CN100430495C - 金属成形、冷加工和/或热加工设备的过程控制或过程调节的方法 - Google Patents

金属成形、冷加工和/或热加工设备的过程控制或过程调节的方法 Download PDF

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Abstract

为了提供一种金属、尤其是钢或者铝的成形、冷加工和/或热加工设备的过程控制或过程调节的方法，其中该设备装备有调节确定的运行参数的执行机构并且该方法过程以一种方法模型为基础，利用该方法过程可以在线调整所希望的组织特性和在使用组织-性能关系的情况下获得所希望的材料特性，在线测量至少一个当前的、能体现金属组织的值并与这个值相关在应用一个组织模型以及作为所述过程基础的方法模型的情况下求出合适的、作用于设备执行机构的过程控制参数和/或过程调节参数以调节金属的所期望的组织性能。

Description

金属成形、冷加工和/或热加工设备的过程控制或过程调节的方法
本发明涉及一种金属、特别是钢或铝的成形、冷加工和/或热加工设备的过程控制或过程调节的方法，其中该设备装备有调节确定的运行参数的执行机构并且该方法过程以一种方法模型为基础。
对运行参数可理解为例如轧机机列的轧辊调整或在一个冷却段中的冷却参数。
DE 199 41 600 A1以及DE 199 41 736 A1公开了热轧金属的过程控制和过程优化的方法，其中从热金属上发射的电磁射线作为波谱被在线获取并进行分析，或者由一个伦琴射线器发射的金属的电磁射线穿透这里的一个金属带并且在金属带的背面被在线获取并进行分析。利用分析结果测得在一定的金属温度下发生的结晶学的和/或组织转变和/或化学的转变，并依赖于转变程度或者转变的过程推导出用于过程优化的合适的过程控制参数和/或过程调节参数，和/或实施过程模型的在线匹配。
同样已知的是，仅仅借助组织模型实施过程控制。根据WO99/24182，用于处理钢或铝的一种冶金设备的运行参数应当借助一个组织优化器与理想的金属材料特性有关地来确定。借助于一个组织观测器测得所期望的材料特性和使用性能。接着在理论值和由组织观测器所测得的材料特性和使用特性的值之间进行比较。只要在观测值或者说计算值和测得的值之间存在差异，那么运行参数，例如轧机机列的入口温度和出口温度以及还原度将被转变。
此外在WO 99/24182还解释了钢在轧制时的组织变化，而DE 19941 600 A1以及DE 199 41 736 A1则对钢的γ-α组织转变作了详细描述。
本发明的任务是提供一种金属、特别是钢或铝的成形、冷加工和/或热加工设备的过程控制或过程调节的方法，利用该方法可以在线调整所希望的组织特性和在使用组织-性能关系的情况下获得所希望的材料特性。
本发明通过所述金属冷加工和/或热加工设备的过程控制或过程调节的方法解决，其中该设备装备有调节确定的运行参数的执行机构并且该相应的方法过程以一种方法模型为基础，利用该方法模型在测得相关的测量值之后计算机支持地在线求出合适的、作用于所述执行机构的过程控制参数和/或过程调节参数，其中，在相应方法过程的结束时或者在其期间在线测得至少一个当前的、能体现金属组织的实际组织特征值作为相关的测量值，并与这个值相关在应用一个组织模型以及作为所述过程基础的方法模型的情况下作用于所述方法过程的执行机构以调节金属的所期望的组织性能，其中作为实际组织特征值无破坏地进行测量的是：
●组织颗粒大小值，和/或
●组织转变时间点或者组织转变时间段，和/或
●组织转变温度。
按照本发明的一种优选的设计方案，所述组织颗粒大小值借助于超声测量仪器或者伦琴射线测量仪器测量。
按照本发明的一种优选的设计方案，所述组织转变时间点或者组织转变时间段通过借助于与金属接触的测量装置测量与所述转变相关的金属晶格的长度延伸。
按照本发明的一种优选的设计方案，所述测量装置是轧制力测量仪器或者测量滚子。
按照本发明的一种优选的设计方案，所述组织转变温度借助于至少一个沿着金属输送方向可移动的温度测量单元测量，所述温度测量单元与按所述组织模型所期望的组织转变的地点相关地定位。
根据本方法建议，至少在线测得一个当前的、能体现所述组织的值，并且与这个值相关在使用描述了在进行成形、冷加工和/或热加工时固相反应的组织模型以及作为所述过程基础的、用于确定自动化的过程进行的过程模型的情况下求出合适的作用于设备-执行机构的过程控制参数和/或过程调节参数。为此，所测得的当前的实际-组织特征值与事先给定的理论值比较并通过应用组织模型和方法模型将得出的差值用作所述过程的调节参数。
本任务通过方法模型、即例如在要调节的过程结束时在线测得至少一个当前的组织特征值的方法模型以及一个组织模型的成功结合解决。根据本方法预测模型应至少包括一个组织模型，也就是用于预测在例如在轧机中的成形过程中或者在冷却段中的一个冷却过程中所进行的固相反应以及同时调整的组织特性的诊断模型。
最好与所测得的能体现组织的值相关地进行方法模型和/或组织模型的在线匹配。一旦实际值和理论值比较的差值超过了一个规定的值，则重新计算所述方法模型(例如轧制程序或冷却段模型)和组织模型。
优选所测得的一个当前的组织颗粒大小值和/或组织转变-时间点或组织转变-时间段作为体现组织的值。
当前的组织特征值，特别是组织颗粒大小值优选地借助无破坏的材料检测装置，如借助超声测量仪器，特别是产生激光的超声测量仪器，如伦琴射线器来测量。
对组织转变的测量最好应该选用与金属接触的测量装置。在这方面可使用轧制力测量仪器以及测量滚子来测量成形时作用在金属带上的延展应力和拉应力。因此可以通过这些接触式测量装置测量与γ-α转变相关联的金属的钢晶格的长度延伸作为组织转变的程度。
按另一种实施方式，借助至少一个温度测量单元在线测量转变的温度作为能体现组织的值，该测量单元分别沿着金属输送方向可相对运动地布置并与组织转变的所期望的位置相关地定位，所述的组织转变按组织模型预先设定好了。最好选用多个温度测量单元。
下面就建议的方法基于优选的实施方式进行详细说明。
对于C-Mn钢的钢族，在应用基于化学成分的组织模型并考虑在轧制设备中的轧制程序的情况下，在所述过程中在一个确定的方法时间点或者在确定的地点预先计算被加工金属组织的奥氏体颗粒大小。可以在线-此处是一个轧制过程中-于轧机机列的最后一个轧机机座后面非接触、无破坏地测量当前金属组织的奥氏体颗粒的大小。当前测得的奥氏体颗粒大小-值与金属组织的奥氏体颗粒大小所设定的理论值在该位置在所述过程中进行比较。如果实际值与理论值出现偏差，在应用作为轧机机列基础的组织模型和方法模型的情况下从差值推导出一个用来控制轧机机列的执行机构的修正值并相应地传送到执行机构。如果例如测得的奥氏体颗粒大小小于理论值时，一个修正值就被传送到轧机机列的中间机座冷却的执行机构，以缩减中间机座冷却并由此实现提高终轧温度。通过提高终轧温度将轧机机列终端的奥氏体组织颗粒大小调整的大一些。因为即使终轧温度微小的变化也会对奥氏体颗粒大小产生明显的影响，所述设备的控制或者调节还反作用于当前所处理的金属带或板，也就是说，将颗粒大小调整到理论值还可以在相同的金属带上进行。
在另一个优选的方法变型方案中，在通过成形、冷加工和/或热加工的金属加工过程中在一个确定的点上在线测量体现组织的值，也就是说，在轧机机架(n)或道次(n)上利用对前一个轧机机架(n-1)或道次(n-1)所达到的过程参数的控制与实施的实际值-理论值比较相关地在线测量体现组织的值。
利用例如一个超声测量仪器测量例如在宽带金属热轧机的机架(n)成形前或在厚板轧机机列的道次(n)成形前的金属带或金属板的组织颗粒大小。当实际值与理论值的差值过大时，重新计算方法模型、特别是轧制程序模型和组织模型并作用于先前的轧机机架的执行机构或执行先前道次的执行机构的控制信号上，这样就能达到所希望的理论值。先前的机架的转换就可以对当前所轧制的金属带或金属板在线进行和/或用于随后的金属带或金属板。
按另一个优选的方法变型方案，在带有一个水冷却段部分和一个空气冷却段部分的一个线材轧机机列的一个冷却段中进行的在线-组织控制，方法是通过借助超声测量仪器测量通过水冷却段后金属线材的当前的组织颗粒大小-值，这里是奥氏体颗粒大小，并且利用在输送方向可移动的和/或不同对准方式的温度测量装置测得组织转变的温度以及组织转变的时间变化，也就是γ-α组织转变。一旦测得的值与预计的理论值有偏差，利用冷却段模型和组织模型进行新的计算以及在线进行冷却段的执行机构的相应调整。
所建议的在线组织控制或者在线组织调节不仅应用于宽带金属热轧机机列，必要时也可用于薄板坯轧机机列、厚板轧机机列、型材轧机机列、条钢轧机机列和线材轧机机列，还可以应用于冷轧带钢轧机机列和铝轧机机列。

Claims (11)

1.金属冷加工和/或热加工设备的过程控制或过程调节的方法，其中该设备装备有调节确定的运行参数的执行机构并且该相应的方法过程以一种方法模型为基础，利用该方法模型在测得相关的测量值之后计算机支持地在线求出合适的、作用于所述执行机构的过程控制参数和/或过程调节参数，其特征在于，在相应方法过程的结束时或者在其期间在线测得至少一个当前的、能体现金属组织的实际组织特征值作为相关的测量值，并与这个值相关在应用一个组织模型以及作为所述过程基础的方法模型的情况下作用于所述方法过程的执行机构以调节金属的所期望的组织性能，其中作为实际组织特征值无破坏地进行测量的是：
●组织颗粒大小值，和/或
●组织转变时间点或者组织转变时间段，和/或
●组织转变温度。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属是钢或铝。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组织颗粒大小值借助于超声测量仪器或者伦琴射线测量仪器测量。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组织转变时间点或者组织转变时间段通过借助于与金属接触的测量装置测量与所述转变相关的金属晶格的长度延伸。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测量装置是轧制力测量仪器或者测量滚子。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组织转变温度借助于至少一个沿着金属输送方向可移动的温度测量单元测量，所述温度测量单元与按所述组织模型所期望的组织转变的地点相关地定位。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，对于C-Mn钢的钢族，确定奥氏体颗粒大小作为组织颗粒大小值。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于多个测量单元分别测量组织转变的起点和终点的地点或时间段。
9.按权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，在带有一个水冷却段部分和一个空气冷却段部分的一个线材轧机机列的一个冷却段中进行在线-组织控制，其中借助一个超声测量仪器测量通过水冷却段后的金属线材当前的组织颗粒大小值，并且其中利用在输送方向可移动的和/或不同对准方式的温度测量装置测量组织转变的温度以及组织转变的时间变化。
10.按权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，当实际值和理论值比较的差值超过了一个规定的值，那么与所测得的能体现组织的值相关地进行方法模型和/或组织模型的在线匹配。
11.按权利要求9所述的方法，其特征在于，所述组织转变是钢的γ-α组织转变。
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