CN101610856A - 用于对金属加工线的至少部分手动的控制进行支持的方法 - Google Patents

Abstract

用于对金属加工线(1)的至少部分手动的控制进行支持的方法，在所述金属加工线(1)中对带状的或者板坯状的或者预成型的金属(4)进行加工，其中连续地关于所述金属加工线的至少一个确定的位置在考虑所述金属加工线(1)的影响相态的工作参数和/或金属的状态参数的情况下计算所述金属的至少一种冶金相的份额并且向操作者显示所述至少一种相关于所述金属加工线的确定的位置的份额。

Description

用于对金属加工线的至少部分手动的控制进行支持的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对金属加工线的至少部分手动的控制进行支持的方法，在所述金属加工线中对带状的或者板坯状的或者预成型的金属进行加工，并且本发明涉及一种金属加工线。

背景技术

这样的金属加工线比如用于轧制金属的作业线、用于对金属进行冷却的冷却段或者这二者的组合已经众所周知。经常在此在最终产品中或者也对确定的加工步骤来说需要金属的尽可能精确确定的相态，也就是说，预先给定金属尤其钢的不同相的确定的相份额作为目标值。这些目标值的遵守对于金属的质量来说是重要标准。

为了在自动地受控制的设备中尽可能精确地遵守金属的所期望的相态，比如在WO 2005/099923 A1中提出，使用相转换模型，该相转换模型在考虑位移跟踪、金属加工线的工作参数、描述进入所述金属加工线中的金属及其状态的原始数据以及测量值的情况下确定在被位移跟踪的金属点上的至少一种相份额并且借助于结果相应地触发冷却段。

但是自动的触发实际上无法在每个过程中达到被加工的金属的所期望的目标参数(比如相份额、温度、厚度及类似参数)，从而具有至少部分手动的控制功能的设备为人熟知。在这些设备中，操作人员可以用手触发不同的部件比如用于冷却的执行机构、辊道或者辊子，用于就这样调节到所期望的目标参数。然后在加工线的末端，比如测量温度并且比如在冷却段的末端向操作人员显示出来。工作参数的不同的设置在此会导致相同的温度，但是导致金属的不同的相态，从而会出现废品生产，这对于操作人员来说无法识别。也因此得到被加工的金属的较差的质量。也会出现这样的情况，即由于错误的相态加工失败并且在设备中出现所谓的废料(Cobbles)，因而金属在设备中歪斜或者卡住，这至少会导致设备停机。对于这样的废料，可能在场的人员的安全也受到危害。

发明内容

因此，本发明的任务是，说明一种用于对金属加工线的至少部分手动的控制进行支持的方法，该方法能够使操作人员在目标参数方面进行更好的设置并且因此提高了被加工的金属的质量、减少废品生产并且防止废料。

为解决该任务，按本发明在开头所述类型的方法中规定，连续地关于所述金属加工线的至少一个确定的位置在考虑所述金属加工线的影响相态的工作参数和/或金属的状态参数的情况下计算金属的至少一种冶金相的份额并且向操作者显示所述至少一种相的关于所述金属加工线的确定位置的份额。

因此按本发明首先计算至少一种相在所述金属加工线的确定的尤其对加工过程来说重要的位置上的份额。此外，计算结果可以用于部分自动地控制所述金属加工线，但是在按本发明的方法中也有利地实时地比如在控制装置上向操作者显示出计算结果。由此，操作者同时获得对被加工的金属的质量来说重要的信息，所述信息直接反映由其进行的手动触发的影响，从而必要时可以通过其它的改变进一步对手动的设置进行优化。因此，信息显示用于保证质量，但是也防止废料和废品的生产并且提高金属加工线的可靠性。尤其在所述金属加工线以自动的模式运行时所述信息显示也可以加以使用，从而尽早发现出现了质量问题并且切换到手动控制，用于进行相应的校正。但是通常在这里“手动控制”这个概念也应该理解为最小干预，简而言之每种类型的对运行过程产生即使如此之小的影响的用户信息。关于这样的也代表着手动控制的手动干预的实例是选择合适的冷却计划或者合适的冷却参数。

为计算所述份额，尤其可以使用模型用于计算金属在不同的金属点(金属上的指定的位置)上的相态，其中考虑金属点的位移跟踪和/或说明进入金属加工线中的金属及其状态的原始数据。这样的模型提供关于金属在不同的金属点上的相态的可靠结论。该模型为每个进入金属加工线中的金属点必要时根据测量来初始化。对所有处于加工线中的金属点进行位移跟踪。因为根据位移跟踪和工作参数了解了在所有金属点上的影响，所以可以连续地对所观察的金属点中的每个金属点上的相态进行更新。而后对显示来说，仅仅必须询问在所述金属加工线的确定的位置上的相应的信息。这种信息比如可以从离确定的位置最近的金属点获得。所述模型也可以集成到上级的模型中，比如与温度模型集成在一起。当然也可以使用其它方法确定相份额，比如测量过程。

如早已提到的一样，测量值也可以纳入金属的相态的计算中。为此可以规定，使用至少一个测量装置用于记录状态参数，尤其使用高温计。借助于高温计，可以测量在确定的金属点上的温度，从而尤其可以结合原始数据在这样的点上比如进行模型的初始化。当然，状态参数也可以用于模型的匹配，方法是测量值比如引起由模型确定的相态的校正。

所述金属加工线可以是每种金属的相态在其中起重要作用的金属加工线。因此，所述金属加工线比如可以是作业线，在所述作业线中设置了铁素体的轧制。铁素体的金属可以用比比如奥氏体的金属低的轧制力来轧制。在此重要的是，尽可能精确了解从铁素体到奥氏体的转换点并且该转换点处于两个确定的机架之间。而后在按本发明的方法中比如可以规定，在每台机架上显示相态。通过这种方式可以实现铁素体的轧制，因为操作者每时每刻都了解金属的相态并且必要时可以通过手动触发来干预轧制过程。

但是能够特别有利地使用所述方法，如果在构造为用于对金属进行冷却的冷却段的金属加工线中对金属进行加工。冷却段经常连接到作业线上并且用于准备好金属以便取用。因此，比如可以在所述冷却段的末端设置卷取机，经过加工的金属被卷绕到所述卷取机上。当然同样也可以这样安排，即在所述冷却段的末端进行进一步加工或者设置另外的取出装置或者说存放装置。这方面的实例是厚板轧机机组。因为在那里无法进行卷取，所以取而代之将板材在拉伸矫直机中拉直并且如板材一样存放。在这样的冷却段中设置了执行机构，所述执行机构用于金属的温度调节并且因此也对相份额产生影响。冷却段比如可以具有布置在辊道的上方和下方的阀门，通过所述阀门将冷却剂尤其水施加到所述金属上。比如水量和水压可以手动控制或者自动控制。经常在所述冷却段的开端和末端测量金属的温度。因此可以规定，作为状态参数使用布置在所述冷却段前面的第一高温计和布置在所述冷却段后面的第二高温计的测量值。当然也可以采取其它的测温措施。所述第一高温计的测量值可以与原始数据以及关于进入的金属比如百分之百地由奥氏体形成的通用信息一起用于使金属点上的相份额初始化。所述第二高温计最后用于检查且用于模型的匹配。

当然，也可以对总生产进行研究，也就是说，比如对由作业线和冷却段构成的组合进行研究。

为了能够理想地在重要的位置上对被加工的金属的质量进行评估，在卷绕到可能设置的卷取机上之前，有利地关于一个在加工线的末端也就是比如在冷却段的末端的位置显示所述份额。而后可以直接评估，用当前的工作参数是否达到所期望的目标参数。

如果比如研究具有大约70米的长度的冷却段，那么较快地运动的带材比如在速度为10米/秒时需要7秒钟时间用于通过所述冷却段。但是，经常较慢的速度比如2米/秒也很普遍，使得所述金属需要半分钟时间用于通过所述冷却段。现在如果在所述冷却段的开端进行变化的触发，那么比如在金属加工线的末端上的一个位置上的实时显示就引起这种情况，即操作者只有在几秒钟之后或者甚至在半分钟之后才能在显示图上观察到影响。

因此，在所述方法的一种有利的改进方案中可以规定，作为确定当前的份额这种做法的补充，在所述加工线的至少一个部件的触发改变时也在考虑在所述位置上的触发的变化的情况下计算并显示将来的份额的预测。也就是说，在已知进行了变化的触发的位置上的当前的工作参数以及当前的相份额的情况下，可以自这个位置起进行预先计算直到进行显示的位置，使得改变的影响对操作者来说是清楚明了，尤其在那里也还向其显示与以往的设置之间的比较值时。这样的预测提早向操作者指出，所述触发的改变通过何种方式起作用，然而该预测当然还无法注意到加工过程的接下来的不是由操作者控制的改变，比如输送速度的未按计划的提高。此外可以特别有利地规定，可以选择一种测试模式。在该测试模式中，可以在用户界面上确定所述触发的改变，但无法直接接受这种触发的改变。尽管如此，可以根据所述相份额的计算和已知的改变的和未改变的工作参数来完成预测，该预测显示，想要进行的改变将会有哪些影响。如果操作者满意，那么他可以例如通过另外的操作元件的操纵将所述改变纳入控制之中。

对于金属尤其对于含碳钢来说存在着复杂的相图，在所述相图中包含许多不同的相。计算并显示所有这些相的份额是不适宜的。因此优选主要显示重要的相。尤其可以规定，计算并显示奥氏体的和/或铁素体的和/或珠光体的和/或渗碳体的和/或其它的相的份额。

份额的显示可以以任意的可容易理解的并且一目了然的形式进行。因此，可以有利地以曲线的形式和/或作为饼形图和/或以数字的形式和/或作为条形图和/或作为彩色图来显示份额。也可以特别有利地规定，在低于或者超过至少一个份额在所述位置上的至少一个预先给定的数值时发出警报。因此比如可以预先给定公差值，所述公差值是应该予以遵守的质量公差。通过以光学方式和/或以声学方式进行的警报将操作者的注意力引向出现的问题和所述相份额的显示图上并且可以采取合适的应对措施。

此外，本发明也涉及用于处理带状的或者板坯状的或者预成型的金属的金属加工线，其具有控制装置，所述控制装置包括用于在考虑影响相态的工作参数和/或金属的状态参数的情况下关于所述金属加工线的至少一个确定的位置连续地计算金属的至少一种冶金相的份额的计算单元、用于至少部分有选择地可能地手动控制所述金属加工线的运行的输入装置以及用于显示所述至少一种相关于所述金属加工线的确定的位置的份额的显示装置。尤其这样的金属加工线用于实施按本发明的方法，并且关于所述方法的阐述可以套用到所述金属加工线上。所述计算单元由此接收以工作参数和/或状态参数的形式来表明金属或者说金属加工线的状态的信号。在计算所述至少一种相之后将相应的信号发送给所述显示装置，从而可以进行显示。

因此可以规定，在所述计算单元中为计算所述份额存放了模型，该模型用于在考虑金属点的位移跟踪以及/或者说明进入所述金属加工线中的金属及其状态的原始数据的情况下计算金属在不同的金属点上的相态。这样的模型比如也可以是所述金属加工线的全面的模型的一部分，该模型可以额外地比如包括温度模型。

所述金属加工线可以有利地包括用于记录状态参数的测量装置，尤其是高温计。

所述金属加工线可以是每种任意类型的加工线比如作业线或者成套加工线。尤其有利的是将所述金属加工线构造为包括用于对金属施加温度影响的执行机构的冷却段这种设计方案。在这样的冷却段的开端以及末端可以设置高温计，其中所述计算单元用于考虑高温计的测量值作为状态参数。当然也可以设置其它的高温计或者其它的测量装置。

所述显示装置可以用于以曲线的形式和/或作为饼形图和/或以数字的形式和/或作为条形图和/或作为彩色图来显示所述份额。

最后应该说明，本发明不仅可以有利地用在带状的和板坯状的金属的加工中。尤其处理在预成型的金属比如在制造管材或者型材时经常存在手动控制的可能性，从而这里也可以有利地使用本发明。

附图说明

本发明的其它优点和细节从下面所说明的实施例中并且借助附图来获得。其中：

图1是按本发明的金属加工线，

图2是用于显示信息或者用于至少部分手动触发所述金属加工线的可能的用户界面，

图3A-3D是相份额的可能的显示，以及

图4是可能的警报。

具体实施方式

图1示出了这里构造为冷却线2的金属加工线1。所述冷却线2布置在作业线的后面，该作业线的最后的机架在附图标记3处示出。有待加工的这里为带状的金属4首先通过所述作业线并且而后通过冷却段2，随后为了运走或者为了中间存放以用于进一步加工而将该金属4卷绕在布置在所述冷却段2后面的卷取机5上。

所述冷却段2包括执行机构6，所述执行机构6用于影响所述金属4的温度。在这种情况下，所述执行机构6包括闸板和阀门，利用所述闸板和阀门能够将水施加到所述带状的金属4上，用于对其进行冷却。尽管在附图中仅仅示出几个执行机构6，但是所述冷却段可以包括大量这样的执行机构6。

此外，所述冷却段2包括控制装置7，该控制装置7在图1中示意示出。该控制装置7包括计算单元8、用于部分手动触发所述执行机构的输入装置9以及显示装置10。此外，在所述冷却线的前面或者说后面相应地布置了用于测量所述金属4的温度的高温计11。

所述计算单元8按照工作参数S来触发所述执行机构6(例如阀门、喷嘴或者闸板等等)，所述工作参数S可以在手动的运行模式中至少部分地通过所述输入装置9由操作者加以改变，从而可以成组地或者单独地触发所述执行机构6。不必永久地设置所述手动的可触发性，同样可以很好的设想，可以在自动的运行模式与手动的运行模式之间进行切换。此外，可以设想，可以将所述执行机构6的一部分单独地构造用于手动触发。此外，可以设想，操作者改变自动运行的输入参量比如放大因数，在提高带速时用所述放大因数来提高水量(半自动)。其它的代表手动控制的手动干预比如是原始数据(比如卷取机额定温度)的改变、冷却策略(比如冷却梯度)的改变、未冷却的带材段的长度的改变或者本身不改变自动化装置的质量评估。

此外，所述计算单元8得到关于所述冷却段2或者说金属4的状态的其它信息。除了所述高温计11的测量值T之外，将所述金属4的描述该金属4或者说其在进入冷却段2中时的状态的原始数据P并且作为另外的工作参数将金属速度v输入所述计算单元8。

此外设置了位移跟踪装置28，该位移跟踪装置28在所述金属4通过所述冷却段2的过程中不断地跟踪该金属4的金属点的位置。所述位移跟踪装置28也可以集成在所述计算单元8中，在任何情况下所述位移跟踪装置28的数据供所述计算单元8使用。

现在，在所述计算单元8中存放着所述冷却段2的模型12，该模型12包括用于计算所述金属4在不同的金属点上的相态的模型13以及用于计算所述金属4在不同的金属点上的温度或者说温度分布的温度模型14。所述模型13和14也可以作为共同的模型来实现。构造所述模型13用于在考虑影响相态的工作参数S、金属4的状态参数、这里是温度测量值T、原始数据P和位移跟踪数据x的情况下在多个金属点上计算所述金属的至少一种相的份额。同样构造所述温度模型14用于关于温度或者说温度分布实施这样的计算。所述份额或者说温度的计算在此连续地进行。在此所述模型13和14比如以如下方式工作。

首先在布置在冷却段2前面的高温计11上测量在确定的金属点上的温度。由此可以与原始数据P一起确定一个或者多个初始的相份额。从那里对所述金属点进行位移跟踪，其中比如通过所述工作参数S和速度v来实时地实现对所述至少一个相份额或者说温度的连续跟踪，所述工作参数S和速度v影响所述金属4的温度或者说相态并且其数值是已知的。在所述卷取机5之前结束所述金属点的位移跟踪28。这意味着，在所述金属4的所有被位移跟踪的金属点上每时每刻都从所述模型13中知道所述至少一个相份额。

在布置在后面的高温计11上进行第二次温度测量，用于稠性检查(Konsistenzprüfung)和模型匹配。

在按本发明的金属加工线1中，通过所述模型13得到的关于金属4的相态的信息现在不是用于或者不是仅仅用于触发所述冷却段2，而是将所述至少一种相的关于所述冷却段2的确定位置15这里在所述冷却段2的末端上在所述高温计11处或者在所述高温计11后不远处的份额借助于显示装置10向操作者显示出来。由此一方面能够实现持续的保证质量的监控，另一方面操作者可以在手动触发的范围内观察工作参数S的改变的效果。因此，额外的信息可供使用，所述额外的信息使得被加工的金属4的质量得到改进并且使得在所述冷却段2的区域中的安全性得到提高。

在此，在所述在冷却段中实施的按本发明的方法的范围内不仅在考虑工作参数以及金属4的状态参数的情况下进行所述相份额的计算并且在所述显示装置10上进行所述份额的显示，而且也提供了预测的可能性。构造所述模型13用于预先计算，所述冷却线2的执行机构6的变化的触发对所述金属4在位置15上的相态产生哪些影响。为此，使用直接在有关的执行机构或者说有关的第一执行机构6的前面的金属点的当前的相份额，用于据此实施预先计算，所述预先计算在注意到当前的和变化的工作参数S或者说其它工作参数比如速度v的情况下确定所述至少一种相在位置15上的预期的份额。这种信息也在计算之后有利地向操作者显示出来，使得操作者不必为观察对相分布的影响而一直等待，直到用新的工作参数工作的金属点也在实际上到达所述位置15。此外，有利地设置了一种测试模式，所述控制装置7比如能够通过相应的在所述显示装置10上显示的控制盘的选择来切换到所述测试模式中，其中变化的工作参数S不是直接被接受而是比如只有在操纵了操作元件之后才被接受。但是早已在还没有运用变化的触发的过程中完成用于所述位置15的预测并且显示出来，从而操作者可以相应地调整其设置，而不生产废品。对这种预测来说也以当前的包含在所述模型13和14中的相份额或者说温度为出发点。

图2示出了一种可能的在所述显示装置10(监视器)上显示的用户界面29。在此在第一区域16中显示出关于金属加工线1的通用信息，第二区域17用于显示和设置所述执行机构6的工作参数S。这样的区域的设计众所周知并且这里不应该详细解释。但是此外，设置了用于显示关于所述金属4的信息的区域18。以基本上公知的方式显示出关于所述金属4在位置15上的温度的信息19。但是此外设置了如由所述模型13计算出来的金属4的当前在位置15上存在的相份额的显示图20。此外，也可以在区域18中在触发变化时示出预测21。如果在21处还额外地显示在触发变化之前的原始数值，那就可以直接进行比较。此外，所述用户界面16包括用于激活上面早已说明的测试模式的操作元件22以及用于接收在测试模式中输入的变化的工作参数的另外的操作元件23。当然也可以如公知的一样设置其它的比如能够借助于鼠标控制来选择的操作元件24。

图3A-3D示出了所述至少一种相的份额的显示图20的结构的不同方案。图3A示出了饼形图的形式的显示图20a。在此示出了铁素体、奥氏体这两种相的份额以及其它相的份额。

图3B示出了条形图形式的显示图20b。在此示出了铁素体、奥氏体、珠光体和渗碳体这些相的份额。

图3C示出了铁素体和奥氏体这两种相以及其它相的份额的数字的显示图20c。

图3D示出了一种可能的彩色图的形式的显示图20d。沿一根唯一的竖条以不同的颜色按相同的比例划分为相应的长度来表示奥氏体、珠光体、渗碳体及铁素体这些相的份额。颜色之间的边界25根据变化来移动，如通过箭头26所表示的一样。此外，可以设置从0％到100％的刻度，从而也可以读取所述份额。由此产生所述显示图20d的特别直观的结构。当然也可以在其它的显示图20a、20b和20c中实现颜色编码。

在所述相份额改变时，相应的显示根据所述份额的实时计算而改变，从而用户可以立即看出实际的相分布，无论在工作运行中或者在测试模式中。

此外，构造所述控制装置7用于在至少一个份额在位置15上超过或者低于至少一个预先给定的数值时输出警报。这样的警报27示范性地在图4中示出。所述显示装置10也可以包括声学的部件，该部件可以产生声学的报警信号。警报将操作者的注意力引向所述金属4的相态的显示图20。由此向操作者指出，在质量方面存在问题或者甚至存在着危险状况。

Claims (18)

1.用于对金属加工线的至少部分手动的控制进行支持的方法，在所述金属加工线中对带状的或者板坯状的或者预成型的金属进行加工，其中连续地关于所述金属加工线的至少一个确定的位置在考虑所述金属加工线的影响相态的工作参数和/或金属的状态参数的情况下计算金属的至少一种冶金相的份额并且向操作者显示所述至少一种相的关于所述金属加工线的确定的位置的份额。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，为计算所述份额使用用于计算金属在不同的金属点上的相态的模型，其中考虑所述金属点的位移跟踪和/或描述进入所述金属加工线中的金属及其状态的原始数据。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用至少一个用于记录状态参数的测量装置，尤其是高温计。

4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属在构造为用于对金属进行冷却的冷却段的金属加工线中被加工。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，作为状态参数使用布置在所述冷却段前面的第一高温计和布置在所述冷却段后面的第二高温计的测量值。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，关于所述加工线的末端处的位置显示所述份额。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为在所述加工线的至少一个部件的触发改变时确定当前的份额的补充，也在考虑在所述位置上的触发的改变的情况下计算并显示用于将来的份额的预测。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，选择一种测试模式，在该测试模式中不是直接地接受所述改变的触发。

9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，计算并显示奥氏体的和/或铁素体的和/或珠光体的和/或渗碳体的和/或其它相的份额。

10.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述份额的显示以曲线的形式和/或作为饼形图和/或以数字的形式和/或作为条形图和/或作为彩色图来进行。

11.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在超过或者低于在所述位置上的至少一种份额的至少一个预先给定的数值时发出警报。

12.用于处理带状的或者板坯状的或者预成型的金属(4)的金属加工线，具有控制装置(7)，所述控制装置(7)包括用于在考虑影响相态的工作参数(S)和/或金属(4)的状态参数的情况下关于所述金属加工线(1)的至少一个确定的位置(15)连续地计算所述金属(4)的至少一种冶金相的份额的计算单元(8)、用于至少部分有选择地可能地手动控制所述金属加工线的运行的输入装置(9)以及用于显示(20)所述至少一种相关于所述金属加工线(1)的确定的位置(15)的份额的显示装置(10)。

13.按权利要求12所述的金属加工线，其特征在于，在所述用于计算所述份额的计算单元(8)中存放了模型(13)，该模型(13)用于在考虑金属点的位移跟踪(28)和/或描述进入所述金属加工线(1)中的金属(4)及其状态的原始数据(P)的情况下计算所述金属(4)在不同的金属点上的相态。

14.按权利要求12或13所述的金属加工线，其特征在于，该金属加工线包括至少一个用于记录状态参数的测量装置，尤其是高温计(11)。

15.按权利要求12到14中任一项所述的金属加工线，其特征在于，该金属加工线是包括用于对金属(4)施加温度影响的执行机构(6)的冷却段(2)。

16.按权利要求15所述的金属加工线，其特征在于，分别在所述冷却段(2)的开端和末端设置了高温计(11)，其中所述计算单元(8)考虑所述高温计(11)的测量值(T)作为状态参数。

17.按权利要求12到16中任一项所述的金属加工线，其特征在于，所述显示装置(10)用于以曲线的形式和/或作为饼形图(20a)和/或以数字的形式(20c)和/或作为条形图(20b)和/或作为彩色图(20d)来显示所述份额。

18.按权利要求12到17任一项所述的金属加工线，所述金属加工线用于实施按权利要求1到11中任一项所述的方法。

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