CN114728329B - 用于操作冶金工业的设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在分离装置或成型装置参与的情况下操作冶金工业的设备以生产金属产品的方法。根据本发明规定，针对要制造的金属产品，计算在金属产品的长度区段上的特性参数的实际值，其中，特性参数代表金属产品在分离或成型过程中的阻力。然后将特性参数p的计算出的实际值p_Ist与预定的阈值相比较，该阈值表征存在于设备中的分离装置或成型装置的性能。仅当金属产品的特性参数的实际值小于阈值时，即，当装置的性能足以分离或成型金属产品时，才会实际进行分离或成型。如果在比较中显示，特性参数的实际值大于阈值，则根据本发明，在分离或成型金属产品之前在相应的长度区段中进行金属产品的局部处理，使得特性参数的实际值降低到低于阈值。

Description

用于操作冶金工业的设备的方法

技术领域

本发明涉及用于在分离装置或成型装置参与的情况下操作冶金工业的设备、尤其是铸造和/或轧制设备以生产金属产品的方法。

背景技术

图3示出了如在现有技术中基本已知的冶金工业的这种设备的示例。图3具体示出了组合式铸造和轧制设备。铸造设备用附图标记1来表示。铸造设备包括布置在入口侧的结晶器和沿连铸方向后置于结晶器的铸坯引导部，该铸坯引导部用于使在结晶器中铸造的铸坯从竖向换向成水平。材料流方向在图3中是从左向右。沿材料流方向，与铸坯引导部联接的是第一分离装置，尤其是剪切机2，它标志着在铸造设备和轧制设备之间的过渡。沿材料流方向来看，轧制设备例如包括两个粗轧机架3、中间坯冷却部(Transferbarkühlung)4、炉子5、感应加热部6、多个精轧机架7、冷却段8、第二分离装置(尤其是剪切机9)以及成型装置(尤其是卷取装置10)。铸造设备和轧制设备的所提到的子单元部分地是可选的，并且绝不是必须总是都在具体的设备中实现。所有的子单元受到中央过程控制和材料跟踪11。

图3示出的设备为典型的CSP(Continuous Slab Production，连续板坯生产)设备，其可尤其以批量作业模式来操纵。然而，本发明绝不限于此。更确切地说，本发明还可用于所提到的类型的任何设备中，尤其是除了按批量作业之外，还可以所谓的连续作业和/或所谓的板连续作业来运转。

冶金工业的具有固定安装的分离装置或成型装置的设备有时不再可切割或成型要制造的新的金属产品，因为它们太硬或者因为它们在分离或成型中的阻力过大。于是，在这种情况下，固定安装的分离装置或成型装置的性能不再足够。在这种情况下，为了使整个设备的功能不必由于尤其是分离装置的性能局限而受到限制，而是可维持整个设备的性能，在现有技术中已知的是，对要制造的金属产品在预定的长度区段中有针对性地进行弱化，其中，金属产品应借助于分离装置在该预定的长度区段中进行切割。欧洲专利文献EP 3177 412 B1提出，有针对性地提高在该长度区段中的金属带材的温度，并且因此降低该区段中的金属产品的强度，使得金属产品可通过现有的性能受限的分离装置切割。

有利地，在金属产品的制造中力求达到的总体品质或质量不会受到该措施的不利影响，因为所述温度升高仅针对金属产品无论如何要在其中进行分离的非常狭窄限定的长度区段。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种用于操作冶金工业的设备的替代方法，在其中，金属产品通过具有受限性能的分离装置或成型装置来分离或成型。

该目的通过根据本发明的方法来实现。该方法的特征在于以下步骤：

a)预定表征分离装置或成型装置的性能的阈值；

b)计算在长度区段中的金属产品的特性参数的实际值，其中，特性参数代表金属产品在分离或成型过程中的阻力；

c)比较特性参数的计算出的实际值与预定的阈值，确定特性参数的实际值是否大于阈值；

d1)如果是：对所述长度区段的金属产品进行局部处理，使得特性参数的值下降到低于阈值，并且仅当特性参数的实际值小于阈值时，在所述长度区段中分离或成型金属产品；

d2)如果否：在所述长度区段中分离或成型金属产品，而无需事前局部处理。

与分离装置或成型装置或动词“分离/成型”结合使用的术语“或”不应被理解为排他性的“或”，而是以和/或的意义进行理解。

要求保护的方法提供的优点是，首先检查存在于设备中的分离装置或成型装置的性能是否足以分离或成型要制造的金属产品。仅当在不是这种情况下，即，因为代表性能的阈值小于代表在该长度区段中的金属产品的阻力的特性参数的实际值，进行合适的处理，即，弱化在先前定义的长度区段中的金属产品。另一方面，如果确定了分离装置或成型装置的性能足够，则无需在该长度区段中有针对性地处理或弱化金属产品，并且节省了相关的成本。金属产品的任何物理或冶金性质都可作为特性参数用于实施根据本发明的方法，条件是该特性参数仅至少在一定程度上代表金属产品在分离或成型过程中的阻力。特性参数可为单独的参数，例如金属产品的材料的厚度、宽度、温度或强度，但还可为这些单独参数的函数关系。相应地，用于在该长度区段中有针对性地弱化金属产品的处理步骤不限于单一措施。根据金属产品的特性参数和材料以及其他工艺条件，可从一组单个的处理步骤选择单个或多个处理步骤，以便局部有针对性地弱化金属产品，从而因此还可在冶金工业的具有固定安装的性能受限的分离装置或成型装置的设备中制造金属产品。

根据第一实施例，将以下函数关系用作特性参数p：

p＝f(w，d，T，k_f) (1)

其中：

D表示尤其在长度区段中的金属产品的厚度；

w表示尤其在长度区段中的金属产品的宽度；

T表示尤其在长度区段中的金属产品的温度；

k_f表示尤其在长度区段中的金属产品的强度；

f表示在提到的参数w、d、T和/或k_f之间的函数关系；并且

其中，关系设计成，使得当金属产品的厚度、宽度和/或强度上升时，关系的对应于特性参数的实际值p_Ist的函数值上升，和/或当金属产品的温度上升时，关系的函数值下降。

在该函数关系f中，还可将提到的参数d、w、T、k_f中的单个参数设为零或取消。

在公式(1)的具体设计方案中，例如可以如下方式计算特性参数p：

替代地，例如还可以如下方式作为公式(1)的特例计算特性参数p：

p＝d·w·k_f·c (3)。

在公式(3)中，忽略了温度。

在所有三个公式(1)、(2)和(3)中，参数d、w、T、k_f具有与上述相同的含义。参数c表示任意常数，其中，c∈R。

如果根据方法步骤d1)表明，金属产品的特性参数的实际值即使在进行处理之后在预定义的长度区段中仍不小于阈值，则本发明规定，反复重复步骤b)、c)和d1)或d2)，优选直到特性参数的实际值小于阈值，以便然后可通过现有的性能受限的分离装置或成型装置执行力求达到的分离或成型过程。

附图说明

还给出了根据本发明的方法的其他有利的设计方案。说明书附有以下附图，其中：

图1示出了在金属产品的预先定义的长度区段内的请求保护的处理步骤的第一实施例，在此例如是减小厚度；

图2示出了在长度区段内的请求保护的处理步骤的第二实施例，在此例如是降低金属产品的强度；并且

图3示出了现有技术的铸造和轧制设备。

具体实施方式

下面参考提到的图1和图2以实施例的形式详细说明本发明。在所有的附图中，相同的技术元素用相同的附图标记来表示。

分离装置的切割力和成型装置的成型能力、尤其是卷取机的卷绕能力总是受到限制。卷取机所需的用于卷绕第一圈所需的功率特别大。为了可尽可能最好地利用存在于冶金工业的设备中的、具有相应受限的性能的分离装置和/或成型装置，并且不必因厚、宽或高强度的金属产品而使得不可能生产，根据本发明规定，在金属产品在通过设备时随后应进行分离(即切割)或成型的长度区段中减小分离装置或成型装置的负荷。

所述长度区段原则上可预先定义在金属带材长度上的任意部位处。因此，它例如可确定在分离装置的切割点处，即，确定在一带材末端与下一带材始端的过渡处，或者在通过卷取机成型的情况下确定在金属产品的带材头部处；在后一种情况下，以便便于尤其带材头部的第一圈卷绕在卷取机上。通常，分离装置和成型装置的负荷随着金属产品的材料的厚度上升、宽度上升、以及强度上升而上升。反之，负荷随着温度上升而下降，因为此时材料的强度或屈服应力变小。此外，负荷与材料相关。具有更小的k_f的更软的材料可比更硬的材料更容易切割或卷绕。术语“负荷”意指金属产品在分离或成型过程中的阻力。鉴于所提到的影响阻力的多个单独参数，显得适宜的是，定义金属产品的特性参数p，其如所述的那样代表金属产品在分离或成型过程中的阻力。针对上述公式(1)，根据一实施例，本发明提出以如下方式将特性参数计算为实际值p_Ist：

在此，d表示金属产品的厚度，w表示金属产品的宽度，T表示金属产品的温度，并且k_f表示金属产品的材料参数，其代表金属产品的强度。参数c表示任意常数。

根据替代的实施例，还可以如下方式将特性参数p计算为实际值：

p_Ist＝d·w·k_f·c (3)

在替代的限定中，忽略金属产品的温度。

借助提到的公式，可为每种要在设备上制造的金属产品算出在长度区段中的特性参数的实际值。

根据本发明，为至少单个、优选为所有存在于设备中的分离或成型装置相应定义阈值，其表征各个分离装置或成型装置在其分离或成型力方面的性能。

然后，根据本发明的方法规定，将为要制造的金属产品计算的特性参数的实际值与各装置的性能的预定的阈值进行比较，以确定实际值是否大于阈值，参加方法步骤c)。即，检查金属产品的阻力是否大于各装置、尤其能力最低的装置的性能。如果是这种情况，金属产品在通过设备时在到达相应的分离装置或成型装置之前在所述长度区段中有针对性地对其进行弱化，目的是使得特性参数的实际值低于阈值。

只有在实现这个目的时，可借助于存在于设备中的分离装置或成型装置在所述长度区段中以设置的方式分离或成型金属产品。只要特性参数的实际值还没有低于阈值，要制造的金属产品不可被分离装置或成型装置正确处理。如果特性参数的实际值在执行金属产品的第一处理步骤之后仍未下降到低于阈值，则提出重复尤其请求保护的方法步骤b)、c)以及d1)或d2)，直至特性参数的实际值下降到低于阈值。这之后才可对金属产品通过现有的分离装置或成型装置进行处理。

在处理时，即，在有针对性地弱化金属产品时，要注意的是，这基本上是不期望的，因为它与要制造的金属产品的力求得到的材料性能相矛盾。因此，必须通过设备的自动化系统确保金属产品的处理或弱化仅仅受限于先前定义的长度区段，因此仅在分离装置切割金属产品或成型装置应成型金属产品成型的部位进行处理或弱化。为此，必需预先、尤其在铸造时已经确定稍后应在哪个部位进行分离、更确切地说切割或成型。在将金属带材引导通过设备时，跟踪金属产品的通常通过设备的自动化系统预先确定的位置或相应的长度区段Lx，至少直至到达分离装置或成型装置。然后通过所述分离装置或成型装置仅在预定的长度区段中进行金属产品的分离或成型。

根据本发明在长度区域Lx中处理或弱化金属产品以减小特性参数的此处的局部的实际值可通过以下单个步骤中的至少一个步骤来执行：

i)通过一个或多个轧机机架减小金属产品的厚度d，该轧机机架通过更大程度地压下金属产品引起在长度区段Lx上的更低的厚度，参见图1。该过程具有的特别的优点是，可减少在长度区段Lx中的材料的量。

ii)借助于立轧机(Staucher)或通过改变在结晶器中的铸坯的宽度减小金属产品的宽度w；这同样具有的优点是，例如逐步降低或减少在长度区段中、即在过渡区域中的材料。

iii)提高金属产品的温度，例如通过感应加热或通过中间坯冷却或通过在铸造设备的次级冷却部或轧制设备的冷却段中采取合适的冷却策略，其中，该策略相应设置成降低在长度区段上的冷却功率。

iv)在该长度区段上降低金属产品的强度，参见图2，例如同样通过采取合适的冷却策略。因此，例如可通过很迟的冷却而不是很早的冷却，或者通过缓慢冷却而不是快速冷却来在长度区段上设置具有例如抛物线走向的降低的强度，并且因此降低在该长度区段中的特性参数的实际值。这同样可通过卷取温度来实现。

此外，通过指定对此适当的工艺变量，可通过组织模型来设定在长度区段中的较低的目标强度或参数k_f的减小的值。工艺变量例如可为炉温、终轧温度或卷取温度，或者是尤其金属产品的长度区段在炉子或精轧机组中的停留时间。组织模型的要指定的工艺变量同样可为上述参数，例如金属产品的厚度、宽度、强度或温度。然而，附加地，性质也可通过改变机架中的压下分布来影响。

基于算法或人工智能算法，例如神经网络或其他，可安装更高级别的模块，其然后决定是否应改变厚度、温度、宽度或材料参数k_f，或这些值中的多个值，以便将特性参数的实际值降低到阈值以下。此外，模块可决定哪个机组、即设备的哪个分离装置或成型装置应采用改变所选的参数。根据本发明，在分离装置或成型装置中的单个装置出现问题或故障的情况下，还可在进行的操作中进行重新规划。这例如可意味着，由于设置成减小厚度的轧机机架的故障，不是最初计划的减小金属产品的厚度，而是在金属产品的长度区段上减小宽度和/或提高温度，以便将特性参数的实际值降低到低于阈值。重新规划的决定性因素可以是：达到尽可能好的质量、使用尽可能少的能源或保持生产尽可能稳定和安全。

附图标记列表

1铸造设备

2分离装置，尤其剪切机

3粗轧机架(一个或多个)

4中间坯冷却部

5炉子

6感应加热部

7精轧机架(一个或多个)

8冷却段

9分离装置，尤其剪切机

10成型装置，尤其卷取机

11工艺控制，材料跟踪

Lx长度区段

p特性参数

d金属产品的厚度

Claims (12)

1.一种用于在分离装置(9)和/或成型装置(10)参与的情况下操作冶金工业的设备以用于生产金属产品的方法，该方法具有以下步骤：

-定义所述金属产品的长度区段(Lx)，在该长度区段中对所述金属产品借助于所述分离装置(9)进行切割和/或借助于所述成型装置(10)进行成型；

-将金属带材引导通过所述设备，并且

-在将所述金属产品引导通过所述设备期间跟踪所述金属产品的预定的长度区段，至少直至到达所述分离装置(9)和/或所述成型装置(10)；以及

-在到达所述分离装置(9)和/或成型装置(10)时在所述预定的长度区段中切割和/或成型所述金属产品；

其特征在于，所述方法还具有以下步骤

a)预定表征用于分离和/或成型要生产的金属产品的所述分离装置和/或成型装置的性能的阈值；

b)计算在所述长度区段中的金属产品的特性参数p的实际值，其中，所述特性参数代表所述金属产品在分离和/或成型过程中的阻力；

c)比较所述特性参数的计算出的实际值p_Ist与所述特性参数的预定的阈值，确定所述特性参数的实际值是否大于所述阈值；

d1)如果是：通过以下单个步骤中的至少一个步骤局部处理在所述长度区段中的金属产品，使得所述特性参数的值下降到低于阈值：

-减小所述金属产品的厚度(d)，

-减小所述金属产品的宽度(w)或立轧所述金属产品，

-提高所述金属产品的温度(T)，

-降低所述金属产品的强度(k_f)，

并且只有当所述特性参数的实际值p_Ist小于所述阈值时，才在所述长度区段中分离和/或成型所述金属产品；或者

d2)如果否：在所述长度区段中分离和/或成型所述金属产品，而无需事前处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下函数关系计算所述特性参数p的实际值p_Ist：

p_Ist＝f(w，d，T，k_f)

其中：

d表示在所述长度区段中的金属产品的厚度

w表示在所述长度区段中的金属产品的宽度

T表示在所述长度区段中的金属产品的温度

k_f表示在所述长度区段中的金属产品的强度

f表示在提到的参数w、d、T和/或k_f之间的函数关系；

并且其中，如此设计所述关系，即，当所述金属产品的厚度、宽度和/或强度上升时，关系的对应于所述特性参数的实际值p_Ist的函数值上升，和/或当所述金属产品的温度上升时，关系的函数值下降。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在所述设备的冷却装置中用合适的冷却策略冷却所述金属产品降低强度k_f。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助组织模型通过合适地改变工艺变量降低强度k_f。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，工艺变量为炉温、终轧温度或卷取温度，和/或为所述金属产品的长度区段在炉子或精轧机组中的停留时间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，借助于算法选择进行的单个步骤，其中，所述算法不会触发单个步骤中的这样的步骤，在该步骤中，设备的对于执行所需的机组当前不存在或无法运行。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述算法是人工智能算法。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述设备的连续操作期间，改变作为用于处理所述金属产品的措施的所选择的单个步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述设备的连续操作期间，根据改变的操作条件改变作为用于处理所述金属产品的措施的所选择的单个步骤。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述金属带材的长度内，在所述长度区段中的金属产品的厚度减小、强度降低和/或温度提高是阶跃、线性、抛物线或正弦函数。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，当在方法步骤d1)中确定所述特性参数的实际值即使在执行用于处理所述金属产品的单个步骤中的至少一个单个步骤之后仍不小于所述阈值时，反复重复实施所述方法步骤b)、c)、d1)或d2)。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述设备是铸造和/或轧制设备。