CN100402675C - 控制和/或调整用于轧制金属带的热轧带材机列的冷却段的方法和相关的设备 - Google Patents

控制和/或调整用于轧制金属带的热轧带材机列的冷却段的方法和相关的设备 Download PDF

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Abstract

在用于轧制金属带的热轧带材机列的冷却段中，通过冷却来调整被轧制的金属带，尤其是带钢的组织特性。按本发明对金属带的每个带点预先确定一个随时间的冷却曲线，以及，对于每个带点测算出它们各自的作为时间函数的冷却曲线，随时针对每个带点将所测得的该时间曲线与随时间的预定冷却曲线作比较，由此导出用于控制和/或调整冷却段的过程控制信号。在相关的设备中存在一计算单元和一个过程控制单元。

Description

控制和/或调整用于轧制金属带的热轧带材机列的冷却段的方法和相关的设备
本发明涉及一种控制和/或调整用于轧制金属带的热轧带材机列的冷却段的方法，其中，通过冷却来调整被轧制的金属带的组织特性。此外，本发明还涉及一种实施此方法的相关设备。
尤其在炼钢工业中，在热轧带钢机列中在加热状态下将所谓扁坯轧制成带材。轧制后此薄钢板通过冷却段。热轧带钢机列的冷却段用于调整被轧制带钢的组织特性。
迄今主要由卷取温度导出所制带材的组织特性，卷取温度通过冷却段的自动化保持预定的额定值不变。
新材料，如多相钢、TRIP钢等，要求准确规定的热处理，也就是给定并监控从最后一个轧机机座一直到卷取机的温度变化过程。
由“Proceedings of ME FEC Kongreβ99”(杜塞尔多夫，June 13-15，1999，Verlag Stahl Eisen GmbH)已知一种用于热轧带钢机列自动化的建议，其中尤其对于冷却段存在一种模型支持的控制。在这里，冷却以下列思想为基础：沿整个冷却段的长度可给定一个参考温度，以及，实时测量的温度借助于一个自适应的控制部件调整为给定值。其中的关键在于，通过在一系列小的热力学过程中对焓的观察和冷却过程的分配，可以得知沿纵向和垂直方向冷却的影响。在此过程中尤其采用“有限元”方法进行计算。
从以上所述出发，本发明的目的是要提供一种改进的用于在热轧机列中冷却段的自动化方法，并创造相关的设备。
本发明的目的以下特征达到。
提供一种控制和/或调整用于轧制金属带的热轧带钢机列的冷却段的方法，其中，通过冷却来调整被轧制的金属带的组织特性，此方法包括下列工艺步骤：
-对金属带的每个带点预先确定随时间的冷却曲线，
-此外对于金属带的每个带点测算实际的作为时间函数的冷却曲线，
-将测算出的实际冷却曲线的时间函数与对于金属带每个带点预先确定的随时间的冷却曲线作比较，
-由所求得的实际冷却曲线与随时间的预定冷却曲线的偏差导出过程控制信号，用于控制和/或调整冷却段。
上述方法中，对于金属带的各带点预先确定不同的冷却曲线。
上述方法中，所要求的组织特性根据对于金属带的每个带点预先确定的冷却曲线来调整。
上述方法中，对于金属带的各带点预先确定这样一些冷却曲线，即，能补偿基于外部影响产生的所不期望的组织特性改变。
上述方法中，按这样的方式预先确定对于金属带各带点的冷却曲线，即，使得对于金属带不同的带点获得预定的可能不同的组织特性。
上述方法中，金属带的机械性质通过有针对性地影响组织特性来预先确定。
上述方法中，将各带点冷却曲线的时间函数或当前时刻的各个值输入一个调节器，以用于生成过程控制信号。
上述方法中，借助调节器可激活用于冷却金属带的冷却剂阀，其特征在于：通过调节器可在任一时刻同时激活任何阀。
上述方法中，利用测得的卷取温度的时间函数作为各带点冷却曲线的参考温度。
一种用于实施如上所述方法的设备，它包括一冷却段，连续的金属带在该冷却段内借助可调整的阀被施加冷却剂，所述设备还包括一个用于确定金属带每个带点的温度-时间函数的单元和一个用于获得过程控制信号的过程控制单元，以便根据预定的准则控制和/或调整冷却。
现在前言所述的疑难问题，不再如在先有技术中那样通过给定沿冷却段的温度剖面来解决，而是通过对金属带的每个带点给定各自的随时间的冷却曲线来解决。在这种情况下尤其有利的是，这样一种给定可直接由所期望的钢的特性确定，而与可变的过程参数，例如带材速度无关。
因此在按本发明的方法中重要的是，对于要冷却的材料的每个所谓的带点给定一条自己的随时间的冷却曲线。以便能随时针对每个带点将所求得的时间函数与给定的随时间的冷却曲线作比较。
按本发明的方法有这样的优点，即，冷却状况可以预先给定，这种冷却状况可更好地与实际要求相适应。现在也能有利地规定沿带材改变冷却，从而能在轧制带内有针对性地形成规定质量的区域。因此现在也可以生产所谓的二相材料(Dual-Phasen-Meterialien)，这在先有技术中是不可能的。
通过沿整个冷却段给定每个带点的冷却曲线，控制和/或调整不再受固定的开关点(Schaltorte)的约束；确切地说可随时操纵任何供应冷却剂的阀。为了检查通过控制和/或调整是否能遵守规定的沿冷却区的冷却，按本发明计算出随着冷却段中带材的实时模型。该模型提供在冷却段上要求的带材温度并通过测得的温度值持续地进行修正。
因此，按本发明的方法总体上允许灵活地对现代新型钢材进行热处理，从而可顾及实际的需要。
在相应的包括一冷却段的设备中设有给定金属带各带点冷却曲线的装置。冷却段沿其全长通过可分别独立调整的阀被馈予冷却剂。此外还设有一些分别用于计算冷却曲线、用于以测得的温度为基础修正求得的冷却曲线、用于与给定的冷却曲线作比较、以及用于产生过程控制信号的单元。这些单元可按软件的方式植入计算机。
下面借助附图对实施例的说明给出本发明的其他详情和优点，附图中：
图1示出连接在轧机机列下游的一冷却段的结构；
图2为三维的温度-时间/带长曲线图；
图3为包括模型修正在内的用于图1所示冷却段的控制/调整结构图；以及
图4示出图3中模型修正的计算详情。
借助图1可以看出作为热轧工艺一部分的金属带冷却以及冷却段在那里所起作用。在对钢进行热轧时，将原始厚度约200mm的所谓扁坯轧制为1.5至20mm的带材。在这里的加工温度为800至1200℃。在热轧工艺的最后阶段，在一冷却段内用水将热轧后的带材冷却到300至800℃。
在图1中热轧带材机列的最后那个轧机机座用1表示。在轧机机座1下游是精轧机列测量点2，冷却后设卷取测量点3，在这里测量带材的温度，接着设一地下卷取机4，用于将金属带卷成一盘。在精轧机列测量点2与卷取测量点3之间，有在本文中统称为设备的冷却段10。
图1中用100表示已轧制的热轧带钢。它通过冷却段10，并从两面借助一些阀用冷却剂尤其是用水冷却。所述这些阀分别组成一些组，例如图示的阀组11、11′、...、12、12′、...；13、13′...；以及14、14′...。
带材100在调整技术方面有待确定的冷却，通常以一维的非稳态传热公式为基础。在数学计算时从一绝热杆出发，它只在起始和结束时，相应地在带材上侧和下侧，才与环境进行热交换。
尤其对于带材中的导热需假设模型，这种模型沿纵向和横向的导热无穷小，而沿带材宽度焓为常数。由此可将此疑难问题简化为一维瞬态的导热问题，在这里必须确定初始条件和边界条件。
按上述模型，带材100可用一个个带点来表述，在这些带点进行杆内导热。这是已知的，为此可参见相关的专业书籍。
在冷却段10中通常无法测量温度。但可在冷却段前的测量点2和尤其在卷取测量点3测量温度。借助此数学模型根据上述前提条件考虑带材100内热交换。也就是说建立了一个冷却段的模型，在图1中用15表示此模型。若能通过模型15提供任何位置的温度，则可实现调整到规定的冷却剖面。
图2借助一个三维温度-带长/时间曲线图表示冷却曲线的给定：若从带点的冷却始点(t＝0)出发，则随时间t得出一给定的冷却剖面300作为时间函数。由图2可看出针对金属带100每个带点的独自的一条冷却曲线。例如对于某个带点Li表示曲线300，从而对此带点得出一个自己的时间函数。
例如，带点i的温度剖面经规定的冷却时间ti后应有规定的温度Ti，例如卷取温度TH。对于其余的带点也有相应的规定值。若将各带点给定的全部卷取温度相连，便获得图2中所表示的曲线400。借助此曲线400可保证例如考虑到一些工艺步骤，例如以尽可能少的组织变化将带材装上卷取机。
若现在在一个时刻观察位于冷却段10内的所有带点的给定值并连接这些带点，则得到一条曲线500，它表示沿冷却段长度的冷却剖面。在图1中也在单元30中示出了这一冷却曲线。在这里重要的是，按已说明的技术教导，此曲线500在加工过程中，例如当带材速度改变而受干扰时，自动地动态适应。因此，与先有技术相反，这种干扰对于就每个带点规定的冷却曲线不造成任何影响。
因此在所介绍的方法中重要的是对每个带材给定自己的冷却曲线300、310、311、312等。例如，对第一点规定一条先陡降接着缓降的冷却曲线，而在中部区内冷却曲线有几乎恒定的温度梯度。由此在总体上获得所描述的剖面400。
也可以产生另一些冷却剖面。尤其当人们从作为目标量的组织特性出发时，可以规定这样的剖面，即在成品带材上存在基本上恒定的组织特性。但也可以有意识地规定对于某些带材区改变组织特性。例如也可以重新补偿后部带段在进一步轧制前由于较长的停顿时间引起的组织改变。
因为组织特性尤其决定带钢的机械性质并因而决定其质量，故可通过有针对性地改变组织获得期望的材料性质。就这一点而言，采用所介绍的方法在生产带钢时提供了更高的潜能。
图3中用10表示作为本设备的冷却段。图1中所示的模型在这里通过所谓的实时模型20表示，借助它测算出带材100各带点i上的温度
Figure C0081859300081
将算出的含有误差的卷取温度与在卷取机3上测得的温度TH比较，并将得出的误差输入用于模型修正的单元25中。此外将由实时模型20算出的整个冷却过程5输入上述单元25中。单元25根据这些数据确定冷却曲线的修正并将这种修正引入算出的冷却曲线。将如此求得的经修正的冷却曲线与额定冷却曲线比较，然后将得出的调节误差输入调节器40。调节器据此并借助由单元25确定的放大系数产生阀的位置作为过程控制信号，它们不仅在设备中被相应转换而付诸实施而且作为信息重新输入实时模型20。
若不存在有效的测量值，则取消修正冷却曲线的计算。此时修正量假设为零。
调节器40可根据输入的调节误差和其他值借助预定的算法规则运行。这些算法规则可按软件预定，并允许控制任意类型的阀。尤其可借助调节器同时按调节器的任意组合随时激活每个阀11、11′、...、12、12′、...、13、13′、...、14、14′、...。
沿金属带的冷却可具体地借助焓和取决于焓的温度曲线来考虑。
图4中详细表示了用于调节器的模型修正计算：求出焓e和取决于焓e的温度T。该实时模型20提供一算出的焓值ê，由此在一个单元21内构成值
Figure C0081859300083
。因此可计算任意带点的温度
Figure C0081859300084
。尤其是将算出的用于卷取温度的温度值
Figure C0081859300085
与测量的卷取温度TH比较，由此得出值ΔTH。
从实时模型20将焓信号同样输入一个单元22，在该单元22内按导热系数
Figure C0081859300091
构成焓的偏导数。此导热系数在一定程度上表示修正系数。此外，在两个单元20和22内输入设备的阀位置。
单元22的输出信号是算出的值
Figure C0081859300092
。在单元23中，此信号与
Figure C0081859300093
相加载，由此按链式法则通过构成偏导数可确定信号
Figure C0081859300094
。尤其考虑用于卷取机的值
Figure C0081859300095
，以及事先确定的温度误差ΔTH用此值去除，由此得出ΔK。将该值ΔK与相乘，从而得出作为输出值的模型修正Δe。由此实现了图3所示单元25的模型修正。
因此在按图4的模型修正Δe的计算中，
Figure C0081859300097
代表模型灵敏度(Sensitivitaetsmodell)。
业已证明，通过按上述方式考虑针对各带点的冷却曲线，可以更好地模拟实际状况。在这里，上述方式以下列认识为基础：可通过为每个带点实际冷却曲线的温度变化过程直接给定额定曲线，分别给定现代新型钢的热处理。就此而言，控制和/或调节的关键点是实时计算出的模型，而相关的修正算法是所介绍方法的重要组成部分。
本发明的方法理想地考虑到了为被加工材料给定值，因为在与带材走行速度无关的设备极限范围内，这种给定值可保证将带钢调整到所要求的质量。

Claims (15)

1.一 种控制和/或调整用于轧制金属带的热轧带钢机列的冷却段的方法，其中，通过冷却来调整被轧制的金属带的组织特性，此方法包括下列工艺步骤：
-对金属带的每个带点预先确定随时间的冷却曲线，
-此外对于金属带的每个带点测算出实际的作为时间函数的冷却曲线，
-将测算出的实际冷却曲线的时间函数与对于金属带每个带点预先确定的随时间的冷却曲线作比较，
-由所求得的实际冷却曲线与随时间的预定冷却曲线的偏差导出过程控制信号，用于控制和/或调整冷却段。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：对于金属带的各带点预先确定不同的冷却曲线。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所要求的组织特性根据对于金属带的每个带点预先确定的冷却曲线来调整。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：对于金属带的各带点预先确定这样一些冷却曲线，即，能补偿基于外部影响产生的所不期望的组织特性改变。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：按这样的方式预先确定对于金属带各带点的冷却曲线，即，使得对于金属带不同的带点获得预定的组织特性。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：金属带的机械性质通过有针对性地影响组织特性来预先确定。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：将各带点冷却曲线的时间函数或当前时刻的各个值输入一个调节器，以用于生成过程控制信号。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，借助调节器可激活用于冷却金属带的冷却剂阀，其特征在于：通过调节器可在任一时刻同时激活任何阀。
9.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：利用测得的卷取温度的时间函数作为各带点冷却曲线的参考温度。
10.一种用于实施如权利要求1至9中任一项所述方法的设备，它包括一冷却段，连续的金属带在该冷却段内借助可调整的阀(11、...、13)被施加冷却剂，所述设备还包括一个用于确定金属带每个带点的温度-时间函数的单元和一个用于获得过程控制信号的过程控制单元(30)，以便根据预定的准则控制和/或调整冷却。
11.按照权利要求10所述的设备，其特征在于：借助过程控制单元(30)可随时激活用于供应冷却剂的每一个阀(11、11′、...至13、13′、...)。
12.按照权利要求10所述的设备，其特征在于：所述准则包含一个沿金属带的冷却剖面，该冷却剖面可使金属带具有所期望的组织特性。
13.按照权利要求10所述的设备，其特征在于：所述用于控制和/或调整冷却的过程控制单元以一个包括模型修正(25)的实时模型(20)为基础，由此为一个用于控制各阀(11、11′、...至14、14′、...)的调节器(40)导出输入信号。
14.按照权利要求13所述的设备，其特征在于：采用所测得的卷取温度(TH)用于模型修正。
15.按照权利要求13所述的设备，其特征在于：用于所述调节器(40)的调节误差由一个修正后的冷却曲线与额定冷却曲线构成。
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