EP0977897A1

EP0977897A1 - Verfahren und einrichtung zur kühlung von metallen in einem hüttenwerk

Info

Publication number: EP0977897A1
Application number: EP98930646A
Authority: EP
Inventors: Markus HÖHFELD; Rolf-Martin Rein; Thomas Ruge; Otto Gramckow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2000-02-09
Also published as: WO1998049354A1; DE19717615A1

Abstract

Verfahren zur Kühlung von Metall in einem Hüttenwerk, wobei die Kühlung in Abhängigkeit der Temperatur des Metalls derart eingestellt wird, daß das Metall eine gewünschte Solltemperatur erreicht, und wobei die Temperatur des Metalls mittels eines Temperaturmodells ermittelt bzw. vorausgeschätzt wird, wobei die Parameter des Temperaturmodells, insbesondere Wärmeübergangskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit des Metalls, mittels genetischer Algorithmen an die Eigenschaften des Metalls und der Kühlung im Sinne einer Optimierung angepaßt werden.

Description

Beschreibung

Verfahren und Einrichtung zur Kühlung von Metallen in einem Hüttenwerk

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Kühlung von Metallen in einem Hüttenwerk, wobei die Kühlung mittels eines Temperaturmodells des zu kühlenden Metalls bzw. der Kühlung erfolgt. Um z.B. die Auslauftemperatur eines Stahlbandes zu regeln ist es notwendig, die zu erwartende

Auslauftemperatur bei vorgegebener Kühlung mittels eines Temperaturmodells vorherzusagen und mit diesem Vorhersagewert die Kühlung zu regeln. Ein Regeleingriff zur Beeinflussung der Auslauftemperatur zu dem Zeitpunkt, an dem die Auslauf- temperatur meßbar ist, ist nicht mehr möglich, denn zu diesem Zeitpunkt hat das Metall bereits die Kühlstrecke verlassen.

Vergleichbare Probleme treten auch beim Stranggießen auf . Beim Stranggießen ist es bekannt, die Kühlung auf der Basis der von einem Temperaturmodell gelieferten Werte für die Temperatur des Stranges an verschiedenen Stellen sowie auf der Basis der Lage der Sumpfspitze die Kühlung des Stranges zu regeln. Die Qualität der Regelung hängt dabei wesentlich von der Präzision der von dem Temperaturmodell gelieferten Werte ab. Deshalb ist es wichtig, daß das Temperaturmodell die thermischen Verhältnisse im Metall sowie des Kühlvorgangs gut modelliert. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der Vielzahl der Parameter eines derartigen Temperaturmodells eine gute Adaption an die realen Kühlverhältnisse sehr schwierig ist.

Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung anzugeben, die es ermöglicht, die Kühlung von Metall in einem Hüttenwerk derart zu verbessern, daß die Abweichung der Temperatur des Metalls von einer gewünschten Solltemperatur gegenüber dem bekannten Kühlverfahren verrin- gert wird. So ist es z.B. wünschenswert, die Abweichung der Auslauftemperatur eines Metalls aus einer Kühlstrecke von einer vorgegebenen gewünschten Solltemperatur möglichst gering zu halten.

Die -Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, Anspruch 2 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 18 und Anspruch 19 gelöst. Bei einem Verfahren zur Kühlung von Metall in einem Hüttenwerk, wobei die Kühlung in Abhän- gigkeit der Temperatur des Metalls derart eingestellt wird, daß das Metall eine gewünschte Solltemperatur erreicht, und wobei die Temperatur des Metalls mittels eines Temperaturmodells ermittelt bzw. vorausgeschätzt wird, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Parameter der Temperatur des Modells, insbesondere Wärmeübergangskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit des Metalls, mittels genetischer Algorithmen an die Eigenschaften des Metalls bzw. der Kühlung im Sinne einer Optimierung anzupassen. Dieses Verfahren hat sich als ganz besonders geeignet erwiesen, ein optimales Te peraturmo- dell unter Berücksichtigung der Vielzahl seiner Parameter zu erhalten. Ein Temperaturmodell umfaßt üblicherweise bis zu 100 Parameter, - es können auch mehr sein - so daß bisherige Versuche eine verbesserte Kühlung durch ein verbessertes Temperaturmodell zu erzielen nicht den gewünschten Erfolg brach- ten. Von der Vielzahl von möglichen Maßnahmen, eine Kühlung zu verbessern, hat es sich gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, d.h. das Temperaturmodell mit einem auf genetischen Algorithmen basierenden Optimierungsverfahren zu verbessern, hervorragende Ergebnisse in bezug auf Verbesse- rung der Kühlung erzielbar sind. Diesen unerwartet großen Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlichen FIG 7 bis 10. So betreffen FIG 7 und 8 eine Kühlstrecke und FIG 9 und 10 eine weitere Kühlstrecke. FIG 7 bis 10 zeigen Histogramme, in denen die Häufigkeit bestimmter Werte für die Abweichung zwischen gewünschter Auslauftemperatur und tatsächlicher Aus- lauftemperatur aufgetragen sind. FIG 7 zeigt die Ergebnisse einer Kühlung mit dem herkömmlichen Verfahren, FIG 8 dagegen mit dem erfinderischen Verfahren. In dem vorliegenden Beispiel liegt beim herkömmlichen Verfahren der Mittelwert der Abweichung von der gewünschten Sollauslauftemperatur bei -

50,6 °C. Mit dem erfinderischen Verfahren dagegen beträgt der Mittelwert der Abweichung nur noch 8,2 °C . Das bekannte Verfahren ist also um mehr als 600 % schlechter als das erfindungsgemäße Verfahren. Noch deutlicher wird die enorme Ver- besserung der Kühlung beim Vergleich von FIG 9 und FIG 10. Gemäß FIG 9 beträgt der Mittelwert der Abweichung -68,8 °C, die Abweichung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen nur 3,4 °C. In diesem Verfahren ist das bekannte Verfahren sogar um 2000 % schlechter als das erfindungsgemäße Verfah- ren. Die erfindungsgemäße Kühlung ist also überraschend deutlich dem bekannten Kühlverfahren überlegen. Für die Deutlichkeit, mit der das erfinderische Verfahren dem herkömmlichen Verfahren überlegen ist, sind u.a. auch bestimmte vorteilhafte Maßnahmen verantwortlich. So werden z.B. Parameter, die ein und denselben physikalischen Effekt betreffen, in Gruppen zusammengefaßt, wobei die Werte einer Gruppe bei der Rekombination von Genen nicht auseinander gerissen werden, d.h. daß Gruppen bei der Rekombination nur als Ganzes rekombiniert werden. Eine weitere besonders vorteilhafte Maßnahme ist, daß die Optimierungsfunktion in bezug auf kleine Abweichungen die Abweichungen quadratisch wichtet, große Abweichungen jedoch linear wichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter verbessert werden, wenn die Werte für die Parameter derart skaliert werden, daß sie eine homogene Sensitivität in bezug auf die Optimierungsfunktion aufweisen, d.h. daß die Parameter derart skaliert werden, daß ihre Sensitivität auf die Optimierungsfunktion gleich ist oder zumindest, daß die Sensi- tivitäten in der gleichen Größenordnung liegen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich besonders vorteilhaft bei der Verwendung für die Kühlung von Blechen, die nach Auslauf aus einer Kühlstrecke auf einen Haspel aufgehaspelt werden, erwiesen, da es beim Haspeln besonders wichtig ist, daß das aufgehaspelte Metall die richtige Temperatur hat. Bei zu großen Abweichungen von der gewünschten Solltemperatur kommt es zu Beeinträchtigungen der Qualität des Metalls.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei- spiels, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Im einzelnen zeigen:

FIG 1 eine Einrichtung zum Kühlen eines Metallbandes F FIIGG 2 2 die Struktur des erfindungsgemäßen Kühlverfahren

FIG 3 die Struktur einer alternativen erfindungsgemäßen Kühlung

FIG 4 eine Optimierung mittels genetischer Algorithmen

FIG 5 eine Prinzipdarstellung einer Stahlbanderzeugungsan- läge

FIG 6 eine Stranggießanlage

FIG 7 die Häufigkeitsverteilung der Abweichung der Auslauftemperatur von einer gewünschten Auslauftemperatur beim bekannten Verfahren FIG 8 die Häufigkeitsverteilung der Abweichung der Auslauftemperatur von einer gewünschten Auslauftemperatur beim erfindungsgemäßen Verfahren FIG 9 die Häufigkeitsverteilung der Abweichung der Auslauftemperatur von einer gewünschten Auslauftemperatur beim bekannten Verfahren

FIG 10 die Häufigkeitsverteilung der Abweichung der Auslauftemperatur von einer gewünschten Auslauftemperatur beim erfindungsgemäßen Verfahren FIG 11 eine quadratische Optimierungsfunktion IG 12 eine Optimierungsfunktion mit quadratischen und linearen Anschnitten IG 13 einen physikalisch nicht plausiblen Zusammenhang zwischen Wärmeübergangskoeffizient und Kühlmittelmenge FIG 14 einen physikalisch plausiblen Zusammenhang zwischen W rmeubergangskoeffizienten und Kühlmittelmenge FIG 15 Wärmeleitfähigkeit über der Stahltemperatur aufgetragen FIG 16 Wärmeleitfähigkeit über der Stahltemperatur aufgetra- gen

FIG 1 zeigt eine Einrichtung zum Kühlen eines Metallbandes 1, 2, 3, das aus einer Fertigstraße 8 in Richtung des mit Bezugszeichen 4 gekennzeichneten Pfeils ausläuft und das auf einen Haspel 5 aufgewickelt wird. Zwischen der Fertigstraße 8 und dem Haspel 5 liegt eine Kühlstrecke, die Kühldüsenanordnungen 6 und 7 aufweist. Aus den Kühldüsen tritt Kühlmittel, insbesondere Wasser, aus, mittels dessen das Stahlband 1, 2, 3 gekühlt wird. Die Kühldüsenblöcke 6 und 7 werden mittels eines Steuergeräts 90, über das sie mittels einer Datenleitung 92 verbunden sind, gesteuert bzw. geregelt. Dazu erhält das Steuergerät 90 außerdem Meßwerte über die Auslauf emperatur der Metallbänder 3, die mittels eines Meßgeräts 91 gemessen wird.

FIG 2 zeigt die Struktur des erfindungsgemäßen Kühlverfahrens. Dabei wird eine Kühlstrecke 16, in die Metall 17 einläuft und gekühltes Metall 18 hinausläuft, mittels einer Regelung 9 geregelt, die Sollwerte 13 für die Kühlung vorgibt. Diese Sollwerte 13 für die Kühlung werden von der Regelung 9 in Abhängigkeit der gewünschten Sollauslauftemperatur 8 des gekühlten Metalls 18 und einer geschätzten Auslauftemperatur 10 des Metalls 18 geregelt. Die geschätzte Auslauftemperatur 10 wird mittels eines Temperaturmodells 11 in Abhängigkeit der Sollwerte 13 für die Kühlung ermittelt. Die Parameter 14 des Temperaturmodells 11 werden in Abhängigkeit der aktuellen Parameter 14 der geschätzten Auslauftemperatur 10 und der tatsächlichen Auslauftemperatur 15 mittels genetischer Algorithmen 12 optimiert.

FIG 3 zeigt die Struktur einer alternativen erfindungsgemäßen Kühlung. Dabei wird eine Kühlstrecke 21, in die Metall 25 einläuft und gekühltes Metall 27 hinausläuft, mittels einer modellgesteuerten Regelung 19 geregelt, die Sollwerte 24 für die Kühlung vorgibt. Die modellgestützte Regelung 19 ermittelt die Sollwerte 24 für die Kühlung in Abhängigkeit der gewünschten Auslauftemperatur 22. Die Parameter 23 der modellgestützten Regelung 19 werden in Abhängigkeit der aktuellen Parameter 23 der gewünschten Solltemperatur 22 der Auslauf- temperatur 26 mittels genetischer Algorithmen 20 optimiert.

FIG 4 zeigt vereinfacht das Vorgehen bei der Optimierung mittels genetischer Algorithmen. Die Optimierung erfolgt derart, daß Werte für die Parameter in sogenannten Genen 40 angeord- net sind, die wiederum Individuen 41 einer sogenannten Population zugeordnet sind, daß ein Individuum 41 Werte für die zu optimierenden Parameter, d.h. Gene, aufweist und daß die Optimierung derart erfolgt,

- daß eine bestimmte Anzahl von Individuen eine sogenannte Initialpopulation bildet,

- daß einige oder alle Werte in den Genen um einen Zufallswert, insbesondere einen Zufallswert aus einer Auswahl normalverteilter Zufallszahlen, verändert werden, - daß die Individuen der Initialpopulation durch Rekombination ihrer Gene mit den Genen von anderen Individuen Nachkommen bilden,

- daß zusammengehörige Gene auf sogenannten Chromosomen zusammengefaßt werden, die bei der Rekombination gemeinsam vererbt werden, - daß die Individuen mit ihren Genen, d.h. den Werten für die entsprechenden Parameter, mittels einer Optimierungsfunktion bewertet werden und

- daß aufgrund dieser Bewertung eine Auswahl von Individuen für eine neue Population erfolgt, wobei Individuen bevorzugt werden, die die Optimierungsfunktion besser erfüllen als andere Individuen.

FIG 5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Stahlbanderzeu- gungsanlage. Diese weist eine Kokille 42 und eine Strangkühlung 43, 44 zur Kühlung des gegossenen Stranges 45 auf. Dieser läuft in Richtung des Pfeils 46 in eine Fertigstraße 47 ein, in der er zu einem Stahlband 49 verarbeitet wird. Das Stahlband 49 wird in bestimmten Abständen mittels einer Sche- re 48 geschnitten. Anschließend durchläuft es eine Kühlstrek- ke 51, 52 und wird auf einen Haspel 53 aufgewickelt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung wird besonders vorteilhaft zur Steuerung bzw. Regelung der Kühlung der Kühlstrecke 51, 52 angewendet. Es ist weiterhin vorteilhafterweise ein- setzbar für die Regelung bzw. Steuerung der Kühlung der Strangkühlung 43, 44.

FIG 6 zeigt eine Stranggießanlage. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 61 den gegossenen Strang, der einen erstarrten Teil 63 und einen flüssigen Sumpfteil 62 aufweist. Der Strang wird mit Antriebs- bzw. Führungsrollen 64 bewegt und auf seinem Weg durch Kühleinrichtungen 65 gekühlt. Diese sind vorteilhafterweise als Wassersprüheinrichtungen ausgebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Antriebs- bzw. Führungsrollen 64 und Kühleinrichtungen 65 mit Bezugszeichen versehen. Beim bekannten Verfahren sind die Kühleinrichtungen 65 in Kühlsegmente 66 aufgeteilt. Diese Aufteilung ist beim neuen und erfinderischen Verfahren nicht notwendig, kann aber berücksichtigt werden. Sowohl die Antriebsrollen 64 als auch die Kühleinrichtungen sind datentechnisch mit einer Rechen- einrichtung verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beide datentechnisch mit ein und derselben speicherprogrammierbaren Steuerung 67 verbunden. Die speicherprogrammierbare Steuerung 67 weist optional außerdem ein Terminal 69 und eine Tastatur 68 auf. Außerdem ist die speicherprogram- mierbare Steuerung 67 mit einem übergeordneten Rechensystem

70 verbunden. Das zum Stranggießen notwendige Material, in diesem Fall flüssiger Stahl, wird über eine Zuführvorrichtung

71 zugeführt. Die Stellgrößen für die Kühleinrichtungen 65 werden mittels eines Temperaturmodells, d.h. eines thermischen Modells des Stranges berechnet, das in der beispielhaften Ausgestaltung auf der speicherprogrammierbaren Steuerung 67 implementiert ist. Die erfindungsgemäße Optimierung der Parameter des Temperaturmodells mittels genetischer Algorith- men erfolgt vorteilhafterweise auf dem übergeordneten Rechensystem 70.

FIG 7 bis 10 zeigen Histogramme, in denen die Häufigkeit bestimmter Werte für die Abweichung zwischen gewünschter Aus- lauftemperatur und tatsächlicher Auslauftemperatur aufgetragen sind. FIG 7 zeigt die Ergebnisse einer Kühlung mit dem herkömmlichen Verfahren, FIG 8 dagegen mit dem erfinderischen Verfahren. In dem vorliegenden Beispiel liegt beim herkömmlichen Verfahren der Mittelwert der Abweichung von der ge- wünschten Sollauslauftemperatur bei -50,6 °C. Mit dem erfinderischen Verfahren dagegen beträgt der Mittelwert der Abweichung nur noch 8,2 °C . Das bekannte Verfahren ist also um mehr als 600 % schlechter als das erfindungsgemäße Verfahren. Noch deutlicher wird die enorme Verbesserung der Kühlung beim Vergleich von FIG 9 und FIG 10. Gemäß FIG 9 beträgt der Mittelwert der Abweichung -68,8 °C, die Abweichung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen nur 3,4 °C. In diesem Verfahren ist das bekannte Verfahren sogar um 2000 % schlechter als das erfindungsgemäße Verfahren. Neben der geringeren Abweichung von der gewünschten Auslauftemperatur verringert sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auch die Streuung um den Mittelwert der Abweichung. So beträgt z.B. die Standardabweichung im Histogramm in FIG 7 68,6 °C, in FIG 8 32,9 °C, in FIG 9 57,0 °C und in FIG 10 25,1 °C. Durch die verringerte mittlere Abweichung der gewünschten Auslauftemperatur und die geringere. Streuung um diesen Wert, kann der Anteil der Bänder mit einer unzulässig hohen Abweichung von der gewünschten Auslauftemperatur deut- lieh gesenkt werden.

Dem Optimierungsverfahren, mit dem die Ergebnisse gemäß FIG 8 und FIG 10 erzielt wurden, liegt ein Kühlmodell mit 92 Parametern zugrunde, die erfindungsgemäß mit genetischen Algo- rithmen optimiert wurden. Die 92 Parameter setzen sich zusammen aus: 5 Parametern bzw. Stützstellen für die Wärmeleitfähigkeit des Stahlbandes, 11 Parametern bzw. Stützstellen für die Temperaturleitfähigkeit des Stahlbandes, einen Parameter für den konstanten Anteil für die Konvektion bei Luft, einen Parameter für den linearen Anteil für die Konvektion bei

Luft, einen Parameter für den bandgeschwindigkeitsabhängigen Anteil der Konvektion, einen Parameter für die Wärmeabstrah- lung, ein Faktor zur Gewichtung von Kühlung von Bandoberseite und Bandunterseite, einen Parameter für die Kühlung im Roll- gang, je einen Parameter für die druckabhängige und die geschwindigkeitsabhängige Anpassung der Wärmeübergangszahl, eine untere und eine obere Grenze für die Geschwindigkeit in bezug auf die geschwindigkeitsabhängige Anpassung der Wärmeübergangszahl, einen Parameter für den Einfluß der Wassertem- peratur, 4 Parameter zur Beschreibung der Temperaturabhängigkeit der Wärmeübergangszahl, 40 Parameter für die Wassermengenabhängigkeit der Wärmeübergangszahl der Bandoberseite (10 Wasserstufen für 4 Kühlbereiche) , 8 Parameter für die Spritzmusterabhängigkeit der Wärmeübergangszahl (4 Spritzmuster für 2 Kühlbereiche) der Bandoberseite, 3 zusätzliche Parameter für die Wärmeübergangszahl der Bandoberseite (für 3 Kühlbereiche) , 4 Parameter für die Wassermengenabhängigkeit der Wärmeübergangszahl der Bandunterseite (eine Wasserstufe für 4 Kühlbereiche) , 4 Parameter für die Spritzmusterabhängigkeit der Wärmeübergangszahl (4 Spritzmuster für einen Kühlbereich) der Bandunterseite und 2 zusätzliche Parameter für die Wärmeübergangszahl der Bandunterseite (für 2 Kühlbereiche).

FIG 11 zeigt eine quadratische Optimierungsfunktion 80, wie sie üblicherweise bei Optimierungsproblemen verwendet wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird dagegen eine Optimierungsfunktion 81 gemäß FIG 12 verwendet, die kleine Abweichungen von der gewünschten Solltemperatur, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Abweichungen bis 15 °C, quadra- tisch und große Abweichungen, d.h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel Abweichungen >15 °C, linear wichtet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden Parameter, die ein und denselben physikalischen Effekt betreffen, in Gruppen zusammengefaßt, wobei die Werte einer Gruppe bei der Rekombination von Genen nicht auseinander gerissen werden, d.h. daß Gruppen bei der Rekombination nur als Ganzes rekombiniert werden. Es hat sich gezeigt, daß es auf diese Weise möglich ist, physikalisch widersprüchliche Lösungen auszuschließen. Auf diese Weise läßt sich das Ergebnis des

Optimierungsprozesses merklich verbessern, da, wie umfangreiche Versuche gezeigt haben, physikalisch nicht schlüssige Lösungen und Zwischenlösungen den Optimierungsprozeß deutlich beeinträchtigen. FIG 13 zeigt ein Beispiel für eine physika- lisch nicht schlüssige Lösung. Dabei ist für den Warmeubergangskoeffizienten α die dazu notwendige Kühlmittelmenge einer Düse aufgetragen, wobei die Kühlmittelmenge L in % der Maximalleistung der entsprechenden Kühldüse aufgetragen ist. Physikalisch korrekt müßte die notwendige Kühlmittelmenge mit Zunahme des Warmeubergangskoeffizienten α ansteigen, wie es z.B. Kurve 83 in FIG 14 zeigt. Demgegenüber weist die Kurve 82 Bereiche in FIG 13 auf, in denen die notwendige Kühlmittelmenge L mit sinkendem Warmeubergangskoeffizienten α zu- nimmt. Dieses ist physikalisch nicht korrekt. Derartige physikalisch inkonsistente Lösungen, können durch die obengenannte Gruppenbildung von Parametern verhindert werden. FIG 15 und 16 verdeutlichen den Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes von genetischen Algorithmen. FIG 15 zeigt einen vereinfacht dargestellten Zusammenhang zwischen der Wärmeleitfähigkeit λ und der Stahltemperatur T_sceeι . Zur Beschreibung dieses Zusammenhangs sind drei Parameter λ₀, λi, λ₂ notwendig. Da es genetische Algorithmen ermöglichen, Optimie- rungsprobleme mit vielen Parametern zu lösen, erlaubt das er- findungsgemäße Verfahren auch eine genauere Modellierung in bezug auf die Modellstruktur. Durch die Verwendung von mehr Parametern, läßt sich der physikalische Zusammenhang zwischen

Wärmeleitfähigkeit λ und Stahltemperatur T_steeι besser beschreiben. Ein entsprechendes Beispiel zeigt FIG 16. In FIG 16 ist der Zusammenhang zwischen Wärmeleitfähigkeit λ und

Stahltemperatur T_sceeι durch drei lineare Kurvenabschnitte modelliert. Auf diese Weise hat sich die Anzahl der Parameter λ_σ, λi, λ₂, λ₃ auf vier erhöht. Somit erlaubt also das erfinderische Verfahren bessere strukturelle Modellierung, was bei den stark nicht linearen Zusammenhängen eines Temperaturmodells zu einer merklich präziseren Modellbildung führt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Kühlung von Metall in einem Hüttenwerk, wobei die Kühlung in Abhängigkeit der Temperatur des Metalls derart eingestellt wird, daß das Metall eine gewünschte Solltemperatur erreicht, und wobei die Temperatur des Metalls mittels eines Temperaturmodells ermittelt bzw. vorausgeschätzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Parameter des Temperaturmodells, insbesondere Warmeubergangskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit des Metalls, mittels genetischer Algorithmen an die Eigenschaften des Metalls und der Kühlung im Sinne einer Optimierung angepaßt werden .

2. Verfahren zur Kühlung von Metall in einem Hüttenwerk, wobei die Kühlung mittels einer modellgestützten Steuerung bzw. Regelung derart eingestellt wird, daß das Metall eine gewünschte Solltemperatur erreicht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Parameter der modellgestützten Steuerung bzw. Regelung, insbesondere Parameter der Reglerdynamik sowie W rmeubergangskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit des Metalls, mittels genetischer Algorithmen an die Eigenschaften des Me- talls und der Kühlung im Sinne einer Optimierung angepaßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Werte für die zu optimierenden Parameter in sogenannten Genen angeordnet sind, die wiederum Individuen einer sogenannten Population zugeordnet sind, und daß die Optimierung derart erfolgt, - daß eine bestimmte Anzahl von Individuen eine sogenannte Initialpopulation bildet, - daß einige oder alle Werte in den Genen um einen Zufallswert, insbesondere einen Zufallswert aus einer Auswahl normalverteilter Zufallszahlen, verändert werden,

- daß die Individuen der Initialpopulation durch Rekombinati- on ihrer Gene mit den Genen von anderen Individuen Nachkommen bilden,

- daß aufgrund dieser Bewertung eine Auswahl von Individuen für eine neue Population erfolgt, wobei Individuen bevor- zugt werden, die die Optimierungsfunktion besser erfüllen als andere Individuen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Temperatur des Metalls die Ausgangstemperatur des Metalls bei Verlassen eines Bearbeitungsprozeses verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Temperatur ein Temperaturprofil des Metalls verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Parameter des Temperaturmodells mittels der genetischen Algorithmen in Abhängigkeit der Parameter des Temperaturmodells der gemessenen Temperatur, insbesondere der Auslauftemperatur, des Metalls sowie der vom Temperaturmodell ermittelten Temperatur, insbesondere der Auslauftemperatur, ermittelt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Parameter der modellgestützten Steuerung bzw. Regelung mittels der genetischen Algorithmen in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur, insbesondere der Auslauftemperatur, des Metalls sowie der gewünschten Solltemperatur ermittelt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Parameter, die ein und denselben physikalischen Effekt betreffen, in Gruppen zusammengefaßt werden, wobei die Werte einer Gruppe bei der Rekombination von Genen nicht auseinander gerissen werden, d.h. daß Gruppen bei der Rekombination nur als Ganzes rekombiniert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Werte für die Parameter derart skaliert werden, daß sie eine homogene Sensitivität in bezug auf die Optimierungsfunktion aufweisen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Optimierungsfunktion in bezug auf kleine Abweichungen zwischen gemessener und vom Temperaturmodell ermittelten Temperatur die Abweichungen quadratisch gewichtet.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Optimierungsfunktion in bezug auf große Abweichungen zwischen gemessener und vom Temperaturmodell ermittelten Tem- peratur die Abweichungen linear gewichtet.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß anfangs nicht alle Parameter gleichzeitig optimiert werden, sondern nacheinander gruppenweise, wobei vorzugsweise die Gruppen, deren Parameter eine größere Sensitivität in bezug auf die Optimierungsfunktion haben, zuerst zur Optimierung verwendet werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Eingangsgrößen für die genetischen Algorithmen vor der Optimierung mittels der genetischen Algorithmen auf Konsistenz überprüft werden und daß inkonsistente Werte nicht zur Optimierung verwendet werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, in bestimmten Zeitintervallen die Struktur des Temperaturmodells bzw. der modellgestützten Regelung an die Eigenschaften des Metalls und der Kühlung im Sinne einer Optimierung angepaßt werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Parameter des Temperaturmodells bzw. der modellgestützten Regelung zumindest eine der Größen Wärmeleitfähigkeit des Metalls, Temperaturleitfähigkeit des Metalls, Wärmeübergangskoeffizient für Luftkühlung und Wärmeübergangskoeffizient für Wasserkühlung sind.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es zur Kühlung eines aus einer Fertigstraße auslaufenden Metallbandes, insbesondere eines Stahlbandes, angewendet wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es zu Kühlung eines Stranges einer Stranggießanlage oder zum Kühlen eines Bandes einer Gießwalzanlage verwendet wird.

18. Einrichtung zur Kühlung von Metall in einem Hüttenwerk, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 17, wobei die Kühlung in Abhängigkeit der Temperatur des Metalls derart eingestellt wird, daß das Metall eine gewünschte Solltemperatur erreicht, und wobei die Temperatur des Metalls mittels eines Temperaturmodells ermittelt bzw. vorausgeschätzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Parameter des Temperaturmodells, insbesondere Wärme- Übergangskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit des Metalls, mittels genetischer Algorithmen an die Eigenschaften des Metalls und der Kühlung im Sinne einer Optimierung angepaßt werden .

19. Einrichtung zur Kühlung von Metall in einem Hüttenwerk, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei die Kühlung mittels einer modellgestützten Regelung derart eingestellt wird, daß das Metall eine gewünschte Solltemperatur erreicht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Parameter der modellgestützten Regelung, insbesondere Parameter der Reglerdynamik sowie Warmeubergangskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit des Metalls, mittels genetischer Algorithmen an die Eigenschaften des Metalls und der Kühlung im Sinne einer Optimierung angepaßt werden.