專利名稱：軋機的控制裝置及軋機的控制方法
技術領域：
本發明涉及軋機的控制裝置及軋機的控制方法，尤其涉及適合于形狀控制的軋機的控制裝置及軋機的控制方法。
背景技術：
在軋機中，需要將軋機輸出側的被軋制材料的形狀維持成一定。為此，通常使用作業輥式彎板機、中間輥式彎板機、矯平機這樣的機械機構來進行控制。在這樣的機械機構所進行的形狀控制中，能夠控制形狀的I次 4次函數的形狀。這樣的技術例如在日本特開2005-1445592號公報中有所記載。在先技術文獻專利文獻專利文獻I日本特開2005-1445592號公報另一方面，作為形狀的控制，通過對向作業輥噴射的用于軋制潤滑和冷卻的潤滑冷卻介質(以下記為冷卻劑)在板寬方向上進行流量調整來進行控制(以下簡記作選擇性冷卻)。選擇性冷卻如下所述，S卩，通過利用冷卻劑來冷卻因作業輥的軋制中的加工發熱而引起的熱膨脹，由此進行調整以使作業輥表面形狀發生變化，通過使用該表面形狀發生了變化的作業輥來進行軋制，由此控制被軋制材料的形狀。這里，選擇性冷卻作為形狀控制操作端來說是有效的，但選擇性冷卻是使作業輥的熱膨脹量變化的方法，因此無法根據軋制方法的用法或軋機的結構的不同來充分地進行形狀控制。例如，在對因軋制引起的加工發熱小這樣的被軋制材料進行軋制的情況下，或者在使用具有作業輥整體浸在冷卻劑中這樣的機械結構的軋機的情況下，存在無效的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠提高形狀控制精度的軋機的控制裝置及軋機的控制方法。為了達成上述目的，根據本發明，獲取與軋機輸入側或軋機輸出側的被軋制材料的形狀有關的信息即實際形狀信息，根據所述實際形狀信息，以使軋機輸出側的被軋制材料的形狀接近目標形狀的方式運算使滯留在軋機輸入側的被軋制材料上的潤滑冷卻介質的滯留量在板寬方向上發生變化的操作指令量，并將所述操作指令向操作對象輸出。發明效果根據本發明，不僅能夠利用作業輥的熱膨脹，還能夠利用基于摩擦系數變化的軋制現象來控制被軋制材料的形狀，因此能夠實現產品精度提高及操作效率提高。
圖I是本發明的軋制控制方法。
圖2是單機座軋機的控制結構。圖3是選擇性冷卻裝置。圖4是冷卻劑滯留的概要。圖5是冷卻劑噴射時的形狀變化。圖6是彎板機所進行的形狀控制。圖7是冷卻劑滯留量調整裝置的概要。圖8是冷卻劑滯留量操作形狀控制的動作概要。
圖9是形狀控制的動作流程。圖10是冷卻劑滯留量調整裝置的概要(實施例2)。符號說明I 軋機2輸入側TR (張力卷取機)3輸出側TR(張力卷取機)17輸出側板厚計50冷卻劑噴射裝置202冷卻劑滯留量調整裝置
具體實施例方式首先，對本發明的實施例的概要進行說明，本發明涉及使在軋機輸入側的被軋制材料上產生的冷卻劑滯留長度在板寬方向上發生變化的內容。即，在軋機輸入側，將兼顧潤滑和冷卻的冷卻劑對作業輥噴射，在被軋制材料上部，冷卻劑雖會從板端部向下流而被去除，但由于被軋制材料向軋機以某一速度流入，因此冷卻劑滯留在被軋制材料上。滯留在被軋制材料上的冷卻劑在被軋制材料上表面形成潤滑膜，但因滯留量的不同而導致其量也不同，因此軋制加工時的作業輥和被軋制材料的摩擦系數發生變化。因此，軋機輸出側的被軋制材料的板厚分布不同，形狀發生變化。在考慮到利用軋機輸入側的冷卻劑滯留量的不同來控制形狀的情況下，軋機輸入側的冷卻劑滯留量可以通過以下的(I)、(2)來變更，即，(I)在離開作業輥的位置處設置冷卻劑噴嘴，向被軋制材料在板寬方向上選擇性地噴射冷卻劑。(2)在離開作業輥的位置處設置噴射空氣的噴嘴，調整冷卻劑滯留長度，由此變更板寬方向上的冷卻劑滯留量。這樣，無需在空間受限的軋機的殼體內設置新的機械就能夠實現軋機輸入側的冷卻劑滯留量的變更。S卩，雖然有些重復，但重申本發明涉及通過變更軋機輸入側的被軋制材料的冷卻劑滯留量來實施形狀控制的內容。并且，作為冷卻劑滯留量變更的實施例，通過在離開軋機的部位設置冷卻劑噴嘴來噴射冷卻劑，從而使板上的板寬方向的某點處的冷卻劑滯留量增力口。這里，還考慮了使用空氣等來控制冷卻劑滯留量的方式。其優點是，能夠比在輸入側設置選擇性冷卻劑更容易地設置，因此能夠容易地對現有結構實施改造。實施例I以下，對將本發明適用于單機座軋機的情況進行說明。圖2表示單機座軋機的結構。單機座軋機在軋機I的軋制方向的輸入側具有輸入側TR(將張力卷取機簡記作TR) 2且在輸出側具有輸出側TR3，軋制通過在利用軋機I對從輸入側TR2卷出的被軋制材料進行軋制后，利用輸出側TR3卷繞軋制后的被軋制材料來進行。在軋機I上設置有通過變更輥隙而能夠控制被軋制材料的板厚的輥隙控制裝置7、和用于控制軋機I的速度的軋制速度控制裝置4。輸入側TR2及輸出側TR3由電動機驅動，作為該電動機和驅動電動機的裝置，設置有輸入側TR控制裝置5及輸出側TR控制裝置6。在軋制時,從軋制速度設定裝置10將速度指令向軋制速度控制裝置4輸出，車L制速度控制裝置4實施使軋機I的速度一定這樣的控制。在軋機I的輸入側、輸出側，通過對被軋制材料施加張力來穩定且有效地實施軋制。通過輸入側張力設定裝置11及輸出側張力設定裝置12來計算為此所需的張力。根據由張力設定裝置11及12計算出的輸入側及輸出側張力設定值，由輸入側張力電流轉換裝置15及輸出側張力電流轉換裝置16求出用于使輸入側TR2及輸出側TR3經由輸入側TR控制裝置5及輸出側TR控制裝置6而獲得對被軋制材料施加設定張力所需要的電動機轉矩的電流值，并將該電流值向輸入側TR控制裝置5及輸出側TR控制裝置6賦予。在輸入側TR控制裝置5及輸出側TR控制裝置6中， 以成為所賦予的電流的方式控制電動機電流，通過根據電動機電流而向輸入側TR2及輸出側TR3賦予的電動機轉矩來對被軋制材料施加規定的張力。張力電流轉換裝置15、16根據TR機械系統及TR控制裝置的模型來運算成為張力設定值這樣的電流設定值(電動機轉矩設定值)，但由于控制模型含有誤差，因此使用由在軋機I的輸入側及輸出側設置的輸入側張力計8及輸出側張力計9測定出的實際張力，并通過輸入側張力控制13及輸出側張力控制14對張力設定值施加修正，將修正后的張力設定值向張力電流轉換裝置15、16賦予，從而變更向輸入側TR控制裝置5及輸出側TR控制裝置6設定的電流值。并且，由于被軋制材料的板厚在產品品質上是重要的，因此實施板厚控制。軋機I輸出側的板厚通過如下方式控制，即，根據由輸出側板厚計17檢測出的實際板厚，輸出側板厚控制裝置18使用輥隙控制裝置7來操作軋機I的輥隙，由此來進行板厚控制。在圖2中，對從輸入側TR2向輸出側TR3、從圖中的左方向右方進行軋制(以下簡記作軋制方向)的情況進行了記述，但對單機座軋機而言，通常也能夠進行反方向(從右向左的)軋制。雖然根據產品規格會有所不同，但通常進行對被軋制材料進行多次軋制來獲得所期望的板厚的操作方法，在單機座軋機中，也進行如下操作，即，從左向右地實施第一次軋制，將輸入側TR上的被軋制材料卷繞在輸出側TR上，在第二次軋制中從右向左地變更軋制方向，將輸出側TR上的被軋制材料卷繞在輸入側TR上。通過多次反復上述動作，由此能夠獲得所期望的產品板厚。在軋機輸入側設置有作為操作端的冷卻劑噴射裝置50，該冷卻劑噴射裝置50用于確保被軋制材料與作業輥之間的潤滑及使因軋制加工熱而引起的作業輥的熱膨脹量在板寬方向上變化，來控制軋機輸出側的被軋制材料的形狀。冷卻劑噴射裝置50通過用于將由設置在軋機輸出側的輸出側形狀計200檢測出的實際形狀維持成目標形狀的形狀控制21，在板寬方向上調整冷卻劑噴射量。作為形狀控制的操作端，除冷卻之外，還具有作業輥式彎板機、中間輥式彎板機、矯平機這樣的機械地變更作業輥的撓度來控制被軋制材料的形狀的機構，但在本說明書中，省略了詳細說明。形狀是指被軋制材料的板寬方向上的延伸的分布。作業輥式彎板機、中間輥式彎板機均是通過對輥的兩端施加力來彎曲輥，以使形狀在板寬方向上通常呈2次或4次函數狀變化的機構。矯平機是使輥的兩端的輥隙發生變化，而使形狀通常呈I次函數狀變化的機構。相對于此，就選擇性冷卻而言，冷卻劑噴射裝置50如圖3所示那樣具有多個噴射噴嘴51，將通過冷卻劑供給裝置52經由冷卻劑配管53而供給來的兼顧軋制時的潤滑和冷卻的冷卻劑向作業輥表面在板寬方向上選擇性地供給。噴射出的冷卻劑60中，對下作業輥122噴射的冷卻劑之后直接向軋機下部落下。另一方面，對上作業輥121噴射的冷卻劑雖會從被軋制材料123的板寬方向端部落下，但根據噴射的冷卻劑量而在被軋制材料123上從板端部落下為止期間以被軋制材料上的冷卻劑滯留61的方式滯留。被軋制材料123相對于軋機高速(幾百m/分左右)移動，因此滯留在被軋制材料123上的冷卻劑在軋機輸入側保持由滯留的冷卻劑量和被軋制材料123的移動速度來平衡的長度。這就是冷卻劑滯留長度62。
圖4是表示通過噴射噴嘴51噴射的冷卻劑的狀態。噴射到作業輥上的冷卻劑除降低作業輥的溫度而抑制因軋制加工引起的熱膨脹之外，還附著在作業輥表面上而進入被軋制材料與作業輥之間而有助于軋制加工時的潤滑。另一方面，滯留在被軋制材料的板上表面的冷卻劑附著在被軋制材料表面上而進入被軋制材料與作業輥之間而有助于軋制加工時的潤滑。軋制中使用的冷卻劑成為混合了水和油的乳液狀，成為油粒浮在水中的狀態。在該狀態下，附著在被軋制材料上的油粒被運送至被軋制材料與作業輥的接觸部分，而有助于軋制時的潤滑。從而，被軋制材料上表面的冷卻劑滯留長度62越長，冷卻劑與被軋制材料的接觸時間變得越長。因此，與冷卻劑滯留長度相應地，潤滑油向被軋制材料表面的附著量變多，對潤滑的幫助變大，摩擦系數變小。被軋制材料的形狀是板寬方向上的延伸率的差，通過在軋制的作用下使軋機輸出側的板厚分布在板寬方向上發生變化而產生。軋機輸出側板厚根據上下作業輥間的間隔、施加在被軋制材料上的張力、摩擦系數等而發生變化。選擇性冷卻是指對向(作業輥(上)121及作業輥(下)122)作業輥120噴射的冷卻劑量在板寬方向上進行調整，利用因作業輥120的熱膨脹變化而引起的上下作業輥間的間隔的變化及摩擦系數的變化來使輸出側板厚的板寬方向分布發生變化，從而使形狀發生變化。因冷卻劑噴射而對形狀產生的影響可以如下述那樣考慮。冷卻劑噴射一摩擦系數降低(摩擦系數的觀點)—載荷減少—輸出側板厚薄—形狀延伸(延伸率增大)冷卻劑噴射一熱膨脹量減少(作業輥冷卻的觀點)—板厚增加—形狀擴展(延伸率減少)即，將冷卻劑噴射從摩擦系數變化的觀點考慮或從熱膨脹量變化的觀點考慮的話，形狀的變化方向是不同的。當實際上研究冷卻劑噴射時的軋機輸出側形狀變化時，如圖5所示，在冷卻劑剛噴射后形狀呈現延伸趨勢(延伸率增大)，但之后呈現擴展趨勢(延伸率減少)。可以認為該情況的原因在于，在剛噴射后摩擦系數發生變化，而作業輥的熱膨脹量減少需要時間。在使用了選擇性冷卻的形狀控制中，認為因冷卻劑的噴射引起的作業輥的熱膨脹量的變動對形狀造成的影響是支配性的，采取對與形狀發生延伸的部分對應的作業輥噴射冷卻劑這樣的控制方法的情況居多。在因軋制引起的加工熱的產生小，幾乎沒有熱膨脹量的情況下，認為因摩擦系數變化引起的影響是支配性的，可以采取停止向與形狀發生延伸的部分對應的作業輥噴射冷卻劑的控制方法。在實施選擇性冷卻控制的情況下，需要將冷卻劑噴射裝置50接近作業輥設置。通常在板寬方向上每隔50mm左右設置冷卻劑噴射噴嘴51，且為了能夠分別獨立地進行噴射/停止而設置閥，因此需要用于供冷卻劑流動的配管、或者用于開閉閥的空氣配管(在為空氣閥的情況下)或電配線(在為電磁閥的情況下)。因此，存在無法設置在軋機的機械結構(例如森吉米爾式軋機)上的情況。并且，即使要在現有的軋機上新設置選擇性冷卻裝置，也存在沒有空間而無法設置的情況。這樣的情況下，放棄選擇性冷卻裝置的設置，從而無法進行基于冷卻劑的形狀控制。在使用彎板機來進行形狀控制的情況下，在產生圖6所示那樣的M型形狀時，要使用因中間輥與作業輥的彎板操作引起的形狀變化的差來修正形狀。例如，增加中間輥式彎板機，并將對板端部的影響更大的作業輥式彎板機向減少側操作。然而，在中間輥和作業輥對形狀的影響相同的情況下，在不對M型形狀進行修正的狀態下，產生中間輥式彎板機動作至最大值或作業輥式彎板機動作至最小值的所謂的分離(泣務別&)現象。這樣的情況下，由于無法利用彎板機來對M型形狀進行修正，因此需要基于冷卻劑的形狀控制。因此，即使對無法設置選擇性冷卻裝置這樣的軋制設備而言，只要能夠使被軋制材料上的冷卻劑滯留量發生變化，就能夠實施基于冷卻劑的形狀控制。作為使冷卻劑滯留量變化的方法，只要在軋機輸入側設置冷卻劑噴射裝置(冷卻劑噴嘴)50，向被軋制材料上噴射冷卻劑來使冷卻劑滯留量在板寬方向上發生變化即可。圖I示出這種情況下的結構。根據由軋機的輸出側形狀計200測定出的實際形狀，形狀控制確定想要將冷卻劑滯留量增加的板寬方向上的部位，并使該部分的冷卻劑滯留量調整裝置202的噴嘴成為噴射狀態，由此向軋機輸入側的被軋制材料上部噴射冷卻劑，使冷卻劑滯留長度變長。通過使用這樣的方法，即使在軋機的作業輥附近沒有機械的設置空間的情況下，只要在空間存有富余的軋機輸入側部設置冷卻劑滯留量調整裝置202即可，從而能夠適用基于冷卻劑的形狀控制。圖7示出冷卻劑滯留量調整裝置202的概要。在軋制方向輸入側，在從作業輥離開的位置處設置冷卻劑滯留量調整裝置202。冷卻劑滯留量調整裝置202具有沿板寬方向分割的多個冷卻劑噴嘴202-1 202-k，各噴嘴通過冷卻劑流量調整裝置203-1 203_k來調整噴射流量。這里，冷卻劑噴嘴202及冷卻劑流量調整裝置203在板寬方向上設置有k個。在軋機輸出側設置輸出側形狀計200，能夠測定實際形狀。這里，簡單起見，考慮k = 8的情況。輸出側形狀計200具有8個測定區域，能夠對各區域的形狀進行測定。并且，與輸出側形狀計200的測定區域對應而設置有冷卻劑噴嘴202及冷卻劑滯留量調整裝置203。圖9示出形狀控制204的動作流程。形狀控制204從輸出側形狀計200獲取實際 形狀，取實際形狀與作為預先設定好的目標的形狀(目標形狀)的偏差來制成形狀偏差。形狀偏差=實際形狀-目標形狀
在使用了冷卻劑滯留量的形狀控制中，以通過增加冷卻劑滯留量來使板寬方向相應部分的形狀向延伸方向(壓下率增加)變化為前提，因此探索形狀偏差最小的(在板寬方向上最不延伸的)部分，將與該部分對應的冷卻劑滯留量調整裝置202的噴嘴設為打開(冷卻劑噴射狀態)。例如，在圖8所示那樣的實際形狀及目標形狀的情況下，形狀偏差在冷卻劑滯留量調整裝置202的噴嘴202-2位置處最小，因此將冷卻劑流量調整裝置203的203-2的閥設為打開(噴射狀態)，由此從冷卻劑滯留量調整裝置202-2噴射冷卻劑。噴射出的冷卻劑在被軋制材料上表面如圖7所示那樣滯留，形狀偏差最小的部分的冷卻劑滯留量增大。這里，以通過冷卻劑滯留量的增大而導致被軋制材料與作業輥之間的摩擦系數減小，被軋制材料的輸出側板厚變薄為前提。然而，還考慮到，因冷卻劑滯留量的增大而導致被軋制材料被冷卻，由此被軋制材料在軋制時奪取作業輥的熱量(或抑制發熱)，從而使作業輥的熱膨脹量發生變化而使形狀發生變化，這種情況下，從形狀偏差最大的部分的冷卻劑滯留量調整裝置的噴嘴(圖8的情況下為202-k)噴射冷卻劑即可。
通過使用這樣的方法，即使在軋機的作業輥附近沒有機械的設置空間的情況下，只要在空間存有富余的軋機輸入側部設置冷卻劑滯留量調整裝置即可，能夠適用基于冷卻劑的形狀控制。實施例2在實施例I中，使用了向軋機輸入側噴射冷卻劑的冷卻劑滯留長度調整裝置，但通過對滯留在被軋制材料上的冷卻劑噴射空氣來調整冷卻劑滯留量，也能夠實現基于冷卻劑的形狀控制。這種情況下的冷卻劑滯留量形狀控制的動作概要如圖10所示。這種情況下，從冷卻劑滯留量調整裝置202將由空氣供給裝置54供給的空氣噴射。空氣流量調整裝置205將由空氣供給裝置54經由空氣配管55供給來的空氣在板寬方向上選擇性地向冷卻劑滯留量調整裝置202的各噴嘴202-1 202-k供給。從冷卻劑滯留量調整裝置202的噴嘴噴射出的空氣以推壓滯留在被軋制材料上表面的冷卻劑的方式噴射，由此來調整冷卻劑滯留量。在為圖8所示的實際形狀、目標形狀、形狀偏差的情況下，由于與冷卻劑滯留量調整裝置202-k (k = 8)對應的部分的形狀偏差最大，因此通過打開空氣流量調整裝置205-k，而從冷卻劑滯留量調整裝置202-k的噴嘴噴射空氣。由此，冷卻劑滯留量如圖10的虛線所示那樣變化，形狀偏差最大的部分的冷卻劑滯留量減少。因此，輸出側板厚增大(壓下率減少)，且抑制輸出側形狀的延伸。這里，前提是通過減少冷卻劑滯留量來使形狀偏差變小(冷卻劑滯留量變化導致摩擦系數變化，從而使輸出側板厚發生變化)，但如上所述那樣，以通過冷卻劑滯留量變化來使熱膨脹量發生變化這樣的前提來實現形狀控制也可。實施例3在實施例中，以單機座軋機為對象，但同樣的機構也可適用于串列式軋機。并且，在串列式軋機中，通常相對于最終機座設置選擇性冷卻裝置，但通過使用本方式，在前段機座中也能夠利用基于冷卻劑的形狀控制。并且，對冷卻劑滯留量進行調整的方法并不局限于實施例，只要能夠對滯留在被軋制材料上表面的冷卻劑長度在板寬方向上進行調整即可，可以使用任意的方法。
本發明能夠利用于冷軋機的控制，不存在實際適 用上的問題。
權利要求
1.一種軋機的控制裝置，其輸出對軋機的規定的操作對象進行控制的操作指令，所述軋機的控制裝置的特征在于，具有 輸入部，其輸入與軋機輸入側或軋機輸出側的被軋制材料的形狀有關的信息即形狀信息； 操作指令運算部，其根據所述形狀信息，以使軋機輸出側的被軋制材料的形狀接近目標形狀的方式來運算使滯留在軋機輸入側的被軋制材料上的潤滑冷卻介質的滯留量在板寬方向上發生變化的操作指令量； 輸出部，其將所述操作指令向所述操作對象輸出。
2.根據權利要求I所述的軋機的控制裝置，其特征在于， 所述輸入部將所述軋機輸出側的被軋制材料的形狀作為所述形狀信息而輸入，所述操 作指令運算部根據所述形狀信息，以使所述軋機輸出側的被軋制材料的形狀與目標形狀的偏差變小的方式來運算使滯留在軋機輸入側的被軋制材料上的潤滑冷卻介質的滯留量在板寬方向上發生變化的操作指令量。
3.根據權利要求I所述的軋機的控制裝置，其特征在于， 所述操作對象為潤滑冷卻介質噴射裝置，所述操作指令運算部根據所述操作指令使從所述潤滑冷卻介質噴射裝置向被軋制材料上噴射的潤滑冷卻介質發生變更，由此使滯留在軋機輸入側的被軋制材料上的潤滑冷卻介質的滯留量在板寬方向上發生變化。
4.根據權利要求I所述的軋機的控制裝置，其特征在于， 所述操作對象為噴射氣體的氣體噴射裝置，所述操作指令運算部根據所述操作指令使所述氣體作用在從潤滑冷卻介質噴射裝置噴出的潤滑冷卻介質上，由此使滯留在軋機輸入側的被軋制材料上的潤滑冷卻介質的滯留量在板寬方向上發生變化。
5.根據權利要求I所述的軋機的控制裝置，其特征在于， 所述軋機為由多個機座構成的串列式軋機，在所述串列式軋機的前段機座中實施形狀控制。
6.根據權利要求I所述的軋機的控制裝置，其特征在于， 所述軋機包括由多個輥構成的至少一臺軋機機座，具有用于供給被軋制材料的卷出裝置和用于將在軋機機座中軋制后的被軋制材料卷繞的卷繞裝置，還具有對所述軋機機座中的輥速度進行控制的速度控制部和對所述輥的上下輥間隔進行控制的輥隙控制部。
7.一種軋機的控制方法，其特征在于， 獲取與軋機輸入側或軋機輸出側的被軋制材料的形狀有關的信息即形狀信息，根據所述形狀信息，以使軋機輸出側的被軋制材料的形狀接近目標形狀的方式來運算使滯留在軋機輸入側的被軋制材料上的潤滑冷卻介質的滯留量在板寬方向上發生變化的操作指令量，并將所述操作指令向操作對象輸出。
全文摘要
在實施基于冷卻劑的形狀控制時，目前存在機械結構復雜的問題。本發明提供一種軋機的控制裝置及軋機的控制方法，其中，在上作業輥與下作業輥之間對被軋制材料的形狀進行控制，在軋機輸入側控制朝向被軋制材料或上作業輥和下作業輥噴射的冷卻劑，從而使滯留在被軋制材料上的冷卻劑的滯留長度在板寬方向上發生變化，由此實施形狀控制。
文檔編號B21B37/44GK102962263SQ20121028441
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月6日 優先權日2011年8月31日
發明者服部哲 申請人:株式會社日立制作所