TWI763059B - 條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法及輥隙調整方法 - Google Patents

Abstract

一種條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法。在此方法中，根據軋機之原廠輥槽設計流程取得每個軋機之鋼材相關設計值。建立每個軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式。將每個軋機之軋輥輥槽圖紙上所記錄之數個輥槽尺寸資訊代入出口鋼材成形截面積尺寸計算式中。將每個軋機之實際輥隙、最大軋輥半徑、輥路磨耗深度、以及軋輥轉速代入出口鋼材成形截面積尺寸計算式。以數值逼近法尋找每個軋機之修正係數。利用出口鋼材成形截面積尺寸計算式與修正係數進行鋼材在每個軋機之成形截面積與成形尺寸相關參數值的計算。

Description

條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法及輥隙調整方法

本揭露是有關於一種軋鋼技術，且特別是有關於一種條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法及輥隙調整方法。

在鋼鐵工業之軋鋼技術領域中，為了提高條鋼與線材等產品的軋延生產率，降低軋壞發生次數，以及提升產品合格率、品質、與尺寸精度，世界各國先進鋼廠莫不致力於開發軋延槽型設計與尺寸控制技術。

由一些條線軋延理論著作以及輥槽相關之技術論文著作可推導出鋼材成形的基本特性公式。並且，可從軋延方式、槽型組合、鋼材種類、軋輥設定、軋延溫度、與速度等等最低生產需求的條件中，以高精度方式計算出產品尺寸、橫擴、延展率、扭矩負荷等數值。

然而，調查國外先進軋鋼廠的實際應用例時發現，雖然日本有廠商利用有限元素法(finite element method，FEM)法開發出不同鋼材在軋延過程的模擬軟體，但模擬一次需約1小時，模擬時間耗時。而且，此模擬軟體目前僅用於實驗室軋機，軋延條件與實際生產條件不盡相同，無法應用於正常軋延製程。由於無法快速得知模擬軋延的結果，對應不同鋼種的軋延轉換難以立即預測調整後的軋機輥隙。再加上，需等到以線上鋼材測徑儀(bar gauge)偵測出線材圖形與量測數據後，方能得知軋出的鋼材尺寸外形是否可達到公差要求，也才能再對應測繪結果調整輥隙。如此一來，可能出現產品尺寸不合或大量剔退的情況。因此，無法及時給現場工作人員應用。

即便自行利用輥槽研究文獻的軋延理論計算公式於現場應用，也會因不同槽型組合與輥槽幾何形狀而需導入輥槽設計流程的修正係數(correction factor)。而雖然知道輥槽設計流程(pass design chart)與應用公式，還是不容易找出符合自己工場輥槽的軋延計算式，現場實用性難以提升。

因此，本揭露之一目的就是在提供一種條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法，利用各種軋延製程參數，例如輥隙調整值、輥徑變化、與輥路磨耗等的數值來預估鋼材成形尺寸，以即時作為現場工作人員調機的參考。

本揭露之另一目的就是在提供一種條鋼線材軋延過程之輥隙調整方法，其可快速確認預估輥隙值是否符合需求，以供現場工作人員即時調整軋輥之最佳輥隙，因此可提升生產效率與產品品質。

根據本揭露之上述目的，提出一種條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法。進行條鋼線材軋延時包含利用依序排列之數個軋機。在此方法中，根據這些軋機之原廠輥槽設計流程取得每個軋機之數個鋼材相關設計值，其中這些鋼材相關設計值包含鋼材出口尺寸、初始輥隙、截面積、裁減率、以及橫擴。建立每個軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式。將每個軋機之軋輥之輥槽圖紙上所記錄之數個輥槽尺寸資訊代入出口鋼材成形截面積尺寸計算式中，其中這些輥槽尺寸資訊包含橢圓形槽之橢圓半徑、圓形槽之圓半徑、輥路深度、以及輥路寬度。將每個軋機之實際輥隙、最大軋輥半徑、輥路磨耗深度、以及軋輥轉速代入出口鋼材成形截面積尺寸計算式。利用前述之鋼材相關設計值、輥槽尺寸資訊、出口鋼材成形截面積尺寸計算式，並以數值逼近法尋找每個軋機之修正係數。利用出口鋼材成形截面積尺寸計算式與修正係數進行鋼材在每個軋機之成形截面積與複數個成形尺寸相關參數值的計算。

依據本揭露之一實施例，上述進行鋼材在每個軋機之成形截面積與成形尺寸相關參數值的計算係利用EXCEL軟體。

依據本揭露之一實施例，上述之出口鋼材成形截面積尺寸計算式包含：

，其中Wmax為最大展寬，Wi為入料寬度，γ為修正係數，Rmean為平均輥半徑，Hi為入料高度，Ah為入料等矩形外之縱側面積，A0為入料面積，Ha為等矩形外高度，Hb為等矩形內高度，As為入料等矩形外之橫側面積，Bc為等矩形寬度。

依據本揭露之一實施例，進行鋼材在每個軋機之成形截面積的計算後，上述之方法更包含利用成形尺寸相關參數值繪製鋼材在每個軋機之成形外形封閉曲線。

依據本揭露之一實施例，上述繪製鋼材在每個軋機之成形外形封閉曲線係利用EXCEL軟體之散佈圖功能。

根據本揭露之上述目的，另提出一種條鋼線材軋延過程之輥隙調整方法。在此方法中，將上述軋機中之第四軋機之入料寬度與入料高度代入上述對應這些軋機中之第四軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式。將每個軋機之最大軋輥半徑、輥路磨耗深度、以及軋輥轉速代入出口鋼材成形截面積尺寸計算式。將這些軋機中之待調整軋機之預估輥隙值代入上述對應待調整軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式。利用上述對應待調整軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式與修正係數進行計算步驟，以取得鋼材成形截面積及尺寸預測值。進行判斷步驟，以確認此鋼材成形截面積及尺寸預測值是否落在需求範圍內。當鋼材成形截面積及尺寸預測值未落在需求範圍內，則於待調整軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式中代入另一預估輥隙值，並依序進行計算步驟與判斷步驟。

依據本揭露之一實施例，當上述鋼材成形截面積及尺寸預測值落在需求範圍內時，對待調整軋機進行調整步驟，以根據預估最佳輥隙值來調整待調整軋機之輥隙。

有鑑於以有限元素法做為模擬軋出成形鋼材的分析工具雖可模擬得到精確的3D立體外形圖及尺寸數據，但模擬過程十分耗時且需要能快速運算的高規格電腦，無法提供給現場工作人員立即在軋延生產期間應用。因此，本揭露在此提出一種條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法及輥隙調整方法，可快速且高準確性地估算預測鋼材的成形與軋延控制所需之參數，例如橫擴、截面積、有效軋輥徑、質量流率等，以符合條線軋延產線，可即時調整產線來提升條鋼線材之成形品質。

請參照圖1，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法的流程圖。進行條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測時，可先進行步驟100，以根據鋼材進行條鋼軋延過程所採用之條鋼線材軋延設備中之數個軋機的原廠輥槽設計流程取得每個軋機之數個鋼材相關設計值。每個軋機的這些鋼材相關設計值可例如包含鋼材出口尺寸、初始輥隙、截面積、裁減率、以及橫擴。

請先參照圖2，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延設備之位置示意圖。在一些實施例中，條鋼線材軋延設備200主要包含沿軋延方向RD依序排列之粗軋機群210、中軋機群220、以及精軋機群230。粗軋機群210可包含七個軋機211~217。軋機211~217分別包含軋輥211a~217a。中軋機群220可包含八個軋機221~228。軋機221~228分別包含軋輥221a~228a。精軋機群230可包含數個軋機232。每個軋機232包含軋輥232a。

粗軋機群210與中軋機群220之間設有切刀240，中軋機群220與精軋機群230之間設有切刀250。條鋼線材軋延設備200亦可包含減徑成型機260沿軋延方向RD而設於精軋機群230的下游。條鋼線材軋延設備200更可包含盤捲機270沿軋延方向RD而設於減徑成型機260的下游。

在一些示範例子中，進行步驟100時係根據粗軋機群210與中軋機群220，即軋機211~217與221~228，的原廠輥槽設計流程取得每個軋機211~217與221~228所對應之數個鋼材相關設計值。

接著，可進行步驟110，以建立每個軋機211~217與221~228之出口鋼材成形截面積尺寸計算式。在本實施方式中，採用現代常用於條鋼與線材軋延等主要代表用的圓形-橢圓形槽型軋延方法，設計可描述其基本鋼材成形特徵的模型運算式。也就是說，本揭露根據文獻所記載之軋延理論基礎以及自行補充推導之公式，整理出圓形軋製成扁圓(round-oval)以及扁圓軋製成圓形(oval-round)之最大展寬(maximum spread)、成形寬側半徑(radius of the surface profile)、以及軋出成形截面積(area of the exit cross section)等參數之計算式。

在一些例子中，前三個軋機，即軋機211~213為開胚機，其輥槽呈箱型，因此比較少尺寸控制問題。從第四軋機，即軋機214之後為橢圓形與圓形交替的輥型組合，對於鋼材的成形尺寸影響甚大，因此以軋機214~228作為模擬對象。在一些示範例子中，軋機214~228於軋機211~228中位於雙數位置的軋機，即軋機214、216、221、223、225、與227為橢圓形輥槽，而位於奇數位置的軋機，即軋機215、217、222、224、226、與228為圓形輥槽。在模擬時，將軋機214~228之輥徑、輥隙、輥路設計資料等數值帶入計算公式，以求出各參數值，並藉此了解各自變數與因變數之間的互動關係。

以下舉例說明本實施方式之理論計算式。在一些例子中，利用等矩形近似法(equivalent rectangle approximation)，推導出圓形軋製成扁圓形(round-oval)以及扁圓形軋製成圓形(oval-round)的各項相關參數。

請參照圖3與圖4，其係分別繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延之圓形-橢圓形輥路之最大橫擴與成形截面積的推算示意圖。圖3與圖4中各符號所代表的物理意義為入料面積A0、面積A1、面積A2、入料等矩形外之縱側面積Ah、入料等矩形外之橫側面積As、入料與輥路交點橫坐標Ax、入料與輥路交點縱坐標Ay、角A、角B、角C、等矩形寬度Bc、成形寬側與輥路分離點橫坐標Cx、成形寬側與輥路分離點縱坐標Cy、成形寬側圓心到最側邊的距離Dx、輥路深度(輥槽深)Dr、軋輥間隙G、等矩形外高度Ha、等矩形內高度Hb、入料高度Hi、輥路高度Hp、橢圓形槽橢圓半徑R1、入料參考圓半徑Ra、最終成形寬側半徑Rf、最大軋輥半徑Rmax、平均輥半徑Rmean、成形寬側半徑Rs、入料寬度Wi、輥路寬度Wf、與最大展寬Wmax。

採橢圓形輥槽之軋機214、216、221、223、225、與227的出口鋼材成形截面積尺寸計算式包含：

，其中γ為修正係數，γ可取適當經驗值。此出口鋼材成形截面積尺寸計算式係在已知橢圓形槽橢圓半徑R1、入料寬度Wi、入料高度Hi、入料面積A0、輥路深度(輥槽深)Dr、軋輥間隙G、與最大軋輥半徑Rmax的情況下求最大展寬Wmax。

採橢圓形輥槽之軋機214、216、221、223、225、與227的出口鋼材成形截面積尺寸計算式可進一步包含：

，其中Wt為寬度比重，A_O為成形橢圓截面積。

請參照圖5與圖6，其係分別繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延之橢圓形-圓形輥路之最大橫擴與成形截面積的推算示意圖。圖5與圖6中尚未出現於圖3與圖4的各符號所代表的物理意義為圓形槽圓半徑Rg、徑度∠θ、與徑度∠φ。採圓形輥槽之軋機215、217、222、224、226、與228的出口鋼材成形截面積尺寸計算式亦包含上述之式(1)~式(3)。

採圓形輥槽之軋機215、217、222、224、226、與228的出口鋼材成形截面積尺寸計算式可進一步包含：

，其中Rga與Rgb為磨耗補償，A_R為成形圓截面積。

在一些示範例子中，可將這些公式以微軟股份有限公司之商標為EXCEL的軟體編寫成EXCEL計算式。將各項自變數，即已知軋延參數代入上述計算式，便可迅速求出各項因變數，而可得知理論尺寸參數。舉例而言，自變數可包含入料面積、入料寬度、入料高度、橢圓形槽之橢圓半徑、輥路深度、軋輥間隙、最大軋輥半徑、輥路磨耗深度、圓形槽之圓半徑、及/或輥路寬路。因變數可例如包含輥路高度、入料與輥路交點的座標、成形寬度與輥路分離點的座標、分離點斜率、等矩形寬度、角A~角C的徑度、等矩形外高度、等矩形內高度、平均輥半徑、最大展寬、寬度比重、最終成形寬側半徑、成形寬側半徑、成形橢圓截面積、成形圓截面積、及/或裁減率。

目前可收集到有關橫擴計算式超過數十種，不同槽型組合的輥路設計必須考量輥槽幾何形狀關係式與實際橫擴量計算的誤差修正值，即上述之修正係數γ。由於軋機廠商在設計不同尺寸系列之輥槽時會將相關成形尺寸預估值，例如鋼材高度、橫擴、成形寬側與輥路分離點等等，標示在輥槽設計流程圖(pass design schedule)。因此，為了確保本揭露實施方式所推導之計算式可符合軋機之原廠設計理念，接著可進行步驟120，以將軋機214~217與221~228之軋輥214a~217a與221a~228a的輥槽圖紙上所記錄之多個輥槽尺寸資訊代入出口鋼材成形截面積尺寸計算式中。這些輥槽尺寸資訊可包含橢圓形槽之橢圓半徑或圓形槽之圓半徑、輥路深度、以及輥路寬度。

接下來，可進行步驟130，以將每個軋機214~217與221~228之實際輥隙、最大軋輥半徑、輥路磨耗深度、以及軋輥轉速代入對應之出口鋼材成形截面積尺寸計算式中。

隨後，可進行步驟140，以利用這些鋼材相關設計值、輥槽尺寸資訊、出口鋼材成形截面積尺寸計算式，來尋找每個軋機214~217與221~228之修正係數。可例如透過數值逼近法來尋找每個軋機214~217與221~228的修正係數。於尋找每個軋機214~217與221~228的修正係數時，可以各軋機214~217與221~228於輥槽圖紙上所記載之尺寸預估值作為初始參考對象，並對照現場現行設計變更後的輥槽圖紙，於出口鋼材成形截面積尺寸計算式中代入不同組合的修正係數而以數值逼近法模擬計算出極為接近現場實際軋延狀況的修正係數。在一些例子中，所尋找到的修正係數的數值範圍為0.5~0.9，可與日本條線軋延理論圓形-橢圓形槽型相關的文獻吻合。

在一些例子中，進行步驟140時，可尋找不同軋機區域之軋機修正係數。經試驗後，這些例子所找到的修正係數結果可驗證不同軋機區域有不同的修正係數。舉例而言，請再次參照圖2，粗軋機群210之軋機214~217的修正係數為0.9，而中軋機群220之軋機221~228的修正係數為0.5~0.6。在尋找各軋機214~217與221~228的修正係數時，可利用EXCEL軟體來進行。

接下來，可進行步驟150，以利用出口鋼材成形截面積尺寸計算式與對應之修正係數，進行鋼材在每個軋機214~217與221~228之成形截面積與數個成形尺寸相關參數值的計算。進行步驟150時可例如將不同鋼種的軋輥彈張量代入出口鋼材成形截面積尺寸計算式，來進行各鋼種鋼材之成形截面積與數個成形尺寸相關參數值的計算。藉此，可計算出鋼材成形後的各項尺寸數值，例如鋼材高度、橫擴、成形側與輥路分離點座標等等。進行鋼材在各軋機214~217與221~228之成形截面積與成形尺寸相關參數值的計算時可例如利用EXCEL軟體。

在一些例子中，為了可更直觀方便看出預估的鋼材形狀是否接近輥槽設計的外型輪廓，可使用所計算出之成形尺寸相關參數值與輥槽圖紙所記錄之槽型尺寸資料，先將每個數值轉化成相對的X-Y座標值。接著，可利用這些成形尺寸相關參數值繪製該鋼材在各軋機214~217與221~228之成形外形封閉曲線。在一些示範例子中，繪製鋼材在每個軋機214~217與221~228之成形外形封閉曲線時，可利用EXCEL軟體的散佈圖功能。

請參照圖7，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種橢圓形鋼材之各量測軸的示意圖。在一些例子中，出口鋼材成形為橢圓形的繪製方式可先將上軋輥輥槽300與下軋輥輥槽310之間組合成的橢圓輥槽320之正中心定為座標原點O，即座標(0,0)。再將上軋輥輥槽300與下軋輥輥槽310之間槽高，即鋼材高度，定為第一量測軸331。將橢圓形輥槽320之扁圓半徑與第一量測軸331之夾角10∘的位置定為第二量測軸332。將橢圓形輥槽320之扁圓半徑與第一量測軸331之夾角20∘的位置定為第三量測軸333。將通過鋼材成形寬側與輥路的分離點SP及座標原點O的直線定為第四量測軸334。將成形寬側半徑與水平軸之夾角25∘的位置定為第五量測軸335。將鋼材最大水平橫擴處定為第六量測軸336。根據第一量測軸331、第二量測軸332、第三量測軸333、第四量測軸334、第五量測軸335、與第六量測軸336找出繪圖座標點。在這些例子中，共可找出20個互相對稱的繪圖座標點。利用這些繪圖座標點可繪製出一個完全封閉的形狀曲線。

請參照圖8，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種圓形鋼材之各量測軸的示意圖。在一些例子中，出口鋼材成形為圓形的繪製方式可先將上軋輥輥槽400與下軋輥輥槽410之間組合成的圓形輥槽420之正中心定為座標原點O。再將上軋輥輥槽400與下軋輥輥槽410之間槽高，即鋼材高度，定為第一量測軸431。將圓形輥槽420之圓半徑與第一量測軸431之夾角15∘的位置定為第二量測軸432。將圓形輥槽420之圓半徑與第一量測軸431之夾角30∘的位置定為第三量測軸433。將通過鋼材高度與橫擴各一半的平均值和座標原點O的直線定為第四量測軸434，第四量測軸434與水平軸之間的夾角45∘。將通過鋼材成形寬側和輥路的分離點SP和座標原點O的直線定為第五量測軸435，其中第五量測軸435與水平軸之間的夾角約為30∘。將通過鋼材最終成形寬側半徑與座標原點O的直線定為第六量測軸436，其中第六量測軸436與水平軸之間的夾角約為15∘。將鋼材最大水平橫擴處定為第七量測軸437。根據第一量測軸431、第二量測軸432、第三量測軸433、第四量測軸434、第五量測軸435、與第六量測軸436、與第七量測軸437找出繪圖座標點。在這些例子中，共可找出24個互相對稱的繪圖座標點。利用這些繪圖座標點可繪製出一個完全封閉的形狀曲線。

本揭露之條鋼線材軋延之鋼材成形預測及截面積計算的方法可應用於現場製程的輥隙調整。請同時參照圖9與圖2，其中圖9係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延過程之輥隙調整方法的流程圖。在一些例子中，調整進行條鋼線材軋延之各軋機214~217與221~228的輥隙時，可先進行步驟500，以將軋機211~217與221~228中之第四軋機，即軋機214，之入料寬度與入料高度代入對應軋機214之出口鋼材成形截面積尺寸計算式。軋機214~217與221~228之出口鋼材成形截面積尺寸計算式可例如編寫成適用於EXCEL軟體的計算式，並儲存於一EXCEL檔案中。

接著，可進行步驟510，以將各軋機214~217與221~228之最大軋輥半徑、輥路磨耗深度、以及軋輥轉速代入各軋機214~217與221~228之出口鋼材成形截面積尺寸計算式。在一些例子中，軋機214~217與221~228之出口鋼材成形截面積尺寸計算式編寫成EXCEL計算式而儲存於EXCEL檔案中，因此代入各軋機214~217與221~228之最大軋輥半徑、輥路磨耗深度、以及軋輥轉速時係將這些最大軋輥半徑、輥路磨耗深度、以及軋輥轉速輸入此EXCEL檔案之對應出口鋼材成形截面積尺寸計算式中。

接下來，可進行步驟520，針對軋機214~217與221~228中之待調整軋機，而將對此待調整軋機所做之預估輥隙值代入對應待調整軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式。舉例而言，可將針對待調整軋機所做之預估輥隙值輸入EXCEL檔案之對應此待調整軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式中。

隨後，可進行步驟530，以利用對應此待調整軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式與修正係數進行計算步驟，藉此取得利用此待調整軋機軋延後之鋼材成形截面積及尺寸預測值。進行計算步驟時，可利用EXCEL軟體來進行。

接下來，可進行步驟540，以進行判斷步驟，來確認所計算出之鋼材成形截面積及尺寸預測值是否落在需求範圍內。此需求範圍可取決於產品需求規格。當所計算出之鋼材成形截面積及尺寸預測值未落在需求範圍內時，於在對應此待調整軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式中代入另一預估輥隙值。再依序進行上述之步驟520至步驟540，以利用對應此待調整軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式與修正係數進行計算步驟，來取得對應此另一預估輥隙值之鋼材成形截面積及尺寸預測值，以及判斷並確認所計算出之鋼材成形截面積及尺寸預測值是否落在需求範圍內。持續代入不同預估輥隙值，直至所計算出之鋼材成形截面積及尺寸預測值落在需求範圍內。

然後，可進行步驟550，以在所計算之待調整軋機的鋼材成形截面積及尺寸預測值落在需求範圍內時，對此待調整軋機進行調整步驟，而根據預估輥隙值對此待調整軋機進行條鋼線材軋延時的輥隙微調。調整完此軋機的輥隙後，即可啟動軋機來進行條鋼線材軋延。

應用本揭露之條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法，可有效解決軋延現場因軋機之輥隙調整不佳而導致成品尺寸不合或供料過大軋壞的問題。此外，本揭露之實施方式可將軋機之出口鋼材成形截面積尺寸計算式編寫成EXCEL計算式，利用EXCEL軟體即可快速預測各種軋延製程參數的改變，例如輥隙變化、輥徑變化、與輥路磨耗，所可能造成的成形尺寸變化，提供現場人員作為調機的參考。而且，應用本揭露之方法無需額外增設線上鋼材量測設備，並可大幅降低錯誤調整輥隙的機率，因此可有效降低生產成本及提高成品的合格率。

以下利用實施例的模擬結果，來更具體說明利用本揭露之實施例的技術內容與功效，然其並非用以限定本揭露。

在實際試驗例中，為了減少一些不易掌控的軋延變量因素，例如輥槽磨耗量、軋輥彈張量、鋼材溫度變化等等，因此選用影響變數小的低含碳量之軟鋼種低碳鋼1022AK，且所有軋機的軋輥均使用尚未軋延的新輥槽。本實際試驗例更利用鋁條來輔助量測軋輥之鋼材進料前後的輥隙變化，藉此了解軋輥實際的彈張量。本實際試驗例所採用之EXCEL模擬計算式將軋機之間行進中的鋼材溫度損失等微小的變量影響忽略不計。

先將碳含量為0.20wt%的低碳鋼胚1022AK置入新日鐵(Nippon Steel)股份有限公司所製造之動樑式加熱爐內。再經由此加熱爐之燃燒器管線通入焦爐氣，並將低碳鋼胚加熱至1170℃後，將之出爐並予以軋延。

低碳鋼胚出爐後，可利用如圖2所示之條鋼線材軋延設備200對低碳鋼胚軋延。並且，在軋機213、217、與228的出口位置烙木，以取得鋼材外型輪廓。另外，於軋機217與228後分別以切刀240與250切取鋼材頭端樣品各2支。再以精度為0.01mm之電子式游標卡尺實際量測冷卻後的鋼材外形尺寸數據，來作為驗證本揭露實施例之出口鋼材成形截面積尺寸EXCEL計算式之鋼材成形模擬結果準確度的對照組資料。進行實際試驗例之前，可先利用出口鋼材成形截面積尺寸EXCEL計算式計算模擬一組平均各軋機裁減率的優化輥隙，再由現場人員調整各軋機之輥隙設定。

在本揭露之一實施例中，出口鋼材成形截面積尺寸EXCEL計算式係以第三軋機(即軋機213)之實際出口鋼材尺寸形狀作為第四軋機(即軋機214)的入料參考尺寸。軋機213之實際出口鋼材尺寸形狀為高100mm*寬75mm。此外，以第七軋機(即軋機217)與第十五軋機(即軋機228)的出口鋼材烙木形狀以及軋機217與228切刀之頭胚切取樣品尺寸量測值，來作為出口鋼材成形截面積尺寸EXCEL計算式之鋼材成形尺寸的對比數據。將各軋機217~228之實際輥徑、軋輥間隙、輥路設計相關輥槽的幾何形狀尺寸代入出口鋼材成形截面積尺寸EXCEL計算式，以求出本實施例之理論參數值。接著，比較軋延後之實際鋼材樣品量測值和模擬計算的預估值及外形輪廓是否近似，藉此可判斷本實施例之出口鋼材成形截面積尺寸計算式的計算結果與準確度是否符合現場實際需求。

評價本揭露之出口鋼材成形截面積尺寸計算式的準確率與判別輥隙調整效果的好壞的方式為可否獲得預期的鋼材成形尺寸與外形輪廓。一般而言，進入精軋機前的鋼材截面積外形偏好趨近圓形，但本實施例為了使鋼材能平穩咬入精軋機之軋輥而不發生翻轉現象，期望得到呈現橢圓形截面積的鋼材。舉例而言，進入精軋機前之鋼材尺寸為高約23.1mm，橫擴寬度約20.2mm。

從實際試驗之第七與十五軋機後切刀所切取下來的鋼材頭端樣品，得到鋼材樣品的高度與橫擴寬度等實測數據。評價方式為比對所有實測數值與本實施例所計算出的數值，來評價本實施例所建立之出口鋼材成形截面積尺寸計算模型的準確率是否可達到一定的可信度，例如誤差率小於5%，且不論軋延任何需求尺寸仍可維持穩定高準確度。可利用下列式(26)來計算不同軋機之模擬成形幾何尺寸值與實際軋延後鋼材成形尺寸的誤差百分比，來取得計算模型準確率。 (∣鋼材成形的模擬計算值-切樣實測尺寸值∣/切樣實測尺寸值)*100%    式(26)

式(26)中之鋼材模擬與實測尺寸的差異值取絕對值。在一些例子中，以小於5%代表本實施例之出口鋼材成形截面積尺寸計算模型的準確率符合需求，所得到之計算結果可代表實際軋延過程尺寸變化情況，而可供現場工作人員作為軋機調機時的參考依據。

另外，從實測鋼材切樣截面照片與本實施例之EXCEL模擬鋼材截面圖形可看出，本實施例模擬之鋼材截面成形十分近似實測鋼材切樣截面外形。

第七軋機後切刀取樣之二支鋼材的鋼材外形輪廓尺寸的五個不同量測點的高度實測值及其平均值分別為51.5mm、51.4mm、51.4mm、51.2mm、51.2mm、與51.3mm，以及50.8mm、50.6mm、50.5mm、50.5mm、50.6mm、與50.6mm；而橫擴寬度實測值及其平均值分別為49.1mm、49.0mm、48.7mm、48.5mm、48.4mm、與48.7mm，以及49.8mm、49.6mm、49.6mm、49.5mm、49.4mm、與49.6mm。第十五軋機後切刀取樣之二支鋼材的鋼材外形輪廓尺寸的五個不同量測點的高度實測值及其平均值分別為23.2mm、23.0mm、22.9mm、22.8mm、22.7mm、與22.9mm，以及23.4mm、23.4mm、23.3mm、23.1mm、23.0mm、與23.2mm；而橫擴寬度實測值及其平均值分別為20.8mm、20.7mm、20.7mm、20.6mm、20.6mm、與20.7mm，以及20.7mm、20.6mm、20.5mm、20.4mm、20.2mm、與20.5mm。

本實施例之第四軋機至第十五軋機之軋延中的輥隙、輥徑、與轉速等設定參數，以及所對應之出口鋼材成形截面積尺寸EXCEL計算式模擬各軋機之出口鋼材成形尺寸的相關數據列示於下表1。 表1

軋機	四	五	六	七	八	九
輥隙	16	14.7	12.3	12.3	9.5	9.5
輥徑	390	393	400	400	362	365
轉速	24.5	31.97	40.21	53.7	70.66	101.9
高度	52	68.7	40.3	52.3	31.5	38.5
橫擴	102.7	61.65	77.25	48.77	57.98	37.77
截面積	4333	3420	2489	1860	1531	1126
裁減率	26.21	21.07	27.23	25.27	19.67	26.5
軋機	十	十一	十二	十三	十四	十五
輥隙	11	6.9	6.6	8.5	6.4	7.4
輥徑	262.5	281	296	310	276	279
轉速	178.2	213.9	240.2	270	364.1	436.7
高度	26	30.5	20.6	27.5	17.4	23.4
橫擴	41.07	28.5	32.27	21.95	27.81	20.1
截面積	878	695	549	472	402	323
裁減率	21.99	20.8	21.03	14.03	14.76	19.62

在表1中，輥隙、輥徑、高度、與橫擴的單位為mm，轉速的單位為rpm，截面積的單位為mm ²，裁減率的單位為%。此外，通過各軋機的熱鋼材質量流率均為0.12m ³/min。在表1中，輥隙為進料中鋁條量測值，輥徑為實驗日軋延時的輥徑值，轉速為實驗日軋延時的軋輥轉速，高度、橫擴、與截面積為鋼材成形之EXCEL計算預估值，裁減率為鋼材裁減面積變化計算值。

由表1之第七及十四軋機的鋼材成形預估值與實際鋼材切樣的量測值比對後，可確認模擬結果相當吻合。進一步分析實際測試之鋼材切樣與實施例之出口鋼材成形截面積尺寸EXCEL計算模擬的預估尺寸結果可知，鋼材實測值與預估值有些微誤差。第七軋機後切刀取樣之二支鋼材的鋼材外形輪廓尺寸的高度預估誤差率分別為1.87%與3.36%，橫擴預估誤差率分別為0.06%與1.63%。第十五軋機後切刀取樣之二支鋼材的鋼材外形輪廓尺寸的高度預估誤差率分別為2.09%與0.73%，橫擴預估誤差率分別為2.71%與1.86%。

在實際試驗中，第一至十五軋機已經更換為新輥槽後再軋延，因此可排除軋輥磨耗量不均一所造成的影響。發明人推測預估值有所誤差的影響因素可能為軋輥彈張量、鋼材溫度變化、以及計算式之修正係數的選用。在軋輥彈張量的影響因素中，實施例之出口鋼材成形截面積尺寸計算式中所輸入之輥隙值為熱鋼材進料時軋輥彈開擴大後的輥隙值，實際測試之低碳鋼1022AK在各軋機實測的軋輥彈張量約介於0.3mm~1.0mm之間，彈張量的些微差異會造成實際鋼材成形尺寸出現誤差。

在鋼材溫度變化的影響因素中，鋼材切樣尺寸的實測值是等鋼材冷卻後才量測的數值，而熱鋼材在軋機之間行進時淋到冷卻水造成的溫度損失與材料本身受到熱溫度變化的熱膨脹尺寸就存在一定的誤差。由於冷熱差異所造成的尺寸誤差量與鋼材本身的熱膨脹係數有關，因而本次試驗選用熱膨脹係數較小的1022AK低碳鋼，藉以最小化因鋼材冷熱變化所造成的尺寸誤差量。

在計算式之修正係數的選用的影響因素中，由於本實施例之出口鋼材成形截面積尺寸計算式中選用可在不同軋機輥槽通用的修正係數，因此若透過更多的實驗數據輔助尋找到最佳化的修正係數，可降低出口鋼材成形截面積尺寸模擬計算的誤差率。在本實施例中，第四至第七軋機之修正係數採0.9、第八與第九軋機之修正係數採0.6、第十至第十五軋機之修正係數採0.5。

由上述之實施方式可知，本揭露之一優點就是因為本揭露之條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法可快速且準確地利用各種軋延製程參數，例如輥隙調整值、輥徑變化、與輥路磨耗等的數值來估算出鋼材成形尺寸，因此可即時作為現場工作人員調機的參考。

由上述之實施方式可知，本揭露之另一優點就是因為本揭露之條鋼線材軋延過程之輥隙調整方法可快速確認預估輥隙值是否符合需求，以供現場工作人員即時調整軋輥之最佳輥隙，因此可提升生產效率與產品品質。

雖然本揭露已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:步驟 110:步驟 120:步驟 130:步驟 140:步驟 150:步驟 200:條鋼線材軋延設備 210:粗軋機群 211~217:軋機 211a~217a:軋輥 220:中軋機群 221~228:軋機 221a ~228a:軋輥 230:精軋機群 232:軋機 232a:軋輥 240:切刀 250:切刀 260:減徑成型機 270:盤捲機 300:上軋輥輥槽 310:下軋輥輥槽 320:橢圓輥槽 331:第一量測軸 332:第二量測軸 333:第三量測軸 334:第四量測軸 335:第五量測軸 336:第六量測軸 400:上軋輥輥槽 410:下軋輥輥槽 420:圓形輥槽 431:第一量測軸 432:第二量測軸 433:第三量測軸 434:第四量測軸 435:第五量測軸 436:第六量測軸 437:第七量測軸 500:步驟 510:步驟 520:步驟 530:步驟 540:步驟 550:步驟 A:角 A0:入料面積 A1~A2:面積 Ah:入料等矩形外之縱側面積 As:入料等矩形外之橫側面積 Ax:入料與輥路交點橫坐標 Ay:入料與輥路交點縱坐標 B:角 Bc:等矩形寬度 C:角 Cx:成形寬側與輥路分離點橫坐標 Cy:成形寬側與輥路分離點縱坐標 Dx:成形寬側圓心到最側邊的距離 Dr:輥路深度 G:軋輥間隙 Ha:等矩形外高度 Hb:等矩形內高度 Hi:入料高度 Hp:輥路高度 O:座標原點 R1:橢圓形槽橢圓半徑 Ra:入料參考圓半徑 RD: 軋延方向 Rf:最終成形寬側半徑 Rg:圓形槽圓半徑 Rmax:最大軋輥半徑 Rmean:平均輥半徑 Rs:成形寬側半徑 SP:分離點 Wi:入料寬度 Wf:輥路寬度 Wmax:最大展寬 ∠θ:徑度 ∠φ:徑度

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： ［圖1］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法的流程圖； ［圖2］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延設備之位置示意圖； ［圖3］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延之圓形-橢圓形輥路之最大橫擴的推算示意圖； ［圖4］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延之圓形-橢圓形輥路之成形截面積的推算示意圖； ［圖5］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延之橢圓形-圓形輥路之最大橫擴的推算示意圖； ［圖6］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延之橢圓形-圓形輥路之成形截面積的推算示意圖； ［圖7］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種橢圓形鋼材之各量測軸的示意圖； ［圖8］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種圓形鋼材之各量測軸的示意圖；以及 ［圖9］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種條鋼線材軋延過程之輥隙調整方法的流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:步驟 110:步驟 120:步驟 130:步驟 140:步驟 150:步驟

Claims (6)

1. 一種條鋼線材軋延過程之鋼材成形截面積的預測方法，其中進行該條鋼線材軋延時包含利用依序排列之複數個軋機，該方法包含：根據該些軋機之一原廠輥槽設計流程取得每一該些軋機之複數個鋼材相關設計值，其中該些鋼材相關設計值包含一鋼材出口尺寸、一初始輥隙、一截面積、一裁減率、以及一橫擴；建立每一該些軋機之一出口鋼材成形截面積尺寸計算式，其中該出口鋼材成形截面積尺寸計算式包含：

   

   Hp=2×Dr+G，且採橢圓形軋機時該出口鋼材成形截面積尺寸計算式更包含：Rs=Ra×Wt+Rf×(1-Wt)

   

   ，而採圓形軋機時該出口鋼材成形截面積尺寸計算式更包含：Rs=R1×Wt+Rf×(1-Wt)

   

   ，其中Wmax為最大展寬，Wi為入料寬度，γ為修正係 數，Rmean為平均輥半徑，Hi為入料高度，Ah為入料等矩形外之縱側面積，A0為入料面積，Ha為等矩形外高度，Hb為等矩形內高度，As為入料等矩形外之橫側面積，Bc為等矩形寬度，Hp為輥路高度，Dr為輥路深度，G為軋輥間隙，Rs為成形寬側半徑，Ra為入料參考圓半徑，Wt為寬度比重，Rf為最終成形寬側半徑，Wf為輥路寬度，R1為橢圓形槽橢圓半徑；將每一該些軋機之一軋輥之一輥槽圖紙上所記錄之複數個輥槽尺寸資訊代入該出口鋼材成形截面積尺寸計算式中，其中該些輥槽尺寸資訊包含橢圓形槽之橢圓半徑、圓形槽之圓半徑、輥路深度、以及輥路寬度；利用每一該些軋機之一實際輥隙、一最大軋輥半徑、一輥路磨耗深度、與一軋輥轉速，該些鋼材相關設計值，該些輥槽尺寸資訊，以及該出口鋼材成形截面積尺寸計算式，並以一數值逼近法尋找每一該些軋機之一修正係數；以及利用該出口鋼材成形截面積尺寸計算式與該修正係數進行一鋼材在每一該些軋機之一成形截面積與複數個成形尺寸相關參數值的計算。
2. 如請求項1所述之方法，其中進行該鋼材在每一該些軋機之該成形截面積與該些成形尺寸相關參數值的計算係利用一EXCEL軟體。
3. 如請求項1所述之方法，其中進行該鋼材在 每一該些軋機之該成形截面積的計算後，該方法更包含利用該些成形尺寸相關參數值繪製該鋼材在每一該些軋機之一成形外形封閉曲線。
4. 如請求項3所述之方法，其中繪製該鋼材在每一該些軋機之該成形外形封閉曲線係利用一EXCEL軟體之一散佈圖功能。
5. 一種條鋼線材軋延過程之輥隙調整方法，包含：將請求項1之該些軋機中之一第四軋機之一入料寬度與一入料高度代入請求項1之對應該些軋機中之該第四軋機之該出口鋼材成形截面積尺寸計算式；將該些軋機中之一待調整軋機之一預估輥隙值代入請求項1之對應該待調整軋機之該出口鋼材成形截面積尺寸計算式；利用請求項1之對應該待調整軋機之該出口鋼材成形截面積尺寸計算式與該修正係數進行一計算步驟，以取得一鋼材成形截面積及尺寸預測值；進行一判斷步驟，以確認該鋼材成形截面積及尺寸預測值是否落在一需求範圍內；以及當該鋼材成形截面積及尺寸預測值未落在該需求範圍內，則於該待調整軋機之該出口鋼材成形截面積尺寸計算式中代入另一預估輥隙值，並依序進行該計算步驟與該判斷步 驟。
6. 如請求項5所述之方法，其中當該鋼材成形截面積及尺寸預測值落在該需求範圍內時，對該待調整軋機進行一調整步驟，以根據該預估輥隙值來調整該待調整軋機之一輥隙。

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