(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104815853 A (43)申请公布日(43)申请公布日 2015.08.05
(21)申请号 201410482739.0(22)申请日 2014.09.19(30)优先权数据
2014-019677 2014.02.04 JP
(71)申请人东芝三菱电机产业系统株式会社
地址日本东京(72)发明人小原一浩
(74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公
司 31100
代理人宋俊寅(51)Int.Cl.
B21B 38/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书12页 附图4页
(54)发明名称
温度分布预测装置(57)摘要
本发明提供一种能够高精度地预测被轧材料在板宽方向上的温度分布的温度分布预测装置。温度分布预测装置包括：测量被轧材料宽度方向中央部的表面温度的中央温度测量单元、以及测量被轧材料宽度方向任意点的表面温度的宽度方向温度测量单元。温度分布预测装置还包括计算被轧材料宽度方向中央部的表面温度的中央温度计算单元。并且，温度分布预测装置基于中央温度测量单元测量出的第一位置的测量值、宽度方向温度测量单元元计算出的第二位置的测量值、以及中央温度计算单元计算出的第二位置及第三位置的计算值，计算出通过第三位置的被轧材料的宽度方向任意点的表面温度。其中，第三位置是第一位置下游且第二位置上游的位置。 C N 1 0 4 8 1 5 8 5 3 A CN 104815853 A
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种温度分布预测装置，其特征在于，包括：
第一中央温度测量单元，该第一中央温度测量单元测量通过第一位置的被轧材料的宽度方向中央部的表面温度；
第一中央温度计算单元，该第一中央温度计算单元基于所述第一中央温度测量单元的测量值，计算出通过所述第一位置下游的第二位置、以及所述第一位置下游且所述第二位置上游的第三位置的所述被轧材料的宽度方向中央部的表面温度；
第一宽度方向温度测量单元，该第一宽度方向温度测量单元测量通过所述第二位置的所述被轧材料的宽度方向任意点的表面温度；以及
宽度方向温度计算单元，该宽度方向温度计算单元基于所述第一中央温度测量单元及所述第一宽度方向温度测量单元的测量值、以及所述第一中央温度计算单元计算出的所述第二位置及所述第三位置的计算值，计算出通过所述第三位置的所述被轧材料的宽度方向任意点的表面温度。
2.如权利要求1所述的温度分布预测装置，其特征在于，在所述第一中央温度测量单元的测量值记为T1，所述第一中央温度计算单元计算出的所述第二位置的计算值记为算值记为
所述第一中央温度计算单元计算出的所述第三位置的计
时，所述宽度方向温度
所述第一宽度方向温度测量单元的测量值记为
计算单元根据下式：
计算出通过所述第三位置的所述被轧材料的宽度方向任意点的表面温度
3.如权利要求1所述的温度分布预测装置，其特征在于，还包括：第二宽度方向温度测量单元，该第二宽度方向温度测量单元测量通过所述第一位置的所述被轧材料的宽度方向任意点的表面温度；
第二中央温度计算单元，该第二中央温度计算单元计算通过所述第一位置及所述第三位置的所述被轧材料的宽度方向中央部的表面温度；以及
第二中央温度测量单元，该第二中央温度测量单元测量通过所述第二位置的所述被轧材料的宽度方向中央部的表面温度，
所述宽度方向温度计算单元基于所述第二宽度方向温度测量单元及所述第二中央温度测量单元的测量值、以及所述第二中央温度计算单元计算出的所述第一位置及所述第三位置的计算值，计算通过所述第三位置的所述被轧材料的宽度方向任意点的表面温度。
4.如权利要求3所述的温度分布预测装置，其特征在于，在所述第一中央温度测量单元的测量值记为T1，所述第一中央温度计算单元计算出的所述第二位置的计算值记为算值记为
所述第一中央温度计算单元计算出的所述第三位置的计
所述第二宽度方向温
所述第一宽度方向温度测量单元的测量值记为
度测量单元的测量值记为所述第二中央温度计算单元计算出的所述第一位置的计
2
CN 104815853 A
权 利 要 求 书
所述第二中央温度计算单元计算出的所述第三位置的计算值记为
2/2页
算值记为所述
第二中央温度测量单元的测量值记为T2时，所述宽度方向温度计算单元利用根据下式计算出的
以及根据下式计算出的
计算出通过所述第三位置的所述被轧材料的宽度方向任意点的表面温度。
3
CN 104815853 A
说 明 书温度分布预测装置
1/12页
技术领域
[0001]
本发明涉及用在轧制生产线上的温度分布预测装置。
背景技术
近年来，顾客对于产品规格的要求越来越严格。尤其是轧制产品，不仅尺寸和形状，而且强度和延展性之类的机械性质也要在允许范围内变得十分重要。
[0003] 以钢铁为代表的金属材料的机械性质不仅会随着其合金组成而变化，还会随着加热条件、加工条件和冷却条件而变化。金属材料的机械性质包括例如强度(屈服应力、耐力、硬度等)、韧性(脆性迁移温度等)、成形性(r值等)。
[0004] 合金组成通过控制成分元素的添加量来调整。在调整成分时，使用能够保持例如100吨左右熔钢的成分调整炉等，因此一个批次的生产量十分大。而每个产品的重量在15吨左右，变更每一个产品的成分元素添加量是不可能的。从而，为了制造顾客所要求材质的轧制产品，通过恰当地控制加热条件、加工条件和冷却条件来制造出材质变得非常重要。[0005] 最近，尝试了多种方法来针对不同的用途制造不同的金属材料组织材质。例如，有在热轧之后冷却金属材料时，在高压下大量喷射冷却水以制造出材质的方法。这一方法通过提高冷却速度来改变金属组织。从而能够使产品具有所期望的拉伸强度和延展性。这样的材质制造方法与以往相比，需要更高超的技术。例如，在制造材质时，要求进行大应变加工和对材料温度的高精度管理这样的高端技术。[0006] 以往，关于加热条件、加工条件和冷却条件，通常采用的方法是对每一个产品规格设定加热温度的目标值或加工后的尺寸目标值、冷却速度的目标值等，并进行温度控制及尺寸控制来达到这些目标值。各目标值由长年累月的经验来决定。而近年来，对于产品规格的要求变得越来越高，且越来越多样化，从而需要在比以往所保证的范围内进行的管理更加严格地管理机械性质。[0007] 以往，JIS(日本工业标准)规定了机械性质超过基准值为上述条件(允许范围)。例如，用取自产品的样品来进行拉伸测试，并判断测定值是否超过了基准值。然而最近，产品出厂后的工序也要求有高精度。而上述以往的允许范围对于例如作为下级工序的成形工序(挤压、弯曲、冲压等)来说有时会不充分。从而，有时会过硬而难以成形，有时冲压后的回弹量(弹性恢复量)会过大而使形状冻结性较低，有时还会在成形时发生边缘开裂等。因此，基于经验的设定方法和机械性质管理方法不一定能够恰当地控制上述各目标值，从而产生问题。[0008] 另外，作为管理轧制工艺步骤的现有方法，有利用轧制生产线上所配置的温度计的输出值来管理整个轧卷的温度，进一步管理与轧制温度关系较深的机械性质的方法。具体而言，在轧制生产线的加热炉出口侧、粗轧机的入口侧和出口侧、精轧机的入口侧和出口侧、卷取机入口侧等分别设置温度计。温度计测量被轧材料在板宽方向(以下也简称为“宽度方向”)上的中央部的温度。然后，由上级计算机进行控制，以使温度计的输出值与基于经验而定的目标温度相一致。
[0002]
4
CN 104815853 A[0009]
说 明 书
2/12页
由此可知，以往在管理轧制工艺步骤时，并没有考虑到被轧材料在宽度方向上的机械性质。某些特殊材料(例如含有大量Si的材料)会在轧制过程中发生边裂(Edge Cracking)。以往是基于经验来直接管理被轧材料的宽度方向中央部的温度，从而间接地管理被轧材料的宽度方向端部的温度。[0010] 另外，轧制生产线上有时会设置用于使被轧材料的宽度方向端部的温度升高的装置或用于防止被轧材料的宽度方向端部的温度下降的装置。例如，设置在精轧机出口侧的边部加热器及设置于输出辊道的边沿遮板相当于上述装置。边沿遮板是用于防止冷却水碰到被轧材料的宽度方向端部的设备。[0011] 此外，近年来，为了验证上述装置的效果，有时会在上述装置的前后设置扫描测温仪。使用扫描测温仪可以测量被轧材料在宽度方向上的温度分布。另外，近年来在轧制生产线上采用的多用测量仪也使用扫描测温仪，从而将被轧材料的宽度方向温度分布用于测定值的修正。多用测量仪具有在被轧材料的宽度方向上并排多个X射线检测器的方式。使用多用测量仪可以测量宽度方向的板厚分布。即，多用测量仪是用一台装置来测量板厚及凸度、板宽等的复合型测量仪。近年来，多用测量仪的测量精度得到了显著的提高。与分别设置板厚仪及凸度仪、板宽仪的情况相比，设置一台多用测量仪的成本更低，因此，越来越多地将多用测量仪引入轧制生产线。[0012] 由此，轧制生产线正在逐步地引入用于测量被轧材料的宽度方向温度分布的设备。另外，正在局部地尝试将测量出的被轧材料的宽度方向温度分布运用到控制中去。例如，专利文献1中公开了在输出辊道上控制冷却模式的方法。
现有技术文献专利文献
[0013] 专利文献1：日本专利特开2009-233724号公报发明内容
发明所要解决的技术问题
[0014] 在专利文献1所记载的控制方法中，使用温度模型来计算被轧材料的宽度方向温度并将其导出，且直接使用该导出的值。温度模型是用于计算每单位检查体积的热量收支从而预测(推算)出温度的表格。作为热量收支之一的表面边界条件并不一定是明确的。因此，即使用温度模型来预测温度，其预测值也必然包含模型误差。专利文献1所记载的发明存在无法确保足够的测量精度的问题。
[0015] 本发明是为了解决上述问题而完成的。本发明的目的在于提供一种能够高精度地预测被轧材料在板宽方向上的温度分布的温度分布预测装置。
解决技术问题所采用的技术手段
[0016] 本发明所涉及的温度分布预测装置包括：第一中央温度测量单元，该第一中央温度测量单元测量通过第一位置的被轧材料的宽度方向中央部的表面温度；第一中央温度计算单元，该第一中央温度计算单元基于第一中央温度测量单元的测量值，计算出通过第一位置下游的第二位置、以及第一位置下游且第二位置上游的第三位置的被轧材料的宽度方向中央部的表面温度；第一宽度方向温度测量单元，该第一宽度方向温度测量单元测量通过第二位置的被轧材料的宽度方向任意点的表面温度；以及宽度方向温度计算单元，该宽
5
CN 104815853 A
说 明 书
3/12页
度方向温度计算单元基于第一中央温度测量单元及第一宽度方向温度测量单元的测量值、以及第一中央温度计算单元计算出的第二位置及第三位置的计算值，计算出通过第三位置的被轧材料的宽度方向任意点的表面温度。
发明效果
[0017] 根据本发明所涉及的温度分布预测装置，能够高精度地预测被轧材料在板宽方向上的温度分布。附图说明
[0018]
图1是表示轧制生产线的结构的图。
图2是表示本发明实施方式1中的温度分布预测装置的结构的图。图3是用于说明中央温度计算单元的功能的图。图4是用于说明中央温度计算单元的功能的图。
图5是用于说明中央温度计算单元及中央温度修正单元的各功能的图。
图6是用于说明宽度方向温度测量单元及长度方向温度预测单元的各功能的图。图7是用于说明长度方向温度预测单元的功能的图。
具体实施方式
参照附图，对本发明进行详细说明。各图中，对相同或相当的部分标注相同的标号。并适当地简化或省略重复的说明。
实施方式1
图1是表示轧制生产线的结构的图。图1中示出了用于制造钢板的热轧生产线，以作为能够使用本发明所涉及的温度分布预测装置的轧制生产线的一个例子。图1所示的热轧生产线是用于从轧制原材料(以下称为“板坯”)制造出轧制产品的生产线。图1所示的箭头表示被轧制的材料(以下称为被轧材料)的走向(轧制方向)。以下，使用被轧材料这一用语来表示从板坯到轧制产品完成的过程中的状态。
本温度分布预测装置除了能用于图1所示的热轧生产线之外，还能用于厚板热轧板厚生产线、型钢热轧生产线、扁钢热轧生产线、棒钢热轧生产线之类的轧制生产线。
热轧生产线自上游侧起具备加热炉1、HSB2、粗轧磨边机3、水平粗轧机4、粗轧出口侧温度计5、边部加热器6a、板带加热器6b、精轧入口侧温度计7、FSB8、F1磨边机9、精轧机10、多用测量仪11、精轧出口侧温度计12、输出辊道13、卷取机入口侧温度计14、卷取机15。
热轧生产线具有传送被轧材料的传送台。传送台将标号1～15所示的各个装置连接起来。热轧生产线上所具备的水平粗轧机4、精轧机10、传送台等装置由电动机和/或油压装置来驱动。
加热炉1是用于对板坯进行加热的炉。
HSB2是用于去除板坯表面上形成的氧化膜(积垢)的装置。板坯通过加热炉1的加热，其表面会形成氧化膜。例如通过从HSB2的喷嘴向板坯喷射高压水，可以去除表面上形成的氧化膜。
粗轧磨边机3是用于将被轧材料向宽度方向压下的装置。粗轧磨边机3是用于提高轧制产品的宽度精度的装置。粗轧磨边机3设置于水平粗轧机4的上游侧。粗轧磨边机3的
6
CN 104815853 A
说 明 书
4/12页
辊从侧边与被轧材料接触。粗轧磨边机3使被轧材料变形，从而使被轧材料的宽度变窄。
水平粗轧机4是用于将被轧材料向板厚方向压下的装置。水平粗轧机4使被轧材料变形，从而使被轧材料的厚度变薄。水平粗轧机4中，设有单个或多个机组，该机组具备一组轧辊。粗轧时，为了使被轧材料达到所期望的厚度，要求有多次通行。因此，水平粗轧机4中大多包括可逆式轧机。所谓通行，是指被轧材料在轧辊之间通过。
水平粗轧机4中设有被称为除鳞机的装置。除鳞机是向半成品的被轧材料喷射高压水，从而去除被轧材料表面形成的氧化膜的装置。由于粗轧在高温下进行，因此被轧材料的表面容易形成氧化膜。从而，在进行粗轧时，必要适当地使用除鳞机之类的用于去除氧化膜的装置。
粗轧出口侧温度计5测量被轧材料表面(例如上表面)的温度。粗轧出口侧温度计5设置在水平粗轧机4的出口侧(下游侧)。当被轧材料结束粗轧并通过水平粗轧机4后，粗轧出口侧温度计5就测量其表面温度。粗轧出口侧温度计5测量温度的位置预先设定为被轧材料的宽度方向中央部。当被轧材料通过粗轧出口侧温度计5的下方时，从前端一直到末端，宽度方向中央部的表面温度都被粗轧出口侧温度计5测量出来。
边部加热器6a是用于使被轧材料的温度升高的装置。当被轧材料从加热炉1取出后，在由传送台传送的期间，其温度逐渐降低。尤其是被轧材料的宽度方向端部(一侧部及另一侧部)的温度比宽度方向中央部更容易降低。边部加热器6a例如通过电磁力的感应加热来使被轧材料的宽度方向端部的温度升高。
板带加热器6b是用于使被轧材料的温度升高的装置。当被轧材料从加热炉1取出后，在由传送台传送的期间，其温度逐渐降低。板带加热器6b通过电磁力的感应加热，使被轧材料的温度在其宽度方向上升高。由于轧制是从被轧材料的长度方向的前端部开始进行的，因此，末端部的温度在精轧机10实际进行轧制时很容易降低。板带加热器6b的输出配合被轧材料的长度方向位置而适当地进行变更。由此，控制被轧材料的温度而使其在长度方向上升高至所期望的值。
精轧入口侧温度计7测量被轧材料表面(例如上表面)的温度。精轧入口侧温度计7设置在精轧机10的入口侧。在水平粗轧机4与精轧机10之间设有较长的距离。被轧材料的精轧入口侧温度与材料变形阻力的预测密切相关。因此，在被轧材料将要被精轧机10轧制之前，用精轧入口侧温度计7来测量表面温度。精轧入口侧温度计7测量温度的位置预先设定为被轧材料的宽度方向中央部。当被轧材料通过精轧入口侧温度计7的下方时，从前端一直到末端，宽度方向中央部的表面温度都被精轧入口侧温度计7测量出来。
当热轧生产线上具备粗轧出口侧温度计5时，也可以基于粗轧出口侧温度计5的测量值，通过计算来求出被轧材料的精轧入口侧温度。这一情况下，需要考虑粗轧出口侧温度计5的设置位置到精轧机10的入口侧的规定位置为止的传送时间等来进行高精度的温度预测。
FSB8是用于去除板坯表面形成的氧化膜的装置。FSB8用于提高精轧后被轧材料的表面状态。FSB8设置在精轧机10的入口侧。在水平粗轧机4与精轧机10之间设有较长的距离。因此，被轧材料在从水平粗轧机4传送到精轧机10的期间内，其表面容易形成氧化膜。通过从FSB8的喷嘴向被轧材料喷射高压水，能够在精轧机10开始进行精轧的前一刻去除表面形成的氧化膜。
7
CN 104815853 A
说 明 书
5/12页
F1磨边机9是用于将被轧材料向宽度方向压下的装置。F1磨边机9是用于提高轧制产品的宽度精度的装置。F1磨边机9设置在精轧机10的入口侧。F1磨边机9的辊从侧边与被轧材料接触。F1磨边机9使被轧材料在不会被压弯的范围内发生变形，以使被轧材料的宽度变窄。
精轧机10是用于将被轧材料向板厚方向压下的装置。精轧机10使被轧材料变形，以使被轧材料的厚度(板厚)在轧制产品的目标产品精度以内。精轧机10例如由多台被称为机组的轧机并排而成的串联式轧机构成。
[0019] 多用测量仪11是用一台装置就能进行各种测量的复合型测量仪。多用测量仪11例如具有在被轧材料的宽度方向上排列多个X射线检测器的方式。多用测量仪11例如测量被轧材料在宽度方向上的板厚分布。准备一台多用测量仪11就能测量被轧材料的板厚、凸度、板宽。
[0020] 如上所述，近年来，多用测量仪11的测量精度得到了大幅度的提升。因此，与分别设置板厚仪及凸度仪、板宽仪的情况相比，设置一台多用测量仪11的成本更低，因此，越来越多地将多用测量仪11引入热轧生产线。多用测量仪11的内部设有温度计或热成像装置。多用测量仪11测量被轧材料的温度，并将该测量值用于修正X射线检测器的检测值。[0021] 精轧出口侧温度计12测量被轧材料表面(例如上表面)的温度。精轧出口侧温度计12设置在精轧机10的出口侧。被轧材料的温度与产品的金属组织的形成、材质(拉伸强度、屈服应力、延展性等)密切相关。因此，需要恰当地管理被轧材料的温度。当被轧材料结束精轧并通过精轧机10后，精轧出口侧温度计12就测量其表面温度。精轧出口侧温度计12测量温度的位置预先设定为被轧材料的宽度方向中央部。被轧材料通过精轧出口侧温度计12的下方时，从前端一直到末端，宽度方向中央部的表面温度都被精轧出口侧温度计12测量出来。
[0022] 输出辊道13是用于冷却被轧材料的装置。输出辊道13设置在精轧机10的出口侧。输出辊道13例如向被轧材料的表面提供冷却水，以控制被轧材料的温度。输出辊道13在被轧材料的长度方向(传送台的传送方向)上设有多个喷嘴。这些喷嘴被分为多个喷口。对于喷嘴的控制通过每一个喷口来进行。即，由提供冷却水的喷口进行水冷，由不提供冷却水的喷口进行空冷。也可以对每一个喷嘴控制冷却水的供给。[0023] 输出辊道13上也可以设置边沿遮板(未图示)。边沿遮板用于防止被轧材料的宽度方向端部的温度降低。边沿遮板设置成覆盖被轧材料的宽度方向端部。边沿遮板防止喷嘴喷出的冷却水直接碰到被轧材料的宽度方向端部。
[0024] 卷取机入口侧温度计14测量被轧材料表面(例如上表面)的温度。卷取机入口侧温度计14设置在卷取机15的入口侧。被轧材料通过输出辊道13之后，在将要被卷取机15卷取之前，由卷取机入口侧温度计14测量其表面温度。卷取机入口侧温度计14测量温度的位置预先设定为被轧材料的宽度方向中央部。当被轧材料通过卷取机入口侧温度计14的下方时，从前端一直到末端，宽度方向中央部的表面温度都被卷取机入口侧温度计14测量出来。
[0025] 卷取机15是用于卷取被轧材料的装置。被轧材料被卷取机15卷取后成为产品(用于下一工序的半成品也包括在内)，并通过传送装置进行传送。[0026] 热轧生产线除了标号1～15所示的装置以外，还设有热成像装置16。
8
CN 104815853 A
说 明 书
6/12页
热成像装置16至少在被轧材料的宽度方向的多个部位测量被轧材料表面(例如上表面、或者上表面和下表面)的温度。当被轧材料在热成像装置16之间通过时，从前端一直到末端，宽度方向上多个部位的表面温度都被热成像装置16测量出来。
[0027] 热成像装置16优选为设置在用于改善被轧材料温度的装置前后。例如，热成像装置16设置在上述装置的入口侧和/或出口侧。图1中，示出了将热成像装置16设置在边部加热器6a和板带加热器6b的前后、以及输出辊道13的前后的情况，以作为一个示例。设置于输出辊道13入口侧的热成像装置16可安装在多用测量仪11的内部。
[0028] 热成像装置16使用例如近红外线照相机。通过使用近红外线照相机作为热成像装置16，能够以图像的方式获得被轧材料的宽度方向温度分布。即，能够测量被轧材料的整个宽度方向上的表面温度。还可以在被轧材料的长度方向上连续地测量表面温度。因此能够测量被轧材料整个表面的温度。
[0029] 热成像装置16的配置并不限于图1所示的例子。热成像装置16的配置可根据需要来确定。例如，可以仅在输出辊道13的前后设置热成像装置16。也可以仅在边部加热器6a及板带加热器6b的前后设置热成像装置16。在其他装置(例如精轧机10)的前后设置热成像装置16也没有问题。
图2是表示本发明实施方式1中的温度分布预测装置的结构的图。本温度分布预测装置包括例如中央温度测量单元17、中央温度计算单元18、中央温度修正单元19、宽度方向温度测量单元20、长度方向温度预测单元21、以及温度使用单元22。[0031] 中央温度测量单元17测量被轧材料表面的温度。中央温度测量单元17测量温度的位置预先设定为被轧材料的宽度方向中央部。中央温度测量单元17沿着被轧材料的整条长边，即从被轧材料的前端一直到末端，连续地测量被轧材料的宽度方向中央部的表面温度。
[0032] 中央温度测量单元17例如由辐射温度计构成。在图1所示的例子中，粗轧出口侧温度计5、精轧入口侧温度计7、精轧出口侧温度计12、卷取机入口侧温度计14分别相当于中央温度测量单元17。也可以利用热成像装置16的测量被轧材料的宽度方向中央部的表面温度的功能，获取中央部附近的温度，从而用作为中央温度测量单元17。
[0033] 中央温度测量单元17的配置是基于节约成本的观点及温度管理的必要性，根据需要而确定的。中央温度测量单元17的配置并不限于图1所示的例子。中央温度测量单元17的设置部位只要是温度管理最低限度所需的部位即可。例如，可以仅在精轧出口侧(FDT)和卷取机入口侧(CT)设置中央温度测量单元17。
[0034] 中央温度计算单元18计算出被轧材料的宽度方向中央部在板厚方向上的温度分布。输出辊道13上的温度控制(CTC：Coiling Temperature Control，卷取温度控制)和材质预测的技术需要计算出被轧材料的温度随时间推移的变化。例如，CTC需要计算出被轧材料通过输出辊道13时的温度随时间推移的变化。中央温度计算单元18基于中央温度测量单元17测量出的被轧材料的温度，并使用水冷及空冷等边界条件和热传导系数等来进行上述计算。
[0030]
下面，参照图3和图4，对中央温度计算单元18的功能进行具体说明。图3和图4
是用于说明中央温度计算单元18的功能的图。图3及图4表示沿着与被轧材料的长度方向正交的方向切断该被轧材料后的剖面。
[0035]
9
CN 104815853 A[0036]
说 明 书
7/12页
中央温度计算单元18例如通过使用差分法的计算方法来计算板厚方向的温度分布。图3和图4所示的N是将被轧材料分割后得到的要素数量。使用差分法的计算方法中，被轧材料的表面到被轧材料的中心部被分割为N个要素，各要素之间有热量的进出。[0037] N是对被轧材料一半板厚的厚度的分割数。因此，从被轧材料的上表面到下表面的总分割数如图3所示那样为2N-1。
将空间步长代表宽度设为Δx。首先，在被轧材料的最外侧，分出宽度为空间步长
代表宽度的一半即Δx/2的四边环状的要素。即，该要素是从被轧材料的上表面、下表面、一侧面、另一侧面到被轧材料内侧的距离为Δx/2的部分。然后，在紧邻该要素的内侧，分出宽度为空间步长代表宽度Δx的四边环状的要素。即，这一要素是从最外侧的要素到被轧材料的内侧的距离为Δx的部分。之后，进行同样的要素分割，并在紧邻着所形成的要素的内侧，分出宽度为空间步长代表宽度Δx的四边环状的要素。当N-1次分割结束时，在其内侧形成中心部要素。并且，为了能够对被轧材料的上表面侧和下表面侧分别进行之后的计算，除中心部要素以外的轮状要素都被分割为上半部分和下半部分。从而，被轧材料一共被分割为2N-1个要素。[0039] 接下来，计算出一共被分割为2N-1个的各要素的体积和边界面面积。
在下面的计算中，沿被轧材料的长度方向取单位长度，将被轧材料的板厚设为H，将板宽设为B。还将被轧材料最上表面侧的要素记为第一要素，将第一要素正下方的要素记为第二要素，……，将位于被轧材料的中心部的要素记为第N要素，将被轧材料最下表面侧的要素记为第2N-1要素。
各要素的体积及边界面面积可如下计算。[0040] 第一要素的体积：
[0038]
第二要素的体积：
第三要素的体积：
第N要素(中心要素)的体积：
第2N-3要素的体积：
第2N-2要素的体积：
第2N-1要素的体积：
10
CN 104815853 A
说 明 书
8/12页
[0041]
第一要素与周围之间的边界面面积：
A1-out＝H+B (mm)
第一要素与第二要素之间的边界面面积：A1-2＝(H-Δx)+(B-Δx) (mm)
第二要素与第三要素之间的边界面面积：A2-3＝(H-3Δx)+(B-3Δx) (mm)
第N-1要素与第N要素之间的边界面面积：A(N-1)-N＝Δx+(B-(2N-3)Δx) (mm)
第2N-3要素与第2N-2要素之间的边界面面积：A(2N-3)-(2N-2)＝A2-3＝(H-3Δx)+(B-3Δx) (mm)第2N-2要素与第2N-1要素之间的边界面面积：A(2N-2)-(2N-1)＝A1-2＝(H-Δx)+(B-Δx) (mm)第2N-1要素与周围之间的边界面面积：A(2N-1)-out＝A1-out＝H+B(mm)
[0042]
接下来，计算出时间步长Δt中各要素之间进出的热量。图4示出了各要素之间
进出的热量。进行热轧时，被轧材料在生产线上传送的期间内，要承受各种各样的热量进出的过程。该过程中包含例如辐射、冷却、加工摩擦发热、辊传热等。
被轧材料的要素中设置于最外侧的要素的热量进出可用下式来表示。
[0043]
其中，ΔQ1：时间步长Δt中流入第一要素的热量(W/mm)ΔQ2N-1：时间步长Δt中流入第(2N-1)要素的热量(W/mm)
来自钢板(被轧材料)上表面、下表面的辐射流出热量(W/mm)水冷区中来自钢板上表面、下表面的冷却流出热量(W/mm)空冷区中来自钢板上表面、下表面的对流流出热量(W/mm)轧辊缝内来自钢板上表面、下表面的摩擦流入热量(W/mm)轧辊缝内来自钢板上表面、下表面的轧辊排热(W/mm)
Qdef：轧辊缝内给各要素带来的加工发热(W/mm)
从第一要素向第二要素的因温度差而产生的热传导量(W/mm)
从第(2N-2)要素向第(2N-1)要素的因温度差而产生的热传导量(W/mm)
[0044]
上式中的各项根据周围实际条件的变化而使用。例如，仅适用于水
11
CN 104815853 A
说 明 书
仅适用于空冷区。
9/12页
冷区。
[0045]
Qdef仅适用于轧制区。
被轧材料的要素中设置于内部的要素、即第二要素～第(2N-2)要素的流入热量可用下式来表示。设置于被轧材料内部的各要素的进出热量是与相邻要素之间的温度差引起的热传导、以及在轧制区的加工发热。
[0046]
其中，
ΔQi：时间步长Δt中流入第i要素(i为2以上且(2N-2)以下)的热量(W/mm)
从第(i-1)要素向第i要素的因温度差而产生的热传导量(W/mm)从第i要素向第(i+1)要素的因温度差而产生的热传导量(W/mm)
轧辊缝内给各要素带来的加工发热(W/mm)Qdef：
且Qdef仅适用于轧制区。[0047] 接下来，计算各要素的温度。各要素的温度变化量可用下式来表示。
其中，
ΔTi：时间步长Δt中第i要素(i为2以上且(2N-2)以下)的温度变化量(K)ρ：密度(kg/mm3)Cpi：第i要素的比热(J/kg/K)Vi：第i要素的体积(mm2)
[0048] 各要素在时间步(j+1)时的温度可由下式来计算。时间步(j+1)是从时间步j起经过了时间步长Δt后的时刻。
Tij+1＝Tij+ΔTi其中，
第i要素在时间步j时的温度(K)第i要素在时间步(j+1)时的温度(K)
中央温度计算单元18在每一个时间步计算各要素的流入热量、温度变化量、温
度。中央温度计算单元18在被轧材料开始传送到结束传送的期间内，对第一要素～第(2N-1)要素的各要素进行上述计算。由此，可以计算出被轧材料的宽度方向中央部在板厚方向上的温度分布(包括表面温度)及其随时间推移的变化。
[0050] 图5是用于说明中央温度计算单元18和中央温度修正单元19的各功能的图。图5的虚线A表示中央温度计算单元18计算出的被轧材料的宽度方向中央部的温度。例如，虚线A是精轧出口侧温度计12的测量位置上的计算温度。[0051] 上述说明中，说明了通过将被轧材料从外侧向内侧分割成环状的要素来计算被轧材料内部的温度的情况。中央温度计算单元18也可以用其他方法来对被轧材料进行要素分割以计算内部温度。例如，也可以分别沿着板厚方向和板宽方向分割被轧材料。即，可以
以上作了详细说明的分割方法对于即使是例如将被轧材料分割成二维网格的要素。但是，
[0049]
12
CN 104815853 A
说 明 书
10/12页
板坯之类较厚的被轧材料，也能够在考虑了被轧材料侧面的温度和边界条件的基础上，通过差分法来进行温度预测计算。另外，还能减少分割数，在实际操作时进行在线控制计算的情况下能够减轻计算机的负荷。
[0052] 中央温度计算单元18计算出的被轧材料宽度方向中央部的温度(板厚方向的温度分布)中，含有因边界条件或模型参数导致的误差。中央温度修正单元19对中央温度计算单元18的计算结果(预测温度)进行修正。中央温度修正单元19基于中央温度测量单元17测量出的被轧材料的表面温度(实测值)，进行上述修正。[0053] 例如，中央温度修正单元19对被轧材料宽度方向中央部在板厚方向上的温度进行修正，以使中央温度计算单元18计算出的被轧材料的表面温度与中央温度测量单元17的实测值一致。例如，中央温度修正单元19使虚线A平移而通过精轧出口侧温度计12的实测值，从而得到实线B。即，实线B表示经中央温度修正单元19修正后的被轧材料宽度方向中央部在板厚方向上的温度。从而，能够得到更加准确的被轧材料温度分布、即宽度方向中央部在板厚方向上的温度分布。
[0054] 宽度方向温度测量单元20测量被轧材料宽度方向上任意点的表面温度。宽度方向温度测量单元20测量温度的位置预先设定为被轧材料宽度方向上的至少多个部位。宽度方向温度测量单元20沿着被轧材料的长边，即从被轧材料的前端到末端连续地测量被轧材料的表面温度。在图1所示的例子中，热成像装置16相当于宽度方向温度测量单元20。
宽度方向温度测量单元20的配置是基于节约成本的观点及温度管理的必要性，
根据需要而确定的。宽度方向温度测量单元20的配置并不限于图1所示的例子。宽度方向温度测量单元20的设置部位只要是温度管理最低限度所需的部位即可。下面，以在输出辊道13的入口侧和出口侧设置热成像装置16的情况为例进行具体说明。
[0056] 图6是用于说明宽度方向温度测量单元20(热成像装置16)及长度方向温度预测单元21的各功能的图。图7是用于说明长度方向温度预测单元21的功能的图。[0057] 热成像装置16可以沿着被轧材料的整个宽度方向测量表面温度。图6的实线C表示设置于输出辊道13入口侧的热成像装置16所测量到的被轧材料某一部分的表面温度。图6的实线D表示设置于输出辊道13出口侧的热成像装置16所测量到的被轧材料同一部分的表面温度。
[0058] 被轧材料的宽度方向中央部的温度较高，离宽度方向端部越近，温度就越低。例如，E点的温度在输出辊道13的入口侧和出口侧都要高于相对应的F点的温度。另外，被轧材料在输出辊道13上冷却。在输出辊道13的水冷区的冷却速度较快，在空冷区的冷却速度较慢。图6示出了这一状态。
[0059] 长度方向温度预测单元21具有计算被轧材料宽度方向任意点的表面温度的功能、以及计算被轧材料宽度方向任意点在板厚方向上的温度分布的功能。首先，参照图7，对长度方向温度预测单元21的功能中计算被轧材料宽度方向任意点的表面温度的功能进行说明。
[0055]
CTC一般较多地使用FDT的温度实际值来进行反馈控制。这种情况下，例如中央温
度计算单元18根据FDT的温度实际值计算出输出辊道13上被轧材料的温度图形。然后，长度方向温度预测单元21基于CT的温度实际值和计算值，计算出输出辊道13上某一位置
[0060]
13
CN 104815853 A
说 明 书
11/12页
处被轧材料的宽度方向任意点的表面温度。具体计算方法如式1所示。[0061] [数学式1]
[0062]
这里，FDT：FDT的温度实际值(K)CTini：CTC计算出的CT的预测温度(K)
Tiini:CTC计算出的FDT-CT之间某一位置i处的预测温度(K)CTchange:CT的温度实际值(K)
根据CT的温度实际值进行了修正后的FDT-CT之间某一位置i处的计算温度
(K)
本实施方式的轧制生产线的例子中，FDT由精轧出口侧温度计12进行测量。CTini
及Tiini由中央温度计算单元18进行计算。CTchange由设置于卷取机入口侧的热成像装置16进行测量。中央温度计算单元18基于式1，计算出被轧材料的宽度方向任意点的表面温度Ti_1change。从而，能够得到根据实际值进行了修正的计算温度。
[0063]
接下来，示出根据通过设定计算得到的计算值，利用FDT的温度实际值和CT的温度实际值进行修正的情况下的计算方法。这种情况下，中央温度计算单元18除进行上述式1的计算以外，还进行下式2的计算。[0065] [数学式2]
[0064]
[0066]
这里，
CT:CT的温度实际值(K)FDTini：通过设定计算而计算出的FDT的预测温度(K)Tiini：基于通过设定计算而计算出的FDT得到的FDT-CT之间某一位置i处的预测温度
(K)
FDTchange：FDT的温度实际值(K)
根据FDT的温度实际值进行了修正后的FDT-CT之间某一位置处的计算温度
(K)
在本实施方式的轧制生产线的例子中，CT由卷取机入口侧温度计14进行测量。FDTini及Tiini由未图示的单元(设定计算单元)进行计算。FDTchange由多用测量仪11进行测量。
change
[0068] 中央温度计算单元18通过将由式1得到的Ti_1和由式2得到的Ti_2change叠加(求和)，计算出被轧材料的宽度方向任意点的表面温度。从而，能够得到无法获得温度实际值的宽度方向任意点的表面温度，能够得到更准确的宽度方向温度分布。[0069] 另外，长度方向温度预测单元21基于通过上述计算得到的被轧材料宽度方向任意点的表面温度、和由中央温度计算单元18计算出的被轧材料在板厚方向上的温度分布，计算出被轧材料宽度方向任意点在板厚方向上的温度分布。例如，当中央温度计算单元18
[0067]
14
CN 104815853 A
说 明 书
12/12页
计算出的温度分布是图5所示的虚线A时，长度方向温度预测单元21使虚线A平移而通过由式1(或式1及式2)得到的值，从而得到被轧材料的宽度方向任意点在板厚方向上的温度分布。
[0070] 由此得到的被轧材料在宽度方向/板厚方向上的温度分布用于在输出辊道13上进行的相变计算、质量管理等。在上述例子中对CTC进行了说明，但并不代表轧制生产线上的其他部分的温度控制也进行同样的控制。例如，也可以将边部加热器6a及板带加热器6b的入口侧作为第一位置，将出口侧作为第二位置，来求出温度分布。
[0071]
标号说明
[0090] 1 加热炉
2 HSB
3 粗磨边机4 水平粗轧机
5 粗轧出口侧温度计6a 边部加热器6b 板带加热器
7 精轧入口侧温度计8 FSB
9 F1磨边机10 精轧机11 多用测量仪
12 精轧出口侧温度计13 输出辊道
14 卷取机入口侧温度计15 卷取机
16 热成像装置
17 中央温度测量单元18 中央温度计算单元19 中央温度修正单元20 宽度方向温度测量单元21 长度方向温度预测单元22 温度使用单元
15
CN 104815853 A
说 明 书 附 图
1/4页
图1
16
CN 104815853 A
说 明 书 附 图
2/4页
图2
图3
17
CN 104815853 A
说 明 书 附 图
3/4页
图4
图5
18
CN 104815853 A
说 明 书 附 图
4/4页
图6
图7
19
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容