CN111432950A - 冷却段的水资源管理的改善式控制 - Google Patents

Abstract

在冷却段中对由金属制成的热轧制材料（3）进行冷却。冷却段具有泵（7），所述泵从冷却剂储存器（8）中抽取冷却剂（2），并且经由管路系统（9）馈送给多个冷却剂出口（4、6），所述冷却剂出口经由布置在冷却剂出口（4，6）上游的阀（10）控制。冷却段的控制装置（11）对于相应的时间点在考虑应该在相应的时间点经由冷却剂出口（4、6）放出的冷却剂流（Wi）的情况下结合冷却剂（2）的在阀（10）的输入侧排队等候的工作压力（pA）确定用于阀（10）的操控状态（Ci）。所述控制装置通过将冷却剂流（Wi）相加来确定总冷却剂流（WG）。在考虑总冷却剂流（WG）、冷却剂（2）的工作压力（pA）以及附加地考虑总冷却剂流（WG）的变化（δWG）的情况下，所述控制装置确定的泵压力（pP），所述泵压力应该在泵（7）的输出侧存在着，使得在阀（10）的输入侧达到工作压力（pA）。在考虑总冷却剂流（WG）、泵压力（pP）和在泵（7）的输入侧存在着的吸入压力（pS）的情况下，所述控制装置确定用以泵（7）的操控状态（CP）。所述控制装置根据所确定的操控状态（Ci，CP）操控阀（10）和泵（7）。控制装置（11）周期性地执行这些步骤。

Description

冷却段的水资源管理的改善式控制

技术领域

本发明基于一种用于对由金属制成的热轧材进行冷却的冷却段的运行方法，其中所述冷却段具有泵，所述泵从冷却剂储存器中抽取冷却剂并且经由管路系统馈送给多个冷却剂出口，所述冷却剂出口经由布置在冷却剂出口上游的阀被控制，

-其中冷却段的控制装置对于相应的时间点周期性地

--在考虑应该在该相应的时间点经由冷却剂出口放出的冷却剂流的情况下结合在阀的输入侧排队等候的冷却剂工作压力确定用于阀的操控状态，

--通过将冷却剂流相加确定总冷却剂流，

--在考虑总冷却剂流和冷却剂的工作压力的情况下确定泵压力，所述泵压力应该在泵的输出侧存在着，使得在阀的输入侧达到工作压力，

--在考虑总冷却剂流、泵压力和在泵的输入侧存在着的吸入压力的情况下确定用于泵的操控状态，以及

--根据所确定的操控状态操控阀和泵。

本发明此外基于一种计算机程序，所述计算机程序包括机器代码，所述机器代码可以由用于冷却段的控制装置执行，其中通过所述控制装置对机器代码的执行引起控制装置根据这种运行方法来运行冷却段。

本发明此外基于一种用于冷却段的控制装置，其中所述控制装置利用这种计算机程序编程，使得所述控制装置根据这种运行方法来运行冷却段。

本发明此外基于一种用于对由金属制成的热轧材进行冷却的冷却段，

-其中冷却段具有泵，所述泵从冷却剂储存器中抽取冷却剂，并且经由管路系统馈送给多个冷却剂出口，所述冷却剂出口经由布置在冷却剂出口上游的阀被控制，

-冷却段具有这种控制装置，所述控制装置根据这种运行方法运行冷却段。

背景技术

上面提及的主题例如从WO 2013/143 925 A1中是已知的。类似的公开内容可以从WO 2014/124 867 A1中获悉。

在冷却段中，经轧制的金属（尤其是钢）在轧制后被冷却。这种冷却段的示例是具有强制冷却或无强制冷却的布置在带钢热轧机下游的冷却段以及厚板轧机的所谓淬火器（Quette）。尤其是在布置在轧机下游的冷却段中，精确的温度控制是常见的。但是即使在布置在轧机之内或布置在轧机之前、例如布置在粗轧机和精轧机列之间的情况下，期望的冷却剂量的所定义的和精确的施加具有大的重要性。尤其是当在粗轧机和精轧机列之间进行冷却时，由于高的冷却剂量需求，对冷却剂管理的动态存在特别高的要求。

冷却剂通常是水或至少基本上由水组成。

要施加的水量是巨大的。在一些情况下，必须在仅几米（例如10 m至20 m）的区段上向热轧材施加高达20,000 m³/h。为了准确地控制冷却，不仅需要在时间上准确地且正确地操控冷却段的阀。附加地还需要在阀的输入侧提供相应的水量，并且也将其再次取回。为此所需的控制时间常常在1秒附近、在一些情况下甚至少于1秒的范围中波动。

在一些情况下可能的是，基于冷却段的相应机械构造设计来确保所要求的水量平衡动态。例如，可以就在冷却剂出口附近安置水箱作为冷却剂储存器，并且可以直接或经由增压泵从水箱给冷却剂出口供应水。在这种情况下，冷却剂储存器和冷却剂出口之间的管路系统可以被设计得足够短。由此，水量的所需要的加速是可能的，而不在值得一提的范围上使冷却精度受损害。

但是，在其他情况下不可能足够靠近冷却剂出口地放置水箱。有时只有在生产车间外才存在用于安置这种水箱的空间。在这种情况下，用于对冷却剂出口进行供应的管路系统具有显著较大的长度，例如大约100 m。甚至可能的是，根本不能安置水箱。在这种情况下，将冷却剂输送到冷却剂出口的管路系统可以具有数百米的长度。如果不可能足够靠近冷却剂出口地放置水箱，则在所要求的冷却剂量变化时，必须首先加速较大的水量（常常为数百吨）。在现有技术中，这种加速导致减速地（verzögert）提供所要求的冷却剂量。

为了解决这个问题，在现有技术中已知各种解决方案。

因此例如从W0 2014/032 838 A1中已知，除了有用冷却剂出口之外，还设置旁路冷却剂出口，其中经由所述有用冷却剂出口将冷却剂施加到热轧材上。在这种情况下，冷却剂可以经由旁路冷却剂出口排出，而不将所述冷却剂施加到热轧材上。如果热轧材进入冷却区域中，在所述冷却区域中应该将冷却剂施加到热轧材上，则布置在旁路冷却剂出口上游的阀被收回或关闭，而同时布置在有用冷却剂出口上游的阀被打开。以这种方式，通过管路系统移动的冷却剂仅须在较小的程度上被加速或甚至根本不被加速。但是，在这种行动方式情况下不利的是，即使根本不应该对热轧材进行冷却，也通过管路系统泵浦大的冷却剂量。与此相应地，用于泵的能量消耗和冷却剂的消耗是高的。

另一已知的解决方案在于，在冷却区域附近设置具有溢流的立管。立管需要比水箱少的空间。但是，所述立管为此也仅能在小的程度上存储冷却剂。

因此，在这种情况下，最大要预期的冷却剂量被连续地输送到冷却区域。这已经是一个缺点，因为必须始终提供最大需要的冷却剂量，而在具有水箱的解决方案情况下，仅须提供所需要的中等水量。通过立管的高度产生几乎恒定的反压，所述反压与冷却剂的具体需求无关。在这里，冷却剂和能量的消耗相应地也是高的，因为始终提供不必要大的冷却剂量。此外，不能调整压力。所述压力总是对应于直至溢流为止立管中冷却剂柱的高度所产生的压力。

与这些解决方案相比，从WO 2013/143 925 A1中已知的行动方式已经是巨大的进步。但是这些解决方案仍能改善。

发明内容

本发明的任务在于创造以下可能性，借助于所述可能性，即使在泵和冷却剂出口之间没有用于冷却剂的较大或较小的存储可能性的情况下，目前也可以以高效的方式以高的精度提供所需要的冷却剂量。

所述任务通过具有权利要求1的特征的运行方法解决。有利的扩展方案是从属权利要求2至12的主题。

根据本发明，通过以下方式构成开头所提及类型的运行方法，即冷却段的控制装置对于相应的时间点在确定应该在泵的输出侧存在着的泵压力的情况下周期性地不仅考虑总冷却剂流和冷却剂的工作压力，而且附加地考虑总冷却剂流的变化。由此对于泵压力在结果中考虑：必须在何种程度上加速或减速位于管路系统中的冷却剂量。由此，以比在现有技术中显著更动态的方式实现分别期望的总冷却剂流。

在一个优选的构型中，控制装置在确定泵压力时考虑管路系统的由总冷却剂流要克服的管路阻力。由此，在确定泵压力并因此确定泵的操控状态时得出还要更高的精度。

在本发明的一个特别优选的构型中，除了应该在相应的时间点经由冷却剂出口放出的冷却剂流之外，针对预测范围预测的冷却剂流对于控制装置是已知的，其中对于多个将来时间点应该经由冷却剂出口放出所述预测的冷却剂流。在这种情况下可能的是，控制装置在确定泵的操控状态时考虑将来时间点中的至少一个将来时间点的所预测的冷却剂流。

尤其是可能的是，控制装置对于至少一个将来时间点确定所属的总冷却剂流，并且在确定总冷却剂流的变化时考虑所述所属的总冷却剂流。例如，在最简单的情况下，可以对于相应的时间点确定相比于总冷却剂流的偏差。

如果控制装置在确定总冷却剂流的变化时除了至少一个将来时间点的所预测的冷却剂流之外，此外还考虑至少一个过去时间点的总冷却剂流，则导致更好的结果。在这种情况下，相应的时间点优选地处于至少一个将来时间点与至少一个过去时间点之间的中间。

在一个特别优选的构型中，冷却剂出口包括有用冷却剂出口和旁路冷却剂出口。在这种情况下，仅仅借助于经由有用冷却剂出口放出的冷却剂流对热轧材进行冷却。旁路冷却剂出口用作影响总冷却剂流而不改变施加到热轧材上的冷却剂流的可能性。在该构型的情况下，控制装置基于对于相应的时间点和/或将来时间点经由有用冷却剂出口要放出的冷却剂流确定对于相应的时间点和/或将来时间点经由旁路冷却剂出口要放出的冷却剂流，使得保持在位于相应的时间点之前的较早时间点在确定对于较早时间点有效的总冷却剂流变化的范围中所考虑的每个总冷却剂流。

由此可以实现：泵的操控状态的时间变化过程具有相对低的动态。因此可以实现对泵的充分“平滑”的操控。这增加泵的使用寿命并且简化其操控。当然，也可以实现不具有旁路冷却剂出口的构型，其中因此仅仅存在有用冷却剂出口。但是在这种情况下，一方面必须以相对高的动态操控泵。此外，在即使在以高的动态操控泵时也不能足够快速地引起变化的情况下必须容忍由泵输送的实际总冷却剂流与期望的总冷却剂流的暂时偏差。

替代于或附加于在确定总冷却剂流的变化时考虑至少一个将来时间点的所预测的冷却剂流，可能的是，控制装置根据预测（只要需要）对泵的操控状态进行预见性适配。尤其是可能的是，控制装置在确定泵的操控状态、也即确定应该在相应的时间点操控泵所利用的操控状态时，

-对于将来时间点根据相应的预测的冷却剂流确定相应的预测的总冷却剂流，

-对于将来时间点确定所确定的总冷却剂流的变化，以及

-对于相应的时间点和/或将来时间点在预测范围内根据遵守或超过预定的最大变化来保持或预见性地适配相应的总冷却剂流，使得根据可能性，不仅对于相应的时间点的总冷却剂流的变化而且对于将来时间点的所确定的总冷却剂流的变化遵守最大变化。

所述行动方式对应于在模型预言调节的范围中常见的行动方式。

如果将来总冷却剂流的认识或预测是不可能的，则仍然可能的是使泵的操控均化（vergleichmäßigen）。在这种情况下，冷却剂出口如先前那样包括有用冷却剂出口和旁路冷却剂出口。相应的冷却剂出口的功能性同样如先前那样。在这种情况下，控制装置确定经由旁路冷却剂出口要放出的冷却剂流，使得经由旁路冷却剂出口要放出的冷却剂流尽可能接近旁路额定冷却剂流，并且经由有用冷却剂出口和旁路冷却剂出口总共要放出的总冷却剂流的变化尽可能小。

在个别情况下，阀可以是开关阀，所述开关阀仅可以采用两种开关状态、即完全打开和完全关闭。然而，这些阀优选地可以以无级的方式或至少以多个级被操控。因此，优选地存在相应的阀在“完全打开”和“完全关闭”之间的至少一个中间设定。

控制装置优选地确定工作压力，使得阀的操控状态遵守与最小操控和最大操控的最小距离，并且将泵的操控状态尽可能保持恒定。由此，必须以较小的动态来操控泵。

优选地，在确定泵压力的范围中，控制装置附加地也考虑要克服的高度差。高度差表示泵压力的恒定偏移。

优选地，控制装置附加地确定用于与泵并联连接的旁通阀的控制信号，并且根据所确定的控制信号来操控旁通阀。由此能够实现在无旁通阀情况下会不可能或不允许的泵运行状态。通过旁通阀返回的冷却剂流可以根据需求被馈送给冷却剂储存器或在冷却剂储存器与泵之间的连接管路。

此外，所述任务通过具有权利要求13的特征的计算机程序来解决。根据本发明，通过控制装置对计算机程序的执行引起：控制装置按照根据本发明的运行方法来运行冷却段。

此外，所述任务通过具有权利要求14的特征的用于冷却段的控制装置来解决。根据本发明，利用根据本发明的计算机程序对控制装置编程，使得控制装置按照根据本发明的运行方法来运行冷却段。

此外，所述任务通过具有权利要求15的特征的用于对由金属制成的热轧材进行冷却的冷却段来解决。根据本发明，冷却段具有根据本发明的控制装置，所述控制装置按照根据本发明的运行方法来运行冷却段。冷却段的冷却区域尤其可以布置在轧机内和/或布置在轧机上游和/或布置在轧机下游，其中在所述冷却区域内将冷却剂施加到热轧材上。术语“和/或”在此情况应在以下意义上来理解，即冷却区域可以完全布置在轧机内，可以完全布置在轧机下游或者可以部分地布置在轧机内并且部分地布置在轧机下游。类似的陈述适用于布置在轧机之前。

附图说明

结合实施例的以下描述，本发明的上面描述的特性、特征和优点以及如何实现这些的方式将变得更清楚和更明确地可理解，其中结合附图更详细地阐述所述实施例。在此情况下，以示意图的方式：

图1示出冷却段，

图2示出流程图，

图3示出阀特性曲线，

图4示出泵特性曲线，

图5示出时间图，

图6示出流程图，

图7示出时间图，

图8示出流程图，

图9示出泵图表，

图10示出具有并联连接的旁通阀的泵，以及

图11示出冷却段。

具体实施方式

根据图1，冷却段具有冷却区域1。在冷却区域1内，可以将液态冷却剂2（通常是水）施加到热轧材3上，并且由此可以冷却热轧材3。热轧材3由金属、例如由钢制成。为了将液态冷却剂2施加到热轧材3上，在冷却区域1中布置多个有用冷却剂出口4。冷却区域1根据图1中的图示部分地布置在轧机内。这在图1中通过以下方式表明：有用冷却剂出口4之一布置在轧机（例如精轧机列）的最后的轧机机架5上游。但是，冷却区域1同样可以完全地布置在轧机内。冷却区域1此外部分地布置在轧机下游。这在图1中通过以下方式表明：其他有用冷却剂出口4布置在轧机的最后的轧机机架5下游。但是，冷却区域1同样可以完全布置在轧机下游。在部分或完全布置在下游的情况下，冷却区域1可以例如布置在最后的轧机机架5和卷轴5'之间。此外，也可能的是，冷却区域1完全或部分地布置在轧机上游。这在图1中以及也在其余图中未一起示出。

除了有用冷却剂出口4之外，此外优选地存在旁路冷却剂出口6。在图1中仅示出了一个唯一的这种旁路冷却剂出口6。通常，也仅存在一个唯一的旁路冷却剂出口6。但是原则上也可以存在多个旁路冷却剂出口6。然而，与旁路冷却剂出口6的数量无关地，热轧材3的冷却仅仅经由有用冷却剂出口4进行。经由旁路冷却剂出口6之一放出的冷却剂2不用于冷却热轧材3。例如，冷却剂2的这一部分可以经由收集容器6'收集并且被返回。冷却剂2从收集容器6'的返回在图1中未一起示出。

冷却段具有泵7。泵7可以从冷却剂储存器8（例如水箱）抽取冷却剂2，并且经由管路系统9馈送给冷却剂出口4、6。在本发明的范围中，术语“泵”在一般性意义上被使用。因此泵7可以是单个泵或多个相继布置和/或并联布置的泵。

阀10布置在泵7与冷却剂出口4、6之间。借助于阀10，可以控制经由冷却剂出口4、6放出的冷却剂流Wi。如果索引i具有值0，则所述索引i代表旁路冷却剂出口6，所属的冷却剂流W0因此代表经由旁路冷却剂出口6放出的冷却剂流。以类似的方式，如果索引i具有值1、2，...n，则所述索引i代表有用冷却剂出口4中的分别一个有用冷却剂出口，所属的冷却剂流Wi因此代表经由相应的有用冷却剂出口4放出的冷却剂流。冷却剂流Wi具有单位m ³/s。

冷却段具有控制装置11，所述控制装置11根据随后更详细阐述的运行方法来运行冷却段。

控制装置11通常被构造为软件可编程控制装置。这在图1中通过以下方式表明：在控制装置11中绘入用于微处理器的符号“μP”。控制装置11利用计算机程序12编程。计算机程序12包括由控制装置11可执行的机器代码13。利用计算机程序12对控制装置11进行编程（或者与之等效地，通过控制装置11执行机器代码13）引起：控制装置11根据随后阐述的运行方法来运行冷却段。

基于利用计算机程序12编程，控制装置11实施随后结合图2阐述的运行方法：

在步骤S1中，对于相应的时间点对于有用冷却剂出口4，相应的冷却剂流Wi对于控制装置11是已知的。相应的冷却剂流Wi是应该在相应的时间点经由相应的有用冷却剂出口4放出的冷却剂流。

在步骤S2中，控制装置11确定冷却剂流W0。冷却剂流W0是应该在相应的时间点经由旁路冷却剂出口6放出的冷却剂流。通常，根据经由有用冷却剂出口4要放出的冷却剂流Wi的总和来确定冷却剂流W0。这从稍后的陈述中还将变得显而易见。

在步骤S3中，控制装置11通过将冷却剂流Wi相加而形成对于相应的时间点有效的总冷却剂流WG。

在个别情况下，可能发生：除了有用冷却剂出口4和旁路冷却剂出口6外，还有其他消耗器连接到管路系统9上。在这种情况下，在确定总冷却剂流WG时，必须一起考虑由其他消耗器所需要的冷却剂量。其他消耗器常常也由控制装置11控制，使得这毫无问题是可能的。可替代地可能的是，例如检测实际参量，根据所述实际参量可以确定其他消耗器的当前消耗。如果广泛的信息不可用，则也可以估计由其他消耗器需要的冷却剂量。

在步骤S4中，控制装置11确定总冷却剂流WG的变化δWG。总冷却剂流WG的变化δW说明：总冷却剂流WG在相应的时间点在什么程度上变化。因此，涉及总冷却剂流WG随时间的导数。为了确定总冷却剂流WG的变化δW，控制装置11尤其可以使用从先前周期中对于所述控制装置已知的总冷却剂流WG'。

在步骤S5中，控制装置11更新针对先前周期的总冷却剂流WG'。例如，所述控制装置接受总冷却剂流WG的以下值：即所述控制装置在步骤S3中确定了所述值。

在步骤S6中，控制装置11确定工作压力pA（单位：N/m²）。工作压力pA是冷却剂3在阀10的输入侧应该具有的压力。可能的是，工作压力pA对于控制装置11是预先给定的。可替代地可能的是，控制装置11独立地确定工作压力pA。

在步骤S7中，控制装置11确定用于阀10的操控状态Ci（其中i＝0，1，...n）。操控状态Ci尤其可以是阀10的打开设定。

阀10优选地可以以无级的方式或至少以多个级被操控。因此，流经相应的阀10的冷却剂流Wi可以根据以下关系

来确定。在方程式1中，gi是对于相应的阀10有效的特性曲线。特性曲线gi是相应的操控状态Ci的函数。所述特性曲线对于标称压力pA0说明：在特定的操控状态Ci情况下流经相应的阀10的冷却剂流Wi分别是多大。这在图3中对于单个阀10纯粹示范性地示出。阀10的特性曲线gi要么可以从阀10的制造商的数据页中提取要么可以根据实验来确定。为了确定分别需要的操控状态Ci，控制装置可以例如根据Ci求解方程式1。

在步骤S8中，控制装置11确定泵压力pP。泵压力pP是应在泵7的输出侧存在着的压力，使得在阀10的输入侧达到工作压力pA。在确定泵压力pP时，控制装置11至少考虑总冷却剂流WG、工作压力pA和总冷却剂流WG的变化δW。例如，控制装置11可以根据以下关系

来确定泵压力pP。在方程式2中，pH是（通常恒定的）压力，所述压力通过高度差H引起。在泵7的输出侧和阀10的出口之间测量高度差H。压力p1描述由于所输送的总冷却剂流WG在从泵7到阀10的路径上出现的压力降。因此，压力pl描述管路系统9的管路阻力。压力pl是总冷却剂流WG的（通常非线性的）函数。只要需要，管路系统9的附加阻力、诸如过滤器阻力等也载入压力p1中。压力p2是总冷却剂流WG的变化δWG的函数。所述压力p2如下被计算：

为了在管路系统9中加速冷却剂3，下面假设：管路系统9在其整个长度L上统一地具有横截面A。如果这不是这种情况，则必须对于管路系统9的各个分段进行随后的考虑，其中所述分段分别具有统一的横截面。

因此，位于管路系统9中的冷却剂3的量得出为AL，所述冷却剂3的质量m得出为ρAL，其中ρ是冷却剂3的密度（以常见单位kg/m³）。所需要的加速度a得出为δWG/A。因此，所需要的力F得出为ma，即质量m与加速度a的乘积。因此所需要的压力p2得出为F/A。交错使用地，因此以下适用：

对此一个数值示例：假定管路系统9具有长度L为100 m以及横截面A为1 m²。冷却剂3应是水。总冷却剂流WG应该在1秒之内从2 m³/s被提高到2.5 m³/s。于是，为了位于管路系统9中的水量的所需要的加速，需要50 kPa的压力p2。

在确定了所需要的泵压力pP之后，控制装置11在步骤S9中确定用于泵7的所属的操控状态CP，使得在泵7的输出侧上达到期望的泵压力pP。控制装置11在确定时考虑泵压力pP、总冷却剂流WG和在泵7的输入侧存在着的吸入压力pS。吸入压力pS可以对于控制装置11是预先给定的，或者可以在测量技术上被检测。根据单个情况的状况，所述吸入压力可以具有负值或正值，或者也可以具有值0。控制装置11优选地使用泵特性曲线用以确定用于泵7的操控状态CP。泵特性曲线将总冷却剂流WG、泵7的输入侧的吸入压力pS和泵7的输出侧的泵压力pP彼此相关联。例如根据图4中的图示，泵特性曲线可以具有总冷却剂流WG和在泵压力pP与吸入压力pS之间的差作为输入参数，并且提供所属的操控状态CP作为输出参数。操控状态CP尤其可以是泵7的转速。这样的特性曲线对于本领域技术人员通常是已知的。

在确定了所有操控状态Ci、CP之后，控制装置在步骤S10中根据所确定的操控状态Ci、CP操控阀10和泵7。

控制装置11从步骤S10返回步骤S1。因此，控制装置11周期性地实施步骤S1至S10，其中相应的实施对于相应的时间点是有效的。优选地进行严格的周期性实施，也即存在固定的工作冲程（Arbeitstakt）T，在所述工作冲程内，步骤S1至S10分别被执行一次。工作冲程T可以例如处于0.1秒至1.0秒处，优选地在0.2秒和0.5秒之间，尤其是在大约0.3秒处。

在最简单的情况下，仅对于相应的时间点以及对于在时间上位于相应的时间点之前的时间点的有用冷却剂流Wi（i = 1，2，... n）对于控制装置11是已知的。甚至在这种情况下，控制装置11可以使用经由旁路冷却剂出口6放出的冷却剂流W0来均化泵7的操控状态CP。为此目的，控制装置11可以例如使用以下形式的函数F：

WG'是先前时间点的总冷却剂流。W0*是为旁路冷却剂出口6预先给定的额定冷却剂流。优选地，所述额定冷却剂流处于用于旁路冷却剂出口6的最大冷却剂流的大约30％至大约70％处，尤其是处于所述值的大约50％处。α和β为加权因子。它们是非负的。此外，在不限制一般性的情况下，可以要求两个加权因子α、β相加为1。双线符号代表模。所述模尤其可以是常见的平方模。

对于相应的时间点用于有用冷却剂出口4的冷却剂流Wi对于控制装置11是固定地预先给定的。因此，函数F具有经由旁路冷却剂出口6要放出的冷却剂流W0作为唯一可自由选择的参数。因此可能的是，确定函数F的最小值，并且作为用于旁路冷却剂出口6的冷却剂流W0考虑在其处得出所述最小值的值。因此通过以下方式实现，即经由旁路冷却剂出口6要放出的冷却剂流W0尽可能接近旁路额定冷却剂流W0*，并且总冷却剂流WG的变化尽可能小。

如果不存在冷却剂出口6，则根据方程式4的确定不是有意义的。在这种情况下，要输送的总冷却剂流WG直接从有用冷却剂流Wi的总和得出。如果泵7的动态是足够的，则毫无问题地对泵7的相应操控是可能的，使得可以调整要输送的总冷却剂流WG。然而，如果尽管以高动态操控泵7，但是不能充分快速地引起实际所需要的变化，则必须容忍由泵7输送的实际总冷却剂流与期望的总冷却剂流WG的暂时偏差。

然而，优选地对于控制装置11而言，不仅对于相应的时间点和（关于相应的时间点）对于过去的冷却剂流是已知的，而且附加地针对预测范围PH预测的有用冷却剂流、也即应该对于多个将来时间点经由有用冷却剂流出口4放出的冷却剂流也是已知的。这在图5中针对分别得出的总冷却剂流WG和（纯粹示例性的）四个工作冲程T的预测范围PH示出。术语“预测范围”此外在该意义上不指的是，预测实际上在何种程度上对于控制装置11是已知的。这仅取决于控制装置11在确定用于阀10和泵7的操控状态Ci、CP的范围内在何种程度上使用预测。预测范围PH例如可以处于2秒至10秒的范围内。通常，在严格周期性地实施图2的行动方式的情况下，所述预测范围应该与多个工作冲程T对应。

在所预测的有用冷却剂流对于控制装置11也是已知的情况下，在确定用于控制旁路冷却剂出口6的阀10的操控状态C0和/或泵7的操控状态CP时，控制装置11可以考虑将来时间点中的至少一个将来时间点的所预测的有用冷却剂流。在此情况下存在用于考虑的不同可能性。下面阐述多个所述可能性。

为了阐明所述行动方式，冷却剂流随后被配备两个索引。如先前那样，第一索引（i）代表相应的冷却剂出口4、6。第二索引（j）代表时间点，其中值j=0代表相应的时间点，值j=1代表随后时间点等等。以类似的方式，总冷却剂流也配备有第二索引（j）。因此，例如对于用第二索引j=2表示的时间点，Wi2是用于各个冷却剂出口4、6的相应冷却剂流，而WG2表示所属的总冷却剂流。

例如可能的是，控制装置11可以对于至少一个将来时间点确定所属的总冷却剂流WGj（其中j＞0），并且在确定总冷却剂流的变化δWG时考虑所述总冷却剂流WGj。相应的总冷却剂流WGj尤其可以是针对下一时间点的总冷却剂流WG1。

例如，控制装置11可以针对相应的时间点（j＝0）和下一间点（j＝1）分别从而如上所阐述的那样优化函数F，并且由此针对两个所提及的时间点分别确定所属的总冷却剂流WG0、WG1，并且然后根据关系

确定总冷却剂流的变化δWG。然而优选地，在确定总冷却剂流的变化δWG时，除了至少一个将来时间点的所预测的有用冷却剂流Wij之外，控制装置11此外还考虑至少一个过去时间点的总冷却剂流WG'。相应的时间点应该处于至少一个将来时间点和至少一个过去时间点之间的中间。尤其是，控制装置11可以根据关系：

确定总冷却剂流WG的变化δWG。针对过去时间点的总冷却剂流WG'可替代地可以是额定值或实际值。这与在当前情况下使用的其余可变参量相反，所述其余可变参量始终是额定值。

下面结合图6再次详细化地阐明刚才阐述的行动方式。

与图2类似地，图6尤其是包括步骤S6至S10。因此，下面不再次阐述这些步骤。然而，步骤S1至S5被步骤S1l至S15代替。

在步骤S11中，类似于步骤S1，对于相应的时间点对于有用冷却剂出口4，相应的冷却剂流Wi0对于控制装置11是已知的。就此而言，参照关于图2的上述陈述。然而附加地，对于稍后的时间点、也即对于位于相应的时间点之后的时间点对于有用冷却剂出口4，相应的冷却剂流Wij（j＝ 1、2，... m）对于控制装置是已知的。

在步骤S12中，控制装置11确定冷却剂流W00。尤其是，根据以下关系：

得出冷却剂流W00。由此实现，关于总冷却剂流WG0的变化δWG遵守先前周期的预测。因此，实现当前周期的总冷却剂流WG0与先前周期的总冷却剂流WG1一致。因此，保持在先前周期中预测的总冷却剂流。该行动方式在图6的范围中是足够的，其中仅考虑下一周期的总冷却剂流WG1和先前周期的总冷却剂流WG'来确定总冷却剂流WG0的变化δWG。在需要时，对于其他总冷却剂流WGj（其中j>1）也可以采取类似行动方式。尤其是，可以对于在确定对于相应的周期有效的总冷却剂流WG0的变化δWG时在先前周期中考虑的每个总冷却剂流WGj采取该行动方式。因此，适配用于旁路冷却剂出口6的冷却剂流W0j，以便能够使在先前周期中使用的总冷却剂流WGj保持恒定。在无旁路冷却剂出口6的情况下，短期得出的变化可能不再能够被考虑。

此外，控制装置11在步骤S12中对于至少一个工作冲程T确定所属的旁路冷却剂流W0j，其中对于所述工作冲程T，所预测的有用冷却剂流Wij对于控制装置11是已知的。在图6的具体行动方式范围中，控制装置11可以例如通过最小化以下方程式8来确定旁路冷却剂流W01：

该行动方式与如上面已经结合方程式4阐述的行动方式相同。

在步骤S13中，控制装置11通过将相应的冷却剂流Wij相加来形成相应的总冷却剂流WGj。

在步骤S14中，控制装置11确定总冷却剂流WG的变化δWG。与图2的步骤S4的不同之处在于，控制装置11在步骤S14中使用上面在方程式6中说明的关系。

在步骤S15中，控制装置11更新针对先前周期的总冷却剂流WG'。与图2的步骤S5的不同之处在于，控制装置11在步骤S15中不使用当前周期的总冷却剂流WG0，而是使用所述控制装置在确定总冷却剂流WG0的变化δWG的范围中使用的总冷却剂流WG1。

下面结合图7阐述用于考虑所预测的有用冷却剂流的另一可能性。

如上面已经阐述的那样，控制装置11（在图6中参见步骤S13）对于相应的时间点和位于所述时间点之后的将来时间点分别确定所属的总冷却剂流WGj。图7对于四个工作冲程T的预测范围PH示出这一点。然而，所述预测范围PH当然仅是示例性的。预测范围PH也可能更大或更小。所确定的总冷却剂流WGj在图7中由小十字表明。

图7此外示出有用冷却剂流Wij的相应的总和。因为有用冷却剂流Wij对于控制装置11是已知的，所以该确定在预测范围PH的范围中毫无问题是可能的。有用冷却剂流Wij的所属总和在图7中通过小圆圈表明。

现在，控制装置11此外通过形成直接相继的总冷却剂流WGj（例如总冷却剂流WG1和WG2）的差来确定总冷却剂流WGj的所属变化。然后，控制装置11在预测范围PH内检验：所确定的总冷却剂流WGj的变化是否分别遵守预定的最大变化δmax。如果总冷却剂流WGj遵守最大变化δmax，则控制装置11保持所确定的总冷却剂流WGj。相反地，如果总冷却剂流WGj不遵守最大变化δmax，则控制装置11预见性地适配所确定的总冷却剂流WGj。在图7中通过小矩形示出了所属的经修改的总冷却剂流WGj。

根据可能性进行适配，使得不仅对于相应的时间点的总冷却剂流WG0的变化δWG而且对于将来时间点的所确定的总冷却剂流WGj的变化遵守最大变化δmax。这种情形在图7中示出。

根据可能性，控制装置11在适配的范围中保持针对不同的时间点预先给定的有用冷却剂流Wij，并且仅适配旁路冷却剂流W0j。然而如果在仅适配旁路冷却剂流W0j的情况下不能实现对最大变化δmax的遵守，则也必须进行有用冷却剂流Wij的适配。在无旁路冷却剂出口6的情况下，必须完全通过适配有用冷却剂流Wij进行所需要的适配。

因此，可以基于预测进行预见性预言规划。如图7中所示的，这可以不仅在增加所要求的总冷却剂流WGj情况下、而且在减少所要求的总冷却剂流WGj的情况下是需要的。

在根据图2的行动方式范围（同样情况适用于根据图6的行动方式），工作压力pA在步骤S6中被确定一次并且然后不再被改变。然而可能的是，如这在下面结合图8阐述的那样修改图2的行动方式。对于图6的行动方式，类似的修改是可能的。

根据图8，在步骤S9和S10之间存在步骤S21。在步骤S21中，控制装置11检验：阀10的操控状态Ci是否遵守与相应的阀10的最小操控和相应的阀10的最大操控的最小距离。此外，控制装置11在步骤S21中检验泵7的操控状态CP已在什么程度上被改变。例如，控制装置11可以在步骤S21的范围中使用具有要观察的边界条件的优化问题。这种优化问题通常对于本领域技术人员是已知的。

如果控制装置11在步骤S21中得出阀10的操控状态Ci遵守最小距离并且泵7的操控状态CP尽可能保持恒定的结果，则控制装置11转向步骤S10。否则，控制装置11转向步骤S22。在步骤S22中，控制装置11在所提及的优化的意义上改变所使用的工作压力pA。

泵7具有允许的运行范围。尤其是，根据图9中的图示，泵7的运行仅在最小转速nmin与最大转速nmax之间是允许的。此外，所要求的冷却剂量、即相应的总冷却剂流WG必须处于最小允许冷却剂流WGmin和最大允许冷却剂流WGmax之间。在此情况下，根据图9中的图示，最小允许冷却剂流WGmin和最大允许冷却剂流WGmax与在泵压力pP和吸入压力pS之间的差有关。因此，在无其他措施的情况下，泵7只能在图9中未画阴影线的区域内被运行。

然而可能的是，根据图10中的图示可以将泵7与旁通阀14并联连接。由此根据旁通阀14的操控可能的是，在由泵7输送的冷却剂流的0％至100％之间经由旁通阀分流，并且返回到泵7的输入侧或冷却剂储存器8。由此，仅其余未返回的部分作为总冷却剂流WG剩下。因此，不仅可能的是，不仅在图9中未画阴影线的区域内运行泵7和旁通阀14全部。这即使在无旁通阀14的情况下也会是可能的。相反地，由于旁通阀14，附加地也可能的是，在图9中以十字方式画阴影线的区域内运行泵7和旁通阀14全部。例如在步骤S9的范围中（参见图2和图6）可以确定用于旁通阀14的控制信号CK。在这种情况下，当然在步骤S10中由控制装置11相应地操控旁通阀14。

在根据图10的构型的情况下，优选地首先检验：泵7是否可以在本身看来允许的范围内被运行。如果这是这种情况，旁通阀14（完全）保持关闭。如果这不是这种情况，则在如这需要用以在本身看来允许的范围中运行泵7一样的程度上打开旁通阀14。

上面针对管路系统9的简单构型、即根据图1中的图示针对从泵7到阀10的单独直接连接阐述了本发明，其中节点15和冷却剂出口4、6之间的各个支线的长度可以被忽略，其中支线在所述节点处离开去向各个阀10。然而，即使管路系统9更复杂地被构成，也可以应用本发明。在这种情况下，仅必须考虑，对于在其处出现分支的每个节点，流入相应节点并且从相应节点流出的冷却剂流的总和必须总计得出为0，并且在相应的节点处对于管路系统9的每个所连接的分段必须给出相同的压力。所述行动方式类似于电气技术的基尔霍夫规则。该行动方式由此虽然在计算技术上更复杂，但是系统学（Systematik）保持不变。

甚至当在管路系统9的分段中的各个分段中布置自己的泵时，系统学也保持不变。下面结合图11根据示例更详细地阐述这一点。

根据图11，管路系统9具有三个分段16a、16b、16c。分段16a从泵7a延伸直至节点15。该分段16a具有长度La和横截面Aa。两个其他分段16b、16c从节点15延伸直至相应的有用冷却剂出口4b、4c和相应的旁路冷却剂出口6b、6c。另一泵7b在分段16b中位于节点15之后不远。分段16b具有长度Lb和横截面Ab。在16c节中没有泵。分段16c具有长度Lc和横截面Ac。阀10b、10c分别布置在冷却剂出口4b、4c和6b、6c上游。图11中所示的配置例如可以在以下冷却段处出现，即所述冷却段一方面具有强制冷却（冷却剂出口4b）并且附加地具有层流冷却（冷却剂出口4c）以及对于两个冷却中的每一个具有各一个旁路冷却剂出口6b、6c。在图11中未一起示出热轧材3和有用冷却剂出口4b、4c在冷却区域1中的布置，以便不使图11过载。

根据

得出分段16c中的阀10c的操控状态Cic。Wic是相应的冷却剂流，gic是相应的阀特性曲线，pAc是在阀10c的输入侧存在着的工作压力。如已经结合方程式1所阐述的，pA0是标称压力pA0。由此，用于分段16c的总冷却剂流Wc得出为

在忽略要克服的高度差的情况下对于节点15处的压力p15从中得出：

p1c和p2c类似于函数p1和p2地定义，但涉及分段16c。δWc是总冷却剂流Wc的变化。

以类似的方式，根据

得出分段16b中的阀10b的操控状态Cib。Wib是相应的冷却剂流，gib是相应的阀特性曲线，pAb是在阀10b的输入侧存在着的工作压力。如先前那样，pA0是标称压力pA0。由此得出用于分段16b的总冷却剂流Wb为

重新在忽略要克服的高度差的情况下，对于泵7b的输出侧的泵压力pPb从中得出：

p1b和p2b类似于函数p1和p2地定义，但涉及分段16b。δWb是总冷却剂流Wb的变化。由此也可以根据

确定泵7b的所需要的操控状态CPb。

作为在分段16b和16c中流动的总冷却剂流Wb、Wc的总和得出在分段16a中流动的总冷却剂流Wa：

由此，现在可以根据关系

确定泵7a输出侧的所需要的泵压力pPa。p1a和p2a类似于函数p1和p2地定义，但涉及分段16a。根据泵压力pPa，现在可以借助于关系：

确定泵7a的操控状态CPa。

工作压力pAb和pAc现在是系统的目标参量，所述目标参量可以被预先给定，或者在一些情况下也可以由控制装置11确定。总冷却剂流Wb、Wc是已知的。为了确定变化δWb、δWc（并且因此在结果中也确定变化δWa），可以参照结合图2和6的上述陈述。因此，方程组是唯一可解的。

但是，在这里在无旁路冷却剂出口6b、6c情况下的实现也再次是可能的。

本发明具有许多优点。尤其是，以高精度提供所要求的冷却剂流Wi、WG，而不需要水箱或其他补偿措施。工作压力pA可以根据需求被选择，并且甚至在运行冷却段期间被适配。冷却段的运行范围被扩展。尤其是，吸入压力pS以及泵压力pP可以根据需求被改变。这不仅适用于纯层流冷却而且适用于纯强制冷却，而且适用于既包括层流冷却又包括强制冷却的冷却段。由于工作压力pA和泵压力pP的适配，可以在显著的程度上节省能量。由此，在宽带钢热轧机中，与现有技术的解决方案相比，可以将用于泵浦冷却剂2所需要的平均能量消耗降低至少30％，在一些情况下甚至降低高达50％。与此相关联的成本节省可以处于远高于每年100,000欧元的范围中。所述方法此外也极其灵活。可以使总冷却剂流WG在几秒内从最小值升高到最大值，或者相反地从最大值下降到最小值，而冷却的精度不受此损害。

尽管已经在细节上通过优选的实施例更详细地图解和描述了本发明，但是本发明不因此受公开的示例限制，并且可以由本领域技术人员从中推导出其他变型，而不偏离本发明的保护范围。

附图标记列表

1 冷却区域

2 冷却剂

3 轧材

4、4b、4c 有用冷却剂出口

5 轧机机架

5' 卷轴

6、6b、6c 旁路冷却剂出口

6' 收集容器

7、7a、7b 泵

8 冷却剂储存器

9 管路系统

10、10b、10c 阀

11 控制装置

12 计算机程序

13 机器代码

14 旁通阀

15 节点

16a、16b、16c 管路系统的分段

A、Aa、Ab、Ac 管路系统的横截面

Ci、Cib、Cic 阀的操控状态

CP、CPa、CPb 泵的操控状态

F 函数

gi、gib、gic 阀特性曲线

H 高度差

i、j 索引

L、La、Lb、Lc 管路系统的长度

nmin、nmax 转速

p1、p1a至p1c 函数

p2、p2a至p2c

p15 压力

pA、pAb、pAc 工作压力

pA0 标称压力

PH 预测范围

pP、pPa、pPb 泵压力

pS 吸入压力

S1至S22 步骤

T 工作冲程

WG、WG'、WGj 总冷却剂流

Wgmin、Wgmax 冷却剂流

Wi、W0、Wij

W0* 额定冷却剂流

α、β 加权系数

δWG、δWa、δWb、 总冷却剂流的变化

δWc

δmax 最大变化

ρ 冷却剂的密度。

Claims (16)

1.一种用于对由金属制成的热轧材（3）进行冷却的冷却段的运行方法，其中所述冷却段具有泵（7），所述泵从冷却剂储存器（8）抽取冷却剂（2）并且经由管路系统（9）馈送给多个冷却剂出口（4、6），所述冷却剂出口经由布置在所述冷却剂出口（4、6）上游的阀（10）控制，

-其中所述冷却段的控制装置（11）周期性地对于相应的时间点

--在考虑应该在所述相应的时间点经由所述冷却剂出口（4、6）放出的冷却剂流（Wi）结合所述冷却剂（2）的在阀（10）的输入侧排队等候的工作压力（pA）确定用于所述阀（10）的操控状态（Ci ），

--通过将所述冷却剂流（Wi）相加来确定总冷却剂流（WG），

--在考虑所述总冷却剂流（WG）、所述冷却剂（2）的工作压力（pA）以及附加地考虑总冷却剂流（WG）的变化（δWG）的情况下确定泵压力（pP），其中所述泵压力应该在所述泵（7）的输出侧存在着，使得在所述阀（10）的输入侧达到所述工作压力（pA），

--在考虑所述总冷却剂流（WG）、所述泵压力（pP）和在所述泵（7）的输入侧存在着的吸入压力（pS）的情况下确定用于所述泵（7）的操控状态（CP），并且

--根据所确定的操控状态（Ci，CP）操控所述阀（10）和所述泵（7）。

2.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，

在确定所述泵压力（pP）时，所述控制装置（11）考虑所述管路系统（9）的由所述总冷却剂流（WG）要克服的管路阻力（p2）。

3.根据权利要求1或2所述的运行方法，其特征在于，

除了应该在所述相应的时间点经由所述冷却剂出口（4、6）放出的所述冷却剂流（Wij）之外，针对预测范围（PH）预测的冷却剂流（Wij）对于所述控制装置（11）是已知的，所述预测的冷却剂流应该对于多个将来时间点经由所述冷却剂出口（4、6）被放出，以及

所述控制装置（11）在确定所述泵（7）的操控状态（CP）时考虑所述将来时间点中的至少一个将来时间点的所预测的冷却剂流（Wij）。

4.根据权利要求3所述的运行方法，其特征在于，

所述控制装置（11）对于至少一个将来时间点确定所属的总冷却剂流（WGj），并且在确定所述总冷却剂流（WG0）的变化（δWG）时考虑所述所属的总冷却剂流（WGj）。

5.根据权利要求4所述的运行方法，其特征在于，

在确定所述总冷却剂流（WG0）的变化（δWG）时，除了至少一个将来时间点的所预测的冷却剂流（Wij）之外，所述控制装置（11）此外还考虑至少一个过去时间点的总冷却剂流（WG'）并且所述相应的时间点位于所述至少一个将来时间点与所述至少一个过去时间点之间的中间。

6.根据权利要求4或5所述的运行方法，其特征在于，

-所述冷却剂出口（4，6）包括有用冷却剂出口（4）和旁路冷却剂出口（6），

-仅仅借助于经由所述有用冷却剂出口（4）放出的冷却剂流（Wij）对所述热轧材（3）进行冷却，

-所述控制装置（11）基于对于所述相应的时间点和/或所述将来时间点经由所述有用冷却剂出口（4）要放出的冷却剂流（Wij）来确定对于所述相应的时间点和/或所述将来时间经由所述旁路冷却剂出口（6）要放出的冷却剂流（Wi0），使得保持在位于所述相应的时间点之前的较早时间点在确定对于所述较早时间点有效的总冷却剂流（WG）的变化（δWG）的范围中考虑的每个总冷却剂流（WGj）。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的运行方法，其特征在于，

在确定所述泵（7）的操控状态（CP）时，所述控制装置（11）

-对于所述将来时间点根据相应的预测的冷却剂流（Wij）确定相应的预测的总冷却剂流（WGj），

-对于所述将来时间点确定所确定的总冷却剂流（WGj）的变化，以及

-对于所述相应的时间点和/或将来时间点在所述预测范围（PH）内根据遵守或超过预定的最大变化（δmax）来保持或预见性地适配相应的总冷却剂流（WGj），使得根据可能性，不仅针对所述相应的时间点的总冷却剂流（WG0）的变化而且针对所述将来时间点的所确定的总冷却剂流（WGj）的变化遵守所述最大变化（δmax）。

8.根据权利要求1或2所述的运行方法，其特征在于，

-所述冷却剂出口（4，6）包括有用冷却剂出口（4）和旁路冷却剂出口（6），

-仅仅借助于经由所述有用冷却剂出口（4）放出的冷却剂流（Wi）对所述热轧材（3）进行冷却，以及

-所述控制装置（11）确定经由所述旁路冷却剂出口（6）要放出的冷却剂流（W0），使得经由所述旁路冷却剂出口（6）要放出的冷却剂流（W0）尽可能接近旁路额定冷却剂流（W0*），并且经由所述有用冷却剂出口（4）和所述旁路冷却剂出口（6）总计要放出的总冷却剂流（WG）的变化（δWG）尽可能小。

9.根据上述权利要求中任一项所述的运行方法，其特征在于，

所述阀（10）可以以无级的方式或至少以多个级被操控。

10.根据上述权利要求中任一项所述的运行方法，其特征在于，

所述控制装置（11）确定所述工作压力（pA），使得所述阀（10）的操控状态（Ci）遵守与最小操控和最大操控的最小距离，并且使所述泵（7）的操控状态（CP）尽可能保持恒定。

11.根据上述权利要求中任一项所述的运行方法，其特征在于，

在确定所述泵压力（pP）的范围中，所述控制装置（11）附加地还考虑要克服的高度差（H）。

12.根据上述权利要求中任一项所述的运行方法，其特征在于，

所述控制装置（11）附加地确定用于与所述泵（7）并联连接的旁通阀（14）的控制信号（CK），并且根据所确定的控制信号（CK）操控所述旁通阀（14）。

13.一种计算机程序，所述计算机程序包括可由用于冷却段的控制装置（11）执行的机器代码（13），其中通过所述控制装置（11）对所述机器代码（13）的执行引起所述控制装置（11）按照根据上述权利要求中任一项所述的运行方法来运行所述冷却段。

14.一种用于冷却段的控制装置，其中所述控制装置利用根据权利要求13所述的计算机程序（12）编程，使得所述控制装置按照根据权利要求1至12中任一项所述的运行方法来运行所述冷却段。

15.用于对由金属制成的热轧材（3）进行冷却的冷却段，

-其中所述冷却段具有泵（7），所述泵从冷却剂储存器（8）中抽取冷却剂（2），并且经由管路系统（9）馈送给多个冷却剂出口（4、6），所述冷却剂出口经由布置在所述冷却剂出口（4，6）上游的阀（10）控制，

-其中所述冷却段具有控制装置（11），所述控制装置（11）按照根据权利要求1至12中任一项所述的运行方法来运行所述冷却段。

16.根据权利要求15所述的冷却段，其特征在于，

所述冷却段的冷却区域（1）布置在轧机内和/或布置在轧机上游和/或布置在轧机下游，其中在所述冷却区域（1）内将所述冷却剂（2）施加到所述热轧材（3）上。

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