DE2247121A1

DE2247121A1 - Verfahren zur ermittlung der waermemenge von einen ofen durchlaufenden werkstuecken sowie anordnung zur durchfuehrung eines solchen verfahrens

Info

Publication number: DE2247121A1
Application number: DE19722247121
Authority: DE
Inventors: William R Miller; Clarence E Peck
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-09-27
Filing date: 1972-09-26
Publication date: 1973-04-05
Also published as: BE789264A; ZA726501B; JPS4850776A; CA958796A; LU66166A1; FR2155397A5; JPS5549140B2

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

4 Düsseldorf 1 · Schadawplatz 9

Düsseldorf, 25«. Sept. 1972

•Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Verfahren zur Ermittlung der Wärmemenge von einen Ofen durchlaufenden Werkstücken sowie Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens

•Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Erwärmung von Walzblöcken, insbesondere auf eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Walzblockerwärmung in Verbindung mit einem Warmwalzwerk.

Der Einsatz eines Steuersystems mit einem programmierten digitalen Rechner und eines Verfahrens für die Steuerung der Walzblockerwärmung, insbesondere in Verbindung mit einem entsprechenden Warmwalzwerk ist wegen der möglichen wirtschaftlichen Einsparung erheblicher Geldbeträge wünschenswert. Die Erwärmung von Walzkörpern ist mit dem Einsatz sehr großer Mengen an Wärmeenergie verbunden, wenn man die entsprechende Stahlproduktion über einen Zeitraum von beispielsweise einem Jahr berücksichtigt. Einsparungen im Gesamtverbrauch an Energie und eine Herabsetzung des Verlustes an Metall infolge Zunderbildung entsprechen Geldbeträgen, die jegliche für den Einsatz eines Rechner-Steuersystems erforderliche Investition bei weitem wettmachen. Ferner lassen sich Verbesserungen hinsichtlich des Betriebs des Ofens für die Walzkörperaufheizung und einer besseren Gesamtüberwachung der Produktqualität verwirklichen. Die finanziellen Einsparungen vervielfachen sich entsprechend der An-

zahl an öfen, die zur Deckung der Kapazität des zugehörigen WaIz-

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werks erforderlich sind, und entsprechend den gesamten Uberwachungsvorgängen, die zur Erzielung der richtigen Aufheizung der Walzkörper durchgeführt werden müssen und dann in ihrem Umfang über die Fähigkeit eines menschlichen Ofenoperators hinausgehen, die große Vielzahl von zu erwartenden Situationen zu meistern. Die Tatsache, daß Überwachungsverfahren zur Verfügung stehen, die mit mit hoher Geschwindigkeit programmierten digitalen Rechnern arbeiten, gestattet eine sehr schnelle Analyse der überwachten Änderungen der Betriebszustände und der gewünschten resultierenden Ofenkorrekturen, um Änderungen im Betrieb des Walzwerks rascher und wirksamer entgegenzutreten.

Die Erfindung betrifft den Betrieb eines Ofens für die Aufheizung von Walzkörpern und insbesondere die Steuerung des Betriebs eines Ofens für die Wiederaufheizung eines Walzkörpers, wie er für die Aufheizung von Metall-Walzkörpern zu deren Vorbereitung vor dem Walzen in einem Warmwalzwerk eingesetzt wird.

Um den Anforderungen von Warmwälzwerken zu genügen, müssen die Walzkörper in kontinuierlichen öfen auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt werden, wobei die Wärme den einzelnen Walzkörpern sowohl von deren Ober- als auch deren Unterseite aus zugeführt wird, wenn diese vorbestimmte Heizzonen des Ofens durchlaufen. Allgemein werden die Walzkörper entgegengesetzt zur Richtung der Heizgase weitertransportiert, wobei die Ofen in bestimmte Heizzonen unterteilt sind, die jeweils ihren eigenen Temperaturregler für die überwachung des Brennwerts eines oder mehrerer Brenner in den verschiedenen Heizzonen aufweisen. Beispielsweise werden in einem herkömmlichen Schubofen mit fünf Heizzdnen drei Aufheizzonen vorgesehen, die üblicherweise als Vorheiz- oder Aufladezone, Heizzone sowie Dauerglüh- bzw. Verteilzone bezeichnet werden.

In der Regel ist die Vorheiz- oder Aufladezone die größte der drei Aufheizzonen, sowohl hinsichtlich der räumlichen Abmessungen als auch bezüglich der den Walzkörpern zugeführten Wärmemenge, wobei sie gesonderte Brennersysteme für die Ober- und Unterseite der Walzkörper besitzt. Die der Vorheiz- oder Aufladezone folgende

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Heizzone heizt dann unter Verwendung eines ähnlichen Brennersystems den Walzkörper auf die gewünschten Walztemperaturen auf. Wenn die Walzkörper-Oberflächen eine gewünschte Temperatur erreicht haben, werden sie in die Dauerglüh- bzw. Verteilzone weitertransportiert, um für eine gleichmäßige Temperaturverteilung bzw. ein gleichförmiges Temperatufprofil über den gesamten Walzkörper zu sorgen.

Da das Walzgut kontinuierlich durch die öfen geführt wird, ist es in hohem Maße wünschenswert, einen Betriebszustand zu erzielen, bei dem der stationäre Zustand der den Ofen verlassenden aufgeheizten Walzkörper im wesentlichen den Anforderungen hinsichtlich des dem zugehörigen Walzwerk zugeführten erhitzten Walzguts entspricht. Auch wäre es vorteilhaft, optimale Arbeitsbedingungen im Walzblock-Heizofen zu schaffen, so daß der gesamte zugeordnete Vorgang unter den wirtschaftlichsten und zufriedenstellendsten Bedingungen abläuft. Außer den wirtschaftlichen Vorteilen werden gegenüber den herkömmlichen Verfahren zum Betrieb von öfen für die Aufheizung von Walzblöcken Verbesserungen hinsichtlich des Ofenbetriebs sowie eine bessere Gesamtüberwachung der Qualität der aufgeheizten Walzblöcke verwirklicht.

Es ist anzustreben, für eine Vielzahl unterschiedlicher Walzblockabmessungen, Kombinationen unterschiedlicher Walzblöcke und unterschiedliche individuelle Walzblockbewegungen jeweils über einen mit der richtigen Walztemperatur gleichförmig aufgeheizten Walzblock verfügen zu können. Weitgehende Schwankungen und plötzliche Änderungen der Heizwerte für die entsprechenden Zonen sollen bei Abstimmung auf die Anforderungen des zugeordneten Walzwerks auf einem Minimum gehalten werden. Die Anforderungen an die Verteilzeit in der Dauerglüh- oder Verteilzone für die einzelnen WaIz-. blöcke sollen bei gleichzeitiger maximaler Produktion und minimaler Bremsspur auf ein Minimum gebracht werden, indem gewährleistet wird, daß die Walzblöcke insgesamt den erforderlichen Wärmeinhalt haben, ehe sie die Verteilzone der einzelnen öfen erreichen. Entsprechend dem Durchsatz des Walzwerks und der durchschnittlichen Dicke der die einzelnen Ofenzonen durchlaufenden Walzblöcke soll

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mit einer minimalen Ofentemperatur gearbeitet werden. Die Heizwerte zwischen den einzelnen Heizzonen sollen so aufgeteilt werden, daß eine möglichst wirksame Auswertung der insgesamt zugeführten Heizenergie erfolgt/ und fortlaufend arbeitende Vielzonenöfen werden mit dieser Fähigkeit in bezug auf die Änderung in den Anforderungen des zugehörigen Walzwerks ausgestaltet. Die Walzblöcke sollen vor einer Schädigung infolge übermäßiger Erwärmung, infolge Zunderbildung etc. geschützt werden, wenn die Anforderungen des Walzwerks an die erhitzten Walzblöcke sich rasch ändern. Durch Minimierung der Auswirkungen der Änderungen hinsichtlich der Anforderungen an die aufgeheizten Walzblöcke lassen sich die Lebensdauer der einzelnen feuerfesten Ofenbaumaterialien erhöhen und die Anforderungen an deren Wartung verringern. Es eoXf%i.n Überwachungssystem und ein Verfahren zur Verfügung stehen, die flexibel und in weitreichendem Umfang einsetzbar sind, um ein Ansprechen des Ofens auf gemessene Zonentemperaturen und Rückkopplungesignale von Schwerpunkten des zugeordneten Walzwerke aus zu ermöglichen, beispielsweise ein Ansprechen auf Walzblocktemperaturen, die hinsichtlich des anfänglichen Durchlaufs durch eines der ersten Walzgerüste des Warmwalzwerks gemessen werden. Die Steuerung soll sich für jede Art von fortlaufend arbeitender Multizonen-Heizeinrichtung für Walzkörper und auch für Kombinationen von durch Brennstoffe einerseits und elektrische Energie andererseits beheizter Ofensysteme einsetzen lassen.

Von denselben Erfindern wurde bereits eine frühere Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 705 506 am 14.2.1968 in den USA eingereicht, die sich auf ein früheres Steuersystem für zur Wiederaufheizung von Walzblocken dienende öfen bezieht, wobei die räumliche Verschiebung der Walzblöcke erfaßt und die Arbeitsgeschwindigkeit des Walzwerks überwacht wurde, ferner Temperaturfühleinrichtungen vorgesehen waren, um Temperatur-Rückkopplungssignale bezüglich der Temperaturen der Ober- und der Unterseite der Walzblöcke zu liefern.

Ein digitaler Rechner zur Prozeßsteuerung kann eine zentrale integrierte Prozeßsteuerung oder eine Zentraleinheit enthalten, die

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mit einem sequentiell abgestuften Software-Arbeitsprogramm arbeitet, das in die Speichereinheit des Rechners eingegeben und dort gespeichert wird, wobei ferner eine zugeordnete Eingangs-und Ausgangsausrüstung vorgesehen ist, wie das allgemein in einem Aufsatz mit dem Titel "Understanding Digital Computer Process Control" yon B. H. Murphy, erschienen in "Automation", Januar 1965, S. 71 - 76, sowie in einem Aufsatz mit dem Titel "Small Control Computers — A new Concept" von F. G. Willard beschrieben wird, der in "Westinghouse Engineer", November 1964, S. 174 τ 179 erschien. Außerdem sei auf zwei weitere hier interessierende Aufsätze bezüglich der Programmierung eines Prozeßrechners verwiesen. Der eine Aufsatz wurde in "Westinghouse Engineer", Januar 1965, S. 13 - 19 veröffentlicht und stammt von Paul E. Lego, während der andere Aufsatz von J. S. Deliyannides und A. H. Green stammt und in "1966 Iron and Steel Engineer Year Book", S. 328 - 344 veröffentlicht wurde. Jeder Prozeßrechner ist mit bestimmten Eingangssystemen, gekoppelt, die nicht im einzelnen gezeigt sind und typischerweise· ein Eingangssystem, das den Zustand der verschiedenen Prozeßbedingungen repräsentierende Signale abtastet, ein herkömmliches analoges Eingangssystem, das analoge Prozeßsignale abtastet und umwandelt, sowie, vom Operator überwachte sowie weitere Eingangseinrichtungen und Systeme wie ein Papierband, einen Fernschreiber sowie eine Eingangs-Wählvorrichtung umfassen kann. Dem Rechner-Steuersystem werden über InformationseingabevorrichtungAerschiedene Arten von Informationen zugeführt, wobei diese Informationen für den Fall eines Walzblock-Heizofens den gewünschten Walzblock-Wärmeinhalt H_T, die Beschaffenheit des aufzuheizenden Walzblocks etc. sowie Hardware-orientierte Programme und Steuerprogramme für das Programmiersystem usf. umfassen können. Das Eingangssystem koppelt das Computersteuersystem mit dem Arbeitsablauf mittels gemessener oder erfaßter Signale. Um die gewünschten Ausgangs-Steuerwirkungen zu erhalten, werden Steuereinrichtungen unmittelbar mittels eines Ausgangssystems oder mittels analoger Signale betrieben, die von dem Ausgangssystem über einen Digital-/Analogwandler erhalten wurden. Ein solcher Steuervorgang gibt von dem Rechner-Steuersystem den Temperatur-Einstellpunkt für jede Heizzone aus, wobei dieser Wert dann den entsprechenden Temperaturreglern zugeführt wird, um

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den gewünschten Betrieb der Heizzonen zu bestimmen. Die zuvor ermittelten Walzblock-Wärmeinhaltwerte für die einzelnen Heizzonen werden in einem Speicher zusammen mit den berechneten Werten anderer ausgewählter Arbeitsparameter festgehalten. Es kann eine geeignete Ausgangs-Anzeigevorrichtung vorgesehen werden» die mit dem Rechner-Steuersystem zusammenarbeitet, um den Operator allgemein über den Prozeßablauf informiert zu halten und um dem Operator Signale zu geben, falls hinsichtlich eines bestimmten Ofens von ihm aus etwas veranlaßt werden muß. Die Verwendung eines on-line-Digitalrechner-Steuersystems macht es notwendig, daß ein oder mehrere Modelle betreffend den überwachten Arbeitsablauf in der Speichereinheit des Rechners gespeichert werden, um prädiktiven Betrieb und Steuerung des Arbeitsablaufs und eine adaptive Steuerung des Arbeitsablaufs in bezug auf Information zu ermöglichen, die jeweils den neuesten Stand wiedergibt und aus dem tatsächlichen Betriebszustand des Arbeitsablaufs gewonnen wurde.

Die gezeigte Steueranordnung dient dazu, für jeden Ofen den Zonentemperatur-Einstellpunkt des entsprechenden Temperaturreglers der einzelnen Heizzonen einzustellen. Die Einstellung erfolgt dabei auf der Basis der jeweils auf den neuesten Stand gebrachten Wärmeinhalt-Berechnungen für die einzelnen Walzblöcke in der Walzblock-Abbildung für diesen Ofen, so daß die eine bestimmte Zone verlassenden Walzblöcke einen Wärmeinhalt-Bezugswert angenommen haben, der einen Walzblock zur Verfügung stellt, der sich für die nachfolgende Walzbearbeitung durch das zugeordnete Walzwerk eignet, wenn der Walzblock aus dem Ofen abgezogen wird.

Für einen bestimmten Temperatur-Einstellpunkt ändert jeder Heizzonen-Temperaturregler den Brennwert für seine entsprechende Heizzone so, daß der vorgesehene Temperatur-Einstellpunkt-Zustand aufrechterhalten wird. Die auf den neuesten Stand gebrachten Wärmeinhalt-Berechnungen für die Walzblöcke in der Ofen-Abbildung innerhalb des Rechnerspeichers ändern den vorgesehenen Einstellpunkt in der erforderlichen Weise, um den notwendigen Wärmeinhalt für jeden einzelnen Walzblock zu erhalten, wenn dieser die einzelnen geregelten Heizzonen verläßt.

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Dies ergibt im Effekt eine Wärmeinhalt-Berechnung hinsichtlich des Steuervorgangs in Verbindung mit dem herkömmlichen analogen Ein-Btelipunkt-Temperaturregler jedes Heizzonensystems. Zu einer Kor- *-^s _:;.< rektur des Einstellpunkts kommt es, wenn der berechnete Wärmeinhalt von dem erforderlichen BezugsrWärmeinhalt für einen bestimmten Wärmeblock in den einzelnen überwachten Heizzonen abweicht.

Die WärmeInhalt-Berechnungen werden in Abhängigkeit von folgenden variablen Eingängen im Verhältnis zu einem aufgestellten matematischen Modell ermittelt: 1. Die gemessene effektive Ofentemperatur in Nachbarschaft der Ofenwand-üng in der geregelten Zone, 2. die insgesamt verstrichene Zeit, die die einzelnen Walzblöcke sich in den jeweiligen geregelten Zonen aufhalten, 3. die festgelegte Größe und Anordnung des Walzblocks in der entsprechenden Zone,und 4. die berechnete Oberflächentemperatur des Walzblocks. Die Werte für den übergang der Wärme in einen bestimmten Walzblock stehen in unmittelbarem Zusammenhang mit.den gemessenen tatsächlichen Werten der entsprechenden effektiven Heizzonen-Ofentemperaturen, und die durch empirische Untersuchungen erhaltenen tatsächlichen Heizwerte zeigen an, daß die Erwärmung eines Walzblocks entsprechend einer zuverlässigen Messung der effektiven Ofentemperatur geeicht werden kann. Dies kann mit Hilfe von Thermokreuzen oder geschlossenen Endstrahlungsröhren erfolgen, die in Nähe der Innenfläche der Ofenwandung an einer Stelle außerhalb der unmittelbaren Flamme angeordnet und der Gashülle ausgesetzt sind, die sich aus der Flamme ergibt und zur Beeinflussung der Aufheizung der Ofenzone verwendet wird. Um Änderungen im Wärmeinhalt der einzelnen Walzblöcke in bezug auf diese Temperaturmessung voraussagen zu können, ist ein matematisches Modell vorgesehen, so daß eine zuverlässige und reproduzierbare Regelung für die Walzblockaufheizung erhalten wird. Die hier beschriebene Walzblock-Wärmeinhaltregelung hängt nicht von der Messung der Walzblock-Oberflächentemperatur ab, obwohl dies wünschenswert wäre. Bisher sind Versuche, zuverlässige und reproduzierbare Messungen der Walzblock-Oberflächentemperatur zu erhalten, infolge der im Inneren des Ofens an den örtlichen Meßstellen herrschenden Zustände wie Zunderlagen auf dem Walzblock, Flammencharakter is tika etc. erfolglos geblieben. Statt dessen wird die

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Walzblock-Oberflächentemperatür durch Berechnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ermittelt.

Bei der vorliegenden Lösung einer Walzblock-Aufheizregelung, wie sie hier beschrieben wird, werden die folgenden Grundschritte ausgeführt. Erstens hat der Prozeßrechner in seinem Speicher eine Walzblock-Abbildung (Karte) für jeden überwachten Heizofen gespeichert. Zu jedem bestimmten Zeitpunkt zeigt diese Walzblock-Aufzeichnung die Lage und die Größe jedes einzelnen Walzblocks in den entsprechenden geregelten Heizzonen dieses Ofens. Auch in Relation zu den Ergebnissen eines matematischen Walzblock-Heizmodells bestimmt der Prozeßrechner den Heizzustand der einzelnen Walzblöcke hinsichtlich des Wärmeinhalts des Walzblocks und der Oberflächentemperatur des Walzblocks in seiner jeweiligen Lage. Diese Heizzustand-Bestimmung ergibt eine Zeit-/Temperaturaufzeichnung für den Walzblock, wenn dieser den Ofen durchläuft. Zweitens wird jeder Walzblock in jedem der verschiedenen öfen hinsichtlich des Heizzustands und der örtlichen Lage mit den Aufzeichnungs- bzw. Abbildungs-Änderungen infolge der Abgabe eines Walzblocks aus dem Ofen auf den neuesten Datenstand abgestimmt. Drittens wird unabhängig von der Abgabe eines Walzblocks jeder Walzblock in periodischen Zeitintervalle!! von etwa jeweils drei Minuten für einen bestimmten Ofen hinsichtlich seines Heizzustands auf den neuesten Stand gebracht. Viertens stellt der Prozeßrechner, auf der Basis der festgelegten Zeit-/Temperaturaufzeichnung und der bekannten Lage jedes Walzkörpers, die Temperatur-Einsteilpunkte der verschiedenen überwachten Heizzonen so ein, daß sie mit den ermittelten Änderungsbedingungen übereinstimmen. Fünftens können einige der Hauptänderungen in den Betriebsbedingungen, die eine Auswertung und Entscheidungen bezüglich Änderungen in den Temperatur-Einstellwerten erfordern, in die folgenden Kategorien klassifiziert werden, wobei Temper aturregelungs-E ins teilpunkte eingestellt werden, wie es notwendig ist, um diesen Bedingungen zu genügen: (a) Die Ufen können richtig aufgeheizte Walzblöcke nach Bedarf liefern, wie das für das zugeordnete Walzwerk erforderlich ist. Unter dieser Bedingung wird angenommen, daß die Forderungen des Walzwerks der Kapazität aller Walzblock-Heizöfen gleichen oder geringer als diese sind.

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Die entsprechenden erforderlichen Teinperaturregelungs-Etnstellpunkte folgen diesen Änderungen in der Anforderung bis zur maximal zulässigen Kapazität der jeweiligen öfen« Die Regelung «teilt die. Temperatur-Einstellwerte für verschiedene Durchlaufwerte, verschiedene Walzblockgrößen und Schwankungen in den Zeitintervallen 2Wi-" sehen der Lieferung der einzelnen Walzblöcke an das Walzwerk infolge der Änderung in der Zeit ein, die das zugehörige Walzwerk zum Walzen der verschiedenen Walzblöcke benötigt, (b) Wenn die öfen bei maximaler Kapazität arbeiten und die Anforderungen des zugehörigen Walzwerks höher als die Ofenkapazität liegen, so beschränken die öfen anstelle des Walzwerks den gesamten Arbeitsablauf. Die Walzblöcke sollen nicht abgegeben werden können, ehe aie in der erforderlichen Weise hinsichtlich eines ausreichenden Wärmeinhalts, ausreichender Oberflächentemperatur und ausreichender Verweilzeit in der Verteilzone aufgeheizt worden sind. £c) Verzögerungen im Betrieb des Walzwerks, die sich von regulären Walsbetriebänderungen bei unterschiedlichen Durchsätzen unterscheiden, werden analysiert, und die Temperaturregelungs-Einstellwerte sowie die resultierenden Heizwerte werden allmählich verringert. Der Regelvorgang läuft so ab, daß die Temperatur-Einstellwerte und die resultierenden Heizwerte auf unerwartete Verzögerungen bei der Walzblockbearbeitung sowohl kurzer als auch langer Dauer abgestimmt werden, und der Regelvorgang läuft weiter so ab, daß die Temperatur-Einstellwerte entsprechend einem Grundplan verändert werden, der in Beziehung zu einer geplanten Verzögerung bekannter Dauer steht, insbesondere, wenn diese Dauer verhältnismäßig lang ist.

Das vorliegende Regelsystem und das entsprechende Verfahren werten Betriebszustände aus, treffen Entscheidungen und verstellen die Temperaturregelungs-Einstellwerte für praktisch jede Änderung hinsichtlich der Betriebszustände, entweder durch Beschränkung durch öfen oder durch das zugeordnete Walzwerk oder durch geplante bzw. ungepknte Verzögerung im Betrieb des zugeordneten Walzwerks.

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Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist ein Verfahren zur Ermittlung der Wärmemenge oder des Wärmeinhalts von Walzblöcken oder Werkstücken, die einen mit einer zugeordneten Werkstückbehandlungsvorrichtung zusammenwirkenden Ofen durchlaufen, wobei dieser Ofen mindestens eine Heizzone hat, in der mindestens ein Werkstück in einer vorgegebenen, in der Heizzone befindlichen Steuerzone angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende Durchlaufzeit des einen Werkstücks durch die eine Heizzone vorherbestimmt, zur Bestimmung der dem Werkstück von der Heizzone tatsächlich zugeführten Wärmemenge die effektive Temperatur der Heizzone erfaßt, die verbleibende Wärmemenge, mit der das eine Werkstück von der einen Heizzone entsprechend einer vorgegebenen Beziehung zu der tatsächlichen Wärmemenge beliefert werden muß, festgelegt und die effektive Temperatur entsprechend einer vorgegebenen Beziehung zwischen der verbleibenden Durchlaufzeit und der verbleibenden Wärmemenge geregelt wird.

Eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens besonders geeignete Anordnung zur Steuerung eines mit einem Walzwerk zusammenwirkenden Ofens für die Aufheizung von diesen Ofen durchlaufenden Werkstükken, der eine Heizzone mit einer effektiven Temperatur und ein vorgegebenes Steuergebiet hat, in dem mindestens ein Werkstück angeordnet ist, ist in Weiterbildung der Erfindung gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung der verbleibenden Zeitdauer, während der ein Werkstück in der Heizzone angeordnet ist und während der das eine Werkstück von dem Steuergebiet zum Ende der Heizzone wandert, durch eine Einrichtung zur Bestimmung der verbleibenden, während der Zeitdauer an das eine Werkstück zu liefernden Wärmemenge sowie durch eine Einrichtung zur Steuerung der effektiven Temperatur der Heizzone entsprechend einervorgegebenen Beziehung zwischen der verbleibenden Zeitdauer und der verbleibenden Wärmemenge.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 schematisch einen Walzblock-Heizofen, der mit einem
Prozeßrechner zusammenarbeitet;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Aufteilung der Walzblock-Aufheizung zwischen der Lade- oder Vorheizzone und der Heizzone in Abhängigkeit von der vorgegebenen Durchlaufzeit für einen im Durchschnitt 18 cm dicken Walzblock in dem theoretischen Regelgebiet der Ofenheizzone wiedergibt. Dieses Diagramm dient zur Bestimmung des Wärmeinhalts H^, der von der Heizzone geliefert wird, sowie des Wärmeinhalts H_c„, der von der Ladezone an diesen durchschnittlichen Walzblock abgegeben wird;

Fig. 3 ein Diagramm, das den Wärmeinhalt oder die Wärmemenge veranschaulicht, die noch für einen im Durchschnitt
18 cm dicken Walzblock in dem theoretischen Regelgebiet der Ofen-Ladezone in Abhängigkeit von der vorgegebenen Zeit notwendig ist, die der Walzblock in der Ladezone bleibt. Dieses Diagramm dient zur Bestimmung des Temperatureinstellpunktes für die Aufladezone;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Wärmemenge veranschaulicht, die für einen durchschnittlich 18 cm starken Walzblock in dem theoretischen Regelgebiet der Ofen-Heizzone In
Beziehung auf die vorgesehene Zeit notwendig ist, die der Walzblock in der Heizzone bleibt. Dieses Diagramm dient zur Bestimmung des Temperatur-Einstellwerts für die Heizzone;

Fig. 5 eine zusammengesetzte Kurve, die die Arbeitscharakteristika für ein typisches 2 m-Warmwalzwerk wiedergibt. Diese Kurve dient zur Bestimmung des durchschnittlichen Walzwerkzyklus-Zeitintervalls zwischen den Anforderungen an aufgeheizte Walzblöcke und steht in Beziehung zu der Kapazität des Walzwerks, aufgeheizte Walzblöcke mit dieser Geschwindigkeit zu handhaben;

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Fig. 6 schematisch die typische Gestaltung eines Walzblock-Heizofens mit drei geregelten Aufheizzonen;

Fig. 7 ein Kurvendiagramm für den Wärmeinhalt eines durchschnittlich 18 cm starken Walzblocks in Abhängigkeit von der Zeit, die der Walzblock in einem Ofen bekannter Temperatur angeordnet ist. Dieses Kurvendiagramm dient zur Festlegung der Diagrammeder Fig. 2, 3 und 4;

Fig. 8 ein Kurvendiagramm, das das Schmidt-Verfahren zur Bestimmung des Wärmeinhalts eines Walzblocks in Abhängigkeit von der Zeit und der effektiven Ofentemperatur veranschaulicht, wenn das Walzgut einen Ofen durchläuft;

Fig. 9 ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Änderung der Wärmeübertragung an die Oberfläche eines Walzblocks, wenn dieser einen Ofen durchläuft;

Fig. IO ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 2, jedoch für einen durchschnittlich ca. 15 cm dicken Walzblock;

Fig. 11 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 3, jedoch für einen durchschnittlich 15 cm dicken Walzblock;

Fig. 12 ein Kurveridiagramm ähnlich Fig. 4, jedoch für einen durchschnittlich 15 cm starken Walzblock}

Fig. 13 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 2, jedoch für einen durchschnittlich 21 cm dicken Walzblock;

Fig. 14 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 3, jedoch für einen durchschnittlich 21 cm dicken Walzblock;

Fig. 15 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 4, jedoch für einen durchschnittlich 21 cm dicken Walzblock;

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Pig. 16 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 2, jedoch für einen durchschnittlich 23 cm dicken Walzblock;

Fig. 17 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 3, jedoch für einen durchschnittlich 23 cm dicken Walzblock;

Fig. 18 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 4, jedoch für einen durchschnittlich 23 cm dicken Walzblock;

Fig. 19 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 2, jedoch für einen durchschnittlich 25 cm dicken Walzblock;

Fig. 20 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 3, jedoch für einen durchschnittlich 25 cm dicken Walzblock;

Fig. 21 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 4, jedoch für einen durchschnittlich 25 cm dicken Walzblock;

Fig. 22 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 2, jedoch für einen durchschnittlich 28 cm dicken Walzblock;

Fig. 23 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 3/ jedoch für einen durchschnittlich 28 cm dicken Walzblock;

Fig. 24 ein Kurvendiagramm ähnlich Fig. 4, jedoch für einen durchschnittlich 28 cm dicken Walzblock;

Fig. 25 schematisch eine Anordnung von N-Öfen* die aufgeheizte Walzblöcke an den Fördertisch abgeben, der die Walzblöcke zu der zugehörigen Walzanlage weitertransportiert;

Fig. 26 die Bestimmung der durchschnittlichen Walzblockstärke innerhalb des theoretischen Regelbereichs der Vorheiz- oder der Heizzone;

Fig. 27 ein Flußdiagramm für das Verzögerungs-Überholprogramm

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(delpy override program)und das "push to extract"-Programm;

Flg. 28 das System-Flußdiagramm für das erwartete Verzögerungsprogramm;

Fig. 29 das System-Flußdiagramm für das Walzblock-Wärmeinhalt-, das Vorheizzonentemperatur-Einstellpunkt- und das Programm zur periodischen Bestimmung des Heizzonentemperatur-Einstellpunkts;

Fig. 30 das System-Flußdiagramm für das Unterprogramm zur Bestimmung des Vorheizzonentemperatur-Einstellpunktes;

Fig. 31 das System-Flußdiagramm für das Unterprogramm zur Bestimmung des Heizzonentemperatur-Einstellpunktes;

Fig. 32A, weiter detaillierte Flußdiagramme für das Verzögerungs^un Uberholprogramm und das "push to extract"-Programm;

Fig. 33 ein detaillierteres Flußdiagramm des erwarteten Verzögerungsprogramms ;

Fig. 34A und ein Programmier-Flußdiagramm des Programms, um die Walzblock-Wärmeinhalt-Abbildung des Ofens auf den neuesten Stand zu bringen, wie es in dem System-Flußdiagramm der Fig. 29 enthalten ist;

Fig. 34C und ein Programmier-Flußdiagramm der Programme für die

außer Betrieb-Funktion des Ofens, wenn die Walzblock-Wärmeinhalt-Abbildung auf keinen neuen Stand gebracht wird, sowie für die logische Verzögerungsfunktion zur Regelung des Wärmeinhalts der Walzblöcke während einer Verzögerungsperiode;

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Fig. 34E - G das Programmierer-Flußdiagramm des Programms für die Manipulierdaten und die Steuereingabe hinsichtlich Wärmeinhalt im Walzblock, Anlagenkapazitätszeit und Walzblock-Temperaturprofilberechnung;

Fig. 34H das Programmierer-Flußdiagramm des Programms für die Begrenzungsprüfung der Ofentemperaturrückkopplungen und die Grenze der zulässigen Änderung der Ofentemperatur für einen Ausgangstemperatur-Einstellpunkt?

Fig. 35 das Programmierer-Flußdiagramm des Programms für die Anlagenzeltkapazitäts-Berechnung zur Bestimmung der Ofenzykluszeit in Übereinstimmung mit dem Block 264 der Fig. 30;

Fig. 36 das Programmierer-Flußdiagramm des Programms für die Berechnung des Wärmeinhalts in dem Durchschnitts-Walzblock in dem theoretischen Regelbereich jeder Vorheiz- und Heizzone;

Fig. 37A - D das Programmierer-Flußdiagramm des Programms für die Berechnung des Temperaturprofils für die Walzblöcke in dem betrachteten Ofen;

Fig. 38A - E das Programmierer-Flußdiagramm des Programms zur Berechnung des Temperatur-Einstellpunkts für jede Vorheiz- und Heizzone auf der Basis des durchschnittlichen Wärmeinhalts eines Walzblocks in dem entsprechenden theoretischen Regelbereich; und

Fig. 39 das Programmierer-Flußdiagramm des Programms für die Ausgabe des Temperatur-Einstellpunkts für jede Vorheiz-, Heiz- und Verteilzone des betrachteten Ofens X.

Das vorliegende Regelsystem und das zugehörige Verfahren arbeiten so, daß die gewünschte Aufheizung der einzelnen Walzblöcke erfolgt,

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bevor der entsprechende Walzblock aus einem Ofen zur weiteren Behandlung durch Walzen entlassen wird. Für diese Betrachtung wird der Ofen als kontinuierlich arbeitender Vielzonenofen definiert, der eine Vorheiz- oder Aufladezone, wo die Walzblöcke In den Ofen eingeleitet werden und beginnen, Wärme aufzunehmen, und eine an die Vorheiz- oder Aufladezone anschließende Heizzone aufweist, In der die verbleibende gewünschte Wärmemenge eingespeist wird, bevor der Walzblock die abschließende Dauerglüh- oder Verteilzone erreicht. Der Wärmeinhalt des Walzblocks und eine entsprechende Oberflächentemperatur, die beide durch den mathematischen Modellanteil der vorliegenden Prozeßsteuerung periodisch auf den neuesten Stand gebracht werden, sollen festgelegten Bezugswerten entsprechen, wenn der Walzblock den Ausgang der Heizzone erreicht und gerade in die Verteilzone eintritt. In der Verteilzone soll genügend Zeit verstreichen, um den gewünschten Wert des Temperaturausgleichs zu erreichen und Schlupf zu eliminieren oder auf einen Wert zu minimieren, der für ein einwandfreies Walzen in der zugehörigen Walzanlage akzeptabel ist. Außerdem sorgen das vorliegende Regelsystem und das zugehörige Verfahren für eine wirksame Aufteilung der gewünschten gesamten Wärmemenge jedes Walzblocks in den in der Vorheizzone zugeführten Teil einerseits und den in der eigentlichen Heizzone zugegebenen verbleibenden Anteil. Das bedeutet, daß ein hoher Prozentsatz der in der Heizzone zur Verfügung stehenden Energie ständig ausgewertet werden sollte, und daß größere Schwankungen im Heizwert vorzugsweise auf die Vorheizzone beschränkt werden sollen, wenn die Ofenkapazität variiert werden muß, um den Forderungen der zugehörigen Walzanlage zu genügen. Diese Aufteilung der Heizlast führt zu einem höheren Heiz-Wlrkungsgrad und zu einem niedrigeren Gesamtbedarf an Brennstoff bei Aufheizung in einem weiten Bereich unterschiedlicher Arbeitswerte in den jeweiligen öfen.

Einige der Funktionen des Regelsystems und des Verfahrens sind folgende:
I.
Voraussage der Walzblock-Laufzeit, die notwendig ist, um einen

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zusätzlichen, eintretenden Walzblock durch einen Ofen zu bewegen.

II. Periodisches auf den neuesten Stand Bringen des Wärmeinhalts der einzelnen Walzblöcke in dem Ofen entsprechend der tatsächlich verstr-ichenen Zeit und entsprechend den tatsächlich herrschenden effektiven Ofentemperaturbedingungen.

III. Voraussage erforderlicher Temperatur-Einstellwerte der verschiedenen Heizzonentemperatur-Regler.

IV. Bevor ein Walzblock aus dem Ofen entlassen wird, werden bestimmte Auswertungen und Entscheidungen gemacht, ob der Walzblock auf den erforderlichen Wärmewert und die erforderliche Oberflächentemperatur aufgeheizt worden ist und ob er genügend lange in der Verteilzone verblieb.

Zur- Voraussage der Walzblock-Laufzeit werden nach jeder Abgabe eines Walzblocks von einem bestimmten Ofen Berechnungen der Zeit durchgeführt, die notwendig ist, um die jetzt im Ofen befindlichen Walzblöcke zu walzen, wie das von der auf den neusten STand gebrachten Ofen-Abbildung gezeigt wird. Diese Berechnungen basieren auf Annahmen bezüglich der bestimmten Walzanlagenkapazität oder Schrittzeit und zeigen die Zeit an, die die dann in denselben Ofen eintretenden Walzblöcke benötigen, um den Ofen zu durchlaufen.

Dieser berechneten Zeit wird ein willkürlich gewähltes kleineres Zeitinkrement überlagert, das durch den Ofen-Operator mittels einer geeigneten Wähleinrichtung eingestellt wird. Dadurch werden die theoretisch festgelegten Walzanlagoii-Arbeitsgeschwindigkeitsschätzungen in Richtung auf Werte modifiziert, die mehr mit den beobachteten tatsächlichen Bedingungen übereinstimmen. Auf diese Weise kann der Ofen-Operator den Betrieb flexibel gestalten, indem er die Inkrementzeit ändert, sofern er weiß, daß bestimmte Änderungen hinsichtlich des Betriebs der zugehörigen Walzanlage eintreten, die sich sinnvollerweise nicht vorwegnehmen oder als Teil eines

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regulären Prozeßablaufs programmieren lassen, um die normale Anlagenkapazität oder die Anforderungen an die Walzdauer vorherzusagen. In der Praxis wird der Operator es als entbehrlich empfinden, die Inkrementzelt sehr häufig zu ändern. Tatsächlich gewünschte Änderungen werden während einer achtstündigen Schicht nur einige Male auftreten. Dabei beeinträchtigen Fehler des Ofen-Operators hinsichtlich einer richtigen Einstellung der Inkrementzeit auf diese Weise die Funktion des hier beschriebenen Regelsystems und -Verfahrens nicht maßgeblich, da noch immer aufgeheizte Walzblöcke vorhanden sind, die sich für das Walzen in der zugehörigen Walzanlage eignen. Die Inkrementzeit sorgt für eine Korrektur von Fehlern in der Voraussage hinsichtlich T_„ (rem), T„ und T₁₁ (rem) auf der

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Basis eines idealen Walzzyklus für einen Walzblock mit durchschnittlicher Dicke in dem theoretischen Regelbereich des Ofens und bei optimalen Arbeitsbedingungen der Anlage. Der tatsächliche Anlagenbetrieb wird wahrscheinlich geringer als dieser optimale Arbeitsbetrieb sein. Nach einer längeren Zeit des Ofenbetriebs wird der Ofen-Operator in der Lage sein,, eine verwertbare Leittabelle für geeignete Inkrementzeiten in Abhängigkeit von der Bewegung der Walzblöcke durch den Öfen und in Abhängigkeit von den Größen dieser Walzblöcke zu erarbeiten, um besser bestimmen zu könen, welche Inkrementzeit für einen gewünschten Ofenbetrieb gelten sollte, so daß nicht in lästiger Weise nach den Temperaturreglungs-Einstellpunkten gesucht werden muß. Nachdem ein bestimmter Ofenbetrieb einmal in geeigneter Weise abgestimmt worden ist, was eine Art Anlaufvorgang darstellt, und nachdem die Inkrementzeiten in Beziehung zu dem gewünschten tatsächlichen Ofenbetrieb gebracht worden sind, sollte die weitere Einstellung der Inkrementzeit nur noch selten anfallen.

Außer der manuellen Einstellung der Inkrementzeit durch den Ofenoperator kann eine durch den Rechner bestimmte Inkrementzeit vorgesehen sein, die in Beziehung zu der tatsächlichen Walzblockbewegung durch den Ofen gebracht wird, indem ein Differenzvergleich ζ zischen der Anlagenkapazität und der Walzblock-Entladungsrate gemacht wird, vorausgesetzt, daß eine bekannte Verzögerung nicht zur Verfügung steht. Eine weitere Ofenfehlfunktionsanzeige, die der

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Rechner erfassen kann und auf die die Inkrementzeit abgestimmt werden sollte, ist das Auftreten von übermäßigen Temperaturänderungen in der Größenordnung von etwa 28 C gegenüber den Wärmerege lprogrammen in den Temperaturreglungs-Einstellpunkten. Die Berechnung der Walzblock-Durchlaufzeit in Bezug auf die Walzblock-Abbildung und die Wahl einer Inkrementzeit, wie das oben beschrieben wurde, definiert speziell die Zeit, zu der ein neu eintretender Walzblock in den verschiedenen Zonen des Ofens sein soll.

Als nächster Schritt werden die verschiedenen Ofenzonen-Temperaturreglungs-Einstellwerte vorausbestimmt. Die vorausbestimmten Zeiten und die entsprechenden vorausbestimmten Temperatur-Einstellwerte liefern einen aufgeheizten Walzblock mit dem erforderlichen Wärmeinhalt und Temperaturprofil, wenn dieser aus dem Ofen entlassen wird. Dabei wird davon ausgegangen, daß Bedingungen entsprechend diesen vorausgegebenen Werten eingehalten werden, wenn der eindringende Walzblock durch den Ofen bewegt wird. Während der Walzblock durch den Ofen hindurchwandert, können viele Abweichungen von den im voraus angenommenen Zeiten in den verschiedenen Zonen infolge Verzögerungen im Walzbetrieb oder Änderungen in der Arbeitsgeschwindigkeit der Walzanlage auftreten. Diese Abweichungen von den vorausgesetzten Werten können gentigen, um Änderungen in den Zonen-Einstellwerten erforderlich zu machen. Der vorgesehene Regelvorgang wertet die Änderungen unter solchen Bedingungen aus und verstellt die Temperaturreglungs-Einstellwerte, so daß die richtige Aufheizung der Walzblöcke erzielt wird.

Allgemein arbeiten das vorliegende Regelsystem und -verfahren in Beziehung zu der Bestimmung der drei ausgewählten Transportzeiten, wie sie durch das vorgesehene Regelmodell im voraus festgelegt sind. Diese sind (1) die Durchlaufzeit für einen theoretischen Walzblock durchschnittlicher Dicke durch das Regelgebiet in der Vorheizzone, um über einen vorgegebenen Regelbereich der Vorheizzone eines jeden Ofens zu gelangen, (2) die Durchlaufzeit des vorgenannten Walzblocks, um die gesamte Heizzone eines jeden Ofens zu "durchlaufen,und (3) die Durchlaufzeit für einen Walzblock

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theoretischer durchschnittlicher Dicke durch den Regelbereich in der Heizzone, um sich durch einen vorgegebenen Regelanteil der Heizzone jedes Ofens hindurchzubewegen.

Die Wirkung der Abweichung vorhergesagter Laufzeiten von der tatsächlichen Zeit infolge Schwankungen im Walzbetrieb und infolge Verzögerungen, wenn die Aufheizung von Walzblöcken im Ofen beschränkt ist, muß berücksichtigt werden. Wenn die Anforderungen seitens der zugehörigen Walzanlage so sind, daß die vorausgesetzte Zeit zu langsam ist, beispielsweise die Ofen-Inkrementzeit auf einen zu großen Wert eingestellt ist, dann ist der Betrieb bezüglich der Walzanlage, wenn in dieser Weise weitergearbeitet wird, durch den verfügbaren Ausstoß von aufgeheizten Walzblöcken aus dem Ofen begrenzt. Ebenso kommt es, wenn die vorausgesetzten Temperatur-Einstellwerte entsprechend den vorausgesetzten Zeiten niedriger als erforderlich sind - sofern der Ofen nicht ohnehin schon mit voller Leistung gefahren wird - infolge ungenügender Aufheizung zu Verzögerungen in der Abgabe richtig aufgeheizter Walzblöcke an die zugehörige Walzanlage. Das Regelsystem und -verfahren suchen die vorgesehenen Temperaturreglungs-Einstellwerte bis zur Grenze der Ofenkapazität anzuheben, aber die Korrektur kann von einem Wert ausgehen, der niedriger als der der korrekten Inkrementzeit entsprechende ist. In dieser Hinsicht ist das Maß an Einstellpunkt-Korrektur, die notwendig ist, um inkorrekte Inkrementzeiteinstellungen zu kompensieren, normalerweise klein, sofern die Inkrementzeiteinstellungen nicht beträchtlich größer sind als sie sein sollten. Der Operator kann rasch lernen, die letztgenannte Art von Einstellungen zu vermeiden, wenn er den Betrieb des Regelsystems über einen weiten Bereich für Werte bei der Erzeugung erwärmter oder erhitzter Walzkörper beobachtet. Wenn der Betrieb ofenbegrenzt wird und zu einem unzureichenden Wärmeinhalt eines bestimmten Walzblocks führt, so kann eine Leuchtanzeige an der Station des Ofenoperators vorgesehen werden, um diesen Zustand anzuzeigen, und es ist außerdem möglich, in den gesamten Regelaufbau eine Verzögerung der nächsten Abgabe eines Walzblocks einzubauen, bis der gewünschte Wärmeinhalt oder andere Bedingungen erreicht worden

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sind, sofern nicht eine Übersteuerung oder ein "überholen" durch den Ofenoperator vorgenommen wird. Wenn die öfen schon bei voller Kapazität gefahren werden, besteht die zur Begrenzung der Ofenbe-· dingungen erforderliche Korrektur in einer Erhöhung des Temperaturreglungs-Einstellpunkts und/oder einer Herabsetzung der vorgesehenen Zeit, indem die Ofen-Inkrementzeit kleiner gemacht wird.

Erfährt die Walzblockaufheizung eine Beschränkung seitens der Walzanlage, wenn beispielsweise die tatsächliche Walzgeschwindigkeit so ist, daß die vorgesehene Zeit zu rasch ist, oder aber die Inkrementzeit zu klein eingestellt ist, dann sind die vorgesehenen Temperatur-Einstellwerte entsprechend der vorgesehenen Walzblock-Durchlaufzeit höher als erforderlich. Das führt dazu, daß in der Vorheizzone ein größerer Anteil der gesamten Walzblock-Heizlast als normalerweise vorgesehen aufgenommen wird und daß die Abweichungen von dem vorgesehenen Temperatur-Einstellwert in der Vorheizzone größer sind. Um für diesen Zustand Abhilfe zu schaffen, muß der Temperatur-Einstellwert herabgesetzt und/oder die vorgesehene Zeit vergrößert werden. Das Regelsystem und -verfahren erniedrigen den Temperatur-Einstellpunkt, aber die Korrektur beginnt bei einem Wert, der höher ist, als es der richtigen Inkrementzeit entspricht.

Wenn unerwartete Verzögerungen bei der Walzblock-Aufheizung auftreten, so werden diese auf unerwartete Unterbrechungen bei der Zufuhr der Walzblöcke von der Kombination von öfen zur Walzanlage bezogen, wie das infolge von Mangeln in der Walzanlage oder den öfen auftreten kann. Die mit solchen Verzögerungen verbundenen Zeiten können zwischen einer relativ kurzen Periode und sehr langen Perioden schwanken, je nach dem Grund für das Anhalten. Wenn es zu einer solchen unerwarteten Verzögerung kommt, bleibt das Regelsystem weiterhin dahingehend wirksam, daß die Änderung des Wärmeinhalts der einzelnen Walzblöcke in den entsprechenden öfen periodisch auf den neuesten Stand gebracht wird, und wenn der gesamte Wärmeinhalt allmählich anwächst, arbeitet das Regelsystem dahingehend, daß die Zonentemperatur-Einstellwerte allmählich mit der resultierenden allmählichen Abnahme der Heizwerte in Bezug auf die einzelnen zu

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erwärmenden Walzkörper abnehmen. Nach dem Auftreten einer unerwarteten Verzögerung können Anlaß und Beschaffenheit der Verzögerung es erforderlich machen, daß eine geplante und eine imÄusammenhang damit stehende Ofenverzögerungssteuerung eingeleitet wird. Dies 1st wünschenswert, wenn eine lange Verzögerung erwartet wird und eine Voraussage hinsichtlich der Dauer der Verzögerung gemacht werden kann. Bei jeder Art von Verzögerung bleibt das Regelsystem dahingehend funktionsfähig, daß es den Wärmeinhalt-Zustand jedes Walzkörpers in den entsprechenden öfen auf dem neuesten Zustand hält, sofern nicht eine Anzeige geliefert wird, daß ein bestimmter Ofen außer Betrieb ist, nicht aber eine Verzögerung im Arbeitsablauf eingetreten ist. Treten erwartete oder vorgesehene Verzögerungen bei der Walzblock-Aufheizung auf, so sollte der Anlaß für die Verzögerungen bekannt sein, so daß er im voraus in den vorhergesehenen Ofenreglungsablauf eingeplant werden kann und der Ofenbetrieb sich in Vorwegnahme einer solchen geplanten Verzögerung einstellen läßt. Zur Einstellung der Ofenbetriebsbedingungen im Hinblick auf erwartete Verzögerungen findet ein gesondertes Programm Verwendung. Die Korrekturwirkung besteht in der Herabsetzung der Zonentemperaturreglungs-Einstellwerte auf einer vorgegebenen funktioneilen Basis, die in Beziehung zu der vorausgesagten Verzögerungsdauer steht, auch, um diese Einstellwerte auf vorgegebenen Minima für übermäßig lange Verzögerungen zu halten und um die richtigen Temperatur-Einstellwerte nach Beendigung der Verzögerung wieder einzustellen. Zur Bestimmung der Zonentemperaturreglungs-Einsteilwerte bestimmen die Walzanlagen-Arbeitsgeschwindigkeitsberechnung und die festgelegte Inkrementzeit die Zeitdauer, die ein bestimmter einlaufender Walzkörper sich in den einzelnen Heizregelzonen des Ofens aufhält. Die gesamte gewünschte Wärmemenge H_ für das richtige Walzen des Walzkörpers muß dem Walzkörper zugeführt worden sein, bevor dieser die Ofen-Verteilzone erreicht, da davon ausgegangen wird, daß die Verteilzone nicht dazu dienen soll, weitere Wärme zuzuführen, sondern dazu, die Temperaturen auszugleichen, indem die bereits in dem Walzkörper befindliche Wärmeenergie umverteilt wird. Die insgesamt für den Walzblock gewünschte Wärmemenge II_, stellt einen vorberechneten und vom Ofen-Operator zugeführten Eingangswert dar, der als Bezu'jfswert für einen Vorqleich mit dem berechneten

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tatsächlichen Wärmegehalt H,. verwendet wird, der sich in dem Walzblock vor dessen Eindringen in die Verteilzone befindet. Die insgesamt gewünschte Wärmemenge KL₁ dient als Bezugswert und wird aus dem bekannten Temperaturanstieg des Walzkörpers berechnet, der notwendig ist, um die richtige WaIztemperatur zu erhalten, und dieser Temperaturanstieg liegt beispielsweise zwischen etwa 20 C und 1290° C. Sind die Zeiten für die .entsprechenden Heizzonen bestimmt und ist die gesamte Bezugs-Wärmemenge H„ bekannt, so besteht der nächste Schritt darin, den Zuwachs an in den verschiedenen Zonen der einzelnen öfen zugefügter Wärme in der richtigen Weise zu proportionieren, um die gesamte Bezugs-Wärmemenge H zu erhalten, entsprechend der Beziehung H_T = H_H + H , worin H_H dem Anteil der von der Heizzone gelieferten Wärmereglung und H-.. dem von der Vorheizzone gelieferten Anteil entspricht.

Zur gewünschten Verteilung von H„ und H„„ wird die Heizzonenkapazität zu einem bestimmten prozentualen Anteil ihrer maximalen Heizleistung verwendet, und der Anteil H„ läßt dann dementsprechend,

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wenn er von der gesamten Wärmemenge H_ abgezogen wird, die Wärmemenge H_CH übrig, die von der Vorheizzone geliefert werden muß. Um diese erwünschte Verteilung zu erhalten, wird empirisch eine Kurve etwa entsprechend Fig. 2 für jede gegebene Walzblockstärke aufgestellt, um den Hjj-Wert entsprechend der vorausgesagten Zeit in Stunden zu liefern, die der Walzkörper benötigt, um die Heizzone zu durchlaufen und die Kapazität der Heizzone zu etwa 80 % ihres Maximalwerts auszunutzen. Zur Bestimmung der Werte von H„ in Abhängigkeit von der Zeit, wie das in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine erhebliche Anzahl empirisch erhaltener Grundwerte notwendig.

Wenn der Wert für H aufgrund empirisch gewonnener Information bekannt ist, wie das mit Fig. 2 veranschaulicht ist, so kann der gegenwärtige tatsächliche Wärmeinhalt jedes Walzblocks in der Abbildung in der Vorheizzone, ferner der zusätzliche Wärmeanteil H_„

(benötigt) bestimmt werden, der für den speziellen Walzblock noch erforderlich ist, um einen Wärmeinhaltswert H„„ zu erzielen, wenn

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dieser Walzblock die Aus-trittsseite der Vorheizzone erreicht. Diese zusätzlich benötigte Wärmemenge, legt den erforderlichen

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Vorheizzonen-Temperaturreglung-Einstellwert fest. Die Lage des Walzblocks oder der Walzblöcke in dem theoretischen Regelbereich, die zur Bestimmung der hinzuzufügenden Wärmemenge und des zugehörigen Temperatur-Einstellwerts gewählt wurde, befindet sich normalerweise etwa auf dem halben Wege der Vorheizzone.

Die periodische Berechnung und das periodische auf den neuesten Stand Bringen des Wärmeinhalts der einzelnen Walzblöcke in dem Ofen gestattet die Bestimmung des Betrags des Wärmeinhalts in dem Walzblock, wenn dieser die Vorheizzone verläßt und in die Heizzone eintritt. Dieser Wärmeinhalt dient als Grund-lage für die Bestimmung der Wärmemenge H„ (benötigt), die in der Heizzone während des Zeitintervalls in dieser Heizzone hinzugefügt werden muß, und der erforderliche Temperatur-Einstellpunkt für die Regelung der Heizzone wird auf dieser Basis bestimmt.

Ähnliche Berechnungen, um die Informationen auf den neuesten Stand zu bringen, werden periodisch für Walzblöcke durchgeführt, die in die Verteilzone eintreten, und einige kleine Verstellungen des Temperatur-Einstellwerts können im Bedarfsfall in der Verteilzone gemacht werden. Jedoch sollen grundsätzlich der erforderliche Wärmeinhalt und die erforderlichen Oberflächentemperaturen dem Walzblock bereits innewohnen, bevor er die Verteilzone erreicht. Das Walzblock-Aufheizmodell und das Ofenregelungsmodell, die in dem Gesamt-Prozeßsteuerungssystem und -verfahren eingeschlossen sind, enthalten alle die notwendigen Kurven, Gleichungen etc., um die gewünschten Walzblock-Wärraelnhalte und die Temperatur-Einstellwerte für die verschiedenen Ofen-Heizzonen zu bestimmen. Wie für den einschlägigen Fachmann ersichtlich, können diese Modelle für die jeweils in Verbindung mit dem Walzblock-Aufheizvorgang eingesetzten öfen modifiziert werden. Darüber hinaus weisen das Prozeßregelsystem und -verfahren Flexibilität auf, um auf Wunsch zusätzliche Funktionen auszuführen, wenn die Aüfheizung der Walzblöcke dies erfordert. So können (1) die Ofentemperatur-Einstellwerte so abgestimmt werden, daß Temperaturdifferenzen kompensiert werden, die an ausgewählten Stellen der zugeordneten Walzanlage gemessen werden. Dies erfordert eine zuverlässige Messung der Walzblock-Oberflächen-

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temperatur an der Walzanlagensteile, und (2) Ofentemperatur-Einstellwerte können als Funktion der Qualität oder der Beschaffenheit des Stahls eingestellt werden, wo Temperaturen sich in Beziehung zur Beschaffenheit oder zur Qualität setzen lassen, etwa für. Edelstahl gegenüber Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt etc.

Wie zuvor festgestellt, beruhen Änderungen in den Temperatur-Einstellwerten auf: (1)bestehenden Wärmeinhalten jedes Walzblocks in der Ofenabbildung, wie sie periodisch auf den neuesten Stand gebracht werden, (2) der vorausgesagten Zeit für neueintretende Walzblöcke, die den Ofen durchlaufen, basierend auf Schätzungen, der Walzzeit und einer Inkrementzeit, die durch den Ofenoperator variiert werden kann. Wenn jeder Walzblock den Ofen mit einer Geschwindigkeit durchlaufen würde, die den vorausgesagten, für die verschiedenen Zonen verbleibenden Zeitintervallen entspricht, so würden die vorausgesagten und die tatsächlichen Bedingungen für die Heizzonentemperaturen dieselben und keine Abweichung von den vorausgesagten Werten erforderlich sein. Jedoch können die tatsächlichen Bedingungen mit den vorausgesagten Bedingungen übereinstimmen oder nicht. Ebenso ist unabhängig von den vorausgesagten Werten das tatsächliche, auf den neuesten Stand gebrachte Bild (Abbildung) des Wärmeinhalts jedes einzelnen Walzblocks, so wie dieser die öfen durchläuft, erforderlich, um die richtigen Betiriebsentscheidungen zu treffen. Das Prozeßreglungssystem und -verfahren analysiert Bedingungen ehe die einzelnen Walzblöcke ausgegeben werden, trifft - basierend auf der auf den neuesten Stand gebrachten Information entsprechend den tatsächlichen Bedingungen - Entscheidungen und gibt Aktionen entsprechend den folgenden Überlegungen vor: (1) Es ist eine vorgegebene und ausreichende Zeit erwünscht, die jeder einzelne Walzblock in der Verteilzone bleibt,(2) der Wärmeinhalt jedes Walzblocks am Ende der Heizzone und vor dem Eintritt in die Verteilzone sollte sich auf einem gewünschten Bezugsniveau befinden, um einen aufgeheizten Walzblock zur Verfügung zu haben, der sich zum Walzen eignet, und (3) die vorausgesagten Zeiten, die die einzelnen Walzblöcke in der Vorheizzone bzw. der Heizzone bleiben und die tatsächlichen, auf den neuesten Stand gebrachten

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Wärmeinhalte der an bestimmten ausgesuchten Stellen befindlichen Wärmeblöcke sollten jede Änderung bestimmen, wie sie für die entsprechenden Temperatur-Einstellwerte benötigt werden.

Im einzelnen zeigt die Zeichnung in Fig. 1 einen Fünfzonen-Walzblock-Wärmofen 10 mit drei Regelzonen, die als Aufladezone 12, Heizzone 14 sowie Verteilzone 16 bezeichnet sind. Ein Walzblock tritt in die Aufladezone 12 ein und bewegt sich in Richtung des Pfeils weiter, bis er schließlich am Ausgang der Verteilzone 16 mit einem vorgegebenen, gewünschten Wärmeinhalt und entsprechender Oberflächentemperatur austritt. Zu jeder Zeit befinden sich mehrere Walzblöcke 18 in dem Ofen, wie das allgemein angedeutet ist, die mit der gleichen Geschwindigkeit durch den Ofen wandern, obwohl diese Geschwindigkeit sich von Zeit zu Zeit je nach den weiter unten erläuterten Bedingungen ändern kann^ Wenn ein bestimmter Walzblock durch die Reihe geregelter Aufheizzonen wandert, so hängt sein endgültiger Wärmeinhalt von der Zeit ab, die er in den einzelnen Zonen verbringt, sowie von dem Temperatur-Einstellwert dieser Zonen. Modernste öfen gestatten die Änderung der Temperatur und der Aufheizgeschwindigkeiten innerhalb einer bestimmten Heizzone, so daß die Wärmemenge, die einem diese Zone durchlaufenden Walzblock zugeführt wird, sowohl in Beziehung zur Fortbewegungsgeschwindigkeit des Walzblocks durch diese Zone als auch zur effektiven Ofentemperatur der entsprechenden Aufheizzone gebracht werden kann.

Ein Prozeßrechner 20 dient zur Überwachung und Reglung des Walzblock-Auf heiz-Ofenbetriebs entsprechend ,vorgegebenen Arbeitswerten und adaptiven Verfahren, um für einen gewünschten Wärmeinhalt, eine gewünschte Oberflächentemperatur und eine vorgegebene Zeit in der Verteilzone bezüglich der einzelnen, von dem Ofen ausgegebenen Walzblöcke zu sorgen. Eine Anzahl herkömmlicher analoger Eingabe-/ Ausgabeeinrichtungen sorgt für die Verbindung zwischen jedem geregelten Ofen und dem Prozeßrechner 20. Die Signale von allen analogen Eingabeeinrichtungen werden über geeignete Analog-/Digitalwandler so umgewandelt, daß sie in dem Prozeßrechner 20 ausgewertet werden können, und alle digitalen Ausgangssignale des Prozeßrechners 20

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werden Über geeignete Digital-/Analogwandler umgewandelt, so daß sie für die richtige und gewünschte Arbeitsweise jedes Walzblocks-Heizofens sorgen.

Eine Walzblock-Antriebsvorrichtung 22 wie eine allgemein bekannte Schubeinrichtung ist an der Eintrittsseite des Ofens angeordnet, so daß die Walzblöcke durch den Ofen mit einer durch den Prozeßrechner 20 bestimmten Geschwindigkeit bewegt werden. In den oberen bzw. unteren Bereichen der Aufheizzone sind Temperaturfühler 24 für die Erfassung der effektiven Ofentemperatur und für die Abgabe von Rückkopplungssignalen an den Prozeßrechner 20 angeordnet, wobei diese Signale für die jeweiligen oberen bzw. unteren effektiven Ofentemperaturen der Aufladezone 12 repräsentativ sind. Die Aufheizung des Ofens erfolgt durch allgemein bekannte Brenner 26, die in der Aufladezone 12 so ausgerichtet sind, daß die davon abgegebenen heißen Gase in einer der Portbewegungsrichtung der Walzblöcke entgegengesetzten Richtung ausströmen. Die Heizzone 14 des Ofens hat in ähnlicher Weise Temperaturfühler 28 sowohl im oberen als auch im unteren Bereich der Heizzone 14 des Ofens sowie Brenner 30, die dem oberen bzw. unteren Bereich der Heizzone Wärme zuführen. Die End- oder Verteilzone 16 weist Brenner 32 im oberen Bereich der Verteilzone und einen Temperaturfühler 34 auf, um die effektive Temperatur zu erfassen und ein entsprechendes Rückkopplungssignal an den Prozeßrechner 20 abzugeben.

Die Temperaturreglung für die jeweiligen Aufheizzonen des Ofens erfolgt durch entsprechende Temperaturregler, die einen Bezugstemperatur-Einstellwert bezüglich jeder einzelnen Heizzone in Übereinstimmung mit dem Walzblock-Wärmeinhalt liefern, der in dieser speziellen Aufheizzone des Ofens gefordert wird. So hat die Auflade- oder Vorheizzone 12 einen Temperaturregler 36, um die effektive Ofentemperatur im oberen Bereich der Aufladezone 12 zu bestimmen, und einen Temperaturregler 38, der in ähnlicher Weise hinsichtlich des unteren Bereichs der Aufladezone 12 wirksam ist. Die Heizzone 14 ist mit Temperaturreglern 40 und 42 ausgestattet, die mit dem oberen Bereich bzw. dem unteren Bereich der Heizzone 14

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zusammenwirken. Die Verteilzone 16 hat einen Temperaturregler 44, um die effektive Ofentemperatur der Heizzone 16 zu regeln. Am Ausgang des Ofens ist ein Temperaturdetektor 46 vorgesehen, der hinter einem ausgewählten Gerüst der Walzanlage angeordnet sein kann, um eine Anzeige der Oberflächentemperatur des Walzblocke zu liefern, wenn der Walzblock durch die Walzanlage gewalzt wird.

Der Prozeßrechner 20 ist dahingehend wirksam, daß er die ermittelten Bezugstemperatur-Einstellwerte an das primäre Ofenregelungssystem, d. h. die entsprechenden Heizzonen-Temperaturregler, als Ausgangssignal liefert. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, daß jeder Bezugstemperatur-Einstellwert von dem Prozeßrechner 20 durch zeitgesteuertes Schließen geeigneter Kontakte für jede Einstellpunkt-Position eines entsprechenden Temperaturreglers ausgesandt wird. In diesem Fall wären zwei Kontaktsätze für jeden Heizzonen-Temperaturregler erforderlich, nämlich ein erster Kontaktsatz zur Anhebung des Temperatur-Einstellwerts und ein zweiter Kontaktsatz zur Absenkung des Temperatur-Einstellwerts. Durch ausgewähltes Schließen der Kontakte mit entsprechender Dauer wird ein reversierbarer Schrittmotor im Regler erregt, um für die gewünschte Einstellung des Einstellwerts zu sorgen, wobei Kontaktwahl und Dauer des Kontaktschlusses durch den Prozeßrechner 20 bestimmt werden.

Der Rechner arbeitet mit dem mathematischen Modell zusammen, um die Einstellwerte der Temperaturregler zu ändern und so Entscheidungen hinsichtlich der Änderung der Temperatur der entsprechenden Heizzonen des Ofens in Bezug auf Änderungen in der Walzblock-Abbildung hinsichtlich Breite, Dicke etc. und in Bezug auf Änderungen in der Geschwindigkeit, mit der die Walzblöcke den Ofen entsprechend den Anforderungen des Walzwerks etc. durchlaufen, zu treffen. Das Kurvendiagramm der Fig. 5 dient zur Bestimmung der vorausgesagten Zeit, die die Walzblöcke in dem Ofen verbleiben müssen, um den Anforderungen der Walzanlage zu genügen. Fig. 5 zeigt eine typische Walzzeit-Intervallkurve für eine moderne 2 m Warmwalzenlage. Das durchschnittliche Zeitintervall zwischen der Lieferung des durchschnittlichen Walzblocks wird aus dieser Kurve abgeleitet und in

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Beziehung zu der Fähigkeit der Walzanlage gesetzt, Walzblöcke mit dieser Geschwindigkeit zu handhaben. Bei der Auswertung der von der Kurve entsprechend Fig. 5 erhaltenen Information wird die Walzblock-Abbildung des Ofens durch den Prozeßrechner überwacht, und die Dicke jedes Walzblocks in einem bestimmten Ofen wird addiert, und diese Summe wird durch die Anzahl der Walzblöcke in dem Ofen dividiert, um die durchschnittliche Walzblockdicke zu erhalten, die in Verbindung mit der Kurve nach FIg-. 5 verwendet werden muß. Die Breiten der einzelnen Walzblöcke injselben Ofen werden addiert, und diese Summe wird durch die Anzahl Walzblöcke in dem Ofen dividiert, um die durchschnittliche Walzblockbreite zu erhalten, die in Verbindung mit der Kurve nach Fig. 5 verwendet werden muß. Es wird dann der durchschnittliche Walzzyklus pro Walzblock dieser Kurve entnommen. Das entspricht dem Zeitintervall für die zugehörige Walzanlage, um aufeinanderfolgende durchschnittliche Walzblöcke aufzunehmen und zu walzen, wenn die Walzanlage · mit Nennkapazität gefahren wird, und dies ist das Gleiche wie das Zeitintervall zwischen der Abgabe eines einzelnen Walzblocks von der Gesamtheit der öfen. Wenn die Anlage nahe ihrer Nennkapazität arbeitet, so kann die Fähigkeit der öfen, die Walzanlage mit dieser Geschwindigkeit zu speisen, durch die Ofenkapazität, richtig aufgeheizte Walzblöcke zu liefern, begrenzt sein. Beispielsweise können die neuen 2 m Warmwalzanlagen, die von einer Kombination aus drei öfen mit einer Nennleistung von 250 t/h beliefert werden, eine ofenseitige Beschränkung bezüglich Walzblöcken erfahren,die breiter als 150 cm oder dicker als 20 cm sind. Um sowohl hierfür als auch für andere ungewöhnliche Betriebsbedingungen eine Kompensation zu schaffen,kann das vorausgesagte Zeitintervall zwischen jeder Abgabe des durchschnittlichen Walzblocks von der Ofenkombination, wie es aus der Kurve nach Fig. 5 bestimmt wird, mittels einer Operator-Einstelleinrichtung geändert werden, die dazu eingesetzt werden kann, das Zeitinkrement bzw. den Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Walzblockabgaben aus den einzelnen öfen im Bedarfefall einzustellen und zu ändern. Mit dieser Operator-Einstelleinrichtung kann die vorausgesagte Zeit für die Abgabe eines erhitzten Walzblocks von einem Ofen stärker auf die tatsächlichen Prozeßbedingungen abgestimmt werden, wenn diese Bedingungen auf-

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grund der Erfahrungen des Operators beträchtlich vom Normalzustand abweichen. Wie zuvor erläutert, kann dieser Zeitabstand auch durch den Rechner eingestellt werden, der so programmiert ist, daß er diesen Zeitabstand auf die erfaßten Prozeßbedingungen abstimmt. Es sei hier darauf hingewiesen, daß die vorausgesagte Zeit und der addierte Zeitabstand numerische Werte sind, die zur Bestimmung der Durchlaufzeit der einzelnen Walzblöcke durch einen Ofen dienen. Die tatsächlichen Walzblockabgaben vom Ofen können aufgrund des Bedarfs der Walzanlage stattfinden, sofern nicht vom Ofen-Operator Gegenmaßnahmen getroffen werden bzw. das Regelverfahren so gestaltet ist, daß die Abgabe eines Walzblocks so lange verhindert wird, bis er den gewünschten Wärmeinhalt aufgenommen hat. Die Summe aus der vorausgesagten Zeit, wie sie durch den Bedarf der zugehörigen Walzanlage bestimmt und aus der Kurve nach Fig. 5 erhalten wird, und der Inkrementzeit bzw. dem Zeitabstand, wie er von dem Operator oder dem Rechner eingestellt wird, repräsentiert die vorausgesagte Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Abgaben durchschnittlicher Walzblöcke von der Kombination von öfen an die Anlage, und jeder Ofen hat dann eine vorausgesagte Walzblock-Durchlaufzeit, wie sie durch die Anzahl in Betrieb befindlicher öfen bestimmt wird.

Zur weiteren Veranschaulichung dieser Bestimmung der vorausgesagten Walzblock-Durchlaufzeit durch einen Ofen sei beispielshalber angenommen, daß drei nach dem Schubprinzip arbeitende öfen aufgeheizte Walzblöcke an die Walzanlage liefern, und daß die durchschnittliche Breite der Walzblöcke in einem bestimmten Ofen 140 cm, die durchschnittliche Stärke dagegen 18 cm beträgt. Die Kurve nach Fig. 5 zeigt einen Walzanlagenzyklus von 70 see. zwischen diesen aufeinanderfolgenden Walzblöcken an, die an die Walzanlage geliefert werden. Wenn drei öfen arbeiten, dann müßte jeder Ofen einen Walzblock innerhalb von 210 see. liefern können. Der Operator kann beispielsweise einen Zeitabstand in der Größenordnung von 10 see. zusätzlich zu dem Walzanlagenzyklus einstellen, was 30 zusätzlichen Sekunden bei Verwendung von drei öfen entspricht. Die Zeit zwischen d ;r Abgabe eines Walzblocks von einem bestimmten Ofen wird dann mit 240 see. vorausgesagt. Geht man von einem nach dem Schubprinzip

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arbeitenden Fünfzonenofen mit einer effektiven Erhitzungsraumlänge von ca. 35 m aus, so beträgt die Geschwindigkeit des durchschnittlich 14o cm breiten Walzblocks beim Durchlaufen dieses Ofens, basierend auf einer Abgabe eines erhitzten Walzblocks aus dem Ofen alle 240 see, ca. 23 m/h. Der OfenHKapazitatswert für die Lieferung einwandfrei aufgeheizter Walzblöcke entsprechend Fig. 2 ist für einen durchschnittlich 18 cm starken Walzblock auf ca. 20,5 m/h (61.2 Fuß/h) begrenzt, was einer Walzblock-Abgabegeschwindigkeit von 269 see pro Walzblock aus einem Ofen entspricht, wenn die Walzblöcke 140 cm breit sind, oder aber 89,3 sec pro Walzblock, wenn drei öfen verwendet werden. Bei diesem Beispiel überschreitet die vorausgesagte Zeit, basierend auf der Walzanlagenkapazität, die Ofenkapazität,und wenn erhitzte Walzblöcke mit einer Geschwindigkeit abgegeben werden, die dieser Walzanlagenkapazität für die gleiche durchschnittliche Größe des Walzblocks entspricht, so zeigt das vorliegende Regelsystem, das das programmierte Walzblock-Modell und Ofen-Regelmodell einschließt, nach Ablauf einer gewissen Zeit an, daß die Walzblöcke nicht auf die Walztemperatur aufgeheizt werden, wenn die öfen mit Nennleistung arbeiten, und daß die tatsächlichen Abgabegeschwindigkeiten verringert werden müßten, um eine entsprechende Abstimmung auf die Ofenkapazität zu erzielen und damit eine ausreichende Erhitzung der Walzblöcke sicherzustellen. Die vorgesehenen Regelprogramme können anzeigen, wenn die Walzblöcke in einem bestimmten Ofen keinen ausreichenden Wärmeinhalt haben, und es kann dann eine Abgabe dieser Walzblöcke entweder unmittelbar oder aber durch Alarmierung des Operators,entsprechende Maßnahmen zu treffen, verhindert werden.

Der Grund, weshalb eine berechnete vorausgesagte Zeit verwendet wird, die durch die Ofenoperator-Inkrementzeiteinsteilung leicht verändert werden kann, wird im Lauf der Beschreibung der weiteren Schritte des vorliegenden Regelsystems ersichtlich. Wenn der Walzanlagenzyklus und die vom Operator festgesetzte Zeitabstandeinstellung nennenswert nach oben oder nach unten von dem Nennwert des Ofens abweichen, so ändern sich die Ausgangstemperaturreglungs-Kinsteilwerte über einen weiteren Bereich um den gewünschten

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Temperatur-Einstellwert, der den tatsächlichen Arbeitsbedingungen entspricht. Diese ausgangsseitigen Änderungen über und unter den tatsächlich gewünschten Temperatur-Einstellwert können durch Einstellung dieser vom Operator vorgesehenen Inkrementzeit auf verhältnismäßig kleine Beträge herabgemindert werden. Mit anderen Worten, wenngleich die vorausgesagten Zeiten aus dem einen oder anderen Grund nennenswert von der tatsächlichen Zeit abweichen, die entsprechend dem herrschenden Ofenbetriebszustand erforderlich ist, arbeiten die Regelprogramme so, daß der erforderliche Temperatur-Einstellwert angezeigt wird, jedoch können Abweichungen über und unter diesen Einstellwert verringert werden, indem die Zeitabstände entsprechend Bedingungen eingestellt werden, die vernünftig innerhalb der Ofenkapazität liegen. Allgemein treten weite Abweichungen der vorausgesagten Zeit von der tatsächlichen Zeit auf, wenn der auf der Walzanlagenkapazität basierende Walzzyklus die zur Verfügung stehende Ofenkapazität überschreitet. Diea tritt für die breiteren, dickeren Walzblöcke ein, für die die bestehende installierte Ofenkapazität gegenüber der möglichen installierten Walzanlagenkapazität begrenzt ist. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die Walzenanlagenkapazität einem Idealzustand entspricht und viele Schwankungen im praktischen Alltagsbetrieb infolge zu erwartender und auch un-erwarteter Anlagenverzögerungen die ideale Walzanlagenkapazität auf Werte herabsetzen, bei denen die bestehende, installierte Ofenkapazität denAnforderungen der Walzanlage besser entsprechen kann.

Zur BEstimmung des Wärmeinhalts des durchschnittlichen Walzblocks entsprechend der vorausgesagten Zeit dieses Walzblocks in einer bestimmten Aufheizzone des Ofens können die vorausgesagte Walzanlagen-Zykluszeit und die zuvor von dem Operator eingestellt Inkrementzeit verwendet werden, um die Zeit zu berechnen, die notwendig ist, um einen bestimmten Walzblock durch die Heizzone 14 des Ofens zu bewegen. Mit Fig. 6 sind schematisch die Hauptabmessungen eines typischen, im Schubbetrieb arbeitenden Fünfzonen-Heizofens gezeigt, wobei diese Abmessungen typisch sind und somit im folgenden Beispiel verwertet werden. Wenn der durchschnittliche Walzblock, wie

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er anhand der Ofen-Walzblock-Abbildung zur Verfügung steht, eine Breite von 122 cm (48 Zoll) und eine Dicke von 17,8 cm (7 Zoll) sowie eine ausreichende Länge hat, um etwa 85 % der Ofen-Erhitzungskammer, zu füllen, dann läßt sich aus der Kurve der Fig. 5 herlei- · ten, daß die Walzanlage diesen Walzblock mit einer Geschwindigkeit von etwa 66 see walzen kann. Bei einer Kombination von drei in Betrieb befindlichen öfen entspricht dies 198 see Walzblock-Erhitzungszeit je Ofen. Wenn der Ofen-Operator den Zeitabstand (Inkrementzeit) je Ofen auf 42 see oder 14 see je an die Walzanlage abgegebenem Walzblock einstellt, so ergibt dies den Wert von 198 see plus 42 see oder 240 see je Ofen-Zyklus, was 80 see je Walzblockabgabe an die Walzanlage bei drei in Betrieb befindlichen öfen entspricht, weil dieses Zeitintervall innerhalb der Grenzen der normalen Ofenkapazität bleiben muß. Bei einem Wert von 240 see/ Walzblock und einer Walzblockbreite von 1,22 m beträgt die durchschnittliche Geschwindigkeit der Walzblockbewegung durch den Ofen ca. 20 m/h (60 Fuß/h). Da die Länge der Ofenheizzone etwa 10,4 m (34 Fuß) beträgt, wie das in Fig. 6 gezeigt ist, ergibt dies die vorausgesagte Walzblock-Gesamtdurchlaufzeit t_H in der Heizzone in der Größe von 0,57 Stunden, Aus dem Kurvendiagramm der Fig. 2 ergibt sich, daß die Gesamtwärmemenge H„, die in der Heizzone für eine vorausgesagte Zeit t„ von 0,57 Stunden hinzugefügt wird, etwa 21.000 B,T.U. (brit. Wärmeeinheiten) je ft² des Wärmeblocks ausmacht, so daß dementsprechend in der Vorheizzone ein WMrmeinhalt ^HCH ^{von etwa} 89/©.T.U. pro ft des Walzblocks zugefügt werden muß. Das entspricht für das vorliegende Beispiel einem Wert von H_H + H„_G gleich 110.Φ00 B.T.U./ft Walzblock, was also dem vorgegebenen gewünschten gesamten Wärmeinhalt H₁-, des durchschnittlich 18 cm dicken Walzblocks vor dessen Eintritt in die Verteilzone des Ofens ent-, spricht. Dieser warmeinhalt H_T ist dann so, daß der Walzblock eine durchschnittliche Temperatur von 1,260° C angenommen hat, was für die Walzbehandlung in der zugehörigen Walzanlage ausreichend sein sollte. Die in Fig. 2 gezeigten Werte beruhen auf der Auswertung der Heizzone zu etwa 80 % ihrer Maximalkapazität und einer Betriebstemperatur von 1.370° C für den Ofen dieses Baispiels. Die Heiζzone wird auf dieser Kapazität zur maximalen Auswertung des Brennstoffs

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gehalten, und die restliche gewünschte Wärmemenge, die der Walzblock benötigt, wird in der Vorheizzone hinzugefügt, wobei die effektive Ofentemperatur der Vorheizzone Über den hierfür notwendigen Bereich geregelt wird, bis zu dem, der der maximal zulässigen Vorheizzonentemperatur für den betroffenen Ofen entspricht.

Die Bestimmung des Temperatur-Einstellwerts in der Vorheizzone des Ofens erfolgt entsprechend einem theoretischen durchschnittlich 18 cm starken Walzblock in dem theoretischen Walzblock-Regelbereich der Vorheizzone. Um eine gewünschte Änderung in der Regeltemperatur-Einstellung der Vorheizzone zu bestimmen, muß der Wärmeinhaltszustand eines ausgewählten theoretischen Regel-Walzblocks an einer vorgegebenen Stelle innerhalb der Vorheizzone ausgewertet und dieser mit dem gewünschten Wärmeinhalt verglichen werden, der erforderlich ist, wenn der Walzblock die Vorheizzone verläßt. Die theoretische Regel-Walzblocklage und die zusammengesetzte Breite dieses theoretischen Regel-Walzblocks ist in diesem Beispiels mit 2,44 cm definiert, und die Mittellinie dieses theoretischen Regel-Walzblocks verläuft auf halbem Weg durch die Vorheizzone, wie das in Fig. 6 gezeigt ist. Die Bestimmung der Zeit, die für diesen theoretischen Regel-Walzblock verbleibt, ehe jÄer den Ausgang der Vorheizzone erreicht, beruht auf der zuvor bestimmten Geschwindigkeit der Walzblockverschiebung. In diesem speziellen Beispiel beträgt die verbleibende Zeit t_c„ etwa 0,72 Stunden, beruhend auf einer Geschwindigkeit von 18,30 m (60 Fuß) pro Stunde und einer Länge der Entladungszone von 13,10 m (43 Fuß). Die verbleibende Zeit tp„ (verbl.) für den theoretischen Regel-Walzblock, um von einem Halbpunkt in der Vorheizzone zum Ausgang der Vorheizzone zu wandern, beträgt somit 0,36 Stunden. Um'den verbleibenden WMrmeinhalt H„„ (benötigt) zu bestimmen, der dem bereits in dem theorettischen Regel-Walzblock enthaltenen Wärmeinhalt hinzugefügt werden muß, um den erforderlichen Bezugswert des Wärmeinhalts H_c„ des Walzblocks zu erhalten, wenn dieser die Vorheizzone verläßt, muß zunächst der laufend in dem theoretischen Regel-Walzblock enthaltene Wärmeinhalt bestimmt werden, welcher der periodisch berechnete Wärmeinhaltswert 1st, der in der Walzblock-Abbildung des Ofens gespeichert und durch das weiter unten beschriebene Schmidt-

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Verfahren erhalten worden ist. Dieses beruht wiederum auf den erfaßten effektiven Ofentemperaturen und der tatsächlich verstrichenen Zeit, während der der Walzblock in dem Ofen bis zum Erreichen der Stelle des theoretischen Regelwalzblock-Bereichs geblieben ist, Wenn beispielsweise die Wärmeinhaltsberechnung anr zeigt, daß der Wärmeinhalt des theoretischen Regelwalzblocks in

2
seiner Lage 50.000 B.T.U./ft des Walzblocks beträgt, dann ist H_CH

(benötigt) 89.000 minus 50.000 oder 39.000 B.T.U/ft² Walzblock. Geht man jetzt für H_CH (benötigt) gleich 39.000 B.T.U./ft² Walzblock und für die verbleibende Zeit t_„ (verbl.) in der Vorheizen

zone von 0,36 Stunden in das Kurvendiagramm der Fig. 3, so ergibt sich der Temperaturreglungs-Einstellwert für die Heizzone mit 1.343° C (2.450° F.) .

Zur Veranschaulichung der Wirkung einer Verzögerung sei angenommen, daß der theoretische Regei-Walzblock, wie er oben beschrieben wird, sich infolge einer Verzögerung im Betrieb der zugehörigen Walzanlage nicht weiterbewegt, und daß während dieser Verzögerungsdauer die auf den neuesten Stand gebrauchte Wärmeinhalt-Berechnung 61.000 B.T.U./ft Walzblock ergibt. Die vorausgesagte Zeit t_CH (verbl.) hat sich nicht geändert, und ebensowenig hat sich der erforderliche Wärmeinhalt H_c„ von 89iOOO B.T.U./ft am Ausgang der Vorheizzone geändert. Der Wert für H_c„ (benötigt) wird 89.000 minus 61.000 oder 28.000 B.T.U./ft² Walzblock, und die verbleibende Zeit t„„ (verbl.) bleibt unverändert 0,36 Stunden. Bezieht man sich

wieder auf die Kurve nach Fig. 3,so liegt der jetzt erforderliche Temperatur-Einstellwert etwa bei 1.316° C (2.400 F). Würde die Verr zögerung anhalten, so würde der Wärmeinhalt des theoretischen Regel-Walzblocks an dieser Stelle in der Vorheizzone anwachsen, und der resultierende Temperatur-Einstellwert für die Vorheizzone würde allmählich abnehmen, wobei diese Tendenz sich umkehren würde, nachdem die Walzblöcke am Ende der Verzögerungsperiode wieder in Gang gesetzt worden sind.

Hinsichtlich des Kurvendiagramms der Fig. 4 und um die Temperatur-Einstellwerte in der Heizzone jedes Ofens zu bestimmen, ist es wünschenswert, den Walzblock-Heizvorgang entsprechend der Lage des

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theoretischen Regel-Walzblocks In der Heizzone zu bestimmen. Ähnlich dem Aufheizregelvorgang in der Vorheizzone ist es notwendig, den Wärmeinhaltszustand des theoretischen Regelwalzblocks an einer vorgegebenen Lage in der Heizzone auszuwerten und diesen mit dein Wärmeinhalt zu vergleichen, der erforderlich ist, wenn der Walzblock die Heizzone verläßt. Wenn dieser Walzblock am Ausgang der Heizzone eintrifft, sollte er den erforderlichen Wärmeinhalt H„

vor seinem Eintritt in die Verteilzone enthalten, da in der Verteilzone nur sehr wenig Wärmeenergie zugeführt werden soll. Die Lage und die durchschnittliche Breite eines theoretischen Regel-Walzblocks wird in diesem Beispiel dadurch definiert, daß der Walsblock 2,44 m breit ist und die Mittellinie dieses Regel-Walzblocks sich auf der Höhe eines Drittels des Weges durch die Heiζzone befindet, wie das in Fig. 6 gezeigt ist. Die für den Regel-Walzblock verbleibende Zeit t„ (verbl.) für den Aufenthalt in dem Re-

gelgebiet der Heizzonen, um den Ausgang der Heiszone sü erreichen, beruht auf der Geschwindigkeit der Walzblockverschiebung, wie das zuvor ermittelt wurde. Speziell in diesem Beispiel beträgt die verbleibende Zeit für die Heizzone t„ (verbl.) etwa 0,57 Stunden, beruhend auf einer Walzblock-Geschwindigkeit von 18,29 m/h und einer Länge der Heizzone von 10,36 m. Somit beträft die verbleiben-

de Zelt t_H (verbl.) für den Regel-Walzblock, um vom einen Drittel der Strecke der Heizzone zum Ende der Heizzone zu wandern, 0,38 Stunden. Bei der Bestimmung des verbleibenden Wärmeinhalts H„ (benötigt)/der dem z. Z, in dem theoretischen Regel-Wärmeblock vorhandenen Wärmeinhalt zugefügt werden muß, um den erforderlichen Bezugswert des Wärmeinhalts H_T des Walzblocks zu erreic-hen, wenn dieser aus der Heizzone austritt, ist der z. Z. in dem theoretischen Regel-Wärmeblock enthaltene Wärmeinhalt der berechnete Wert, der anhand des nachfolgend zu beschreibenden Schmidt-Verfahrens ermittelt wird, das seinerseits auf den erfaßten effektiven Ofentemperaturen und der tatsächlich verstrichenen Zeit aufbaut, während der dieser Walzblock bis zu der Stelle des theoretischen Regel-Wärmeblockgebiets in der Heizzone in dem Ofen gewesen ist. Nimmt man an, daß die letzterwähnte Berechnung angibt, daß der Wärmeinhalt des theoretischen Regel-Wärmeblocks 104.000 B.T.U./ft Walzblock und der erforderliche Wärmeinhalt am Ausgang der Wärmezone

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110.000 B.T.U./ft² Wärmeblock ausmacht, dann ist H„ (benötigt)

2 110.000 minus 104.000 oder 6.000 B.T.U./ft Wärmeblock. Aus der Kurve der Fig. 4 ergibt sich für t„ (verbl.) entsprechend 0,38 Stunden und für einen Wert von H₁₁ (benötigt) von 6.000 B.T.U./ft

Walzblock ein Temperaturreglungs-Einstellwert für die Heizzone von. annähernd 1,366° C (2.49O°F). In Weiterverfolgung dieses Beispiels sei angenommen, daß der Regel-Wärmeblock an der ein Drittel des Gesamtweges durch die Heizzone ,liegenden Stelle infolge einer Verzögerung in der Lieferung erwärmter Walzblöcke an die Walzanlage für eine bestimmte Zeitdauer angehalten wird, so ergibt die auf den neuesten Stand gebrachte Wärmeinhalt-Berechnung in dieser Lage und während dieser Verzögerung ein Ergebnis von 108.000 B,T.U./ft Walzblock. Die vorausgesagte verbleibende Zeit in der Heiζzone hat sich nicht geändert, so daß t„ (verbl.) immer noch 0,38 Stunden ausmacht, und der erforderliche gesamte Wärmeinhalt H™ von

110.000 B.T.U./ft² Walzblock hat sich nicht geändert, so daß H (benötigt) jetzt 110.000 minus 108.000 oder 2.000 B.T.U./ft² Walzblock ist. Anhand des Kurvendiagramms der Fig. 4 wird der Temperatur-Einstellpunkt für die Heizzone jetzt mit etwa 1.343° C (2.450° F) ermittelt. Würde die Verzögerung andauern, so würde der Wärmeinhalt des Walzblocks an dieser Stelle'ansteigen und der resultierende Einstellwert allmählich auf einen niedrigeren Wert absinken, wobei diese Tendenz sich umkehren würde, sobald die Walzblöcke sich am Ende der Verzögerungsperiode wieder zu bewegen beginnen .

Zur Bestimmung der Änderungen der Temperatur-Einstellwerte werden somit die drei Kurvendiagramme der Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 im Verhältnis zueinander ausgewertet, um die Änderungen in den erforderlichen Temperatur-Einstellwerten zu ermitteln, wenn die Ofenbetriebsbedingungen sich ändern. Die gezeigten Kurven sind typisch für diejenigen, die in der wiedergegebenen Instruktionsprogrammaufstellung im Anhang A und der zugehörigen DAtenaufstellung im Anhang B berücksichtigt worden sind, und ähnliche Kurven werden für jedes Dickeninkreiaent eines durchschnittlichen Regel-Walzblocks unter Verwendung von Schritten von jeweils 2,5 cm abgeleitet, wobei die Prozeßrechner-Programme die gewünschten Werte zwischen diesen Schrit-

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ten von 2,5 cm Dicke extrapolieren können. Die Aufstellung der verschiedenen Kurvendiagramme für eine bestimmte Dicke bedingt einen erheblichen Aufwand an empirischer Datenanalyse überwachter Änderungen hinsichtlich des Wärmeinhalts typischer erwärmter Walzblöcke, und allgemeinvird die in diesen Kurvendiagrammen enthaltene Information aus einer Basis-Kurvenschar für jede Walzblockstärke hergeleitet, die den Wärmeinhalt des Walzblocks in Abhängigkeit der Zeit und der effektiven Ofentemperatur zeigt, wobei eine typische solche Kurvenschar mit Fig. 7 wiedergegeben ist. Die Wärmeinhalt-Kurven werden anhand bekannter Zeit-/Temperaturbeziehuhgen abgeleitet, die für die aufgestellten inkrementalen Änderungen der Walzblock-Temperaturprofile mit der Zeit für verschiedene effektive ■■ Ofentemperaturzustände festgelegt werden» Diese Untersuchungen wurden auf verschiedene Weise wie etwa die Anwendung des weiter unten zu beschreibenden Schmidt-Verfahrens empirisch durchgeführt, und die Ergebnissse wurden mit tatsächlichen Arbeitsdaten und tatsächlichen Wärmewerten verglichen, die beim Betrieb tatsächlicher öfen erhalten wurden, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die von dem vorliegenden Regelsystem gelieferten Wärmeblockaufheiz-Gesamtergebnisse mit der tatsächlichen Ofenbetriebs-Erfahrung im Einklang stehen. Nachdem die hier beschriebenen Regelprogramme einmal aufgestellt worden und für ein bestimmtes Wärmeblock-Aufheiz-Ofensystem angewandt worden sind, können die erhaltenen Ergebnisse gewünschtenfalls geändert werden, um der tatsächlichen Arbeitsweise des Ofensystems zu entsprechen, indem die Basiskurven mit einem leicht ermittelten Korrekturfaktor beaufschlagt werden. Beispielsweise könnten die Ergebnisse der mit Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 wiedergegebenen Kurvendiagramme mit einem vom Operator gelieferten Faktor "f" gleich 0,998 oder 1,002 multipliziert werden, um die vorausgesagten Temperatur-Einstellwerte in Einklang mit der tatsächlichen Arbeitsweise des Ofens zu bringen und sofern notwendig, leichte Differenzen im Betrieb der einzelnen zu regelnden öfen zu korrigieren.

Beschreibung des Schmidt-Verfahrens zur Bestimmung des Wärmeinhalt· jedes einzelnen Walzblocks bei seinem Durchlauf durch den Ofen.

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Die Entscheidungen, ob und inwieweit der Regeltemperatur-Einstellwert geändert v/erden soll, hängt von der Bestimmung des Wärmeinhalts eines Walzblocks in einem bestimmten Ofen entsprechend der Aufenthaltszeit in diesem Ofen und der erfaßten effektiven Ofentemperatur bei der Bewegung des Wälzblocks durch die entsprechenden Heizzoneh dieses Ofens ab. Das zu. dieser Bestimmung eingesetzte Verfahren beruht auf dem algebraischen Äquivalent eines graphischen Verfahrens, das als das Schmidt-Verfahren bekannt ist und von E. Schmidt entwickelt wurde, wie das in A.Foppls Pestschrift, S. 179,

J. Springer, Berlin 1924 beschrieben wird. Eine detallierte Grundbeschreibung des Verfahrens findet sich in einer Veröffentlichung von W. Trinks in "Industrial Furnaces", Band I, Anhang I, John Wiley & Sons, New York. Das Verfahren zur Bestimmung des Wärmeinhalts eines in einer Heizzone befindlichen Werkstücks für das vorliegende Regelsystem soll nicht auf das hier beschriebene Schmidt-Verfahren beschränkt sein. Gewünschtenfalls kann einer ausgeklügelteren Differentialgleichungslösung oder jedem anderen bekannten analytischen Verfahren zur Bestimmung der Zeit-/Wärmeinhalt-Beziehung eines in einer solchen Heizzone befindlichen Werkstücks der Vorzug gegeben werden.

Das hier beschriebene, speziell zur Walzblockerhitzung eingesetzte Verfahren ist in -der Weise wirksam, daß für jeden bestimmten Zeitpunkt "t" die dem Walzblock in dem Zeitintervall "Dt" zugeführte inkrementale Wärmemenge auf folgendes bezogen wird:

(a) TF (⁰F): Die ümgebungs- und effektive Ofentemperatur, die Wärme an den Walzblock abgibt.

(b) TS (⁰F): Oberflachentemperatur des Walzblocks.

(c) C. (B. T.U., ft., Dicke/°C, ft², h)ι Thermische Leitfähigkeit des Walzblock-Materials, die sich mit der Temperatur des Walzblocks ändert.

(d) CM (B.T.U./lb.,°F): Spezifische Wärme des Walzblock-Materials, die sich mit der Temperatur des Walzblocks ändert.

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(e) kT (B.T.U./ft², h, ⁰F): Der augenblickliche Gesamt-Wärme-Übergangskoeffizient, der die Geschwindigkeit der Wärmeüber-

^ tragung zwischen dem Ofen und der Oberfläche des Wärmeblocks berücksichtigt. Dieser Koeffizient ist als unmittelbares Verhältnis zwischen der Temperaturdifferenz zwischen der effektiven Ofentemperatur TP und der Walzblock-Oberflächentemperatur TS definiert, wobei die tatsächliche Geschwindigkeit der Wärmeübertragung, die praktisch vollkommen durch Strahlung erfolgt, eine Funktion der Differenz zwischen der vierten Potenz der absoluten Temperatur des Ofens und der vierten P°tenz der absoluten Temperatur der Walzblock-Oberfläche ist. Dieser Wärmeübergangskoeffizient kT ist ein abgeleiteter Wert, der von der durch Strahlung übertragenen Wärme abhängt und sich mit der Ofen- sowie der Walzblock-Oberflächentemperatur ändert. Der Begriff kT als Gesamt-Wärmeübergangskoeffizient ist notwendig, um Schwerpunkte bei den Berechnungen des Wärmeinhalts mit dem Schmidt-Verfahren aufstellen und auswerten zu können

Die weitere bei der Durchführung der Berechnungen verwendete Nomenklatur läßt sich wie folgt zusammenfassen:

Q (lbs./ft³): Dichte des Walzblockmaterials, die für die Erhitzung des Walzblocks als konstant angenommen wird.

L (ft.): 1/2 der Walzblockdicke.

DS (ft.): Breite jeder Teillage, in die der Walzblock unterteilt wird. Im Hinblick auf eine gute Genauigkeit wird der 1/2-Walzblock in mindestens vier Teillagen unterteilt, wie das in Fig. 8 angedeutet ist.

TS (KN)⁰F: repräsentiert die Oberflächentemperatur des Walzblocks in dem neuen Temperaturprofil "N" am Ende des Zeitinkrements Dt. Beispielsweise ist TS (Kl) die Oberflächentemperatur für das Profil "I" usf.

T (KM,I) F: Bezeichnung für eine bestimmte Temperatur in dem neuen Temperaturprofil am Ende des Zeitinkrements Dt, worin

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•t. die gesamte verstrichene Zeit in Stunden ist, die das vorausgehende Profil auslöste, und t, gleich die insgesamt verstrichene Zeit in Stunden ist, die das nächste Profil auslöst, wobei gilt Dt = t₂ minus t^. Der Zusatz "KN" repräsentiert ein bestimmtes Profil und der Zusatz "I" repräsentiert die Lage des Temperaturpunkts in dem Profil, Beispielsweisebedeutet T (KO, 0), daß der "KO"-Anteil des Zusatzes die Temperatur in dem Anfangsprofil "0" repräsentiert, während der "O"-Teil des Zusatzes die Lage an der Teillagengrenze "0" repräsentiert. Die Teillagengrenzen sind in Fig. 8 gezeigt. T (KO,1) repräsentiert die Temperatur im Anfangsprofil "0" an der Teillagenstelle ¹¹X", T (Kl,0) repräsentiert die Temperatur des Profils "1" an der Teillagenstelle ¹¹O". T (Kl,1) repräsentiert die Temperatur des Profils "1" an der Teillage "1". T (Kl,2) repräsentiert die Temperatur des Profils "1"' an der Teillagenstelle 2. T (KlOO,4) repräsentiert die Temperatur des Profils "100" an der Teillagenstelle 4 usf. Die Information für jedes neue Temperaturprofil entsprechend dem Durchlauf des Zeitinkrements "Dt" beruht auf dem vorhergehenden Profil. Die verschiedenen zu verfolgenden Schritte und die Beziehungen, die zur Festlegung des Wärme-. Inhalts für ein bestimmtes Temperaturprofil verwendet werden, werden im einzelnen anhand der folgenden Beispiele gezeigt. Der gezeigte Berechnungsablauf bildet die Basis für das Walzblock-Heizmodellprogramm, das dazu verwendet wird, um den Wärmeinhaltzustand jedes Walzblocks in dem Ofen entsprechend dem Ablauf der Zeit und der Weiterbewegung der Walzblöcke durch den Ofen auf den neuesten Stand zu bringen.

Zur Berechnung des Profils "KO" besteht - unter Bezugnahme auf Fig. - der erste Schritt darin, die Profilunterbrechnüng T (KO,0) minus (TF- orig.T) (DS) + orig. T zu bestimmen, wobei diese Gleichung aus

M (T")
der Geometrie gleichartiger Dreiecke abgeleitet wird, die graphisch in Fig. 8 eingetragen sind.

M =» ^. c = 33 - 0,01TS (K,0)} TS (K,0) = 50°F Orig. T a 50°F; DS * 0,0363 ft.

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C= 32,5; kT «= 30,7 entsprechend Fig. 9, die kT-Werte für verschiedene effektive Ofentemperaturen und Temperaturdifferenzen zwischen Ofen- und Walzblock-Oberfläche zeigt.

TF - effektive Temperatur für die Strahlung von Wärme an den Walzblock im Eintrittsbereich des Ofens. In diesem Beispiel ist TF ■ 1.116°C (2.04O⁰F)/ und der Heizzonen-Temperatur-Kegel-Einstellpunkt ist auf 1.371°C (2.50O⁰FJ eingestellt,
jedoch ist die effektive Ofentemperatur im Eintrittsbereich niedriger. TF ändert sich und zeigt so Änderungen im Temperaturprofil der effektiven Ofentemperatur in dem Gebiet an,
in dem der Walzblock sich in dem Ofen befindet, und wenn der Walzblock sich weiter bewegt, ist die effektive Ofentemperatur annähernd gleich der dem Regler zugeführten Einstellung des Temperatur-Einstellwerts*

T (ΚΟ,Ο) « CZ.040 - 50) . 0,0363 .+ 50 · 118.2°F
■ 1,06

TS (KO) » 50° F

T (Kl, 1) * T (KO,O) + T (KO,2) m 84,1°F

Es sei darauf hingewiesen, daß T (Kl,1) ein Punkt- oder Profilwert "Kl" ist, der von dem Profil "KO" entnehmbarer Information abgeleitet wird.

T (KO,1) ■ orig T ■ 50⁰F

T (KO,2) ■ orig T = 50°F

T (KO,3) = orig T - 50°F

T (KO,4) = orig T ■ 50°F

Es sei darauf hingewiesen, daß das Profil "KO" in Wirklichkeit das originale Temperaturprofil des Walzblocks vor der Zufuhr von Hitze ist und die Berechnung von T (KO,O) ein notwendiger Konstruktionspunkt ist, um einen Punkt auf dem ersten Temperaturprofil "Kl" herzuleiten. Mit anderen Worten, der Teillagen-Punkt "O" ist eine
fiktive 1/2-Teillage DS/2, die über die eigentliche Walzblockoberfläche hinausragt. Die verschiedenen Abschnitte auf dem Teillagen-Punkt "O" sind alle notwendige Punkte, die zur Bestimmung des

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Abschnitts auf dem nachfolgenden Temperaturprofilpunkt in der Teillage "1" dienen.

Der zweite Schritt ist die Berechnung des Profils "Kl" wie folgt:

(a) berechne T (Kl,1) aus der oben für das Profil "KO" berechneten Information T (Kl,1) = T(KO,0) + T(KO,2) = 84,1°F

ν 2

(b) berechne TS(Kl)

TS(Kl) = TP - GM, wobei diese Gleichung aus der Geometrie gleicher, in Fig. 8 gezeigter Dreiecke hergeleitet ist.

G, = TF - T(K1/1); M = c_ M +DS kT

T"

C = 33 - 0,01TS(KO) = 33 - 0,01 χ 5O = 32,5 kT = 30,7, wie das der die kT-Werte zeigenden Fig. 9 entnehmbar ist.

M = 32,5 = 1,06; DS = 0,0363 ft. 30,7 2

G = 2040 - 84,1 = 1.782 1,06 + 1,0363

TS(Kl) = 2040 - 1782 X 1,06 = 150°F

(c) Berechnung von T(K1,O)

T(K1,O) - TF - G(M - DS)

Es sei darauf hingewiesen, daß diese Gleichung aus der Geometrie gleicher Dreiecke, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind, hergeleitet ist.

M =_C; C = 33 - 0,01TS(Kl) C = 33 - 0,01 χ 150 = 31,5

kT = 32,2, wie dies der die kT-Werte zeigenden Fig. 9 entnehmbar ist.

M = 31,5 = 0,978 32,2

G = TF - T(K1,1) = 2040 - 81,1 = 1928 M + DS 0,978. + 0,0363

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T(Il,O) « 2040 - 1928 (0,978 - 0,0363) « 224°P (d) Berechnung des verbleibenden Profils "Kl"

T(Kl	,2)	■ T(KO,	3) +	Τ(Κ0,1)
		- 50 +	2 50	- 50°F
T(Kl	,3)	2 = T(KO,	2) +	T(KO,4)
		2 * 50 +	50	- 50°F

T(Kl,4) · T(KO,3) « 50°F

(e) Zusammenstellung des "Klⁿ-Profils
TS(Kl) ■ 150°F

T(Kl,1)= 84,1°F
TS(Kl,2) = 5O°F
T(Kl,3) - 50°F
T(Kl,4) « 50°F

(f) Berechnung von Dt: Die Zeitintervalle, bei denen die Temperaturpunkte auf dem Profil erreicht werden.

/ Dt ■ 0,5(DS)² Q (CM)

Das Zeitintervall Dt, das für einen bestimmten Punkt auf einem bestehenden Temperaturprofil erforderlich ist, um die neue Temperatur an dem gleichen korrespondierendegPunkt (an der gleichen Lage des Walzblocks) zu erreichen, kann aus der für Dt gezeigten obigen Gleichung berechnet werden. Es sei auch darauf hingewiesen, daß das Zeitirtervall von der spezifischen Wärme und der thermischen Leitfähigkeit des Materials abhängig ist, wobei beide Werte mit der Temperatur des Walzblocks schwanken. Aus diesem Grunde ist das zur Festlegung neuer Punkte auf dem Temperatürprofil erforderliche Zeitintervall Dt eine Variable, und das neue berechnete, auf den neuesten Stand gebrachte Profil repräsentiert nicht dieses Profil, das mit einem gemeinsamen Zeitintervall erhalten wurde. Das ruft kein Problem bei der Interpretation des Ergebnisses einer Berechnung des auf den neuesten Stand gebrachten Wärmeinhalts

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' hervor, da die Zeit, zu der die Oberflächentemperatur ihren neu errechneten Wert erreicht, der zur Messung der verstrichenen Zeit verwendete Wert ist, weil die Berechnung von an. den Walzblock übertragener Wärme aufgrund der Änderung der Oberflächentemperatur und nicht der Temperaturänderungen innerhalb des Walzblocks erfolgt.

Das Zeitintervall Dt, das erforderlich ist, um die Oberflächentemperatur vom Profil "KO" auf das Profil "Kl" anzuheben, wird wie folgt bestimmt:

Dt = 0,5 (O,O726)² χ 490 χ (CM)

CM (spezifische Wärme) = 0,12 + 0,16 TS(KO)

1300

TS(KO) « 50°F

CM = 0,12006

C = 33 - 0,01 TS(KO) » 33 - 0,01 χ 50 ■ 32,5

Dt = 0,5 (0,0726)² χ 490 χ 0,12006 = 0,00476 Std.

32,5

Das zur Anhebung der Temperatur vomProfilpunkt T(KO,1) auf den entsprechenden Punkt T(Kl,1) erforderliche Zeitintervall ist ebenfalls 0,004.76 Std., da T(KO,1) ebenfalls 50°F beträgt etc.

Es zeigt sich daher,.daß das zur Anhebung der Temperatur von einem Profilpunkt zum nächsten entsprechenden Profilpunkt erforderliche Zeitintervall CM (spezifische Wärme) und C (Leitfähigkeit) Werte verwendet, die auf der Temperatur des herrschenden Profilpunkts beruhen.

Bei der Berechnung der Zeitintervalle ist CM = 0,12 + 0,16

1300

T(KN,I), worin T(KN,I)" kleiner als 135O°F ist, und

CM =* 0,43 - OjJ. T(KN,I), worin T (KN,I) gleich oder größer 900

als 135O°F ist, was die Änderung im Zustand des Stahls berücksichtigt, wenn dieser vom magnetischen in den nicht magnetischen Zustand übergeht. Ferner gilt C = 33 - 0,01 T(KN,I).

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Eine Auswertung der obigen Gleichungen ergibt das Zeitintervall Dt₇ das erforderlich ist, um einen Punkt des Temperaturprofils auf den neuesten Stand zu bringen.

(g) Berechnung des Wärmeinhalts

Der inkrementale Wärmeinhalt, der dem Temperaturprofil des Walzblocks bei dessen Änderung von einem bestehenden Profil in ein neues Profil hinzugefügt wird, wird aus der folgenden Gleichung berechnet:

DH - 0,173 Ae

460

100

:₂ + 460 \ 4

Darin ist DH - inkrementaler zugefügter Wärmeinhalt in B.T.U./

2
ft des Wälzblocks für eine gegebene Dicke.

A » auf den Walzblock einwirkende Strahlungsfläche, wobei gilt A - 2 ft², da der Walzblock von beiden Seiten her erhitzt wird.

e β effektives Gesamt-Emissionsvermögen zur Ausstrahlung von Wärme von der effektiven Ofenwandung an die Oberfläche des Walzblocks. Dies wird durch Erfahrungswerte mit den praktisch eingesetzten Ofen bestimmt, wobei in diesem Fall gilt e »0,8.

T, «■ effektive Strahlungstemperatur der Ofenwandung im Hinblick auf den Walzblock (⁰F). Dies entspricht der Einstellung des Heizzonentemperatur-Einstellwerts, wie er durch den verwendeten Ofen festgelegt wird.

T₂ * Oberflächentemperatur des Walzblocks, die zuvor als TS(KN) (⁰F) definiert wurde.

Dt * Zeitintervall (Std.) für die übertragung der DH entsprechenden Wärme.

Wendet man diese Gleichung auf das Profil "Kl" an,

worin Τ_χ ■ 2O4O°F und T₂ - TS(Kl) ■ 150°F und DT «= 0,00476 Std., so ergibt sich

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/2040 + 46θ\ ⁴ - /ΐ50 + 46θ\ ⁴ (0,00476)

DH = 0,173 χ 2 χ 0,80

100 j \ 100

DH = 0,277 [392,OO - 13953 (0,00476) = 515 B.T.U.

Um die Bestimmung der auf dieses anfängliche Profil folgenden Temperaturprofile klarzustellen, wird das zweite vollständige Profil "K2" im einzelnen und unter Bezugnahme auf Fig. 8 der Zeichnung gezeigt: .

a) Berechnung von T(K2,1)

T(K2,1)	= T(Kl	= TF - - T(K2,	fO)	+ T(Kl,2)	M =	= 224 * 50 =	C	137°F
Berechnung von	+ DS T"	TS	2 (K2)		2	kT
TS(K2) G = TF	GM D
M

C = 33 - 0,01 TS(Kl) = 33 - 0,01 χ 150 - 31,5 kT = 32,2, gewonnen aus der die kT-Werte zeigenden Fig.

M = 31,5 = 0,978
3275

G β 2040 - 137 = 1875
0,978 + 0,0363

TS(K2) = 2040 - 1874 χ 0,8 = 210°F

c) Berechnung von T(K2,0) *= TF - G(M - DS)

G = TF - T(K2,1) M=C
M + DS IcT

C = 33 - 0,01 TS(K2) = 33 - 0,01 x 210 = 30,90 kT = 33,2, gewonnen aus der die kT-Werte zeigenden Fig.

M = 30,9 = 0,931
33,2

G = 2Q4O - 137 « 1967
0,931 + 0,0363

T(K2,0) = 2040 - 1967 (0,931 - 0,0363) T(K2,O) = 28Ο

3098U/0865

d) Berechnung des übrigen Profils T(K2,2) = T(Kl,3) + T(Kl,1) = 50 + 84,1 = 67°F

2 5

T(K2,3) « T(Kl,2) + T(Kl,4) « 50 + 50 « 50°F

2 2

T(K2,4) = T(Kl,3) - 50°F

e) Zus-ammensteilung des Profils "K2¹ TS(K2)
T(K2,1)

T(K2,2) ■ 67°F T(K2,3) ■ 50°F T(K2,4) ■ 50°F

»210°F - 137°F

f) Berechnung des Zeitintervalls, das erforderlich ist, um von der Oberflächentemperatur TS(Kl) auf TS(K2) Oberzugehen:

Dt = 0,5(DS)² Q(CM)

CM ■ 0,12 + 0,16 TS(Kl) 1300

CM ■ 0,12184
C - 33 - 0,01 TS(Kl) - 33 - 0,01 χ 150 - 31,5

Dt ■ 0,05 (0,0726)² 490 X 0,12184 * 0,005 Std.

31,5

g) Berechnung des Wärmeinhalts-Inkrementa

DH = 0,173 Ae

/T₁ + 460 \⁴ " I KX) )

! * ⁴⁶⁰ I 100 /

= 0,277 (392000 - 2020) 0,005 - 541 B.T.U.

Dt

Zusammenfassung

Insgesamt vom Anfangszustand bis zum Profil "K2" verstrichene Zeit = 0,0047 Std. (Profil "Kl") plus 0,005 Std. (Profil "K2")

» 0,0097 Std.

Gesamter Wärmeinhalt vom Anfangs zustand bis zum übergang auf das Profil "K2"

= 515 B. T.U. (Profil "Kf) plus 541 B.T.U. (Profil "K2")

= 1056 B.T.U.

3 098U/086S-

Bei der Bestimmung der einzelnen Profile werden Dt und DH inkremental zum Gesamtwert addiert. So besteht am Ende einer akkumulierten Zeit t ein korrespondierender gesamter Wärmeinhalt H. Dies ist das Verfahren, das verwendet wird, um den Wärmeinhalt-Zustand des Walzblocks bei seinem Durchlauf durch den Ofen zu erhalten. Dieses Verfahren erlaubt bei algebraischer Anwendung und Einprogrammierung in den digitalen Prozeßrechner eine Flexibilität, die nicht möglich ist, wenn die Grundbeziehungen und Gleichungen angewandt werden, die der Wärmeleitung in einem Feststoff auf variabler Zeit- und Temperaturbasis zugeordnet sind.

Viele der in der praktischen Anwendung auftretenden Variablen können eingeführt und hinsichtlich ihrer Wirkung ausgewertet werden. Dies sind: Änderung im Wärmeübergang zur Oberfläche (kT); Änderung in der Temperatur der Wärmequelle (TF); Änderung in der Wärmeleitfähigkeit des Materials mit der Temperatur (C); Änderung der spezifischen Wärme des Materials mit der Temperatur (CM). Die Auswertung dieser Variablen in Kombination mit der Auswertung von Grundbeziehungen der Strahlung, der Oberflächenwärmeübertragung und Leitung ergeben eine enge überprüfung der Aufheizwerte im Vergleich zu der tatsächlichen Walzblock-Heizofenerfahrung.

Es ist darauf zu verweisen, daß die Änderung der Temperatur der effektiven Ofenheizquelle (TF) dadurch verfeinert werden kann, daß der Rechner ein Profil verschiedener gemessener Wandungstemperaturen oder effektiver Ofentemperaturen nahe der Wandung über die Länge des Ofens, insbesondere in der Aufheizzone, abtastet, wobei es bekannt ist, daß die Temperaturen im Vorheizzonenbereich des Ofens niedriger als in Nähe des Heizzonenteils sind, und wobei diese sich auch mit der Geschwindigkeit des Ofenausstoßes ändern. Diese Werte können gewichtet werden oder in Durchschnittswerte für das Schmidt-Verfahren überführt werden.

Jedoch sei auch darauf verwiesen_? daß die Änderung des Temperatur-Einstellwerts in Bezug auf das die Temperatur der Ofenheizzone erfassende Thermokreuz angewandt und das Betriebsverhalten des Ofens praktisch in Abhängigkeit von dem

3098U/0865

Heizzonentemperatur-Meßpunkt eingestellt wird.

Beschreibung der in dem Regelmodell benötigten Ofensy3 temkonstanten

1. Qfenabmessungen

Die Länge der verschiedenen Heizzonen und die Bezeichnungen dieser Zonen sind notwendig, um die Zeit in der Zone für eine bestimmte Geschwindigkeit der Weiterbewegung des Walzblocks zu berechnen.

Die Lage des theoretischen Regelwalzblocks muß speziell definiert werden, wobei diese Information hier in Übereinstimmung mit der Darstellung der Fig. 6 gewonnen wird.

Die Breite des Ofens zur Handhabung der gewünschten maximalen Größe des Walzblocks dient zur Festlegung des Heizbereichgebiets, das zur Walzblockaufheizung und zur Bestimmung der Aufheizwerte zur Verfügung steht.

2· Ofenkapazitäten - Wärmeinhait-Bezugswerte Es wird ein bestimmter Ofen ausgelegt, um einen bestimmten Durchsatz in t/h, bezogen auf eine bestimmte Walzblockgröße, abzugeben. Die installierte Wärmekapazität in B.T.U. pro Stunde und die effektiven Heiζzonentemperatüren an den Regelpunkten müssen ausreichen, um die vorgesehene Durchsatzleistung in t/h zu erzielen, wenn den Anlagenkriterien genügt werden soll. Die Minimalzeiten und. die entsprechenden Maximalgeschwindigkeiten der Walzblockbewegung werden in dem Regelmodell verwendet, um mit der angegebenen Anlagenkapazität des Ofens zu korrespondieren.

Wenn die vorgesehenen Anlagenkapazitäten in der Praxis nicht ausgewertet werden, dann müssen die Konstanten des Regelmodells so eingestellt werden, daß sie den tatsächlichen Arbeitskapazitäten entsprechen. Die alternierende Möglichkeit besteht darin, die bereits in dem Regelmodell enthaltenen

309814/0865

Konstanten mit einem Korrekturfaktor zu beaufschlagen.

In der unten stehenden Tabelle I ist eine Zusammenstellung der für einen typischen Ofen verwendeten Hauptkonstanten gegeben.

Tabelle I

Zusammenstellung der Ofenkapazität Zeiten - Wärmeinhalte

WaIz-	Maximale	Maximale	130	Etwa er	Annähern	Durch
block	Ofenkapa	Ofenkapa	138	forderli	der Wärme	schnittli
dicke	zität	zität	145	cher Wär	inhalt am	che Ge
(Zoll)	(t/h)	(lbs/ft²/	152	meinhalt	Ausgang	schwindig
		h)	158	am Ausgang	der Vor	keit
			165	der Heiz	heiz zone	(ft/h) bei
			zone	bei Nenn	Nennkapa
			(230OO j-	kapazität	zität
			Durch
			schnitts-
			temperatur)
11	235	174,000		31,8
10	250	158,000		37,3
9	262	142,000		43,5
8	275	126,500		51,3
7	288	110,000	90,000	61,3
6	300	94,800		74,3

Die verstrichene Zeit in den einzelnen Zonen bei Ofen-Nennkapazität kann berechnet werden, indem die Geschwindigkeitszahl in der Tabelle und die Vorheizzonenlänge von 12,95 m (42,5 ft), die Heizzonenlänge von 10,29 m (33,75 ft) und die Verteilzonenlänge von 10,29 m (33,75 ft) zugrunde gelegt werden.

Der Durchsatz in t/h beruht auf Walzblöcken mit einer Länge von 10,1 m (33 ft), was einer Heizbereichausnutzung von etwa 85 % entspricht.

309 8 H/0865

Die zur Aufheizung eines Walzblocke erforderliche Zeit ist prinzipiell eine Funktion der Walzblockdicke. Die Zelt In der Heizzone und die Walzblockbreite bestimmen die durchschnittliche Geschwindigkeit der Walzblockverschiebung. Wenn die Walzblöcke keine maximale Länge aufweisen, so wird der Durchsatz in t/h entsprechend reduziert, jedoch bleiben die Heizzeiten unverändert. Die Wärmeinhalte werden in B.T.U./ft/² Walzblock für eine bestimmte Dicke ausgedrückt, und alle Bezugs-Wärraeinhalte sind darauf bezogen, so daß Änderungen in der Walzblocklänge Und der Heizrauraausnutzung die in dem Regelmodell ausgewerteten Entscheidungen und Aktionen in bezug auf die Voraussage einer Änderung des Temperaturregelungs-Einstellpunkts nicht beeinflussen.

Die effektiven Ofentemperaturen in der entsprechenden Heizzone sind für die Stelle des Temperaturerfassunge-Thermokreuzes sowohl in der Vorheiz- als auch in der Heizzone mit 1371° C (2500° F) festgelegt.

Die Verteilzonentemperaturen werden mit 1260 - 1288° C (2300°F -2350° F) angenommen, um den bereits vom Walzblock aufgenommenen Wärmeinhalt aufrechtzuerhalten, wenn der Block die Heizzone verläßt und in die Yerteilzone eintritt.

Allgemein gilt die vorstehend gegebene spezifische Information zur Erläuterung, und sie kann in dem Regelmodell für jeden weiteren fortlaufend arbeitenden Vielzonenofen ausgewertet werden. Die speziellen Baukapazitäten, Zonenwerte etc., wie sie hier angegeben werden, werden zur Erläuterung des speziell betroffenen Ofens angewandt.

Beschreibung der Bestimmung der in Fig. 2 wiedergegebenen Kurvenschar

Die drei verschiedenen Kurvendiagramme entsprechend Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 bilden die Basis zur Bestimmung von Änderungen der Temperaturregler-Einstellwerte in der Vorheiz- und der Heiζzone des Ofens.

3Ü9B1 4/0865

Das Diagramm nach Fig, 2 wird wie folgt gewonnen, wobei für jeden Schritt ein numerisches Beispiel ausgearbeitet wird.

1. Zunächst ist es notwendig, einen Wert für die Gesamtzeit t_fi . (vorausgesagt) zu definieren, wie er für den Durchlauf der Heizzone notwendig ist. Der theoretische Regel-Walzblock in der Heizzone habe eine durchschnittliche Stärke von 18 cm (7 Zoll)ι und der Bereich der Werte für diese Zeit t„ (vorausgesagt) muß innerhalb bestimmter Grenzen liegen, um in der Walzblock-Heizkapazität des Ofens zu bleiben. Um die ungefähren Grenzen zu erhalten» muß die Zeit t~ (vorausgesagt) entsprechend der Ofenkapazität ausgewertet werden, was anhand der obigen Tabelle X erfolgt, die eine Zusammenstellung der Ofenkonetanten aeigt. Die Kapazität des Ofens beträgt 288 t/h für einen 18 cm (7 Zoll) dicken Walzblock, und die entsprechende Geschwindigkeit bei der Weiterbewegung des Walzblocke ist mit 61,3 ft/h gegeben. Die Heizzone ist 10,29 m (33,75 ft) lang, so daß die entsprechende Zeit t„ (vorausgesagt)_r die der theoretische Regelwalzblock zum Durchlauf durch die Heizzone benötigt, 0,55 Stunden beträgt. Bleibt die Zeit kleiner als dieser Wert, so bedeutet das, daß der Ofen mit einer grö-.ßeren Leistung als der vorgesehenen Nennleistung arbeitet. Im allgemeinen sollten Zeitwerte von 0,55 Stunden und mehr die praktischen Werte für die Gewinnung der Punkte auf der Kurve der Fig» 2 sein* Auf dieser Basis» und um einen geeigneten Arbeitspunkt zu erhalten, sei t„ (vorausgesagt) mit 0,6 Stunden angenommen.

2. Als nächstes sei der Gesamtwert des Wärmeinhalts H„, bestimmt, den der theoretische Regel-Walzblock bei seinem Austritt aus der Heizzone aufgenommen haben soll« Dies ist eine weitere Konstante im System. Aus der obigen Tabelle I ergibt sich, daß der erforderliche Wärmeinhalt für einen walzbaren, 18 cm (7 Zoll) starken Walzblock bei einer durchschnittliehen Temperatur von 1260° C (2300° F) 110.000 B„T.U./ft2 Walzblock beträgt. '

309814/0865

Es muß dann bestimmt werden, welcher Anteil des gesamten Wärmeinhalts H_ In der Heizzone (H„) und welcher Anteil von H_T in der Vorheizzone (H_CH) zugeführt wird, da U^ » H_H + H_CH. Die Verteilung des Wärmeinhalts wird auf der Basis bestimmt, daß der Anteil H„ in der Heizzone zugeführt wird, indem die

Heizzone mit etwa 80 f ihrer Leistung gefahren wird, während der übrige Anteil H-,., in der Vorheizzone bei Nennkapazität oder weniger zugeführt wird. Der Grundgedanke bei der Voraussage dieser Verteilung entsprechend Fig. 2 besteht darin, die Heizzone in der Nähe ihres, vollen Heizwerts so weit wie möglich auszuwerten und den Heizwert der Vorheizzone so zu variieren, daO für den erforderlichen restlichen Wärmeinhält gesorgt wird. Dies hat sich beim praktischen Betrieb von Walzblock-Heizöfen als Möglichkeit zur besten Auswertung des Brennstoffs bei der Beheizung der verschiedenen Heizzonen eines bestimmten Ofens erwiesen. Für das obige Beispiel 1st die ungefähre wirksame Ofentemperatur, die In der Heiζzone zur Erzielung von Brennwerten entsprechend 80 % der Heizzonenkapazität, mit 1371° C (2500° F) angenommen.

Um einen Punkt der Fig. 2 zu finden, werden die in Fig. 7 gezeigten Wärmeinhalt-/Zeitkurven für einen 18 cm dicken Walzblock verwendet, wobei sich für die 1371° C (2500° FJ-Kurve die Gesamtzeit für den Walzblock-Heizofen zur Erzielung des gesamten Wärmebedarfs H₇ von 110.000 B.T.U./ft² für einen 18 cm dicken Walzblock mit etwa 1,25 h ergibt. Der in der Heizzone zugeführte Wärmemengen anteil H₁₁ wird gefunden, indem

man der 1371° C (2500° F)-Kurve von einem bei 1,25 h beginnenden Punkt aus nach unten rückwärts folgt, bis der Wert t„ · 0,6 h erreicht wird, d. h. t_c„ (vorausgesagt) ist 1,25 -0,6 · 0,65 h. An dieser Stelle der 1371° C (2500© F)-Kurve der Fig. 4 beträgt der Wärmeinhalt bereits annähernd 85.000 B.T.U./ft² Walzblock, so daß sich ergibt H_H ■ 110.000 -85.000 » 25.000 B.T.U./ft² Walzblock. Somit wird für den Wert

t (vorausgesagt) von 0,6 h in der Heizzonenkurve der Fig. 2 ein Punkt H₁₁ ■ 25.000 B.T.U./ft² Walzblock und für H„„ von

ti \»H

85.000 B.T.U./ft² Walzblock eingetragen, und dieser Punkt

3098H/0865

wird auch in die andere Kurve eingetragen. Es gilt: H_H + H_CH = H_T oder 25.000 + 85.000 = 110.000. Mit Hilfe des gleichen Verfahrens können die weiteren Punkte auf den entsprechenden Kurven der Fig. 2 bestimmt und die Kurven in der gezeigten Weise aufgetragen werden.

Beschreibung der Bestimmung der Kurvenschar der Fig. 3 . -

Das Kurvendiagramm der Fig. 3 dient zur Bestimmung der Temperatureinstellwerte in der Vorheizzone, wobei eine solche Gruppe von Kurven für jede Walzblockstärke mit Abständen von jeweils 2,5 cm (1 Inch) dient, wie das in den entsprechenden Figuren 11, 14, 17, 20 und 23 gezeigt ist. Zunächst sind die Kurven der Fig. 2 bereits im Hinblick auf t (vorausgesagt) und t_CH (vorausgesagt) ausgewertet worden, um H_TT und H.™ zu bestimmen. Wenn mit einer für eine

rl Ln

durchschnittliche Walzblocksßrke bekannten Walzzykluszeit und einem entsprechenden Zeitabstand gearbeitet wird, so ist der Walzzyklus für den Walzblock - unter der beispielsweisen Annahme, daß die durchschnittliche Dicke und die durchschnittliche Breite des theoretischen Regelwalzblocks 18 cm (7 Zoll) bzw. 1,22 m (48 Zoll) beträgt - unter Zugrundelegung einer bekannten Walzkapazität entsprechend Fig. 5 etwa 66 see je an die Walzanlage geliefertem Walzblock oder 3 χ 66 bzw. 198 see je von einem Ofen abgegebenem Walzblock, wenn drei öfen in Betrieb sind. Hat der Ofen-Operator die Inkrementzeit bzw. den Zeitabstand je Ofen angenommener-mäßen auf 56 see eingestellt, so beträgt die OfenZykluszeit je abgegebenem Walzblock 198 + 56 see oder 0,0712 h je aufgeheiztem Walzblock. Dies entspricht etwa 14 Walzblöcken/h, und wenn die Walzblöcke eine Breite von 1,22 m haben/ so beträgt die entsprechende Geschwindigkeit 14 χ 1,22 = 17,08 m/h. Die vorausgesagte Zeit t„ (vorausgesagt) in der Heizzone beträgt dann etwa 0,61 h, ausgehend von der Heizzonenlänge von 10,36 m (34 Fuß). Aus Fig. 2 ergibt sich: H_H = 26.000 B.T.U./ft² für jeden Walzblock und entsprechend !!_,„ = 84.000 B.T.ü./ft² Walzblock. Die korrespondierende Zeit t_„ (vorausgesagt), welche die vorausgesagte Zeit der Vorheizzone ist, beträgt etwa 1,26 χ t„ (vorausgesagt). Dieser Wert wird aus dem

3098U/0865

bekannten Verhältnis der Vorheizzonenlänge (13,11 m/43 ft) zur Heizzonenlänge (10,36 m/3
(vorausgesagt) = 0,768 h.

Heizzonenlänge (10,36 m/34 ft) ermittelt, so daß sich ergibt: t_„

Zweitens sei zur Berechnung der Zeit, die verstreicht, bis der theoretische Regelwalzblock die Stelle in der Vorheizzone erreicht, in diesem Wert jede unerwartete Verzögerung berücksichtigt, die sich daraus ergibt, daß der Walzblock sich nicht mit der vorausgesetzten Geschwindigkeit von der Stelle wegbewegt. Aus der obigen Berechnung ergab sich fUr die insgesamt vorausgesagte Zeit t_„

Uli

(vorausgesagt) in der Heizzone ein Wert von 0,768 h. Hinsichtlich der Mittellinie des theoretischen Regelwalzblocke wird davon ausgegangen, daß diese sich anfänglich auf halber Höhe der Vorheizzone befindet, so daß die Zeit, die der theoretische Regelwalzblock benötigt, um die Mittellinienlage zu erreichen, der Hälfte von 0,768 h, d. h. also 0,364 h entspricht, vorausgesetzt, daß keine weiteren Verzögerungen aufgetreten sind.

Als drittes ist zur Berechnung der insgesamt in der Vorheizzone verstrichenen Zeit - ohne Irgendwelche Verzögerungen - dieser Wert gleich t„ (vorausgesagt) oder 0,768 h, und wenn Verzögerungen auftreten würden, so würden diese addiert.

Als viertes wird zur Berechnung der verbleibenden Zeit t„„ (verbl) in der Vorheizzone von der insgesamt verstrichenen Zeit die Zeit abgezogen, die bis zum Erreichen der Lage des Regelwalzblocks vergeht, d. h., t_CH /_verbl\ » 0,768 - 0,384 ■ 0,348 h. Dies ist eine Stelle t_CH (verbl) auf der Abszisse der Kurven der Fig. 3.

Fünftens wird zur Bestimmung der Vorheizzonentemperatur, die notwendig ist, um Η__Η (vorausgesagt) zum Zeitintervall t__H (vorausgesagt) zu erreichen - soweit irgendwelche Verzögerungen auftreten, so werden diese Verzögerungszeiten zu dem Wert t_„ (vorausgesagt) addiert -,die erforderliche Vorheizzonentemperatur in den Wärmeinhalt-Kurven der Fig. 7 aufgefunden, wobei H_c„ (vorausgesagt) * 84.000 und t_CH (vorausgesagt) - 0,768 h, so daß/äiesen Werten entsprechende Heizzonentemperatur etwa 1327° C (242O°F) beträgt.

3098U/0 8 65

Sechstens entspricht dies zur Bestimmung des Wärmeinhalts des theoretischen Regelwalzblocks einem Punkt auf der extra-polierten 1327° C (2420° F)-Temperaturkurve der Fig. 7, wobei die bis zum Erreichen der Lage des theoretischen Walzblocks verstrichene Zeit 0,384 h beträgt, so daß der entsprechende Wärmeinhalt sich aus der 1327° C (2420° F)-Temperaturkurve der Fig. 7 mit etwa 47.000 B.T,U./ft² Walzblock entnehmen läßt.

Siebentens wird zur Bestimmung des verbleibenden Wärmeinhalts EL,« (benötigt), der in der Vorheizzone geliefert werden muß, der vorstehend gefundene Wärmeinhalt des theoretischen Regelwalzblocks abgezogen, so daß sich ergibt 84.000 - 47.000 = 37.000 B.T.ü./ft² Walzblock. Dies ist die entsprechende Ordinate, die zum Auftragen eines Punktes auf Fig. 3 gewonnen wurde, und die Abszisse ist 0,384 Stunden, wie das zuvor gefunden wurde. Die Punkte der Fig. 3, die durch aufeinanderfolgendes Durchlaufen des vorgenannten Vorgangs bestimmt werden, liegen längs der gestrichelten Grenzlinie, die mit dem Hinweis "Limit Curve Furnace Capacity" versehen ist.

Weitere Punkte werden durch Vergrößerung der Zeit bestimmt, die der theoretische Regelwalzblock in seiner Lage verbleibt, was einer unerwarteten Verzögerung entspricht. Diese längere Zeit erhöht den Wärmeinhalt des Walzblocks, wenn der Walzblock an seiner Lage verbleibt, und das bedeutet, daß bei erneuter Ingangsetzung

des Walzblocks der benötigte verbleibende Wärmeinhalt H-,„ (benote ti

tigt) kleiner ist und daß der Heizzonentemperatur-Einstellwert, der notwendig ist, um dies in der verbleibenden Zeit t_„ (verbl)

Ln

durchzuführen, ebenfalls auf einen niedrigeren Wert herabgesetzt wird.

Weitere Punkte längs der Kurven werden in ähnlicher Weise bestimmt, um die Kurven der Fig. 3 wie folgt zu erhalten: Es sei angenommen, daß die vergangene Zeit für den theoretischen Regelwalzblock von 0,384 Stunden auf einen neuen Wert von 0,6 h erhöht wird, so daß die Gesamtzeit in der Vorheiz zone 0,6 -f 0,384 oder 0,984 h beträgt. Die insgesamt für die Vorheizzone erforderliche Wärmemenge bleibt

3098U/0865

bei 84.000 B.T.U./ft² Walzblock, wie das zuvor abgeleitet wurde, und durch Verwendung der Wärmeinhalt-/Zeitkurven der Fig. 7 wird die neue Heizzonentemperatur bestimmt, so daß für 84.0OO B.T.U./ ft² Walzblock und 0,984 h in der Vorheizzone der Zonentemperatur-Einstellwert etwa 1288° C (2350° F) beträgt.

Sind 0,6 h an der Stelle der Lage des theoretischen Regelwalzblocks vergangen und beträgt die Zonentemperatur 1288° C {2350° F), so ergibt Fig. 7 einen Wärmeinhalt des theoretischen Walzblocks von 63.000, und die Ordinate des neuen Punkts der Fig. 3 ist dann 84.000 - 63.000 ■ 21.000 B.T.U./ft² Walzblock, was dem Wert IL,_U (benötigt) entspricht, und die Abszisse ist 0,384 h für t_CH (verbl), während der Temperaturpunkt bei 1288° C (2350° Fi liegt.

Mit Hilfe des Verfahrens können weitere Punkte für in Fig. 3 aufgetragene Werte bestimmt werden. Allgemein gilt, daß die Bestimmung von Punkten der Fig. 3 anhand von Werten der Fig. 7 einen größeren Maßstab für Fig. 7 als dargestellt erfordern kann, um eine ausreichende Genauigkeit für die festgelegten inkrementalen Änderungen zu erhalten.

Beschreibung der Bestimmung der Kurvenscharen der Fig. 4

Die Kurvenscharen der Fig. 4 dienen zur Bestimmung der Temperatur-Einstellwerte in der Heizzone, wobei eine Kurvengruppe für jede durchschnittliche Walzblockdicke dient, mit Abstandeschritten von jeweils 2,5 cm (1 Zoll), entsprechend den jeweiligen Fig. 12, 15, 18, 21 und 24.

Die Gewinnung der Kurven erfolgt entsprechend den nachstehenden aufeinanderfolgenden Schritten, wobei ein entsprechendes numerisches Beispiel den jeweiligen Schritt veranschaulichen soll.

Zuerst wird Fig. 2 zur Bestimmung von t„ (vorausgesagt) und H„ verwendet und dann denselben Einzelheiten gefolgt, wie sie im ersten Schritt der vorhergehenden Bestimmung nach Fig. 3 gezeigt

309814/0865

sind. Dann ergibt sich für die gleiche Walzblockgröße etc. t_R (vorausgesagt) als 0,61 h und H_H als 26.000 B.T.Ü./ft² Walzblock.

Als zweites ist die in der Heizzone vom Zeitpunkt des Eintritts in diese Heizzone bis zum Erreichen der Lage des theoretischen Regel-Walzblocks in der Heizzone verstrichene Zeit zu bestimmen/ und wenn dabei eine gewisse Verzögerung auftritt, so sollte diese in die Zahl eingeschlossen werden. Die theoretische Regel-Walzblock-Mittellinie liegt anfänglich auf einem Drittel der Höhe des Weges in die Heizzone, und die bis zum Erreichen dieser Lage verstrichene Zeit ist daher 1/3 χ 0,61 h = 0,203 h.

Als drittes muß der Schnittpunkt auf der Wärmeinhalt-/Zeitkurve der Fig. 7 aufgesucht werden, wo der gesamte Wärmeinhalt H_T die 1371° C (2500° F)-Kurve schneidet. Diese Zeit repräsentiert die Gesamtzeit in der Aufheizzone und in der Heizzone. Wenn dabei noch eine weitere Verzögerungszeit auftritt, so erhält man aus den Kurven der Flg. 7 einen neuen Schnittpunkt der Heizzonentempxatur für denselben gesamten Wärmeinhalt Η_τ· H_T für den durchschnittlich 18 cm dicken Walzblock ist 110.000 B.T.Ü./ft² Walzblock, und die Zeit auf der 1371° C (2500° F)-Kurve, die erforderlich ist, um 110.000 B.T.U./ft² Wärmeinhalt zu erzielen, beträgt 1,25 h.

Als viertes ist die Zeit zu bestimmen, die insgesamt nur in der Heizzone verstreicht, einschließlich einer ggf. auftretenden, unerwarteten Verzögerung, und dieser Wert ist t„ (vorausgesagt) oder 0,61 h.

Als fünftes ist die verbleibende Zeit für die Heizzone, nämlich t_TT

(verbl) zu bestimmen, und dies ist die Differenz zwischen 0,61 0,203 = 0,406 h.

Als sechstes ist der gesamte Wärmeinhalt des theoretischen Regel-VJalzblocks in der-Wärmezone zu bestimmen, und dies erfolgt, indem man der Heiζζonentemperatürkurve der Fig. 7 rückwärts folgt, wobei an dem Schnittpunkt von 1,25 h und 110.000 B.T.Ü./ft² in Fig. 7 auf der 1371° C-Kurve ausgegangen und auf der Kurve entsprechend

3098U/0865

einem Zeitintervall von 0,406 Stunden zurückgegangen wird. Dadurch wird ein neuer Schnittpunkt bei 0,844 h (1,25 - 0,406) festgelegt, und an dieser Stelle läßt sich der 1371° C-Kurve der Fig. 4 ein Wärmeinhalt von 9 8.500 B.T.U./ft² Walzblock entnehmen.

Schließlich wird der verbleibende benötigte Wärmeinhalt H₁, (benötigt) bestimmt, der gleich 110.000 - 98.500 ■ 11.500 B.T.U./ftv Walzblock ist. Es wird nun ein Punkt auf der Kurve der Fig. 4 bestimmt, indem die Werte für H (benötigt) und t„ (verbl) aufgetra-

Il H ·

gen werden, die früher entsprechend den obigen Ausführungen gefunden wurden, beispielsweise 11.500 B.T.U./ft² Walzblock als Ordinate und 0,406 h als Abszisse, wobei die HeiζZonentemperatur 1371° C (2500° F) ist.

Die oben bestimmten Punkte der Fig. 4 folgen einer 1371° C-Kurve. Andere Punkte für andere Temperaturkurven werden durch Erhöhung der Zeit bestimmt, die während des Aufenthalts des theoretischen Walzblocks in seiner Lage verstreicht, wie das etwa während einer Verzögerung der Fall ist, und diese längere Zeit erhöht den Wärmeinhalt des Walzblocks, während dieser in seiner Lage verbleibt. Das bedeutet, daß bei erneuter Ingangsetzung der Walzblöcke der verbleibende benötigte Wärmeinhalt H„ (benötigt) kleiner ist und auch die Heizzonentemperaturen, die notwendig sind, um dies in der verbleibenden Zeit t (verbl) zu verwirklichen, auf einen niedrigeren Wert herabgesetzt werden.

Um beispielsweise den gesamten Zeitzyklus einschließlich einer Verzögerung zu bestimmen, sei angenommen, daß die verstrichene Zeit an der Stelle des theoretischen Regelwalzblocks in der Heizzone von 0,203 h innerhalb der Heizzone auf 0,34 h erhöht wird, was einem Zuwachs von 0,14 h entspricht, so daß die neue Gesamtzeit 1,25 + 0,14 oder 1,39 h ist. Zur Bestimmung der neuen Heizzonentemperatur muß nun der Schnittpunkt für 1,39 h und den Wärmeinhalt H_ von 110.000 in Fig. 7 gefunden werden, ferner, welche Ofentemperatur dem entspricht, wobei der Ofentemperatur-Parameter an diesem Schnittpunkt bei etwa 1366° C (2490° F) liegt. Dann ergibt sich zur Bestimmung der insgesamt in der Heizzone verstriche-

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nen Zeit, einschließlich der Verzögerungszeit, t_R {vorausgesagt) + Verzögerungszeit oder 0,61 h + 0,14 h = 0,75 h. Die Bestimmung der verbleibenden Zeit t„ (verbl) in der Heizzone ergibt die Dif-

ferenz zwischen 0,75 h - 0,34 h = 0,41 h, und dieser Wert bleibt, unabhängig von der Verzögerungszeit und gleich t_H (verbl), wie er. zuvor bestimmt wurde. Zur Bestimmung des Wärmeinhalts des theoretischen Walzblocks in der Heizrzone wird die Zonen temperaturkurve (1366° c/249O° F) der Fig. 7 nach unten zurückverfolgt, wobei am Schnittpunkt bei 1,39 h und HL = 110.000 angefangen und weitergegangen wird, bis die dem Wert t„ (verbl) oder 0,41 h entsprechende

Zeit erreicht worden ist, Dies entspricht 1,39 - 0,41 oder 0,98 h auf der Kurve (1366° C/249O° F) der Fig. 7, und der korrespondierende gesamte Wärmeinhalt ist 103,000 B.T,U./ft² Walzblock. Der verbleibende benötigte Wärmeinhalt !!„ (benötigt) ist gleich 110.000 - 103,000 = 7.000 B.T.U,/ft² Walzblock. Ein weiterer Punkt auf der Kurve der Fig. 4 wird dann bestimmt, indem die verbleibende Zeit t„ (verbl) in der Heizzone aufgetragen wird, und der benö-

tigte verbleibende Wärmeinhalt H (benötigt), beispielsweise 7.000 B.T.U./ft² Walzblock, ist die Ordinate, während 0,41 h die Abszisse ist, bei einem Heizzonen-Temperaturparameter von 1366° C (2490° F).

Unter Anwendung des gleichen Verfahrens für weitere Verzögerungszeiten können weitere Punkte bestimmt werden, die zur Erzeugung der Kurven der Fig. 4 aufgetragen werden müssen. Es sei erwähnt, daß der Teil der Kurven, der in Fig. 7 zur Bestimmung der Werte für Fig. 4 ausgewertet wird, in der Heizzone kleine Differenzen betrifft, so daß zur Erzielung,einer ausreichenden Genauigkeit in diesen Bereichen mit einem größeren Maßstab als in Fig. 7 gezeigt gearbeitet werden sollte,

Beschreibung der Bestimmung des Gesamt-Wärmeübertragungskoeffizienten (kt)

Die inkrementalen änderungen der Temperatur der Walzblock-Oberfläche mit der Zeit hängen von der Geschwindigkeit ab, mit der die Wärme durch die effektive Ofentemperatur an den Walzblock abgege-

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— ο Z — .

ben wird. Das zuvor beschriebene Schmidt-Verfahren erfordert eine Definition des Gesamt-Augenblickswerts der Wärmeübertragung* um den Abstand C/kt in der graphischen Wiedergabe der Fig. 8 zu bestimmen. Da praktisch die gesamte Wärme durch Strahlung übertragen wird, ist der inkrementale Wärmeinhalt DH, der während eines Zeitintervalls Dt durch Strahlung übertragen wird, gleich:

DH ■ 0,173 A

/TF + 46O)⁴ - TS + 460 ⁴ I

DT.

Das gleiche Inkrement an zugeführter Wärme läßt sich auch als Gesamt-Wärmeübergangskoef fizient ausdrücken:

DH ■ (kt) A (TF - TS) Dt, worin

TF » effektive Ofentemperatur und

TS = Oberflächentemperatur des Walzblocks.

(kt) => Gesamt-Wärmeübergangskoeffizient in B.T.U./ft², h, ⁰F.

Setzt man die obigen beiden letzten Gleichungen gleich und löst nach kt auf, so ergibt sich

kt-fiiiZlj

/TF + 460)⁴ - /TS + 46O^ ⁴ V 100 / V 100 /

TF-TS

Die Kurvenschar für die verschiedenen effektiven Ofentemperaturen entsprechend Fig. 9 beruht auf der letztgenannten Gleichung.

Definitionen verschiedener in den vorgehenden Beschreibungen benutzter Ausdrücke '

t_H (vorausgesagt) « Zeit in h, die der Walzblock zum Durchlauf der

Heizzone des Ofens benötigt, vorausgesagt anhand der Walzzykluszeit und der Zeitabstand-Einstellungen für den durchschnittlichen Walzblock im Ofen, wie sich das aus einer Uberwa-

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chung der Walzblöcke bei der Auswertung der Ofen-Walzblock-Abbildung ergibt.

t (verbl)

Zeit in Stunden, die die Mittellinie des theoretischen Regel-Walzblocks noch benötigt, um die Heizzone zu·durchlaufen.

Zeit in Stunden, die ein Walzblock zum Durchlauf der Vorheizzone benötigt, wobei der Walzblock mit derselben Geschwindigkeit wie bei der Bestimmung von t_H (vorausgesagt) weiterwandert.

(verbl)

Zeit in Stunden, die für die Mittellinie des theoretischen Regel-Walzblocks für den Durchlauf der Vorheizzone verbleibt.

Zeitintervall in h zwischen der Bestimmung jedes neuen Temperaturprofilpunkts im Walzblock entsprechend dem Schmidt-Verfahren.

Walzzyklus

Zeitabstand
(Inkrementzeit)

Zeit in see, die der durchschnittliche Walzblock (hinsichtlich Dicke und Breite).benötigt, um in der zugehörigen Walzanlage mit Nennkapazität gewalzt zu werden. Dieser Wert wird zusammen mit einem veränderlichen Zeitabstand (Inkrementzeit) verwendet, der vom Operator zur Voraussage der Laufzeit der Walzblöcke durch den Ofen eingestellt wird.

Zeit in see, die vom Ofen-Operator eingestellt wird, um die vorausgesagten Ofenbetriebsbedingungen an die tatsächlichen Anforderungen seitens der Walzanlage anzupassen.

Zeit in h, die der Walzblock sich in der Verteilzone aufhält.

3 0 9 B U / 0 8 G 5

TF = Temperatur der effektiven Warmestrahlungs-

quellen, einschließlich der Ofenwandung und der den Walzblock umgebenden Heizgase in ⁰F; entspricht außerdem der Ofenheizzonentemperatur.

TS = Oberflächentemperatur des Walzblocks in ⁰F.

T(KN,M) = Bezeichnung eines Temperaturpunkts im Walzblocktemperatur-Profi If β Id, wie es mit dem Schmidt-Verfahren bestimmt wird und in Fig. gezeigt ist. KN legt dabei die Teillagen-Teilpunkte auf dem Profil fest, wobei N = 0,1, 2, 3, 4 ist. Der Walzblock ist von seiner Mittellinie aus in vier Teillagen unterteilt, wie das mit Fig. 8 wiedergegeben 1st. M entspricht der Ordnungszahl jedes vollständigen Profils für jedes Zeitintervall Dt und beginnt bei 0, um jeweils um ein Intervall zuzunehmen, wenn ein Profil erzeugt wird.

H„ = Wärmeinhaltskomponente des gesamten Wärmein

halts eines Walzblocks, der in der Heizzone zugefügt wird, in B.T.ü./ft² Walzblock.

Hp = Wärmeinhaltskomponente des gesamten Wärmein

halts eines Walzblocks, der in der Vorheizzone zugefügt wird, in B.T.U./ft² Walzblock.

H_T = gesamter Wärmeinhalt eines Walzblocks, der

notwendig ist, um die zum Walzen erforderliche gewünschte Temperatur zu erreichen, wobei die ungefähre durchschnittliche Walzblocktemperatur 1260° C (2300° F) beträgt, in B.T.U./ft² Walzblock. Dies ist ein vorgegebener Bezugswert entsprechend der Wärmemenge, die sich im Walzblock befinden sollte, wenn dieser den

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H_H (benötigt)

H_CH (benötigt)

Ausgang der Heizzone verläßt und in die Verteil zone eintritt. Alle Kurven für die Bestimmung verschiedener Temperatur-Einstellwerte beruhen auf der Erzielung dieses Bezugswerts in der Beziehung H = H_ß + H_CH,

Zuwachs (Inkrement) an benötigtem oder verbleibendem Wärmeinhalt, der in der Heizzone

innerhalb der Zeit t„ (verbl) noch hinzugefügt

ti

werden muß, wenn der theoretische Regel-Walzblock von seiner theoretischen Lage in der Heizzone zum Ausgang der Wärmezone wandert, in B.T.U./ft² Walzblock.

Zuwachs an benötigtem oder verbleibendem Wärmeinhalt, der in der Vorheizzone in der Zeit t„„ (verbl) zugefügt werden muß, wenn der theoretische Regel-Walzblock von seiner theoretischen Regelbereichlage in der Vorheizzone zu dem Ausgang der Vorheizzone wandert, in B.T.ü./ft² Walzblock.

Erläuternde Minimalzeiten in der Verweilzone

Für einen typischen, im Schubbetrieb arbeitenden Ofen sind voraussichtlich die folgenden Minimalzeiten in der Verteilzone wünschenswert, wobei diese auf Geschwindigkeiten der Walzblöcke beruhen, die für eine gegebene Walzblockstärke.innerhalb der Ofenkapazität liegen:

Walzblock dicke (Zoll)	max. Ofen- kapazität (t/h)	max. Ofenr kapazität (Ibs/ft²/h)	Zeit in der Ver teilzone (h)
6	300	165	0,454
7	287,5	158,4	0,552
8	275	152	0,657
9	262	145	0,775
10	250	138	0,905
11	235	130	1,07

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Beschreibung einiger der in Verbindung mit dem vorliegenden Regelsystem und -verfahren verwendeten Einrichtungen ; . "

Das hier beschriebene Prozeßregelsystem und -verfahren arbeiten in Verbindung mit den bereits vorgesehenen, herkömmlichen analogen Temperaturreglern des Ofenverbrennungssystems mit dessen zugehörigen Instrumenten und sonstigen Geräten. Es sind einige weitere Einrichtungen notwendig, deren Hauptfunktion darin besteht. Anzeigen zu liefern und zu überwachen, ob ein Walzblock in der richtigen Heise erhitzt worden ist und dementsprechend aus dem Ofen gefahren werden kann. Beispiele dafür werden weiter unten gegeben.

Unzureichender Wärmeinhalt - Leuchtsignal

Eine Lichtanzeige gibt an, daß der erforderliche Wärmeinhalt noch nicht erreicht worden ist, wenn der Walzblock den Ausgang der Heizzone erreicht und gerade in die Verteilzone eintritt. Das Herausfahren aus dem Ofen wird nicht zugelassen, bis der für den Walzblock gewünschte Wärmeinhalt erreicht worden ist, und der entsprechende Bedienungsknopf kann dazu dienen, den Vorgang zu umgehen und den Ausstoß doch zuzulassen, wenn der Ofen-Operator dies wünscht. Für jeden Ofen ist eine solche Einrichtung vorgesehen. Weist der Walzblock einen unzureichenden Wärmeinhalt auf, so wird ein entsprechender Ausdruck veranlaßt.

Unzureichende Verteilzeit - Anzeigelampe

Eine weitere Lichtanzeige gibt an, daß der Walzblock nicht lange genug in der Verteilzone geblieben ist. Für jeden Ofen ist eine solche Einrichtung vorgesehen. Ein ungenügend langer Aufenthalt in der Verteilzone bewirkt ebenfalls einen Ausdruck.

Anzahl vor dem Beginn einer geplanten Verzögerung auszustoßender Walzblöcke (Wählschalter)

In Abhängigkeit von einer vorweggenommenen oder geplanten Verzöge-

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rung kann der Ofen-Operator mittels dieser Einrichtung die Zahl der Walzblöcke einstellen, die vor dem Beginn der Verzögerung abgegeben werden sollen, oder die Wahl kann so codiert werden, daß sogleich eine Verzögerung eingeleitet oder aber eine Verzögerung vor der angesetzten Beendigung der Verzögerungszeit beendet wird. Für jeden Ofen ist eine solche Einrichtung vorgesehen.

Dauer der vorweggenommenen Verzögerung. (Wählschalter)

Der Ofen-Operator stellt die Dauer der vorweggenommenen Verzögerung in Zentel Stunden ein. Eine solche Einrichtung ist für jeden Ofen vorgesehen.

Ofenwählschalter für vorweggenommene Verzögerung (Schalterstellungen) (alle öfen oder Ofen 1, Ofen 2, Ofen 3 etc.)

Einleitung der vorweggenommenen Verzögerung Druckknopf

Einer für jeden Ofen. Leitet das Verzögerungsprogramm ein.

Zeitabstand (Inkrementzeit) (see) Wählschalter

Der Ofen-Operator stellt das gewünschte Zeitabstand-Intervall ein, das zu der berechneten WalzZykluszeit für jeden Walzblock in der ' Walzblock-Abbildung entsprechend den Arbeitsbedingungen addiert wird, die die Durchlaufzeit für in einen bestimmten Ofen eintretende Walzblöcke beeinflußt.

PROZEßREGLER GEWÄHLT "GESPERRT" VORHEIZZONE PROZEßREGLER GEWÄHLT "GESPERRT" HEIZZONE PROZEßREGLER GEWÄHLT "GESPERRT" VERTEILZONE - OST PROZEßREGLER GEWÄHLT " GESPERRT' VERTEILZONE - WEST

Die letzten vier Posten sind für geden Ofen, aber nicht unbedingt als gesonderte Einrichtung an jeder Betriebsstation erforderlich. Diese Funktion kann durch ein Signal von Kontakten an Betriebsart-

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Schaltern ausgeübt werden, die bereits Im Rahmen der ersten Ofenausrüstung zur Verfügung stehen. Wenn der "Gesperrt"-Zustand gewählt 1st, so kann der Proeeßregler bei Bedarf alle Regelfunktionen wie eine Einstellpunkt-Bezugswertrückkopplung, Festhalten eines Walzblocks Infolge ungenügender Erwärmung oder untüreichendem Aufhalt in der Verteilzone ausführen und ausdrucken, jedoch nicht unmittelbar mit diesen Regelfunktionen auf den Ofen selbst einwirken.

DIGITALWIEDERGABE (t/h) eine für alle öfen WIEDERGABE-WÄHLEINRICHTUNG (Anwahl eines beliebigen Ofens)

Die beiden letztgenannten Posten werden nur auf Wunsch vorgesehen, erweisen sich aber im Betrieb als unmittelbares Maß für die Ofenkapazität von Vorteil.

Verhältnis des Erhitzungszustands zwischen oberer und unterer Zone ,

Hierfür ist keine besondere Vorrichtung vorgesehen, jedoch weist in der ursprünglichen Ofen-Regeleinrichtung die Zonenerhitzung wahlweise eine Einrichtung auf, die die Ober- und Unterzone in der Vorheiz- und ebenso in der Heizzone als eine Regeleinheit arbeiten läßt. Auf dieser Grundlage sind die oberen Temperaturfühleinheiten in jeder Aufheizzone die einzigen, die zur Regelung der entsprechenden Heizzonenspeisung dienen. Der Heizwert für die Unterzone entspricht einem feststehenden, jedoch einstellbaren Verhältnis zu dem Heizwert der Oberzone in jeder Aufheizzone (Vorheizzone und Heizzone, jedoch nicht Verteilzone, die keine Heizeinrichtung im Unterbereich hat). Wenngleich eine gesonderte Regelung des Ober- und Unterbereichs vorgesehen werden kann, so besteht das übliche Verfahren doch darin, die Ober- und Unterseite in Abhängigkeit von einem Rückkopplungssignal zu heizen, das von einem Regel-Temperaturfühler wie einem in dem oberen Teil des Ofens angeordneten Thermokreuz geliefert wird, und ein bestimmtes Verhältnis zwischen Ober- und Unterseite einzustellen. Der Grund für dieses Vorgehen ist in den Schwierigkeiten zu sehen, die sich bei der Anordnung

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eines Regel-Temperaturfühlers im Unterbereich ergeben, wenn dieser genau messen und eine effektive Ofentemperatur liefern soll, die den Heizwerten im Unterbereich folgt und diese unmittelbar ändert. Die Zustandsprüfung mittels Kontakten in der ursprünglichen Regelausrüstung informiert den Prozeßrechner, von welchem Heizregelverfahren Gebrauch gemacht wird. Folgende Signale sind dann erforderlich:

(a) Vorheizzone eins für jeden Ofen

(b) Heizzone eins für jeden Ofen

Analoge Signale zur Temperatur-Einstellwertreglung

Die folgenden analogen Signale sind für den Informationsaustausch zwischen der ursprünglichen Ofenregel-'ungsausrüstung und dem Prozeßrechner notwendig. Es wird davon ausgegangen, daß die Signale von allen ursprünglichen oder Primär-Regelfühlern wie Temperaturfühlern durch geeignete Meßwertwandler (die Teil der ursprünglichen Ausrüstung sind) in Standard-Gleichspannungswerte umgewandelt werden, die sich für die Analog-/Digitalwandler des Prozeßrechners verwenden lassen. Diese analogen Eingangssignale von der Ofenausrüstung zum Prozeßrechner sind folgende:

1. Vorheizzonentemperatur - Oberseite - eins für jeden Ofen

2. Vorheiζzonentemperatur - Unterseite - eins für jeden Ofen

3. Heizzonentemperatur - Oberseite - eins für jeden Ofen

4. Heiζzonentemperatur - Unterseite - eins für jeden Ofen

5. Verteilzonentemperatur - link® Seite - eins für jeden Ofen

6. Verteilzonentemperatur - rechte Seite- eins für jeden Ofen

Walzanlagenverzögerung - Anzeigelampe

An der Ofen-Operatorstation leuchtet diese Lampe auf, wenn in ir*- gendeinem Bereich der Walzanlage eine Verzögerung auftritt. Diese Lampe arbeitet parallel zu an anderen Steuertischen vorgesehenen und erlischt, wenn alle Verzögerungen aufgehoben worden sind, wobei eine solche Einrichtung für alle öfen vorgesehen ist.

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Ofendaten-Abruf-Ausdruckknopf

Diese Einrichtung leitet über den Operator den Ausdruck aller Ofendaten ein, die bei entsprechendem Abruf für den Ausdruck vorgesehen worden sind. Für jeden Ofen ist eine solche Einrichtung vorgesehen.

Rechner arbeitet nicht - Leuchtanzeige

Diese Anzeige macht den Ofenoperator darauf aufmerksam, daß der Prozeßrechner keine Regelung der Walzblock-Heizöfen bewirkt. Es kann wünschenswert sein, diese Funktion mit einem Alarm auf der Ofenanzeigetafel zu koppeln, da ein Ausfall des Prozeßrechners dem Ofen-Operator möglicherweise nicht unmittelbar auffällt, da dieser sich möglicherweise nicht immer an der Konsole befindet, wo die Anzeigelampe angeordnet ist. Für jeden Ofen ist eine solche Einrichtung vorgesehen.

Nachrichtenausdruck- Anzeigelampe

Diese Anzeigelampe unterrichtet den Ofen-Operator, we^nn der Prozeßrechner Daten an den Drucker abgibt, der sich im Ofenregelbereich befindet. Die Anzeigelampe spricht dabei jedesmal an, wenn eine neue Nachricht ausgedruckt wird.

Analogsignale für die Einstellwert-Regelung

Nachstehend wird eine Aufstellung analoger Signale gegeben, die zwischen der ursprünglichen Ofenreglungsausrüstung und dem Prozeßrechner auftreten. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Signale von allen primären Fühlern für die Reglung wie Temperaturfühler durch geeignete Meßwertwandler (die ebenfalls Bestandteil der Primärausrüstung sind) in Standard-Gleichspannungswerte umgesetzt werden, die sich in den Analog-/Digitalwandlern des Prozeßrechners verwerten lassen. Bei den analogen Eingangssignalenzwischen Ofenausrüstung und Prozeßrechner handelt es sich um folgende:

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1. Einstellpunkt-Bezugswert -

2. Einstellpunkt-Bezugswert -

3. Einstellpunkt-Bezugswert -

4. Einstellpunkt-Bezugswert -

5. Einstellpunkt-Bezugswert -

6. Einstellpunkt-Bezugswert -

Vorheizzone - Oberseite - eins für

jeden Ofen

Vorheizzone - Unterseite - eins für

jeden Ofen

Heizzone - Oberseite - eins für jeden

Öfen

Heizzone - Unterseite - eins für jeden Ofen

Verteilzone - Oberseite links - eins

für jeden Ofen

Verteilzone - Oberseite rechts - eins

für jeden Ofen

Beschreibung der Systemflußdiagramm-Progranime

Es sei darauf hingewiesen, daß die speziellen logischen Systemflußdiagramm-Programme entsprechend Fig. 27-31 nur zur Erläuterung einer geeigneten Ausfuhrungsform des vorliegenden Regelsystems und -Verfahrens dienen. Es ist für den einschlägigen, mit dem Gebiet der dynamischen Prozeßreglung vertrauten Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß hinsichtlich der gewählten Funktionen und deren Anordnung, wie sie in diesen Programmen aufgestellt sind, viele Modifikationen möglich sind.

Im Hinblick auf die Regelprogramme zur Aufheizung der Walzblöcke, wie sie mit Fig. 27 - 29 gezeigt sind, wird von zwei grundlegenden Heizreglungsvorgangen Gebrauch gemacht. Einer ist ein Operator-Interface, wobei die Programme auf vom Operator gegebene Eingangssignale reagieren. Ein erstes dieser Programme dient zur Unterbrechung der Verzögerungsumgehung für den Ofen X + 1, während das zweite die " push to extract"-Unterbrechung für den Ofen X der Fig. 27 und ein dritter primärer Operatoreingang die erwartete Verzögerungsunterbrechung entsprechend Fig. 28 ist. Die weitere Wärmeregelung erfolgt periodisch in Abhängigkeit von·der Walzanlagen-Zykluszeit und der Anzahl in Betrieb befindlicher Walzblocköfen entsprechend Fig. 29. Der Regelvorgang wird allgemein in Bezug auf die drei öfen beschrieben, jedoch könnten mehr oder

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weniger öfen geregelt werden, die jeweils fünf Heizregelzonen haben. Der Ofen X entspricht einem der öfen 1,2 oder 3, während der Ofen X + 1 dann der nächstfolgende Ofen wäre. Alle drei Ufen liefern erhitzte Walzblock-Werkstücke an eine zugehörige Walzanlage, die eine Grob-Walzanlage sowie eine Schlicht-Walzanlage umfassen kann.

Im Zusammenhang mit den Wärmereglungsprogrammen wird von zwei grundlegenden Zeitvorgängen Gebrauch gemacht. Der ein« Vorgang wird vorgesehen, wenn der Operator eine unmittelbare Eingangskontrolle hinsichtlich der Auslösung oder der Änderung des Ofenbetriebs ausübt, während der andere Vorgang der zeitgebende Vorgang ist, der durch eine ausgewählte Zeitbasis des im Prozeßrechner enthaltenen Taktgebers bestimmt und periodisch angesprochen wird. Der Rechner hat seinen eigenen internen Taktgeber, und alle drei Minuten (oder so oft, wie durch den Ofen-Operator gewünscht) führt das Wärmereglungsprogramm der Fig. 29 bestimmte periodische Vorgänge aus, um die in dem Rechnerspeicher enthaltene Information hinsichtlich des Wärmeinhalts-Zustands der einzelnen in den verschiedenen öfen befindlichen Wärmeblöcke auf den neuesten Stand zu bringen.

Was die Operator-Eingangssignale angeht, die in Flg. 27 gezeigt sind, so ist vermutlich die "push to extract"-Unterbrechnung der wesentlichste Vorgang.. Wenn diese Unterbrech-ung auftritt, weil der Ofen-Operator die Entscheidung getroffen hat, den nächsten Walzblock aus einem bestimmten Ofen herauszunehmen, nachdem der Rechner ihm mitgeteilt hat, wann dieser Schritt erfolgen soll, und nachdem bestimmt worden ist, daß die Walzanlage für den nächsten Walzblock bereit ist und der nächste Walzblock richtig aufgeheizt worden ist, wird der als nächstes erwärmte Walzblock dem Ofen durch einen geeigneten Mechanismus entnommen, der mindestens diesen nächsten Walzblock aufgrund des Ausstoß (push to extractfSignals des Operators weiterbewegt.

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Ein Block 203 prüft, ob das Kennzeichen des Ofens X für eine bestehende Verzögerung gesetzt ist. Ist die Antwort "Nein", so . läuft das Programm zu einem Block 204 und dem zuvor beschriebenen · normalen Ofenausstoß-Programm weiter. Ist die Antwort des Blocks 203 "Ja", so wird über den Block 205 eine Prüfung vorgenommen, ob die Zählung gleich Null ist. Ist die Antwort am Block 205 "Nein", dann wird die Zählung am Block 207 auf "-1" gestellt, worauf das Programm dann zum Block 204 und dem normalen Ofenausstoß-Programm weiterläuft. Ist die Antwort auf die Prüfung am Block 205 "Ja", so zeigt dies an, daß die Zählung gleich Null ist, und das Programm schreitet zum nächsten Block 209 des Flußdiagramms fort. Dies zeigt an, daß der Ofen X bereit ist, eine erwartete Verzögerung einzuleiten, so daß für den Block 209 das Kennzeichen gesetzt wird, und das Programm nimmt die Länge dar Verzögerung auf und findet die festgelegten Temperaturkurven, die dieser speziellen Verzögerungsdauer entsprechen, ober den Block 211 werden die Temperaturdaten für das Ofentemperatur-Ausgabeprogramm gespeichert, und dieser Teil des in Fig. 27 gezeigten Programms endet. Es wird dann am Block 204 eine Ofanreglungs-Äufzeichnung für den Ofen-Operator ausgedruckt, die Information bezüglich des gerade ausgestoßenen Walzblocks enthält und den gesamten Wärmeinhalt, die Zeit des Aufenthalts im Ofen und dergleichen angibt» Am Block 206 wird eine Berechnung der Walzanlagen-Zykluszeit für den Walzblock durchgeführt, der als nächstes aus dem folgenden Ofen X + 1 ausgestoßen werden soll, wobei hier T^ die berechnete Zeit ist. Am Block 208 wird bestimmt, ob der als nächstes ausgegebene Walzblock eine ausreichende Verteilzeit hat, was einen weiteren Gesichtspunkt darstellt, um zu sehen, ob der Walzblock sich ausreichend lange in der Verteilzone aufgehalten hat, so daß die Wärme gleichmäßig in den Walzblock eindringen konnte und der Walzblock über sein ganzes Volumen einen im wesentlichen gleichförmigen Temperaturgradienten hat. Dem mit dem Gebiet der Ofenheizung von Walzblöcken vertrauten Fachmann ist es geläufig, daß bei bestimmten Temperaturen eine bestimmte Zeit erforderlich ist, um die Wärme eines Walzblocks sich ausreichend verteilen zu lassen, bevor der Walzblock gewalzt werden kann, wobei der Ofen-Operator zu diesem

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Zweck empirisch einen Zeitfaktor bestimmt.

Der Dreiminuten-Ofenzyklus für die einzelnen öfen 1st erforderlich, wenn die zugehörige Walzanlage jede Minute einen erhitzten Walzblock walzen könnte, und bei drei in Betrieb befindlichen öfen ist es dann notwendig, alle drei Minuten einen Walzblock in jeden der öfen einzuführen und wieder daraus herauszunehmen. In jedem Ofen können zwischen 30 und 100 Walzblöcke erhitzt werden, was von der Breite der einzelnen Walzblöcke abhängt. Typische Walzblockbreiten liegen zwischen etwa 72 cm und etwa 190 cm. Wenn der typische Ofen 30,5 m lang ist und dann nur 72 cm breit« Walzblöcke in den Ofen eingebracht werden, so bedeutet dies, daß überschiEgig 40 Walzblöcke in den Ofen passen würden. Jedoch können einige Walzblöcke mit aneinanderliegenden Enden eingebracht werden, so daß etwa 80 oder 90 typische Walzblöcke in den Ofen passen. Die Wärmereglung nach der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, als ein Maximum 100 Walzblöcke für jeden Ofen zu beherrschen, jedoch wäre es in der Praxis unüblich, dieses Maximum zu erreichen.

Die Bestimmung am Block 208, ob der nächste Walzblock die richtige Verteilzeit hat, beruht auf einem Vergleich der Taktzeit mit der durch den Rechner verfolgten tatsächlichen Zeit, die der Walzblock sich in der Verteilzone befindet. Wenn die Antwort "Nein" ist, dann leuchtet am Block 210 die Verzögerungslampe für den Ofen X + 1 auf.- Der Ausstoß (push to extract-Vorgang) gilt für den nächsten Ofen X + 1. Wenn gerade ein erhitzter Walzblock aus dem Ofen X ausgestoßen worden ist, so ist das Wärmereglungsprogramm jetzt im voraus auf den nächsten Ofen X. + 1 im Hinblick auf den Walzzyklus oder die gerade berechnete Arbeitsgeschwindigkeit gerichtet, um festzustellen, ob der nächste Block aus dem nächsten Ofen X +1 zum Zeitpunkt, zu dem die Walzanlage dafür bereitsteht, die richtige Verteilzeit hatte. Die Ofenverzögerungslampe für den nächsten Ofen X + l leuchtet auf, wenn zum Zeitpunkt, zu dem die Walzanlage den nächsten Walzblock vom Ofen X + 1 anfordert, die notwendige Verteilzeit noch nicht abgelaufen ist, so daß der Operator weiß, daß es zu einer Verzögerung kömmt und er den Walzblock nicht aus dem nächsten Ofen X + 1 nehmen kann, wenn die

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Walzanlage an sich bereit: ist, .da die aufgenommene Wärme sich noch nicht lange genug in dem Waleblock verteilt hat. Die Wärmeverzögerungslampe leuchtet ebenfalls auf, wobei diese Verzögerungslampe für den Heizer-Operator vorgesehen ist, im Gegensatz zu der Ofenverzögerungslampe, die für den Ofen-Operator vorgesehen ist, da der Heizer-Operator sich in einem Raum, der Ofen-Operator dagegen in einem weiteren Raum befindet. Um eine Aufzeichnung dieser Verzögerung zu liefern, wird eine entsprechende Aufzeichnung ausgedruckt, die anzeigt, daß dieser Walzblock verzögert wird, ferner wie lange die Verzögerung dauern wird und schließlich, weshalb die Verzögerung auftrat. Die Verzögerung wird in dem Wiedergabe-Pufferspeicher im Block 212' zwecks interner "Buchführung" in dem Computer gespeichert. Am nächsten Block 214 wird der Inhalt dieses Wiedergabe-Pufferspeichers an die Anzeige für den als nächstes auszustoßenden Walzblock ausgegeben, was dem Ofen-Operator eine Anzeige dafür liefert, wielange die Verzögerung des Walzblocks andauern wird.

Wenn am Block 208 die Antwort "Ja" ist und bei Ablauf des Walzzyklus der nächste Walzblock die richtige Verteilzeit hat, so läuft das Programm zu dem Block 216 weiter, um zu ermitteln, ob der Walzblock im vorderen Bereich der Heizzone zum Zeitpunkt des nächsten Schubs den richtigen Wärmeinhalt hat. Mit anderen Worten, es wird hier bestimmt, ob der Wärmeinhalt des Walzblocks zu diesem Zeitpunkt gleich H- ist, wobei die Insgesamt gewünschte Wärme plus/minus einem Δ. H/ das von dem Ofen-Operator als Toleranz*- faktor zur Verfügung gestellt wird, der Beziehung H « EL +/-ZX. H entspricht. Dies gilt für den nächsten Walzblock, der die Heizzone des nächsten Ofens für diese Bestimmung verläßt, da dies die letzte praktische Möglichkeit ist, dem Walzblock mehr Wärme zuzuführen, während der Ofen, nachdem der Walzblock die Heizzone einmal verlassen hat, den Wärmeinhalt nicht mehr nennenswert erhöhen kann. Dieser Programmschritt ist worausgerichtet, um festzustellen, ob eine Wärmeverzögerung eingeschaltet werden sollte, um sicherzustellen, daß der Walzblock sich lange genug aufhält, um den erforderlichen Wärmeinhalt aufzunehmen. Wenn die Antwort auf die Frage im Block 216 "Ja" ist, wird am Block 214 eine Wiedergabe des Zeit-

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punkts für den Ausstoß des nächsten Walzblocke gegeben, und dieses spezielle Programm endet dann. Wenn die Antwort am Block 216 "Nein" ist, durchläuft das Programm eine Wärmeverzögerung ähnlich derjenigen, wie sie in Bezug auf die Verteilzeit erfolgte.' Die zugehörigen Lampen leuchten auf und die Aufzeichnungen werden, wie am Block 218 angedeutet, auf den neuesten Stand gebracht, während im Block 220 die Verzögerungszeit gespeichert wird.

Der Ofen-Operator hat die Möglichkeit, gewünschtenfalls die vom Computerprogramm vorgegebene Verzögerungszeit zu umgehen, und auf seinen Befehl hin wird das Umgehungsprogramm für den Ofen X + 1 am Block 230 ausgelöst. Der Ofen-Operator kann entscheiden, daß er einen bestimmten Walzblock durch die Walzanlage laufen lassen möchte, anstatt die Walzanlage zu verzögern, um so die richtige Erwärmung dieses Walzblocks zu ermöglichen. Es kann sein, daß er glaubt, daß die Walzblöcke hinter dem einen, der gerade im Begriff ist, den Ofen X + 1 zu verlassen, alle richtig aufgeheizt worden sind und daß nur hinsichtlich der Erwärmung dieses einen speziellen Walzblocks eine Ausnahme aufgetreten ist. Ein anderer Grund, um die Verzögerungsumgehung einzuschalten, kann in der Entstörung eines Regelprogramms liegen, das nicht richtig arbeitet, und dies ermöglicht dem Ofen-Operator, nach seinem Wunsch fortzufahren. Das Verzögerungs-Umgehungsprogramm am Block 232 läßt den Rechner die Tatsache ausdrucken, daß für einen identifizierten Walzblock die Verzögerung für diesen Walzblock vom Ofen-Operator umgangen worden ist. Am Block 234 werden die Lampen für den Schub-Operator und den Ausstoß-Operator gelöscht. Am Block 236 wird der Wiedergabe-Pufferspeicher wieder auf die Walzzyklus- oder Arbeitsgeschwlndig eingestellt, um anzuzeigen, welcher Vorgang für die .Walzanlage, nicht aber welcher Vorgang für den Ofen erwünscht ist.

Der Sitz des Schub-Operators befindet sich am Eintrittsende des Ofens, wo der Operator die Walzblöcke in den Ofen schiebt, wobei die Einzelheiten der Walzblockerhitzung für ihn nicht von größerer Bedeutung sind. Der Sitz des Ausstoß-Operators befindet sich am Ausgang oder am anderen Ende des Ofens, wo der Operator die Walzblöcke aus dem Ofen herausnimmt, wobei dieser Operator sich

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jedoch in gewissem Umfang darum zu kümmern hat, ob die Walzblöcke zur weiteren Walzbehandlung geeignet sind oder nicht. Die beiden Operatoren stehen in mündlicher Verbindung.· Wenn eine angezeigte-Verzögerung auf den Ausstoß-Operator zurückgeht, so muß auch der · Schub-Operator unterrichtet werden, weil dieser die Absicht haben kann, einen weiteren Walzblock in den Ofen zu schieben, was jedoch nicht möglich ist, bis der Ausstoß-Operator einen Walzblock aus dem Ofen herausgenommen hat.

Am Block 210 wurde eine Verteilzeit-Verzögerung und dann am Block 218 eine Aufheiz-Verzögerung angezeigt, wobei beide umgangen werden können. Wenn beispielsweise zuvor eine Verteilzeit-Verzögerung gefordert wurde und der Operator diese Verteilzeit-Verzögerung umging, liefert das Regelprogramm am Block 238 eine überprüfung im Hinblick auf eine Aufheiz-Verzögerung. Wenn am Block 216 eine Aufheiz-Verzögerung notwendig geworden ist, so wurde die Verzögerungslampe am Block 218 eingeschaltet. Wenn nun der Ofen-Operator die Aufheiz-Verzögerung umgehen will, so löst er die Unterbrechung zur Verzögerungsumgehung am Block 230 aus, worauf das Regelprogramm am Block238 fragt, ob dies eine Umgehung der Aufheiz-Verzögerung ist, und wenn die Antwort "Ja" ist, so schreitet das Programm zum Block 214 weiter, um dann zu enden. Die Regelung befindet sich dann in einem Zustand, in dem der Walzanlagenbetrieb auf den Ausstoß des nächsten erhitzten Walzblocks und nicht auf den Ofenregelbetrieb abgestimmt ist.

Das mit Fig. 28 gezeigte Programm für eine erwartete Verzögerung wird vom Ofen-Operator benutzt, wenn etwa eine Änderung der Walzverhältnisse in der Walzanlage erwünscht ist, wodurch der Ausstoß von Walzblöcken aus den öfen für eine bestimmte Dauer von 10 Minuten bis zu einer Stunde gestoppt wird. Ebenso könnte dieses Programm verwendet werden, wenn die Walzanlage für eine Schicht gesperrt werden soll, wenn sie nämlich nur während zwei Schichten am Tag läuft und am Ende der zweiten Schicht für acht Stunden abgestellt wird. Der Ofen-Operator kann das Programm für die erwartete Verzögerung benutzen, um diese Länge der erwarteten Verzögerung einzugeben, Wenn der Ofen-Operator die Länge einer erwarteten

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Verzögerung eingibt, so werden die öfen für die angegebene Zeitdauer zurückgeschaltet. Der Rechnerspeicher enthält einige vorgegebene und tabellierte Wärmereglungsinformationen_f die auf der Länge der Dauer einer erwarteten Verzögerung und darauf beruhen, wieweit das Regelsystem die entsprechenden Ofentemperaturen dann demgemäß zurückschalten sollte, um nach einer bestimmten Zeit diese Temperaturen wieder hochzufahren, so daß die öfen am Ende der vorgesehenen erwarteten Verzögerung wieder betriebsbereit sind. Hinsichtlich Walzblöcken, die durch eine erwartete Verzögerung betroffen worden sind, sollen alle berechneten und in den entsprechenden Walzblock-Aufzeichnungen für diese Walzblöcke befindlichen D.aten mehr oder weniger ignoriert werden, weil die Walzblöcke dann drei oder vier Stunden lang in den öfen verblieben sein können. In diesem Fall wird sich die Aufheizung dieser Walzblöcke ausgleichen, aber die zugehörigen verfügbaren Daten wären dann nicht für eine Rückkopplung auf die Regelprogramm-Modelle geeignet, weil die Modelle auf der Basis einer fortlaufenden Beförderung der Walzblöcke durch den Ofen arbeiten. Wenn die Weiterbewegung der Walzblöcke für einige Stunden angehalten wird, eignen sich die Daten nicht zur Durchführung von Regelprogramm-Rtickkopplungsmodifikationen.

Einer der großen Vorteile des Rechner-Regelsystems und -Verfahrens besteht darin, daß, wenn eine Verzögerung auftritt und der Fluß weiterer Walzblöcke in den Ofen bzw. alter Walzblöcke aus dem Ofen angehalten wird, diese Walzblöcke in dem Ofen aufgeheizt werden und nach einer halben bis einer ganzen Stunde wahrscheinlich ziemlich gut erhitzt sind. Zu diesem Zeitpunkt ist es nicht mehr notwendig, eine bestimmte Einstellpunkt-Regeltemperatur von etwa 1370 - 143O°C zu halten, und der Ofen kann ganz bis zu einer Einstellpunkt-Temperatur von etwa 9 80 C zurückgeschaltet werden, was im wesentlichen durch das vorliegende Rechner-Regelsystem geschieht. Für eine Verzögerung von einer Stunde bis zu acht Stunden und länger können die öfen somit auf einen Temperaturbereich von etwa 98O°C zurückgeschaltet und dort für eine bestimmte, auf die Verzögerung bezogene Zeitdauer gehalten werden, um anschließend

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langsam zu einem geregelten Zeitpunkt auf die gewünschte Arbeitstemperatur gebracht zu werden, ehe- der nächste Walzblock aus dem Ofen herausgenommen werden soll. Die öfen werden normalerweise nicht vollständig abgeschaltet, weil es möglich sein soll, in annehmbar kurzer Zeit wieder auf eine gewünschte Temperatur zu kommen, so daß ein Temperaturbereich von etwa 980 C als der Temperaturbereich gewählt werden kann, auf den der Ofen in Schritten von 50 F - beispielsweise 50 F je drei oder vier Minuten - abfallen kann. Dies kann dann nur ein weiterer Gesichtspunkt des Gesamtkonzepte der vorliegenden Wärmeregelprogramme sein.

Das Programm für die erwartete Verzögerung entsprechend Fig. 28 wird durch den vom Operator betätigten Eingang einer Unterbrechung für die erwartete Verzögerung ausgelöst. Wenn das Rechner-Regelsystem die Unterbrechung für die erwartete Verzögerung am Block 300 erhält, so liest der Rechner drei Anteile der Eingangsinformation: Die Ofennummer, die Länge der erwarteten Verzögerung und die Anzahl der Walzblöcke, die aus dem Ofen abgegeben werden sollen, ehe die Verzögerung beginnt. Am nächsten Block 302 speichert der Rechnerspeicher die■Ofennummer, die Länge der Verzögerung und den Zählwert der Walzblöcke für das Walzblock-Ausstoßprogramm. Im nächsten Block 304 wird für die Verzögerung bezüglich des Ofens X ein Kennzeichen gesetzt, worauf das Programm stoppt.

Was das Programm-Flußdiagramm der Fig. 29 angeht, so bringt das Regelprogramm die Wälzblock-Abbildung im Rechnerspeieher am Block 248 auf den neuesten Stand hinsichtlich des Wärmeinhalts und der Oberflächentemperatur jedes im Ofen X befindlichen Walzblocks. Am Block 250 wird ermittelt, ob der Ofen X keiner erwarteten Verzögerung unterliegt. Wenn die Antwort "Ja" ist und eine solche Verzögerung nicht herrscht, so läuft das Programm durch die normalen Berechnungen, um die gesamte Walzblock-Abbildungsinformation im Rechnerspeicher hinsichtlich der Walzblöcke im Ofen X auf den neuesten Stand zu bringen. Wenn die Antwort am Block 250 "Nein" ist und der Ofen keiner erwarteten Verzögerung unterworfen ist, so, schreitet das Programm zum Block 252 weiter, um zu prüfen, ob neue Einstellpunkte aufgrund vorgespeicherter Daten ausgegegen werden

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müssen. Auf diese Weise werden die Temperatur-Einstellwerte angehoben oder abgesenkt, wie das für den Zustand einer erwarteten Verzögerung für den Ofenbetrieb wünschenswert sein kann.

An einem typischen Walzblock-Aufheizofen befinden sich herkömmliche analoge Temperatur-Einstellpunktregler mit einem manuellen Wähler, den der Ofen-Operator auf 1316°C (24OO°F) einstellen kann, und dies läßt den Regler eine bestimmte Heizzone des Ofens automatisch auf einer Temperatur von 2400 F halten. In dem Ofen sind Thermokreuze angeordnet, so daß sie nicht unmittelbar in der Flamme liegen, aber eine gute Anzeige dafür liefern, wie die effektive Ofentemperatur im Bereich des Walzblocks ist, und diese Thermokreuze liefern Temperatur-Rückkopplungssignale an die einzelnen Regler. BEispielsweise kann der Operator den Temperaturregel-Einstellpunkt auf die gewünschten 1316 C manuell einstellen, oder aber das Rechner-Regelsystem kann diesen Einstellpunkt von 1316 C festlegen. Speziell zu diesem Zweck ist jeder Regler mit einem Schalter ausgestattet, der für eine Rechner- oder aber manuelle Regelung sorgen kann.

Die Prüfung mit Hilfe des Blocks 252 der Fig. 29 wird durchgeführt, um festzustellen, ob neue Temperaturreglungs-Einstellwerte auf der Basis vorgespeicherter Daten ausgegeben werden müssen. Wenn der Ofen einer erwarteten Verzögerung ausgesetzt ist, wird dieser Weg genommen, um zu sehen, ob die jeweiligen Heizzonenregeltemperaturen auf der Basis vorgespeicherter Daten auf einen neuen Stand gebracht werden müssen. Ein Gesichtspunkt ist hier die Einstellpunkt-Änderungstoleranz, da das Programm für die tatsächliche Ausgabe der gewünschten Temperatur-Einstellpunkte an die Ofen-Heizzonenregler keinen 300°F-Schritt machen/ sondern nur maximale Änderungen von 50°F/min. So durchläuft das Regelprogramm jede Minute einen Zyklus, und wenn eine Änderung von 300 F gemacht werden soll, so gibt das Programm 6 Ausgangssignale mit Schritten von 50 F in einminütigen Intervallen aus, so daß die Änderung praktisch sechs Minuten dauert. Es ist möglich, dieses Programm zu durchlaufen und innerhalb der Sechsminutenperiode eine weitere Änderung vorzunehmen, so daß dieser Block 252 eine Prüfung vornimmt, ob die neuen

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Temperatur-Einstellpunkte der gewünschten Temperatur innerhalb einer bestimmten Toleranz von beispielsweise 25 P oder auch 5 F - je nach Bedarf - genügen. Diese Toleranz ergibt sich aus einem weiteren Faktor, da das Ausgangssignal für die Einstellpunkt-Regler den Regler nicht veranlassen kann, eine 300 F-Änderung durchzuführen, und der Ofenzonen-Temperaturregler seinen Motor nur eine bestimmte Zeit lang, etwa in Intervallen von Zwanzigsteln einer Sekunde, laufen lassen kann. Der Motor wird somit eingeschaltet und hält nach 1/20 see oder 2/20 see später wieder an etc., oder auch nach einer Minute, aber eben mit keiner größeren Auflösung als 1/20 see. Diese 1/20 see wird dann die Toleranz, die für die Einstellung der Temperaturregler zur Verfügung steht. Dies ist für das Konzept der vorliegenden Ofenreglung nicht kritisch, stellt aber ein Beipiel für die praktischen real-time-Regelbeschränkungen dar, denen Rechnung getragen werden muß.

Die normalere Arbeitsweise des mit Fig. 29 gezeigtenProgramms ist die, daß der Ofen keiner erwarteten Verzögerung unterliegt, so daß das Programm dann zum ersten Unterprogramm weiterschreitet, das mit dem Block 254 als Wärmeinhaltsberechnung und Oberflächentemperaturberechnung für den Ofen X angedeutet ist. Das zuvor beschriebene Schmidt-Verfahren dient zur Wärmeinhalt-Berechnung durch arithmetische Mittelwertsbildung. Dies erfolgt für jeden Walzblock im Ofen, von denen zwischen 30 und 90 vorhanden sein können, um die Ofen-Abbildung mit dieser Information auf den neuesten Stand zu bringen, so daß jeder Walzblock jetzt ein auf den neuesten Stand gebrachtes Temperaturprofil und eine auf den neuesten Stand gebrachte Oberflächentemperatur,ferner einen auf den neuesten Stand gebrachten Wärmeinhalt hat. Das Programm schreitet zum Block 256 weiter vor, der dem Unterprogramm für die Berechnung des Regeltemperatur-Einstellpunkts in der Anderungsζone auf der Basis der Wärmeinhalts-Information, die gerade in dem vorigen Unterprogramm-Block 254 auf den neuesten Stand gebracht wurde, und auf der Basis der bekannten physikalischen Eigenschaften eines jeden Walzblocks entspricht. Diese Berechnung erfolgt entsprechend den Darstellungen der Fig. 2 und 3. Die jeweiligen Heizzonen eines Ofens sollen im wesentlichen mit konstantem Temperaturreglungs-Einstellwert

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gefahren werden, da die verschiedenen Betriebsbedingungen sich besser vorhersagen und besser regeln lassen und dies eine längere Lebensdauer für die Ofensteine etc. ergibt. Das Unterprogramm des Blocks 256 für die Berechnung des Einstellpunkts für die Vorheizzone wird im einzelnen in Verbindung mit dem Flußdiagramm der Fig. 30 beschrieben.

Am Block 258 der Fig. 29 geht das Programm an das Unterprogramm für die Berechnung des Einstellpunkts für die Heizzonentemperatur weiter, wie das im einzelnen in- Verbindung mit dem Flußdiagramm der Fig. 31 beschrieben wird.

Das mit Fig. 29 gezeigte Programm hat jetzt die Temperatur-Einstellwerte für die Vorheizzone und für die Heizzone des Ofens X bestimmt. Am Block 260 wird die vorgegebene Verteilzonentemperatur, die von dem Ofen-Operator als Verteilzonen-Temperaturreglungs-Bezu-gseinstellert eingegeben wird, durch das Rechnersystem abgelesen. Am Block 262 wird geprüft, ob den letzten Änderungen des Temperatur-Einstellwerts von den entsprechenden Ofenheizzonen tatsächlich innerhalb der vorgesehenen Toleranz entsprochen wordenAst. Wenn die Antwort "Ja" ist, dann werden am Block 264 die jetzt festgelegten und nun gewünschten neuen Temperatur-Einstellpunkte an die entsprechenden Zonentemperaturregler ausgegeben. Es ist möglich, daß das Rechner-Regelsystem in Aktion tritt und dann einen bestimmten Ausgangskontakt nicht im vorgesehenen Zeitintervall abschalten kann, so daß der Temperatur-Einstellpunkt für einen Regler zu weit fortschreitet. Am Block 262 ist eine Rückkopplungsprüfung vorgesehen, um den Ofen-Operator zu alarmieren, wenn dieser Zustand tatsächlich eintreten sollte.

Wenn der Ofen für eine bestimmte Dauer von beispielsweise acht Stunden abgeschaltet werden soll, so stellt dieses eine erwartete Verzögerung dar, und das Programm der Fig. 29 würde dann nicht die gesamten Wärmeinhalts-, Vorheizzonen-Einstellwert- und Heizzonen-Einstellwertberechnungen für die Walzblöcke durchlaufen, weil der Ofen nicht geregelt wird. Wenn die erwartete Verzögerung endet, so ist der Ofen voll mit Walzblöcken, die nicht in der erforderlichen

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Weise aufgeheizt worden sind. Somit wird für jeden diesen Walzblöcken zugeordneten DÄten-Pufferspeicher ein Fehlerkennzeichen (Flagge) gesetzt, um anzuzeigen, daß diese Walzblöcke einer erwarteten Verzögerung ausgesetzt waren, und diese Fehlerkennzeichen werden am Block 250 geprüft, und wird dieser Block 250 gesetzt, so verhindert er, daß das Programm durch die hier beschriebenen Berechnungen läuft. Nach einer längeren erwarteten Verzögerung soll der Ofen gereinigt, und mit neuen Walzblöcken beschickt werden, bevor der Programmbetrieb wieder anläuft, die gesamte Walzblock-Abbildungsinformation aufbaut und alle Maßnahmen für die optimale Regelung des Ofens trifft.

Was das Unterprogramm für die Berechnung des Vorheizzonen-Temperatur-Einstellpunktes angeht, das im Block 256 des Programms der Fig. 29 gezeigt ist, so ist eine in weitere Einzelheiten gehende Wiedergabe dieses Unterprogramms mit Fig. 30 verdeutlicht. Wenn dieses Programm abgerufen wird, berechnet das Programm am Block 259 die durchschnittliche Dicke und die durchschnittliche Breite der Walzblöcke in der Walzblack-Abbildung des Ofens X. Am Block 261 wird die Walzzykluszeit auf der Basis der durchschnittlichen Breite und der durchschnittlichen Dicke der Walzblöcke berechnet, da ein dickerer Walzblock mehr Arbeit als ein dünnerer Walzblock erfordert und der dickere Walzblock beim Walzen länger wird, wobei diese WalζZykluszeit-Berechnung auf der allgemein bekannten Information beruht, wie sie mit Fig. 5 veranschaulicht ist. Am Block 263 wird eine Prüfung der vom Operator eingegebenen Inkrementzeit für den Ofen X vorgenommen, wobei diese Inkrementzeit bzw. dieser Zeitabstand einer Übergangszeit zwischen Walzblöcken entspricht, die der Operator aus mehrerlei Gründen eingeben kann, beispielsweise, wenn er statt einer Minute zwei Minuten Spielraum zwischen aufeinanderfolgenden, zu der Walzanlage laufenden Walzblöcken haben möchte. Am Block 265 wird die Ofenzykluszeit auf der BasLs des Ofenregelmodells, der Walzenzykluszeit, der Inkrementzeit sowie der Anzahl der in Betrieb befindlichen öfen berechnet. Im Block 266 werden die Walzblock-Laufzeit t„ (vorausgesagt) durch die Heizzone und die verbleibende Walzblock-Laufzeit t_._T (verbl)

L. ti

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durch die Vorheizzone berechnet. Am Block 268 werden für diese vorausgesagten Zeiten die Kurven nach Fig. 2 und 3 für einen im Durchschnitt 18 cm dicken Regel-Walzblock ausgewertet, um in Bezug auf den Gesamt-Wärmeinhalt H_ die in der Heiζzone zugesetzte Wärme H„ und die in der Vorheizzone zugesetzte Wärmemenge Hq₁ zu bestimmen. Es dal darauf hingewiesen, daß t„ (vorausgesagt) die Laufzeit für den Durchlauf des in der Vorheizzone befindlichen theoretischen Regel-Walzblocks durch die Heizzone ist, während tp_H (verbl) die verbleibende Zeit für den theoretischen Regel-Walzblock in der Vorheizzone für den Durchlauf durch den festlichen Teil der Vorheizzone ist. Der Regel-Walzblock in der Vorheizzone hat die Vorheizzone schon teilweise durchlaufen und muß noch ganz durch die Heizzone gebracht werden. Der Gesamt-Wärmeinhalt H-, wird auf diese beiden Aufheizzonen aufgeteilt.

Mit Fig. 6 ist schematisch ein typischer Walzblock-Aufheizofen wiedergegeben. Die Vorheizzone 1st 13,10 m (43 ft) lang,und in diesen 13,10 m befindet sich ein bestimmter Wärmeinhalt B.T.U., der in den Walzblock übergeführt wird. Die Heizzone ist 10,36 m (34 ft) lang, und in der Heizzone ist eine bestimmte Wärmemenge B.T.U. enthalten, die an den Walzblock übergeht. Zu diesem Zweck wird zunächst ein theoretisches oder Regel-Walzblockgebiet als 2,44 m breiter Abschnitt der Walzblöcke festgelegt, der 6,55 m vom Anfang der Vorheizzone entfernt ist bzw. etwa auf halber Höhe der Vorheizzone liegt.

Am Block 270, wie er in Fig. 30 gezeigt ist, wird die Walzblock-Abbildung hinsichtlich der tatsächlichen Dicken aller Walzblöcke und Walzblockteile, die sich in diesem Regel-Walzblockbereich befinden, geprüft, so daß dann eine durchschnittliche Dicke in Abhängigkeit von den tatsächlichen Breiten dieser Walzblöcke festgelegt wird. Am Block 272 wird die verbleibende Zeit t_CH (verbl) für diesen Regel- oder repräsentativen Walzblock in der Vorheizzone in Abhängigkeit von den bekannten Anforderungen der Wäbanlage und dem Betrieb der öfen bestimmt. Am Block 274 wird der verbleibende Wärmeinhalt H_ (benötigt), der in der Vorheizzone erforderlich ist, aus H minus der Summe aus H„ und H _H (tatsächlich)

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bestimmt, wobei E_n„ (tatsächlich) der bereits in dem Regel-Walzblock befindliche Wärmeinhalt ist. Die gleiche Beziehung läßt sich auch wie folgt ausdrücken: H_c„ (benötigt) ist gleich H_CH ~ H (tatsächlich) . und H™ ist EL₁ - EL·. Die Zeit, die der Regel-Walzblock · in der Vorheizzone bleibt, und die einzuspeisende Wärme bestimmen · in Abhängigkeit von der Information der Kurven der Fig. 3, welches der Temperaturreglungs-Einstellwert für die Vorheizzone sein soll, was im Block 276 des Flußdiagramms berechnet wird. Das vorliegende Regelsystem und -verfahren kann in seiner Arbeitsweise hinsichtlich eines bestimmten Walzblock-Heizofens eine Feinabstimmung erfahren, indem die Lage des theoretischen Regelwalzblocks innerhalb der Vorheizzone ebenso wie die theoretischen Durchschnittsabmessungen dieses Regelwalzblocks verschoben werden, wie dies gewünscht sein kann, um die tatsächlich in der Vorheizzone des Ofens herrschenden Bedingungen besser zu repräsentieren.

Entsprechend dem Flußdiagramm-Programm der Fig» 31, das als Unterprogramm zur Berechnung des Heizzonentemperatur-Einstellpunkts bezeichnet wird, wird am Block 280 eine Prüfung der Walzblock-Abbildung für den theoretischen Regelwalzblock in der Heizzone durchgeführt, um dessen durchschnittliche Dicke zu bestimmen. Am Block 282 wird die verbleibende Zeit t„ (verbl) für diesen Regelwalzblock, um zum Ende der Heizzone zu wandern, berechnet. Am Block 284 wird der Wärmeinhalt H_H (benötigt), mit dessen Hilfe die gewünschte Gesamtwärmemenge H_ in diesem Regel-Walzblock am Ende der Heizzone erhalten werden kann, berechnet. Am Block 286 wird unter Verwendung von Fig. 4 und auf der Basis von H„ (benötigt) und t„ (verbl) der Heizzonen-Temperaturreglungs-Einstellwert bestimmt.

Für das mit Fig. 27 und 28 gezeigte Programm hat der Ofen-Operator eine unmittelbare Eingangskontrolle über den Betrieb des Walzblocks-Heizofens, während das in Fig. 29 gezeigte Programm von einem in dem Reglungs-Rechner vorgesehenen Taktgeber gesteuert und periodisch vom Regler-Rechner angeboten wird. Die Dauer dieser Periodizität kann in der Größenordnung zwischen einer und drei Minuten liegen. Für das Beispiel von drei in Betrieb befindlichen öfen kann eine Periode von jeweils drei Minuten für die Wärmeflußberechnung jedes

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einzelnen Ofens gewählt werden, wobei das Programm bestimmte Informationen wie Wärmeinhalt und Oberflächentemperatur hinsichtlich jedes in einem bestimmten Heizofen befindlichen Walzblocks periodisch auf den neuesten Stand bringt. Je häufiger die Information so durch den Rechner auf den neuesten Stand gebracht wird, desto besser ist naturgemäß die Regelung des Ofenbetriebs. Jedoch muß die relative Einschaltdauer des Rechners berücksichtigt werden, so daß ein Kompromiß zwischen dem Wunsch nach einer häufigen Überprüfung der Information auf der einen Seite und dem Wunsch nach einer Minimierung der Anforderungen an die relative Einschaltdauer des Rechners auf der anderen Seite getroffen werden muß. Die gewünschte Auflösung des endgültigen Regelsystembetriebs ist bestimmend dafür, wie häufig die die Wärmebehandlung des Walzblocks durch den Ofen . betreffende Information auf den neuesten Stand gebracht wird. Der auf die Operator-Eingabe zurückgehende Anteil des hier beschriebenen Ofen-Regelprinzips ist vermutlich der weniger wichtige, verglichen mit diesem periodischen auf den neuesten Stand Bringen der Walzblock-Wärmeinhalt- und Heizzonenregelungs-Information.

Was die Operatoreingaben-Flußdiagramme der Fig. 27 und 28 angeht, so ist wahrscheinlich die wichtigste Operator-Eingabe die Schub-/ Ausstoß (push to extract)-Unterbrech-ung für den Ofen X. Dies geht auf eine Entscheidung des Ofen-Operators zurück, den nächsten Walzblock aus dem Ofen zu nehmen. Gewünschtenfalls könnte die Schub-/ Ausstoß-Unterbrechung automatisch von dem Rechner-Regelsystem geliefert werden, nachdem beispielsweise festgestellt wurde, daß ein früherer Walzblock das erste Gerüst der zugeordneten Walzanlage erreicht hat und es nun Zeit ist, einen weiteren Walzblock an die zur Walzanlage führenden Transporttische zu übergeben.

Das hier beschriebene Regelsystem arbeitet so, daß der Rechner dem Operator mitteilt, daß das Schub-/Ausstoß-Unterbrechungssignal für den Walzblock gegeben werden soll, der als nächstes bereitsteht und an die Walzanlage geliefert werden kann, wobei der Rechner es nicht berücksichtigt, von welchem Ofen die Zufuhr erfolgt. Die im Rechnerspeicher enthaltene Walzblock-Abbildung für jeden der öfen versetzt den Rechner in die Lage zu bestimmen, welcher Walzblock in der

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Gruppe der Heizöfen bereit ist und als nächstes an die Walzanlage geliefert werden sollte. Diese Entscheidung basiert auf dem Walzanlagen-Kapazitätsprogramm und Ofenregelungsgesichtspunkten. Es muß nicht nur die Walzanlage bereit sein, den nächsten Walzblock aufzunehmen, sondern es muß auch der nächste Walzblock in der erforderlichen Weise aufgeheizt worden sein, so daß praktisch eine Bestimmung gemacht wird, wenn sowohl der praktische Ausstoß des nächsten Walzblocks gewünscht wird als auch die Lieferung des Walzblock-Werkstücks an den Eingang der Walzanlage erfolgen soll. Das Schub-/Ausstoß-Unterbrechungsprogramm ist so vorgesehen, daß der Operator diese Entscheidung treffen kann, wenn ein weiterer Walzblock aus einem der verfügbaren öfen ausgestoßen und an die Walzanlage abgegeben werden muß. Nach einer Schub-/Ausstoß-Unterbrechung durch den Operator für einen bestimmten Ofen wie etwa den Ofen X geht der Rechner durch die Speicherinformation für diesen speziellen Ofen und bringt die Walzblock-Abbildungsinformation bezüglich aller übriger in diesem Ofen befindlicher Walzblöcke auf den neuesten Stand. Dieses auf den neuesten Stand Bringen schließt die Information ein, daß ein Walzblock dem Ofen X entnommen wurde und ein weiterer Walzblock in den Ofen X einläuft, Information hinsichtlich des Temperaturzustands und des Wärmeinhalt-Zustands jedes einzelnen Walzblocks in dem Ofen etc. Zwischen der Temperatur jedes Walzblocks und der gewünschten Zeitdauer, die der Walzblock in der Verteilzone bei dem gegebenen Temperaturwert verweilen soll, werden bekannte Beziehungen festgelegt, da dies eine mehr oder weniger empirische Zeitfaktor-Beziehung ist, die für den gewünschten Betrieb des Walzblock-Ofens und die nachfolgende Walzanlage vorgesehen ist. Ein typischer Wert für diese Aufenthaltszeit in der Verteilzone kann hier für den üblicherweise gewünschten Temperaturwert des Walzblocks in der Größenordnung von 10 min liegen. Typischerweise nimmt eine Walzanlage etwa jede Minute einen Walzblock auf. Dementsprechend würde ein dreiminütiges periodisches auf den neuesten Stand Bringen der drei kombinierten Walzblocköfen die Information für einen der öfen etwa jedes Mal dann auf den neuesten Stand bringen, wenn ein Walzblock aus einem der öfen entfernt wird. Es wird somit alle drei Minuten ein Walzblock in jeden Ofen eingeführt und daraus entnommen, und die Überprüfung

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der Information für diesen selben Ofen in derselben Zeitbeziehung sollte einen gewünschten Ablauf des Ofenreglungaprogranuns ergeben.

Allgemeine Betrachtungen

Der Ausdruck "effektive Ofentemperatur", wie er hier verwendet wird, steht im Zusammenhang mit der Strahlung und der Rückstrahlung von Wärmeenergie in einen Walzblock innerhalb einer bestimmten Heizzone von allen wirksamen Wärmequellen aus, die sich in dem Ofen befinden, d. h. den Ofenwandungen, der Brennerflamme, den heißen, den Walzblock umgebenden Gasen etc. In der Hauptsache erfolgt die Heizung des Walzblocks vermutlich durch direkte Strahlung von den aufgeheizten Ofenwandungen, weshalb die effektive Ofentemperatur TF mittels eines Termokreuzes oder einer Gesamtstrahlungseinrichtung innerhalb einer Heizzone erfaßt wird, wobei das Thermokreuz bzw. die Gesamtstrahlungseinrichtung in Nähe der Ofen- , wandung an einer außerhalb des unmittelbaren Flammenbereichs des Brenners liegenden Stelle angeordnet ist. Die effektive Ofentemperatur TF wird im Zusammenhang mit dem Walzblock-Heizmodell verwendet, wie es in Fig. 8 und 9 gezeigt ist. Empirisch sollte berücksichtigt werden, daß weitere Wärmequellen wie die Umgebungsgase und die Flamme selbst vorhanden sind. Die Walzblöcke verlassen die Ofen-Verteilzone in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der die Walzanlage die Walzblöcke aufnehmen kann, so daß für den Fall, daß die Walzanlage jede Minute einen aufgeheizten Walzblock aufnehmen kann und nur ein Ofen in Betrieb ist, diesen Ofen jede iMinute ein Walzblock verlassen würde, so daß alle Walzblöcke sich um einen Wert entsprechend der Breite des entfernten Walzblocks weiterbewegen würden. Die Dicke ist der Hauptgesichtspunkt im Hinblick auf die Wärmeinhalt-Regelung der Walzblöcke, aber es ist ebenso notwendig zu wissen, wie langeTrür einen idealen oder repräsentativen Regel-Walzblock bestimmter durchschnittlicher Dicke dauert, um die Vorheizzone bzw. die Heizzone zu durchlaufen, was dann eine Funktion der Breite der die Verteilzone verlassenden Walzblöcke wird. Sind aber zwei öfen in Betrieb, so ist die Geschwindigkeit, mit der die Walzblöcke aus den einzelnen öfen kommen, nicht einfach eine Funktion davon, wie schnell die Walzanlage

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Walzblöcfce von den einzelnen Öfen aufzunehmen vermag, sondern es wurde allgemein der Wert der Walzblockbewegung für jeden Ofen halbiert, weil jetzt ein erster Walzblock vom einen Ofen, dann der zweite Walzblock vom anderen Ofen etc. geliefert wird. Sind drei öfen in Betrieb, so wird die Walzblockbewegung durch jeden Ofen allgemein auf ein Drittel herabgesetzt.

Das Walzanlagenkapazitätsmodell für die Walzanlage umfaßt einen Wert der Walzbegrenzung mit einem Breitefaktor, weil breite WaIzτ blöcke eine größere Leistung beim Walzen als schmale Walzblöcke erfordern: Ein weiterer Gesichtspunkt ist eine Anlagenbegrenzung im Hinblick auf das Walzen von 2,03 m-Walzblöcken gegenüber 50,79 cm-Walzblocken, da die erstgenannten Walzblöcke stärker dazu neigen, die Antriebsmotoren aufzuheizen. Es kommt hier darauf an, herauszufinden, wie schnell die Walzanlage aufeinanderfolgende Ualzblöcko aufnehmen kann, was dann, gemeinsam mit der Anzahl der in Betrieb befindlichen öfen, beeinflußt wie lang das Zeitintervall ist, das ein Walzblock benötigt, um von einem Teil einer bestimmten Aufheizzone zu.einem anderen Teil des Ofens zu gelangen, und dies erfordert eine Voraussage, welche Anforderungen die Walzanlage stellen wird.

Allgemein gilt, daß jeder Walzblock zu dem Zeitpunkt, zu dem er den Anfang der Verteilzone des Ofens erreicht, auf einen bestimmten vorgegebenen Wärmeinhalt gebracht worden sein soll, weil in der Verteilzone kein wesentlicher Wärmeinhalt mehr zugeführt werden soll. Die Verteilzone ermöglicht einen Ausgleich des Temperaturprofils innerhalb des WAlzblocks zwischen der heißeren Oberfläche und dem kühleren Zentrum. Wenn die einzelnen Walzblöcke in einen Ofen eintreten, so wird ihnen ein gewünschter Wärmeinhalt zugeordnet, den sie nach dem Verlassen des Endes der Heizzone und beim Eintritt in die Verteilzone enthalten sollen. Das Walzblockmodell legt den tatsächlichen Wärmeinhalt des Walzblocks fest, wenn dieser den Ofen durchläuft. Das Wärmereglungsprogramm arbeitet so, daß die Erwärmung der Walzblöcke in der wirksamsten Weise verteilt wird, und korrigiert jede Abweichung davon. Das Wärmereglungsprogramm weist einen Begrenzungspunkt in der Regelung der

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Heizzone auf, wobei der Regelvorgang wahlweise für eine Verzögerung der Walzblock-Bewegung des Ofens sorgen kann, wenn die Walzblöcke nicht die erforderliche Wärmemenge aufgenommen haben, und der Ofen-Operator hat die Möglichkeit, diese Verzögerung zu umgehen, wenn er das wünscht. Hat ein bestimmter Walzblock nicht 100 % der gewünschten Wärmemenge aufgenommen, wenn er die Heizzone verlassen soll, so gibt der Rechner diesen Zustand als Alarm an den Operator weiter. Am Ende der Heizzone führt der Rechner οine Endprüfung durch, ob der Walzblock die gewünschte vorausgesagte Wärmemenge enthält oder nicht. Wenn dies nicht zutrifft und der Wärmeinhalt unter 100 I liegt, so hält das Wärmereglungsprogramm die Walzblock-Bewegung an und setzt ein internes Fehlorkennzeichen, um dies anzuzeigen. GLeichzeitig wird eine entsprechende "Jachricht für den Ofen-Operator ausgedruckt. Gleichzeitig wird din Differenz der Wärmemenge ausgedruckt, die dem Walzblock tatsächlich fehlt. Das gibt dem Ofen-Operator die ilöglichkeit zu prüf on, ob die Abweichungen gegebenenfalls gar nicht so groß sind, so daß die Walzblöcke trotzdem gewalzt werden können, so daß die Rechnerverzögerung umgangen und der Walzblock herausgenommen wird. Für den Betrieb der Verteilzone ist eine ähnliche Zeitverzögerung vorgesehen, die auf der Überlegung beruht, daß der Ausgleichsvorgang lediglich eine Frage der Zeit ist, so daß die Bestimmung, wann der Walzblock gleichmäßig aufgeheizt worden ist, in Abhängigkeit davon gemacht wird, wie lange der Walzblock sich in der Verteilzone aufgehalten hat. Werden die Walzblöcke aus irgendeinem Grund zu schnell durch den Ofen geschoben, wobei Walzblöcke unterschiedlicher Stärken in dem Ofen angeordnet sind, so wird diesem Zustand durch die abschließende Umgehungs-Regelung in Abhängigkeit von der Zeit in der Verteilzone Rechnung getragen. Wembeispielsweise der Walzblock 10 min in der Verteilzone bleiben soll, er dort aber tatsächlich nur 5 min gewesen ist, wenn eine Anforderung vorliegt, einen weiteren Walzblock an die Walzanlage zu liefern, so verzögert das Wärmereglungsprogramm den Walzblock um weitere 5 min in der Verteilzone, ehe der Walzblock ausgegeben werden kann. Diesen Schritt kann der Operator umgehen, wenn er ermittelt, daß es günstiger ist weiterzuarbeiten und einen bestimmten Walzblock zu walzen, der noch keine vollständige Wärmeverteilung erfahren

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hat. Der Operator nimmt diese Umgehung einfach dadurch vor, daß ein Knopf zur Umgehung der Verzögerung betätigt wird, worauf der Rechner seinen normalen Betrieb wieder aufnimmt, als wenn die gewünschten Temperatur-, Wärmeinhalt-: und Verteilzonenzeit-Begrenzungen in zufriedenstellender Weise erreicht worden wären.

Das Walzblock-Heizmodell ist teilweise vorgesehen, weil es sich wegen Zunderbildung auf dem Walzblock u. dgl. nicht als zuverlässig erwies, die Temperatur des Walzblocks unmittelbar mit einer Einrichtung wie etwa einem auf den Walzblock gerichteten Strahlungspyrometer zu messen. Das Walzblockmodell beruht auf bekannten Erfahrungswerten, die im Verlauf der letzten 20 Jahre oder mehr bei der Erwärmung von Walzblöcken durchgeführt wurden. Das Walzblockmodell ist in Bezug auf einen vorgegebenen Regelbereich des Walzblocks und nicht in Bezug auf den gesamten Walzblock wirksam, und die Länge des Walzblocks kommt nicht in Betracht, well das Modell von der Annahme ausgeht, daß der Walzblock über seine gesamte Länge gleichförmig aufgeheizt ist. Es wird der Wärmeinhalt des Walzblocks in Bezug auf einen theoretischen Regelbereich in einer bestimmten Heizzone berücksichtigt, wobei ein Regelvolumen des Walzblocks anhand der bekannten durchschnittlichen Dicke des Regelbereichs von etwa Ift- Oberfläche festgelegt wird. Praktisch sieht das Wärmereglungsprogramm auf die Oberseite der Walzblöcke in der Vorheizzone herab, beispielsweise, um Ift² Oberflächenbereich zu beobachten,und das Wärmereglungsvoluraen wird durch die' effektive Durchschnittsdicke der Walzblöcke in diesem theoretischen Regelbereich festgelegt. Die bekannten Eigenschaften von Stahl in diesen Regelbereich werden in dem Walzblockmodell ebenfalls berücksichtigt, ebenso wie etwa die Änderung der thermischen Leitfähigkeit und der spezifischen Wärme als Funktion der Temperatur des Walzblocks.

Ein weiterer Regelparameter wird in das Wärmereglungsprogramm gebracht, nachdem ein Walzblock den Ofen verläßt und in die Walzan-Iagc3 eintritt, beispielsweise nach dem ersten Durchlauf durch ein t, um eine Anzeige hinsichtlich der Qualität des Wärme-

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reglungxvorgangs zu liefern. Diese Anzeige würde dann einem Rückkopplungs-Regelsignal auf das Ofenmodell entsprechen, das Information hinsichtlich der tatsächlich gelieferten Walzblocktemperatur abgibt. Diese Erfasaung der tatsächlichen Temperatur erfolgt mittels eines Strahlungspyrometers in der Walzanlage, wo sich eine gute Ablesung der Walzblocktemperatur praktisch relativ leicht vornehmen läßt, da an dieser Stelle ein Großteil der Zunderbildung von der Walzblockoberfläche entfernt worden ist.

Das Walzblock-Aufheizregelsystem kann einen Heißmetelldetektor aufweisen, um die Verschiebung der einzelnen Walzblöcke zu ermitteln und diese nach ihrem Austritt aus dem Ofen weiterzuverfolgen. Dieses Weiterverfolgen kann in Verbindung mit einer Folge dieser Heißmetalldetektoren vorgenommen werden, wie das mit Fig. 25 angedeutet ist, um die Walzblockbewegung aus dem Ofen und in die zugeordnete Walzanlage zu verfolgen. Tatsächlich können mehrere Walzblöcke verfolgi^werden, indem im Rechner speicher eine Abbildung festgehalten wird, die repräsentativ für die räumlichen Lagen der Walzblöcke zwischen dem Ofen und der Walzanlage ist, so daß der Rechnerspeicher eine Wiedergabe der Lage der einzelnen Walzblöcke enthält, die durch Walzblock-ID-Nummern und weitere Information identifiziert sind, die angibt, aus welchem Ofen ein spezieller Walzblock kam.

Nach dem ersten Gerüst in der Walzanlage wird die Temperatur des Walzblocks gemessen, weil an diesem Punkt eine verhältnismäßig reine Walzblockoberfläche zur Verfügung steht, und diese gemessene Temperatur wird mit der Walzblocktemperatür verglichen, die annahmeweise von dem Ofen abgegeben wurde. Wenn der Walzblock sich nicht in der erwarteten Weise walzen läßt, so zeigt dies an, ob der Ofen kalt oder heiß läuft. Läuft der Ofen kalt, so kann das Heizreglungsprogramm die Ofentemperatur anheben, läuft der Ofen dagegen heiß, so kann das Wärmereglungsprogramm die Ofentemperatur absenken. Auf diese Weise wird zusätzlich zu den gesamten zuvor beschriebenen Wärmereglungsmaßnahmen eine Rückkopplungs-Regelung vorgesehen, so daß praktisch ein Reglungsmultiplikator vorgesehen ist, der zunächst den Wert 1,000 hat. Durch Einstellung dieses

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Multiplikators beispielsweise auf 0,999 oder 1,001 oder auch durch Vorsehen einer größeren Einstellung als gegebenenfalls gewünscht sorgt dieser Multiplikator für ein entsprechendes Anheben oder Absenken der Ofenreglungstemperatur-Einstellpunkte.

Fig. 6 zeigt den Regel-Walzblock in dem theoretischen Regelbereich in der Ofen-Heizzone in Bezug auf die vorgesehenen räumlichen Lagen im Ofen. Dieser theoretische Regel-Walzblock ist 2,44 m breit, wobei dieser Wert von 2,44 m als einer der Regelparameter gewählt wird, um die Arbeitsweise des hier beschriebenen Regelsystems und - Verfahrens abzustimmen. Zunächst wurde gewählt, daß der theoretische Regel-Walzblock 2,44 m breit ist und das Zentrum des Walzblocks 9 m innerhalb der Vorheizzone liegt. Der entsprechende theoretische Regel-Walzblock in der Heizzone ist 2,44 m breit und 3,44 m innerhalb der Heizzone angeordnet. Diese Werte wurden gewählt, um eine gute Wiedergabe einer durchschnittlichen Gruppierung von Walzblöcken zu haben, weil dieser theoretische Regel-Walzblock tatsächlich aus mehreren Walzblöcken zusammengesetzt ist, nachdem kein praktischer Walzblock 2,44 m breit sein kann. Der Regel-Einheitswalzblock ist somit vermutlich aus 2 oder 3 tatsächlichen Walzblöcken zusammengesetzt. Der theoretische Regel-Walzblock hat eine bekannte QuerSchnittsfläche und eine bestimmte durchschnittliche Dicke, die für die gezeigten Kurven verwendet wird, beispielsweise die 18 cm (7 Zoll)-Dicke-Kurven im Fall der Fig. 2. Daher zeigt Fig. 6 die Plazierung des theoretischen Regel-Walzblocks in der Vorheizzone und der Heizzone des Ofens. Die spezifischen Abstände der Fig. 6 sind nicht kritisch und können geändert werden, um in der Praxis eine Feinabstimmung des gewünschten Regel.systemablaufs zu bewirken. Die Regelbereichsabmessungen und die Lage, die für den theoretischen Walzblock gewählt wurden, stellen nur ein Beispiel dar und können geändert werden, wie dem einschlägigen Fachmann leicht ersichtlich, um die Arbeitsweise des vorliegenden Regelsystems und -Verfahrens zu Verbessern.

Falls Heßeinrichtungen zur Erfassung der Oberflächentemperatur von Walzblöcken in der Zukunft so weit verbessert werden sollten, daß

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fäcvezlässiger und zufriedenstellender als bisher arbeiten, so kann das vorliegende Regelsystem und -verfahren leicht mit einer derartigen Messung der tatsächlichen Temperatur in Verbindung mit der hier berechneten Walzblock-Oberflächentemperatur arbeiten. Wenn beispielsweise bei der Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten kT entsprechend Fig. 9 die Oberflächentemperatur TS unmittelbar gemessenerden kann, anstatt entsprechend Pig. 8 nach dem Schmidt-Verfahren berechnet zu werden, so würde dies eine noch unmittelbarere Prüfung der Genauigkeit des berechneten Wärmeinhalts des Walzblocks, wie er durch das Schmidt-Verfahren bestimmt wird, ermöglichen. Ohne eine solche Einrichtung zur Direktmessung ist es notwendig, mit dieser Prüfung zu warten, bis ein bestimmter Walzblock den Ofen verläßt und die erste Walzstufe durchläuft, so daß die tatsächliche Temperatur des Walzblocks durch das Strahlungspyrometer an dieser Stelle gemessen werden kann. Könnte die Oberflächentemperatur TS genau gemessen werden, wenn der Walzblock sich noch in dem Ofen befindet, dann könnte auch die Differenz (TF-TS), wie sie in Verbindung mit Fig. 9 gezeigt ist, besser ermittelt werden, was wiederum eine bessere Berechnung des Walzblock-Wärmeinhalts in Verbindung mit dem Schmidt-Verfahren nach Fig. 3 ermöglichen würde. Das würde dann die beschriebene Arbeitsweise des Walzblock-Heizmodells verbessern.

Die Oberflächentemperatur eines Walzblocks - wenngleich diese innerhalb einer Heizzone des Ofens genau gemessen werden könnte liefert nur eine Teilanzeige dafür, ob ein erwärmter Walzblock sich zum Warmwalzen eignet. Die Verteilung der Wärme innerhalb eines Walzblocks und das zugehörige Temperatürprofil zwischen der Oberfläche und dem Zentrum eines Walzblocks sind für jede Walzblockdicke unterschiedlich. Daher ist der Geaamt-Wärmeinhalt entsprechend einer bestimmten Oberflächentemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt eine genauere und maßgeblichere Messung des tatsächlichen Wärmezustands der Ualzblöcke verschiedener Dicken und ihrer Eignung zum Walzen.

Der Wärmeinhalt eines Walzblocks zu einem bestimmten Zeitpunkt ist: als die Gummierung der Wärmeenergie entsprechend dem Temperatur. ·

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profil yon der Außenfläche der Walzblöcke zum innenliegenden Zentrum der Walzblöcke hin definiert, wie das in Fig. 8 veranschaulicht ist, wobei angenommen wird, daß der Walzblock von beiden Seiten aus erwärmt wird, wie das in der Vorheiz- und der Heizzone des mit Fig. 1 wiedergegebenen Ofens erfolgt. Das Walzblock-Aufheizmodell sagt das komplette Temperaturprofil und den resultierenden Wärmeinhalt bei der Aufheizung des Walzblocks voraus und basiert auf der tatsächlich vergangenen Zeit und der tatsächlichen effektiven Ofentemperatur, mit der der Ofen aufgeheizt wird.

Die nachstehende Tabelle II zeigt allgemein den Zusammenhang zwischen den verschiedenen Kurvenpunkten der Fig. 2-4 und 10 - 24 in Abhängigkeit von dem repräsentativen oder durchschnittlich dicken Walzblock in dem Regelbereich der Vorheizzone und Heizzone eines Ofens.

Tabelle II

Walzblockdicke

18 cm

15,2 cm

20,3 cm

22,9 cm

25,4 cm

27,9 cm

Verteilung Fig.2 der Wärme zwischen der Heizzone und der Vorheizzone

Fig.10

Fig.13

Fig.16

Fig.19

Fig.22

Bestimmung des Fig.3 Temperatur-Einstellpunkts füi die Vorheizzone

Fig.11

Fig.14

Fig.17

Fig.20

Fig.23

Bestimmung des Temperatur-Ein Stellpunkts für iie Heiζzone

Fig. 4

Fig. 12

Fig.15

Fig.18

Fig.21

Fig. 24

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung des Wärmeinhalts von Werkstücken, die einen mit einer zugeordneten Werkstückbehandlungsvorrichtung zusammenwirkenden Ofen durchlaufen, wobei dieser Ofen mindestens eine Heizzone hat, in der mindestens ein Werkstück in einem vorgegebenen, in der Heiζzone befindlichen Regelbereich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende Durchlaufzeit des einen Werkstücks durch die eine Heizzone vorherbestimmt, zur Bestimmung der dem Werkstück von der Heizzone tatsächlich zugeführten Wärmemenge die effektive Temperatur der Heizzone erfaßt, die verbleibende Wärmemenge, mit der das eine Werkstück von der einen Heizzone entsprechend einer vorgegebenen Beziehung zu der tatsächlichen Wärmemenge beliefert werden muß, festgelegt und die effektive Temperatur entsprechend einer vorgegebenen Beziehung zwischen der verbleibenden Durchlaufzeit und der verbleibenden Wärmemenge geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Werkstück ein repräsentatives Werkstück in Übereinstimmung mit allen Werkstücken in dem Regelbereich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Werkstück hinsichtlich eines vorgegebenen Charakteristikums jedes Werkstücks, das tatsächlich in den Regelbereich gelangt, ein "Durchschnitts"-Werkstück ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Werkstück ein repräsentatives Werkstück entsprechend der Dicke und der Breite jedes in den Regelbereich gebrachten Werkstücks ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Regelung der effektiven Temperatur der einen Heizzone ein vorgegebener Wärmeinhalt an mindestens das eine Werkstück abgegeben wird, ehe das eine Werkstück die eine Heizzone verläßt.

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6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorherbestimmung der verbleibenden Durchlaufzeit in Bezug auf eine der Stellen des Regelbereichs in der Heizzone und den Betrieb der Werkstückbehandlungsvorrichtung erfolgt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der effektiven Temperatur in Übereinstimmung mit einem Temperatur-Einstellpunkt erfolgt, der in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Beziehung festgelegt ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, wobei der Ofen außer der erwähnten Heizzone eine weitere Heizzone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufzeit des einen Werkstücks durch die weitere Heizzone vorherbestimmt, der durch die weitere Heizzone an das eine Werkstück zu liefernde zusätzliche Wärmeinhalt festgelegt und der verbleibende Wärmeinhalt in Beziehung zu dem zusätzlichen Wärmeinhalt gesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ofen im Anschluß an die erwähnte Heizzone eine weitere Heizzone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine gewünschte Beziehung zwischen einem von der erstgenannten Heizzone an das eine Werkstück zu liefernden ersten Wärmeinhalt und einem von der weiteren Heizzone an das eine Werkstück zu liefernden zweiten Heizzone festgelegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Beziehung der Formel H_m = H,_„ + IL₁, entspricht, worin

1 LrI H

IL₁ ein von dem Ofen an das eine Werkstück zu liefernder vorbestimmter gesamter Wärmeinhalt, H₀₁, der erwähnte erste Wärme-

inhalt und H₁₁ der genannte zweite Wärmeinhalt ist. ti

11. Anordnung zur Steuerung eines mit einem Walzwerk zusammenwirkenden Ofens für die Aufheizung von diesen" Ofen durchlaufenden

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Werkstücken, der eine Heiζzone mit einer effektiven Temperatur und einen vorgegebenen Regelbereich hat, in dem mindestens ein Werkstück angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung der verbleibenden Zeitdauer, während der ein Werkstück in der Heizzone angeordnet ist und während der das eine Werkstück von dem Regelbereich zum Ende der Heizzone wandert, durch eine Einrichtung zur Bestimmung der verbleibenden, während der Zeitdauer an das eine Werkstück zu liefernden Wärmemenge sowie durch eine Einrichtung zur Steuerung der effektiven Temperatur der Heizzone entsprechend einer vorgegebenen Beziehung zwischen der verbleibenden Zeitdauer und der verbleibenden Wärmemenge.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Werkstück repräsentativ für alle in dem Regelbereich angeordneten Werkstücke ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Werkstück eine durchschnittliche Dicke in Bezug auf die tatsächliche Dicke jedes einzelnen in dem Regelbereich angeordneten Werkstücks hat.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der verbleibenden Zeitdauer auf den vorgegebnen Betrieb der Walzanlage anspricht.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende Zeitdauer in Beziehung zu der bekannten Lage des Regelbereichs in der Heizzone steht.

16. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 - 15, mit einer Einrichtung zur Erfassung der tatsächlichen effektiven Temperatur der Helzzone, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinrichtung zur Regelung der effektiven Temperatur in Abhängigkeit von der tatsächlichen effektiven Temperatur arbeitet.

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17. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 - 16, wobei der Ofen eine weitere Heizzone aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung der Laufzeit des einen Werkstücks durch die weitere Heizzone sowie dadurch, daß die Einrichtung zur Bestimmung des verbleibenden Wärmeinhalts in Abhängigkeit von der Laufzeit arbeitet.

18. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung der effektiven Temperatur des Regelbereichs, einen digitalen Rechner zur Bestimmung der Zeitdauer, die für ein repräsentatives Werkstück in dem Regelbereich bleibt, um zum Ende der Heizzone zu wandern, zur Bestimmung des verbleibenden Wärmeinhalts, der dem repräsentativen Werkstück während dieser Zeitdauer zugeführt werden muß, und zur Bestimmung des Temperatur-Einstellwerts für den Regelbereich in Übereinstimmung mit der Zeitdauer und dem verbleibenden Wärmeinhalt, sowie dadurch, daß die Einrichtung zur Regelung der effektiven Temperatur in Abhängigkeit von dem Temperatur-Einstellwert arbeitet.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Rechner so programmiert ist, daß er den von der Heizzone bereits an das repräsentative Werkstück gelieferten tatsächlichen Wärmeinhalt bestimmt, so daß der verbleibende Wärmeinhalt in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Wärmeinhalt ermittelt wird.

20. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der verbleibende Wärmeinhalt H„ (benötigt) in Übereinstimmung mit der Beziehung

H_H = H_A + H_H (benötigt)

bestimmt wird, wobei H„ der vorgegebene Wärmeinhalt und H. der tatsächliche, in der Heizzone bereits an das repräsentative Werkstück gelieferte Wärmeinhalt ist.

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21. Anordnung nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelbereich eine ausreichend große Breite aufweist, um mehrere, die Heizzone durchlaufende typische Werkstücke aufzunehmen.

22. Anordnung nach Anspruch 18, 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung des verbleibenden Wärmeinhalts in Abhängigkeit von der effektiven Temperatur des Regelbereichs,

23. Anordnung nach Anspruch 18, 19 oder 20, wobei der Ofen eine zweite Heizzone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Rechner so programmiert ist, daß er die Laufzeit des repräsentativen Werkstücks durch die zweite Heizzone bestimmt und dabei der verbleibende Wärmeinhalt in Abhängigkeit von der Laufzeit ermittelt wird.

24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner so programmiert ist, daß eine gewünschte Beziehung zwischen einem von der einen Heizzone an das repräsentative Werkstück gelieferten Wärmeinhalt und einem von der zweiten Heizzone an das repräsentative Werkstück gelieferten zweiten Wärmeinhalt festgelegt ist.

25. Anordnung nach einem oder mehrere-n der Ansprüche 18 - 24, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Informationsaustausch zwischen einem Ofen-Operator und dem digitalen Rechner, so daß der Operator die verbleibende Zeitdauer modifizieren kann.

KNi/hs/me 3

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