CN108025339B - 金属轧制过程中工作辊的预热和热控制及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本文描述了在处理金属片或板之前使用全宽度热喷雾（118）来预热轧机（100）的系统和方法。热喷雾（118）可以单独控制。使用热喷雾可以允许轧机（100）达到操作温度并达到期望的热凸度，使得可以在平直度和厚度精度的公差范围内立即处理金属片或板（102）。轧机（100）的预热可以消除轧机（100）在工作辊加热的过渡期间进行操作的需要，并且可以通过消除或减少废料和轧机停机时间来提高效率。热喷雾（118）也可以与现有的冷却剂系统结合，以提供具有双向温度控制的轧机（100）的热控制系统。

Description

金属轧制过程中工作辊的预热和热控制及其控制系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月21日提交的美国临时申请No. 62/221,491的权益，其全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及金属轧机。更具体地说，本发明涉及使用热喷雾来预热和热稳定金属工作辊和相关联的控制系统。

背景技术

轧机用于将金属坯料处理成金属片或板，方法是使其通过施加压力的大辊并使金属坯料变形。通过使金属坯料经过连续的一系列辊子，相对较厚的金属坯料可逐渐减小成相对较薄的金属坯料，最终形成金属片或板。

在轧制过程中，在金属片或板的表面上保持均匀的厚度（例如，厚度）可能是具有挑战性的。例如，金属片或板在通过工作辊时会产生波纹或波形，并使其厚度减小或变薄。波纹可能尤其是由于在处理期间金属坯料变形引起的工作辊的偏移，使用支承辊引起的工作辊的偏移，以及使用液压致动器向工作辊施加压力引起的工作辊弯曲或偏移。

为了补偿和减少生产期间在金属片或板的面上的不规则性，工作辊可以具有少量的凸度或中凸度，以提高厚度一致性和平直度。作为在工作辊面上的轻微隆起或凹陷的凸度或中凸度可能会导致工作辊在使用期间的偏移。凸度或中凸度可以抵消工作辊的偏移，使得施加到金属坯料上的工作辊的净形状非常接近完美的圆柱体。所得金属片或板将在整个宽度上将具有改善的平直度和厚度一致性。

凸度或中凸度可以是静态的，诸如轻微的桶形地面或形成于工作辊中，或者是动态的，例如由于支承辊的应用、压力或由于温度变化引起的工作辊的膨胀和收缩而具有凸度或中凸度。典型地，在应用静态和/或动态凸度或中凸度之后，工作辊的净形状应该使得工作辊将产生尽可能平坦、最均匀的金属片或板。

通常通过在工作辊上施加冷却喷雾并在工作辊的边缘施加加热喷雾来控制热中凸度（工作辊中由于温度变化引起的中凸度或凸度）以试图在生产期间稳定工作辊温度并且因此稳定工作辊热中凸度。然而，在轧制过程期间轧机的启动和材料的转换产生了工作辊可能没有达到稳定工作辊热凸度的稳态温度的过渡期。为了达到可接受的平直度和厚度控制水平，轧机将经常运行测试或启动材料，以允许工作辊加热到操作温度。这些启动辊接着必须被废弃或进一步处理，因为它们没有达到生产规格。使用启动材料来加热和热稳定工作辊会导致浪费时间和材料，并增加生产成本。

发明内容

本发明的各方面涉及施加到金属轧机中的工作辊的工作面加热喷雾的使用。工作面加热喷雾用于预热工作辊使其达到或接近操作温度。可以在工作辊面上喷涂加热液介质或加热剂，以迅速地建立并稳定热凸度，而不需要使用可能需要废弃或以其它方式处理掉的启动材料。所得轧制启动过程可以减少停机时间，减少浪费，并可以提供改善的过程控制和产品质量。根据本发明的某些实施例，工作面加热喷雾可以均匀地施加到工作辊面上，或者它们可以以不同的速率施加到工作辊的不同区域，以提供工作辊热凸度的额外控制和可调整性。工作面加热喷雾可以单独使用，或与边缘加热喷雾和冷却剂一起使用，以在初始启动后提供热稳定性和改善的产品质量，并且在材料、轧制参数或处理条件变化期间使工作辊热凸度标准化。

工作面加热喷雾可以手动或通过主动或被动控制系统施加或控制，以改变施加到工作辊上的预热量。在一些示例中，主动或被动控制系统可以包括用于测量和反馈控制的热模型或传感器。例如，控制系统可以包括用于直接或间接感测工作辊温度、工作辊中凸度或凸度、金属片厚度、金属片平直度、加热剂温度、冷却剂温度的模型或传感器，和/或在轧制之后量化材料质量诸如平直度的传感器。

附图说明

下面参考以下附图详细描述本发明的说明性示例。

图1是轧机连同工作面加热喷涂系统的示意性侧视图。

图2是图1的轧机和工作面加热喷涂系统的示意性端视图。

图3是具有热控制系统的轧机的示意性侧视图。

图4是具有图3的热控制系统的轧机的示意性端视图。

图5是用于轧机热管理系统的可选控制系统的示意图。

图6是用加热和冷却喷雾控制工作辊的温度和热凸度的示例性方法。

图7是用于控制轧机热中凸度的示例性方法。

图8是用热中凸度控制系统控制轧机的示例性方法。

具体实施方式

这里描述的本发明的实施例的主题具有满足法定要求的特殊性，但是该描述不一定旨在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具体实施，可以包括不同的元件或步骤，并且可以与其它现有的或未来的技术结合使用。除了明确描述单个步骤的顺序或元件的布置之外，该描述不应被解释为暗示在各个步骤或元件之中或之间的任何特定顺序或布置。

本发明的某些方面和特征涉及结合用于生产金属片或板的轧机来使用工作面加热喷雾和可选的控制系统。工作面加热喷雾允许在使用工作辊处理金属坯料之前对轧机的工作辊进行预热以在工作辊的表面上充分地（或更充分地）形成热凸度。在金属处理之前对工作辊进行预热允许将初始金属坯料处理成金属片或板而没有工作辊的瞬时热行为。这样，包括动态和静态凸度的工作辊凸度或中凸度可以充分地（或更充分地）形成，以帮助初始金属坯料达到期望的平直度质量。在初始金属处理之前将工作面加热喷雾施加到轧机的工作辊上允许更快的启动，减少金属或轧制参数之间的过渡时间，以及减少或消除不符合期望的平直度和质量规格的废金属。此外，与单独使用冷却喷雾相比，全宽度加热喷雾和冷却喷雾的组合允许对工作辊温度进行更广范围的控制。

图1和图2是具有工作面加热喷涂系统110的示例性轧机100的示意性侧视图和端视图。轧机100包括具有上支承辊105的上工作辊104和具有下支承辊107的下工作辊106。金属片或板102可以在上工作辊104与下工作辊106之间通过，以减小金属片或板102的厚度。在一些示例中，轧机100可以包括平直度测量辊108，该平直度测量辊在金属片或板102经过上工作辊104与下工作辊106之间之后对其进行测量以确定金属片或板102在其宽度上是否达到厚度的均匀性。在图1中所示的示例中，轧机100被示出为处理从左侧进入轧机100并朝向图1的右侧前进的金属片或板102，如由运动箭头103所示。

仍然参考图1和图2，轧机100包括喷涂系统110，该喷涂系统包括包含一定体积的液体加热介质或加热剂的加热剂储存器112。加热剂可以是油、水或任何合适的液体，可以根据其工作温度范围和/或比热和/或传热性能来选择。在一些示例中，加热剂可以是保持在大约95摄氏度的流体。加热剂可以从加热剂储存器112输送到加热剂喷涂歧管114（图2），该加热剂喷涂歧管将加热剂分配到定位于辊宽度上的加热剂喷嘴116。

加热剂喷涂喷嘴116将加热剂转化为加热剂喷雾118，该加热剂喷雾在启动期间以及在金属片或板102的进入之前被施加到下工作辊106。或者，可以将加热剂喷雾118施加到上工作辊104或者上工作辊104和下工作辊106两者。在一些示例中，喷涂系统110中可以包括加热剂控制阀120和加热剂回收挡板122。在这类示例中，加热剂控制阀120可以控制流向上工作辊104和/或下工作辊106的加热剂流量，而加热剂回收挡板122可以定位在加热剂喷涂喷嘴116附近或上工作辊104和/或下工作辊106附近以收集一定量的加热剂并将收集的加热剂量返回到加热剂储存器112。

加热剂喷涂喷嘴116的放置可以根据具体的应用而变化。如图所示，如图1和图2中所示，加热剂喷涂喷嘴116可以定位于上工作辊104和/或下工作辊106的出口侧，或者定位于上工作辊104和/或下工作辊106的入口侧。加热剂喷涂喷嘴也可位于上工作辊104和/或下工作辊106的上方、下方或侧部。在一些情况下，加热剂喷涂歧管114可被构造成定位加热剂喷涂喷嘴116使得加热剂喷雾118被施加到上工作辊104和/或下工作辊106的整个面或基本上整个面（例如，大约百分之九十或更多）。然而，在所有应用中，加热剂喷雾118不一定提供覆盖规模或者施加到上工作辊104和/或下工作辊106的整个面上。在某些示例中，加热剂喷雾118可以仅覆盖上工作辊104和/或下工作辊106与金属片或板102接触的部分。此外，在一些示例中，代替多个加热剂喷涂喷嘴116，喷涂系统110可以包括单个大的分配端口或喷嘴，该单个大的分配端口或喷嘴被构造成将加热剂喷雾118或加热剂流施加到上工作辊104和/或下工作辊106。一旦上工作辊104和/或下工作辊106已经达到合适的操作温度，金属片或板102就可以进入轧机100进行处理。喷涂系统110可继续操作，关闭或在降低的水平下操作，以继续向轧机100提供加热和温度稳定（例如，继续将加热剂喷雾118施加到上工作辊104和/或下工作辊106）。

图3和4是具有热控制系统330的示例性轧机300的示意性侧视图和端视图。轧机300包括具有上支承辊105的上工作辊104和具有下支承辊107的下工作辊106，如上面参考图1和图2所述。在图3和图4所描绘的示例中，轧机300被示出为处理从左侧进入轧机300并且朝向右侧前进的金属片或板102，如由图3的运动箭头303所示。

热控制系统330并入到轧机300中以在轧机300的启动和连续操作期间提供对上工作辊104和/或下工作辊106的热控制。加热剂储存器312经由一个或多个可选的加热剂控制阀320将液体加热剂供应到加热剂喷涂喷嘴316和加热剂侧喷涂喷嘴324。在一些示例中，液体加热剂可以是保持在大约95摄氏度的流体。加热剂喷涂喷嘴316和加热剂侧喷涂喷嘴324将包括液体加热剂的加热剂喷雾318引导朝向上工作辊104和/或下工作辊106的面。在一些示例中，加热剂喷涂喷嘴316可以引导加热剂喷雾318覆盖上工作辊104和/或下工作辊106的全部宽度或基本上全部宽度（例如，约百分之九十或更多），这可以消除对单独的加热剂侧喷涂喷嘴324的需要。然而，对加热剂喷涂喷嘴316和/或加热剂侧喷涂喷嘴324的单独控制允许调整喷涂模式和覆盖规模，而不管在热控制系统330中是否包括单独的加热剂侧喷涂喷嘴324。在一些示例中，热控制系统330可以包括加热剂回收挡板322，并且加热剂回收挡板322可以在加热剂已经被丢弃或其它方式从上工作辊104和/或下工作辊106移除之后回收加热剂并且将加热剂返回到加热剂储存器312。

为了向轧机300和上工作辊104和/或下工作辊106提供双向热控制，冷却系统也可以并入到热控制系统330中。例如，冷却剂储存器332可以通过冷却剂控制阀340向冷却剂喷涂喷嘴336供应冷却剂。冷却剂喷涂喷嘴336可以将包括冷却剂的冷却剂喷雾338引导至上工作辊104和/或下工作辊106的面。已经被丢弃或以其它方式从上工作辊104和/或下工作辊106和轧机300中移除的冷却剂可以被收集在冷却剂回收挡板342中，该冷却剂回收挡板可以将收集的冷却剂返回到冷却剂储存器332。

虽然图3和图4的热控制系统330可以手动控制，但是可以包括控制系统以向轧机300提供自动热管理。例如，热控制系统330可以包括控制器350，该控制器可以从放置在整个控制系统中的各种传感器接收关于过程和轧机条件的数据。传感器可以是在任何特定应用的特定条件和要求下提供精确测量的任何类型的传感器，其可以将信息馈送到控制器350中以用于热模型或作为反馈回路控制系统的一部分。作为示例，加热剂温度传感器360和冷却剂温度传感器352可以向控制器350提供信息以计算当前系统状态并且相应地调整加热剂或冷却剂向上工作辊104和/或下工作辊106的施加。

例如，如果控制器350从冷却剂温度传感器352接收到指示高冷却剂温度的数据，则控制器350可以增加冷却剂流量以补偿冷却剂的降低的冷却能力。控制器350还可从平直度测量辊108和/或金属片或板厚度传感器354接收数据。平直度测量辊108和厚度传感器354可向控制器350提供指示当金属片或板102离开轧机300时金属片或板102的属性的实时测量的数据。控制器350然后可以基于从平直度测量辊108和/或金属片或板厚度传感器354接收到的数据来调整热控制系统330的一个或多个参数。在一些示例中，控制器350还可以从一个或多个辊温度传感器356或辊凸度传感器358接收数据。辊温度传感器356和辊凸度传感器358可以传输关于上工作辊104和/或下工作辊106以及它们对控制器350进行操作的当前条件的数据。控制器350然后可以基于从辊温度传感器356和/或辊凸度传感器358接收到的数据来调整热控制系统330的一个或多个参数。在一些示例中，控制器350可以使用金属片或板102的输出条件和轧机300的操作条件以进一步调整热控制系统330。

仍然参考图3和图4，冷却剂喷涂喷嘴336、加热剂喷涂喷嘴316和/或加热剂侧喷涂喷嘴324可以以任何方式布置，以在上工作辊104和/或下工作辊106的面上产生不同的加热和冷却区域。可以与多个辊温度传感器356、辊凸度传感器358和/或厚度传感器354结合使用以产生多个控制区域的不同的加热和冷却区域可以允许额外的灵活性来控制轧机300的条件。

此外，在上工作辊104和/或下工作辊106上产生或控制不同的加热和/或冷却区域允许在上工作辊104和/或下工作辊106上产生不同的热曲线或模式，其可以为轧机300提供更大的控制和灵活性以处理更宽范围的材料和金属片或板102几何形状。在一些示例中，使用单个控制区域来为上工作辊104和/或下工作辊106提供热稳定性对于轧机的特定质量和平直度目标及其预期应用可能是足够的。下面提供了关于如何实现单独控制的区域的更多细节。在一些示例中，热控制系统330还可以以任何方式配置，使得加热剂喷涂喷嘴316、加热剂侧喷涂喷嘴324和/或冷却剂喷涂喷嘴336可以被安装或布置成在上工作辊104和/或下工作辊106上提供特定的热凸度，而不使用多区域控制。

控制器350可以使用到热控制系统330的任何数量的变量或输入来调整上工作辊104和/或下工作辊106的热凸度或中凸度。具体的调整可以基于特定热模型、成品金属片或板102的可接受公差的水平、轧机300的特性和/或轧机300在启动期间、过渡期间或稳态处理期间是否正在操作。控制器350可通过调整工作周期、脉冲宽度调制和/或加热剂喷涂喷嘴324、加热剂侧喷涂喷嘴324和/或冷却剂喷涂喷嘴336的喷涂模式来改变冷却和/或加热量，其可改变上工作辊104和/或下工作辊106的温度和热凸度。在一些示例中，控制器350可以调整冷却剂或加热剂的流速和/或系统压力以实现类似的结果。控制器350还可以控制和/或发送信息给上工作辊104和/或下工作辊106的任何弯曲和倾斜控制机构。在某些示例中，除了上工作辊104和/或下工作辊106的弯曲和倾斜控制机构之外或作为替代，控制器350可以控制和/或发送信息给上支承辊105和/或下支承辊107的任何弯曲和倾斜控制机构。

图5是与热控制系统（诸如上面讨论的热控制系统330）结合使用的示例性控制系统的示意图。在图4所描绘的示例中，热控制系统330可以包括加热剂控制阀、冷却剂控制阀、控制器350、冷却剂温度传感器352、厚度传感器354、辊温度传感器356、辊凸度传感器358和加热剂温度传感器360。

控制器350可读入以下一个或多个过程值：i）来自加热剂温度传感器360的加热剂温度； ii）来自冷却剂温度传感器352的冷却剂温度； iii）来自辊温度传感器356的工作辊温度； iv）来自辊凸度传感器358的辊凸度； v）来自平直度测量辊108的金属片或板102的平直度；以及vi）来自厚度传感器354的金属片或板厚度。然后可以利用热模型362和/或用户输入364（例如，期望的平直度公差、机器馈送速率、材料或其它用户输入）将这些测量值的任何一个或组合输入到控制器350中。测量值、用户输入、热模型和/或控制策略的这些输入然后可以使控制器350发送输出信号以控制整个过程参数和轧机300的操作条件。

例如，控制器350可以调整加热剂控制阀320和/或冷却剂控制阀340的操作以改变流速和/或系统压力。控制器350还可以调整加热剂喷涂喷嘴目标366、加热剂喷涂喷嘴工作周期368、冷却剂喷涂喷嘴目标370、冷却剂喷涂喷嘴工作周期372、加热剂侧喷涂喷嘴目标374和/或加热剂侧喷涂喷嘴工作周期376。绝对不是排它的或详尽的列表的上述变量的控制可以允许控制器350改变上工作辊104和/或下工作辊106的热凸度。控制器350也可通过调整喷嘴几何形状、改变上述参数或通过打开或关闭单独喷嘴来改变喷涂模式。例如，控制器350可在启动程序期间启动流向加热剂喷涂喷嘴316以预热上工作辊104和/或下工作辊106，以在金属片或板102进入轧机300之前在上工作辊104和/或下工作辊106上产生热凸度。当轧机300继续操作时，上工作辊104和/或下工作辊106可开始产生其自身的热量，并且控制器350可以停止或减少加热剂流到加热剂喷涂喷嘴316，并启动或增加流向冷却剂喷涂喷嘴336的冷却剂流量。如果在上工作辊104和/或下工作辊106的面上的加热变得不均匀，诸如当金属片或板102仅覆盖上工作辊104和/或下工作辊106的面的一部分时，控制器350可启动加热剂流向加热剂侧喷涂喷嘴324或者加热剂喷涂喷嘴316或冷却剂喷涂喷嘴336的子集以保持上工作辊104和/或下工作辊106中的适当温度分布。

图6是用于利用加热和冷却喷雾来控制工作辊的温度和热凸度的样本控制回路680。控制回路680将参考图1和图3中所示的示例轧机以及图3到图5中所示的热控制系统进行描述；然而，控制回路不限于这类示例。更确切地说，控制回路可以与根据本发明的任何合适的轧机或热控制系统结合使用。

控制回路680可以用来作为单个单元、单独的工作辊104、106或工作辊104、106的单独区域控制轧机（诸如本文所述的轧机100和/或300）。作为示例，控制器350可以针对整个轧机300运行示例控制回路680，可以针对每个工作辊104、106运行单独的控制回路680，或者甚至可以针对工作辊104、106的每个区域运行单独的控制回路680。在一些示例中，并非控制回路680的所有输入或输出可被用于或需要用于控制热控制系统330。控制回路680的单独输入和输出可以任意数量的迭代或者与未列出的附加输入或输出进行组合，以针对特定应用或需要定制控制回路680。

仍然参考图6，与各种传感器结合工作的控制器（例如，图3到图5的控制器350）可以感测：i）方框681处的加热剂温度；ii）方框682处的冷却剂温度；iii）方框683处的工作辊温度；iv）方框684处的工作辊凸度；v）方框685处的金属片或板102厚度；和/或vi）方框686处的金属片或板102的平直度。这些感测到的输入可以与用户输入相结合，诸如例如方框687处的材料类型以及方框688处的期望的金属片或板102厚度和平直度公差。用户也可以在方框689处输入热模型，然后可以在方框690处计算工作辊温度和凸度。可以特别适用于瞬态或稳态行为的热模型可以从一个或多个方框681到688中接收信息，或者可以包括一个或多个用户输入（未示出）。热模型可以基于环境温度、材料输入、上工作辊104和/或下工作辊106与金属片或板102的接触压力、金属片或板102厚度降低率、上支承辊105和/或下支承辊107的接触压力、轧机100、300运行时间或其它输入或测量值。热模型可用于基于整个轧机100、300的任何数量的输入或测量值来计算金属片或板102的平直度和厚度。

然后，方框681到690的一个或多个输入或测量值可以被馈送到判定方框691。在判定方框691处，控制器350或其它机构可以将测量的金属片或板102厚度和平直度与期望的金属片或板102厚度和平直度进行比较。判定方框691还可以将测量的工作辊参数（诸如温度或热凸度）与期望的工作辊参数进行比较。

仍然参考图6，如果判定方框691的测量参数落在期望范围内，则控制回路将在方框692处保持参数的设定点。然而，如果判定方框691的测量参数在期望范围之外，则在方框693处，控制器350将测量的过程值与在方框690处由热模型确定的任何适当的计算的过程值进行比较。如果测量的过程值与计算的过程值匹配，则控制器350可以在方框694处基于输入热模型来调整任何可用的过程参数。在方框694处使用热模型可以允许控制器350在方框695处以较少的增量或迭代调整过程参数，这将产生期望的结果，因为热模型可以预测适当的调整。然而，如果测量的过程参数与计算的过程参数不匹配，则控制器仍然可以在方框696处基于反馈回路系统调整过程参数。反馈回路控制可以使用方框681到688的输入，而只需要很少或不需要额外的处理以在方框695处调整过程参数。方框696的反馈回路逻辑可能需要额外的迭代或增量来实现期望的结果，但是如果过程条件使得热模型不准确或不适用，则将提供备用调节系统。在方框695处调整过程参数之后，控制回路680返回到判定方框691，以根据需要继续监测和调整轧机300和热控制系统330。

参考图1到图6，施加到上工作辊104和/或下工作辊106的热凸度可以在上工作辊104和/或下工作辊106的面上变化，并且可以取决于过程参数、金属片或板102的材料，和/或轧机300的操作长度而变化。例如，上工作辊104和/或下工作辊106的工作面的某些区域可能需要不同量的热凸度以保持金属片或板102的可接受的平直度和质量。为了利于上工作辊104和/或下工作辊106的动态成形，不仅要实现可变的热凸度或中凸度，而且要在处理条件或要求改变时改变或调整热凸度或中凸度，工作面加热喷涂系统110、热控制系统330以及任何相关联的控制器350和控制回路680可适于控制子集或单独的加热剂喷涂喷嘴116、316、加热剂侧喷涂喷嘴324和/或冷却剂喷涂喷嘴336。在单独喷嘴116、316、324、336或喷嘴子集上的控制允许在上工作辊104和/或下工作辊106的宽度上的不同点处改变加热剂和冷却剂喷雾118、318、338，以及施加到上工作辊104和/或下工作辊106的热凸度的量的所得可变性。

仍然参考图1到图6，工作面加热喷涂系统110和/或热控制系统330可以包括额外的加热剂控制阀120、320和/或冷却剂控制阀340，其控制流向单独喷嘴116、316、324、336或子集的加热剂或冷却剂流量。通过限制流向喷嘴116、316、324、336（或喷嘴子集）的加热剂或冷却剂的流量，加热剂喷雾118、318和冷却剂喷雾338的形状和分布可以被调整为在上工作辊104和/或下工作辊106的面的宽度上的任何特定点处产生期望量的热凸度。在一些情况下，可能期望或需要将加热剂或冷却剂仅施加到上工作辊104或仅施加到下工作辊106。通过直接喷嘴控制或使用加热剂控制阀320和/或冷却剂控制阀340对加热剂喷涂喷嘴116、316、加热剂侧喷涂喷嘴324和/或冷却剂喷涂喷嘴336进行选择性控制可允许加热剂或冷却剂仅被输送到适当的工作辊104、106或工作辊104、106的部分。类似地，在一些示例中，可能期望上工作辊104和下工作辊106具有互补的、偏移的或者另外彼此不同的热凸度。在这类示例中，子集或单独喷嘴116、316、324、336的控制可以允许上工作辊104和下工作辊106接收个别化的加热剂和冷却剂喷雾118、318、338，使得上工作辊104和/或下工作辊106的热凸度可以被独立地控制和改变。

控制加热剂喷雾118、318和冷却剂喷雾338的分布的另外方法也是可能的。例如，每个加热剂喷涂喷嘴116、316、加热剂侧喷涂喷嘴324和/或冷却剂喷涂喷嘴336可以是可用于控制加热剂或冷却剂的流量或加热剂喷雾118、318或冷却剂喷雾338的形状、分布和/或强度的可变喷嘴。在这类示例中，可变喷嘴可以限制或增加流量，或者调整喷嘴目标、喷涂模式、喷涂强度或工作周期以提供期望的形状和质量的加热剂喷雾。类似地，可变阀门120、320、340可以改变或调整单独流向喷嘴116、316、324、336或喷嘴116、316、324、336的子集的加热剂或冷却剂的流量，以提供上工作辊104和/或下工作辊106的动态成形。还有其它改变流向喷嘴116、316、324、336或喷嘴子集的加热剂和冷却剂的流速、压力或者水平的方法是可能的。如上所述，对单独喷嘴116、316、324、336或喷嘴116、316、324、336的子集的控制可能是期望的，以提供在上工作辊104和/或下工作辊106的宽度上的不同区域进行差别地施加加热剂或冷却剂喷雾118、318、338。

图7是用于控制诸如上述图1到图4中所述的轧机100或300的轧机的热中凸度的示例性方法。在启动或轧制过程和/或轧制材料的变化期间，轧机100或300可以在上工作辊104和/或下工作辊106达到稳态温度和所得热凸度之前具有瞬态操作阶段。在一些示例中，在方框702处所示的启动期间，加热剂喷雾118、318可以被喷涂在上工作辊104和/或下工作辊106上，这可以防止产生可能需要进一步处理或者无法使用的废料。可以通过使用一个或多个加热剂喷涂喷嘴116、316（可以进一步包括使用加热剂侧喷涂喷嘴324）将加热剂喷雾118、318施加到上工作辊104和/或下工作辊106。在一些示例中，加热剂喷雾118、318可以被构造成喷涂上工作辊104和/或下工作辊106的面的大部分。例如，加热剂喷雾118、318可以被构造成喷涂上工作辊104的面的大约百分之五十或更多，下工作辊106的面的大约百分之五十或更多，或者上工作辊104和下工作辊106的每一个的面的大约百分之五十或更多。在另一个示例中，加热剂喷雾118、318可以被构造成基本上喷涂在上工作辊104和/或下工作辊106的面上。例如，加热剂喷雾118、318可以被构造成喷涂在上工作辊104的面的大约百分之九十或更多，下工作辊106面的大约百分之九十或更多，或上工作辊104和下工作辊106中的每一个的面的大约百分之九十或更多上。在又一个示例中，热剂喷雾118、318可以被构造成喷涂在上工作辊104和/或下工作辊106的与金属片或板102接触的部分（例如，上工作辊104或下工作辊106的与金属片或板102接触的任何百分比）。

在一些示例中，当加热剂喷雾118、318在启动期间加热上工作辊104和/或下工作辊106时，上工作辊104和/或下工作辊106的热中凸度可以是在方框704处通过使用热模型来测量或确定。使用使用热模型获得的或经由直接测量获得的信息，可以在方框706处控制加热剂喷雾118、318以在上工作辊104和/或下工作辊106上获得稳态热凸度。在一些示例中，可以使用任何数量的控制方法或技术来影响在上工作辊104和/或下工作辊106中的稳态热凸度的形成。在一些情况下，加热剂喷涂喷嘴116、316可以被单独控制。可以使用加热剂控制阀120、320来控制流向单独的加热剂喷涂喷嘴116、316和/或加热剂侧喷涂喷嘴324的加热剂流量。在一些情况下，加热剂喷涂喷嘴116、316和/或加热剂侧喷涂喷嘴324可以是可变喷嘴。可变喷嘴可以通过改变流速、喷嘴目标、喷涂模式、喷涂强度和喷嘴工作周期来控制加热剂的喷涂。在某些示例中，可以响应于诸如金属片或板平直度传感器、工作辊温度传感器、工作辊中凸度传感器、金属片或板厚度传感器、加热剂温度传感器和/或冷却剂温度传感器之类的传感器的输出来对加热剂喷雾118、318进行调整。在上工作辊104和/或下工作辊106的面已经达到稳态热凸度之后，金属片或板102可以被馈送到轧机100、300中进行处理。

仍然参考图7，一旦已经在方框708处在轧机100、300中开始处理金属片或板102，则可以继续测量上工作辊104和/或下工作辊106的热凸度，监测热模型或监测上述任何传感器。在一些情况下，加热剂喷雾118、318可以与可选的冷却剂喷雾338结合使用，以在方框712处保持和/或调整上工作辊104和/或下工作辊106的温度以在处理期间保持期望的热凸度。类似于上述加热剂喷雾118、318，可以使用可变喷嘴或冷却剂控制阀340来控制冷却剂喷雾338。

图8是用于用热控制系统330控制轧机100、300的方法。在方框802处，用户可将一个或多个期望的轧机处理结果输入到控制器350中，诸如期望的金属片或板102厚度、期望的金属或板102厚度公差、期望的金属片或板102的平直度，和/或期望的金属片或板102的平直度公差。

在方框804处，控制器350可以接收轧机处理输出。在一些情况下，轧机处理输出可以包括但不限于金属片或板102厚度和/或金属片或板102的平直度。

在方框806处，控制器350可以接收轧机操作条件，诸如例如，加热剂温度、冷却剂温度、上工作辊104和/或下工作辊106的温度，和/或关于上工作辊104和/或下工作辊106的动态或静态中凸度的信息。

在方框808处，可以特别适用于瞬态或稳态行为，并且尤其可以预测轧机100、300的条件、上工作辊104和/或下工作辊106的中凸度或形状，或者金属片或板102的厚度或平直度的热模型可被输入到控制器350中。

在方框810处，控制器350然后可以使用热模型连同来自如上所述的任何适用传感器的输入来计算一个或多个输出。热模型输出可以包括但不限于金属片或板102的厚度或平直度、轧机100、300的操作条件和/或上工作辊104和/或下工作辊106的温度、热中凸度或整体中凸度。

仍然参考图8，在方框812处，控制器350可将一个或多个热模型输出与方框804的轧机处理输出和/或方框806的轧机操作条件进行比较。如果方框810的热模型输出与轧机处理输出和/或轧机操作条件相对一致或足够相似，则在方框808处的热模型输入可以是有效的并且可以用于对系统进行预测性调整。例如，在方框814处，控制器350然后可以基于热模型调整热控制系统330的参数，以使方框804的轧机处理输出与方框802的期望的轧机处理结果匹配。

返回方框812，然而如果方框810的热模型输出与轧机处理输出和/或轧机操作条件不相对一致或者不足够相似，则在方框808处的热模型输入在轧机100、300的当前操作条件下可能不具有预测值。在这类示例中，控制器350然后可以基于方框816处的反馈回路来调整热控制系统330的参数以使方框804的轧机处理输出与方框802的期望的轧机处理结果匹配。在某些情况下，热控制系统330参数可以包括但不限于加热剂流速、冷却剂流速、加热剂喷涂模式、冷却剂喷涂模式、加热剂喷涂喷嘴工作周期、冷却剂喷涂喷嘴工作周期、加热剂喷涂喷嘴模式、冷却剂喷涂喷嘴模式、加热剂喷涂喷嘴目标、冷却剂喷涂喷嘴目标和/或可以用来影响或调整上工作辊104和/或下工作辊106上的热中凸度的量的热控制系统330的任何其它变量。

所描述的图7和图8的方法可以仅包括所描述的步骤的部分集合、附加步骤，或者与上述那些不同的布置或步骤顺序。

在附图中描绘或以上描述的组件的不同布置以及未示出或描述的组件和步骤是可能的。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中所描绘的实施例，在不脱离以下权利要求范围的情况下能够进行各种实施例以及修改。

Claims (35)

1.一种金属轧制系统，包括：

具有上工作辊宽度和上工作辊面的上工作辊；

具有下工作辊宽度和下工作辊面的下工作辊；

包括加热喷涂喷嘴的工作面加热喷涂装置；以及

包含加热剂的加热液储存器，所述加热液储存器可联接到所述工作面加热喷涂装置以将所述加热剂提供给所述工作面加热喷涂装置，并且其中所述工作面加热喷涂装置被构造成接收所述加热剂，并且所述加热喷涂喷嘴可定位成接近所述上工作辊或所述下工作辊，以将所述加热剂施加到所述上工作辊面和所述下工作辊面中的至少一个，

所述金属轧制系统还包括控制系统，所述控制系统包括控制器以及工作辊温度传感器和/或工作辊凸度传感器。

2.根据权利要求1所述的金属轧制系统，其中所述工作面加热喷涂装置包括多个加热喷涂喷嘴。

3.根据权利要求2所述的金属轧制系统，其中所述多个加热喷涂喷嘴是可单独控制的。

4.根据权利要求1所述的金属轧制系统，进一步包括加热边缘喷雾。

5.根据权利要求1所述的金属轧制系统，进一步包括加热剂控制阀。

6.根据权利要求1所述的金属轧制系统，其中所述加热喷涂喷嘴是可变喷嘴。

7.根据权利要求6所述的金属轧制系统，其中所述可变喷嘴被构造成通过调整与所述加热喷涂喷嘴相关联的参数来控制所述加热剂的施加，所述参数包括流速、喷嘴目标、喷涂模式、喷涂强度或工作周期。

8.根据权利要求1所述的金属轧制系统，进一步包括工作面冷却喷涂装置，所述工作面冷却喷涂装置包括：

冷却喷涂喷嘴；以及

包含冷却剂的冷却液储存器，所述冷却液储存器可联接到所述冷却喷涂喷嘴以将所述冷却剂提供给所述冷却喷涂喷嘴，并且其中所述冷却喷涂喷嘴可定位成接近所述上工作辊或所述下工作辊，并且所述冷却喷涂喷嘴被构造成接收所述冷却剂并且将所述冷却剂施加到所述上工作辊面和所述下工作辊面中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的金属轧制系统，进一步包括冷却剂控制阀。

10.根据权利要求1所述的金属轧制系统，其中所述工作面加热喷涂装置被定位成接近所述上工作辊或所述下工作辊，以将所述加热剂施加到所述上工作辊宽度和所述下工作辊宽度中的至少一个的大部分。

11.根据权利要求1所述的金属轧制系统，其中所述工作面加热喷涂装置基本上在所述上工作辊宽度和所述下工作辊宽度中的至少一个上施加所述加热剂。

12.根据权利要求1所述的金属轧制系统，其中所述工作面加热喷涂装置将所述加热剂施加到所述上工作辊面或所述下工作辊面的与金属工件接触的部分。

13.根据权利要求1所述的金属轧制系统，进一步包括控制系统，所述控制系统包括：

控制器；以及

选自由以下组成的群组的传感器：金属片或板平直度传感器、工作辊温度传感器、工作辊中凸度传感器、金属片或板厚度传感器、加热剂温度传感器和冷却剂温度传感器。

14.一种轧机热中凸度控制系统，包括：

多个加热喷涂喷嘴；以及

包含加热剂的加热剂储存器；

其中所述多个加热喷涂喷嘴中的每个加热喷涂喷嘴是可单独控制的；以及

其中所述多个加热喷涂喷嘴可定位成接近轧机的至少一个工作辊并且构造成将所述加热剂施加到所述轧机的所述至少一个工作辊，

所述轧机热中凸度控制系统还包括控制系统，所述控制系统包括控制器以及工作辊温度传感器和/或工作辊凸度传感器。

15.一种用于控制轧机热中凸度的方法，所述方法包括：

提供工作面加热喷涂装置，所述工作面加热喷涂装置包括加热喷涂喷嘴，所述加热喷涂喷嘴构造成将加热液输送到轧机工作辊；以及

在轧机启动期间经由所述加热喷涂喷嘴将所述加热液喷涂到轧机工作辊的面上；

控制所述工作面加热喷涂装置以在所述轧机工作辊的所述面上形成稳态热中凸度；以及

将金属工件馈送到所述轧机中，

所述方法还包括：响应于至少一个传感器的输出来控制工作面加热喷涂装置，所述至少一个传感器包括工作辊温度传感器和/或工作辊凸度传感器。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述工作面加热喷涂装置包括多个加热喷涂喷嘴。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括单独控制所述多个加热喷涂喷嘴中的每一个。

18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括提供加热边缘喷雾。

19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括用加热液控制阀来控制所述加热液的所述输送。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述加热喷涂喷嘴是可变喷嘴。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述可变喷嘴通过调整与所述加热喷涂喷嘴相关联的参数来控制所述加热液的所述喷涂，所述参数包括流速、喷嘴目标、喷涂模式、喷涂强度或工作周期。

22.根据权利要求15所述的方法，进一步包括用工作面冷却喷涂装置来冷却所述轧机工作辊面。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括用冷却剂控制阀来控制所述工作面冷却喷涂装置。

24.根据权利要求15所述的方法，其中将所述加热液喷涂在所述轧机工作辊的所述面上包括在所述轧机工作辊的所述面的大部分上喷涂所述加热液。

25.根据权利要求15所述的方法，其中将所述加热液喷涂在所述轧机工作辊的所述面上包括基本上在所述轧机工作辊的所述面上喷涂所述加热液。

26.根据权利要求15所述的方法，其中将所述加热液喷涂到所述轧机工作辊的所述面上包括将所述加热液喷涂到所述轧机工作辊的所述面与所述金属工件接触的部分上。

27.根据权利要求15所述的方法，进一步包括响应于至少一个传感器的输出来控制所述工作面加热喷涂装置，所述至少一个传感器包括金属片或板平直度传感器、工作辊温度传感器、工作辊中凸度传感器、金属片或板厚度传感器、加热液温度传感器或冷却剂温度传感器。

28.一种用于控制如权利要求14中所述的轧机热中凸度控制系统的方法，所述方法包括：

输入至少一个期望的轧机处理结果；

接收至少一个轧机处理输出；

将所述至少一个轧机处理输出与所述至少一个期望的轧机处理结果进行比较；以及

基于工作辊温度传感器和/或工作辊凸度传感器调整至少一个轧机热中凸度控制系统参数，以使所述至少一个轧机处理输出与所述至少一个期望的轧机处理结果匹配。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一个期望的轧机处理结果选自由以下组成的群组：期望的金属厚度、期望的金属厚度公差、期望的金属平直度和期望的金属平直度公差。

30.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一个轧机处理输出选自由以下组成的群组：金属片或板厚度和金属片或板平直度。

31.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一个轧机热中凸度控制系统参数选自由以下组成的群组：加热剂流速、冷却剂流速、加热剂喷涂模式、冷却剂喷涂模式、加热剂喷涂喷嘴工作周期、冷却剂喷涂喷嘴工作周期、加热剂喷涂喷嘴模式、冷却剂喷涂喷嘴模式、加热剂喷涂喷嘴目标和冷却剂喷涂喷嘴目标。

32.根据权利要求28所述的方法，进一步包括接收至少一个轧机操作条件。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述至少一个轧机操作条件选自由以下组成的群组：加热剂温度、冷却剂温度、工作辊温度和工作辊中凸度。

34.根据权利要求32所述的方法，进一步包括：

输入热模型；

由所述热模型计算热模型输出；

将所述热模型输出与选自由以下组成的群组的参数进行比较：所述至少一个轧机处理输出和所述至少一个轧机操作条件；以及

基于所述热模型来调整所述至少一个轧机热中凸度控制系统参数；

其中所述热模型输出与选自由以下组成的群组的所述参数一致：所述至少一个轧机处理输出和所述至少一个轧机操作条件。

35.根据权利要求28所述的方法，其中调整所述至少一个轧机热中凸度控制系统参数是基于反馈回路控制。

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