连续轧机的板厚控制方法、轧制方案计算方法及板厚控制装置

摘要

一种连续轧机的板厚控制方法及装置,它用数学式表示使调整率α变化时对张力的影响,对调整率α的调节容易。具有求出被轧件即将进入轧机之前的入口板厚偏差的入口板厚偏差检测工序11;求出被轧件刚通过轧机之后的出口板厚偏差的出口板厚偏差检测工序12;从入口板厚偏差ΔH和出口板厚偏差Δh求出板速度的前滑率变动Δfs的前滑率变动计算工序;根据所述Δfs、ΔH及Δh,调节与轧机间张力变动抑制有关的调整率的调整率调节工序10。

说明书

本发明涉及在连续的多台轧机中进行板材轧制的连续轧机，尤其涉及考虑到抑制各轧机间张力变动的连续轧机的板厚控制方法、轧制方案计算方法及板厚控制装置。

图6所示为板厚控制方式中最有代表性的厚度计式板厚控制之一例的方框图。下面对该板厚控制方式的动作进行简单说明。在图6中，给定压下位置S_A，用以控制从压下装置1向轧机2的压下位置。此时，T_P为表示与压下装置1的响应近似时的速度的时间常数，τ表示此时的延迟时间。

根据给定轧机2的压下位置S_A及轧机常数M决定轧制载荷F_A。被轧件根据轧机2的轧制载荷F_A和塑性系数Q＋ΔQ的因素3被轧制成板厚h＋Δh。此时，轧制现象的外界影响因素有被轧件的入口板厚偏差ΔH及温度引起的塑性变化ΔQ。厚度计式板厚控制用来消除因这些变动ΔH、ΔQ引起被轧件出口板厚h＋Δh的变动Δh。

下面说明动作情况。这样的厚度计式板厚控制装置是在被轧件在刚开始轧制后的瞬时使开关6短时动作，将基准压下位置S_AO存储在基准压下位置存储装置4，将基准轧制载荷F_AO存储在基准轧制载荷存储装置5。然后，根据轧机常数M、调整率α及增益G，计算压下位置S_A与基准压下位置S_AO的差分ΔS_A、轧制载荷F_A与基准轧制载荷F_AO的差分ΔF_A，并输出压下位置修正量ΔS^*，以控制压下装置1的压下位置S_A来消除被轧件的板厚偏差Δh。ΔS^*由下式计算。

(式1) $>>\Delta >>S>*>>=>->G>\{>>(>>S>A>>->>S>AO>>)>>+>>\alpha >M>>>(>>F>A>>->>F>AO>>)>>\}>·>·>·>>>(>1>)>>>s>$

理论上，一般认为，当调整率α＝1、增益G＝1时，减小出口板厚偏差Δh，即可获得最大的效果。但是，如果调整率α接近1，使压下位置加大进行动作，则由于轧机2的轧辊速度的变动，轧机相互间的张力变得相当混乱，会影响安全操作，所以实际上采取的方法是，在观察轧制状况的基础上，尽可能调大调整率α。

作为板材轧制的控制方法例如有日本发明专利公开1992年第210805号公报、日本发明专利公告1994年第71616号公报记载的例子，均是在将厚度计式、绝对厚度确保方式及监控方式相互组合进行板厚控制时，通过研究改进板厚数据传输时间、压下位置的计算方法，以求提高板厚精度的。上述例子均不是在考虑通板性(抑制张力变动)的基础上，对控制极限及调整率进行控制的。实际上，还必须在考虑对张力的影响的基础上进行板厚控制。

在如上所述的传统连续轧机的板厚控制方法中，使调整率α变化时对张力的影响还不能用公式表示，而是在观察轧制状况的基础上，采用逐次逼近法进行调整率α的调节。

本发明是为了解决如上所述的问题而进行的，目的在于获得这样的连续轧机的板厚控制方法及板厚控制装置，它是用公式表示使调整率α变化时对张力的影响，这样可以很容易进行调整率α的调节。

本发明的连续轧机的板厚控制方法是一种连续轧机的厚度计式板厚控制方法，具有：求出被轧件即将进入轧机之前的入口板厚偏差的入口板厚偏差检测工序；求出被轧件刚通过轧机之后的出口板厚偏差的出口板厚偏差检测工序；根据入口板厚偏差和出口板厚偏差求出板速度的前滑率变动的进速系数变动计算工序；以及，根据前滑率变动、入口板厚偏差及出口板厚偏差，对抑制轧机间的张力变动有关的调整率进行调节的调整率调节工序。

此外，还具有下限值计算工序，该工序使用抑制张力优先时的调整率的最佳值，该张力抑制可以通过用常数近似压下装置的特性来导出，并通过假定塑性系数，计算被轧件轧制前调整率的下限值，调整率调节工序使用下限值，在被轧件轧制前也进行调整率的调节。

此外，下限值计算工序计算多台轧机调整率的下限值，调整率调节工序设定使张力载荷一定的调整率的基准值，该张力载荷是取决于所给出的轧制方案的对多台轧机的张力载荷，再通过在基准值上加上相同系数，来求出多台轧机的调整率。

此外，调整率调节工序使用根据刚开始轧制后存储的基准轧制载荷求出的塑性系数，在轧制过程中对调整率进行调整。

此外，本发明的轧制方案计算方法是一种连续轧机的轧制方案的计算方法，具有：求出被轧件即将进入轧机之前的入口板厚偏差的入口板厚偏差检测工序；求出被轧件刚通过轧机之后的出口板厚偏差的出口板厚偏差检测工序；从入口板厚偏差和出口板厚偏差求出板速度的前滑率变动的前滑率变动计算工序；以及计算同时满足下述条件的轧制方案的轧制方案计算工序，这些条件包括，根据在通过用常数近似压下装置的特性可导出的张力抑制为优先时的调整率的最佳值、入口板厚及出口板厚，使所有轧机的调整率为一定时的条件；以及相对1台轧机的实际入口板厚偏差，实现N台轧机的目标出口板厚偏差用的条件。

此外，本发明的连续轧机的板厚控制装置是一种连续轧机的厚度计式板厚控制装置，具有：求出被轧件即将进入轧机之前的入口板厚偏差的入口板厚偏差检测手段；求出被轧件刚通过轧机之后的出口板厚偏差的出口板厚偏差检测手段；从入口板厚偏差和出口板厚偏差求出板速度的前滑率变动的前滑率变动计算手段；以及，根据前滑率变动、入口板厚偏差及出口板厚偏差，对与轧机间的张力变动抑制有关的调整率进行调节的调整率调节手段。

此外，还具有下限值计算手段，该手段使用张力抑制优先时的调整率的最佳值，该张力抑制通过用常数近似压下装置的特性可以导出，并通过假定塑性系数，在被轧件轧制前计算调整率的下限值，调整率调节手段使用下限值，在被轧件轧制前也进行调整率的调节。

此外，下限值计算手段计算多台轧机调整率的下限值，调整率调节手段设定使张力载荷一定的调整率的基准值，该张力载荷是取决于所给出的轧制方案的对多台轧机的张力载荷，再通过在基准值上加上相同系数，来求出多台轧机的调整率。

此外，调整率调节手段使用根据刚开始轧制后存储的基准轧制载荷求出的塑性系数，在轧制过程中对调整率进行调整。

附图的简单说明

图1所示为轧机间的张力模型示意图。

图2所示为轧机的入口、出口板厚偏差的示意图。

图3所示为出口板厚偏差与前滑率变动之关系的曲线图。

图4所示为本发明实施形态1的构成图。

图5所示为图6的方框图变形后的方框图。

图6所示为厚度计式板厚控制之一例的方框图。

现说明实施形态1。

图1是将符号8的轧机i与符号9的轧机i＋1之间的张力建模时的示意图。可以认为，轧机间的张力σ与轧机i的出口板速度Vⁱ_out和轧机i＋1的入口板速度V^i＋1_in之间的差分的积分成正比。即：

(式2) $>>\sigma >=>>E>L>>\int >>(sup>>V>in>>i>+>1>sup>>-sup>>V>out>isup>>)>>dt>\dots >>(>2>)>>>s>该出口板速度Viout与后面的轧机的轧辊速度Virol可以用下面的关系式表示：$

(式3) $>sup>>V>out>isup>>=sup>>V>rol>isup>>>(>1>+>>fs>i>>)>>\dots >>(>3>)>>>s>$

在此，fsⁱ称为前滑率，表示相对轧辊速度Vⁱ_rol的出口板速度Vⁱ_out的增加率。如果轧辊速度Vⁱ_rol被控制为一定，则根据式(3)，若fsⁱ的变动Δfsⁱ增加，则出口板速度Vⁱ_out的变动增加，张力σ向混乱方向变动。同样，轧机i＋1的出口板速度V^i＋1_out也可以用下面的关系式表示。

(式4) $>sup>>V>out>>i>+>1>sup>>=sup>>V>rol>>i>+>1>sup>>>(>1>+>>fs>>i>+>1>>>)>>\dots >>(>4>)>>>s>$

还有，轧机i＋1的入口板速度V^i＋1_in如果用前滑率fs^i＋1来表示，根据质量流守恒定律，则：

(式5) $>sup>>V>in>>i>+>1>sup>>=sup>>V>rol>>i>+>1>sup>>>(>1>+>>fs>>i>+>1>>>)>>>>h>>i>+>1>>>>H>>i>+>1>>>>\dots >>(>5>)>>>s>$

式中，H^i＋1、h^i＋1分别为轧机i＋1的入口板厚和出口板厚。如果假定进行控制使轧辊速度V⁽⁺⁾_rol为一定，则根据式(5)，虽然也取决于H^i＋1、h^i＋1的变动，但一般情况下，如果fs^i＋1的变动Δfs^i＋1增加，则V^i＋1_m的变动增加，张力σ向混乱方向变动。

因此，求出使前滑率变动Δfs变小的条件。前滑率fs使用最简单的近似式，根据入口板厚H和出口板厚h可以表示如下：

(式6) $>>fs>=>>1>4>>>>H>->h>>H>>\dots >>(>6>)>>>s>$

设入口板厚偏差的最大部分偏差为ΔH，其通过轧机后剩余的偏差为Δh(图2)，则前滑率变动的绝对值|Δfs|可以用下式表示(前滑率变动计算工序，前滑率变动计算手段)：

(式7) $>>|>\Delta fs>|>\approx >>1>4>>|>>>H>+>\Delta H>->>(>h>+>\Delta h>)>>>>H>+>\Delta H>>>->>>H>->h>>H>>|>=>>1>4>>>>|>\Delta H>·>h>->\Delta h>·>H>|>>>>(>H>+>\Delta H>)>>H>>>\dots >>(>7>)>>>s>$

因此，根据式(7)，

ΔH·h－Δh·H＜0时，Δh：小→|Δfs|：小→张力变动：小

ΔH·h－Δh·H＞0时，Δh：大→|Δfs|：小→张力变动：小

图3所示为出口板厚偏差Δh与前滑率变动Δfs关系之一例。利用该原理来调节调整率α的大小。

图4所示为本发明中的调整率α调节原理之一实施例的方框图。在图4中，符号10是在本发明中新引入的调整率α的调节装置(调整率调节工序、调整率调节手段)。符号11为直接测量即将进入轧机的被轧件板厚偏差ΔH的测量机构(入口板厚偏差检测工序、入口板厚偏差检测手段)，符号12为直接测量刚通过轧辊之后的被轧件板厚偏差Δh的测量机构(出口板厚偏差检测工序、出口板厚偏差检测手段)。

调整率α调节装置10根据测量机构11、12获得的板厚偏差ΔH、Δh以及轧制方案的设定入口板厚H和出口板厚h，计算下式：

(式8)

K＝ΔH·h－Δh·H    …(8)

根据式(7)，当K＜0时，

Δh：小→|Δfs|：小→张力变动：小

所以，如果为了减小出口板厚偏差Δh而增大调整率α，则张力变动Δσ变小，所以在调整率α上加上调整系数C＞0。另一方面，当K＞0时，

Δh：大→|Δfs|：小→张力变动：小

所以，如果为了增大出口板厚偏差Δh而减小调整率α，则张力变动Δσ变小。这违反了最终减小轧机的出口板厚偏差这一本来的目的，α应该尽可能大。因此，从通过抑制张力变动来安全操作的观点，将根据张力变动Δσ决定的系数：

f(Δσ)＞0

从调整率α中减去，用这样的方法决定α。

利用以上的算法，就不必如传统的那样，在观察轧制中的张力变动情况的基础上，通过逐次逼近法决定调整率α，在有的情况下，增大调整率α能抑制张力变动Δσ，检测这样的轧制状况，此外，在也含有安全操作的观点的基础上，可以获得为得到最大效果的最佳调整率α。

又，在本实施形态中，被轧件在即将进入轧机之前的板厚偏差ΔH及被轧件刚通过轧辊后的板厚偏差Δh(入口板厚偏差检测手段、出口板厚偏差检测手段)是由测量机构11、12检测的，但也可以使用来自测力传感器13的轧制载荷或来自压下装置1的压下位置S等的物理量，间接计算板厚偏差ΔH及板厚偏差Δh。

现说明实施形态2。

以下再通过使用式(7)，从理论上求出抑制张力变动为优先时的调整率α的最佳值。图5为将图6的厚度计式板厚控制的方框图变形后重画的图。若将出口板厚偏差Δh和压下位置变化ΔS_A用公式表示，则：

(式9)

Δh＝(ΔH－ΔS_A)G_P＋ΔS_A    …(9)

(式10) $>>\Delta >>S>A>>=>>H>P>>[>>\Delta S>A>>->G>\{>>\Delta S>A>>+>>\alpha G>P>>>(>\Delta H>->>\Delta S>A>>)>>\}>]>\dots >>(>10>)>>>s>$

其中，

(式11) $>>>G>P>>=>>Q>>M>+>Q>>>\dots >>(>11>)>>>s>$

(式12) $>>>H>P>>=>>>e>>->TS>>>>>T>P>>s>+>1>>>\dots >>(>12>)>>>s>$

根据式(10)得出：

(式13) $>>>\Delta S>A>>=>>>>>>->\alpha H>>P>>>GG>P>>\Delta H>>>1>->>H>P>>>(>1>->G>+>>\alpha GG>P>>)>>>>>\dots >>(>13>)>>>s>$

所以，如果将式(13)代入式(9)，则：

(式14)

Δh＝A(s；α)ΔH    …(14)

(式15) $>>A>>(>s>,>\alpha >)>>=>>>1>->>H>P>>\{>1>->G>>(>1>->\alpha >)>>\}>>>1>->>H>P>>\{>1>->G>>(>1>->\alpha G>)>>\}>>>>G>P>>\dots >>(>15>)>>>s>$

若将式(14)代入式(7)，则获得：

(式16) $>>|>\Delta fs>|>=>>1>4>>>>\Delta H>|>h>->A>>(>S>;>\alpha >)>>H>|>>>>(>H>+>\Delta H>)>>H>>>\dots >>(>16>)>>>s>$

为使张力变动Δσ为最小的调整率α的最佳值是符合下式的

(式17)

Δfs(α)＝0         …(17)

如果假定HpHc(常数)来求其值，则获得与入口板厚偏差ΔH和出口板厚偏差Δh无关的的关系式：

(式18) $>ver>>\alpha >~>>=>>>>(>>G>p>>H>->h>)>>>(>1>->>H>c>>+>>H>c>>G>)>>>>>H>c>>>GG>p>>>(>H>->h>)>>>>\dots >>(>18>)>>>s>$

其中，Hp表示压下装置1的响应特性，将其近似为常数Hc时，假如设：相对被轧件的最大偏差ΔH^Max，实际的最大输出值ΔS^Max_A对板厚控制装置输出的最大指令值ΔS^Max的比率为Hc，则可以求出反映轧机特性的。如果在轧制前假定塑性系数Q，使用式(18)求，则为了使张力变动Δσ最小，能掌握调整率α的值，同时能在轧制前掌握根据板厚控制的观点的α的下限值(下限值计算工序、下限值计算手段)。由此，能回避实施形态1的K＜0的情况，能缩短调整时间。

现说明实施形态3。

此外，如果在轧制前假定塑性系数Q，用式(18)对各轧机i求，则可以知道，相对与给出的轧制方案有关的张力变动Δσ，其调整率α的载荷平衡。如果以该为基准，对各轧机i的调整率α加上相同的系数C＞0，以这样的形式：

(式19) $>>>\alpha >i>>=>ver>>\alpha >~>>i>>+>c>\dots >>(>19>)>>>s>$

对调整率α进行调整，就可以抑制各轧机间的张力变动的偏差。

现说明实施形态4。

在上述的实施形态3中，在轧制前使用式(18)对各轧机i求时，必须假定塑性系数Q，一般情况下，塑性系数Q与轧制载荷F的关系可以如下表示：

(式20) $>>Q>=>>F>>H>->h>>>\dots >>(>20>)>>>s>$

如果利用该关系式，将刚开始轧制后存入未图示的基准轧制载荷存储装置的基准轧制载荷F_AO代入式(20)来求出塑性系数Q₀，并使用该塑性系数Q₀，用式(18)、(19)对调整率αⁱ进行调整，则可以更正确地进行调整率的调整，以抑制各轧机间的张力变动的偏差。

现说明实施形态5。

以下对本发明的实施形态5进行说明。从式(18)可以知道，相对于与给出的轧制方案有关的张力变动Δσ，其调整率α的载荷平衡。因为式(18)是入口板厚H与出口板厚h的函数，所以，利用它可以求出使相对于张力变动Δσ的载荷达到均匀的轧制方案。即，如果将式(18)置换成各轧机i，则成下式：

(式21) $>>ver>>\alpha >~>>i>>=>>>>(>>G>p>>>h>>i>->1>>>->>h>i>>)>>>(>1>->>H>c>>+>>H>c>>G>)>>>>>H>c>>>GG>p>>>(>>h>>i>->1>>>->>h>1>>)>>>>\dots >>(>21>)>>>s>$

再从式(14)、(15)获得下式：

(式22) $>>>\Delta h>i>>=>>>1>->>H>c>>\{>1>->G>>(>1>->>\alpha >i>>)>>\}>>>1>->>H>c>>\{>1>->G>>(>1>->>\alpha >i>>G>)>>\}>>>>G>p>>>\Delta h>>i>->1>>>\dots >>(>22>)>>>s>$

因此，为了使相对于张力变动Δσ的载荷达到均匀，设：

(式23)

从满足式(21)的hⁱ的集合{hⁱ}之中，根据以下的观点选择1个集合

利用式(21)从求，设：

(式24) $>>>\alpha >i>>=>ver>>\alpha >~>>i>>+>c>\dots >>(>24>)>>>s>$

将αⁱ代入式(22)，通过这样就能求出对各轧机的板厚控制给予均匀载荷时的、各轧机的相对于入口板厚偏差Δh^i－1的出口板厚偏差Δhⁱ。于是，相对于轧机1的实际的入口板厚偏差ΔHi=Δh⁰，决定和c，以实现轧机N的目标出口板厚偏差Δh^N。若利用以上的轧制方案设定方法，就可以获得使相对于各轧机间的张力变动Δσ的载荷平衡得以分散的轧制方案。

本发明的连续轧机的板厚控制方法是一种连续轧机的厚度计式板厚控制方法，具有：求出被轧件即将进入轧机之前的入口板厚偏差的入口板厚偏差检测工序；求出被轧件刚通过轧机后的出口板厚偏差的出口板厚偏差检测工序；从入口板厚偏差和出口板厚偏差求出板速度的前滑率变动的前滑率变动计算工序；以及，根据前滑率变动、入口板厚偏差及出口板厚偏差，对与轧机间的张力变动抑制有关的调整率进行调节的调整率调节工序。因此，可以获得取得最大效果用的最佳调整率α。此外，可以使调整率α变化时对张力的影响以数学式表示，就可以方便地调节调整率α。

此外，还具有下限值计算工序，该工序使用张力抑制优先时的调整率的最佳值，该张力抑制通过用常数近似压下装置的特性可以导出，并通过假定塑性系数，在被轧件轧制前计算调整率的下限值，调整率调节工序使用下限值，在被轧件轧制前也进行调整率的调节。因此，可以回避K＜0的情况，可以缩短调整时间。

此外，下限值计算工序计算多台轧机调整率的下限值，调整率调节工序设定使张力载荷一定的调整率的基准值，该张力载荷是取决于所给出的轧制方案的对多台轧机的张力载荷，再通过在基准值上加上相同系数，来求出多台轧机的调整率。因此，可以抑制各轧机间的张力变动的偏差。

此外，调整率调节工序使用根据刚开始轧制后存储的基准轧制载荷求出的塑性系数，在轧制过程中对调整率进行调整。因此，可以更正确地进行调整率的调整。

此外，本发明的轧制方案计算方法是一种连续轧机的轧制方案的计算方法，具有：求出被轧件即将进入轧机之前的入口板厚偏差的入口板厚偏差检测工序；求出被轧件刚通过轧机之后的出口板厚偏差的出口板厚偏差检测工序；从入口板厚偏差和出口板厚偏差求出板速度的前滑率变动的前滑率变动计算工序；以及计算同时满足下述条件的轧制方案的轧制方案计算工序，这些条件包括：根据张力抑制(该张力抑制通过用常数近似压下装置的特性可导出)为优先时的调整率的最佳值、入口板厚及出口板厚，使所有轧机的调整率为一定时的条件，以及相对1台轧机的实际入口板厚偏差，实现N台轧机的目标出口板厚偏差用的条件。因此，可以获得使相对于各轧机间的张力变动的载荷平衡分散的轧制方案。

此外，本发明的连续轧机的板厚控制装置是一种连续轧机的厚度计式板厚控制装置，具有：求出被轧件即将进入轧机之前的入口板厚偏差的入口板厚偏差检测手段；求出被轧件刚通过轧机之后的出口板厚偏差的出口板厚偏差检测手段；从入口板厚偏差和出口板厚偏差求出板速度的前滑率变动的前滑率变动计算手段；以及，根据前滑率变动、入口板厚偏差及出口板厚偏差，对与轧机间的张力变动抑制有关的调整率进行调节的调整率调节手段。因此，可以获得取得最大效果的最佳调整率α。此外，使调整率α变化时对张力的影响可以以数学式表示，就可以方便地调节调整率α。

此外，还具有下限值计算手段，该手段使用张力抑制优先时的调整率的最佳值，该张力抑制通过用常数近似压下装置的特性可以导出，并通过假定塑性系数，在被轧件轧制前计算调整率的下限值，调整率调节手段使用下限值，在被轧件轧制前也进行调整率的调节。因此，可以回避K＜0的情况，可以缩短调整时间。

此外，下限值计算手段计算多台轧机调整率的下限值，调整率调节手段设定使张力载荷一定的调整率的基准值，该张力载荷是取决于所给出的轧制方案的对多台轧机的张力载荷，再通过在基准值上加上相同系数，来求出多台轧机的调整率。因此，可以抑制各轧机间张力变动的偏差。

此外，调整率调节手段使用根据刚开始轧制后存储的基准轧制载荷求出的塑性系数，在轧制过程中对调整率进行调整。因此，能更正确地进行调整率的调整。