CN105026064A

CN105026064A - 使用位置控制的阀装置的金属带材冷却

Info

Publication number: CN105026064A
Application number: CN201480009061.2A
Authority: CN
Inventors: 陈建; S.埃加特纳; R.卡尔; E.奧皮茨; F.佩斯奇; A.塞林格; T.特里克
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: EP2767352A1; US20160008861A1; US11084076B2; EP2956251A1; WO2014124867A1; CN105026064B; US20200298295A1; US10722929B2; PL2956251T3; EP2956251B1

Abstract

为了冷却金属带材（1），利用施加装置（9）将液体冷却剂（5）提供到所述带材。所述冷却剂（5）经由供给管线（10）供给到所述施加装置（9）。阀装置（13）被布置在所述供给管线（10）中。通过将所述阀装置（13）设定到各个打开位置（s），通过施加装置（9）每单位时间提供到金属带材（1）的冷却剂流量（F）可连续地或以几个阶段来调节。上游状态检测装置（14）位于所述供给管线（10）中的所述阀装置（13）的上游并且用于检测在位于所述供给管线（10）中所述阀装置（13）的上游的所述冷却剂（5）的上游状态（ZV）。控制装置（6）基于所述冷却剂流量（F）的设定点（F*）、所述冷却剂（5）的所述上游状态（ZV）以及所述阀装置（13）的阀特性（C）来确定所述阀装置（13）的打开位置（s）的设定点（s*），所述设定值（s*）与所述冷却剂流量（F）的设定点值（F*）对应。相对于所述供给管线（10）中所述阀装置（13）的上游的所述冷却剂（5）的参比状态（ZR），所述阀特性（C）遵循作为所述阀装置（13）的打开位置（s）的函数的所述冷却剂流量（F）的特性线（K）。所述控制装置（6）根据已确定的所述设定点值（s*）来设定所述阀装置（13）的打开位置（s）。

Description

使用位置控制的阀装置的金属带材冷却

技术领域

本发明涉及一种利用液体冷却剂使金属带材冷却的冷却装置的操作方法；

- 其中冷却装置具有施加装置，利用该施加装置将冷却剂施加给金属带材；

- 其中将冷却剂经由供给管线供给至施加装置，

- 其中阀装置被布置在供给管线中；

- 其中上游状态检测装置布置在供给管线中的阀装置的上游，并且用于检测阀装置的上游的供给管线中所述冷却剂具有的冷却剂的上游状态；

- 其中控制装置对阀装置进行设定。

本发明还涉及一种包括机器码的计算机程序，该机器码可以直接由利用液体冷却剂使金属带材冷却的冷却装置的控制装置执行；

- 其中由控制装置执行机器码具有以下效果，即控制装置

-- 基于利用施加装置每单位时间施加给金属带材的液体冷却剂的冷却剂流量的设定点值，以及

-- 布置在供给管线中的阀装置的上游的液体冷却剂的供给管线中的冷却剂具有的冷却剂的上游状态，以及

-- 阀装置的阀特性

来确定阀装置的设定点激活并相应地激活阀装置；

- 其中利用供给管线来提供施加装置的液体冷却剂。

本发明还涉及一种利用液体冷却剂使金属带材冷却的冷却装置的控制装置，同时控制装置形成为可软件编程的控制装置并且用此计算机程序对控制装置进行编程。

本发明还涉及一种利用液体冷却剂使金属带材冷却的冷却装置，

- 其中将冷却剂经由供给管线供给至施加装置；

- 其中阀装置被布置在供给管线中；

- 其中通过对阀装置进行设定来设定由施加装置每单位时间施加至金属带材的冷却剂流量；

- 其中上游状态检测装置被布置在供给管线中的阀装置的上游并且用于检测阀装置的上游的供给管线中冷却剂具有的冷却剂的上游状态；

- 其中冷却装置具有这样的控制装置。

背景技术

上文提到的主题是例如从DE 10 2007 046 279 A1中已知的。在DE 10 2007 046 279 A1的情况下，阀装置形成为开关阀，该开关阀以二态的方式在完全打开状态和完全闭合状态之间进行转换。阀特性包括打开延迟、关闭延迟和平均冷却剂流率。

强力冷却（power cooling），亦即金属带材的强冷却，是一种在热轧期间或紧接在热轧之后使金属带材冷却的新型冷却方法。该方法是用于具体地设定最终产品的微结构因此设定最终产品的机械性能的目的。尤其是，被称为AHSS（先进高强度钢）的钢要求更大的冷却强度和冷却灵活性。强力冷却满足了这些要求。

在强力冷却过程中，必须设定冷却剂流量，即每单位时间精确地、可重复地和动态地施加到金属带材的冷却剂的量。在现有技术中，该设定是由布置在通向施加装置的供给管线中的流量计并且利用阀装置来控制流量而完成的。然而，该过程具有若干缺点。尤其是，实际上当设定新的设定点值时常常发生超调。直到稳定地保持新设定点值的稳定期常常是相对较长的。此外，流量计比较昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供可以以简单和低成本的方式实现金属带材的灵活且可靠的冷却的可能性。

本发明的目的是通过具有权利要求1的特征的操作方法来实现的。操作方法的有利的改进方案是从属权利要求2至5的主题。

根据本发明，以这样的方式设想出一种在开始部分所提到类型的操作方法，

- 通过无阶梯地或者以一些阶梯将阀装置设定到各个打开位置，可以设定由施加装置在每单位时间内施加给金属带材的冷却剂流量；

- 冷却装置的控制装置基于冷却剂流量的设定点值、冷却剂的上游状态和阀装置的阀特性而确定阀装置打开位置的设定点值，该设定点值对应于冷却剂流量的设定点值；

- 相对于阀装置上游的供给管线中的冷却剂具有的参比状态，阀特性描述了作为阀装置打开位置的函数的冷却剂流量的特性线；并且

- 控制装置以与确定的设定点值对应的方式来设定阀装置的打开位置。

当需要时，可以确定冷却剂的上游状态。例如，冷却剂的上游状态可包括其温度和/或其化学成分。优选地，冷却剂的上游状态可包括施加至阀装置上游的供给管线中的冷却剂的（至少）上游供给管线压力。

在操作方法的一个特别优选的改进方案中，提供的是

- 下游状态检测装置布置在阀装置与施加装置之间的供给管线中或者布置在施加装置中，并且用于检测阀装置与施加装置之间或者在施加装置中的供给管线中冷却剂具有的冷却剂的下游状态，以及

- 控制装置基于冷却剂的上游状态、冷却剂的下游状态和阀装置的打开位置来修正阀装置的特性线。

以此，可以实现控制装置自我校准到阀装置的（在一些情况下甚至动态地变化的）实际特性线。

当需要时，可以通过与冷却剂的上游状态进行类比而确定冷却剂的下游状态。优选地，冷却剂的下游状态包括施加至阀装置与施加装置之间的供给管线中或者在施加装置中的冷却剂的（至少）下游供给管线压力。

本发明原则上也可以适用于常规的冷却装置，其中在阀装置上游的供给管线中冷却剂具有的上游供给管线压力相对较低。然而，优选地，上游供给管线压力位于1.5巴和5.0巴之间，尤其是2.0巴和3.0巴之间。

目的也是通过具有权利要求6的特征的计算机程序来实现的。计算机程序的有利的改进方案是从属权利要求7至9的主题。

根据本发明，以这样的方式设想出一种在开始部分所提到的类型的计算机程序：

- 控制装置确定与冷却剂流量的设定点值对应的阀装置的打开位置的设定点值并且以与确定的设定点值对应的方式来设定阀装置的打开位置；

- 通过无阶梯地或者以一些阶梯将阀装置设定到各个打开位置，可以设定冷却剂流量；

- 相对于阀装置上游的供给管线中的冷却剂具有的参比状态，阀特性描述了作为阀装置的打开位置的函数的冷却剂流量的特性线。

计算机程序的有利的改进方案大体对应于所述操作方法的改进方案。因此，为避免重复，参考上文所给出的描述。

还可通过具有权利要求10的特征的控制装置来实现本发明的目的。根据本发明，提供的是，利用根据本发明计算机程序对控制装置进行编程。

还可通过具有权利要求11的特征的冷却装置来实现本发明的目的。根据本发明，形成根据本发明的控制装置或者对其进行编程。

附图说明

结合下文对示例性实施例的描述（其结合附图更具体地说明），本发明的上文描述的特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚且更易于理解，在附图中：

图1示出了用于金属带材的处理线，

图2示出了冷却装置以及

图3示出了阀特性。

具体实施方式

根据图1，用于金属带材1的处理线具有至少一个轧制机架2（通常一些轧制机架2采用串联的布置）和一个卷取装置3。在轧制机架2中，对金属带材1进行轧制。然后，利用卷取装置3卷曲金属带材1。可将冷却装置4布置在轧制机架2之间以及/或者布置在最后的轧制机架 2与卷取装置3之间。利用冷却装置4，液体冷却剂5使金属带材1冷却。液体冷却剂5一般为水，或者至少含有水作为主要成分。

处理线由控制装置6控制。控制装置6可包括一些子单元，这些子单元分别控制处理线的部分。对本发明关键的是控制至少一个冷却装置4的控制装置6。因此，下面结合图2和图3仅描述冷却装置4中的一个，作为所有冷却装置4的代表。

正如由缩写“μC”所表示，控制装置6形成为可软件编程控制装置。采用计算机程序7对其进行编程。计算机程序7包括机器码8，该机器码可以由控制装置6直接地执行。控制装置6处理机器码8实现控制装置6的内部功能，下面将结合所考虑的冷却装置4的总体运行模式来更具体地说明该内部功能。

根据图2，冷却装置4具有施加装置9。施加装置9是用于将冷却剂5施加至金属带材1。施加装置9可以例如形成为上喷射杆，利用该喷射杆将冷却剂5从上方施加给金属带材1。替代地，施加装置9可以例如形成为下喷射杆，利用该下喷射杆将冷却剂5从下方施加给金属带材1。其他改进方案也是可行的。

将冷却剂5从箱11中经由供给管线10供给至施加装置9。泵12被布置在供给管线10中。利用泵12以压力pV（在下文中被称为上游供给管线压力pV）来施加冷却剂5。阀装置13也被布置在供给管线10中。阀装置13被布置在泵12与施加装置9之间。

阀装置13形成为伺服阀。因此，参见图3，通过将阀装置13适当的设定到各个打开位置，可以设定施加装置9在每单位时间内施加给金属带材1的冷却剂流量F。可以的是以与图3中的实线相对应的方式，无阶梯地设定打开位置s并因此还将冷却剂流量F设定在0和最大流量之间。替代地，可以以与图3中的小点相对应的方式以一些阶梯设定打开位置并因此还设定冷却剂流量F。在这种情况下阶梯的数量至少为3。例如，阶梯的数量可为7（= 2³-1）、15（= 2⁴-1）或者一般地2ⁿ-1（n = 5，6，…）。在任何情况下，可以利用阀装置13将冷却剂流量F设定为除0以外的一些值。

在图3中所示出冷却剂流量F与打开位置的相关性——如仅通过示例——对应于作为阀装置13的打开位置s的函数的冷却剂流量F的特性线K。每当在位于阀装置13上游的供给管线10中的冷却剂5具有参比状态ZR时，特性线K才适用。参比状态ZR 优选地包括施加在位于阀装置13上游的供给管线10中的冷却剂5的至少一个参考压力。

在本发明的范围内，特性线K代表阀装置13的阀特性C的相关部分。在适当情况下，阀特性C可另外地包括阀装置13的另外的参数。这样的参数的示例是在改变打开位置时可发生的延迟时间（阶跃响应）。然而，这在本发明的范围内处于次要地位。

在供给管线10中，上游状态检测装置14被布置在阀装置13的上游。上游状态检测装置14用于检测阀装置13的上游的供给管线10中冷却剂5的上游状态ZV。上游状态ZV优选地包括至少上游供给管线压力pV，该管线压力pV（实际上）适用于阀装置13上游的供给管线10中的冷却剂5。

根据图2，控制装置6被提供用于冷却剂流量F的设定点值F*和上游状态ZV。另外，阀装置13的阀特性C对于控制装置6也是已知的。因此，控制装置6能够基于用于冷却剂流量F的设定点值F*、冷却剂5的上游状态ZV、和阀装置13的阀特性C（尤其是特性线K）来确定用于阀装置13的打开位置s的设定点值s*。用于阀装置13的打开位置s的确定的设定点值s*对应于用于冷却剂流量F的预定设定点值F*。控制装置6以与确定的设定点值s*对应的方式来设定阀装置13的打开位置s。替代地，控制装置6可以以开环或闭环控制方式来设定阀装置13。

在根据图2的本发明的一个优选改进方案中，下游状态检测装置15被布置在阀装置13与施加装置9之间的供给管线10中。下游状态检测装置15用于检测在阀装置13与施加装置9之间的供给管线10中冷却剂5具有的冷却剂5的下游状态ZH。替代地，下游状态检测装置15可布置在施加装置9自身中。在这种情况下，下游状态检测装置15用于检测冷却剂5的下游状态ZH，所述冷却剂位于在施加装置9自身中。同样地将下游状态ZH供给至控制装置6。因此，控制装置6能够基于冷却剂5的上游状态ZV、冷却剂5的下游状态ZH和阀装置13的打开位置s来修正阀装置13的特性线K。下游状态ZH尤其可以（通过与上游状态ZV进行类比）包括施加至在阀装置13与施加装置9之间的供给管线10中或者在施加装置9自身中的冷却剂5的下游供给管线压力pH。

为了对特性线K进行修正，优选地使特性线K参数化。例如，可以预先确定插值点，为了该插值点预先确定相关联的冷却剂流量F。在这种情况下，在插值点之间进行插值。如果下游状态ZH与期望的下游状态之间的偏差出现在位于两个插值点之间的阀装置13的打开位置时，则可以例如以与打开位置s与两个插值点之间的距离对应的方式，以加权方式对为两个插值点限定的冷却剂流量F进行修正。在这种情况下，加权越大，打开位置s与各个插值点之间的距离越小。

可以的是，位于阀装置13上游的供给管线10中的冷却剂5具有的上游供给管线压力pV相对较低，例如在大约0.2巴至0.3巴之间。然而，优选地，上游供给管线压力pV位于1.5巴和5.0巴之间。尤其是，该压力可以位于2.0巴和3.0巴之间。

本发明具有许多优点。尤其是，可以以容易和低成本的方式，精确地且可重复地设定冷却剂流量F，同时可以避免超调。

虽然已通过优选的示例性实施例更具体地例述并详细讨论了本发明，但是本发明并不受所公开示例的限制，并且在不偏离本发明保护范围的前提下本领域技术人员可从所公开实例中得出其他变型。

附图标记的列表

1 金属带材

2 轧制机架

3 卷取装置

4 冷却装置

5 冷却剂

6 控制装置

7 计算机程序

8 机器码

9 施加装置

10 供给管线

11 箱

12 泵

13 阀装置

14 上游状态检测装置

15 下游状态检测装置

C 阀特性

F 冷却剂流量

F* 冷却剂流量的设定点值

K 特性线

pH 下游供给管线压力

pV 上游供给管线压力

s 打开位置

s* 打开位置的设定点值

ZH 下游状态

ZR 参比状态

ZV 上游状态

Claims

1. 一种利用液体冷却剂（5）使金属带材（1）冷却的冷却装置（4）的操作方法，

- 其中所述冷却装置（4）具有施加装置（9），利用所述施加装置将冷却剂（5）施加到所述金属带材（1）；

- 其中将所述冷却剂（5）经由供给管线（10）供给到所述施加装置（9）；

- 其中阀装置（13）被布置在所述供给管线（10）中；

- 其中通过无阶梯地或者以一些阶梯将所述阀装置（13）设定到各个打开位置（s），能够设定由所述施加装置（9）在每单位时间内施加到所述金属带材（1）的冷却剂流量（F）；

- 其中上游状态检测装置（14）被布置在所述供给管线（10）中的所述阀装置（13）的上游并且用于检测在位于所述阀装置（13）的上游的所述供给管线（10）中的所述冷却剂（5）具有的冷却剂（5）的上游状态（ZV）；

- 其中所述冷却装置（4）的控制装置（6）基于所述冷却剂流量（F）的设定点值（F*）、所述冷却剂（5）的所述上游状态（ZV）以及所述阀装置（13）的阀特性（C）来确定所述阀装置（13）的打开位置（s）的设定点值（s*），所述设定点值（s*）与所述冷却剂流量（F）的设定点值（F*）对应；

- 其中相对于所述阀装置（13）的上游的所述供给管线（10）中所述冷却剂（5）具有的参比状态（ZR），所述阀特性（C）描述了作为所述阀装置（13）的打开位置（s）的函数的所述冷却剂流量（F）的特性线（K）以及

- 其中所述控制装置（6）以与确定的所述设定点值（s*）对应的方式来设定所述阀装置（13）的打开位置（s）。

2. 如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述冷却剂温度（5）的所述上游状态（ZV）包括施加到所述阀装置（13）的上游的所述供给管线（10）中的所述冷却剂（5）的上游供给管线压力（pV）。

3. 如权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，

- 下游状态检测装置（15）被布置在所述阀装置（13）与所述施加装置（9）之间的所述供给管线（10）中或者在所述施加装置（9）中，并且用于检测在所述阀装置（13）与所述施加装置（9）之间的所述供给管线（10）中或者在所述施加装置（9）中所述冷却剂（5）具有的下游状态（ZH），以及

- 所述控制装置（6）基于所述冷却剂（5）的上游状态（ZV）、所述冷却剂（5）的下游状态（ZH）以及所述阀装置（13）的打开位置（s）来修正所述阀装置（13）的所述特性线（K）。

4. 如权利要求3所述的操作方法，其特征在于，所述冷却剂（5）的下游状态（ZH）包括施加到所述阀装置（13）与所述施加装置（9）之间的所述供给管线（10）中或者所述施加装置（9）中的所述冷却剂（5）的下游供给管线压力（pH）。

5. 如前述权利要求中任一项所述的操作方法，其特征在于，所述阀装置（13）的上游的所述供给管线（10）中所述冷却剂（5）的上游供给管线压力（pV）位于1.5巴和5.0巴之间，尤其是2.0巴和3.0巴之间。

6. 一种计算机程序，其包括机器码（8），所述机器码能够通过利用液体冷却剂（5）使金属带材（1）冷却的冷却装置（4）的控制装置（6）直接地执行，

- 其中所述控制装置（6）执行所述机器码（8）具有如下效果：所述控制装置（6）

-- 基于由施加装置（9）在每单位时间施加到所述金属带材（1）的所述液体冷却剂（5）的冷却剂流量（F）的设定点值（F*）、

-- 在布置在所述供给管线（10）中的阀装置（13）的上游的所述液体冷却剂（5）的供给管线（10）中所述冷却剂（5）具有的所述冷却剂（5）的上游状态（ZV），以及

-- 所述阀装置（13）的阀特性（C）

来确定用于所述阀装置（13）的打开位置（s）的设定点值（s*），所述设定点值（s*）对应于所述冷却剂流量（F）的所述设定点值（F*），并且以与确定的所述设定点值（s*）对应的方式设定所述阀装置（13）的所述打开位置（s），

- 其中利用所述供给管线（10）将所述液体冷却剂（5）供给至所述施加装置（9），

- 其中通过无阶梯地或者以一些阶梯将所述阀装置（13）设定到各自的打开位置（s），能够设定所述冷却剂流量（F），以及

- 其中相对于所述阀装置（13）的上游的所述供给管线（10）中所述冷却剂（5）具有的参比状态（ZR），所述阀特性（C）描述了作为所述阀装置（13）打开位置（s）的函数的所述冷却剂流量（F）的特性线（K）。

7. 如权利要求6所述的计算机程序，其特征在于，所述冷却剂（5）的所述上游状态（ZV）包括施加到所述阀装置（13）的上游的所述供给管线（10）中的所述冷却剂（5）的上游供给管线压力（pV）。

8. 如权利要求6或7所述的计算机程序，其特征在于，所述控制装置（6）执行所述机器码（8）具有如下的效果：所述控制装置（6）基于所述冷却剂（5）的上游状态（ZV）、在所述阀装置（13）与所述施加装置（9）之间的所述供给管线（10）中或者在所述施加装置（9）中所述冷却剂（5）具有的所述冷却剂（5）的下游状态（ZH）以及所述阀装置（13）的打开位置（s）来修正所述阀装置（13）的所述特性线（K）。

9. 如权利要求8所述的计算机程序，其特征在于，所述冷却剂（5）的所述下游状态（ZH）包括施加到所述阀装置（13）与所述施加装置（9）之间的所述供给管线（10）中或者在所述施加装置（9）中的所述冷却剂（5）的下游供给管线压力（pH）。

10. 一种利用液体冷却剂（5）使金属带材（1）冷却的冷却装置的控制装置（4），其中所述控制装置形成为可软件编程控制装置并且利用如权利要求6至9中任一项所述的计算机程序（7）进行编程。

11. 一种利用液体冷却剂（5）使金属带材（1）冷却的冷却装置，

- 其中所述冷却装置具有施加装置（9），利用所述施加装置将冷却剂（5）施加到所述金属带材（1）；

- 其中阀装置（13）被布置在所述供给管线（10）中；

- 其中通过无阶梯地或者以一些阶梯将所述阀装置（13）设定到各自的打开位置（s），而设定由所述施加装置（9）在每单位时间施加到所述金属带材（1）的冷却剂流量（F）；

- 其中上游状态检测装置（14）被布置在所述供给管线（10）中的所述阀装置（13）的上游，并且用于检测所述阀装置（13）的上游的所述供给管线（10）中的所述冷却剂（5）具有的所述冷却剂（5）的上游状态（ZV）；

- 其中所述冷却装置具有如权利要求10所述的控制装置（6）。