CN1642667A - 确定剖面和表面均匀性调节装置额定值的计算机辅助方法 - Google Patents

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Abstract

向材料流模型(18)输入描述通过轧制机架(3)之前和之后的金属带(1)的输入量(J，s)。该材料流模型(18)在带宽方向(z)上在线地确定轧制力的变化(fR)，并将其输入到轧制变形模型(7)。该轧制变形模型(7)由此确定所产生的轧制变形并将其送入额定值确定器(11)，该额定值确定器(11)根据所确定的轧制变形和输出端的轮廓变化(J)确定剖面和表面均匀性调节装置的额定值。

Description

确定剖面和表面均匀性调节装置额定值的计算机辅助方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定轧制机架的剖面和表面均匀性调节装置额定值的计算机辅助方法，该轧制机架至少具有用于在带宽延伸方向上轧制金属带的工作轧辊。在此，金属带例如可以是钢带，铝带或者有色金属带、特别是铜带。
背景技术
借助于常规的控制和调节方法可以实现，使所轧制的带具有所希望的最终轧制温度和所希望的最终轧制厚度。
不过，所轧制的带的质量不仅由这些量确定。其它决定所轧制的带的质量的量例如有金属带的剖面(Profil)、轮廓(Kontur)和表面均匀性(Planheit)。
剖面、轮廓和表面均匀性的概念在现有技术中部分地以不同的含义被使用。
剖面就其自身的词义来说是指在带宽上的带厚的变化。不过，这个概念在现有技术中不仅用于带厚在带宽上的变化，而且还部分地表示在带边沿的带厚与带中间的带厚的偏差的纯标量度量。对于该值在后面使用剖面值(Profilwert)的概念。
轮廓的概念部分地用于表示绝对带厚变化、部分地用于表示关于带中间带厚的绝对带厚变化。在后面使用轮廓变化(Konturverlauf)的概念表示关于带中间带厚的绝对带厚变化。
表面均匀性的概念就其词义来说首先包括金属带的仅可见的偏差。不过，在现有技术中以及在本发明中其也用作在带中存在的内部张力的同义词，并且与该内部张力是否引起金属带的可见偏差无关。
尽管在现有技术中已经公知了不同的用于控制和调节金属带表面均匀性的方法，例如，DE 19851554 C2就公开了一种这样的方法。但这些方法工作得还不完全令人满意。特别是常常难于对预定的表面均匀性进行预先设置和保持。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种确定剖面和表面均匀性调节装置额定值的计算机辅助方法，利用该方法可以比现有技术更好地得到并保持预定的剖面值、轮廓变化和/或表面均匀性变化。
上述技术问题是如下解决的：
-向一材料流模型输入描述通过轧制机架之前和之后的金属带的输入量，
-该材料流模型至少在带宽方向上在线地确定至少一个轧制力变化，并将其输入到轧制变形模型(Walzenverformungsmodell)，
-该轧制变形模型在引入该轧制力变化的条件下确定产生的轧制变形，并将其送入额定值确定器，和
-该额定值确定器根据所确定的轧制变形和输出端的轮廓变化确定剖面和表面均匀性调节装置的额定值。
材料流模型材料流模型材料流模型确定轧制力的两维分布，其中，一个方向在轧制方向上延伸，另一个方向在带宽方向上延伸。可以将轧制力的两维分布直接输入到轧制变形模型中。不过，如果材料流模型通过对在轧制方向上轧制力的分布进行积分来确定在带宽方向上的轧制力变化，则通常已经足够准确。
如果金属带和输入量在带宽方向上是对称的，则可以减少用于确定轧制力变化的计算花费。
在热轧制中所谓的希契科克公式有效，利用该公式可以确定轧制缝隙长度，并且根据该公式尽管在轧制方向上工作轧辊的变形仍保持轧制缝隙几何形状基本上为圆弧形。因此，与在轧制缝隙出现和消失的轮廓变化相结合，可以近似地确定在带宽方向和在轧制方向上的完整的二维轧制缝隙变化。因此，输入量优选地包括至少一个起始轮廓变化、一个终止轮廓变化和一个起始表面均匀性变化。
如果材料流模型借助于至少一个数学物理差分方程确定在带宽方向上的轧制力变化，该差分方程描述在轧制缝隙中金属带的流体特性，则该材料流模型工作得特别精确。因为这样根据在工作轧辊之间实际进行的变形过程确定轧制力变化。
金属带在轧制机架中在轧制方向上从一个轧制缝隙起始处通过有效轧制缝隙长度而得到轧制。如果轧制缝隙比远远小于1，则可以利用很小的计算花费至少近似地求解差分方程，其中，该轧制缝隙比是进入的带厚的一半与有效轧制缝隙长度的比值。即，轧制缝隙比应该低于0.4，尽可能低于0.3，例如低于0.2或者0.1。
如果轧制缝隙比小，则可以在至少一个差分方程中仅考虑轧制缝隙比的主要项，即建立渐进的近似。由此该至少一个差分方程的系数仅在二维上变化而不是在三维上变化。因此，可以极大地减少求解该至少一个差分方程的计算花费。
如果将该至少一个差分方程定义在轧制方向上和带宽方向上的支撑位置处，并且这些支撑位置不均匀地分布，则在得到同样精度的情况下还可以进一步减少计算花费。作为替换，自然也可以代之以减少计算花费而提高得到的精度。在此，尤其可以在轧制方向上均匀地设置支撑位置，而在带宽方向上使至带边沿的支撑位置的设置比在带中间区域设置得相互更近。
如果在该至少一个差分方程中输入一个在轧制方向上的摩擦系数和一个在带宽方向上的摩擦系数，该在轧制方向上的摩擦系数是常数而在带宽方向上的摩擦系数是一个非常数函数，则比在带宽方向上的摩擦系数是常数时得到明显更高的精度。
金属带具有不同的材料特性，例如流体张力。如果在材料流模型范围内将流体张力视为常数和/或材料流模型仅考虑金属带的塑性变形，则在明显减少计算花费的情况下仅带来计算结果极小的恶化。
如果材料流模型还在带宽方向上确定预期的输出端上的金属带表面均匀性变化，则其提供更广泛的信息内容。
如果轧制变形模型具有一个工作轧辊扁率模型和一个轧辊剩余变形模型，则借助于工作轧辊扁率模型可确定工作轧辊至金属带的扁率变化，而借助于轧辊剩余变形模型可确定轧制机架轧辊的剩余变形，并且将轧制力变化仅输入到工作轧辊扁率模型，这对于确定额定值通常是足够了。如果将轧制力变化也输入到轧辊剩余变形模型，则在提高计算花费的条件下自然可以实现更精确的结果。
材料流模型优选地根据已经轧制的金属带进行修正。为此，例如可以根据实际通过测量确定的轮廓变化和/或表面均匀性变化以及通过材料流模型预期的轮廓变化和/或表面均匀性变化改变至少一个摩擦系数。在此，该测量可以在多机架的轧制机列中的任意一个机架之后进行。
借助于轧制机架原则上可以轧制任意的金属带。不过优选地热轧制钢带或者铝带。
使用本发明的确定方法的多机架轧制机列优选地具有至少三个轧制机架，其中，本发明的确定方法应用在每个轧制机架上。
附图说明
本发明的其它优点和细节借助于附图由下面对优选实施方式的描述给出。图中按原理图示出了：
图1示出了一个由控制计算机控制的、用于轧制金属带的多机架轧制机列，
图2a和2b以截面示出了金属带以及轮廓变化，
图3a至图3c示出了不同的金属带，
图4示出了在控制方向上实现的模型的框图，
图5示出了轮廓确定器，
图6示出了带变形模型，
图7示出了工作轧辊和一金属带的上半部分，
图8示出了金属带的俯视图，
图9示出了轧制力的两维分布，
图10示出了带宽方向上的轧制力变化，
图11示出了金属带的表面均匀性变化，
图12示出了工作轧辊扁率模型，
图13示出了轧辊温度和磨损模型，
图14示出了轧辊弯曲模型，
图15示意地示出了自适应方法。
具体实施方式
按照图1，用于轧制金属带1的轧制机列由控制计算机2控制。在此，控制计算机2的运行方式由计算机程序产品2′规定，利用该计算机程序产品2’控制计算机2被编程。按照图1，轧制机列具有7个轧制机架3，尤其是至少具有三个轧制机架3。金属带1在轧制机列中在轧制方向x上被轧制。
图1中的轧制机列被构造为用于热轧钢带的生产线。但是，本发明不局限于用于热轧钢带的多机架轧制机列。该轧制机列还可以被构造为冷轧机列(串联机列)和/或只具有一个轧制机架(例如，一个可逆机架)和/或用于轧制非铁金属(例如，铝、铜或者其它有色金属)。
轧制机架3具有至少工作轧辊4，如图1中为一个轧制机架3所示出的，通常还具有支撑轧辊5。其还可以具有更多的轧辊，例如可轴向移动的中间轧辊。
由控制计算机2为机架调节器6预先给定用于没有示出的剖面和表面均匀性调节装置的额定值。然后，机架调节器6按照预定的额定值调节该调节装置。
通过该额定值每个轧制机架3输出端的轧制缝隙变化受到影响，该轧制缝隙变化设置在工作轧辊4之间。输出端的轧制缝隙变化对应于金属带1在输出端的轮廓变化J。因此，用于调节装置的额定值必须这样确定，使得产生这种轧制缝隙变化。
输入控制计算机2的输入量例如包括出铁口计划数据(如金属带1的输入厚度h0)以及对每个轧制机架3的总轧制力(下面简称为轧制力)FW和出铁口下降r。通常还包括最终厚度hn、额定剖面值、额定最终轮廓变化JT和所希望的表面均匀性sT。多数情况下轧制出的金属带1应该尽可能地平坦。即控制计算机2通过从输入给它的并在输入和输出端描述金属带1的输入量中确定出额定值。
按照图2a，金属带1在带宽方向z上通常具有不完全均匀的带厚h0。因此，除了带厚h0之外通常这样定义在带宽方向z上的轮廓变化J，即，从当前的、在带宽方向z的各个位置上的现有带厚中减去金属带1中间的带厚。这种轮廓变化J例如在图2b中示出。
此外，通常金属带1在轧制之后在理想的情况下应是绝对平坦的，如图3a中示意地示出的那样。但是，如图3b和3c示出的那样，金属带1经常具有偏差。导致这种偏差的原因是在带宽方向z上的内部张力差，其由在带宽上不均匀的轧制造成。
即使金属带1没有偏差，在多数情况下也存在内部张力差。一个表征金属带1中内部张力分布的、在带宽方向z上的函数在下面被称为表面均匀性变化s。
因此，应在轧制机架3中尽可能地这样确定额定轧制缝隙变化，使金属带1达到所希望的最终轧制量。因此，控制计算机2根据计算机程序产品2′实现多个共同作用的块。对此将在下面结合图4详细描述。
按照图4，在控制计算机2中通过计算机程序产品2′实现工作轧辊扁率模型8、轧辊弯曲模型9、轧辊温度和磨损模型10以及额定值确定器11。该工作轧辊扁率模型8、轧辊弯曲模型9、轧辊温度和磨损模型10共同构成轧制变形模型7。此外，控制计算机2中通过计算机程序产品2′实现了轮廓确定器12和带变形模型13。
轮廓确定器12是与机列有关的。按照图5，对于每个轧制机架3其具有一个(针对机架的)表面均匀性估计器14。对每个表面均匀性估计器14引入输入和输出轮廓变化J和输入表面均匀性变化s。在各轧制机架3之间的轮廓变化J最先仅是临时的。随后，如果必要，它们将被修改。此外，向每个表面均匀性估计器14输入下列与机架有关的量：
-进入带宽和进入带厚，
-在每个轧制机架3之前的输入带特性σ0和之后的输出带特性σ1，
-工作轧辊4的半径和工作轧辊4的弹性模型，
-轧制力FW和出铁口下降r，以及
-摩擦系数κX、κZ。
表面均匀性估计器14在线确定在每个轧制机架3输出处在带宽方向z上对预期的表面均匀性变化s的估计。因此，对于该在最前面的轧制机架3之后的轧制机架3的表面均匀性变化s，总是可以在设置在前面的表面均匀性估计器14已经确定了在其所属的轧制机架3的输出处对表面均匀性变化s的估计之后才进行确定。对于表面均匀性估计器14的内部结构和实现下面还要详细涉及。
在检验块15中验证所确定的表面均匀性变化s是否符合规定。特别是验证所确定的表面均匀性变化s是否处于下边界su和上边界so之间。在此，对于最后的轧制机架3的下边界和上边界su、so规定了所希望的表面均匀性变化sT。
如果所确定的表面均匀性变化s偏离了边界su、so，则在修改块1 6中改变轮廓变化J。在此，在第一轧制机架3之前的轮廓变化J0和在最后的轧制机架3之后应该达到的轮廓变化JT没有改变。改变的轮廓变化J再次被送至该表面均匀性估计器14，其然后重新对该轧制机架3之后的表面均匀性变化s进行计算。而如果表面均匀性变化s符合规定，则将确定的轮廓变化J按照图4送至带变形模型13。
表面均匀性估计器14被重复地调用。这是可能的，因为为了能够在线进行这种迭代，表面均匀性估计器14可以足够迅速地确定对表面均匀性变化s的估计。
按照图4，由函数发生器17预先给定在第一轧制机架3输入端的轮廓变化J0和对应的表面均匀性变化s0。即，将有关的变化J0、s0独立于金属带1的相应实际起始变化预先给定。这是可能的，因为在具有至少五台轧制机架3的钢生产线中两种变化J0、s0都是非临界的。典型地例如可以将起始轮廓变化J0作为在带宽方向z上的平方函数预先给定，使得在带边沿的带厚d比带中间的小1％。可以假设在第一轧制机架3输入端的表面均匀性变化s0为零。在用于非铁金属(铝、铜、…)的轧制机列中，甚至可以在三台轧制机架3的情况下两种变化J0、s0都是非临界的。作为替换，自然也可以借助于测量设备采集轧制机列输入端的实际轮廓变化和表面均匀性变化J0、s0，并输入到轮廓确定器12和带变形模型13。
按照图4，将定的轮廓变化J送至带变形模型13，以便为单个轧制机架3确定在带宽方向z上的轧制力变化fR(z)。带变形模型13与机列相关。按照图6，它被划分为多个材料流模型18，其中每个材料流模型18与一个轧制机架3对应。对每个材料流模型18输入与对应的表面均匀性估计器14相同的量。
材料流模型18在线地为在轧制缝隙中的金属带1的物理特性建立模型。这点将在下面结合图7至11详细地解释。
按照图7，金属带1在轧制机架3中沿轧制方向x从轧制缝隙出现在有效的轧制缝隙长度lp上被轧制。按照图7坐标系的原点位于带中间平面19上。该带中间平面19平行于轧制方向x并平行于带宽方向z延伸。在带中间平面19的上部和下部金属带1沿带厚方向y延伸。
金属带1在轧制缝隙中的特性可以通过差分方程和代数方程的方程组来描述。特别是该方程组描述了金属带1在轧制缝隙中的流体特性，如在下列R.E.Johnson的论文“Shape Forming and Lateral Spread in Sheet Rolling”，Int.J.Mach.Sci.33(1991)，第449至469页中的公式中描述的那样。
在这些方程中例如可以假设，在轧制方向上的摩擦系数κX为常数，而在带宽方向z上的摩擦系数κZ是一个非常数的函数。
为了减少计算开销还可以考虑给定或者假设的对称。尤其例如可以假设金属带1和输入量(特别是输入轮廓变化J0和输入表面均匀性变化s0)在带宽方向z上对称。不过，也可以容易地这样设置材料流模型18，使得其也包括非对称的情况。
此外，可以对方程组进行变换。特别是可以这样变换方程，使得所有变量和参数无因次。这点同样已经在上述Johnson的论文中公开了。
此外，同样与Johnson的一致，利用这样的状态，即有效轧制缝隙长度lp远大于输入带厚h0的一半。即，轧制缝隙比δ远小于1。由此，可以针对轧制缝隙比δ将方程(或其无因次修改后的相应物)展开，其中仅仅考虑轧制缝隙比δ中的主要项。
此外，还可以采用其它简化的假设。如可以假设，流体张力
Figure A0380616700131
为常数。最后还可以在材料流模型18的范围内仅仅考虑金属带1的塑性变形。如果涉及的是热轧制的金属带1，则这点尤其允许。
利用这些简化可以将方程变换为单个的、部分差分方程以及所属的边界条件，其中包括作为变量的无量纲的轧制压力。差分方程的系数随位置变化。该部分差分方程的可能特征同样在提到的Johnson的论文中给出，即在论文的第457页的第54方程给出。
在利用有限体积方法的条件下，该差分方程被离散化。即，该差分方程仅仅在支撑位置20上被定义。在图8中示意地示出了这些支撑位置20。在图8中还举例标出了两个有限体积。
从图8中可以看出，支撑位置20的分布是不均匀的。因为支撑位置20尽管在轧制方向x上是均匀分布的，但是在带宽方向z上朝向带边沿比在带中间区域则设置得相互更近。
通过该部分差分方程的有限体积离散化，该部分差分方二程被变换为在所谓的稀疏系统中的线性代数方程，其解可以借助于双共轭梯度方法数值地计算得出。这种方程的数值求解例如在下列文献中进行了描述：Y.Saab：Iterative Methods for Spare Linear Systems，PWS Publishing Company(1996)，或R.Barrett，M.Berry，T.F.Chan，J.Demmel，J.Donato，J.Dongarra，V.Eijkhout，R.Pozo，C.Romine and H.van der Vorst：Templates for the Solution ofLinear Systems：Building Blocks for Iterative Methods，Software-Evironments-Tools，SIAM(1994)。
由此，通过求解部分差分方程或者代数方程组，由材料流模型18为每个轧制机架3依次确定压力分布p(x，z)或者轧制力FW的两维分布p(x，z)。在此，方向在轧制方向x上和在带宽方向z上伸展。所确定的二维分布p(x，z)的一个例子在图9中示出。
从轧制力FW的两维分布p(x，z)可以通过在轧制方向x上的积分确定在带宽方向z上的轧制力分布fR(z)。在图10中示出了这种轧制力变化fR的例子。
通过回代从压力变化p(x，z)中确定金属带1的输出速度的变化。由此，通过求解代数方程组也给出了在每个轧制机架3的输出端在带宽方向z上预期的表面均匀性变化s。图11示出了一个这种预期的表面均匀性变化s(z)的例子。
工作轧辊4至金属带1的扁率关键取决于在带宽方向z上的轧制力变化fR(z)。因此，按照图4将所确定的轧制力变化fR(z)送至工作轧辊扁率模型8。此外，按照图12将多个标量参数输入工作轧辊扁率模型8。这些标量参数尤其包括带宽、带输入厚度、出铁口下降、轧制力FW、工作轧辊半径和工作轧辊4的表面弹性模型。
工作轧辊扁率模型8例如是由K.L.Johnson的专业著作ContactMechanics”，Cambridge University Press，1995中公开的。从中按照公知的方式确定在带宽方向z上工作轧辊4至金属带1的扁率变化。该扁率变化被传递给额定值确定器11。
轧辊温度和磨损模型10也是公知的，例如在Vladimir B.Ginzburg的专业书籍“High Quality Steel Rolling-Theory and Practice”，Marcel DekkerInc.，New York，Basel，Hongkong，1993中公开的。对该模型以公知的方式预先给定金属带1的数据、轧制数据、轧制冷却数据、轧制力FW和轧制速度v。金属带1的数据例如包括带宽、输入厚度、出铁口下降、金属带1的温度和温度特性。轧制数据例如包括轧制球体和轧制辊颈的几何形状以及温度特性和关于轧制轴承的信息。
借助于轧辊温度和磨损模型10为各轧制机架3的所有轧辊4，5确定温度轮廓(温度顶部)和磨损轮廓。因为轧辊4，5的温度和磨损随时间变化，必须一再调用轧辊温度和磨损模型10，特别是以有规律的时间间隔调用。两次调用之间的间隔通常处于1和10秒之间，例如3秒。
轧制温度和磨损除了其它之外也取决于轧制力变化fR。尽管如此，按照图4和图13由材料流模型18确定的轧制力变化fR并不输入到轧辊温度和磨损模型10，因为尽管存在轧制力变化fR的影响，但其相对小。原则上自然也可以将轧制力变化fR输入到轧辊温度和磨损模型10。
按照图4和14，由轧辊温度和磨损模型10确定的温度和磨损轮廓被输入到轧辊弯曲模型9。另外，对轧辊弯曲模型9还输入轧辊4和5的几何数据、轧制力FW、反弯曲力(Rueckbiegekraft)以及必要时的轧辊移动。轧辊数据尤其包括轧辊4、5的几何数据(包括可能的基本研磨)、轧辊芯和轧辊壳的弹性模型，而且是对于轧制机架3的所有轧辊4、5。
轧辊弯曲模型9同样是公知的，例如见已经提到的Vladimir B.Ginzburg的专业书籍。轧辊弯曲模型9以公知的方式对每个轧制机架3确定所有的弹性变形(工作轧辊4至金属带1的弹性扁率例外)，即，弯曲和扁率。
这样确定的工作轧辊弯曲轮廓也取决于在带宽方向z上的轧制力变化fR。尽管如此，按照图4和14轧制力变化fR并不输入到轧辊弯曲模型9。这是可能的，因为下列假设通常是足够精确的，即假设在带宽方向z上的轧制力变化fR在轧辊弯曲模型9中为均匀的或者至少在中间是均匀的并至边沿下降为零。在此，原则上也可以将由材料流模型18计算的轧制力变化fR输入到轧辊弯曲模型9。
按照图4，将由轧辊弯曲模型9和轧辊温度和磨损模型10确定的轮廓送至额定值确定器11。最后还将带宽厚变化J送至额定值确定器11。由此，额定值确定器11可以为每个轧制机架3通过建立在输出轮廓变化J和所确定的轧辊4、5的扁率和变形之间的差来确定，哪些剩余轧辊轮廓还必须通过剖面和表面均匀性调节装置实现。由此，额定值确定器11可以公知的方式，例如通过平方误差最小化确定对于剖面和表面均匀性调节装置的额定值并传送至机架调节器6。
轧制机架3的输出侧轧辊缝隙轮廓可以由不同的执行器或者调节装置施加影响。例如轧辊反弯曲、在CVC轧辊中的轴向轧辊移动和工作轧辊4的纵向扭转，即在轧辊4的一个位置上不再精确地平行取向(所谓对交叉，pair crossing)。也可以考虑仅仅局部起作用的轧辊加热或冷却。额定值确定器11可以为所有调节装置确定额定值。
上面假设了，带变形模型13仅在有限的范围内可以在线工作。特别是假设了不可能迭代地运行材料流模型18。只有在这种情况下才要求轮廓确定器12。因为表面均匀性估计器14必须能够对于每个轧制机架3多次调用，以便确定正确的轮廓变化J。反之，如果材料流模型18具有迭代能力，则可以通过材料流模型18共同并同时地确定轮廓变化J、轧制力变化fR(z)和剖面变化s。
如果需要表面均匀性估计器14，则它们构成为从材料流模型18中通过关于位置分布的输入和输出量的简化假设而导出的近似装置(Approximator)。例如，轮廓和表面均匀性变化J、s在表面均匀性估计器14的范围内由在带宽方向z上的较低阶数的多项式描述。这使得(在表面均匀性估计器14范围内)在足够的精确度下将近似装置的标量输入和输出量的数目减小到必要的最小值。多项式优选地是四阶或六阶对称多项式。
此外，在这种情况下表面均匀性估计器14与材料流模型18相反，不是物理模型。例如，其可以是在用于控制计算机2之前被训练的、具有学习功能的工具。在此，该训练可以离线或者在线进行。例如，表面均匀性估计器14可以作为神经元网络或者作为支持向量模型构成。
优选地，根据所轧制的金属带1以及其实际(测量的)轮廓变化J′和其实际的表面均匀性变化s′对材料流模型18进行修正。特别是可以对应于图15将由材料流模型18所确定的预期轮廓变化J和金属带1的实际轮廓变化J′送至校正值确定器21。
校正值确定器21可以例如根据所期望的与实际的轮廓变化J、J′之间的差值改变摩擦系数κX、κZ中的一个或者两者，即改变确定摩擦系数κZ的函数变化的参数。作为替换或者附加地也可以通过比较预期的表面均匀性变化s和实际的表面均匀性变化s′来改变参数。
借助于本发明的确定方法和所属的装置，尤其将在如今表面均匀性调节中的启发式的关系通过具有在线能力的数学-物理材料流模型18置换，该模型为在轧制缝隙中出现的变形过程建立模型。由此，可以明显地改善轮廓变化及表面均匀性控制和调节的特性，如精确度、可靠性和一般的可用性。此外，明显减少了(在投入运行期间和在正常运行期间)对于手动干预的需求。

Claims (31)

1.一种用于确定轧制机架(3)的剖面和表面均匀性调节装置的额定值的计算机辅助方法，其中，该轧制机架(3)至少具有用于轧制在带宽方向(z)上延伸的金属带(1)的工作轧辊(4)，其中，
-向材料流模型(18)输入描述通过轧制机架(3)之前和之后的金属带(1)的输入量(J，s)，
-所述材料流模型(18)至少在带宽方向(z)上在线地确定至少一个轧制力变化(fR(z))，并将其输入到轧制变形模型(7)，
-所述轧制变形模型(7)在引入该轧制力变化(fR(z))的条件下确定产生的轧制变形，并将其送入额定值确定器(11)，和
-所述额定值确定器(11)根据所确定的轧制变形和输出端的轮廓变化(J)确定剖面和表面均匀性调节装置的额定值。
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述材料流模型(18)确定轧制力(FW)的两维分布(p(x，z))，其中，一个方向在轧制方向(x)上延伸，另一个方向在带宽方向(z)上延伸，以及所述材料流模型(18)通过对在轧制方向(x)上轧制力(FW)的分布(p(x，z))进行积分来确定在带宽方向(z)上的轧制力变化(fR)。
3.根据权利要求1或2所述的确定方法，其特征在于，所述金属带(1)和输入量(J，s)在带宽方向(z)上对称。
4.根据权利要求1、2或3所述的确定方法，其特征在于，所述输入量(J，s)包括起始轮廓变化(J)、终止轮廓变化(J)和起始表面均匀性变化(s)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，所述材料流模型(18)根据至少一个数学物理差分方程确定在带宽方向(z)上的轧制力变化(fR)，该差分方程描述在轧制缝隙中金属带(1)的流体特性。
6.根据权利要求5所述的确定方法，其特征在于，所述金属带(1)在轧制机架(3)中沿轧制方向(x)从轧制缝隙起始处通过一个有效的轧制缝隙长度(lp)被轧制，以及轧制缝隙比(δ)远远小于1，其中，该轧制缝隙比(δ)是进入的带厚(h0)的一半与有效轧制缝隙长度(lp)的比值。
7.根据权利要求5或6所述的确定方法，其特征在于，所述至少一个差分方程仅考虑轧制缝隙比(δ)的主要项。
8.根据权利要求5、6或7所述的确定方法，其特征在于，这样构造所述至少一个差分方程，使得所有变量和参数无量纲。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的确定方法，其特征在于，将所述至少一个差分方程在轧制方向(x)上和带宽方向(z)上的支撑位置(20)处进行定义，而这些支撑位置(20)是不均匀地分布的。
10.根据权利要求9所述的确定方法，其特征在于，所述支撑位置(20)在轧制方向(x)上是均匀分布的。
11.根据权利要求9或10所述的确定方法，其特征在于，所述支撑位置(20)在带宽方向(z)上朝向带边沿的设置比在带中间区域的设置相互间更近。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的确定方法，其特征在于，在所述至少一个差分方程中输入一个在轧制方向(x)上的摩擦系数(κX)和一个在带宽方向(z)上的摩擦系数(κZ)，该在轧制方向(x)上的摩擦系数(κX)是常数，而在带宽方向(z)上的摩擦系数(κZ)是一个非常数函数。
13.根据上述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，所述金属带(1)具有流体张力，该流体张力在所述材料流模型(18)范围内被认为是常数。
14.根据上述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，所述材料流模型(18)仅考虑金属带(1)的塑性变形。
15.根据上述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，所述材料流模型(18)还确定在带宽方向(z)上预期的在输出端的金属带(1)的表面均匀性变化(s)。
16.根据上述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，所述轧制变形模型(7)具有一个工作轧辊扁率模型(8)和一个轧制剩余变形模型，借助于该工作轧辊扁率模型(8)确定工作轧辊(4)至金属带(1)的扁率变化，而借助于轧制剩余变形模型确定轧制机架(3)的轧辊(4，5)的剩余变形，并且将轧制力变化(fR(z))仅送至工作轧辊扁率模型(8)。
17.根据上述权利要求中任一项所述的确定方法，其特征在于，根据所轧制的金属带(1)修正所述材料流模型(18)。
18.根据权利要求17所述的确定方法，其特征在于，根据金属带(1)的实际轮廓变化(J′)和按照所述材料流模型(18)的期望轮廓变化(J)和/或根据金属带(1)的实际表面均匀性变化(s′)和按照所述材料流模型(18)的期望表面均匀性变化(s)，改变摩擦系数κX、κZ中的至少一个。
19.一种用于确定在第一和最后轧制过程之间的金属带(1)的中间量(θ，s)的计算机辅助方法，其中，
-向控制计算机(2)输入描述第一个轧制过程之前和最后一个轧制过程之后的金属带(1)的输入量(J0，s0，JT)，
-所述控制计算机(2)确定所述中间量(J，s)，
-每个轧制过程在一个轧制机架(3)中进行，而所述中间量(J，s)对于每个轧制过程至少部分地用于实施根据上述利要求中任一项所述的确定方法。
20.根据权利要求19所述的确定方法，其特征在于，所述中间量(J，s)包括轮廓变化(J)和表面均匀性变化(s)。
21.根据权利要求20所述的确定方法，其特征在于，将在每两个时间上直接相继跟随的轧制过程之间的所述表面均匀性变化(s)与首先实施的轧制过程的轧制力变化(fR(z))一起确定。
22.根据权利要求20或21所述的确定方法，其特征在于，将在每两个时间上直接相继跟随的轧制过程之间的所述轮廓变化(J)与首先实施的轧制过程的轧制力变化(fR(z))一起确定。
23.根据权利要求20或21所述的确定方法，其特征在于，在确定首先实施的轧制过程的轧制力变化(fR(z))之前确定在每两个时间上直接相继跟随的轧制过程之间的所述轮廓变化(J)。
24.根据权利要求23所述的确定方法，其特征在于，在一个轮廓确定器中确定所述轮廓变化(J)，该轮廓确定器对每个待确定的轮廓变化(J)具有一个表面均匀性估计器(14)，该表面均匀性估计器(14)的输入量对应于相应的材料流模型(18)的输入量，而作为输出量的是对轧制过程之间的表面均匀性变化(s)的估计。
25.根据权利要求24所述的确定方法，其特征在于，所述表面均匀性估计器(14)的输入和输出量(J，s)通过在带宽方向(z)上的较低阶数的多项式或者在带宽方向(z)上的样条进行描述。
26.一种用于实施根据上述权利要求中任一项所述的确定方法的计算机程序产品。
27.一种利用根据权利要求26所述的计算机程序产品(2′)编程的、用于具有至少一台轧制机架(3)的轧制机列的控制计算机。
28.一种由根据权利要求27所述的控制计算机控制的轧制机列。
29.根据权利要求28所述的轧制机列，其特征在于，所述轧制机列构成为用于钢带或者铝带的热轧机列。
30.根据权利要求28或29所述的轧制机列，其特征在于，所述轧制机列构成为多轧制机架的轧制机列。
31.根据权利要求30所述的轧制机列，其特征在于，所述轧制机列具有至少三台轧制机架(3)，并且所述控制计算机(2)这样编程，其在轧制机列的每个轧制机架(3)上使用根据上述利要求1至18中任一项所述的确定方法。
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