CN107801403A - 与金属处理炉结合使用的快速响应加热器和相关控制系统 - Google Patents

与金属处理炉结合使用的快速响应加热器和相关控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于在金属进入金属处理炉之前使用快速响应加热器预热金属的系统和方法，其可以改进对金属加工的控制，特别是响应于材料、质量流率、生产线速度和/或期望的处理工艺的改变。快速响应加热器可以与控制系统一起使用以基于操作员输入、直接或间接感测工艺参数来调节所述快速响应加热器的输出，和/或使用热模型来快速调节快速响应加热器输出，而金属处理炉保持在恒定温度或缓慢转变到新的操作状态。工艺控制中的所得增益造成较高质量的产品，减少废料并提高生产线速度和输出。

Description

与金属处理炉结合使用的快速响应加热器和相关控制系统
相关申请案的交叉引用
本申请案要求2015年6月24日提交的标题为《与金属处理炉结合使用的快速响应加热器和相关控制系统(FAST RESPONSE HEATERS AND ASSOCIATED CONTROL SYSTEMSUSED IN COMBINATION WITH METAL TREATMENT FURNACES)》的美国临时专利申请案第62/183,810号的权益，其全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及用于金属处理工艺的炉。更具体地，本发明涉及与传统炉结合使用快速响应加热器及其相关控制系统。
背景技术
常规使用炉来生产和处理金属以退火、硬化、老化、预老化、处理或软化金属以进一步加工。一些炉可以用于以连续方式处理金属片或金属板，因为材料被拉过炉的长度。
目前，对金属片和板的需求日益增加，再加上较高材料质量和较复杂的处理工艺的驱使，导致处理炉的尺寸增加。由于长度的增加和多个不同温度的加热区域，炉已经发展成用于较复杂的加热工艺、较高质量的产品和较快的加工速度。
然而，较长的炉是昂贵的并且在金属加工厂中消耗有用空间。当金属片或金属板被拉过炉时，较长的炉还会给金属片或金属板增加额外的应力。由于较长的炉所引起的额外应力会导致金属片或金属板的不稳定，并可能导致撕裂或材料缺陷。较长的炉还具有显著的热惯性，并需要相对较长的时间来提高或降低其处理区域的温度。因此，他们对材料成分、材料厚度、生产线速度或材料处理工艺的改变的响应可能会很慢。传统金属处理炉的缓慢响应在加工期间需要长时间的延迟，或者需要使用过渡材料，这些过渡材料接着必须作为废料废弃。
发明内容
本发明的方面涉及与金属处理炉结合使用的快速响应加热器和可选的相关控制系统。快速响应加热器用于在金属片或金属板进入主处理炉之前对其进行预热。快速响应加热器可快速调节进入的金属片或金属板的温度，以适应材料、材料厚度、生产线速度或工艺类型的快速改变。快速响应加热器可以连续使用以补偿材料或加工参数的变化，加速用现有的金属处理炉进行材料加工，和/或使主处理炉在较低的温度下运行。或者，可以在金属处理炉的转变期间使用快速响应加热器以补偿主炉的热惯性和缓慢响应时间。例如，当金属处理炉转变到较高温度状态时，快速响应加热器可以通过预热金属带或金属板来进行补偿。随着金属处理炉的温度升高，快速响应加热器可逐渐降低预热量以保持适当的工艺参数。
快速响应加热器可以手动控制，或者可以使用主动或被动控制系统来改变施加到金属带或金属板上的预热量。控制系统可以包含用于测量和反馈控制的热模型或传感器。例如，控制系统可以包含直接或间接感测炉温、快速响应加热器之前和之后的金属温度、材料厚度，和/或可以包含在处理之前或之后量化材料质量(例如平坦度)的传感器。
附图说明
下面参考以下附图详细描述本发明的说明性实施例：
图1是定位于金属处理炉的开口处或附近的快速响应加热器的示意性侧视图。
图2是具有可选的感测和控制元件的快速响应加热器的示意性侧视图。
图3是具有可选的感测和控制元件的金属处理炉区的示意性侧视图。
图4是具有可选的感测和控制元件的金属处理炉区的示意性侧视图。
图5是用于快速响应加热器的可选控制系统的示意图。
图6是用于控制与金属处理炉中进行的金属处理工艺相关的快速响应加热器的输出的实例方法。
具体实施例
本文以具体的方式描述本发明的实施例的主题以满足法定要求，但是所述描述不一定意图限制权利要求的范围。所要求保护的主题可以以其它方式来体现，可以包含不同的元件或步骤，并且可以与其它现有的或未来的技术结合使用。除了明确描述单独步骤的顺序或元件的布置之外，所述描述不应被解释为暗示在各个步骤或元件之间或其间的任何特定顺序或布置。
本发明的某些方面和特征涉及与用于在生产期间处理金属的金属处理炉结合使用快速响应加热器和可选的控制系统。快速响应加热器允许在材料进入较大的金属处理炉之前预热材料(通常为金属)。快速响应加热器比金属处理炉小，并且允许施加到材料的热量的更快动态改变，并且因此即使在材料类型、材料厚度、生产线速度和/或材料的质量流率改变时，材料温度也更快改变。快速响应加热器的一些非限制性实例包含感应加热器，包含但不限于具有可调节电流频率的感应加热器，或直焰冲击加热器，但可以使用任何类型的加热器，只要能够快速改变传递给材料的热量和温度。快速响应加热器可以与控制系统结合使用以改变热量输出。所述控制系统可以依赖于任何合适的输入，诸如传感器、热模型、操作员的参数输入，和/或直接操作员控制或其任何组合。
快速响应加热器通常放置在执行大量金属处理工艺的较大金属处理炉的前方。此类工艺的实例包含但不限于老化、预老化、硬化、溶液加热、退火等。在金属处理炉之前添加快速响应加热器允许快速响应加热器在材料进入金属处理炉之前对其进行预热。金属处理炉由于其尺寸大而不能快速改变其温度以适应生产线速度、工艺类型、材料类型和/或材料质量流率的改变。然而，快速响应加热器可以通过利用生产线速度、质量流率、材料类型和/或工艺类型的变化而快速更改预热量来补偿金属处理炉的缓慢响应。快速响应加热器用于改变添加到材料的总热量以保持适当的工艺参数，同时允许金属处理炉缓慢地改变温度或保持在恒定温度，同时整个工艺由快速响应加热器改变。快速响应加热器可以用于在整个处理工艺中提供必要的所有变化，而金属处理炉保持在恒定温度，或者快速响应加热器可以连续地调节以在整个处理工艺中提供必要的变化并补偿金属处理炉的转变行为。如本文所使用，金属处理炉的恒定温度可以是从预选温度改变不超过大约±10％的温度。在某些情况下，金属处理炉的恒定温度可以是从预选温度改变不超过大约±5％的温度。在其它情况下，金属处理炉的恒定温度可以是从预选温度改变不超过大约±2％的温度。可以基于特定工艺的需要或金属处理炉和相关设备的能力，为金属处理炉或其单独区域选择任何温度。在一些情况下，诸如当被加工的金属是铝时，对于金属处理炉或其任何一个单独区域，预选温度通常可以在大约430到630摄氏度的范围内。
与单独使用金属处理炉相比，使用快速响应加热器提供了许多优点。快速响应加热器可以用于减小金属处理炉的长度，或消除生产线其它部分的额外加热工艺之需。快速响应加热器的使用允许提高生产率，并对整个金属处理工艺进行动态控制。利用快速响应加热器快速改变施加到金属上的热量的能力允许金属处理炉在工艺或材料的转换期间连续运行而不会在金属处理炉的转变期间停机或产生废料。提高的精确度和控制还使得产品质量更高。
通常希望在加工期间控制金属的晶粒尺寸。具体地说，在处理工艺之后制造具有较小晶粒尺寸的金属片或金属板可能是有利的。快速响应加热器可以快速加热金属片或金属板，以相比于单独使用金属处理炉可能发生的情况更快速地使材料重新结晶。较快的加热速率可能导致金属片或金属板中的晶粒尺寸较小，并改进产品质量。更通常地说，快速响应加热器可以用来改变所施加的热量和向金属片或金属板施加热量的速率，以增大或减小最终产品中的晶粒尺寸。例如，模拟表明，在大约400到500摄氏度的温度下退火的冷轧6000系列铝板在暴露于每秒大约120到160摄氏度的加热速率时，可以实现在大约20μm到30μm范围内的平均晶粒尺寸，这在使用快速响应加热器时是可能的。也就是说，可以使用快速响应加热器实现平均比使用每秒大约60到80摄氏度的加热速率所获得的晶粒尺寸大约小4μm的晶粒尺寸，所述速率是金属处理炉自身特有的。尽管不同的金属、合金和/或处理工艺可能需要不同的参数、条件和/或上面讨论的那些设定点，但快速响应加热器引起较高加热速率并响应于工艺条件的改变而快速改变这些加热速率的能力允许在生产期间更好地控制金属晶粒尺寸和一致性。
快速响应加热器还可以通过允许对金属片或金属板的宽度上的加热均匀性和温度进行额外的控制来改进工艺稳定性。如本文所使用，术语金属片可以包含金属片、金属板、金属带或其它。在传统的加热方法的情况下，如果并非不可能，那么在金属片或金属板经过处理工艺时，通常难以在金属片或金属板的宽度上产生均匀的温度梯度。快速响应加热器可以提供额外的控制，这是因为它可以快速改变施加到金属片或金属板的加热量，并且可以提供通过在金属片或金属板的宽度上选择性地加热或冷却来控制的机会。
可以在快速响应加热器中使用加热器的任何组合，例如感应加热器、直焰冲击加热器或其它加热器中的一个或多个的任意组合。在某些情况下，快速响应加热器可以包含多个加热器，或者在直焰冲击加热器的情况下包含多个火焰源。还有可能将感应加热器与直焰冲击加热器组合以利用每个热源的不同加热特性。例如，感应加热器可以用于在金属片或金属板通过快速响应加热器时开始加热。一旦已经建立了初始温度梯度，就可以使用直焰冲击加热器来瞄准金属片或金属板的宽度上较低温度的区域。在某些情况下，快速响应加热器中的金属片或金属板的宽度上的温度梯度可以用喷雾器或气体喷嘴来控制。瞄准的喷雾器或喷嘴可以喷射冷却气体或冷却雾来局部冷却金属片或金属板中的热点，或者可以喷射加热的气体或雾以加热冷却点并确保金属工艺过程中的均匀性。
在金属处理炉中需要升高温度的工艺或材料中进行转换期间，可以使用快速响应加热器。然而，当转换到金属处理炉中需要较低温度的工艺时，快速响应加热器也提供了功能。例如，金属处理炉可以在较低的连续温度下运行。接着快速响应加热器可以用来提供预加热，所述预加热既用于承受生产线速度、材料、质量流率的变化，和/或将整个工艺热流量增加到期望水平，同时金属处理炉在较低(或恒定)的温度下运行。接着，当需要转变到需要较低温度的处理工艺时，快速响应加热器可以快速降低预热水平或完全消除预热，同时金属处理炉保持恒定温度。在较低和/或恒定温度下运行金属处理炉的能力为金属生产提供了额外的灵活性，并且有可能提高了效率并降低了运行成本。
在其它情况下，可能需要在非常高的热头下运行金属处理炉以执行某些类型的金属处理工艺。快速响应加热器还可以用于在高热头条件下安全地运行金属处理炉，同时在整个处理工艺中提供额外的安全性和灵活性。例如，可能希望通过金属处理炉以高热头和高质量流率运行金属片或金属板。换言之，金属片或金属板将暴露于较高的金属处理炉温度，但将以较高的速率移动通过处理工艺，以确保金属片或金属板在处理工艺期间不会熔化。在这种情况下，生产线速度的改变会导致金属片或金属板在金属处理炉中熔化的危险或不稳定状况，从而导致设备损坏、生产力下降和潜在的安全隐患。然而，如果快速响应加热器用于在金属片或金属板进入金属处理炉之前预热金属片或金属板，则可以考虑和调节整个工艺以避免危险的处理条件。例如，如果由于故障、操作员失误或改变工厂条件而导致金属片或金属板的生产速度意外减慢或突然减慢，则快速响应加热器可在金属片或金属板进入金属处理炉之前快速降低施加到金属片或金属板的加热量。实际上，从金属片或金属板快速移除预热将使金属以较低温度进入金属处理炉，使其以较慢速率通过，同时降低了熔化的风险。
可能存在快速响应加热器可以在不使用金属处理炉的情况下独立处理金属片或金属板的其它情况或情形。在这些工艺中，快速响应加热器可以调节其热量输出和生产速度，以将金属片或金属板在所需的温度下处理达所需的驻留时间。
图1是定位于金属处理炉10的开口处或附近的快速响应加热器1的示意性侧视图。金属处理炉10可以含有多个区域11，每个区域可以具有不同的温度、压力、环境成分或其它工艺特征或参数。快速响应加热器1定位于金属处理炉10的入口处或其附近，在此处，快速响应加热器1可以在金属2进入金属处理炉10之前向金属2施加热量。在一些实例中，金属2可花费大约二到十秒来通过快速响应加热器1。然而，取决于金属2、金属处理炉10和/或快速响应加热器1的特性，金属2在快速响应加热器1中的驻留时间可以是如期望或特定工艺所需要的任何合适的时间量。例如，对于用于预老化或维持下游应用的带保温的再热器应用(例如，模版墨水的干燥或干润滑剂的施加)，金属2可花费不到两秒来通过快速响应加热器1。在实例中，可以在间隔开的下游距离处使用多个快速响应加热器来维持高于环境温度的期望的最小带温。可以设定期望的最小带温以使下游工艺中的效率或结果最大化或者通常使整个工艺生产线的性能最大化(例如，最小带温可以允许更好的润滑分散和/或工艺生产线中的工艺之间的金属带的可操纵性)。在另一个实例中，一个或多个快速响应加热器可以快速地将带温从较低温度升高到期望的最小带温。
快速响应加热器1的使用可以是连续的或间歇的，作为整个处理工艺的一部分，或者在金属处理炉10的转变操作期间有助于稳定金属处理工艺。在一些情况下，快速响应加热器1的热量输出足够大，使得金属处理炉10可以在恒定温度下运行(即，不改变金属处理炉10的设定)，而快速响应加热器1补偿工艺、生产速度，或金属2的质量流率中的任何改变来维持生产线的稳定性。例如，当通过金属处理炉10的金属2的处理工艺、材料、材料几何形状或质量流率改变以在金属处理炉10中需要较高温度时，快速响应加热器1可以通过在转变期间向金属2加热来进行补偿，同时金属处理炉10达到运行温度。
快速响应加热器1是可以快速增加或减少施加到金属2的热量的加热器，例如感应加热器或直焰冲击加热器。更具体地说，允许交流电频率变化的感应加热器可能是特别有用的，因为它们具有用于控制传递给金属2的热能量的额外方法。因为快速响应加热器1可以相对快速地调节施加到金属2的热量，所以可以通过对金属2持续地添加热量同时金属处理炉10以较慢速率调节到新的温度来补偿金属处理炉10的较缓慢响应速度。当金属处理炉10温度升高时，快速响应加热器1可以逐渐减少施加到金属2的预热量，以在整个处理工艺中维持施加到金属2的适当的热量。向传统的金属处理炉10添加快速响应加热器1可以与经受任何处理工艺的任何几何形状的任何金属结合使用，其中对施加到金属的总热量的快速改变是必需的或期望的。然而，在金属2进入金属处理炉10之前使用快速响应加热器1预热金属2可能特别适用于被加工成板或片的铝或铝合金的生产。
在某些情况下，快速响应加热器1可以用于在金属2进入主金属处理炉10之前提供一个或多个额外的处理步骤。然而，在一些实例中，快速响应加热器1可以用于提高现有金属处理工艺的效率。换句话说并作为实例，快速响应加热器1可以用于补偿金属处理炉10的缓慢响应以在工艺条件改变时维持现有的金属处理工艺。快速响应加热器1可以允许金属2经受一致的处理工艺，而不管合金、板或片的几何形状、质量流率或可能影响最终产品的质量或一致性的任何其它工艺参数的改变。
图2是具有可选控制单元30的快速响应加热器1的示意性侧视图。控制单元30可以通过任何数量的传感器实时读取工艺参数。例如，控制单元30可以从速度传感器21接收信号，所述速度传感器测量金属2诸如板或片通过快速响应加热器1的前进速率。温度传感器22可以用于确定金属2在进入快速响应加热器1之前的进入温度。使用温度传感器22确定金属的进入温度允许更精确的工艺控制和快速响应加热器1的调节，以考虑天气或工厂条件。控制系统还可以并入厚度传感器23，以在金属2进入快速响应加热器1时测量金属2的计量或几何形状。接着，控制单元30可以使用厚度测量来调节快速响应加热元件40以补偿改变的计量材料，并且结合来自速度传感器21的速度的测量来确定金属2通过快速响应加热器1的质量流率。控制单元30可以使用金属2通过快速响应加热器1的质量流率来确定通过系统的材料量的必要的输出水平。控制系统还可以并入出口金属温度传感器24，以在预热金属2之后并在金属2进入主金属处理炉10(未示出)之前监测金属2的条件。出口金属温度传感器24可允许使用主动调节加热元件40输出的反馈型控制系统，以实现金属2离开快速响应加热器1时的静态或动态目标金属温度。
仍然参考图2，控制单元30可以从读取金属处理炉10内的条件(图1)的传感器接收附加信号信息。当快速响应加热器1预热金属2以补偿金属炉处理的缓慢响应时间时，可能期望控制单元30接收关于一个或多个金属处理炉区11的条件的信号信息。例如，控制单元30可以接收指示金属2的温度的炉区金属温度信号225(例如，从图3的炉区金属温度传感器25)或指示金属处理炉10的炉区11内的环境温度的或炉区空气或环境温度信号226(例如，从图3的炉区空气/环境温度传感器26)。接着可以使用这两个信号225、226中的一个或两个来计算金属处理炉10的任何特定区域11中的热头(炉区环境与所述区域中的金属之间的温差)。控制单元30接着可以评估炉区温度和热头来计算金属处理炉10内的金属2的传热速率，并调节加热元件40的输出以控制施加在金属2的预热量。可以使用关于炉区温度和每个区域内的金属2的温度的信息来计算从金属处理炉10到金属2的传热量。控制单元30可以使用所述信息来连续调节加热元件40以根据需要向金属2传送适当的热量。当金属处理炉10转变到正确的稳态运行温度时，控制单元30将感测改变的条件并相应地调节加热元件40的输出。
控制单元30可以使用任何数量的附加控制策略来调节快速响应加热器1的加热元件40以将工艺参数维持在特定金属和处理的指定范围内。例如，控制单元30可以使用如上所述的传感器和反馈信息而通过改变快速响应加热器1的输出来维持最佳工艺条件。控制单元30还可以使用热模型，其可以是例如快速响应加热器1、金属处理炉10和/或具不同类型、形状或厚度的金属2的瞬态、非瞬态或任何其它类型的热模型，以确定快速响应加热器1的正确输出。例如，操作员可以向控制单元30输入关于期望的金属处理炉10条件、待处理的金属2的类型和/或金属2的质量流率的信息。可经过预先编程的控制单元30接着可以使用热模型来确定快速响应加热器1的正确输出，以及随着金属处理炉10实现稳态运行，如何随时间改变输出。控制单元30可使用传感器、热模型和/或操作员输入的任何组合来确定快速响应加热器1的正确输出以补偿改变的工艺条件。此外，控制单元30可以使用来自上述传感器中的一个、全部或任何组合的信息，或者可以并入未在上面列出的附加传感器，诸如专用质量流率传感器。
图3是通过金属处理炉10的区域11的金属2的示意性侧视图。炉区11的特征在于可选的炉区金属温度传感器25和可选的炉区空气/环境温度传感器26。这些传感器26接着可将信号(例如，图2的信号225、226)发送到控制单元(例如图2的控制单元30)，使得控制单元可控制快速响应加热器(例如，图2的快速响应加热器1)的热量输出。
图4是通过金属处理炉10的最后区域11的金属2的示意性侧视图。炉区11并入可选的炉区金属温度传感器25和可选的炉区空气/环境温度传感器26。如上所述，控制单元(例如，图2的控制单元30)可以使用这些传感器来调节快速响应加热器(例如，图2的快速响应加热器1)的输出，以在改变的条件下维持最佳工艺参数。在金属处理炉10的端部处或附近，可以安装可选的炉出口金属温度传感器27。所述传感器27可以在金属2离开金属处理炉10时传递关于金属2的温度的信息，使得控制单元(例如控制单元30)可以调节快速响应加热器(例如，快速响应加热器1)的输出，以考虑金属处理炉10的改变的工艺条件或瞬态行为。可选的平坦度或质量传感器28也可以被并入到控制系统中。平坦度或质量传感器28可将关于金属2的平坦度或总体质量条件的信息传递给控制单元。接着，控制单元(例如，控制单元30)可以调节快速响应加热器(例如，快速响应加热器1)的输出，以实现最终产品的改进的质量。
图5是可选控制系统的实例的示意图。控制单元30可以从多个传感器或源接收信息。如图所示，控制单元30可从传感器接收信息，所述传感器传递关于金属22的进入温度、金属21的进入速度、金属厚度23、快速响应加热器出口24处的金属温度、金属处理炉区金属温度25、金属处理炉区空气/环境温度26、金属处理炉金属出口温度27和/或平坦度或质量28的信息。控制单元30还可接收来自操作员的输入和/或快速响应加热器1、金属2或金属处理炉10的热模型。控制单元30接着可以将这些输入中的一个或多个输入到控制算法中，所述控制算法产生被发送到快速响应加热器1的加热元件40的输出信号。在一些情况下，热模型、其它模型或者存储的或预定参数可以被存储在连接到控制器30或被包含在控制器30内的数据存储装置31(例如，非暂时性数据存储介质)中。
图6是用于根据金属处理工艺的改变的参数和条件来控制快速响应加热器1的热量输出的一个样本控制回路600。控制单元30在方框601处感测金属处理炉区空气/环境温度以及在方框602处感测金属处理炉区金属温度。控制单元30通过查找在方框601和602处感测到的两个温度的差值而在方框603处计算所述特定金属处理炉区的热头。控制单元30接着在方框604处将所述计算的热头与期望的热头进行比较。如果计算的热头低于期望的热头，则控制单元30在方框605处提高快速响应加热器1的热量输出。如果计算的热头高于期望的热头，则控制单元30在方框606处降低快速响应加热器1的热量输出。如果计算的热头处于期望的热头范围内，则控制单元30在方框607处维持快速响应加热器1的热量输出。在控制单元30已经在方框605、606和607中调节了快速响应热量的输出之后，则控制单元30返回到方框601并再次通过控制回路600。在一些情况下，在方框604处将测量的热头与所需的热头进行比较可以使用滞后来确定何时在方框605处提高加热器功率，在方框606处降低加热器功率，或者在方框607处维持加热器功率。滞后的量和程度可以基于任何合适的输入，诸如方框608到615中描绘的那些。
仍然参考图6，控制单元30还可以感测或接收进入样本控制回路600中的附加输入，以实现对快速响应加热器1的输出调节的更大控制或精度。例如，当控制单元30在方框608处进入快速响应加热器1时，控制单元30可以感测金属2的温度。控制单元30还可以在方框609处感测材料厚度和/或在方框610处感测金属行进速度。控制单元30可以接收操作员输入，诸如在方框611的特定材料或在方框612处的期望工艺参数。在方框604处，可以使用所述信息来将实际工艺参数与期望参数进行比较。
出口参数可以被感测或输入到控制单元30中，使得可以将额外的反馈回路添加到样本控制回路600。例如，控制系统可以在方框613处在金属离开快速响应加热器1时感测金属温度，在方框614处在金属离开金属处理炉10时感测金属的平坦度或质量，和/或在方框615处感测金属处理炉10处的金属温度。接着，可以将这些出口参数与类似于控制回路600的附加控制回路中的期望参数进行比较，或作为子回路或附加变量添加到控制回路600中。
样品控制回路600可以被实施以实现用于一个或多个金属处理炉区11的期望的热头(或其它参数)。控制回路600还可以用于作为整体控制金属处理炉10的热头。类似的控制回路还可以仅与快速响应加热器1结合使用，诸如比较快速响应加热器1处的期望的金属出口温度和测量的金属出口温度。还可能会完全消除控制回路。快速响应加热器1可以由操作员手动控制，或者可以使用对用户输入做出响应并且不需要任何感测或减少感测的热模型来控制快速响应加热器1的输出。
在附图中描绘或描述的部件的不同布置以及未示出或描述的部件和步骤是可能的。类似地，一些特征和子组合是有用的，并且可以在不参考其它特征和子组合的情况下使用。已经为了说明而非限制的目的描述了本发明的实施例，并且替代实施例对于本专利的读者将变得显而易见。因此，本发明不限于上述实施例或者附图所示的实施例，在不脱离以下权利要求范围的情况下能够做出各种实施例以及修改。
如以下所使用的，对一系列实例的任何引用应被理解为分离地对这些实例中的每个实例的引用(例如，“实例1到4”应被理解为“实例1、2、3或4”)。
实例1是一种金属处理系统，包括：金属处理炉，其具有用于接纳移动金属片的炉入口，金属处理炉包括用于测量金属处理炉内的环境温度的传感器；快速响应加热器，其可定位在炉入口附近以预热金属片；以及控制器，其连接到传感器和快速响应加热器以使用金属处理炉内的环境温度自动控制快速响应加热器的热量输出。
实例2是实例1的金属处理系统，其中金属处理炉进一步包括用于测量金属处理炉内的移动金属片的温度的第二传感器，并且其中控制器进一步连接到第二传感器以进一步使用金属处理炉内的移动金属片的温度自动控制快速响应加热器的热量输出。
实例3是实例1或2的金属处理系统，其中连续操作快速响应加热器。
实例4是实例1到3的金属处理系统，其中金属处理炉的环境温度保持在预选温度的大约百分之十以内。
实例5是实例1到4的金属处理系统，其中金属处理炉的环境温度保持在预选温度的大约百分之五以内。
实例6是实例1到5的金属处理系统，其中在金属处理炉的转变期间操作快速响应加热器。
实例7是实例6的金属处理系统，其中金属处理炉的转变包括选自由以下组成的群组的至少一个转变：金属片或金属板厚度的改变、金属片或金属板加工速度的改变、金属片或金属板合金的改变，以及金属处理炉目标温度的改变。
实例8是实例1到7的金属处理系统，其中快速响应加热器包括感应加热器。
实例9是实例1到7的金属处理系统，其中快速响应加热器包括直焰冲击加热器。
实例10是实例1到7的金属处理系统，其中快速响应加热器包括感应加热器和直焰冲击加热器。
实例11是实例1到10的金属处理系统，进一步包括用于测量金属片的厚度的厚度传感器，其中控制器进一步连接到厚度传感器以进一步使用金属片的厚度自动控制快速响应加热器的热量输出。
实例12是实例1到11的金属处理系统，进一步包括用于测量金属片的生产量的生产量传感器，其中控制器进一步连接到生产量传感器以进一步使用金属片的生产量自动控制快速响应加热器的热量输出。
实例13是实例1到12的金属处理系统，进一步包括含有热模型的数据存储装置，其中控制器进一步连接到数据存储装置以进一步使用热模型自动控制快速响应加热器的热量输出。
实例14是实例13的金属处理系统，其中热模型包括选自由以下组成的群组的至少一个参数：快速响应加热器参数、金属处理炉参数和金属特性。
实例15是实例1到14的金属处理系统，其中快速响应加热器包含在快速响应加热器上间隔开的多个单独加热元件，以在金属片的宽度上选择性地将热量施加到单独部分，并且其中控制器被配置成单独地控制多个单独加热元件中的每个加热元件的热量输出，使得多个单独加热元件在金属片的宽度上选择性地预热金属片。
实例16是实例1到15的金属处理系统，其中控制器被配置成使用金属处理炉的热头自动控制快速响应加热器的热量输出，所述热头是使用金属处理炉的环境温度来计算。
实例17是处理金属的方法，所述方法包括：在快速响应加热器中预热金属片；在金属处理炉中向金属片施加热量；监测金属处理炉内的环境温度；以及使用监测的环境温度自动调节快速响应加热器的热量输出。
实例18是实例17的方法，进一步包括监测金属处理炉内的移动金属片的温度，其中自动调节快速响应加热器的热量输出包含使用监测的环境温度和移动金属片的监测的温度来计算热头，并基于计算的热头调节快速响应加热器的热量输出。
实例19是实例17或18的方法，其中在快速响应加热器中预热金属片是连续发生的。
实例20是实例17到19的方法，其中在金属处理炉中向金属片施加热量包含使金属处理炉保持在恒定温度。
实例21是实例17到20的方法，进一步包括使金属处理炉的环境温度在第一温度设定与第二温度设定之间转变，其中自动调节快速响应加热器的热量输出包含选择热量输出以补偿转变期间金属处理炉的环境温度的改变。
实例22是实例17到21的方法，其中快速响应加热器包括感应加热器。
实例23是实例17到21的方法，其中快速响应加热器包括直焰冲击加热器。
实例24是实例17到21的方法，其中快速响应加热器包括感应加热器和直焰冲击加热器。
实例25是实例17到24的方法，进一步包括监测金属片的厚度，其中自动调节快速响应加热器的热量输出包含使用监测的厚度。
实例26是实例17到25的方法，进一步包括监测金属片的生产速度，其中自动调节快速响应加热器的热量输出包含使用监测的生产速度。
实例27是实例17到26的方法，其中自动调节快速响应加热器的热量输出包含使用热模型。
实例28是实例27的方法，其中热模型包括选自由以下组成的群组的至少一个参数：快速响应加热器参数、金属处理炉参数和金属特性。
实例29是实例17到28的方法，其中在快速响应加热器中预热金属片包含使用在快速响应加热器上间隔开的多个单独加热元件来选择性地在金属带的宽度上施加热量，并且其中自动调节快速响应加热器的热量输出包含单独地控制多个单独加热元件中的每个加热元件，以控制金属带的宽度上的选择性热量施加。

Claims (29)

1.一种金属处理系统，包括：
金属处理炉，其具有用于接纳移动金属片的炉入口，所述金属处理炉包括用于测量所述金属处理炉内的环境温度的传感器；
快速响应加热器，其能够定位在所述炉入口附近以预热所述金属片；以及
控制器，其连接到所述传感器和所述快速响应加热器以使用所述金属处理炉内的所述环境温度自动控制所述快速响应加热器的热量输出。
2.根据权利要求1所述的金属处理系统，其中所述金属处理炉进一步包括用于测量所述金属处理炉内的所述移动金属片的温度的第二传感器，并且其中所述控制器进一步连接到所述第二传感器以进一步使用所述金属处理炉内的所述移动金属片的所述温度自动地控制所述快速响应加热器的所述热量输出。
3.根据权利要求1所述的金属处理系统，其中连续操作所述快速响应加热器。
4.根据权利要求3所述的金属处理系统，其中所述金属处理炉的所述环境温度保持在预选温度的大约百分之十以内。
5.根据权利要求3所述的金属处理系统，其中所述金属处理炉的所述环境温度保持在预选温度的大约百分之五以内。
6.根据权利要求1所述的金属处理系统，其中在所述金属处理炉的转变期间操作所述快速响应加热器。
7.根据权利要求6所述的金属处理系统，其中所述金属处理炉的所述转变包括选自由以下组成的群组的至少一个转变：金属片或金属板厚度的改变、金属片或金属板处理速度的改变、金属片或金属板合金的改变，以及金属处理炉的目标温度的改变。
8.根据权利要求1所述的金属处理系统，其中所述快速响应加热器包括感应加热器。
9.根据权利要求1所述的金属处理系统，其中所述快速响应加热器包括直焰冲击加热器。
10.根据权利要求1所述的金属处理系统，其中所述快速响应加热器包括感应加热器和直焰冲击加热器。
11.根据权利要求1所述的金属处理系统，进一步包括用于测量所述金属片的厚度的厚度传感器，其中所述控制器进一步连接到所述厚度传感器以进一步使用所述金属片的所述厚度自动控制所述快速响应加热器的所述热量输出。
12.根据权利要求1所述的金属处理系统，进一步包括用于测量所述金属片的生产量的生产量传感器，其中所述控制器进一步连接到所述生产量传感器以进一步使用所述金属片的所述生产量自动控制所述快速响应加热器的所述热量输出。
13.根据权利要求1所述的金属处理系统，进一步包括含有热模型的数据存储装置，其中所述控制器进一步连接到所述数据存储装置以进一步使用所述热模型自动控制所述快速响应加热器的所述热量输出。
14.根据权利要求13所述的金属处理系统，其中所述热模型包括选自由以下组成的群组的至少一个参数：快速响应加热器参数、金属处理炉参数和金属特性。
15.根据权利要求1所述的金属处理系统，其中所述快速响应加热器包含在所述快速响应加热器上间隔开的多个单独加热元件，以在所述金属片的宽度上选择性地将热量施加到单独部分，并且其中所述控制器被配置成单独地控制所述多个单独加热元件中的每个加热元件的热量输出，使得所述多个单独加热元件在所述金属片的所述宽度上选择性地预热所述金属片。
16.根据权利要求1所述的金属处理系统，其中所述控制器被配置成使用所述金属处理炉的热头自动控制所述快速响应加热器的所述热量输出，所述热头是使用所述金属处理炉的所述环境温度来计算。
17.一种在根据权利要求1所述的金属处理系统中处理金属的方法，所述方法包括：
在所述快速响应加热器中预热所述金属片；
在所述金属处理炉中向所述金属片施加热量；
监测所述金属处理炉内的所述环境温度；以及
使用所述监测的环境温度自动调节所述快速响应加热器的所述热量输出。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括监测所述金属处理炉内的所述移动金属片的温度，其中自动调节所述快速响应加热器的所述热量输出包含使用所述监测的环境温度和所述移动金属片的所述监测的温度来计算热头，并基于所述计算的热头调节所述快速响应加热器的所述热量输出。
19.根据权利要求17所述的方法，其中在所述快速响应加热器中预热所述金属片是连续发生的。
20.根据权利要求17所述的方法，其中在所述金属处理炉中向所述金属片施加热量包含使所述金属处理炉保持在恒定温度。
21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使所述金属处理炉的所述环境温度在第一温度设定与第二温度设定之间转变，其中自动调节所述快速响应加热器的所述热量输出包含选择所述热量输出以补偿转变期间所述金属处理炉的所述环境温度的改变。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述快速响应加热器包括感应加热器。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述快速响应加热器包括直焰冲击加热器。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述快速响应加热器包括感应加热器和直焰冲击加热器。
25.根据权利要求17所述的方法，进一步包括监测所述金属片的厚度，其中自动调节所述快速响应加热器的所述热量输出包含使用所述监测的厚度。
26.根据权利要求17所述的方法，进一步包括监测所述金属片的生产速度，其中自动调节所述快速响应加热器的所述热量输出包含使用所述监测的生产速度。
27.根据权利要求17所述的方法，其中自动调节所述快速响应加热器的所述热量输出包含使用热模型。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述热模型包括选自由以下组成的群组的至少一个参数：快速响应加热器参数、金属处理炉参数和金属特性。
29.根据权利要求17所述的方法，其中在所述快速响应加热器中预热所述金属片包含使用在所述快速响应加热器上间隔开的多个单独加热元件来选择性地在所述金属带的宽度上施加热量，并且其中自动调节所述快速响应加热器的所述热量输出包含单独地控制所述多个单独加热元件中的每个加热元件，以控制所述金属带的所述宽度上的所述选择性的热量施加。
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