СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ, УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО РАСЧЕТА КОЛИЧЕСТВА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ
METHOD OF COOLING CONTROL, COOLING CONTROL DEVICE AND COOLING WATER AMOUNT CALCULATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу управления охлаждением, устройству управления охлаждением, устройству расчета количества охлаждающей воды, компьютерной программе и носителю информации в процессе производства стального толстого листа, а более конкретно относится к технологии, предпочтительной для использования для охлаждения стального толстого листа непосредственно после прокатки.
Уровень техники
Традиционно предлагалось управление охлаждением для того, чтобы измерять температуру стального толстого листа во время обработки с охлаждением, изменять количества охлаждающей воды, распыляемой на верхнюю поверхность и нижнюю поверхность стального толстого листа таким образом, чтобы температура в конце охлаждения стала требуемой температурой, и устраняющее разницу между температурой верхней поверхности и температурой нижней поверхности стального толстого листа таким образом, чтобы предотвратить искажение формы стального толстого листа, происходящее вследствие разности между температурой верхней поверхности и температурой нижней поверхности стального толстого листа (см., например, японскую патентную публикацию (В2) номер 7 - 41303).
Кроме того, в способе охлаждения, раскрытом в Японской патентной публикации (А) номер 60 - 210313, отношение "верх / низ" для количеств охлаждающей воды (отношение количеств охлаждающей воды на верхней / нижней поверхностях) определяется коэффициентом, определенным исходя из размера и т.д. охлаждаемого материала. Температура стального толстого листа во время охлаждения в значительной степени зависит от количеств охлаждающей воды и коэффициента теплопередачи. А именно коэффициент теплопередачи является функцией температуры поверхности стального толстого листа.
Соответственно состояние температуры стального толстого листа во время начала охлаждения, которое отличается для каждой охлаждаемой мишени, и изменение коэффициента теплопередачи из-за изменения температуры поверхности стального толстого листа во время охлаждения, которая изменяется с каждым моментом, не могут быть правильно отражены в количествах охлаждающей воды. По этой причине искажение формы стального толстого листа не могла быть предотвращена с высокой точностью посредством только определения отношения "верх / низ" для количеств воды.
Для того чтобы решить описанную выше проблему, в способе охлаждения, раскрытом в японской патентной публикации (В2) номер 7 - 29139, прогнозируют температуру во время начала охлаждения, основываясь на температуре во время конца прокатки, и непрерывно рассчитывают изменяющееся состояние температуры поверхности и коэффициент теплопередачи с использованием формулы теплопередачи, использующей прогнозируемые температуры в качестве начального состояния таким образом, чтобы определить отношение "верх / низ" для количеств воды, подавляющее искажение формы стального толстого листа во время охлаждения с высокой точностью.
Однако, как было объяснено выше, коэффициент теплопередачи оказывает большое влияние на температуру стального толстого листа во время начала охлаждения, следовательно, способ охлаждения, раскрытый в японской патентной публикации (В2) номер 7-29139, основанный на прогнозировании температуры начала охлаждения во время конца прокатки, подвержен множеству нарушений в период времени с конца прокатки до начала охлаждения. По этой причине отношение "верх / низ" для количеств воды, определенное во время конца прокатки, также включает в себя большую величину погрешности, следовательно, способ охлаждения, раскрытый в японской патентной публикации (В2) номер 7 - 29139, имел ту проблему, что существовало ограничение подавления искажения формы стального толстого листа.
По этой причине в качестве технологии для одновременного решения проблем способов охлаждения, раскрытых в японской патентной публикации (А) номер 60 -210313 и японской патентной публикации (В2) номер 7 - 29139, например, в способе охлаждения, раскрытом в японской патентной публикации (А) номер 2 - 70018, отношение "верх / низ" для количеств воды рассчитывается согласно температурам, измеренным в положении начала охлаждения, и отношение количеств воды на верхней / нижней поверхностях, дающее постоянное распределение температуры верхней / нижней поверхностей, ищется и рассчитывается с использованием формулы теплопередачи, учитывающей непрерывное изменение состояния температуры поверхности и коэффициента теплопередачи.
В случае способа охлаждения, раскрытого в японской патентной публикации (А) номер 2 - 70018, объясненного выше, предполагается, что отношение "верх / низ" для количеств воды может быть найдено с высокой точностью. Однако в случае этого способа охлаждения формула теплопередачи используется для итеративного расчета для поиска отношения "верх / низ" для количеств воды, поэтому количество вычисления становится огромным. По этой причине стояла та проблема, что для получения результатов расчета требовалось очень много времени. В результате существует большая вероятность возникновения проблемы, заключающейся в задержке начала распыления воды после того, как стальной толстый лист поступает в охлаждающее устройство, проблемы, заключающейся в том, что стальной толстый лист следует остановить и удерживаться в режиме ожидания перед охлаждающим устройством до тех пор, пока не начнется распыление воды, и т.д., поэтому реализация этого способа была затруднена.
Сущность изобретения
Ввиду вышеизложенных проблем задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы быстро управлять количествами охлаждающей воды, распыляемой с верхних и нижних поверхностей охлаждающего устройства при охлаждении стального толстого листа до заданной температуры конца охлаждения, таким образом, чтобы предотвращать искажение формы стального толстого листа, происходящее вследствие различия скоростей охлаждения между верхней поверхностью и нижней поверхностью, с высокой точностью.
Настоящее изобретение было сделано для того, чтобы решить вышеупомянутую проблему и в качестве своей сути имеет следующее:
(1) Способ управления охлаждением для охлаждения стального толстого листа охлаждающим устройством непосредственно после прокатки, содержащий:
этап задания режима охлаждения, на котором рассчитывают условия охлаждения, требующиеся для охлаждения стального толстого листа до заданной температуры, для множества положений внутри охлаждающего устройства, основываясь на температурах, измеряемых во время того, как стальной толстый лист проходит через охлаждающее устройство, термометром, расположенным со стороны входа охлаждающего устройства, и задают режим охлаждения;
этап расчета коэффициента теплопередачи, на котором рассчитывают коэффициент теплопередачи, показывающий легкость, с которой проводится тепло, исходя из температуры при охлаждении в режиме, заданном на этапе задания режима охлаждения, и первую плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения одной поверхности стального толстого листа;
этап расчета отношения "верх / низ", на котором рассчитывают вторую плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения противоположной поверхности стального толстого листа, исходя из коэффициента теплопередачи, рассчитанного на этапе расчета коэффициента теплопередачи, и рассчитывают отношение "верх / низ" между первой плотностью расхода охлаждающей воды и второй плотностью расхода охлаждающей воды; и
этап управления количеством охлаждающей воды, на котором управляют количествами охлаждающей воды для охлаждения стального толстого листа, проходящего через охлаждающее устройство, основываясь на отношении "верх / низ", рассчитанном на этапе расчета отношения "верх / низ".
(2) Способ управления охлаждением, сформулированный в пункте (1), в котором:
первая плотность расхода охлаждающей воды представляет собой плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения нижней поверхности стального толстого листа, и
вторая плотность расхода охлаждающей воды представляет собой плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения верхней поверхности стального толстого листа.
(3) Способ управления охлаждением, сформулированный в пункте (1) или (2), в котором на этапе расчета отношения "верх / низ" рассчитывают отношения "верх / низ" для плотностей расхода охлаждающей воды для множества положений внутри охлаждающего устройства, основываясь на режиме охлаждения заданном на этапе задания режима, охлаждения.
(4) Способ управления охлаждением, сформулированный в любом одном из пунктов с (1) по (3), в котором первую плотность расхода охлаждающей воды определяют на основе режима охлаждения, заданного на этапе задания режима охлаждения.
(5) Устройство управления охлаждением, предназначенное для охлаждения стального толстого листа охлаждающим устройством непосредственно после прокатки, содержащее:
средство задания режима охлаждения, предназначенное для расчета условий охлаждения, требующихся для охлаждения стального толстого листа до заданной температуры, для множества положений внутри охлаждающего устройства, на основе температур, измеряемых во время того, как стальной толстый лист проходит через охлаждающее устройство, термометром, расположенным со стороны входа охлаждающего устройства, и задания режима охлаждения;
средство расчета коэффициента теплопередачи, предназначенное для расчета коэффициента теплопередачи, показывающего легкость, с которой проводится тепло, исходя из температуры в режиме охлаждения, заданном средством задания режима охлаждения, и первой плотности расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения одной поверхности стального толстого листа;
средство расчета отношения "верх / низ", предназначенное для расчета второй плотности расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения противоположной поверхности стального толстого листа, исходя из коэффициента теплопередачи, рассчитанного средством расчета коэффициента теплопередачи, и расчета отношения "верх / низ" между первой плотностью расхода охлаждающей воды и второй плотностью расхода охлаждающей воды; и
средство управления количеством охлаждающей воды, предназначенное для управления количествами охлаждающей воды для охлаждения стального толстого листа, проходящего через охлаждающее устройство, на основе отношения "верх / низ", рассчитанного средством расчета отношения "верх / низ".
(6) Устройство управления охлаждением согласно сформулированному в пункте (5), в котором:
первая плотность расхода охлаждающей воды представляет собой плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения нижней поверхности стального толстого листа, и
вторая плотность расхода охлаждающей воды представляет собой плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения верхней поверхности стального толстого листа.
(7) Устройство управления охлаждением согласно сформулированному в пункте (5) или (6), в котором средство расчета отношения "верх / низ" предназначено для расчета отношений "верх / низ" для плотностей расхода охлаждающей воды для множества положений внутри охлаждающего устройства на основе режима охлаждения, заданного средством задания режима охлаждения.
(8) Устройство управления охлаждением согласно сформулированному в любом одном из пунктов с (5) по (7), в котором первую плотность расхода охлаждающей воды определяют на основе режима охлаждения, заданного средством задания режима охлаждения.
(9) Устройство расчета количества охлаждающей воды, предназначенное для расчета количеств охлаждающей воды, требующейся для охлаждения стального толстого листа охлаждающим устройством непосредственно после прокатки, содержащее:
средство задания режима охлаждения, предназначенное для расчета условий охлаждения, требующихся для охлаждения стального толстого листа до заданной температуры, для множества положений внутри охлаждающего устройства, на основе температур, измеряемых во время того, как стальной толстый лист проходит через охлаждающее устройство, термометром, расположенным со стороны входа охлаждающего устройства, и задания режима охлаждения;
средство расчета коэффициента теплопередачи, предназначенное для расчета коэффициента теплопередачи, показывающего легкость, с которой проводится тепло, исходя из температуры в режиме охлаждения, заданном средством задания режима охлаждения, и первой плотности расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения одной поверхности стального толстого листа; и
средство расчета отношения "верх / низ", предназначенное для расчета второй плотности расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения противоположной поверхности стального толстого листа, исходя из коэффициента теплопередачи, рассчитанного средством расчета коэффициента теплопередачи, и расчета отношения "верх / низ" между первой плотностью расхода охлаждающей воды и второй плотностью расхода охлаждающей воды.
(10) Компьютерная программа, отличающаяся тем, что компьютер заставляют выполнять способ управления охлаждением, раскрытый в любом одном из пунктов с (1) по (4).
(11) Машиночитаемый носитель информации, отличающийся тем, что хранит на себе компьютерную программу, раскрытую в пункте (10).
Краткое описание чертежей
Эти и другие задачи и признаки настоящего изобретения станут более понятны из нижеследующего описания предпочтительных вариантов реализации изобретения, приводимых со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой вид, показывающий пример линии по производству стального толстого листа в первом варианте реализации настоящего изобретения;
Фиг.2 представляет собой вид, показывающий пример внутренней конфигурации охлаждающего устройства в первом варианте реализации настоящего изобретения;
Фиг.3 представляет собой структурную схему, показывающую схематический пример конфигурации системы управления, включающей в себя устройство расчета количества охлаждающей воды в первом варианте реализации настоящего изобретения;
Фиг.4 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую пример программы для определения количеств охлаждающей воды устройством расчета количества охлаждающей воды по первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.5 представляет собой изображение, показывающее зависимость между температурой нижней поверхности стального толстого листа и более нижним коэффициентом теплопередачи в первом варианте реализации настоящего изобретения;
Фиг.6 представляет собой изображение, показывающее зависимость между температурой верхней поверхности стального толстого листа и верхним коэффициентом теплопередачи в первом варианте реализации настоящего изобретения;
Фиг.7 представляет собой изображение, показывающее распределение температуры в 11 точках в направлении толщины толстого листа;
Фиг.8 представляет собой изображение, показывающее положение стального толстого листа, проходящего через охлаждающееся устройство;
Фиг.9 представляет собой изображение, показывающее способ поиска плотности расхода воды, охлаждающей верх, в первом варианте реализации настоящего изобретения;
Фиг.10 представляет собой диаграмму, показывающую пример тенденции изменения температуры охлаждения в первом варианте реализации настоящего изобретения; и
Фиг.11 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую пример программы, посредством которой блок расчета отношения "верх / низ" рассчитывает плотность расхода воды, охлаждающей верх, по первому варианту реализации настоящего изобретения.
Подробное описание
Способ управления охлаждением по настоящему изобретению представляет собой способ управления охлаждением для охлаждения стального толстого листа охлаждающим устройством непосредственно после прокатки, содержащий: этап задания режима охлаждения, на котором рассчитывают условия охлаждения, требующиеся для охлаждения стального толстого листа до заданной температуры, для множества положений внутри охлаждающего устройства, основываясь на температурах, измеряемых во время того, как стальной толстый лист проходит через охлаждающее устройство, термометром, расположенным со стороны входа охлаждающего устройства, и задают режим охлаждения; этап расчета коэффициента теплопередачи, на котором рассчитывают коэффициент теплопередачи, показывающий легкость, с которой проводится тепло, исходя из температуры в режиме охлаждения, заданном на этапе задания режима охлаждения, и первую плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения одной поверхности стального толстого листа; этап расчета отношения "верх / низ", на котором рассчитывают вторую плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения противоположной поверхности стального толстого листа, исходя из коэффициента теплопередачи, рассчитанного на этапе расчета коэффициента теплопередачи, и рассчитывают отношение "верх / низ" между первой плотностью расхода охлаждающей воды и второй плотностью расхода охлаждающей воды; и этап управления количеством охлаждающей воды, на котором управляют количествами охлаждающей воды для охлаждения стального толстого листа, проходящего через охлаждающее устройство, основываясь на отношении "верх / низ", рассчитанном на этапе расчета отношения "верх / низ".
Устройство управления охлаждением по настоящему изобретению представляет собой устройство управления охлаждением, предназначенное для охлаждения стального толстого листа охлаждающим устройством непосредственно после прокатки, содержащее средство задания режима охлаждения, предназначенное для расчета условий охлаждения, требующихся для охлаждения стального толстого листа до заданной температуры, для множества положений внутри охлаждающего устройства, на основе температур, измеряемых во время того, как стальной толстый лист проходит через охлаждающее устройство, термометром, расположенным со стороны входа охлаждающего устройства, и задания режима охлаждения; средство расчета коэффициента теплопередачи, предназначенное для расчета коэффициента теплопередачи, показывающего легкость, с которой проводится тепло, исходя из температуры в режиме охлаждения, заданном средством задания режима охлаждения, и первой плотности расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения одной поверхности стального толстого листа; средство расчета отношения "верх / низ", предназначенное для расчета второй плотности расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения противоположной поверхности стального толстого листа, исходя из коэффициента теплопередачи, рассчитанного средством расчета коэффициента теплопередачи, и расчета отношения "верх / низ" между первой плотностью расхода охлаждающей воды и второй плотностью расхода охлаждающей воды; и средство управления количеством охлаждающей воды, предназначенное для управления количествами охлаждающей воды для охлаждения стального толстого листа, проходящего через охлаждающее устройство, на основе отношения "верх / низ", рассчитанного средством расчета отношения "верх / низ".
Устройство расчета количества охлаждающей воды по настоящему изобретению представляет собой устройство расчета количества охлаждающей воды, предназначенное для расчета количеств охлаждающей воды, требующейся для охлаждения стального толстого листа охлаждающим устройством непосредственно после прокатки, содержащее: средство задания режима охлаждения, предназначенное для расчета условий охлаждения, требующихся для охлаждения стального толстого листа до заданной температуры, для множества положений внутри охлаждающего устройства, на основе температур, измеряемых во время того, как стальной толстый лист проходит через охлаждающее устройство, термометром, расположенным со стороны входа охлаждающего устройства, и задания режима охлаждения; средство расчета коэффициента теплопередачи, предназначенное для расчета коэффициента теплопередачи, показывающего легкость, с которой проводится тепло, исходя из температуры в режиме охлаждения, заданном средством задания режима охлаждения, и первой плотности расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения одной поверхности стального толстого листа; и средство расчета отношения "верх / низ", предназначенное для расчета второй плотности расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения противоположной поверхности стального толстого листа, исходя из коэффициента теплопередачи, рассчитанного средством расчета коэффициента теплопередачи, и расчета отношения "верх / низ" между первой плотностью расхода охлаждающей воды и второй плотностью расхода охлаждающей воды.
Компьютерная программа по настоящему изобретению, отличающаяся тем, что компьютер выполняет способ управления охлаждением, раскрытый выше.
Носитель информации по настоящему изобретению, отличающийся тем, что на нем хранится компьютерная программа, раскрытая выше.
Согласно настоящему изобретению рассчитывают условия охлаждения, требующиеся до тех пор, пока стальной толстый лист не будет охлажден до заданной температуры, для множества положений внутри охлаждающего устройства, на основе значений измерения температур при прохождении стального толстого листа через внутреннюю часть охлаждающего устройства термометром, расположенным со стороны входа охлаждающего устройства, и задают режим охлаждения, рассчитывают коэффициент теплопередачи, показывающий легкость, с которой проводится теплота, исходя из температуры в заданном режиме охлаждения, осуществляемого согласно режиму, и первая плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения одной поверхности стального толстого листа, рассчитывают вторую плотность расхода охлаждающей воды у охлаждающей воды для охлаждения противоположной поверхности стального толстого листа, исходя из рассчитанного коэффициента теплопередачи, и управляют количеством охлаждающей воды для охлаждения стального толстого листа, проходящего через охлаждающее устройство, на основе отношения "верх / низ" между первой плотностью расхода охлаждающей воды и второй плотностью расхода охлаждающей воды, следовательно, количество расчетов, требующееся для управления количествами охлаждающей воды, распыляемой с верхних и нижних поверхностей охлаждающего устройства для охлаждения стального толстого листа до заданной температуры конца охлаждения, может быть сокращено. Благодаря этому время до получения требуемых результатов расчетов может быть значительно сокращено, следовательно, период времени от момента, когда измеряется температура стального толстого листа, до момента, когда фактически начинается охлаждение, может быть значительно сокращен. Соответственно становится возможным расположить находящийся со стороны входа термометр сразу перед охлаждающим устройством, можно реализовать охлаждение с небольшим различием отношения "верх / низ" количеств воды и может быть подавлено искажение формы стального толстого листа.
Первый вариант реализации изобретения
Ниже предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения будут объяснены со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 показывает пример линии для производства стального толстого листа, на которой применено настоящее изобретение.
Как показано на Фиг.1, здесь последовательно расположены чистовая прокатная клеть (2) для прокатки стального толстого листа (1), грубо сформированного при прохождении через не показанную нагревательную печь или клеть грубой прокатки с уменьшением толщины до заданной толщины толстого листа, правильная машина (3) для выпрямления формы стального толстого листа (1) после чистовой прокатки и охлаждающее устройство (4) для ускоренного охлаждения стального толстого листа (1). Ускоренно охлажденный стальной толстый лист (1) превращается в изделие требуемой формы и качества.
Со стороны входа чистовой прокатного клети (2) расположен термометр (5) стороны входа конечной клети, в то время как со стороны ее выхода расположен термометр (6) стороны выхода конечной клети. Кроме того, со стороны входа охлаждающего устройства (4) расположен термометр (7) стороны входа охлаждающего устройства. В настоящем варианте реализации изобретения термометры могут измерять температуры верхней поверхности и нижней поверхности стального толстого листа (1).
Фиг.2 представляет собой вид, показывающий пример внутренней конфигурации охлаждающего устройства (4). Внутри охлаждающего устройства (4) расположено большое количество групп валков (4), транспортирующих стальной толстый лист (1), и в зонах (от 1 Z до 19 Z) охлаждения расположено большое количество групп сопел (не показанных на чертеже), распыляющих охлаждающую воду на верхнюю поверхность и нижнюю поверхность стального толстого листа (1). Распыляемыми струями охлаждающей воды из этих групп сопел управляют клапаны - регуляторы расхода. Количество используемых зон и количества распыления из сопел могут быть настроены в зависимости от толщины толстого листа или длины толстого листа для данного стального толстого листа и от других условий. В настоящем варианте реализации изобретения со стороны входа охлаждающего устройства (4) расположен термометр (7) стороны входа охлаждающего устройства.
Фиг.3 представляет собой структурную схему, показывающую в схематическом виде конфигурацию системы управления, включающей в себя устройство (100) расчета количества охлаждающей воды по настоящему варианту реализации изобретения. С устройством (100) для расчета количества охлаждающей воды соединены: устройство (200) управления прокаткой для полного управления прокатными клетями, включающими в себя чистовую прокатную клеть (2), устройство (300) управления производственным процессом, главным образом, для управления производственным процессом, устройство (400) ввода / вывода данных, отображающее различные типы данных, выводимых из устройства (100) расчета количества охлаждающей воды, и выведения вводимых оператором данных в устройство (100) расчета количества охлаждающей воды, и термометр (7) стороны впуска охлаждающего устройства.
Кроме того, с устройством (100) расчета количества охлаждающей воды соединены: устройство (500) управления количествами охлаждающей воды для управления клапанами-регуляторами (501) расхода в зонах (от 1 Z до 19 Z) охлаждения охлаждающего устройства (4) для управления величинами расходов охлаждающей воды.
То есть устройство (100) расчета количества охлаждающей воды рассчитывает количества охлаждающей воды, управляемые устройством (500) управления охлаждающей водой, основываясь на вводе данных от термометра (7) стороны входа охлаждающего устройства, устройства (200) управления прокаткой, устройства (300) управления производственным процессом, устройства (400) ввода / вывода данных и т.п.
В частности, устройство (100) расчета количества охлаждающей воды по настоящему варианту реализации изобретения определяет количества распыляемой воды охлаждающего устройства (4), передавая данные, касающиеся требуемых количеств охлаждающей воды, в устройство (500) управления количествами охлаждающей воды, при транспортировке стального толстого листа (1) после чистовой прокатки.
Если описать это более конкретно, то устройство (100) расчета количества охлаждающей воды по настоящему варианту реализации изобретения снабжено блоком (101) задания режима охлаждения, предназначенным для задания режима охлаждения стального толстого листа (1) охлаждающим устройство (4) в соответствии с информацией о заданной температуре конца охлаждения, блок (102) расчета коэффициента теплопередачи, предназначенный для определения коэффициента теплопередачи в заданной части стального толстого листа (1) со стороны входа охлаждающего устройства (4), и блок (103) расчета отношения "верх / низ", предназначенный для расчета отношения плотности расхода воды на верхней поверхности и нижней поверхности, отражаемое в устройстве (500) управления количествами охлаждающей воды, на основе режима охлаждения, заданного блоком (101) задания режима охлаждения, и коэффициента теплопередачи, определенного блоком (102) расчета коэффициента теплопередачи.
Фиг.4 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую пример программы для определения количеств охлаждающей воды устройством (100) расчета количества охлаждающей воды в настоящем варианте реализации изобретения.
На этапе S 401 блок (101) задания режима охлаждения задает режим охлаждения стального толстого листа (1) охлаждающим устройством (4). Конкретно же он выполняет обработку данных по измерению температуру поверхности стального толстого листа (1), измеряемой термометром (7) стороны входа охлаждающего устройства и определение распределения температуры в направлении толщины толстого листа в каждом сегменте в момент времени непосредственно перед охлаждением.
F
Известно, что распределение температуры в направлении толщины толстого листа демонстрирует параболическую форму, при которой температура принимает наивысшее значение в среднем положении в направлении толщины пластины. Кроме того, в качестве технологии нахождения распределения температуры в направлении толщины толстого листа исходя из температур поверхности, например, можно определять распределение температуры по 11 точкам в направлении толщины толстого листа с использованием технологии, раскрытой в японской патентной публикации (В2) номер 7-41303 (см. Фиг.7). Если объяснить ее коротко, то измеряемой температурой является температура (T) верхней поверхности. Разность (ΔT) температур между верхней поверхностью и самой высокой точкой температуры толстого листа задается следующим уравнением (1):
где
ΔT - разность температур между верхней поверхностью и самой высокой точкой температуры толстого листа, и
h - толщина пластины.
L
Температура (T) нижней поверхности задается следующим уравнением (2):
где
ξ - коэффициент преобразования температуры, полученный эмпирическим путем,
S
ΔT - разность температур верхней / нижней поверхностей для температуры со стороны входа, полученная эмпирическим путем, и
1
2
K, К - поправочные элементы.
Определяется параболическое распределение температуры, удовлетворяющее вышеприведенным условиям, и определяется распределение температуры в направлении толщины пластины.
Далее, используя распределение температур в направлении толщины толстого листа каждого сегмента в момент времени, непосредственно предшествующий охлаждению, разделяя вышеупомянутое направление толщины толстого листа на соответствующие отрезки, основываясь на требуемой точности управления (например, на 11 точек) для использования как точек для расчета, и анализируя тенденции температуры до положения начала охлаждения в охлаждающем устройстве (4) посредством решения разностного уравнения теплопроводности, рассчитывают в качестве информации о температуре начала охлаждения среднюю температуру (Tsk*) в направлении толщины пластины в различных сегментах в положении начала охлаждения охлаждающего устройства (4) (в дальнейшем именуемую "температурой (Tsk*) начала охлаждения", где k является индексом в направлении толщины). Что касается технологии анализа тенденций температуры посредством решения разностных уравнений теплопроводности, что раскрыто, например, в японской патентной публикации (В2) номер 7 - 41303, то главное разностное уравнение теплопроводности, показанное в нижеследующем уравнении (3), решается на основе начального состояния распределения температуры в направлении толщины толстого листа с использованием 11 точек в представляющих точках на толстом листе в качестве точек расчета:
где
t
Q(j) - теплосодержание элемента i в момент времени t,
t
Т(j) - показанная температура,
Δt - приращения времени при расчете разности (=const, 150 миллисекунд),
ρ - плотность,
λ - удельная теплопроводность элемента i,
Tg - температура газа,
S
λQ - граничное условие,
Δх - толщина деления толщины толстого листа.
В этом случае температура (Т) толстого листа преобразуется к теплосодержанию Q,
когда Т>880, Q=3,333+0,16Т
-4
2
когда Т≤880, Q=-149,05+0,481·Т-1,68×10·Ти теплосодержание Q преобразуется к температуре Т (теплосодержание - значение, получаемое интегрированием удельной теплоемкости от 0°С до Т),
где Q>144,13, Т=-20,8+6,25×Q
Далее блок (101) задания режима охлаждения вычисляет и задает времена (TMz) прохождения и прогнозируемые температуры (Tsk) охлаждения в зонах на основе скоростей прохождения охлаждаемого толстого листа через зоны (от 1 Z до 19 Z). При этом прогнозируемая температура (Tsk) охлаждения, которая показана на Фиг.10, показывает температуру стороны входа в одной из разделенных областей в каждом зоне.
Скорость прохождения охлаждаемого толстого листа задается рядом положений переднего конца толстого листа и данными о скорости транспортировки способом, раскрытым в японской патентной публикации (В2) номер 7-41303. Как показано на Фиг.8, когда положение переднего конца толстого листа определено как х и скорость транспортировки в это время составляет V (х), время водяного охлаждения точки k на толстом листе на входе охлаждающего устройства в этот момент времени, другими словами, точки, находящейся после передним концом толстого листа на расстоянии х, задается следующим образом:
t
m
b
Затем из нижеследующих уравнений находят времена (t), (t) и (t) водяного охлаждения на переднем конце, в центре и на заднем конце:
L: длина толстого листа, V (х)=1/(ах2+bx+с), и а, b и с находят путем их подстановки в вышеприведенные три уравнения.
2
Область ускорения (область определения х) находится из следующего уравнения: 0≤х≤L+|зона+Δ|с,
L - длина толстого листа, |зона - эффективная длина зоны охлаждения, Δ|с2 - коэффициент запаса (=константа).
Согласно вышесказанному х соответственно надлежащим образом определяется в пределах определенной области ускорения и вставляется в формула V (х), чтобы подготовить ряд положений переднего конца полосы стального толстого листа и перемещение в этот момент времени (модель скорости). Затем результаты вычисления выводятся в устройство управления скоростью прохождения (не показанное на чертежах).
Отношение ускорения находят таким образом, потому что стальной толстый лист (1) охлаждается при транспортировке, так что моменты времени входа в охлаждающее устройство (4) отличаются между передним концом и задним концом стального толстого листа. То есть температура начала охлаждения отличается вдоль продольного направления стального толстого листа, следовательно, температура после окончания охлаждения становится различной между передним концом и задним концом. Чтобы сделать качество изделия равномерным по всей длине, скорость прохождения сделана более высокой, чем ближе к заднему концу, что устраняет различие. Благодаря вышесказанному получают режим охлаждения до заданной температуры конца охлаждения.
Далее на этапе S 402 блок (102) расчета коэффициента теплопередачи выбирает базовую плотность расхода воды, соответствующую зоне Z, рассчитываемую из зональных базовых плотностей расходов воды, и вводит ее в плотность (WDLi) расхода охлаждающей снизу воды. При этом в качестве способа определения базовой плотности расхода воды для каждой зоны можно, например, использовать, как показано, например, в японской патентной публикации (В2) номер 7 - 41303, способ определения базовой плотности расхода воды в соответствии со значением, переданным из компьютера, решающего экономические задачи.
Далее на этапе S 403 блок (102) расчета коэффициента теплопередачи рассчитывает разность теплопроводности, используя прогнозируемую температуру (Tsk) охлаждения в качестве начального значения, и рассчитывает температуру (TLi) нижней поверхности стального толстого листа. Здесь значение Tsk в первом итеративном расчете в зоне (1 Z) представляет собой "температуру (Tsk *) начала охлаждения ". Иначе говоря, результаты итеративного расчета становятся Tsk. Далее находят нижний коэффициент (aLi) теплопередачи исходя из рассчитанной плотности (WDLi) расхода охлаждающей снизу воды и температуры (TLi) нижней поверхности стального толстого листа. Температура (TLi) нижней поверхности стального толстого листа может быть вычислена как j=11, если взять в качестве примера японскую патентную публикацию (В2) номер 7 -41303, объясненную прежде.
Фиг.10 представляет собой диаграмму, показывающую тенденции изменения температуры охлаждения в настоящем варианте реализации изобретения.
Как показано на Фиг.10, температура (TLi) нижней поверхности стального толстого листа показывает, например, температуру нижней поверхности со стороны входа в 1-ой итерации в зоне (1 Z). При расчете температуры (TLi) нижней поверхности стального толстого листа разность теплопроводности рассчитывается с использованием прогнозируемой температуры (Tsk) охлаждения в качестве начального значения. Температура (TLi) нижней поверхности стального толстого листа рассчитывается на каждой итерации.
Способ для расчета нижнего коэффициента (aLi) теплопередачи будет объяснен подробно со ссылкой на Фиг.5.
3
2
Коэффициент (а) теплопередачи в общем представляет собой нелинейную функцию, определенную плотностью (WD) расхода воды (м/ (м·мин)) и температурой (Ts) поверхности. Предложено множество уравнений. Например, предложено следующее уравнение:
Коэффициент (а) теплопередачи различается в соответствии с различием в форме кипения воды, следовательно, уравнение (4) обычно подвергается разделению коэффициентов по температуре поверхности следующим образом для коэффициентов А, В, С, и D в уравнении (4):
Ts≥K1→A1,B1,C1,D1,
Ts<K1→А2,В2,C2,D2.
Кроме того, обычно имеется различие в состояниях скопления охлаждающей воды между верхней поверхностью и нижней поверхностью, следовательно, разделение коэффициентов является обычным. Соответственно в примере, использующем основное уравнение (4), коэффициент теплопередачи рассчитывается посредством избирательного использования следующих наборов коэффициентов. Например, для коэффициентов для расчета верхних коэффициентов теплопередачи используются следующие:
U
U
U
U
U
U
Ts≥K1→A1, B1, C1,D1 и
U
U
U
U
U
U
Ts<K1→A2, B2, C2, D2.
Кроме того, для коэффициентов для расчета нижних коэффициентов теплопередачи используются следующие:
L
L
L,
L
L
L
Ts≥Kl→A1B1, C1, D1 и
l
L
L
L
L
L
Ts<K1→A2, B2, C2, D2.
Объяснение будет дано на Фиг.5 на основе вышеприведенных соображений.
Фиг.5 представляет собой диаграмму, показывающую зависимость между температурой нижней поверхности стального толстого листа и нижним коэффициентом теплопередачи в настоящем варианте реализации изобретения.
Фиг.5 показывает кривые, показывающие зависимости между температурой нижний поверхности стального толстого листа и коэффициентом теплопередачи в случаях, где WDLi=0,3, 0,8 и 2,0.
Например, когда WDLi=0,8, если рассчитано значение температуры(TLi) нижней поверхности стального толстого листа, то может быть найден компонент Y (aLi) с координатами 501 на кривой, соответствующей WDLi=0,8. Отметим, что в памяти заранее сохранено множество образцов кривой, отличающихся в соответствии с численными значениями плотности (WDLi) расхода охлаждающей снизу воды. В случае, когда образец кривой для рассчитанной плотности (WDLi) расхода охлаждающей снизу воды в памяти не хранится, выполняют расчет с использованием образца кривой, имеющей самое близкое численное значение. Соответственно для того, чтобы повысить точность расчета, желательно сохранять в памяти много образцов кривой.
Далее на этапе S 404 блок (103) расчета отношения "верх / низ" рассчитывают плотность (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды, используя нижний коэффициент (aLi) теплопередачи, рассчитанный на этапе S 403, и рассчитывают в итерации подходящее отношение "верх / низ" (ηi).
Далее со ссылкой на Фиг.6 рассмотрим способ расчета плотности (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды.
Фиг.6 представляет собой изображение, показывающее зависимость между температурой (TUi) верхней поверхности стального толстого листа и верхним коэффициентом (aUi) теплопередачи в настоящем варианте реализации изобретения.
В настоящем варианте реализации изобретения ищут кривую, проходящую через координаты 601, где соблюдается: температура (TUi) верхней поверхности стального толстого листа = температуре (TLi) нижней поверхности стального толстого листа и верхний коэффициент (aUi) теплопередачи = нижнему коэффициенту (aLi) теплопередачи, и получают плотность (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды. Таким же образом, как образец кривой для плотности (WDLi) расхода охлаждающей снизу воды, равным образом в памяти хранятся множество образцов кривых для плотности (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды, но в случае, когда соответствующий образец кривой в памяти не хранится, плотность (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды рассчитывается напрямую.
Далее, способ расчета плотности (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды будет объяснен со ссылкой на Фиг.9 и Фиг.11.
Фиг.9 представляет собой изображение, показывающее способ поиска плотности (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды в настоящем варианте реализации изобретения.
Как показано на Фиг.9, плотность (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды, при которой верхний коэффициент (aUi) теплопередачи становится таким же, как нижний коэффициент (aLi) теплопередачи, ищут и рассчитывают, изменяя плотность (WDU) охлаждающей воды.
Фиг.11 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую программу для расчета плотности (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды, выполняемого блоком (103) расчета отношения "верх / низ".
0
0
На этапе S 1101 проверяется, совпадает или нет верхний стандартный коэффициент (а) теплопередачи с нижним коэффициентом (aLi) теплопередачи. При этом верхний стандартный коэффициент (a) теплопередачи представляет собой коэффициент теплопередачи небазовой поверхности, соответствующий стандартной плотности (WDU *) расхода воды и рассчитывается из Уравнения (4). Кроме того, стандартная водная плотность (WDU *) сохранена в памяти заранее как данные.
0
0
0
Когда результатом этой проверки является то, что они совпадают, WDUi=WDU* и расчет заканчивается. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 1101 является то, что они не совпадают, на этапе S 1102 проверяется, превышает или нет верхний стандартный коэффициент (а) теплопередачи нижний коэффициент (aLi) теплопередачи. Когда результатом этой проверки является то, что верхний стандартный коэффициент (а) теплопередачи превышает нижний коэффициент (aLi) теплопередачи, программа передает управление на этап S 1106. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 1102 является то, что верхний стандартный коэффициент (а) теплопередачи меньше, чем нижний коэффициент (aLi) теплопередачи, программа переходит на этап S 1103.
k+
k
k
k
k
Далее, на этапе S 1103, к k прибавляется 1 (при переходе программы с этапа ST 1102 k=0), и рассчитывается WDU=WDU+AW (k≥0). Здесь WDU и ΔWопределены следующим образом:
k
k
k-1
ΔW=|WDU- WDU|/2 (k≥1), и
0
0
WDU=WDU*, ΔW=S (S - постоянная)
k+
k+1
k+1
k+1
Далее, на этапе S 1104, проверяется, совпадает или нет коэффициент (а1)теплопередачи, соответствующий значению WDU, рассчитанному на этапе S 1103, с нижним коэффициентом (aLi) теплопередачи. Когда результатом этой проверки является то, что они совпадают, WDUi=WDU, и расчет заканчивается. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 1104 является то, что они не совпадают, на этапе S 1105 проверяется, превышает или нет вышеупомянутый рассчитанный коэффициент (a) теплопередачи нижний коэффициент (aLi) теплопередачи.
k+
k+1
Когда результатом этой проверки является то, что вышеупомянутый рассчитанный коэффициент (a1)теплопередачи меньше, чем нижний коэффициент (aLi) теплопередачи, программа возвращается на этап S 1103, где к k прибавляется 1, затем расчет выполняется вновь таким же образом. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 1105 является то, что вышеупомянутое значение (a) больше, чем вышеупомянутое значение (aLi), программа переходит на этап S 1106.
k+1
k
k
k+1
k+1
k+1
k+1
Далее, на этапе S 1106, к k прибавляется 1 (при переходе программы с этапа ST 1102 k=0) и рассчитывается WDU=WDU-ΔW (k≥0). Затем, на этапе S 1107, проверяется, совпадает или нет коэффициент (a) теплопередачи, соответствующий значению WDU, рассчитанному на этапе S 1106, со значением (aLi). Когда результатом этой проверки является то, что они совпадают, WDUi=WDU, и расчет заканчивается. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 1107 является то, что они не совпадают, на этапе S 1108 проверяется, меньше или нет значение (a), чем значение (aLi).
k+1
k+1
k+1
Когда результатом этой проверки является то, что вышеупомянутый рассчитанный коэффициент (a) теплопередачи больше, чем вышеупомянутый нижний коэффициент (aLi) теплопередачи, программа возвращается на этап S 1106, где к значению k прибавляется 1, и расчет выполняется вновь таким же образом. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 1108 является то, что вышеупомянутое значение (a) меньше, чем вышеупомянутое значение (aLi), программа переходит на этап S 1103, где к значению k прибавляется 1, и расчет выполняется вновь таким же образом. Как было сказано выше, расчет выполняется повторно до тех пор, пока вышеупомянутый рассчитанный коэффициент (a) теплопередачи не совпадет с нижним коэффициентом (aLi) теплопередачи.
Отметим, что в настоящем варианте реализации изобретения при начале охлаждения в охлаждающем устройстве (4) предполагается, что температура верхней поверхности стального толстого листа и температура нижней поверхности стального толстого листа становятся почти одинаковыми, и расчет выполняется исходя из того, что температура (TUi) верхней поверхности стального толстого листа = температуре (TLi) нижней поверхности стального толстого листа. Однако, например, на стадии перед охлаждением охлаждающим устройством (4), иногда при расчете разностного уравнения теплопроводности имеет место различие между температурой верхней поверхности стального толстого листа и температурой нижней поверхности стального толстого листа. В этом случае для зоны (1 Z) разностное уравнение может быть рассчитано при определении j = 1. К рассчитанному таким образом численному значению можно будет обратиться позже для тонкой корректировки.
Затем, посредством расчета плотности (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды рассчитывается подходящее отношение "верх / низ" итерации. Подходящим отношением "верх/низ"(ηi) становится ηi=WDUi /WDLi.
Затем на этапе S 405 блок (103) расчета отношения "верх / низ" проверяет, закончились или нет все итерации для одной зоны. Когда результатом этой проверки является то, что они не закончились, программа возвращается на этап S 403, где расчет повторяется снова. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 405 является то, что итерации закончились, программа переходит на следующий этап S 406.
Количество итераций может быть задано свободно, но количество итераций определяется таким образом, чтобы при умножении количества итерация (I) на 1 шаг итерации по времени (ТМ*) для расчета истекшей продолжительности времени (ЕТМ), всегда соблюдалось соотношение ЕТМ≥TMz.
Далее, на этапе S 406, блок (103) расчета отношения "верх / низ" вычисляет среднее значение (AVE(ηi)) подходящих отношений (ηi) "верх / низ" итераций и наконец определяет это среднее значение в качестве подходящего зонального отношения (ηi) "верх / низ".
Далее, на этапе S 407, блок (102) расчета коэффициента теплопередачи проверяет, имеется или нет следующая не рассчитанная зона. Когда результатом этой проверки является то, что имеется следующая зона, программа возвращается на этап S 402, где вновь выполняется расчет для того, чтобы рассчитать подходящее зональное отношение (ηi) "верх / низ" для следующей зоны. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 407 является то, что следующей зоны не имеется, программа переходит на следующий этап S 408.
z
Когда расчет всех подходящих зональных отношений "верх / низ" заканчивается, устройство (100) расчета количества охлаждающей воды передает данные обо всех подходящих зональных отношениях (η) "верх / низ" в устройство (500) управления количествами охлаждающей воды, и устройство (500) управления количествами охлаждающей воды регулирует на основе этих данных клапаны-регуляторы (501) расхода охлаждающего устройства (4) и пускает охлаждающую воду к соплам. Благодаря этому в настоящем варианте реализации, изобретения можно заставить охлаждающую воду во всех зонах течь перед тем, как передний конец стального толстого листа (1) войдет в охлаждающее устройство (4).
На этапе S 408 блок (101) задания режима охлаждения проверяет, является или нет участок, на котором термометром (7) стороны входа охлаждающего устройства измерялась температура, передним концом стального толстого листа (1). Когда результатом этой проверки является то, что измеренный участок был задней частью стального толстого листа, вся обработка данных заканчивается. С другой стороны, когда результатом проверки на этапе S 408 является то, что измеренный участок не был задней частью стального толстого листа (1), программа возвращается на этап S 401, где получают новый режим охлаждения для следующего участка на стальном толстом листе (1).
Как было объяснено выше, скорость прохождения толстого листа сделана к задней части более высокой для того, чтобы сделать качество изделия - стального толстого листа (1) равномерным по всей длине. По этой причине режим охлаждения стального толстого листа (1) различается в соответствии с положением стального толстого листа (1). Соответственно в настоящем варианте реализации изобретения стальной толстый лист (1) разделен на множество участков, и режим охлаждения получают для каждого участка.
В настоящем варианте реализации изобретения плотность (WDUi) расхода охлаждающей сверху воды и плотность (WDLi) расхода охлаждающей снизу воды определяются так, как это объяснено выше, следовательно, для того чтобы охладить стальной толстый лист (1) до предварительно определенной температуры конца охлаждения, количество расчетов, требующееся для управления количествами охлаждающей воды, распыляемой с верхней и нижней поверхностей охлаждающего устройства (4), может быть сокращено. Благодаря этому охлаждающая вода может быть пущена во всех зонах с (1 Z) до (19 Z) перед тем, как передний конец стального толстого листа (1) войдет в охлаждающее устройство (4), и искажение формы стального толстого листа может быть подавлено до самого малого предельного значения.
Другие варианты реализации изобретения
Устройство (100) расчета количества охлаждающей воды согласно варианту реализации изобретения, объясненному выше, в своей конкретной конфигурации имеет компьютерное устройство или компьютерную систему, включающую в себя центральный процессор, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM) и т.п. Поэтому сама компьютерная программа, установленная на компьютере для реализации функциональной обработки данных согласно настоящему изобретению, также включена в состав настоящего изобретения.
Кроме того, вышеупомянутые варианты реализации показывают только конкретные примеры работы настоящего изобретения. Они не должны использоваться для того, чтобы толковать технический объем настоящего изобретения ограничительным образом. То есть настоящее изобретение может быть осуществлено различными способами, не выходя при этом за рамки его технической идеи и основных признаков.