CN107073533A - 使长金属制品的总制造成本最小化的方法以及根据该方法操作的制造设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造长金属制品（诸如，杆、棒、丝等）的方法，包括下述步骤：从连续铸造机接收在相应的连续铸造制造线（cl1、cl2、…、cln）上行进的多个长中间制品，其中，该长中间制品已经被载送至连续铸造机的出口区域（100）；随后，将长中间制品从连续铸造机的出口区域（100）引入至具有已知布局参数的制造设备中，其中，该制造设备至少包括：用于轧制长中间制品的轧制机（200）；包括在连续铸造机的出口区域（100）和轧制机（200）之间的多个互连的制造线（p1、p2），该制造线（p1、p2）限定多个制造路径或路线（路线1、路线2、路线3）；具有已知性能的至少第一和第二加热装置（30、40）。该方法还包括下述步骤：使数学模型与给定的制造设备相关联以用于动态计算与多个加热装置（30、40）相关的参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数；为每一个长中间制品自动确定使参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数最小化的制造路径或路线（路线1、路线2、路线3）；以及，最后沿着使参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数最小化的确定的制造路径自动导向每一个长中间制品。

Description

使长金属制品的总制造成本最小化的方法以及根据该方法操 作的制造设备
技术领域
本发明涉及用于使长金属制品（诸如，杆、棒、丝等）的制造合理化的方法和系统，并且具体涉及用于使所述制造更具能效的方法和系统。
背景技术
长金属制品的制造通常在设备中通过一系列步骤来实现。通常在第一步骤中，金属碎片作为进料被提供至熔炉，该熔炉将碎片加热以便达到液体状态。其后，使用连续铸造设备对液体金属进行冷却和固化并且形成大小适当的线料（strand）。随后将该线料切割以便制造大小适当的中间长制品，通常为坯段或大方坯，以便形成用于轧制机的进料。通常随后在冷却床上冷却该进料。其后使用轧制机将该进料（或取决于尺寸称为坯段或大方坯）转变成最终的长制品，例如，钢筋、杆或线材卷，这些制品具有不同的尺寸以便能够用在机械或建筑工业中。为了得到该结果，进料被预加热至适合进入轧制机的温度以便通过由多个机架组成的轧钢设备轧制。通过轧制经过该多个机架，进料被减小至期望的横截面和形状。通过前述轧制工艺得到的长制品通常在仍处于热状态时被切割；在冷却床上被冷却；并且最终被切割成商售长度并且被打包以便准备好递送给消费者。
理想地，可以按照下述方式设置制造设备：使得在铸造工位与轧制机之间建立直接的、持续的联系，用铸造过程的产物给轧制机进料。换言之，离开铸造工位的中间制品的线料将沿着一条铸造线继续由轧制机轧制。在根据这样的模式（又称为无尽模式）操作的设备中，从铸造工位铸造的连续线料将沿着对应的铸造线被进料至轧制机。然而，仅根据这样的直接填装模式制造无法提供对制造中断进行管理的可能性。此外，由于连续铸造设备和轧制机设备的制造率通常不同，所以实际上仅根据无尽模式的制造不是优选的甚至是不可能的，因为仅熔炼车间制造的一部分直接转化为成品。
实际上，由于上面提到的连续铸造设备与轧制机设备的不同制造率，用于制造长金属制品的设备通常仍然被设置成使得用预先切割的中间品对轧制机进行送料。此外，期望允许对补充的长中间制品进行轧制，该补充的长中间制品可以侧向地插入至直接连接至轧制机的制造线中，例如，通过使这些补充的长中间制品源于不必与轧制机对齐的缓冲工位。因此，仍需要将这样的进料预先加热至适合于进入轧制机并且适合于被适当地轧制通过该轧制机的温度。
到目前为止，不论最后采用哪种制造模式通常都一般地在热变形工艺中并且特别是在通过轧制机轧制中损失大量能量。这主要是由于在从碎片到成品（杆、线材卷、棒）的整个制造路线期间在操作上仍需要中间步骤的事实，其中，根据给定的总体制造规划，在对长中间制品实际执行轧制之前，无论时间长短，都必须将这些长中间制品（诸如，坯段或大方坯）冷却至室温并储存以生成这些长中间制品。
从室温再加热至适合的热变形工艺温度的消耗在250 kWt/t到370 kWt/t之间，取决于具体的工艺路线和钢的等级。
取决于实际的加热需求，当前的再加热熔炉技术不允许在燃气炉的打开和关闭状态之间进行切换的事实是个问题；通常，只给出了降低功率的选项。
由于当前的技术，用在制造长金属制品的设备中的现有技术的加热装置消耗能量并产生CO2排放，即使从制造的角度来看也不是必需或合理的。该能量的量通常从化石燃料（重油、天然气）的燃烧中获得，并且因此由于二氧化碳的产生而给公司带来固有的附加成本。假设中型产钢厂（一百万吨轧制制品）每年产生大约70.000吨CO2，可以非常清楚地看到由碳足迹排放引起的成本代表着相当大的负担，因此在与制造本身相关的成本之上还要考虑这种负担。
在现有技术的所谓的热填装工艺中，坯段或大方坯从连续铸造机出口区域随机地（即，不是根据预定的节能制造模式）到达，并且在此之后例如从所谓的热缓冲器到达，只要在轧制机上还有空间；这样的坯段或大方坯必须在专用燃料加热装置中以任意速率被加热至适合于轧制的温度。
如前所述，该燃料加热装置还能够装载有来自长期储存器的坯段或大方坯，该长期储存器可以有效地用作冷缓冲器。在这种情况中，必须连续地加热燃料加热装置以便在任意时间保证用于轧制操作的适当的坯段温度。
在通过连续铸造和轧制工艺制造长金属制品的现有设备中没有一个采用整体方法来降低制造成本，并且没有一个被特定地设计成有效地考虑到产量和能量优化。
类似地，在通过连续铸造和轧制工艺制造长金属制品的现有设备中没有一个旨在通过采用结构化环境管理工作流程和系统来提高制造操作的生态效率，该结构化环境管理工作流程和系统基于情况定制的且在科学上可重复的生态效率策略的实施。
因此，在现有技术中对于通过铸造线制造长轧制制品的方法和对应的系统存在需求，该方法和系统在降低制造操作对环境的影响的同时对产量和能源消耗进行优化，符合可持续发展和更清洁高效的制造的目标。
发明内容
因此，本发明的主要目标是提供一种用于制造长金属制品的方法和对应的设备，该方法和设备允许：
- 在产出方面最好地利用多模式制造的潜力，其中，能够经由下述方式来执行对轧制机的直接填装而使得总转化成本最小化：通过第一加热装置的通道和/或借助通过第二加热装置的中间通道的来自热缓冲工位的热填装和/或也借助通过第二加热装置的中间通道的来自冷缓冲工位的冷填装；
并且，同时提供下述选项：
- 通过在能源成本的作用下使能源消耗自动合理化来提高生态效益。
根据本发明的设备以下述方式操作使得，取决于实际的制造需求，考虑到能源可用性和成本（例如，一天的运行时间），该设备能够快速地适应不同的制造需求和情况。以此方式，能够根据当前的实际需求（例如，根据任务订单）和当前的能源可用性及消耗成本来对制造进行调整。本发明允许以自动的且合理化的方式提高制造率。特别地，本发明提供了一种使总制造成本最小化的将长中间制品（或半成品）转换成成品的最优方法。
本发明的一个伴随目的是允许在保持整体设备以程序化的、可重复的且合理的方式有效利用能源地高效操作的同时实现上述灵活性。
在这方面，对下述内容进行自动控制以使得分配至工作流程的不同阶段或步骤以及制造设备的不同区段的能量被优化：坯段沿着制造线的移动和/或导向，该移动和/或导向使得细长的中间制品被直接地或以任意速率传送至轧制机，该轧制机与该中间制品对准；以及来自不同的缓冲器或缓冲器工位的坯段的移动和/或导向，该坯段待引入至通往轧制机的制造线。
通过采用上述措施，本发明还确保的是，在整个多个可能的制造工作流程路径中将长中间制品（诸如，坯段）保持在最优适合温度以便使能量消耗最小化。
不仅如此，在多个可能的制造工作流程路径或路线之间的选择基于效率标准而有利地自动执行，这依赖于沿着制造设备的实际数据的系统化收集和处理并且还依赖于设定的目标和限制条件。随后，为制造线中的每一个长中间制品反复确定最便捷的路径，使得在最小的总制造成本的条件下实现到成品的转换。
因此，将长中间制品再加热至适于后续的热轧制的温度需要较少的功率，这符合日益重要的节能措施和生态需求。
本发明通过根据权利要求1所述的方法的特征实现这些及其它目标和优点。从属权利要求进一步介绍了特别有利的实施例。
附图说明
现在将参考附图中示出的具体实施例来更加详细地描述本发明的其它目的、特征及优点。其中：
- 图1是根据本发明的方法的实施例运行的制造设备的布局的总体示意图，其中，重点示出了该设备的组成部分以及通过连续铸造得到的长中间制品通向轧制机工位的可能的制造路线或路径；
- 图2是图1的制造设备的总体示意图，其中，强调了在沿着制造路线或路径的四个工位处对实际温度的检测，以及在通过连续铸造得到的长中间制品通向轧制机工位的过程中对该长中间制品的存在和/或位置的检测；以及
- 图3示出了根据本发明的制造优化方法的优选实施例的工作流程的示意性表示，具体说明了构成本发明的基础的算法所实施的步骤。
在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
将参考图1中的对应制造设备的示意性表示来说明根据本发明的用于制造长金属制品（诸如，杆、棒、丝等）的方法，该制造设备适于按照所述制造方法运行。
因此，什么设备和装置有助于执行根据本发明的方法的步骤是明显的。通过参考如图1中所示的适合的制造设备的示意性表示，将清楚阐明根据本发明的方法所基于的动态布局模型，以及在这样的方法的实施中发挥作用的参数。
用于制造长金属制品（诸如，杆、棒、丝等）并且被构造成根据本发明的制造方法运行的设备优选地包括连续铸造机出口区域100（也用首字母缩写词CCM表示）和包括至少一个轧制机架200的轧制机区域。
此外，这样的设备优选地包括多个互连的制造线p1、p2，这些制造线被包括在连续铸造机的出口区域100与轧制机200之间。这些制造线p1、p2限定多个制造路径或路线，诸如，路线1、路线2、路线3。
由上游的连续铸造工位制造的长中间制品沿着至少一条铸造线朝向连续铸造机出口区域100聚集。更加特别且优选地，连续铸造工位形成沿着相应的连续铸造线行进的多个线料；长中间制品由该线料形成，长中间制品沿着所述相应的铸造线被载送至连续铸造机出口区域100并在这里被接收。
在图1 的实施例中，举例说明了多条铸造线cl1、cl2、…、cln，相应的连续线料和/或长中间制品沿着这些铸造线行进。
为了简单起见，在图1表示的具体实施例的情况中，铸造线cl1、cl2、cln被表示为均偏离制造线p1、p2以及引导通过可能的制造路径或路线的相关的传送器系统（诸如，辊式传送器）。然而，还可能的是，这样的铸造线中的至少一个与长中间制品在其上移动的传送器系统定位在一条线上，例如，利用制造线p1上的传送器w1和w2直接引导至轧制机200。传送器w1和w2是制造设备的制造线p1的一部分。传送器w3、w4是制造设备的另外的制造线p2的一部分。传送器w1、w2被表示为偏离传送器w3、w4并且定位在相对于出口区域100的相对侧上。
此外，适用于根据本发明的方法运行的设备可以优选地包括转移装置tr1、tr2和tr3以用于转移长中间制品：
- 在中间制品已经到达所述连续铸造机出口区域100的工位处，在相应的铸造线cl1、cl2、…、cln和制造线p1上的传送器的一部分（诸如，传送器w1）之间转移长中间制品，如同在第一转移装置tr1的情况中；
或者
- 在中间制品已经到达所述连续铸造机出口区域100的工位处，在相应的铸造线cl1、cl2、…、cln和制造线p2上的传送器的一部分（诸如，传送器w3）之间转移长中间制品，如同在第二转移装置tr2的情况中；
或者
- 在相对的制造线p1和p2的相对的传送器部分之间（诸如，在传送器w4或w3的多个部分和w1之间）转移长中间制品，如同在第三转移装置tr3的情况中。
制造线p1能够经由第一转移装置tr1而连接至连续铸造机出口区域100以便易于使长中间制品从连续铸造机出口区域100转移至与轧制机200对准的传送器w1，长中间制品沿着该制造线p1经由通过第一加热装置40的通道被直接传送至轧制机200。另外，连续铸造机出口区域100的一部分自身能够与传送器w1对准（传送器w1又与轧制机200对准），以便在同一制造线p1上直接将长中间制品传送至轧制机200。
用于制造长金属制品（诸如，杆、棒等）并且被构造成根据本发明的制造方法运行的设备优选地还包括并管理多个加热装置。在图1的具体情况中，该设备包括：第一加热装置40，优选地为感应加热装置；以及第二加热装置30，优选地为燃料加热装置。加热装置30用于对从缓冲工位送达的中间制品进行温度均衡处理。使用加热装置40以便使长中间制品的温度达到目标温度（诸如，Tc4），该目标温度适于符合最终轧制品的目标技术要求的后续轧制。
参考图1，传送器部分w1定位在感应加热装置40的上游；然而，传送器部分w2定位在感应加热装置40的下游；类似地，传送器部分w3定位在燃料加热装置30的上游；然而，传送器部分w4定位在燃料感应加热装置40的下游。
除此之外，用于按照本发明的制造方法运行的设备优选地还包括热缓冲器50。优选地，这样的热缓冲器50被定位成与制造线p2上的传送器区段w3对应并连通。
此外，这样的设备还可以包括冷缓冲器60，优选地，如图1所示，该冷缓冲器60也定位成与传送器区段w3对应并连通。
优选地，这样的设备还设置有冷填装台70或设置有等同的冷填装平台，该冷填装台或等同的冷填装平台有利地被定位成与也位于制造线p2上的传送器区段w4对应并连通。
冷填装台70还可以功能性地和/或物理地连接至冷缓冲器60，因此能够有利地将到达冷缓冲器60的中间制品转移至冷填装台70，从而最终进行冷储存（例如，在仓库中分配的给定空间中），直到系统确定这些中间制品满足被再引入至制造工作流程的条件。
参考图1的实施例，第一转移装置tr1（例如，其形式为转移车）被用于在
- 相应的铸造线（一旦这样的制品已经到达连续铸造机出口区域100）；和
- 传送器w1的对应部分之间转移长中间制品，
因此该制品能够通过后续的传送器部分w1而被直接传送至感应加热装置40，并且相继地通过传送器部分w2传送至轧制机200。于是，根据第一轧制制造模式，因此被转移的长中间制品沿着第一制造工作流程路径1或路线1被直接送至轧制机200。
参考图1的实施例，第二转移装置tr2（例如，其形式为转移车）被用于在
- 相应的铸造线（一旦这样的制品已经到达连续铸造机出口区域100）；和
- 热缓冲器50；或者
- 冷缓冲器60（接着通过热缓冲器50的初步通道）之间转移长中间制品。
参考图1的实施例，第三转移装置tr3（例如，其形式为转移车）被用于将离开燃料加热装置30的长中间制品转移至感应加热装置40的上游的传送器w1的一部分，因此这些长中间制品能够前进至感应加热装置40，并且在通过通道之后最终到达轧制机200。
沿着根据与前述直接轧制制造模式不同的对应模式的可能的第二制造工作流程路径2或路线2，能够通过转移装置tr2而将到达连续铸造机出口区域100处的长中间制品转移至热缓冲器50。在此之后，能够通过传送器装置w3而将这样的中间制品带到燃料加热装置30，并且经由转移装置tr3，该中间制品能够在传送器装置w1上朝向感应炉40移动。最终，经由传送器区段w2将这样的中间制品转送至轧制机200。
沿着根据与以上两种前述制造模式不同的又一制造模式的可能的第三制造路径3或路线3，能够通过转移装置tr2而将到达连续铸造机出口区域100处的长中间制品初步转移至热缓冲器50。在此之后，能够通过相同的转移装置tr2或通过在其位移范围内延伸的类似的转移装置而将这样的中间制品进一步转移至冷缓冲器60，中间制品储备在该冷缓冲器60处。如上所述，可以在冷缓冲器60和冷填装台70之间建立功能连接和/或物理连接（在图1中用虚线来举例说明），使得在一些仓库或类似物中冷存储更长时间的中间制品能够稍后被再引入到制造工作流程中，例如，有利地经由通过燃料加热装置30以用于进行温度均衡处理的通道，并且随后经由转移装置tr3转移至传送器w1和感应加热装置40，该步骤与上面结合可能的第二制造工作流程路径2或路线2揭示的步骤类似。
转移装置tr1、tr2和tr3优选地为双向的或双动式转移装置，以便易于如上所述地提升，承载和转移长中间制品，并且容易地在连续铸造机出口区域100的对应位置（对于tr1和tr2）或在燃料加热装置30的出口处重新定位。
到传送器w1的转移装置tr1；和到缓冲器50、60的转移装置tr2已经被示出为是不同的。然而，例如通过提高双向移动的速度，可能能够将转移装置tr1和转移装置tr2的功能并入一个单个转移装置或转移车中。
根据本发明的方法运行的制造设备包括自动控制系统，该自动控制系统包括特殊的传感器装置，该特殊的传感器装置与以上转移装置tr1、tr2、tr3配合工作。
在通过传感器装置检测长中间制品在给定工位的给定铸造线上的存在之后，温度传感器装置检测该长中间制品相对于所述工位的温度，因此允许实时数据的更新以用于操作该制造设备。基于在给定工位处检测的温度，将比例信号发送至总的自动控制系统。作为接收到输入的结果，自动控制系统依照本发明的方法所指示的工作流程步骤来激活上述转移装置。
检测长中间制品的位置或存在的感应器装置能够是通用形光学存在传感器，或更具体地，能够是设计用于检测发出的光或热红外发光体的存在的热金属检测器。
例如，当所述自动控制系统的传感器装置在大体上邻近于连续铸造机出口区域100的工位V1处检测到从铸造线上的连续铸造机送达的坯段的存在时，优选地在连续铸造机出口区域100的出口处检测该坯段的温度T1。
此外，当传感器装置在大体上邻近于感应加热装置40的入口的工位V2处检测到在传送器区段w1上行进的坯段的存在时，优选地在感应加热装置40的入口处检测该坯段的温度T2。
除此之外，当传感器装置在大体上邻近于燃料加热装置30的入口的工位V3处检测到在传送器区段w3上行进的坯段的存在时，优选地在燃料加热装置30的入口处检测该坯段的温度T3。
最后，当传感器装置在大体上邻近于轧制机200的入口的工位V4处检测到在传送器区段w2上行进的坯段的存在时，优选地在轧制机200的入口处检测该坯段的温度T4。
被引入至根据本发明的方法运行的制造设备并且沿着根据本发明的方法运行的制造设备行进的坯段能够进一步有利地被标记并且由额外的传感器装置系统地监测，例如，在由转移装置tr1、tr2、tr3承载和转移和/或定位在热缓冲器50上和/或储备在冷缓冲器60上和/或贮存在冷填装台70上时。
根据本发明的方法基于数学模型，该数学模型用于动态地计算参考值，所谓的总加热成本指数（或用GHCI表示）。根据本发明的方法对制造工作流程进行管理并且特比地对多个可用的加热源（诸如，燃料加热装置30和感应加热装置40）进行管理，使得总加热成本指数被最小化。因此，总加热成本指数与制造设备的多个加热装置相关并且特别地与多个加热装置的消耗相关。
上面的数学模型基于由感应器装置瞬时检测的实际实时条件而以适应性的方式计算总加热成本指数。如下所述，随后的模拟对制造设备的运行进行有效地建模，通过数学模型考虑到该制造设备的布局参数和装置性能。
在以下内容中，将通过举例说明的方式对数学模型进行更具体的介绍，其中，已经考虑到形式为坯段的长中间制品的具体情况。
加热装置30的消耗被计算为：
SCGF = (240 * DT + 31000)/860 + K1
其中：
SCGF为消耗率（kWh/t）；
DT为所需的温度增量（℃），其中，该情况中的DT等同于T2和T3之间的差值；
K1为常数。
燃料加热装置30的加热率被计算为：
HR1 = K2 + K3 * (2067 * BSexp0)
其中：
HR为加热率（℃/min）；
BS为坯段侧尺寸（mm）；
K2至K3为常数；
ExpO为常数。
燃料加热装置30的尺寸被计算为：
其中：
FL为燃料加热装置长度（mm）；
GAP为燃料加热装置30内的两个坯段之间的距离；
PRODFG为制造率（t/h）；
BW为坯段重量（t）；
HT为所需的加热时间（h）；
K5至K6为常数。
加热装置40的消耗被计算为：
SCIF = K7 + K8* (0,3048 * DT)
其中：
SCIF为消耗率（kWh/t）；
DT为所需的温度增量（℃），其中，该情况中的DT等同于T4和T2之间的差值；
K7至K8为常数。
感应加热装置40的尺寸被计算为：
FL = K9+ K10 *(w1 + w2 * PROD + w3 * DT + w4 * PROD * DT — w6 * PROD2 -w7 * DT2) *1,3 + 3)
其中：
FL为感应加热装置长度（mm）；
DT为所需的温度增量（℃），其中，该情况中的DT等同于T4和T2之间的差值；
PROD为制造率（t/h）；
w1至w7为常数。
燃料加热装置40的加热率被计算为：
其中：
HR为加热率（℃/s）；
VIND为感应加热装置穿过速度（m/s）；
DT为所需温升（℃），其中，该情况中的DT等同于T4和T2之间的差值；
K11至K12为常数。
在工艺步骤期间产生的铁鳞（scale）的量被计算为温度、坯段表面（m2）、在该温度下的留存时间的函数。
在燃料加热装置中产生的CO2的量被计算为：
其中：
QC02为用于吨成品所产生的CO2的量；
SCGF为燃料加热装置的消耗率（kWh/t）；
POTC为燃料热值（kcal/Nm3）；
K15至K16为常数。
最终，根据在文中介绍的数学模型，总加热成本指数被计算为：
GHIC = Kl7 + K18 * ((SCGF * PG) + (SCIF * PE) + (SSQ * FPP) + (QC02 *CCO))
其中：
GHIC为总加热成本（EURO/t）；
SCFG为燃料加热装置的消耗率（kWh/t）；
PG为燃料价格；
SCIF为感应加热装置的消耗率（kWh/t）；
PE为电价；
SSQ为铁鳞量与坯段重量的比率（％）；
FPP为轧制成品价格；
QC02为产生的CO2的量；
CCO为CO2成本（EURO/t）；
K17至K18为常数。
根据以上内容，可清楚看到以上所示的数学模型是如何考虑到一系列的连续更新的参数的，这些参数在制造工艺及其经济性中起到重要作用，诸如：一天的能源成本；能量消耗：CO2的制造和成本；铁氧化率（或称为铁鳞制造）；熔炼车间制造率；轧制机制造率；制造规划；中间制品的存储能力；成品的存储能力。
根据本发明的方法依靠以上数学模型以用于制造工艺和动态推理的实时模拟以及连续实现的总加热成本指数的计算。
优选地在具有例如100ms的时间框架的计算程序中执行总加热成本指数的模拟和计算。为了在制造设备的实际布局和用于模拟的数学模型之间建立直接联系，能够有利地在数学模型中限定多个虚拟传感器装置，该虚拟传感器装置反映安装在制造设备中的实际感应器装置或者与该实际传感器装置互连。
优选地，对于每一个长中间制品（诸如，通常为坯段）而言，在连续的计算程序中重复进行相应的相关联的总加热成本指数的计算。
由根据本发明的方法实施的步骤的顺序成功实现了下述情况：每一个长中间制品跟随一条制造路径或路线，该制造路径或路线实际上使通过相应的GHCI（或总体加热成本指数）的以上计算程序获得的值最小化。
在待加工的长中间制品中的每一个的最佳制造路径或路线的确定中，根据本发明的方法的算法有效地管理几个可用的热源的最佳使用方式。
在沿着使上面限定的总加热成本指数最小化的制造路径有效地导向长中间制品中的每一个和全部中，构成根据本发明的方法的基础的算法经由上面介绍的数学模型而明显地考虑到制造设备的给定布局和其它设定数据。这样的设定数据能够包括沿着不同的传送器和/或不同的传送器区段的受控速度。
参考所介绍的数学模型，优选地，该设定数据还包括以下量：
- DT2，DT2等于相对于采用的给定制造设备布局的感应加热装置40的最大预设温升；
- t2, t2等于长中间制品穿过感应加热装置40所用的最大预设时间；
- DT3，DT3等于相对于采用的给定制造设备布局的燃料加热装置30的最大预设温升；以及
- t3，t3等于长中间制品在燃料加热装置30内所花费的最大预设时间。
本方法还依赖于对经过具有给定布局的制造设备的不同工位所产生的温度损失或下降的估计；这样的估计基于已知的用于评估冷却工艺的热模型。在该方面，上面介绍的数学模型考虑到相对于正被加工的长中间制品的特性的以下温度损失或下降，该温度损失或下降待从已知的用于实体的热模型中导出或假定：
- DT1-2，DT1-2等于从CCM装置100的出口区域到感应加热装置40的入口的温度损失；
- DT1-3，DT1-3等于从CCM装置100的出口区域到燃料加热装置30的入口的温度损失；
- DT3-2，DT3-2等于从燃料加热装置30的出口到感应加热装置40的入口的温度损失。
基于给定的制造设备布局；基于沿着不同的传送器和/或不同的传送器区段的受控速度；基于上面限定的预设时间段t2和t3；以及基于通过被插入至特定制造设备中并沿着该制造设备行进的长中间制品的传感器装置进行的追踪，上面介绍的数学模型还能够假定长中间制品在不同的制造设备工位之间移动所用的估计时间。
特别地，以下时间能够被估计：
- t1-2，t1-2等于从CCM装置出口区域100到感应加热装置40的入口的时间；
- t1-3，t1-3等于从CCM装置出口区域100到燃料加热装置30的入口的时间；以及
- t3-2，t3-2等于从燃料加热装置30的出口到感应加热装置40的入口的时间。
基于以上实际的传感器测量值；基于根据特定的制造设备布局所预设的设定值；并且基于以上假定的和/或由模型导出的值，根据本发明的方法能够系统地获得一系列阈值温度值Tc3、Tc3*、Tc1，这些阈值温度值明确地确定在多个可能的工作流程路径或路线（路线1、路线2、路线3）之间自动操作的选择。
下面将结合由根据本发明的方法执行的步骤的顺序的详细说明并且结合图3的对应方法的并行说明来对这样的阈值进行解释，在多个可能的制造工作流程路径之间进行的选择根据该阈值被自动地操作。
从具有限定的布局的给定制造设备的连续铸造机出口区域100（或CCM出口区域100）处的实际温度T1的传感器辅助测量结果开始，
- 随后用模型估计从燃料加热装置30的出口到感应加热装置40的入口的时间t3-2；以及
- 从热模型中导出温度损失DT1-3和DT3-2。
如上所述，对于具有给定布局及其计划用途的特定制造设备，感应加热装置40中的可用预设温升DT2和燃料加热装置30中的预设温升DT3是已知的。
基于对如上所述的具有给定布局及其计划用途的特定制造设备的假定，被视为轧制机200的入口处的期望且盼望的目标温度TC4在数学模型中被输入。考虑到轧制品质量和可加工性，目标温度TC4使得通过轧制机200的长中间制品的加工能够被最优地执行。因此，TC4优选地与通过轧制机200的轧制工艺得到的已加工制品的预定技术选择相关联并且由该预定技术选择决定。理想地，测得的T4和TC4会聚至同一值。借助于为给定的制造设备的模型的模拟而引入的虚拟传感器，目标温度TC4常规地面对传感器在实际制造设备上测得的实际温度T4，因此数学模型考虑到这样的信息，使得由数学方法进行的制造操作的模拟适应性地跟随实际的制造设备的实际情况并且利用该实际情况进行更新。
基于以上输入数据，第一阈值温度Tc3被计算。
如图3中所示，Tc3被视为目标温度Tc4与下述温度的总和之间的差值：
- 感应加热装置40中的预设温升DT2；以及
- 燃料加热装置30中的预设温升DT3；
同时，还考虑到从燃料加热装置30的出口到感应加热装置40的进口的热模型导出的温度损失DT3-2并对其进行补偿。这样限定的第一阈值温度Tc3基本上是燃料加热装置30的入口处的校验温度，形成工艺可行性。
如果测得的温度T1高于第一阈值温度Tc3，则根据本发明的方法自动地确定下述选项：从可行性和经济性角度而言，根据所谓的制造路线1（或制造路径1）加工长中间制品，即继续经由传送器w1将被传送至连续铸造机出口区域100处的长中间制品转移至感应加热装置40，并且然后继续经由传送器w2转移至轧制机200。
如果测得的温度T1低于第一阈值温度Tc3，则根据本发明的方法自动确定（已经处于该阶段）的是，从可用性和经济性角度来看，不选择按照所谓的制造路线1（或制造路径1）加工长中间制品。相反地，为了使当前的中间制品和给定的制造设备的总加热成本指数最小化，根据本发明的方法自动地确定仅有的剩余选项：跟随所谓的制造路线2（或制造路径2）；或者跟随所谓的制造路线3（或制造路径3）。
在制造路线2中，通过转移装置tr2将到达连续铸造机出口区域100的长中间制品转移至热缓冲器50。此后，通过传送器装置w3将该中间制品带至燃料加热装置30，并且经由转移装置tr3使这些长中间制品在传送器装置w1上朝向感应炉40移动。最后，这样的中间制品经由传送器区段w2转送至轧制机200。
在制造路线3中，首先通过转移装置tr2将到达连续铸造机出口区域100的长中间制品转移至热缓冲器50。此后，通过相同的转移装置tr2或使其位移范围延伸的类似的转移装置进一步将这些中间制品转移至冷缓冲器60，长中间制品储备在该冷缓冲器60中。在冷缓冲器60和冷填装台70之间可以建立功能连接和/或物理连接（在图1中用虚线来举例说明），使得在一些仓库或类似物中冷存储更长时间的中间制品能够稍后被再引入到制造工作流程中，经由通过燃料加热装置30的通道以用于进行温度均衡处理，并且随后经由转移装置tr3转移至传送器w1和感应加热装置40，并且最终经由传送器区段w2转送至轧制机200。
为了自动辨别所述制造路线2和所述制造路线3，根据本发明的方法计算了第二阈值温度Tc3*，该第二阈值温度TC3*依赖于第一阈值温度Tc3并且优选地等同于Tc3减去从CCM装置100的出口区域到燃料加热装置30的入口的温度损失DT1-3，该温度损失根据从CCM装置出口区域100到燃料加热装置30的估计时间而通过热模型导出。
如果测得的温度T1高于该第二阈值温度Tc3*，则将当前的中间制品引导至跟随制造路线2。
相反，如果测得的温度T1低于该第二阈值温度Tc3*，则将当前的中间制品引导至跟随制造路线3。
如果测得的温度T1高于第一阈值温度Tc3并且仍然可选择制造路线1，假设当前的长中间制品在CCM装置出口区域100处足够热以便于避开冷缓冲器60，则根据本发明的方法自动确定是沿着制造路线1还是沿着制造路线2来引导当前的长中间制品，以便使总加热成本指数保持最小。
为了自动确定是沿着制造路线1还是沿着制造路线2来引导当前的长中间制品，根据本发明的方法参考第三阈值温度Tc1，该第三阈值温度基本上代表在连续铸造机出口区域100处的另外的校验温度。
第三阈值温度Tc1的计算基于上面介绍的数学模型，该数学模型用下列数据的输入来更新：
- 当前的目标温度TC4；
- 感应加热装置40中的预设温升DT2；以及
- 从CCM装置100 的出口区域到感应加热装置40的入口的温度损失DT1-2，该温度损失根据从CCM装置出口区域100到感应加热装置40的入口所用的估计时间t1-2而通过热模型导出。
基于以上输入数据，在第一步骤中，表示在感应加热装置40的入口处的重建校验温度的中间温度Tc2被计算为所实现的Tc4和DT2之间的差值。
在第二步骤中，第三阈值温度Tc1被计算为Tc2和DT1-2之间的差值。
如果测得的温度T1低于该第三阈值温度Tc1，则当前的中间制品被引导至跟随制造路线2。
相反，如果测得的温度T1高于该第三阈值温度Tc1，则根据本发明的方法自动执行另外的检查。
基于在每个长中间制品被检测并且通过工位V1和V2时的由所述工位V1和V2处的传感器收集的输入数据；并且基于由当前的长中间制品是处于跟随制造路线1的情况或是处于跟随第二制造路线2的情况所指示的通过总加热成本指数的数学模型进行的后续计算，根据本发明的方法自动确定下述情况：
- 如果在给定条件下与路线1相关联的总加热成本指数GHCI1低于与路线2相关联的总加热成本指数GHCI2，则将当前的长中间制品引导至制造路线1；或者，另外
- 如果在给定条件下与路线1相关联的总加热成本指数GHCI1高于与路线2相关联的总加热成本指数GHCI2，则将当前的长中间制品引导至制造路线2。
根据本发明的方法和系统有效地使通过加工长中间制品（诸如，坯段、块料等）形成长金属制品（诸如，杆、棒、丝等）的制造合理化，并且有效地使得该制造更加有能效。实际上，归功于系统利用由实际制造设备上的传感器检测的当前数据所进行的持续更新以及经由对应的虚拟感应器进行的数学模型的并行更新，通过数学方法进行的制造操作的模拟适应性地反映了实际制造设备上的实际情况。因此，即使是一天内的能源成本的波动以及实时的变化的事实也被本方法准确地考虑到。
归功于根据本发明的软件实施的方法，保证了在连续铸造机的下游的制造设备工位的无缝进入顺序。此外，特别地，被加工的长中间制品的制造路径被优化，符合通过减少二氧化碳排放而减少加工操作的显著减少以及生态效益的战略。
通过根据本方法进行制造能够因此显著地降低遵守环境立法的成本。此外，通过将长中间品自动地导向至专门为当前加工的产品设计的制造路线，提高了被加工的产品的质量。
上面介绍的自动控制系统能够连接至计算机系统的处理器。因此，本申请还涉及一种数据处理系统，器对应于所解释的方法，该数据处理系统包括被构造成指导和/或执行如权利要求1至15所述的步骤的处理器。
类似地，本申请还涉及一种制造设备，该制造设备特别地被构造成实施如权利要求1至15所述的方法，如之前在其各组成部分中所描述的。

Claims (15)

1.一种用于制造诸如杆、棒、丝等的长金属制品的方法，包括下述步骤：
- 从连续铸造机接收在相应的连续铸造线（cl1、cl2、…、cln）上行进的多个长中间制品；其中，所述长中间制品已经被载送至所述连续铸造机的出口区域（100）；
- 将所述长中间制品从所述连续铸造机的所述出口区域（100）引入至具有已知布局参数的制造设备中，其中，所述制造设备至少包括：
■轧制机（200），所述轧制机用于轧制所述长中间制品；
■多个互连的制造线（p1、p2），所述制造线被包括在所述连续铸造机的所述出口区域（100）和所述轧制机（200）之间，所述制造线（p1、p2）限定多个制造路径或路线（路线1、路线2、路线3）；
■至少第一和第二加热装置（30、40），所述至少第一和第二加热装置具有已知性能；
- 使数学模型与所述给定的制造设备相关联以用于动态地计算与所述多个加热装置（30、40）相关的参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数；
- 为所述长中间制品中的每一个自动地确定制造路径或路线（路线1、路线2、路线3），所述制造路径或路线使所述参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数最小化；
- 沿着使所述参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数最小化的所述确定的制造路径自动地导向所述长中间制品中的每一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，动态地计算与所述多个加热装置相关的所述参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数包括下述步骤：
- 在大体上邻近于所述连续铸造机的出口区域（100）的所述制造设备的工位（V1）处，通过传感器装置测量每一个长中间制品的温度（Tl）；
- 适应性地确定多个阈值温度（Tc3、Tc3*、Tc1）；
- 将在大体上邻近于所述连续铸造机的出口区域（100）的所述制造设备的工位（V1）处测得的每一个长中间制品的所述温度（Tl）与所述阈值温度（Tc3、Tc3*、Tel）反复进行比较，从而自动地确定所述长中间制品中的每一个要跟随哪一个制造路径或路线（路线1、路线2、路线3）以使得所述中间制品的所述参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数最小化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述阈值温度（Tc3、Tc3*、Tc1）基于预设的数据，诸如，所述加热装置（30、40）的所述已知性能（DT3、DT2；t3、t2）和/或所述制造设备的所述已知布局参数；和/或基于所述长中间制品的建模物理特性（DT1-3、DT1-2）；和/或基于通过所述轧制机（200）的轧制工艺得到的最终加工品的预定技术目标特性（Tc4）。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的方法，其中，动态地计算所述参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数是基于与所述长中间制品及其在所述制造设备内的加工有关的实时输入数据，所述输入数据由位于所述制造设备的对应工位（V1、V2、V3、V4）处的传感器装置检测。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，检测与所述长中间制品及其加工有关的实时输入数据所处的所述制造设备的所述工位至少包括：
- 第一工位（V1）,所述第一工位（V1）与所述连续铸造机出口区域（100）相邻；以及
- 第二工位（V2），所述第二工位（V2）与第一加热装置（40）的入口相邻。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，检测与所述长中间制品及其加工有关的实时输入数据所处的所述制造设备的所述工位进一步包括：
- 第三工位（V3），所述第三工位（V3）与第二加热装置（30）的入口相邻；以及
- 第四工位（V4），所述第四工位（V4）与所述轧制机（200）的入口相邻。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的方法，其中，使数学模型与所述给定的制造设备关联以用于动态地计算参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数包括下述步骤：通过提供在所述数学模型中被限定的多个虚拟传感器装置而在所述制造设备的布局和用于模拟所述制造设备的所述数学模型之间建立直接联系，使得通过数学方法进行的对制造操作的模拟适应性地反映出在所述制造设备上执行的所述制造操作，所述虚拟传感器装置能够反映所述制造设备的所述传感器装置或者与所述传感器装置关联。
8.根据权利要求1至7的任一项所述的方法，包括下述步骤：自动地启动所述制造设备上的所述长中间制品的转移装置（tr1、tr2、tr3），并且通过所述转移装置（tr1、tr2、tr3）沿着所述多个制造路径或路线（路线1、路线2、路线3）转移所述长中间制品，使得，作为动态地计算所述参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）或总加热成本指数的结果，所述长中间制品中的每一个均跟随使所述参考值（GHCI、GHCI1、GHCI2）最小化的制造路径（路线1、路线2、路线3）。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述长中间制品
通过第一转移装置（tr1）在下述位置之间进行转移：
- 所述连续铸造机出口区域（100）；以及
- 所述制造设备的第一制造线（p1），所述长中间制品沿着所述第一制造线（p1）被直接传送至轧制机（200）；
或者
通过第二转移装置（tr2）在下述位置之间进行转移：
- 所述连续铸造机出口区域（100）；以及
- 另外的制造线（p2），所述另外的制造线（p2）包括易于储存所述长中间制品的缓冲工位（50、60）。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述长中间制品通过第三转移装置（tr3）在相对的制造线（p1、p2）之间进行转移，以便将所述长中间制品从所述另外的制造线（p2）上的所述缓冲工位（50、60）被导向至所述第一制造线（p1），使得随后通过位于所述第一制造线上的所述轧制机（200）执行轧制。
11.根据权利要求2至10的任一项所述的方法，包括下述步骤：
如果在大体上邻近于所述连续铸造机的出口区域（100）的所述制造设备的工位（V1）处测得的每一个长中间制品的所述温度（Tl）高于第一阈值温度（Tc3），
则自动地确定选择按照第一制造路线（1）或制造路径（1）加工所述长中间制品，包括下述步骤：
- 将被送达所述连续铸造机出口区域（100）处的所述长中间制品转移至第一加热装置（40）；以及
- 随后将所述长中间制品转移至所述轧制机（200）进行轧制。
12.根据权利要求2至10的任一项所述的方法，包括下述步骤：
如果在大体上邻近于所述连续铸造机的出口区域（100）的所述制造设备的工位（V1）处测得的每一个长中间制品的所述温度（Tl）低于所述第一阈值温度（Tc3），则
- 自动地确定不选择按照第一制造路线（1）或制造路径（1）加工所述长中间制品；
- 计算第二阈值温度（Tc3*）。
13.根据权利要求12所述的方法，包括下述步骤：
如果在大体上邻近于所述连续铸造机的出口区域（100）的所述制造设备的工位（V1）处的所述测得温度（Tl）高于所述第二阈值温度（Tc3*），则引导所述当前中间制品跟随第二制造路线（2）或制造路径（2），包括下述步骤：
- 将被送达所述连续铸造机出口区域（100）处的所述长中间制品转移至另外的制造线（p2）上的热缓冲工位（50）；
- 随后，在储存时间之后，将所述长中间制品带至第二加热装置（30）以用于进行温度均衡处理；
- 将所述长中间制品从所述另外的制造线（p2）转移至所述制造设备的所述制造线（p1），所述长中间制品沿着所述制造线（p1）被直接传送至所述轧制机（200）；
- 将所述长中间制品带至所述第一加热装置（40）；以及
- 将所述中间制品转送至所述轧制机（200）。
14.根据权利要求12所述的方法，包括下述步骤：
如果在大体上邻近于所述连续铸造机的出口区域（100）的所述制造设备的工位（V1）处的所述测得温度（Tl）低于所述第二阈值温度（Tc3*），则引导所述当前中间制品以跟随第三制造路线（3）或制造路径（3），包括下述步骤：
- 将送达所述连续铸造机出口区域（100）处的所述长中间制品转移至另外的制造线（p2）上的热缓冲工位（50）；
- 随后，将所述长中间制品带至冷缓冲工位（60），所述长中间制品保持储备在所述冷缓冲工位（60）处。
15.根据权利要求14所述的方法，包括下述步骤：
通过下述步骤将储备在所述制造设备中的所述冷缓冲工位（60）处的所述长中间制品重新引入：
- 将所述长中间制品从所述冷缓冲工位（60）转移至冷填装台（70）；
- 随后将所述长中间制品从所述冷填装台（70）转移至所述第二加热装置（30）以用于进行温度均衡处理；
- 将所述长中间制品从所述另外的制造线（p2）转移至所述制造设备的所述制造线（p1），所述长中间制品沿着所述制造线（p1）被直接传送至所述轧制机（200）；
- 使所述长中间制品朝向所述第一加热设备（40）移动；以及
- 将所述中间制品转送至所述轧制机（200）。
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