鋼板的製造方法及使用該方法的製造裝置的製作方法

2023-06-12 02:07:56

專利名稱：鋼板的製造方法及使用該方法的製造裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及採用靜止型加熱處理、並且為獲得所要的鋼板製品而進行鋼板的加熱
控制的製造方法，以及使用該方法的製造裝置。
背景技術：
靜止型加熱處理中，用感應加熱裝置以事先設定好的加熱條件對鋼板加熱，得到 所要的鋼板製品。 以往，對於加熱條件，加熱溫度目標值是根據製品的不同規格基於長年的經驗來 確定的，為了達到該目標值，通常有進行溫度控制的方法。但是，近年來，對製品規格的要求 明顯提高、多樣，基於經驗來確定的方法已無法適當地確定目標值。 於是，為實現升溫、升溫和均熱，提出了如下方案用配置於流水線上的溫度計來 測定溫度，採用該溫度來控制感應加熱裝置的供電，維持目標溫度。即，是如下結構利用 適當配置在軋制、鍛造或矯正流水線上的多個感應加熱裝置來控制溫度而對鋼板加熱後， 用軋制機對鋼板進行加工，製成所要的製品。該感應加熱裝置具有逆變器作為電源裝置，設 有感應加熱裝置用控制裝置作為對該逆變器的加熱電力標準輸出功率進行控制的裝置。此 外，還有計算機，該計算機包括設定計算單元，該設定計算單元根據製品尺寸、材質、溫度 條件等計算設定值，將電力設定值輸出至感應加熱裝置用控制裝置；修正計算單元，該修正 計算單元是對來自感應加熱裝置的進入側溫度計或輸出側溫度計的測定值的修正計算單 元。為了確定功率設定值，計算機從上位計算機獲取必要的製品尺寸等信息。藉由上述結 構，感應加熱裝置用控制裝置的加熱控制如下進行由計算機進行基本的加熱設定模型計 算，將其確定為作為功率設定值的基礎的溫度設定值，感應加熱裝置用控制裝置根據該功 率設定值來對感應加熱裝置進行加熱功率控制。另外，提出了多種以用配置於流水線上的 溫度計來測定溫度、採用該溫度來控制感應加熱裝置的供電、維持目標溫度為目的的方案 (例如參照專利文獻1和專利文獻2)。 此外，還提出了以根據材質傳感器的測定結果基於材質模型進行加熱控制、從而
將材質控制為所要的材質為特徵的方案(例如參照專利文獻3)。 專利文獻1 :日本專利特開平9-314216號公報 專利文獻2 :日本專利特開平10-202311號公報 專利文獻3 :日本專利特開平5-171258號公報 發明的揭示 但是，專利文獻1和專利文獻2中記載的利用溫度計的溫度控制中，重要的是加熱 條件、鋼板的材質和該鋼板的內表面溫度的目標值設定以及溫度計的檢測精度。但是，溫度 計檢測的只不過是表面溫度，而且因水蒸氣和刻度等的影響也會產生測定誤差，因此難以 進行動態的控制。因此，只能根據事先測定好的製品溫度進行溫度設定，基於該溫度設定進 行加熱，會發生無法獲得所要的材質的情況。 此外，專利文獻3中記載的基於材質模型的控制方法中，為使製品的材質與目標值一致，重要的是材質模型的預測精度。但是，加熱條件和製品材質的關係極為複雜，其預 測精度不一定夠。尤其是在制品處於材質模型鑑定的對象範圍以外的情況下，預測精度明 顯變差。此外，即使構成材質模型的多個模型算式的精度都良好，由於它們的誤差會累積， 因此難以保證總精度良好。 本發明是為解決上述問題而完成的發明，其目的是提供材質模型的預測精度提
高、加熱條件隨著該預測精度的提高而實現高精度化、由此實現了高品質的鋼板。 本發明的鋼板的製造方法為獲得所要的製品而控制加熱條件來對鋼板加熱，其
中，根據測得的所述鋼板的規定位置的材質值和預先設定好的所述鋼板的規定位置的材質
目標值的比較結果來設定加熱條件，在所述鋼板靜止的狀態下以所述加熱條件對所述鋼板
的規定位置加熱。 通過本發明，可提供材質模型的預測精度提高、加熱條件隨著該預測精度的提高 而實現高精度化、由此實現了高品質的鋼板。
附圖的簡單說明

圖1是本發明的實施方式1中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖。
圖2是本發明的實施方式2中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖。
圖3是本發明的實施方式2中的鋼板的製造裝置的主要部分的俯視圖。
圖4是本發明的實施方式2中的鋼板的製造裝置的主要部分的縱向剖視圖。
圖5是本發明的實施方式3中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖。
圖6是本發明的實施方式3中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖，是表 示將鋼板搬入感應加熱裝置前的狀態的圖。 圖7是本發明的實施方式3中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖，是表 示將鋼板搬入感應加熱裝置的狀態的圖。 圖8是本發明的實施方式3中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖，是表 示將鋼板從感應加熱裝置搬出的狀態的圖。 圖9是本發明的實施方式4中的鋼板的加熱控制裝置的簡要結構圖。
符號的說明 l鋼板，2感應加熱裝置，2a感應加熱線圈，2b加熱線圈蓋，2c測定用觀察窗，3 感應加熱裝置用控制裝置，4計算機，5上位計算機，6材質傳感器，7材質傳感器，8推出裝 置，9巻繞線，9a鋼絲固定件，10巻繞機，11感應加熱裝置，lla感應加熱線圈
實施發明的最佳方式 為了對本發明的進行更詳細的說明，根據附圖對本發明進行說明。另外，各圖中，
對於相同或相當的部分標以相同的符號，適當地簡化或省略其重複說明。
實施方式1 圖1是本發明的實施方式1中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖。
圖1中，1是鋼板，2是對搬入的鋼板1在整個寬度方向上進行靜止型加熱處理的 螺線管型的感應加熱裝置，設有逆變器(未圖示)作為電源裝置。逆變器可通過半導體元 件電路任意且快速地調整供給至感應加熱線圈2a的功率。此外，感應加熱裝置2有時也可 根據製品規格等適當地設置多個。3是感應加熱裝置用控制裝置，該控制裝置對供給至逆變 器的加熱功率標準輸出功率進行控制和設定。4是計算機，該計算機為了控制感應加熱裝置2的加熱條件而將與該加熱條件對應的功率設定值輸出至感應加熱裝置用控制裝置3。 5是 上位計算機，該上位計算機向計算機4提供鋼板1的尺寸形狀、製品的目標尺寸形狀、金屬 原材料的組成(合金成分的含有率)等的目標值。 這裡，在感應加熱裝置2的上遊側設有材質傳感器6。該材質傳感器6在規定位置 測定時時刻刻都在變化的鋼板1在感應裝置2的搬入方向上的材質值。另外，從耐久性等 的角度考慮，材質傳感器6優選非接觸、非破壞的材質傳感器，除了直接測定磁導率等材質 的傳感器以外，也可以是通過檢測電阻、超聲波傳播特性、放射線的散射特性等與材質密切 相關的物理量並換算成結晶粒徑、成形性等材質來間接地進行測定的傳感器。這樣的材質 傳感器6有各種各樣的傳感器，有時也可以是例如日本專利特開昭57-57255號公報中揭示 的根據進入材料內的超聲波的強度變化或傳播速度的檢測值來測定材料的結晶粒徑或結 構的傳感器。 還可使用例如日本專利特開2001-255306號公報中揭示的近年開發的雷射超聲 波裝置或電磁超聲波裝置(均未圖示)等來進行超聲波的發送接收。特別是雷射超聲波裝 置具有可延長從材料表面到材質傳感器6的距離的特徵，尤其是在需要進行熱測定及在線 測定的情況下的利用價值高。此外，材質傳感器6也可以是如日本專利特開昭56-82443號 公報中揭示的根據由磁通檢測器(未圖示)測得的磁通強度來測定鋼材的變態量。
由上述材質傳感器6測得的鋼板1的規定位置的材質值被發送至計算機4。計算 機4除了獲取來自上位計算機5的鋼板1的尺寸形狀等的目標值以外，也獲取由材質傳感 器6測得的在測定位置上應達到的材質目標值。這裡，材質目標值不限於可由材質傳感器 6直接測定的材質，可以是例如拉伸強度、耐力、韌性、延展性等機械特性，磁導率等電磁特 性，或者與它們密切相關的結晶粒徑、晶體取向的取向性、各種晶體組織的存在比率中的一 個或多個，只要能預先與由材質傳感器6測得的鋼板1的材質值對應地設定即可。接著，計 算機4根據由材質傳感器6測得的鋼板1的規定位置的材質值進行材質模型計算，與鋼板 1的材質目標值進行比較，計算出感應加熱裝置2的加熱條件。然後，將鋼板1的規定位置 搬入感應加熱裝置2，以靜止的狀態在根據計算機4的比較結果設定的加熱條件下加熱。
下面，對感應加熱裝置2的加熱條件的控制方法進行說明。首先，利用材質傳感器 6測定加熱前的鋼板1的規定位置的材質值。然後，利用計算機4將鋼板1的進行了材質模 型計算的測定位置的材質值與材質目標值進行比較，根據其比較結果由感應加熱裝置用控 制裝置3進行功率控制，通過該功率控制對感應加熱裝置2的加熱設定溫度加以修正。該 修正例如根據下式(1)進行。 TSET = TCAL_TSTAX ((Rcal-RS")/RcalXK》 (1) 這裡，TSET是校正後的加熱設定溫度值(°C ) ， Te"是校正前的加熱設定溫度值(=
設定計算值)(°C )，TSTA是加熱溫度值(°C )，R^是加熱前的材質設定值(=材質目標值)，
RSIM是材質測定值，&是增益(_)。增益&是考慮到感應加熱裝置2的響應性來確定的。 另外，感應加熱裝置用控制裝置3的功率控制值是採用鋼板1的尺寸、特性(比
重、比熱)及搬運速度的值，根據處理量和升溫熱量，將與必要升溫量相對應的功率值作為
功率控制模型來確定的。例如根據下式(2)進行。 PSET = Ws X Ts X SPD X G X A T2 X C (2)這裡，PSET是功率控制值(kW) ， Ws是鋼材寬度(mm) ， Ts是鋼材厚度(mm) ， SPD是鋼材的搬運速度(mm/sec) ，G是鋼材的質量(g/mm2)，厶!~2是必要升溫量(。C)，C是鋼材的比 熱(cal/g °C )。 將由計算機4算出的式(2)作為鋼板1的升溫所需的標準功率值，發送給感應加 熱裝置用控制裝置3。從作為感應加熱裝置2的電源裝置的逆變器輸出一個值，該值是通過 感應加熱裝置用控制裝置3在上述功率控制值PSET的基礎上添加了感應加熱裝置2的加熱 效率而得的值。 因此，採用與上述式(2)相同的算式，將根據材質傳感器6的測定值通過修整計算 而得的校正後的加熱設定值溫度TSET代入AT，從而進行功率控制的修整計算。S卩，根據下 式(3)進行。 PSET1 = Ws X Ts X SPD X G X TSET X C (3) 這裡，PSE"是校正後的功率控制值(kW) 。 g卩，將該校正後的功率控制值pSE"作為修 正值，通過感應加熱用控制裝置2加以修正，從而對感應加熱裝置2的加熱條件進行控制。 藉此，由感應加熱裝置2對材質傳感器6所測定的鋼板1的規定位置進行加熱。
根據上述實施方式l，逆變器可通過半導體元件電路任意且快速地調整供給至感 應加熱線圈2a的功率，因此式(1)所示的增益&提高，感應加熱裝置2的響應性提高。此 外，感應加熱裝置用控制裝置3將鋼板1的進行了材質模型計算的測定位置的材質值與材 質目標值進行比較，根據該比較結果求出修正值，將該修正值與由計算機4輸出的功率控 制值相加，從而對感應加熱裝置2的加熱條件進行控制。因此，在鋼板1向感應加熱裝置2 的整個搬入方向上，可實現更高精度的動態的加熱條件控制，可製造確保一定材質的高品 質的製品。另外，顯然也可以考慮與以往同樣地由溫度計測得的鋼板l的表面溫度來進行 材質模型計算。
實施方式2 圖2是本發明的實施方式2中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖，圖3 是本發明的實施方式2中的鋼板的製造裝置的主要部分的俯視圖，圖4是本發明的實施方 式2中的鋼板的製造裝置的主要部分的縱向剖視圖。另外，對於與實施方式l相同或相當 的部分標以相同的符號，省略說明。 實施方式1中，在感應加熱裝置2的上遊側設置有材質傳感器6。另一方面，實施 方式2中，在感應加熱裝置2中，在測定用觀察窗2c附近配置有材質傳感器7，該測定用觀 察窗2c設置於覆蓋感應加熱線圈2a的加熱線圈蓋2b。該測定用觀察窗2c配置於感應加 熱線圈2a的匝間，形成材質傳感器7能直視感應加熱線圈2a內處於加熱中途的鋼板1的 結構。即，感應加熱裝置2的結構如下在由材質傳感器6來測定鋼板1的規定位置的材質 值的狀態下對鋼板l加熱。 通過上述實施方式2，可測定加熱中途的鋼板1的材質值，因此可實現比實施方式 1的精度更高的動態的加熱條件控制。
實施方式3 圖5是本發明的實施方式3中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖，圖6 是本發明的實施方式3中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖，是表示將鋼板搬入 感應加熱裝置前的狀態的圖，圖7是本發明的實施方式3中的鋼板的製造裝置的主要部分 的簡要結構圖，是表示將鋼板搬入感應加熱裝置後的狀態的圖，圖8是本發明的實施方式3中的鋼板的製造裝置的主要部分的簡要結構圖，是表示將鋼板從感應加熱裝置搬出的狀態
的圖。另外，對於與實施方式l相同或相當的部分標以相同的符號，省略說明。 實施方式1中，未提及鋼板1向感應加熱裝置2的搬入搬出的詳細情況。另一方
面，實施方式3的特徵在於鋼板1向感應加熱裝置2的搬入搬出方面。下面，對實施方式3
進行詳細說明。 圖中，8是推出裝置，該推出裝置配置於感應加熱裝置2的上遊側，推出鋼板1使其 搬入感應加熱裝置2 ;9是巻繞線，該巻繞線由一端通過鋼絲固定件9a固定於鋼板1的上遊 側的鋼絲構成；10是巻繞機，該巻繞機上固定有巻繞線9的另一端，在加熱後將巻繞線9巻 繞，從而將鋼板1向材質傳感器6側搬出。此時，首先利用材質傳感器6測定加熱前的鋼板 1的規定位置的材質值。然後，利用計算機4根據測得的材質值與實施方式1同樣地計算出 感應加熱裝置2的加熱條件。接著，利用推出裝置8推出鋼板l，將鋼板1搬入感應加熱裝 置2。接著，將鋼板1加熱規定時間後，利用巻繞機10將鋼板1向材質傳感器6側搬出，再 次利用材質傳感器6測定規定位置的材質值。此時，鋼板1的規定位置的材質值與材質目 標值不一致的情況下，利用推出裝置8和巻繞機10將鋼板1搬入搬出，反覆對鋼板1進行 加熱，直至加熱後的材質值與材質目標值達到一致。 通過上述實施方式3，對加熱前後的鋼板1進行材質評價，可製造更高品質的制 品。此外，通過將推出裝置8等配置於感應加熱裝置2的上遊側，可容易地將鋼板1向感應 加熱裝置2進行搬入搬出。
實施方式4 圖9是本發明的實施方式4中的鋼板的加熱控制裝置的簡要結構圖。另外，對於 與實施方式3相同或相當的部分標以相同的符號，省略說明。 實施方式1的感應加熱裝置2是螺線管型的感應加熱裝置。另一方面，實施方式
4的感應加熱裝置11是在鋼板1的寬度方向兩側部的上方和下方配置有感應加熱線圈lla
的橫向型的感應加熱裝置。在鋼板1中的寬度方向兩側部的溫度低於中央部的溫度的情況
下，該橫向型的感應加熱裝置11通過感應加熱線圈lla對該兩側部加熱。 通過上述實施方式4，可選擇適合於各種狀況的感應加熱裝置，從而可製造更高品
質的製品。 產業上利用的可能性 如上所述，利用本發明的鋼板的製造方法及使用該方法的製造裝置，可提供材質 模型的預測精度提高、加熱條件隨著該預測精度的提高而實現高精度化、由此實現了高品 質的鋼板。
8
權利要求
一種鋼板的製造方法，為獲得所要的製品而控制加熱條件來對鋼板加熱，其特徵在於，根據測得的所述鋼板的規定位置的材質值和預先設定好的所述鋼板的規定位置的材質目標值的比較結果來設定加熱條件，在所述鋼板靜止的狀態下以所述加熱條件對所述鋼板的規定位置加熱。
2. —種鋼板的製造裝置，為獲得所要的製品而控制加熱條件來對鋼板加熱，其特徵在 於，包括材質傳感器，該材質傳感器測定所述鋼板的規定位置的材質值；計算機，該計算機將由所述材質傳感器測得的所述鋼板的規定位置的材質值和預先設 定好的所述鋼板的規定位置的材質目標值進行比較；以及加熱裝置，該加熱裝置根據所述計算機算出的所述材質值和所述材質目標值的比較 結果來設定加熱條件，在所述鋼板靜止的狀態下以所述加熱條件對所述鋼板的規定位置加 熱。
3. 如權利要求2所述的鋼板的製造裝置，其特徵在於， 加熱裝置在由材質傳感器測定了鋼板的材質值之後對所述鋼板加熱。
4. 如權利要求3所述的鋼板的製造裝置，其特徵在於， 加熱裝置中，利用材質傳感器測定加熱後的鋼板的材質值，利用計算機將由所述材質傳感器測得的加熱後的所述鋼板的材質值和所述鋼板的材 質目標值進行比較，反覆對所述鋼板進行加熱，直至由所述材質傳感器測得的加熱後的所述鋼板的材質值 與所述鋼板的材質目標值達到一致。
5. 如權利要求4所述的鋼板的製造裝置，其特徵在於， 加熱裝置包括推出裝置，該推出裝置推出鋼板以將其搬入； 巻繞線，該巻繞線的一端固定於所述鋼板；以及巻繞機，該巻繞機上固定有所述巻繞線的另一端，在加熱後將所述巻繞線巻繞，從而將 所述鋼板向材質傳感器側搬出，反覆對所述鋼板進行加熱時，利用所述推出裝置和所述巻繞機將所述鋼板搬入搬出。
6. 如權利要求2所述的鋼板的製造裝置，其特徵在於， 加熱裝置在由材質傳感器測定鋼板的材質值的狀態下對所述鋼板加熱。
7. 如權利要求2到6中的任一項所述的鋼板的製造裝置，其特徵在於， 加熱裝置是對鋼板的整個寬度方向加熱的螺線管型感應加熱裝置。
8. 如權利要求2到6中的任一項所述的鋼板的製造裝置，其特徵在於， 加熱裝置是對鋼板的寬度方向兩側部加熱的橫向型感應加熱裝置。
9. 如權利要求7或8所述的鋼板的製造裝置，其特徵在於， 加熱裝置包括加熱線圈；加熱線圈蓋，該加熱線圈蓋覆蓋所述加熱線圈；以及CN 101765667 A 權利要求書 2/2頁測定用觀察窗，該測定用觀察窗設置於所述加熱線圈蓋，使材質傳感器從所述加熱線 圈的匝間測定鋼板的材質值。
全文摘要
本發明提供一種在靜止型加熱處理中材質模型的預測精度提高、加熱條件隨著該預測精度的提高而實現高精度化、從而獲得高品質的鋼板的製造方法。該方法是為獲得所要的製品而控制加熱條件來對鋼板加熱的鋼板的製造方法，其中，根據測得的所述鋼板的規定位置的材質值和預先設定好的所述鋼板的規定位置的材質目標值的比較結果來設定加熱條件，在所述鋼板靜止的狀態下以所述加熱條件對所述鋼板的規定位置加熱。
文檔編號C21D1/42GK101765667SQ20078010002
公開日2010年6月30日 申請日期2007年7月26日 優先權日2007年7月26日
發明者堂上康治, 成田潤 申請人:東芝三菱電機產業系統株式會社