DE3539323A1 - Verfahren zum einstellen der stahlhalbzeug-ausgabetemperatur eines waermeofens einer warmwalzenstrasse - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur eines Wärmeofens einer Warmwalzenstraße. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Einstellverfahren für eine Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur, die für die gesamte Warmwalzenstraße, einschließlich des Wärmeofens und der Walzanlage, Energieeinsparungen erreichen kann.

Bisher wurde bei dem Bemühen um die Einsparung von Energie eine Bestimmung der Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur aus einem Wärmeofen selbst nicht vorgenommen, sondern einem Hauptrechner wurde lediglich eine solche Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur vorgegeben.

Wie beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 133408/79 beschrieben wird, wird zur Minimierung der in einem Wärmeofen verbrauchten Energie ein Temperaturmuster für diesen Ofen allein festgelegt. Die Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur wird wie folgt bestimmt. Eine nach metallurgischen Gesichtspunkten festgelegte Ausgabetemperatur T_out* sowie eine Ausgabetemperatur T_out**, die an jedem Ort der Walzenstraße die Temperatur gewährleistet, werden nach Erfahrungswerten aufgestellt, und der größere Wert wird als Ausgabetemperatur festgelegt.

Im allgemeinen ist die Ausgabetemperatur T_Out**' durch die für die Walzenstraße erforderlichen Werte bestimmt wird, höher als die nach metallurgischen Gesichtspunkten festgelegte Temperatur T_out*. In der Praxis wird jedoch die von der Walzenstraße bestimmte

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Temperatur T_out** nach geschätzten Werten mit einem beträchtlichen Spielraum festgelegt, so daß vom Standpunkt der Energieeinsparung aus eine beachtliche Verschwendung die Folge ist.

Andererseits wird für eine Walzenstraße die Ausgabetemperatur als vorgegeben angenommen, und die zu erreichende Block- oder Plattenstärke sowie die Geschwindigkeit werden innerhalb eines Gesamtplanes für die Betriebsmöglichkeiten jedes Walzgerüstes errechnet. Die Einsparung von Energie wird dabei jedoch nicht in Betracht gezogen.

Bisher wurde zur Einschränkung des Energiebedarfs einer Walzenstraße die für den Wärmeofen benötigte Energie minimiert, wobei davon ausgegangen wurde, daß die Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur vorgegeben sei. Auf die Einsparung von Energie im gesamten Bereich der Walzenstraße wurde verzichtet, was zu einer starken Energieverschwendung führte.

Diese Nachteile sollen durch die vorliegende Erfindung behoben werden; es ist darum eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen einer Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur für einen Wärmeofen einer Warmwalzenstraße vorzuschlagen, das bei der Steuerung des Wärmeofens eine Ausgabetemperatur sowie ihr Verhältnis zur Walzenstraße mit einbezieht und mit dem im Bereich der gesamten Walzenstraße einschließlich des Wärmeofens und der Walzanlage, Energie eingespart werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

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a) Bestimmen des Brennstoffverbrauchs des Wärmeofens über eine Recheneinheit für den Brennstoffverbrauch des Wärmeofens;

b) Bestimmen des Brennstoffverbrauchs der Walzenstraße durch eine Recheneinheit für den Brennstoffverbrauch der Walzenstraße;

c) Bestimmen des Gesamtverbrauchs der gesamten Walzenstraße aus dem Brennstoffverbrauch im Wärmeofen und dem Brennstoffverbrauch der Walzenstraßen;

d) Bestimmen eines optimalen Ausgabetemperaturwertes, der die aufgrund metallurgischer Gesichtspunkte eingegrenzte Ausgabetemperatur einhält und den Brennstoffgesamtverbrauch minimiert, unter Anwendung eines Optimierungsvoranges für nicht lineare Gleichungen mittels einer Recheneinheit für die optimale Ausgabetemperatur; und

e) Anwendung der so ermittelten optimalen Ausgabetemperatur als Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur.

Vorteilhalfte Ausgestaltungen der Erfindung sind den ünteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur und dem Brennstoffverbrauch eines Wärmeofens als Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Stahlhalbzeuq-Ausqabetempera-

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tür und dem Brennstoffverbrauch einer Walzenstraße;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehunq zwischen dem Gesamtbrennstoffverbrauch der beiden Einheiten nach den Fig. 1 und 2 unter eingeschränkten Bedingungen;

Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Einstellen einer Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm zu dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren.

In den Fig. 1 bis 3 werden die Grundsätze der Erfindung anhand von Diagrammen erläutert. Der Brennstoffverbrauch Qh eines Wärmeofens kann ausgedrückt werden durch die nachfolgend angegebene Beziehung der Wärmebilanz einer Temperaturannahme für jede der verschiedenen Positionen eines Stahlhalbzeugs im Wärmeofen zu der Umgebungstemperatur an jedem der verschiedenen Orte im Ofen sowie der Fließrate des zugeführten Brennstoffes:

Q_H= f (H, T_1n, T_out, T₆, At) _ Hierbei ist

H : die Block- oder Plattenstärke im Wärmeofen in mm

T. : die Eingangstemperatur in °C

T : die Ausgabetemperatur in ⁰C

T : die im Ofen vorhandene Umgebungstemperatur in ⁰C

At : · die Verbleibdauer im Ofen in Stunden.

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Eine Optimierung des Wärmeofens bedeutet die Berechnung der im Ofen herrschenden Umgebungstemperatur Tq, um den Verbrauch Qh der Brennstoffeinheit zu minimieren. Unter der Annahme, daß es sich um eine optimierte Form eines Wärmeofens handelt, kann der Brennstoffverbrauch Qh über eine Ausgabetemperatur T_out berechnet werden. In Fig. 1 ist eine Beziehung zwischen der Ausgabetemperatur Tout ^un(3 eiern Brennstoffverbrauch Qh eines Wärmeofens dargestellt. Aus der Fig. 1 geht deutlich hervor, daß bei einem Absenken der Ausgabetemperatur T_out der Brennstoffverbrauch Qh im Wärmeofen stark abnimmt.

Der Brennstoffverbrauch Ql einer Walzenstraße hingegen wird, da Block- oder Plattenstärke und Geschwindigkeit durch eine Planberechnung (Leistung, Walzdruck und Geschwindigkeit an jedem Walzgerüst) festgelegt sind und der Bedarf an elektrischer Energie jedes Gerüstes auf dieser Basis berechnet wird, durch die folgende Beziehung ausgedrückt:

Q_L = g (H, T_out, h, T₀) ...(2) Hierbei ist

h : die Endstärke der Platte oder des Blockes in mm T₀ : die Endbearbeitungs-Ausgabetemperatur in ⁰C.

Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der Ausgabetemperatur T_out und dem Brennstoffverbrauch Ql der Walzenstraße. Aus der Fig. 2 geht deutlich hervor, daß der Brennstoffverbrauch Ql in der Walzenstraße abnimmt, wenn die Ausgabetemperatur ansteigt, daß er sich also zum Brennstoffverbrauch Qh des Wärmeofens umgekehrt verhält.

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Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Bestimmung der Ausgabetemperatur, um auf diese Weise die Summe Q des Brennstoffverbrauchs Qh des Wärmeofens und des Brennstoffverbrauchs Ql der Walzenstraße zu verringern.

Die Ausgabetemperatur wird wie folgt bestimmt: Q = Q_H + Q = f (H₇ τ. , τ ,T At)

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' ^Tout' ^h' V

Hierbei sind H, T^_n, h und Tp vorherbestimmte Werte. Qp und Ql werden berechnet, indem ein angenommener Wert für die Ausgabetemperatur T_out in eine Gleichung zur Berechnung des Brennstoffverbrauchs des Wärmeofens bzw. in eine Gleichung zur Berechnung des Brennstoffverbrauchs der Walzenstraße eingesetzt wird.

Die Funktionen f und g sind jeweils nicht lineare Gleichungen, so daß die Ausgabetemperatur mit einem konventionellen Optimierungsverfahren zur Lösung nicht linearer Gleichungen berechnet werden kann, um die aus metallurgischen Gesichtspunkten notwendigen Einschränkungen ^Tout* einzuhalten und einen Minimalwert für Q zu erreichen.

Fig. 3 stellt eine Beziehung zwischen QLr Qh ^un^ 0 und den Einschränkungen T_ou^-* sowie einer optimalen Ausgabetemperatur dar.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf der Basis der beschriebenen Grundsätze wird nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 4 und 5 beschrieben.

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In Fig. 4 sind eine Recheneinheit 1 zur Bestimmung der optimalen Ausgabetemperatur sowie eine Recheneinheit 2 zur Brennstoffverbrauchsberechnung eines Wärmeofens vorgesehen, wobei der Verbrauch Oh entsprechend der oben angegebenen Gleichung (1) errechnet wird. Eine weitere Recheneinheit 3 dient zur Bestimmung des Brennstoffverbrauchs einer Walzenstraße, wobei dieser Verbrauch 0_L in Übereinstimmung mit der genannten Gleichung (2) errechnet wird. Weiterhin sind eine Steuereinheit 4 für den Wärmeofen und eine Plan-Recheneinheit 5 vorgesehen.

Im folgenden wird die Wirkungsweise dieser Ausführungsform erläutert. Nach dem Erhalt eines Befehls (z.B. Walzenstraßeninformation, Plattenstärke, Endbearbeitungs-Ausgabetemperatur) von einem Hauptrechner liefert die Recheneinheit 1, die die optimale Ausgabetemperatur errechnet, einen Ausgabetemperatur-Anfangswert T_out° an die Recheneinheit 2, die zur Berechnung des Brennstoffverbrauchs des Wärmeofens vorgesehen ist, und an die Recheneinheit 3, die zur Berechnung des Brennstoffverbrauchs der Walzenstraße vorgesehen ist.

Die Recheneinheit 2 berechnet den Minimalbrennstoffverbrauchswert Qh auf der Basis der jeweils vorhandenen Wärmeofeninformation (z.B. Ofentemperatur, Brennstofffließgeschwindigkeit) und liefert diesen Wert an die Recheneinheit 1.

Auch die für den Brennstoffverbrauch der Walzenstraße eingesetzte Recheneinheit 3 errechnet, nach Erhalt des Anfangswertes T_Out° ^r ^^^e Ausgabe temperatur, den Brennstoffverbrauch Ql der Walzenstraße auf der Basis der jeweils vorhandenen Walzenstraßeninformationen und liefert den Wert an den Recheneinheit 1. Die Rechen-

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einheit wiederholt den genannten Vorgang mehrere Male und berechnet eine optimale Ausgabetemperatur T_out, die sowohl der aus metallurgischen einschränkenden Bedingung T_out* genüge tut als auch den Gesamtbrennstoffverbrauch Q = Qh + Ql minimiert, und zwar mittels einer konventionellen Optimierung von nicht linearen Gleichungen, und sie liefert diesen Wert an die Steuereinheit 4 für den Wärmeofen sowie an die Plan-Recheneinheit 5, wodurch eine Energieeinsparung in der gesamten Walzenstraße, einschließlich Wärmeofen- und Walzbereich, erreicht wird.

Obgleich im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel eine On-line-Datenverarbeitung von jeweils vorhandenen Informationen von Wärmeofen und Walzenstraße vorgenommen wird, kann die gleiche Wirkung von einer Off-line-Datenverarbeitung erwartet werden, wobei dann die Berechnungen von einem Hauptrechner im voraus vorgenommen werden müssen.

Nach der vorliegenden Erfindung ergibt sich ein Brennstoff-Gesaratverbrauch für die gesamte Walzenstraße aus dem Verbrauch des Wärmeofens und dem der Walzenstraße. Weiterhin wird eine optimale Ausgabetemperatur so berechnet, daß die ä(Lis metallurgischen Gründen eingegrenzte Ausgabetemperatur eingehalten und der obengenannte Brennstoffgesamtverbrauch minimiert wird, und zwar mit Hilfe von Optimierungsvorgängen für nicht lineare Gleichungen. Der so gewonnene Temperaturwert für die optimale Ausgabetemperatur wird als Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur benutzt. Auf diesem Wege ist es möglich, im gesamten Bereich der Warmwalzenstraße Energie einzusparen.

Claims (2)

2-3, Marunouchi 2 chome, Chiyoda-ku, Tokyo 100, Japan Verfahren zum Einstellen der Stahlhalbzeuq-Ausqabetemperatur eines Wärmeofens einer Warmwalzenstraße Ansprüche

1. Verfahren zum Einstellen der Stahlhalbzeuq-Ausqabetemperatur eines Wärmeofens einer Warmwa]zenstraße, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Bestimmen des Brennstoffverbrauchs des Wärmeofens über eine Recheneinheit (2) für den Brennstoffverbrauch des Wärmeofens;

b) Bestimmen des Brennstoffverbrauchs der Walzenstraße durch eine Recheneinheit (3) für den Brennstoffverbrauch der Walzenstraße;

c.) Bestimmen des Gesamtverbrauchs der gesamten Walzenstraße aus dem Brennstoffverbrauch im Wärmeofen und dem Brennstoffverbrauch der Walzenstraßen;

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Martinistraße 24 Telefon Telecopierer Telex Datex-P

D-28OOBremenl 0421-328037 0421-326834 244020fepatd 44421040311

d) Bestimmen eines optimalen Ausgabetemperaturwertes, der die aufgrund metallurgischer Gesichtspunkte eingegrenzte Ausgabetemperatur einhält und den Brennstoff gesamtverbrauch minimiert, unter Anwendung eines Optimierungsvoranges für nicht-lineare Gleichungen mittels einer Recheneinheit (1) für die optimale Ausgabetemperatur; und

e) Anwendung der so ermittelten optimalen Ausgabetemperatur als Stahlhalbzeug-Ausgabetemperatur.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die optimale Ausgabetemperatur durch die Recheneinheit (1) nach der Gleichung

Q = Q_H + Q_L - f (H, T_1n, T_out, T_G, At) + g (H, T_out, h, T_D)

berechnet wird.