力小时的钢板的成品率。例如，在热轧中，也能够提高自开始轧制起到产生卷绕张力为止的期间被轧制的部分(也称作轧制顶部)的成品率。此外，在热轧中，也能够提高在即将结束轧制之前的卷绕张力减小的期间被轧制的部分(也称作轧制底部)的成品率。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是轧制系统的一例的电路框图。
[0044]图2是运算部的功能框图。
[0045]图3中，(a)是示出曲线表示形状数据解析部进行解析而得到的数据的一例的解析图像的图，(b)是示出第2应变与钢板的宽度方向位置之间的关系的图。
[0046]图4是示出边界条件判定部的判定处理流程的图。
[0047]图5中，Ca)是概要地示出作为钢板的板面上的凹凸形状而呈现的应变的形状为边波的情况下的边界条件的图，(b)是概要地示出作为钢板的板面上的凹凸形状而呈现的应变的形状为中波的情况下的边界条件的图，(c)是概要地示出作为钢板的板面上的凹凸形状而呈现的应变的形状为四分之一波的情况下的边界条件的图。
[0048]图6中，Ca)是示出钢板的凹凸形状的轧制方向成分的变位的图，(b)是示出对塑性应变分布的平均值与钢板的凹凸形状的轧制方向成分的半波长之间的相关关系进行运算时所使用的宽度方向成分的第3应变的分布的图，(c)是示出塑性应变分布的平均值与钢板的凹凸形状的轧制方向成分的半波长之间的相关关系的图，(d)是示出运算出的第3应变的分布的图。
[0049]图7中，Ca)是示出第2应变的从钢板的宽度方向中央部到宽度方向端部的分布的图，(b)是示出第3应变的从钢板的宽度方向中央部到宽度方向端部的分布的图，(c)是示出将第2应变和第3应变相加而得到的第I应变的从钢板的宽度方向中央部到宽度方向端部的分布的图。
[0050]图8是示出对第I应变进行运算的运算流程的一例的图。
[0051]图9是轧制系统的其他例子的电路框图。
[0052]图10是示出对第I应变进行运算的运算流程的其他例子的图。
[0053]图11是轧制系统的其他例子的电路框图。
[0054]图12是示出第3应变的分布的其他例子的图。
【具体实施方式】
[0055]以下，参照图1?12对本发明所涉及的具有电源选择电路的轧制系统进行说明。首先，参照图1?8对轧制系统的第I实施方式进行说明。
[0056]图1是第I实施方式所涉及的轧制系统I的电路框图。
[0057]轧制系统I具有应变运算装置10、以及将钢板101沿箭头A的方向进行轧制的热轧串联轧制装置20(以下仅称为轧制装置20)。进而，轧制系统I具有对轧制后的钢板101的形状、板厚、板宽以及张力分别进行检测的形状计30、板厚计31、板宽计32以及张力计33。
[0058]应变运算装置10具有运算部11、存储部12以及I/O部13。热轧串联轧制装置20具有对钢板101依次进行轧制的多级的机座21 ;输送钢板101的多个通板辊22 ;以及对多级的机座21的下压位置以及下压力分别进行调整的轧制控制装置23。
[0059]运算部11 具备 CPU (Central Processing Unit:中央处理单兀)、DSP (digitalsignal processor)。运算部11基于将从形状计30、板厚计31、板宽计32以及张力计33接收的检测数据存储于存储部12的运算程序，对表示与总应力对应的应变和用于作成成为目标值的规定尺寸的应变之差的第I应变ε i进行运算。
[0060]存储部12具有用于存储各种程序的非易失性存储器和用于暂时存储数据的易失性存储器。存储部12存储运算部11所执行的运算程序以及为了执行运算程序而需要的OS等的基本软件。此外，存储部12存储从形状计30、板厚计31、板宽计32以及张力计33接收的检测数据。
[0061]I/O部13将从形状计30、板厚计31、板宽计32以及张力计33分别发送的检测数据转换成运算部11能够处理的数据。由I/o部13接收到的检测数据存储于存储部12。I/O部13将运算部11处理后的数据发送至轧制控制部23。
[0062]多级的机座21分别具有上下一对工作轧辊、以及以夹持工作轧辊的方式配置的一对支撑轧辊。机座21的级数为几级都可以，可以设为2级、4级、6级。此外，多级的机座21分别具有未图示的形状控制致动器。形状控制致动器基于从轧制控制部23发送的控制信号对钢板101施加规定的下压载荷，并且对钢板101赋予折弯、工作轧辊横移、成对交叉等的各种形状。
[0063]形状计30具有多个点状光源以及撮像装置，对沿与钢板101的轧制方向垂直的方向朝钢板101的上表面依次照射的来自多个点状光源的光进行撮像，由此对轧制后的钢板101的形状进行检测。
[0064]板厚计31是X射线厚度计，对钢板101的板厚进行检测。
[0065]板宽计32是点型激光光波测距仪，对钢板101的板宽进行检测。
[0066]张力计33具有以规定的间隔配置的两个检测部，通过两个检测部对形成于钢板101的检测孔进行检测来对钢板101的张力进行检测。
[0067]图2是应变运算装置10的运算部11的功能框图。
[0068]运算部11具有形状数据解析部51、第2应变运算部52、边界条件判定部53、第3应变运算部54以及第I应变运算部55。通过运算部11执行存储于存储部12的运算程序来实施上述构成要素51?255所进行的处理。
[0069]形状数据解析部51根据形状计30检测到的钢板101的形状，对在钢板101周期性地呈现的凹凸形状的轧制方向成分的波长2L、以及钢板101的平面上的检测地点各自的高度方向的变位进行解析。
[0070]图3 (a)是示出曲线表示形状数据解析部51根据形状计30检测到的钢板101的形状而解析出的数据的一例的解析图像300的图。
[0071]解析图像300具有X坐标、y坐标以及z坐标。x坐标是与钢板101的宽度方向的中央部处的轧制方向对应的坐标。y坐标是与钢板101的宽度方向对应的坐标。z坐标是与钢板101的高度方向对应的坐标。
[0072]解析图像300的正弦波型形状的剖面与钢板101的宽度方向的端部的剖面对应。作为钢板101的凹凸形状而呈现的应变的形状为边波，因此，解析图像300在宽度方向的端部具有正弦波型形状的剖面。另外，在作为钢板101的凹凸形状而呈现的应变的形状为中波的情况下，在钢板101的宽度方向的端部不产生凹凸形状，在与钢板101的宽度方向的中央部对应的X坐标上产生正弦波型形状的剖面。
[0073]第2应变运算部52基于形状数据解析部51解析出的数据对轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的第2应变ε2进行运算。首先，第2应变运算部52基于式(I)~(3)对宽度位置为第j处的应变ε /依次进行运算。
[0074][数学式I]
【权利要求】
1.一种应变运算方法，其特征在于，具有: 对利用轧制装置轧制后的钢板的形状进行检测的步骤； 基于所述检测到的形状对表示轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的应变的第2应变进行运算的步骤； 根据表示与轧制后的钢板的内部应力对应的应变的第3应变的阈值和所述检测到的形状的轧制方向成分的波长之间的相关关系、以及基于所述检测到的形状而求出的形状的轧制方向成分的波长，决定所述第3应变的步骤，在该步骤中，根据由所述检测到的形状而决定的边界条件、轧制后的钢板的板厚、轧制后的钢板的板宽、轧制后的钢板的张力以及所述第3应变的分布形状，并通过压曲解析对所述相关关系进行运算；以及 通过将所述第2应变和所述第3应变相加，对表示与从所述轧制装置施加于钢板的应力对应的应变和作为目标的因轧制而引起的钢板的应变之差的第I应变进行运算的步骤。
2.如权利要求1所述的应变运算方法，其中， 将所述第3应变的分布形状设为从宽度方向成分的一端为钢板的中央部且另一端为钢板的端部的一次直线、单调增加曲线、及单调减少曲线，从钢板的中央部单调增加且从钢板的端部附近单调减少的山型形状、以及从钢板的中央部单调减少且从钢板的端部附近单调增加的谷型形状选择的任一个形状来进行运算。
3.如权利要求1所述的应变运算方法，其中， 所述相关关系通过压曲方程式进行运算。
4.如权利要求1所述的应变运算方法，其中， 所述相关关系通过FEM而求出，并作为表示所述检测到的形状的轧制方向成分的波长和所述第3应变的阈值之间的对应关系的表格加以存储。
5.如权利要求1所述的应变运算方法，其中， 所述应变运算方法还包括将表示所述运算出的第I应变的信号向所述轧制装置发送的步骤， 所述运算装置基于所述运算出的第I应变进行控制，以使轧制后的钢板成为所希望的形状。
6.如权利要求5所述的应变运算方法，其中， 所述应变运算方法还包括对边波或者中波至少遍及半波长而形成的情况进行检测的步骤。
7.如权利要求5所述的应变运算方法，其中， 所述运算装置进行控制，以使第I应变成为零。
8.一种轧制系统，其特征在于，具有: 轧制装置，对钢板进行轧制； 形状计，对利用所述轧制装置轧制后的钢板的形状进行检测；以及 应变运算装置，基于所述检测到的形状对表示轧制后的钢板的从目标值的偏移亦即作为板面上的凹凸形状而呈现的应变的第2应变进行运算；根据表示与轧制后的钢板的内部应力对应的应变的第3应变的阈值和基于所述检测到的形状而求出的形状的轧制方向成分的波长之间的相关关系、以及基于所述检测到的形状而求出的形状的轧制方向成分的波长，决定所述第3应变，其中，根据由所述检测到的形状而决定的边界条件、轧制后的钢板的板厚、轧制后的钢板的板宽、轧制后的钢板的张力以及所述第3应变的分布形状，并通过 压曲解析对所述相关关系进行运算；通过将所述第2应变和所述第3应变相加，对表示与从 所述轧制装置施加于钢板的应力对应的应变和作为目标的因轧制而引起的钢板的应变之 差的第1应变进行运算；将表示所述运算出的第1应变的信号向所述轧制装置发送，所述轧制装置基于运算出的第1应变进行控制，以使轧制后的钢板成为所希望的形状。
【文档编号】B21B38/02GK103842107SQ201280025252
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年10月3日 优先权日:2012年10月3日
【发明者】明石透, 小川茂 申请人:新日铁住金株式会社