CN107107136B - 利用在轧制轧材的尾端时的张力改变轧制轧材 - Google Patents

Abstract

轧材（1）首先在轧机的前组（2）轧机架（3）的轧机架（3）中被轧制并且然后在所述轧机的后组（4）轧机架（5）的轧机架（5）中被轧制。当在所述后组（4）轧机架（5）的轧机架（5）中轧制所述轧材（1）的前片段（12）期间，所述轧材（1）的后片段（13）在所述前组（2）轧机架（3）的轧机架（3）中被轧制。输出速度（v1）被检测，轧材（1）以所述输出速度正离开所述前组（2）轧机架（3）。输入速度（v2）被检测，轧材（1）以所述输入速度正进入所述后组（4）轧机架（5）。由控制器（16）控制轧制速度（v），使得输入速度（v2）与输出速度（v1）的关系（V）等于预定值（a），所述后组（4）轧机架（5）以所述轧制速度被驱动。所述预定值（a）被保持恒定直到轧材（1）的尾端（18）到达前组（2）轧机架（3）上游的预定位置的时间点（t0）为止，并且在所述时间点（t0）之后根据预定函数被改变。

Description

利用在轧制轧材的尾端时的张力改变轧制轧材

技术领域

本发明涉及用于在轧机中轧制轧材的方法、包括程序代码的计算机程序、用于轧机的控制设备、用于轧制轧材的轧机。

背景技术

在轧材的轧制期间（特别是在杆状或棒状轧材的轧制期间），在轧制轧材的尾端和轧制轧材靠近尾端的片段期间可能发生轧材以过大横截面离开前组轧机架。横截面的该改变导致轧材在前组和后组轧机架之间的张力的改变。在许多情况下，张力的改变结合横截面的改变引起：在离开后组轧机架之后，轧材的对应片段的横截面在允许的公差之外。在这种情况下，轧材的对应片段不得不被废弃。

在现有技术（the state of the art）中，由用户通过手动改变后组轧机架的轧机架的轧制速度来适配该张力。然而通过这种方法，常常仅达到不令人满意的结果。此外，该结果是依赖于用户的经验的。

EP 0 967 025 A1公开一种用于在多个相继的轧机架中轧制板材的轧制方法。在该方法中，由追踪设备检测板材的后端的位置。紧接在离开轧机架之一之前，该轧机架和随后的轧机架被控制，使得板材在这两个轧机架之间的张力变为0。在EP 0 967 025 A1中公开的另一方法中，所有轧机架的工作辊的旋转速度同时被控制为相同的值并且另外使得轧机架中的相应相邻两个之间的张力变为0。

发明内容

本发明的目的是提供解决方案，通过所述解决方案以可靠的方式不仅仅使轧材的主要部分而且使轧材的尾端和轧材靠近尾端的片段适当地被轧制，即，具有在允许的公差之内的横截面。

通过用于在轧机中轧制轧材的方法实现该目的。

本发明的出发点是用于在轧机中轧制轧材的方法，

- 其中轧材首先在所述轧机的前组轧机架的轧机架中被轧制并且然后在所述轧机的后组轧机架的轧机架中被轧制，

- 其中当在所述后组轧机架的所述轧机架中轧制所述轧材的前片段期间，所述轧材的后片段在所述前组轧机架的所述轧机架中被轧制，

- 其中所述后组轧机架包括多个轧机架，所述轧机架由对于所述后组轧机架的所述轧机架共同的驱动装置驱动。

这种方法对于本领域技术人员是已知的，例如参见US 6,167,736 B1。

本发明的另一出发点是包括程序代码的计算机程序，所述程序代码能够由用于轧机的控制设备执行，其中由该控制设备执行所述程序代码引起这种方法的实施。

本发明的另一出发点是用于轧机的控制设备，其中利用这种计算机程序对该控制设备编程，使得该控制设备根据这种方法控制轧机。

本发明的另一出发点是用于轧制轧材的轧机，

- 其中该轧机包括前组轧机架和后组轧机架；

- 其中该轧机包括控制设备，该控制设备根据这种方法控制该轧机。

根据本发明，通过以下步骤来扩充（augmented）上面所提及类型的方法：

- 其中所述前组轧机架包括多个轧机架，所述轧机架由对于所述前组轧机架的所述轧机架共同的驱动装置驱动，

- 检测输出速度，轧材以该输出速度正离开所述前组轧机架，

- 检测输入速度，轧材以该输入速度正进入所述后组轧机架，

- 由控制器控制轧制速度，使得输入速度与输出速度的比率（relation）等于预定值，其中以该轧制速度驱动后组轧机架，

- 所述预定值被保持恒定直到轧材的尾端到达前组轧机架上游的预定位置的时间点为止，并且在所述时间点之后根据预定函数被增大。

原则上，轧材可以具有任何形状。例如，轧材可以是扁平材料（带材或板）、管状轧材（从初轧方坯（bloom）开始）或者型材（从坯段（billet）开始）。在本发明中，轧材常常是杆状的或棒状的材料（也从坯段开始）。

前组轧机架通常是所谓的无扭转轧机（no twist-mill）并且后组轧机架通常是所谓的减定径机（reducing sizing mill）或定径机（sizing mill）。术语“无扭转轧机”和“减定径机”对于本领域技术人员具有特定的技术含义，对于“无扭转轧机”例如参见US 4,537,055A。

在许多情况下，在前组轧机架的轧机架中轧制之前，轧材在所述轧机的附加组轧机架的轧机架中被轧制，所述附加组轧机架位于前组轧机架的上游。在该情况下，优选的是，预定位置布置在紧接所述附加组轧机架的上游。该实施例保证在尾端进入前组轧机架之前有足够时间来增大后组轧机架的轧机架的轧制速度。在附加组轧机架包括多个轧机架的情况下，优选地这些轧机架中的每个都由其自身的驱动装置驱动。

在本发明的另一优选实施例中，从轧材的所述尾端到达所述前组轧机架上游的所述预定位置的时间点开始，把在存储器中存储的前馈控制信号添加到所述控制器的输出信号，并且依赖于控制器的输出信号修改在该存储器中存储的该前馈控制信号。可替代地，可以从预定值被增大的时间点开始采取这些步骤。通过该实施例，可以实现对轧材的轧制速度、张力和横截面的优良控制。

在本发明的另一优选实施例中，检测轧材紧接在所述前组轧机架上游的轧材速度并且依赖于所检测的轧材速度与参考速度的偏差来适配所述预定函数。通过该实施例，可以容易地补偿速度偏差。

控制器原则上可以是任何控制器。然而优选地，控制器是PID控制器。

另外，通过计算机程序实现该目的。根据本发明，执行计算机程序引起本发明的方法的实施。

另外，通过控制设备实现该目的。根据本发明，利用根据本发明的计算机程序对该控制设备编程，使得该控制设备根据本发明的方法控制该轧机。

另外，通过轧机实现该目的。根据本发明，控制设备根据本发明的方法控制该轧机。

附图说明

通过结合附图阐明的优选实施例的以下描述将更容易理解本发明的特征、属性和优点。在所附的附图中：

图1示出具有若干组轧机架的轧机；

图2示出若干组轧机架和轧材；

图3示出轧材的横截面；

图4示出控制器装置，和

图5示出图4的控制器装置的修改方案。

具体实施例

如在图1中所示，用于轧制轧材1的轧机包括前组2轧机架3和后组4轧机架5。

如在图1中所示，前组2轧机架3包括多个轧机架3，其由对于前组2轧机架3的轧机架3共同的驱动装置6驱动。前组2轧机架3的轧机架3因此仅以小间隔a1、例如在0.50m至1.50m之间的范围内的间隔a1而分开。

后组4轧机架5在图1的实施例中也包括多个轧机架5，其由对于后组4轧机架5的轧机架5共同的驱动装置7驱动。后组4轧机架3的轧机架5因此也仅以小的间隔a2、例如在0.50m至1.50m之间的范围内的间隔a2而分开。

前组2轧机架3的轧机架3与后组4轧机架5的轧机架5之间的间隔a3常常在若干米的范围内，例如在10.0m和20.0m之间的范围内。然而，在前组2轧机架3的轧机架3和后组4轧机架5的轧机架5之间没有附加的轧机架。另外，在该区域内，没有活套装置（looper）。

轧机另外包括控制设备8。该控制设备8由计算机程序9编程。该计算机程序9可以例如经由数据载体10被提供给控制设备8，该计算机程序9以（仅仅（exclusively））机器可读的形式、例如以电子形式被存储在该数据载体上。该计算机程序9包括能由控制设备8执行的机器代码11。通过执行机器代码11，该控制设备8根据将在下面详细阐明的方法来操作该轧机。

通过控制设备8对轧机的控制引起轧材1在该轧机中被轧制。轧材1首先在轧机的前组2轧机架3的轧机架3中被轧制。然后该轧材1在轧机的后组4轧机架5的轧机架5中被轧制。

如在图2中所示，该轧材1是在显著的长度上延伸的。该轧材1的长度是如此大，使得（如在图1和图2中所示）当在后组4轧机架5的轧机架5中轧制轧材1的前片段12期间，该轧材1的后片段13在前组2轧机架3的轧机架3中被轧制。轧材1的预定片段12、13分别是前片段12或后片段13的特征并非是静态的（static）。这涉及所定义的时间点，在该时间点相应的片段12、13在后组4轧机架5的轧机架5中或在前组2轧机架3的轧机架3中被轧制。

如在图1中所示，借助前速度计14测量输出速度（run-out speed）v1。该输出速度v1是以下速度，轧材1以该速度正离开前组2轧机架3。如另外在图1中示出的，借助后速度计15测量输入速度（run-in speed）v2。该输入速度v2是以下速度，轧材1以该速度正进入后组4轧机架5。

所测量的速率v1、v2被提供给控制设备8。该控制设备8确定轧制速度v，后组4轧机架5按该轧制速度被驱动。特别是，控制设备8实施（implement）控制器16。借助该控制器16，该控制设备8设定轧制速度v，使得输入速度v2与输出速度v1的关联（relationship）V采取预定义的值a。这将在之后参照图4而更详细地被阐明。

所测量的速率（velocities）v1、v2优选地也被用于触发和终止对本发明方法的执行。原因在于，仅当并且只要轧材1在前组2轧机架3中和在后组4轧机架5中均被轧制，本发明方法的执行是有意义的。在前组2轧机架3包括若干轧机架3的情况下，轧材1在最接近（proximate to）后组4轧机架5的轧机架3中被轧制就足够了。类似地，在后组4轧机架5包括若干轧机架5的情况下，轧材1在最接近前组2轧机架3的轧机架5中被轧制就足够了。特别地，因此通过由后速度计15检测到输入速度v2不同于0而触发本发明方法的执行。另外，通过由前速度计14检测到输出速度为0而终止本发明方法的执行。

借助材料检测设备17（例如用于检测熔融金属存在的检测器），检测轧材1的尾端18（参见图2）何时到达前组2轧机架3上游的预定位置。可以根据需要确定该预定位置。然而，在许多情况下，在前组2轧机架3中轧制之前，轧材1在轧机的附加组19轧机架20的轧机架20中被轧制。在该情况下，该预定位置优选地位于附加组19轧机架20的上游。如在图1中所示，该位置可以直接位于附加组19轧机架20的上游。通过控制设备8基于由材料检测设备17提供的信号的对应改变来检测由尾端18对该预定位置的经过。赋予对应的时间点附图标记 t0。

另外组19轧机架20通常包括多个轧机架20。根据图1，该组19轧机架20的轧机架20通常分别由其自身的驱动装置21驱动。

在许多情况下，在附加组19轧机架20的上游布置附加轧机架。然而，这些轧机架未在图1中被示出并且也未在其它图中被示出。

如在图1中所示，预定值a被保持恒定直到时间点t0。然而在该时间点t0之后，预定值a根据预定函数被增大。因此，在值a被增大之后，该值将总是比时间点t0之前更大。另外，该增大通常是单调的。该增大可以是在一个单独的步骤中、在若干步骤中或者连续的。在若干步骤的情况下，逐步的转变可以是逐渐的。此外，可能的是，只要到达时间点t0，预定值a的增大就开始。可替代地，可能的是，仅在从时间点t0开始，预定延迟时间到期之后，预定值a的增大才开始。

如在图3中所示，在许多情况下，轧材1是杆状或棒状的轧材。该轧材从坯段开始被轧制成其最终尺寸。该坯段可以例如在初始时是矩形的坯段，特别是方形的坯段。其尺寸在两个方向上例如可以在100mm和150mm之间。该轧材1的最终尺寸在两个方向上例如可以在1mm和10mm之间，例如分别在4.0mm和8.0mm之间。如在图3中所示，成品轧材1特别是可以具有圆形的横截面。

在轧材1是杆状或棒状的轧材情况下，前组2轧机架3通常是如在US 4,537,055A中所描述的无扭转轧机（no twist-mill）。此外，在该情况下，通常后组4轧机架5是减定径机或定径机。另外，在杆状的材料的情况下（如在图1中所示），敷设头（laying head ）W可以被布置在后组4轧机架5下游。

图4详细地示出针对后组4轧机架5的轧制速度v的计算。如在图4中所示，由前速度计14所检测的输出速度v1被提供给乘法器22。另外，函数发生器23把预定值a输入到乘法器22。乘法器22作为输出信号确定输出速度v1和预定值a的乘积。该乘法器22的输出信号与输入速度v2的设定值（setpoint value）v2*对应。该设定值v2*和由后速度计15所检测的输入速度v2被输入到节点24。该节点24确定设定值v2*和输入速度v2之间的差。该差作为输入信号被提供给控制器16。该控制器16从该输入信号开始确定轧制速度v。根据所确定的轧制速度v来控制后组4轧机架5的驱动装置7。

根据图4，控制器16是PID控制器。该实施例是优选的。然而，控制器16的其它实施例是可能的。

材料检测设备17的输出信号另外被提供给函数发生器23。如果该函数发生器23基于该信号而确定出：尾端18已经到达预定位置（根据图1，在附加组19轧机架20的轧机架20上游的位置），这引起函数发生器23根据预定函数增大预定值a。该预定函数可以以以下方式被确定，即预定值a紧接地并且从时间点t0开始立刻（immediately and at once）被增大，其中尾端18在该时间点到达预定位置。然而可替代地，可能的是，在时间点t0之后，该预定值a仍然保持恒定并且在较晚时间点t1被增大。在该情况下，通过预定函数确定在时间点t0和较晚时间点t1之间的时间差，其中尾端18在所述时间点t0到达预定位置，预定值的增大从所述较晚时间点t1开始。

优选地，参见图1，借助附加的速度计25检测轧材速度v0。轧材速度v0是轧材1紧接在前组2轧机架3上游的速度。在该情况下，所检测的轧材速度v0被提供给函数发生器23。在该情况下，函数发生器23依赖于所检测的轧材速度v0与参考速度的偏差而适配该预定函数。例如，函数发生器23可以根据该偏差及时调节（scale）该预定函数。

图5示出图4的优选实施例。在图5的实施例中，控制器16（如在图4的实施例中）是PID控制器。如在图4的实施例中，也在图5的实施例中，控制器16的其它实施例是可能的。在图5的实施例中，除了图4的元件以外还有存储器26。该存储器26可以例如是移位寄存器。在图5的实施例的情况下，该材料检测设备17的输出信号不仅被提供给函数发生器23，而且被提供给存储器26。这引起在节点27中，在存储器26中所存储的前馈信号被添加到控制器16的输出信号。另外，该控制器16的输出信号不仅被分别输出到驱动装置7或节点27，而且被提供给存储器26。该存储器26因此能够依赖于控制器16的输出信号修改在该存储器26中存储的前馈信号。在最简单的情况下，该控制器16的输出信号被添加到之前存储的前馈信号。可替代地，所存储的前馈信号可以被逐渐地适配。例如，在控制器16的输出信号和之前所存储的前馈信号之间的差的一部分可以被添加到之前所存储的前馈信号。

在第一次执行该方法时，通常在存储器26中还没有存储前馈信号。在该情况下，在第一次执行该方法时在图5的方法和图4的方法之间的差异就是值被输入到存储器26中。然而，在该方法的后来执行中，在存储器26中所存储的前馈信号引起前馈控制。控制器16因此就必须修正剩余自差（remaining deviation）。可替代地，可能的是，甚至在第一次执行该方法之前预先计算的值被存储在存储器26中。在该情况下，这些值在第一次执行根据本发明的方法时被用作前馈信号。

当轧制后续的轧材1时，有可能恰好在对应的时间从存储器26中读出在该存储器26中所存储的信号。可替代地，有可能在较早时间点读出相应的前馈信号。以这种方式，有可能补偿后组4轧机架5的驱动装置7的反应时间。可以通过实验确定正确的时间差。

有可能从时间点t0开始执行图5的方法，也即把前馈信号添加到控制器16的输出信号以及修改所存储的前馈信号，其中轧材1的尾端18在该时间点t0到达前组2轧机架3上游的预定位置。可替代地，有可能从时间点t1开始执行图5的方法，预定值a在该时间点t1被增大。

简而言之，本发明因此涉及以下主题：

轧材1首先在轧机的前组2轧机架3的轧机架3中被轧制并且然后在所述轧机的后组4轧机架5的轧机架5中被轧制。所述前组轧机架包括多个轧机架，所述轧机架由对于所述前组轧机架的所述轧机架共同的驱动装置驱动。所述后组轧机架包括多个轧机架，所述轧机架由对于所述后组轧机架的所述轧机架共同的驱动装置驱动。当在所述后组4轧机架5的轧机架5中对所述轧材1的前片段12进行轧制期间，所述轧材1的后片段13在所述前组2轧机架3的轧机架3中被轧制。输出速度v1被检测，其中轧材1以该输出速度正离开所述前组2轧机架3。输入速度v2被检测，其中轧材1以该输入速度正进入所述后组4轧机架5。由控制器16控制轧制速度v，使得输入速度v2与输出速度v1的比率V采取预定值a，其中以该轧制速度驱动后组4轧机架5。所述预定值a被保持恒定直到时间点t0为止，并且在所述时间点t0之后根据预定函数被增大，其中轧材1的尾端18在所述时间点t0到达在前组2轧机架3上游的预定位置。

本发明具有许多优点。最重要地，轧材1可以在其全长上被利用。不必废弃轧材1的尾端18。能够避免现有技术的所谓满溢（overfill）。可以以所定义的方式设定轧材1在前组2轧机架3和后组4轧机架5之间的张力。

以上通过多个优选的实施例阐明了本发明。然而，本发明并不受限于这些实施例。本领域技术人员可以容易地发现变型方案，而并不偏离将仅仅由所附的权利要求所限定的本发明范围。

Claims (11)

1.用于在轧机中轧制轧材（1）的方法，

- 其中所述轧材（1）首先在所述轧机的前组（2）轧机架（3）的轧机架（3）中被轧制并且然后在所述轧机的后组（4）轧机架（5）的轧机架（5）中被轧制，

- 其中当在所述后组（4）轧机架（5）的所述轧机架（5）中轧制所述轧材（1）的前片段（12）期间，所述轧材（1）的后片段（13）在所述前组（2）轧机架（3）的所述轧机架（3）中被轧制，

- 其中所述前组（2）轧机架（3）包括多个轧机架（3），所述轧机架由对于所述前组（2）轧机架（3）的所述轧机架（3）共同的驱动装置（6）驱动，

-其中所述后组（4）轧机架（5）包括多个轧机架（5），所述轧机架由对于所述后组（4）轧机架（5）的所述轧机架（5）共同的驱动装置（7）驱动，

- 其中输出速度（v1）被检测，所述轧材（1）以所述输出速度正离开所述前组（2）轧机架（3），

- 其中输入速度（v2）被检测，所述轧材（1）以所述输入速度正进入所述后组（4）轧机架（5），

- 其中由控制器（16）控制轧制速度（v），使得所述输入速度（v2）与所述输出速度（v1）的比率（V）等于预定值（a），所述后组（4）轧机架（5）以所述轧制速度被驱动，

- 其中所述预定值（a）被保持恒定直到所述轧材（1）的尾端（18）到达所述前组（2）轧机架（3）上游的预定位置的时间点（t0）为止，并且在所述时间点（t0）之后根据预定函数被增大。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中所述轧材（1）是杆状或棒状的轧材。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中所述前组（2）轧机架（3）是无扭转轧机，并且所述后组（4）轧机架（5）是减定径机或定径机。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，

其中当在所述前组（2）轧机架（3）的所述轧机架（3）中轧制之前，所述轧材（1）在所述轧机的附加组（19）轧机架（20）的轧机架（20）中被轧制，所述附加组（19）轧机架（20）位于所述前组（2）轧机架（3）的上游，其中所述预定位置被布置在所述附加组（19）轧机架（20）的上游。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中所述附加组（19）轧机架（20）包括多个轧机架（20），所述轧机架分别由其自身的驱动装置（21）驱动。

6.根据权利要求1至3之一所述的方法，

其中从所述轧材（1）的所述尾端（18）到达所述前组（2）轧机架（3）上游的所述预定位置的时间点（t0）开始，或者从所述预定值（a）被增大的时间点（t1）开始，在存储器（26）中所存储的前馈控制信号被添加到所述控制器（16）的输出信号，并且在所述存储器（26）中所存储的所述前馈控制信号依赖于所述控制器（16）的所述输出信号被修改。

7.根据权利要求1至3之一所述的方法，

其中检测所述轧材（1）紧接在所述前组（2）轧机架（3）上游的轧材速度（v0），并且依赖于所检测的轧材速度（v0）与参考速度的偏差来适配所述预定函数。

8.根据权利要求1至3之一所述的方法，

其中所述控制器（16）是PID控制器。

9.计算机程序，其包括程序代码（11），所述程序代码能够由轧机的控制设备（8）执行，其中由所述控制设备（8）对所述程序代码（11）进行执行用以实施根据权利要求1至8之一所述的方法。

10.轧机的控制设备，其中利用根据权利要求9所述的计算机程序（9）对所述控制设备编程，使得所述控制设备根据权利要求1至8之一所述的方法控制所述轧机。

11.用于轧制轧材（1）的轧机，

- 其中所述轧机包括前组（2）轧机架（3）和后组（4）轧机架（5）；

- 其中所述轧机包括控制设备（8），所述控制设备根据权利要求1至8之一所述的方法控制所述轧机。