TWI675708B - 用於鋼帶的熱軋系統與方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種熱軋鋼帶平坦度控制方法，包括軋機、盤捲機、平坦度計與控制模組。軋機用以從鋼帶的頭端開始軋延。盤捲機用以盤捲鋼帶。平坦度計設置於軋鋼待機與盤捲機之間，用以量測鋼帶兩側的長度，並根據鋼帶兩側的長度計算出非對稱平坦度。控制模組根據非對稱平坦度調整軋機傾輥量。

Description

用於鋼帶的熱軋系統與方法

本發明是有關於一種能抑制鋼帶單邊波的熱軋系統與方法。

在製作鋼帶的過程中，為了使鋼帶最終具有預期之尺寸，通常會透過軋延製程來調整鋼帶的尺寸。在進行鋼帶的軋延製程時，鋼帶的軋延速度快且軋延力高，當鋼帶通過軋機機組的時候，鋼帶兩側的長度可能不同，這造成鋼帶的一側可能會形成單邊波，嚴重的單邊波會造成鋼帶軋斷而中斷生產。習知技術中是依照現場操作人員目視鋼帶的邊波情況來調整軋機的傾輥量，但有可能會有反應不及或方向調整錯誤的問題。因此，極需提出一種鋼帶之熱軋方法，以自動化的方式來解決鋼帶單邊波的問題。

本發明的實施例提出一種熱軋鋼帶平坦度控制方法，包括軋機、盤捲機、平坦度計與控制模組。軋機用以從鋼帶的頭端開始軋延，其中軋機包括相對設置可調整傾輥的調整軋輥以及固定軋輥。盤捲機用以盤捲鋼帶。平坦度計設置於軋機與盤捲機之間，用以量測鋼帶兩側的長度，並根據鋼帶兩側的長度計算出非對稱平坦度。此非對稱平坦度相關於鋼帶兩側的長度差，控制模組則根據非對稱平坦度調整軋機的傾輥量。

在一些實施例中，控制模組是根據軋延模型設定鋼帶兩側的裁減率相等，藉此計算出調整軋輥的傾輥量。

在一些實施例中，控制模組根據以下方程式(1)計算出非對稱平坦度與鋼帶兩側軋出速度差之關係，其中Asymmetric flatness為非對稱平坦度，下標a、b分別表示鋼帶的兩側，L為鋼帶的長度，v _strip 為鋼帶軋出速度，v為軋輥轉動線速度，fs為軋延前滑差係數。

在一些實施例中，上述的軋延前滑差係數可表示為以下方程式(2)，其中r為鋼帶的裁減率，也就是鋼帶經軋延後的厚度裁減量除以軋延前厚度，c是鋼帶的鋼種或生產參數所決定的常數。

在一些實施例中，控制模組是根據以下方程式(3)計算傾輥量，其中△L為傾輥量，M _L 為軋機水平彈張係數，Q _L 為鋼帶的楔形變形係數，w _s 為鋼帶的寬度，H為鋼帶在軋機入口的厚度，d _LC 為調整軋輥的寬度。

在一些實施例中，控制模組在執行方程式(3)之前，對非對稱平坦度進行上下限程序與移動平均程序。

在一些實施例中，軋機水平彈張係數表示為以下方程式(4)，楔形變形係數表示為以下方程式(5)，其中M為軋機的彈張係數，Q為鋼帶的變形係數。

在一些實施例中，控制模組在鋼帶進入盤捲機之後停止調整傾輥量。

以另一個角度來看，本發明的實施例提出一種鋼帶的熱軋方法，包括：提供鋼帶；透過軋機從鋼帶的頭端開始軋延，其中軋機包括相對設置的調整軋輥以及固定軋輥；透過平坦度計量測鋼帶兩側的長度，其中平坦度計設置於軋機與盤捲機之間；根據鋼帶兩側的長度計算出非對稱平坦度，此非對稱平坦度相關於鋼帶兩側的長度差；以及根據非對稱平坦度調整軋機的調整軋輥的傾輥量。

在一些實施例中，上述的熱軋方法更包括：根據軋延模型設定鋼帶兩側的裁減率相等，藉此計算出調整軋輥的傾輥量。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧熱軋系統

110、120、130‧‧‧軋機

131‧‧‧調整軋輥

132‧‧‧固定軋輥

140‧‧‧鋼帶

150‧‧‧盤捲機

161~163‧‧‧平坦度計

170‧‧‧控制模組

310、311、320‧‧‧直線

W_e、W_d、W’_d‧‧‧楔形量

401‧‧‧非對稱平坦度

402‧‧‧手動調整傾輥量

403‧‧‧預設傾輥量

404‧‧‧輸出

411~416、501~505‧‧‧步驟

[圖1]是根據一實施例繪示熱軋系統的示意圖。

[圖2]是根據一實施例繪示鋼帶上單邊波的示意圖。

[圖3]是根據一實施例繪示軋延時鋼帶楔形量與軋機兩側的軋延力差的關係示意圖。

[圖4]是根據一實施例繪示根據非對稱平坦度來調整傾輥量的控制方塊圖。

[圖5]是根據一實施例繪示鋼帶的熱軋方法的流程圖。

圖1是根據一實施例繪示熱軋系統的示意圖。請參照圖1，熱軋系統100包括了多個軋機110、120、130，用以從鋼帶140的頭端開始軋延至鋼帶140的尾端。每一台軋機都包括相對設置可調整傾輥的調整軋輥與固定軋輥，例如軋機130包括了調整軋輥131與固定軋輥132。熱軋系統100還包括了平坦度計161~163、盤捲機150與控制模組170，其中平坦度計161~163設置於軋機130與盤捲機150之間，盤捲機150是用以盤捲鋼帶140，控制模組170連接至平坦度計161~163與軋機130。在一些實施例中，控制模組170可以是任意形式的電腦或控制器，用以根據平坦度計161~163所感測到的訊號來改變調整軋輥131的傾輥量，藉此減少單邊波的情形。

在此實施例中，圖1中的每一個平坦度計161~163實際上為一排平坦度計，設置在鋼帶的兩側與中間。請參照圖2，圖2是根據一實施例繪示鋼帶上單邊波的示意圖，為了簡化起見，圖2中僅繪示平坦度計161。在一些實施例中共設置了3x3=9個平坦度計，但本發明並不在此限，本發明並不限制平坦度計的數量，例如在其他實施例中可以設置更多排平坦度計，而每一排可以包含任意數目的平坦度計。平坦度計161~163可量測平坦度計161~163與鋼帶之間的距離，根據這些距離與一個預設波形(例如正弦波)，可以計算出鋼帶140在兩側與中間的長度，但本發明不限制如何根據上述距離計算出鋼帶長度。

在此實施例中，根據鋼帶140兩側的長度可計算出一個非對稱平坦度，此非對稱平坦度是相關於鋼帶140兩側的長度差，如以下方程式(1)所示。

其中Asymmetric flatness為非對稱平坦度。L為鋼帶的長度，v _strip 為鋼帶軋出速度，v為軋輥轉動線速度，fs為軋延前滑差係數。下標a、b分別表示鋼帶的兩側，通常分別稱為操作側與驅動側，舉例來說，L _a 指的是鋼帶在操作側的長度，L _b 指的是鋼帶在驅動側的長度，以此類推。軋延前滑差係數fs指的是鋼帶軋出速度與軋輥轉動線速度的比值，一般來說軋延前滑差係數fs與鋼帶的厚度裁減率有關，因此可假設為以下方程式(2)。

其中r為鋼帶的裁減率。c為常數，此常數c是由鋼帶的鋼種或生產參數來決定。此外，裁減率等於鋼帶厚度裁減量除以入口厚度，H、h分別為軋機130入口與出口的鋼帶厚度，鋼帶兩側厚度差也稱為楔形量(wedge，W)，因此在將方程式(2)代入方程式(1)之後，可以將鋼帶的楔形量變化與鋼帶兩側長度的關係近似如以下方程式(3)。

其中W _e 與W _d 分別為軋機入口與出口的鋼帶楔形量。依照台灣發明專利公告號I546,135的內容可建立一軋延模型，如圖3所示，橫軸為其楔形量，在此定義正的楔形量表示鋼帶在操作側OS的厚度大於驅動側DS的厚度；縱軸為軋延力差，正的軋延力差表示操作側OS的軋延力大於驅動側DS的軋延力。此外，直線310是根據軋機的彈張係數所繪示，斜率為M_L，亦稱為軋機水平彈張係數，表示為以下方程式(4)。直線320是根據鋼帶的變形係數所繪示，斜率為Q_L，亦稱為鋼帶的楔形變形係數，表示為以下方程式(5)。

其中M為軋機的彈張係數，Q為鋼帶的變形係數。在此引用台灣發明專利公告號I546,135(以下稱“135”前案)的所有內容，上述方程式(4)、(5)已經在此前案中詳細推導，因此並不再重複贅述。此外，根據“135” 前案中的方程式(23)以及以下方程式(6)，可以得到以下方程式(7)。

其中w _s 為鋼帶寬度，d _LC 為調整軋輥的寬度，

為修正後的軋機出口鋼帶楔形量，ΔL為傾輥量。為了避免邊波，就需要讓鋼帶兩側的裁減率相等(即鋼帶兩側的軋出速度相等)，換句話說，就是要讓鋼帶經過軋機前後的楔形比(楔形量除以厚度)維持不變，如以下方程式(8)。

將上述方程式(8)與方程式(3)代入方程式(7)，便可以得到以下方程式(9)而計算出傾輥量。以圖3來說，上述調整的傾輥量是要把直線310修改為直線311，使得軋機出口的鋼帶楔形量從W_d改為

，以達成方程式(8)條件。

在一些情況中，邊波訊號往往伴隨著中波/雙邊波訊號而變化，因此在一些實施例中可以將邊波訊號經過合理範圍的限制，再利用移動平均或低通濾波方式來降低高頻變動的干擾。圖4是根據一實施例繪示根據非對稱平坦度來調整傾輥量的控制方塊圖。請參照圖4，首先在步驟411中，對上述的非對稱平坦度401進行上下限程序，此上限與下限可經由實驗計算出，本發明並不在此限。接著在步驟412中，進行移動平均程序，藉此過濾掉高頻部分。在步驟413 中，設定一個靜滯帶(deadband)，當輸入在一範圍內時輸出為0。在步驟414則進行積分控制。在步驟415中產生修正係數，即執行上述方程式(9)，值得注意的是在步驟415可能會再乘上一個常數，用以調整不同軋機的控制響應。在步驟416中，再次進行上下限程序。步驟416輸出的傾輥量可以再加上一個預設傾輥量403以及/或者手動調整傾輥量402，最後的輸出404則傳送至軋機130。

請參照回圖1，上述調整傾輥量的程序是從平坦度計161~163偵測到數值後開始執行，直到鋼帶140進入盤捲機150建立張力之後便停止調整該傾輥量，這是因為盤捲時張力拉緊，鋼帶140比較不會發生邊波。在一些實施例中，上述調整傾輥量的程序也可以一直執行到軋延結束，而最後的傾輥量也可以當作軋延下一個相同鋼種的鋼帶時所採用的預設傾輥量403。

圖5是根據一實施例繪示鋼帶的熱軋方法的流程圖。在步驟501中，提供鋼帶。在步驟502中，透過軋機從鋼帶的頭端開始軋延。在步驟503中，透過平坦度計量測鋼帶兩側的長度。在步驟504中，根據鋼帶兩側的長度計算出非對稱平坦度。在步驟505中，根據非對稱平坦度調整傾輥量。然而，圖5中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖5中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明並不在此限。此外，圖5的方法可以搭配以上實施例使用，也可以單獨使用。換言之，圖5的各步驟之間也可以加入其他的步驟。

在上述的軋延系統與軋延方法中，因應不同的鋼種與生產參數都可以自動化地調整傾輥量，藉此可以實現自動化，也可以減少單邊波的情形發生。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種熱軋系統，包括：軋機，用以從一鋼帶的頭端開始軋延，其中該軋機包括相對設置的一調整軋輥以及一固定軋輥；盤捲機，用以盤捲該鋼帶；多個平坦度計，設置於該軋機與該盤捲機之間，其中該些平坦度計排列為複數排，每一該複數排的該些平坦度計與該軋機的距離不相同，用以量測該鋼帶兩側的長度；以及一控制模組，用以根據該鋼帶兩側的長度計算出一非對稱平坦度，該非對稱平坦度相關於該鋼帶兩側的長度差，並根據該非對稱平坦度調整該軋機的該調整軋輥的傾輥量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱軋系統，其中該控制模組是根據一軋延模型設定該鋼帶兩側的裁減率相等，藉此計算出該調整軋輥的該傾輥量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之熱軋系統，其中該控制模組根據以下方程式(1)計算出該非對稱平坦度：....(1)其中Asymmetric flatness為該非對稱平坦度，下標a、b分別表示該鋼帶的兩側，L為該鋼帶的長度v _strip 為鋼帶軋出速度，v為軋輥轉動線速度，fs為軋延前滑差係數。
4. 如申請專利範圍第3項所述之熱軋系統，其中該軋延前滑差係數可表示為以下方程式(2)：其中r為該鋼帶的裁減率，c為一常數，該常數c是由該鋼帶的鋼種或生產參數所決定。
5. 如申請專利範圍第4項所述之熱軋系統，其中該控制模組根據以下方程式(3)計算該傾輥量：其中△L為該傾輥量，M _L 為軋機水平彈張係數，Q _L 為該鋼帶的楔形變形係數，w _s 為該鋼帶的寬度，H為該鋼帶在該軋機的入口的厚度，d _LC 為該調整軋輥的寬度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之熱軋系統，其中該控制模組在執行該方程式(3)之前，對該非對稱平坦度進行上下限程序與移動平均程序。
7. 如申請專利範圍第5項所述之熱軋系統，其中該軋機水平彈張係數表示為以下方程式(4)，該楔形變形係數表示為以下方程式(5)： 其中M為該軋機的彈張係數，Q為該鋼帶的變形係數。
8. 如申請專利範圍第5項所述之熱軋系統，其中該控制模組在該鋼帶進入該盤捲機之後停止調整該傾輥量。
9. 一種鋼帶的熱軋方法，包括：提供一鋼帶；透過軋機從該鋼帶的頭端開始軋延，其中該軋機包括相對設置的一調整軋輥以及一固定軋輥；透過多個平坦度計量測該鋼帶兩側的長度，其中該些平坦度計設置於該軋機與盤捲機之間，該些平坦度計排列為複數排，每一該複數排的該些平坦度計與該軋機的距離不相同；根據該鋼帶兩側的長度計算出一非對稱平坦度，其中該非對稱平坦度相關於該鋼帶兩側的長度差；以及根據該非對稱平坦度調整該軋機的該調整軋輥的傾輥量。
10. 如申請專利範圍第9項所述之熱軋方法，更包括：根據一軋延模型設定該鋼帶兩側的裁減率相等，藉此計算出該調整軋輥的該傾輥量。