TW201813733A - 邊緣加熱器控制裝置 - Google Patents

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Abstract

邊緣加熱器控制裝置(3)係具備：第一溫度分布預測部(33)、第二溫度分布預測部(34)、及供給能量算出部(32)。第一溫度分布預測部(33)係依據顯示供給至邊緣加熱器(23)的電能的暫定值，預測邊緣加熱器出料側的軋延材(1)的寬幅方向溫度分布(第一溫度分布)。第二溫度分布預測部(34)係依據前述第一溫度分布，預測軋延床(24)出料側的軋延材(1)的寬幅方向溫度分布(第二溫度分布)。供給能量算出部(32)係在軋延材(1)到達邊緣加熱器(23)之前，算出為了滿足與前述第二溫度分布的寬幅方向端部相關之溫度條件所需之顯示應供給至邊緣加熱器(23)的電能的指示值。

Description

邊緣加熱器控制裝置
本發明係關於加熱軋延材的寬幅方向端部的邊緣加熱器的邊緣加熱器控制裝置。
軋延產線，特別是熱間軋延產線中，邊緣加熱器係使用於加熱軋延材的寬幅方向端部(板寬幅方向端部)。寬幅方向端部的溫度容易下降，當溫度下降時，強度、延展性等之金屬材料的性質係會降低。以邊緣加熱器進行寬幅方向端部的加熱的目的在於獲得遍及軋延材的板寬幅方向整體之均勻的品質。另外，不鏽鋼等的材料會因寬幅方向端部的溫度下降而於寬幅方向端部產生裂縫，亦會有阻礙軋延的安定性、製品成為不良品的情況，因此，為了防止該等情況，軋延材係藉由邊緣加熱器加熱升溫。
專利文獻中記載有在熱間軋延中，利用差分法精度良好地計算軋延材的板寬幅方向的溫度分布者，可舉例如特開2015-147216號公報(專利文獻1)。專利文獻1係揭示一種溫度分布預測裝置，依據板寬幅中央部的溫度計算值，近似地計算寬幅方向的溫度分布。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利公開公報特開2015-147216號
軋延材的寬幅方向端部的溫度係較寬幅方向中央部容易降低，使得品質容易劣化。為了改善此情況，而於軋延產線設置邊緣加熱器。然而，習知的邊緣加熱器的加熱控制係僅藉由依試誤法之方式決定的電力來加熱軋延材，而無法充分抑制對於品質影響大的軋延床出料側之軋延材的寬幅方向端部的溫度下降。
本發明係為了解決上述課題而研創者，目的在於提供一種邊緣加熱器控制裝置，可在軋延材到達邊緣加熱器之前，決定為了滿足軋延床出料側的軋延材的寬幅方向端部之溫度條件所需之應供給至邊緣加熱器的電能。
為了達成上述目的，本發明之邊緣加熱器控制裝置係用於軋延產線之邊緣加熱器控制裝置，該軋延產線係具有：邊緣加熱器，接受對應於指示值之電能的供給以加熱軋延材的寬幅方向端部；以及設於前述邊緣加熱器的下游側之至少一個軋延床；該邊緣加熱器控制裝置係具備：第一溫度分布預測部，依據顯示供給至前述邊緣加熱器的電能的暫定值，預測前述邊緣加熱器出料側的前述軋 延材的寬幅方向溫度分布(第一溫度分布)；第二溫度分布預測部，依據前述第一溫度分布，預測前述軋延床出料側的前述軋延材的寬幅方向溫度分布(第二溫度分布)；以及供給能量算出部，在前述軋延材到達前述邊緣加熱器之前，算出為了滿足與前述第二溫度分布的寬幅方向端部相關之溫度條件所需之顯示應供給至前述邊緣加熱器的電能的前述指示值。
依據本發明，即可在軋延材到達邊緣加熱器之前，決定為了滿足軋延床出料側的軋延材的寬幅方向端部之溫度條件所需之應供給至邊緣加熱器的電能。因此，依據本發明，可抑制軋延床出料側的品質降低。
1‧‧‧軋延材
2‧‧‧軋延產線
3‧‧‧邊緣加熱器控制裝置
5‧‧‧上位計算機
21‧‧‧加熱爐
22‧‧‧粗軋延機
23‧‧‧邊緣加熱器
24‧‧‧精軋延機
25‧‧‧冷卻台
26‧‧‧捲取機
27‧‧‧邊緣加熱器入料側溫度計
31‧‧‧資料取得部
32‧‧‧第一供給能量算出部
33‧‧‧第一溫度分布預測部
34‧‧‧第二溫度分布預測部
35‧‧‧邊緣加熱器溫度計算簡易模型
36‧‧‧厚度寬幅方向溫度模型
37‧‧‧第二供給能量算出部
38‧‧‧加熱模式選擇部
39‧‧‧第一加熱模式計算部
40‧‧‧第二加熱模式計算部
41‧‧‧軋延模式選擇部
101‧‧‧CPU
102‧‧‧ROM
103‧‧‧RAM
104‧‧‧輸出輸入介面
105‧‧‧系統匯流排
106‧‧‧輸入裝置
107‧‧‧顯示裝置
108‧‧‧儲存器
109‧‧‧通信裝置
第1圖係顯示實施形態1之軋延產線的系統構成之概略圖。
第2圖係實施形態1之邊緣加熱器控制裝置3的功能方塊圖。
第3圖係第一供給能量算出部32及第二溫度分布預測部34執行之程序的流程圖。
第4圖係第一供給能量算出部32及第一溫度分布預測部33執行之程序的流程圖。
第5圖係表示垂直於軋延材1的長方向的剖面之剖面 圖。
第6圖係顯示以第二溫度分布預測部34計算軋延材1的溫度之一例的圖表。
第7圖係顯示為了進行有限元素法之解析而切開網目的樣子。
第8圖係顯示邊緣加熱器溫度計算簡易模型35的一例之圖。
第9圖係實施形態2之邊緣加熱器控制裝置3的功能方塊圖。
第10圖係實施形態2之邊緣加熱器控制裝置3執行之程序的流程圖。
第11圖係用以說明供給至邊緣加熱器23之電能與第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度之關係的一例的圖表。
第12圖係用以說明供給至邊緣加熱器23之電能與第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度之關係的一例的圖表。
第13圖係用以說明供給至邊緣加熱器23之電能與寬幅方向端部的溫度變化之關係的其他例的圖表。
第14圖係實施形態3之邊緣加熱器控制裝置3的功能方塊圖。
第15圖係實施形態3之邊緣加熱器控制裝置3執行之程序的流程圖。
第16圖係顯示各實施形態之邊緣加熱器控制裝置3具有之處理電路的硬體構成例的方塊圖。
以下，參照圖式，詳細說明本發明之實施形態。另外，對於各圖中共通的要素係附記相同符號並省略重複說明。
實施形態1.
<軋延產線的系統構成>
第1圖係顯示實施形態1之軋延產線的系統構成之概略圖。第1圖中，軋延材1係在軋延產線2加工之間延展薄化，且亦將寬幅控制於預定值。為了使說明容易理解，軋延產線2係設定為鋼鐵的熱間軋延產線。軋延產線2的主要設備係具備：加熱爐21、粗軋延機22、邊緣加熱器23、精軋延機24、冷卻台25、及捲取機26。
軋延材1離開加熱爐21時，例如厚度為250mm、寬幅為800~2000mm、長度為5~10m左右之成形為胚板的立方體的鐵塊。胚板係以加熱爐21加熱，約1200℃時從加熱爐21抽出。粗軋延機22通常係由一台至三台構成，以順流方向(從上游至下游)、逆流方向(從下游至上游)，經複數次傳送而軋延。粗軋延機22亦有附加稱為整邊器之調整寬幅裝置之情形。
邊緣加熱器23係設置於粗軋延機22與精軋延機24之間，為用以加熱軋延材1的寬幅方向端部的裝置。又，粗軋延機22與精軋延機24之間亦有設置切除軋延材的前後端的剪床、以高壓水除去形成於軋延材的表面的氧化膜的除垢器、加熱寬幅方向整體的條狀加熱器等之 情形。
設於邊緣加熱器23的下游的精軋延機24係具備複數個軋延床，從上游至下游單一方向地進行軋延，並決定與軋延材1的板厚、板寬幅等的尺寸相關的最終品質。軋延材1的溫度，於精軋延機24的出料側約為900℃。軋延床中具有軋延輥、支持輥等的裝置。以上下的軋延輥將軋延材1軋延。此時，軋延材1的熱係藉由軋延輥、直接噴射於軋延材1的冷卻水等而散熱。由於寬幅方向端部相較於寬幅方向中央部與水、空氣接觸的面積較大，因而容易散熱，溫度容易下降。
冷卻台25係對軋延材1供水以降低溫度。以捲取機26捲取成捲狀之前的溫度，特殊鋼等溫度較低的情況為200℃，普通鋼的情況為600℃左右。
邊緣加熱器23係連接於邊緣加熱器控制裝置3。邊緣加熱器控制裝置3係連接於設在粗軋延機22與邊緣加熱器23之間的邊緣加熱器入料側溫度計27以及上位計算機5。
<實施形態1之邊緣加熱器控制裝置>
使用第2圖來說明實施形態1之邊緣加熱器控制裝置3的整體概要。第2圖係實施形態1之邊緣加熱器控制裝置3的功能方塊圖。
實施形態1之邊緣加熱器控制裝置3係具備：資料取得部31、第一供給能量算出部32、第一溫度分布預 測部33、及第二溫度分布預測部34。
資料取得部31係從上位計算機5取得與軋延材1相關的各種資料(軋延材1的鋼材種類、厚度、搬送速度、精軋延機24的控制量、精軋延機24的最終軋延床出料側的軋延材1的寬幅方向端部的溫度條件等)。另外，資料取得部31係從邊緣加熱器入料側溫度計27取得邊緣加熱器23的入料側的軋延材1的初期溫度。
第一溫度分布預測部33係依據顯示供給至邊緣加熱器23的電能之暫定值，預測邊緣加熱器出料側的軋延材1的寬幅方向溫度分布(以下稱為「第一溫度分布」)。
第二溫度分布預測部34係依據第一溫度分布，預測精軋延機24的最終軋延床出料側的軋延材1的寬幅方向溫度分布(以下稱為「第二溫度分布」)。
邊緣加熱器控制裝置3係於軋延材1到達邊緣加熱器23之前，算出為了滿足與第二溫度分布的寬幅方向相關之溫度條件所需的指示值，該指示值係顯示應供給至邊緣加熱器23的電能。
實施形態1之系統的目的係在於：當精軋延機24的最終軋延床出料側的軋延材1的寬幅方向溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度，亦即第二溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度，被賦予作為溫度條件時，可求取出為了達成此目標溫度所需的指示值，該指示值係顯示應供給至邊緣加熱器23的電能。
為了實現此目的，實施形態1之第一供給能 量算出部32係在軋延材1到達邊緣加熱器23之前，執行以下(1)~(3)的處理。
(1)第一供給能量算出部32係取得第二溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度作為上述溫度條件。此目標溫度係由上位計算機5經由資料取得部31而提供。另外，為了獲得遍及軋延材1的全板寬幅方向均勻的品質，目標溫度設定為接近第二溫度分布的寬幅方向中央部的溫度。又，目標溫度可對應寬幅方向端部的一點而設定，亦可對應複數點而設定。另外，亦可為代表值。
(2)接著，第一供給能量算出部32係利用第二溫度分布預測部34，計算出為了使第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度滿足在(1)中取得的目標溫度所需的第一溫度分布。
(3)之後，第一供給能量算出部32係利用第一溫度分布預測部33，算出為了滿足在(2)中算出之第一溫度分布所需的指示值，該指示值係顯示應供給至邊緣加熱器23的電能。
此時，第二溫度分布預測部34一般係從上游向下游側計算軋延材1的溫度。進行高精度的溫度計算時係利用差分法等，將軋延材1區分為小部分，以數式記述其部分的熱的增減。使用此方法時，在(2)中，不可能從第二溫度分布直接計算出第一溫度分布，亦即不可能從下游側向上游側直接計算出溫度分布。又，若利用簡便的溫度模型，雖有可從下游側向上游側直接計算之情形，但通 常無法確保溫度模型的精度。
<算出第一溫度分布的目標分布之處理的流程>
對此，第一供給能量算出部32係進行以下的反覆計算，算出邊緣加熱器出料側的軋延材1的寬幅方向溫度分布(第一溫度分布)的目標分布。參照第3圖，說明上述(2)的處理。
第3圖係第一供給能量算出部32及第二溫度分布預測部34執行之程序的流程圖。本程序係在軋延材1到達邊緣加熱器23之前執行。
第3圖所示的程序，首先，於步驟S100中，第一供給能量算出部32係設定第一溫度分布的暫定目標分布。
接著，於步驟S110中，第二溫度分布預測部32係依據步驟S100中設定的暫定目標分布，利用後述之厚度寬幅方向溫度模型36，計算精軋延機出料側的軋延材1的寬幅方向溫度分布的第二溫度分布。
接著，於步驟S120中，第一供給能量算出部32係對於步驟S110中所算出之第二溫度分布，判斷第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度是否在目標溫度範圍內。目標溫度範圍係於上述(1)中取得之第二溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度加算誤差範圍(±α)後之溫度範圍。
步驟S120中之判斷條件未成立時，回到步驟S100，第一供給能量算出部32係朝適當的方向些微地變更 第一溫度分布的暫定目標分布。具體地，於步驟S110算出之第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度低於目標溫度範圍時，將次一暫定目標分布的數值設定為高於前次值，相反地，高於目標溫度範圍時，將次一暫定目標分布的數值設定為低於前次值。暫定目標分布係反覆更新至步驟S120的判定處理成立為止。
步驟S120中之判定條件成立時，接著進行步驟S130的處理。步驟S130中，第一供給能量算出部32係將暫定目標分布定為第一溫度分布的目標分布。之後，執行第4圖所示之程序。
<算出應供給至邊緣加熱器的電能之處理的流程>
與上述(2)相同地，上述(3)的計算中，不可能從下游側向上游側直接從第一溫度分布的目標分布直接計算出應供給至邊緣加熱器23的電能。對此，第一供給能量算出部32係進行以下的反覆計算，算出應供給至邊緣加熱器23的電能。參照第4圖，說明上述(3)的處理。
第4圖係第一供給能量算出部32及第一溫度分布預測部33執行之程序的流程圖。本程序係在第3圖所示之程序執行後且在軋延材1到達邊緣加熱器23之前執行。
第4圖所示的程序，首先，於步驟S140中，第一供給能量算出部32係設定顯示應供給至邊緣加熱器23的電能之暫定值。
接著，於步驟S150中，第一溫度分布預測部33係依據步驟S140中設定的暫定值，利用後述之邊緣加熱器溫度計算簡易模型35，計算第一溫度分布。
接著，於步驟S160中，第一供給能量算出部32係判斷步驟S150中所算出之第一溫度分布，是否與上述(2)中決定的第一溫度分布的目標分布一致或是充分地接近。例如，判斷所算出之第一溫度分布的寬幅方向端部的溫度是否在第一溫度分布的目標分布的寬幅方向端部的目標溫度範圍內。目標溫度範圍係於第一溫度分布的目標分布的寬幅方向端部的溫度加算誤差範圍(±β)後之溫度範圍。
步驟S160中之判斷條件未成立時，回到步驟S140，第一供給能量算出部32係朝適當的方向些微地變更顯示應供給至邊緣加熱器23的電能之暫定值。具體地，於步驟S150算出之第一溫度分布的寬幅方向端部的溫度低於目標溫度範圍時，將次一暫定值的數值設定為高於前次值，相反地，高於目標溫度範圍時，將次一暫定值的數值設定為低於前次值。暫定值係反覆更新至步驟S160的判定處理成立為止。
步驟S160中之判定條件成立時，接著進行步驟S170的處理。步驟S170中，第一供給能量算出部32係將暫定值定為顯示應供給至邊緣加熱器23的電能之指示值。
之後，邊緣加熱器控制裝置3係將指示值傳 送至邊緣加熱器23，邊緣加熱器23係接受對應於指示值之電能的供給來加熱軋延材1的寬幅方向端部。
又，顯示應供給至邊緣加熱器23的電能之指示值係配合邊緣加熱器23的輸入，可為功率值、電壓值、電流值等。
<厚度寬幅方向溫度模型>
接著，參照第5圖說明厚度寬幅方向溫度模型36。如第2圖所示，第二溫度分布預測部34係與厚度寬幅方向溫度模型36協同進行溫度計算。
第5圖係表示垂直於軋延材1的長方向的剖面之剖面圖。厚度寬幅方向溫度模型36係將垂直於軋延材1的長方向之剖面的厚度方向及寬幅方向的溫度分布，利用已考量了材料內部的熱傳遞以及材料表面與外界的熱傳遞之差分法而定義的模型。如第5圖所示，剖面係分割為複數個矩形要素。第5圖中的黑點係顯示以差分法計算溫度的點，並將之稱為節點。節點之間的熱傳遞，以及節點與外界(空氣、水等)之間的熱傳遞係以下列數式記述，依據該等數式計算溫度的變化。
上述熱傳遞係表示鋼板內部的熱的移動，能夠表示為數式(1)。
在此、節點No.i與No.i+1係定義為鄰接之節點
Q i→i+1：從節點No.i朝向No.i+1的熱流[W]
k：熱傳遞率[W/(mmK)]
A i→i+1：節點No.i與No.i+1之接觸面積[mm 2]
T i ：節點No.i的溫度[K]
d：節點間距離[mm]
數式(1)亦使用於軋延輥與軋延材1之間的熱的移動的記述。
另外，上述熱傳遞係表示鋼板與外界之間的熱的移動，包含輻射之熱傳遞、氣冷對流之熱傳遞、水冷對流之熱傳遞。
輻射之熱傳遞係能夠表示為數式(2)。以下，熱流為負的情況時，顯示熱係從節點被帶走。
在此
Q rad ：壓延材表面的輻射之熱流[W]
ε：壓延材的輻射率[-]
A rad ：壓延材的計算對象的部分的表面積[mm 2]
σ：斯特凡-波茲曼常數[W/mm 2/K 4]
T surround ：周圍溫度[K]
T surf ：壓延材的計算對象的部分的表面溫度[K]
氣冷對流之熱傳遞係能夠表示為數式(3)。
Q a =-h a A a (T surf -T a ) (3)
在此
Q a ：壓延材表面的氣冷對流之熱流[W]
h a ：壓延材與周圍空氣間的熱傳遞係數[W/mm 2/K]
A a ：壓延材的計算對象的部分的表面積[mm 2]
T surf ：壓延材的計算對象的部分的表面溫度[K]
T a ：空氣溫度[K]
水冷對流之熱傳遞係能夠表示為數式(4)。
Q w =-h w A w (T surf -T w ) (4)
在此
Q w ：壓延材表面的水冷對流之熱流[W]
h w ：壓延材與冷卻水之間的熱傳遞係數[W/mm 2/K]
A w ：壓延材的計算對象的部分的表面積[mm 2]
T surf ：壓延材的計算對象的部分的表面溫度[K]
T w ：冷卻水溫度[K]
就影響軋延材1的溫度之要素而言，包含：藉由上下的軋延輥進行加工時產生的加工發熱、軋延輥與軋延材之間的摩擦造成的發熱等，該等要素亦需顧慮。
對於一個節點記述全部的熱流，以下述的數式(5)計算節點No.i的溫度變化△Ti。
在此
ρ：被冷卻體的密度[kg/mm 3]
C p ：被冷卻體的比熱[J/kg/deg]
V i ：節點No.i的微小體積[mm 3]
△t：時間變化[s]
ΣQ：熱流的和
第二溫度分布預測部34係從邊緣加熱器23至精軋延機24的出料側，反覆進行上述熱流的計算以及利用熱流的溫度的計算。
第6圖係顯示以第二溫度分布預測部34計算軋延材1的溫度之一例的圖表。顯示從位於邊緣加熱器23的下游且位於精軋延機24的入料側的溫度計FET至位於精軋延機24的出料側的溫度計FDT為止的軋延材1的溫度變化。以邊緣加熱器23加熱寬幅方向端部，在FET的位置，寬幅方向端部的溫度係上升。即使在FDT的位置，寬幅方向端部的溫度下降係較未以邊緣加熱器23加熱時更受到抑制。
<邊緣加熱器溫度計算簡易模型>
接著利用第7、8圖，說明邊緣加熱器溫度計算簡易模型35。如第2圖所示，第一溫度分布預測部33係協同邊緣加熱器溫度計算簡易模型35，依據從上位計算機5及邊緣加熱器入料側溫度計27取得之關於軋延材1的各種資 料、供給至邊緣加熱器23的電能，算出邊緣加熱器出料側的軋延材1的寬幅方向溫度分布(第一溫度分布)。
邊緣加熱器23係利用感應加熱來加熱軋延材1。受到邊緣加熱器23產生的磁場的影響，使得電流流通於軋延材1的寬幅方向端部時，軋延材1即發熱。因此，為了模型化，必需進行在邊緣加熱器23產生之磁場的解析，以及受到磁場的影響使得電流流通於軋延材1而產生的熱的解析。電磁場解析與熱傳遞解析，一般係採用有限元素法，惟，此解析非常花費時間。第7圖係顯示為了進行有限元素法之解析而切開網目的樣子。為了縮短解析時間，必需以將利用有限元素法進行之電磁場解析與熱傳遞解析的結果(離線下建構之詳細模型)簡易化後之模型來表示，並且利用於連線下的控制等。
第8圖係顯示邊緣加熱器溫度計算簡易模型35的一例之圖。第8圖係將第7圖的解析結果簡易化者，例如，表示對邊緣加熱器23供給任意功率時，對應軋延材1的初始溫度及厚度之寬幅方向端部的升溫量。第8圖中係表示：軋延材1的厚度越薄，寬幅方向端部的升溫量越大；軋延材1的初始溫度越低，寬幅方向端部的升溫量越大之關聯性。實際上，軋延材1的鋼材種類、搬送速度等亦為必需考量的參數，因此，無法以三維的圖表來表示簡易模型的全部參數。邊緣加熱器溫度計算簡易模型35係能夠以組合複數個二維(平面)之模型來表示。
具體地，邊緣加熱器溫度計算簡易模型35係 將輸入參數與輸出參數之間賦予關聯性的模型，該輸入參數係包含：供給至邊緣加熱器23的電能、邊緣加熱器入料側的軋延材1的初始溫度、板厚、鋼材種類、搬送速度，該輸出參數係顯示受到邊緣加熱器23加熱之軋延材1的升溫量。此模型係例如以數式、映成圖等定義之簡易模型。預先準備簡易模型而使用於連線中的計算，藉此可大幅縮短控制時的計算時間。
<效果>
如以上說明，依據實施形態1之邊緣加熱器控制裝置3，在軋延材到達邊緣加熱器之前，即可決定為了滿足精軋延機24的出料側的軋延材1的寬幅方向端部的目標溫度所需的應供給至邊緣加熱器的電能。在會大幅影響品質的精軋延機24的出料側，由於可適當地控制軋延材1的寬幅方向端部的溫度，故可抑制品質的劣化。
<變化例>
另外，上述實施形態1的系統中，設置有邊緣加熱器入料側溫度計27，惟，亦會有未設置邊緣加熱器入料側溫度計27的情況。未設置邊緣加熱器入料側溫度計27時，可利用為了粗軋延機22的控制而算出之軋延材1的溫度預測值來預測邊緣加熱器入料側溫度。此情況下，係以此預測溫度取代上述邊緣加熱器23的入料側的軋延材1的初期溫度。又，關於此點，以下的實施形態亦相同。
實施形態2
接著，參照第9~13圖說明本發明的實施形態2。本實施形態的系統係可於第1圖及第9圖所示之構成中，藉由使邊緣加熱器控制裝置3執行後述之第10圖的程序而實現。
上述實施形態1中，就溫度條件而言，係以提供精軋延機24的出料側的軋延材1的寬度方向溫度分布(第二溫度分布)的寬幅方向端部的目標溫度為前提。然而，不一定對於全部的軋延材1皆提供其目標溫度。例如會有在高級鋼板的軋延時，提供有其目標溫度，但在普通鋼時未提供的情況。對此，實施形態2中，在未提供目標溫度時，以有效率地使用邊緣加熱器23消耗之能量的方式來決定顯示供給至邊緣加熱器23的電能之指令值。
<實施形態2之邊緣加熱器控制裝置>
利用第9圖，說明實施形態2之邊緣加熱器控制裝置3的整體概要。第9圖係實施形態2之邊緣加熱器控制裝置3的功能方塊圖。
實施形態2之邊緣加熱器控制裝置3中除了已於實施形態1中說明之資料取得部31、第一溫度分布預測部33、及第二溫度分布預測部34之外，另具備：第二供給能量算出部37、加熱模式選擇部38、第一加熱模式計算部39、及第二加熱模式計算部40。
第2供給能量算出部37係利用第一溫度分布預測部33及第二溫度分布預測部34，算出顯示供給至邊緣加熱器23的電能之暫定值與對應該暫定值之第二溫度分布的寬幅方向端部的預測溫度之間的關係。再者，第二供給能源算出部37係將第一加熱模式計算部39或第二加熱模式計算部40算出之暫定值，定為顯示應供給至邊緣加熱器23的電能之指示值。
以下，將顯示供給至邊緣加熱器23的電能之暫定值亦僅稱為「暫定值」，將對應於暫定值之第二溫度分布的寬幅方向端部的預測溫度亦僅稱為「預測溫度」。
加熱模式選擇部38係依據從資料取得部31取得之包含鋼材種類的資料，選擇第一加熱模式與第二加熱模式之任一者。
第一加熱模式計算部39係於選擇第一加熱模式時，依據第二供給能量算出部37所算出之關係來算出預測溫度成為最大的暫定值。
第二加熱模式計算部40係於選擇第二加熱模式時，依據第二供給能量算出部37所算出之關係來算出對應於暫定值的上升之預測溫度的溫度上升率為預定的正值以上，且其中預測溫度成為最大的暫定值。
<實施形態2之處理的流程>
參照第10~13圖，說明在第二溫度分布的目標溫度未提供之情況下，已考量了實施形態2之邊緣加熱器控制裝 置3執行之能量效率的處理。
第10圖係實施形態2之邊緣加熱器控制裝置3執行之程序的流程圖。本程序係在軋延材1到達邊緣加熱器23之前執行。
第10圖所示之程序中，首先，步驟S200中，資料取得部31係取得關於軋延材1的各種資料(軋延材1的鋼材種類、厚度、搬送速度、精軋延機24的控制量、第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度條件、邊緣加熱器入料側的軋延材1的初始溫度等)。
接著，步驟S205中，第二供給能量算出部37係決定N個(N>2)供給至邊緣加熱器23的電能的暫定值。實施形態2中，第二供給能量算出部37係利用第一溫度分布預測部33及第二溫度分布預測部34，反覆進行N次對應於電能的暫定值之第二溫度分布之計算處理(步驟S210~S225)。
步驟S210中，第二供給能量算出部37係增加反覆次數的計數值i(初期值為0)。顯示第i次的電能的暫定值係被設定。
步驟S215中，第二供給能量算出部37係利用第一溫度分布預測部33，依據顯示第i次的電能的暫定值來預測第一溫度分布。
步驟S220中，第二供給能量算出部37係利用第二溫度分布預測部34，依據第一溫度分布來預測第二溫度分布。
步驟S225中，第二供給能量算出部37係判斷計數值i是否為N以上。計數值i未達N時，回到步驟S210的處理。計數值i為N以上時，進行步驟S230的處理。
步驟S230中，第二供給能量算部37係算出N個暫定值與對應於各暫定值之第二溫度分布的寬幅方向端部的預測溫度之間的關係。具體地，在以顯示供給至邊緣加熱器23的電能之暫定值為橫軸(X軸)，以第二溫度分布的寬幅方向的預測溫度為縱軸(Y軸)的直角座標系統中，描繪以暫定值與預測溫度之間的組合表示之點。
第11圖係用以說明供給至邊緣加熱器23之電能與第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度之關係的一例的圖表。第11圖所示之例中，在六點(N=6)之間計算，並於各描繪點附記編號1~6。計算點j(1~6)之供給至邊緣加熱器的電能以Ej表示。供給至邊緣加熱器23的電能(暫定值)與第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度(預測溫度)之間的關係係如第11圖所示，表示為暫定值越大則預測溫度的上升率越降低之曲線(就一例而言，為向上凸起的曲線)。
回到第10圖，繼續說明。步驟S235中，加熱模式選擇部38係依據包含鋼材種類之資料，選擇第一加熱模式與第二加熱模式之一者。選擇第一加熱模式時，進行步驟S240的處理，選擇第二加熱模式時，進行步驟S245的處理。
步驟S240中，第一加熱模式計算部39係依據步驟S230所算出之關係，算出預測溫度成為最大的暫定值。之後，步驟S250中，第二供給能量算出部37係將步驟S240中所算出之電能的暫定值定為顯示應供給至邊緣加熱器23的電能的指示值。
第11圖所示的例中，係採用計算結果之中，精軋延機出料側的寬幅方向端部的溫度成為最高的溫度條件，亦即採用點5的溫度條件。此時，顯示第11圖中的電能的值係E5。依據第一加熱模式，選擇能量效率高的電能，可將精軋延機出料側的寬幅方向端部的溫度維持於高溫。
回到第10圖繼續說明，步驟S245中，第二加熱模式計算部40係依據步驟S230所算出之關係，算出對應於暫定值的上升之預測溫度的溫度上升率為預定的正值以上，且其中預測溫度成為最大的暫定值。之後，步驟S250中，第二供給能量算出部37係將步驟S245所算出之電能的暫定值，定為顯示應供給至邊緣加熱器23的電能的指示值。
參照第12圖，具體說明步驟S250中的第二加熱模式的處理。邊緣加熱器23的能量效率係定義為邊緣加熱器所供給之每單位能量之精軋延機器的出料側的寬幅方向端部的上升溫度。第12圖中，連結各計算點時的各計算點的斜率係邊緣加熱器23的能量效率，能量效率係依點2、3、4、5的順序減小。此時，計算點2的斜率最大，效 率最佳，但溫度上升並不充分。因此，將邊緣加熱器23的能量效率為一定值以上，且精軋延機器出料側的寬幅方向端部的溫度為最高點的電能，供給至邊緣加熱器23。此一定值亦受到位於邊緣加熱器23的下游側的軋延機的台數、鋼板的水冷裝置有無等的影響，因此，依各廠設備來決定數值。
第11圖及第12圖中，計算點的數量可對應計算機的能力來決定點數。亦即，由於計算點數多則計算機的負載量越大，故在不損及計算精度的程度下設定點數。計算點為如第6圖所示之數點的情況下，藉由將點與點之間以直線、高階曲線等連結來近似，並將點與點之間的值插值，則不僅是如上述例般地各點間斷的能量，亦可求取連續的能量。
如第11圖及第12圖所示，成為向上凸起的曲線的理由係由於軋延材1加熱而溫度上升時，熱的輻射、氣冷、水冷之熱傳遞的效果提高而容易冷卻。此係依據前述數式(2)~(4)。依據數式(2)~(4)，軋延材1的溫度與軋延材1的周圍的溫度差大時，從軋延材1被帶走之熱流變大。特別是數式(2)表示的輻射的熱傳遞中，由於包含軋延材1的溫度的四次方與軋延材的周圍的溫度的四次方的差，因此，軋延材1的溫度高的區域中，輻射的熱的散逸係大於氣冷對流的影響。亦即，若提高軋延材1的溫度，則輻射造成的散熱的效果會變大，即使從邊緣加熱器23賦予更多的能量，亦有軋延材1的溫度降低的情 形。當然地不限於皆成為向上凸起的曲線，但至少為隨著成為高溫而溫度上升變得遲緩的曲線。
另外，對於精軋延機出料側的寬幅方向端部的溫度，設有上限溫度(溫度上限值)、下限溫度(溫度下限值)等的限制時，將供給至邊緣加熱器23的電能保持在其限制的範圍內。
具體地，選擇第一加熱模式時，步驟S240中，第一加熱模式計算部39係依據步驟S230中所算出之關係，算出預測溫度成為上限溫度之複數個暫定值中最小的暫定值。另外，選擇第二加熱模式時，第二加熱模式計算部40係依據步驟S230中所算出之關係，算出對應於暫定值的上升的預測溫度的上升率為預定的正值以上，且預測溫度包含在上限溫度與下限溫度之間的暫定值。
第13圖係用以說明供給至邊緣加熱器23之電能與寬幅方向端部的溫度變化之關係的其他例的圖表。第13圖中，選擇第一加熱模式時，未超過上限值的點的橫軸座標有E4與E6，惟選擇供給能量小之橫軸座標為E4之點，將E4之暫定值顯示之電能供給至邊緣加熱器。另外，第13圖中，選擇第二加熱模式時，將位於所設定之上下限值內之能量供給至邊緣加熱器。
<效果>
如以上說明，依據實施形態2之邊緣加熱器控制裝置3，能夠以邊緣加熱器23消耗的能量的最適點來控制精軋 延機出料側的軋延材1的寬幅方向端部的溫度上升。
實施形態3
接著，參照第14圖及第15圖說明實施形態3。本實施形態的系統係可於第1圖及第14圖所示之構成中，藉由使邊緣加熱器控制裝置3執行後述之第15圖的程序而實現。
實施形態1中，就溫度條件而言，說明了已提供第二溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度的情況。而實施形態2中，說明了未提供目標溫度的情況。實施形態3的目的在於，對應於目標溫度的有無，選擇並執行實施形態1的處理與實施形態2的處理。
<實施形態3之邊緣加熱器控制裝置>
第14圖係實施形態3之邊緣加熱器控制裝置3的功能方塊圖。實施形態3之邊緣加熱器控制裝置3中除了已於實施形態1中說明之資料取得部31、第一溫度分布預測部33、第二溫度分布預測部34，以及實施形態2中說明之第二供給能量算出部37、加熱模式選擇部38、第一加熱模式計算部39、第二加熱模式計算部40之外，另具備軋延模式選擇部41。
軋延模式選擇部41係就溫度條件而言提供有第二溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度的情況時，選擇第一軋延模式，而於未提供有前述目標溫度的情況時，選 擇第二軋延模式。選擇第一軋延模式時，藉由實施形態1中說明之第一供給能量算出部32算出顯示應供給至邊緣加熱器23的電能的指示值。另外，選擇第二軋延模式時，藉由實施形態2中說明之第二供給能量算出部37，將第一加熱模式計算部39或第二加熱模式計算部40算出之暫定值，定為顯示應供給至邊緣加熱器23的電能的指示值。
<實施形態3中的處理流程>
第15圖係實施形態3之邊緣加熱器控制裝置3執行之程序的流程圖。本程序係在軋延材1到達邊緣加熱器23之前執行。
第15圖所示之程序中，首先，步驟S300中，資料取得部31係取得關於軋延材1的各種資料(軋延材1的鋼材種類、厚度、搬送速度、精軋延機24的控制量、第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度條件、邊緣加熱器入料側的軋延材1的初始溫度等)。
接著，步驟S310中，軋延模式選擇部41係選擇軋延模式。就溫度條件而言提供有第二溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度的情況時，選擇第一軋延模式，而於未提供有前述目標溫度的情況時，選擇第二軋延模式。目標溫度係對應軋延材1的鋼材種類來設定。例如，普通鋼的情況時，通常未設定目標溫度。
選擇第一模式時，於步驟S320中，藉由實施形態1中說明之第一供給能量算出部32算出顯示應供給至 邊緣加熱器23的電能的指示值。因處理內容與實施形態1相同故省略說明。
選擇第二模式時，於步驟S330中，藉由實施形態2中說明之第二供給能量算出部37，將第一加熱模式計算部39或第二加熱模式計算部40算出之暫定值，定為顯示應供給至邊緣加熱器23的電能的指示值。因處理內容與實施形態2相同故省略說明。
<效果>
如以上說明，依據實施形態3之邊緣加熱器控制裝置3，可對應於第二溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度的有無，選擇並執行實施形態1的處理與實施形態2的處理。藉此，不論是從控制性能的觀點或消耗能量的觀點來考量，皆可最適當地運作邊緣加熱器23。
又，本發明的適用範圍不限於上述各實施形態所示之對象。
<硬體構成例>
第16圖係顯示各實施形態之邊緣加熱器控制裝置3具有之處理電路的硬體構成例的方塊圖。第2、9、14圖所示之邊緣加熱器控制裝置3的各部係顯示控制裝置具有的功能的一部分，各功能係藉由處理電路而實現。例如，處理電路係具備：CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103、 輸出輸入介面104、系統匯流排105、輸入裝置106、顯示裝置107、儲存器108、及通信裝置109的電腦。
CPU101係利用記錄於ROM102、RAM103等的程式、資料等，執行各種運算處理之處理裝置。ROM102係記憶用以使電腦實現各功能的基本程式、組態檔案等之唯讀的記憶裝置。RAM103係記憶CPU101執行之程式及執行各程式所需的資料之主記憶裝置，可進行高速的讀出寫入。輸出輸入介面104係連接各種硬體與系統匯流排105之仲介裝置。系統匯流排105係於CPU101、ROM102、RAM103、及輸出輸入介面104間共用之資訊傳達路徑。
另外，輸出輸入介面104係連接有輸入裝置106、顯示裝置107、儲存器108、及通信裝置109等的硬體。輸入裝置106係處理來自使用者的輸入之裝置。顯示裝置107係顯示系統的狀態等之裝置。儲存器108係積蓄程式、資料等之大容量的輔助記憶裝置，例如，硬碟裝置、非揮發性半導體記憶體等。通信裝置109係能夠以有線或無線方式，與外部裝置(上位計算機5、邊緣加熱器入料側溫度計27)進行資料通信。

Claims (6)

  1. 一種邊緣加熱器控制裝置，係用於軋延產線，該軋延產線係具有：邊緣加熱器，接受對應於指示值之電能的供給以加熱軋延材的寬幅方向端部；以及設於前述邊緣加熱器的下游之至少一個軋延床；該邊緣加熱器控制裝置係具備：第一溫度分布預測部，依據顯示供給至前述邊緣加熱器的電能的暫定值，預測前述邊緣加熱器出料側的前述軋延材的寬幅方向溫度分布之第一溫度分布；第二溫度分布預測部，依據前述第一溫度分布，預測前述軋延床出料側的前述軋延材的寬幅方向溫度分布之第二溫度分布；以及供給能量算出部，在前述軋延材到達前述邊緣加熱器之前，算出為了滿足與前述第二溫度分布的寬幅方向端部相關之溫度條件所需之顯示應供給至前述邊緣加熱器的電能的前述指示值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之邊緣加熱器控制裝置，其中，前述第一溫度分布預測部係利用邊緣加熱器溫度計算簡易模型來預測前述第一溫度分布，該邊緣加熱器溫度計算簡易模型係將包含供給至前述邊緣加熱器的電能、前述邊緣加熱器入料側的前述軋延材的初始溫度、板厚、鋼材種類、及搬送速度之輸入參數，與顯示受前述邊緣加熱器加熱之前述軋延材的升溫量之輸出參數賦予關聯性； 前述第二溫度分布預測部係利用厚度寬幅方向溫度模型，依據前述第一溫度分布預測前述第二溫度分布，該厚度寬幅方向溫度模型係利用已考量了材料內部的熱傳遞以及材料表面與外界的熱傳遞之差分法，從而定義垂直於前述軋延材的長方向之剖面的厚度方向及寬幅方向的溫度分布者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之邊緣加熱器控制裝置，其中，前述供給能量算出部係具備：第一供給能量算出部，於前述溫度條件為第二溫度分布的寬幅方向端部的目標溫度時，利用前述第二溫度分布預測部，算出前述第二溫度分布的寬幅方向端部的溫度為了滿足前述目標溫度所需之前述第一溫度分布，之後，利用前述第一溫度分布預測部，算出為了滿足所算出之前述第一溫度分布所需之顯示應供給至前述邊緣加熱器的電能之前述指示值。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之邊緣加熱器控制裝置，其中，前述供給能量算出部係具備：第二供給能量算出部，利用前述第一溫度分布預測部及前述第二溫度分布預測部，算出顯示供給至前述邊緣加熱器的電能的暫定值與對應於該暫定值之前述第二溫度分布的寬幅方向端部的預測溫度之間的關係；加熱模式選擇部，選擇第一加熱模式與第二加熱模式中之一方；第一加熱模式計算部，選擇前述第一加熱模式時， 依據前述關係，算出預測溫度成為最大之暫定值；第二加熱模式計算部，選擇前述第二加熱模式時，依據前述關係，算出對應於暫定值的上升之預測溫度的溫度上升率為預定的正值以上，且其中預測溫度成為最大的暫定值；前述第二供給能量算出部進一步將前述第一加熱模式計算部或前述第二加熱模式計算部所算出之暫定值，定為顯示應供給至前述邊緣加熱器的電能的前述指示值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之邊緣加熱器控制裝置，其中，前述溫度條件係包含前述軋延床出料側的前述軋延材的寬幅方向端部的上限溫度及下限溫度；前述第一加熱模式計算部係在選擇前述第一加熱模式時，依據前述關係，算出預測溫度成為前述上限溫度之複數個暫定值中最小的暫定值；前述第二加熱模式計算部係在選擇前述第二加熱模式時，依據前述關係，算出對應於暫定值的上升的預測溫度的溫度上升率為預定的正值以上，且預測溫度包含在前述上限溫度與前述下限溫度之間的暫定值。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之邊緣加熱器控制裝置，其中，前述供給能量算出部係具備：第二供給能量算出部，利用前述第一溫度分布預測部及前述第二溫度分布預測部，算出顯示供給至前述邊緣加熱器的電能的暫定值與對應於該暫定值之前述第 二溫度分布的寬幅方向端部的預測溫度之間的關係；加熱模式選擇部，選擇第一加熱模式與第二加熱模式中之一方；第一加熱模式計算部，選擇前述第一加熱模式時，依據前述關係，算出預測溫度成為最大之暫定值；第二加熱模式計算部，選擇前述第二加熱模式時，依據前述關係，算出對應於暫定值的上升之預測溫度的溫度上升率為預定的正值以上，且其中預測溫度成為最大的暫定值；以及軋延模式選擇部，就前述溫度條件而言，提供有前述目標溫度時，選擇第一軋延模式，而於未提供有前述目標溫度時，選擇第二軋延模式；選擇第一軋延模式時，前述第一供給能量算出部係算出顯示應供給至前述邊緣加熱器的電能的前述指示值；選擇第二軋延模式時，前述第二供給能量算出部係將前述第一加熱模式計算部或前述第二加熱模式計算部算出之暫定值，定為顯示應供給至前述邊緣加熱器的電能的前述指示值。
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