EP1397523B1 - Procede de refroidissement d'un produit lamine a chaud et modele de ligne de refroidissement correspondant - Google Patents

Procede de refroidissement d'un produit lamine a chaud et modele de ligne de refroidissement correspondant Download PDF

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EP1397523B1
EP1397523B1 EP02748572A EP02748572A EP1397523B1 EP 1397523 B1 EP1397523 B1 EP 1397523B1 EP 02748572 A EP02748572 A EP 02748572A EP 02748572 A EP02748572 A EP 02748572A EP 1397523 B1 EP1397523 B1 EP 1397523B1
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cooling
rolled
temperature
strip
line model
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Klaus Weinzierl
Klaus Franz
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B21B37/76—Cooling control on the run-out table
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2273/00—Path parameters
    • B21B2273/20—Track of product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling

Definitions

  • the present invention further relates to a cooling line model corresponding thereto.
  • phase transformation again requires the temperature as input parameter.
  • the Fourier heat equation has to be solved together with the dynamics of the phase transformation.
  • phase transformation is first modeled based on an approximate temperature history. Thereafter, the phase transformation is frozen. The exothermic processes in the phase transformation are then taken into account by heat sources in the Fourier heat equation. This approach partially neglects the coupling between the phase transformation and the temperature.
  • the object of the present invention is to provide a cooling method and the corresponding cooling line model, by means of which the temperature of the rolling stock to be cooled as well as its phases and phase transitions are described correctly.
  • the quantities e and p are location and time dependent. div and degrees are the well-known operators divergence and gradient, which act on the place variables.
  • the approach according to the invention is based on the principle of energy conservation.
  • the Fourier heat conduction line is therefore formulated with the enthalpy as a state variable and the temperature as the size dependent on the enthalpy. heat sources are obviously not needed. They do not have to be parameterized any more.
  • phase transformation degree and the enthalpy represent state variables that can be numerically calculated in parallel.
  • x denotes the position variable in the band thickness direction.
  • the modeling is even better if a final temperature is recorded for the rolling stock behind the cooling section. Because then it is in particular possible to adapt the cooling line model based on a comparison of the detected end temperature with a determined based on the expected temporal temperature profile expected end temperature. Thus, the model can be optimized based on the actual detected final temperature.
  • h is a function such as In equation 2 on page 144 of the article " Mathematical Models of Solid-Solid Phase Transitions in Steel "by A. Visintin, IMA Journal of Applied Mathematics, 39, 1987, pages 143-157 is disclosed.
  • a hot-rolled rolling stock 1 runs out of a rolling stand 2 at a rolling speed v in a strip running direction z.
  • a rolling stand temperature measuring station 3 is arranged.
  • an initial temperature T1 is determined for a rolling stock detected on the surface of the rolling stock 1 and fed to a cooling line model 4 as an input parameter.
  • the rolling stock 1 is a metal strip, for. B. a steel strip. It therefore has a rolling stock width b in a width direction y and a rolling stock thickness d in a thickness direction x. Walzgutbreite b and Walzgutdicke d together give the Walzgutquerrough the rolling stock. 1
  • the initial temperature T1 of the rolling stock 1 can vary across the bandwidth b.
  • the rolling temperature measuring station 3 is therefore preferably designed such that the initial temperature T1 across the bandwidth b can be detected multiple times.
  • a plurality of temperature sensors arranged transversely across the bandwidth b may be provided for this purpose. It is also possible to provide a temperature sensor, which is preceded by an optical system, by means of which in the bandwidth direction y scanning is possible.
  • the cooling section 5 has cooling devices 6, by means of which a coolant 7, typically water 7, from above, from below or from both sides of the rolling stock 1 can be applied.
  • a coolant 7, typically water 7, from above, from below or from both sides of the rolling stock 1 can be applied.
  • the type of application is adapted to the profile to be rolled.
  • a reel temperature measuring station 8 is arranged. With this a corresponding end temperature T2 can be detected for the Walzgutstelle, which is also supplied to the cooling line model 4.
  • the reel temperature measuring station 8 is designed in the same way as the rolling stand temperature measuring station 3.
  • the reel temperature measuring station 8 is followed by a reel 9. On this, the metal strip 1 is reeled.
  • the arrangement of the reel 9 is typical when rolling tapes.
  • the reel 9 instead of the reel 9 usually another unit is provided, for. B. in wire rod mills a Windungsleger.
  • the rolling stock 1 should have a predetermined temperature and desired desired microstructural properties G * when the reel 9 is reached. For this purpose, it is necessary that the metal strip 1 between rolling stand 2 and reel 9 has a corresponding temperature profile. This temperature profile is calculated by means of the cooling section model 4.
  • cooling line model 4 different values are supplied to the cooling line model 4.
  • the cooling speed model 4 the rolling speed v is supplied. Due to this fact, in particular a material tracking is feasible.
  • the parameters PAR include in particular actual and desired parameters of the strip 1.
  • An actual parameter is, for example, the alloy of the metal strip 1 or its bandwidth b.
  • a desired parameter is, for example, the desired reel temperature.
  • the cooling line model 4 according to FIG. 2 comprises a heat conduction model 10, a heat transfer model 11 and a coolant quantity course determiner 12.
  • the cooling stretch model 4 determines an expected temporal temperature profile Tm (t).
  • the expected temperature profile Tm (t) is compared with a desired temperature profile T * (t).
  • the comparison result is supplied to the coolant quantity course determiner 12. This then uses the difference to determine a new coolant flow rate in order to approximate the expected temperature curve Tm (t) to the desired temperature curve T * (t).
  • the cooling devices 6 of the cooling section 5 are then controlled by thedemengenverlaufsermittler 12 accordingly.
  • the coolant 7 is thus applied to the relevant Walzgutstelle according to the determined temporal coolant flow rate.
  • a heat conduction equation is achieved in the heat conduction model 10.
  • e denotes the enthalpy
  • ⁇ the thermal conductivity
  • p the phase conversion degree
  • ⁇ the density
  • T the temperature of the rolling stock 1 at the rolling stock and t the time.
  • ⁇ (e, 1) and ⁇ (e, 0) are functions as shown in FIG.
  • T (e, 1) and T (e, 0) are functions as shown by way of example in FIG.
  • the heat transfer model 13 can be adapted.
  • This approach requires a significantly lower computational effort with only slightly deteriorated result, because in this case, only the heat equation for a one-dimensional rod that extends at the Walzgutstelle from the belt bottom to the top of the band must be solved.

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Claims (14)

  1. Procédé de refroidissement d'un produit (1) laminé à chaud ayant une section transversale de produit laminé, notamment une bande (1) métallique, par exemple une bande (1) d'acier, dans une ligne (5) de refroidissement, comprenant des stades suivants :
    - on relève, avant la ligne (5) de refroidissement, une température (T1) initiale d'un emplacement du produit laminé,
    - au moyen d'un modèle (4) de ligne de refroidissement et de propriétés de consigne prescrites du produit (1) laminé, on détermine une variation en fonction du temps de quantités de fluide de refroidissement,
    - on applique à l'emplacement du produit laminé un fluide (7) de refroidissement conformément à la variation en fonction du temps de fluide de refroidissement qui a été déterminée, et
    - au moyen du modèle (4) de ligne de refroidissement et de la variation en fonction du temps de quantités de fluide de refroidissement, on détermine une variation (Tm(t)) en fonction du temps de la température du produit (1) laminé à laquelle on s'attend à l'emplacement du produit laminé sur la section transversale du produit laminé,
    caractérisé
    en ce que, pour déterminer la variation (Tm(t)) de la température du produit (1) laminé, on résout dans le modèle (4) de ligne de refroidissement une équation de conduction de la chaleur de la forme ∂ e ∂ t - div λ e ⁢ p ρ ⋅ gradT e ⁢ p = 0
    Figure imgb0023
    dans laquelle e est l'enthalpie, λ est la conductibilité calorifique, p est le degré de changement de phase, ρ est la masse volumique et T est la température du produit laminé à l'emplacement du produit laminé et t est le temps.
  2. Procédé de refroidissement suivant la revendication 1,
    caractérisé
    en ce que l'on relève une température (T2) finale de l'emplacement du produit laminé derrière la ligne (5) de refroidissement.
  3. Procédé de refroidissement suivant la revendication 2,
    caractérisé
    en ce que l'on adapte le modèle (4) de ligne de refroidissement au moyen d'une comparaison entre la température (T2) finale relevée et une température (T2m) finale à laquelle on s'attend déterminée au moyen de la variation (Tm(t)) en fonction du temps de la température à laquelle on s'attend.
  4. Procédé de refroidissement d'une bande (1) métallique laminée à chaud, notamment d'une bande (1) d'acier ayant une épaisseur (d) dans une ligne (5) de refroidissement, comprenant des stades suivants :
    - on relève, avant la ligne (5) de refroidissement, une température (T1) initiale d'un emplacement de la bande,
    - au moyen d'un modèle (4) de ligne de refroidissement et de propriétés de consigne prescrites de la bande (1) métallique, on détermine une variation en fonction du temps de quantités de fluide de refroidissement,
    - on applique à l'emplacement de la bande un fluide (7) de refroidissement conformément à la variation en fonction du temps de fluide de refroidissement qui a été déterminée, et
    - au moyen du modèle (4) de ligne de refroidissement et de la variation en fonction du temps de quantités de fluide de refroidissement, on détermine une variation (Tm(t)) en fonction du temps de la température de la bande (1) métallique à laquelle on s'attend à l'emplacement de la bande sur la section transversale de la bande,
    caractérisé
    en ce que pour déterminer la variation (Tm(t)) de la température de la bande (1) métallique dans le modèle (4) de ligne de refroidissement, on résout une équation de conduction de la chaleur de la forme ∂ e ∂ t - ∂ ∂ x λ e ⁢ p ρ ⋅ ∂ T ( e , p ) ∂ x = 0
    Figure imgb0024
    dans laquelle e est l'enthalpie, x est le lieu dans la direction de l'épaisseur de la bande, λ est la conductibilité calorifique, p est le degré de changement de phase, ρ est la masse volumique et T est la température de la bande (1) métallique à l'emplacement de la bande et t est le temps.
  5. Procédé de refroidissement suivant la revendication 4,
    caractérisé
    en ce que l'on relève une température (T2) finale de l'emplacement de la bande derrière la ligne (5) de refroidissement.
  6. Procédé de refroidissement suivant la revendication 5,
    caractérisé
    en ce que l'on adapte le modèle (4) de ligne de refroidissement au moyen d'une comparaison entre la température (T2) finale relevée et une température (T2m) finale à laquelle on s'attend déterminée au moyen de la variation (Tm(t)) en fonction du temps de la température à laquelle on s'attend.
  7. Procédé de refroidissement suivant l'une des revendications ci-dessus,
    caractérisé
    en ce que l'on détermine le degré (p) de changement de phase dans le modèle (4) de ligne de refroidissement au moyen d'une équation différentielle de la forme ∂ p ∂ t . = h e ⁢ p
    Figure imgb0025
  8. Modèle de ligne de refroidissement pour un produit (1) laminé à chaud à refroidir dans une ligne (5) de refroidissement et ayant une section transversale de produit laminé, notamment une bande (1) métallique, par exemple une bande (1) d'acier,
    - dans lequel on peut envoyer au modèle (4) de ligne de refroidissement une température (T1) initiale d'un emplacement de produit laminé relevée avant la ligne (5) de refroidissement,
    - dans lequel on peut déterminer une variation en fonction du temps de quantités de fluide de refroidissement au moyen du modèle (4) de ligne de refroidissement, à l'aide de propriétés de consigne prescrites du produit (1) laminé,
    - dans lequel on peut déterminer, au moyen du modèle (4) de ligne de refroidissement et de la variation en fonction du temps de quantités de fluide de refroidissement, une variation (Tm(t)) en fonction du temps de la température du produit (1) laminé à l'emplacement du produit laminé sur la section transversale du produit laminé,
    caractérisé
    en ce que le modèle (4) de ligne de refroidissement comporte, pour la détermination de la variation (Tm(t)) de la température du produit (1) laminé, une équation de conduction de la chaleur de la forme ∂ e ∂ t - div λ e ⁢ p ρ ⋅ gradT e ⁢ p = 0
    Figure imgb0026
    dans laquelle e est l'enthalpie, λ est la conductibilité calorifique, p est le degré de changement de phase, ρ est la masse volumique et T est la température du produit laminé à l'emplacement du produit laminé et t est le temps.
  9. Modèle de ligne de refroidissement suivant la revendication 8,
    caractérisé
    en ce qu'il peut lui être envoyé une température (T2) finale de l'emplacement du produit laminé relevée derrière la ligne (5) de refroidissement.
  10. Modèle de ligne de refroidissement suivant la revendication 9,
    caractérisé
    en ce que le modèle (4) de ligne de refroidissement peut être adapté au moyen d'une comparaison entre la température (T2) finale relevée et une température (T2m) finale à laquelle on s'attend déterminée au moyen de la variation (Tm(t))de température en fonction du temps à laquelle on s'attend.
  11. Modèle de ligne de refroidissement pour une bande (1) métallique laminée à chaud à refroidir dans une ligne (5) de refroidissement et ayant une épaisseur (d), notamment une bande (1) d'acier,
    - dans lequel on peut envoyer au modèle (4) de ligne de refroidissement une température (T1) initiale d'un emplacement de la bande relevée avant la ligne (5) de refroidissement,
    - dans lequel on peut déterminer une variation en fonction du temps de quantités de fluide de refroidissement au moyen du modèle (4) de ligne de refroidissement, à l'aide de propriétés de consigne prescrites de la bande (1) métallique,
    - dans lequel on peut déterminer, au moyen du modèle (4) de ligne de refroidissement et de la variation en fonction du temps de quantités de fluide de refroidissement, une variation (Tm(t)) de la température de la bande (1) métallique en fonction du temps à laquelle on s'attend à l'emplacement de la bande sur l'épaisseur (d) de la bande,
    caractérisé
    en ce que le modèle (4) de ligne de refroidissement comporte, pour la détermination de la variation (Tm(t)) de la température de la bande (1) métallique, une équation de conduction de la chaleur de la forme ∂ e ∂ t - ∂ ∂ x λ e ⁢ p ρ ⋅ ∂ T ( e , p ) ∂ x = 0
    Figure imgb0027
    dans laquelle e est l'enthalpie, x est le lieu dans la direction de l'épaisseur de la bande, λ est la conductibilité calorifique, p est le degré de changement de phase, ρ est la masse volumique et T est la température de la bande (1) métallique à l'emplacement de la bande et t est le temps.
  12. Modèle de ligne de refroidissement suivant la revendication 11,
    caractérisé
    en ce qu'il peut lui être envoyé une température (T2) finale de l'emplacement de la bande relevée derrière la ligne (5) de refroidissement.
  13. Procédé de refroidissement suivant la revendication 12,
    caractérisé
    en ce que le modèle (4) de ligne de refroidissement peut être adapté au moyen d'une comparaison entre la température (T2) finale relevée et une température (T2m) finale à laquelle on s'attend déterminée au moyen de la variation (Tm(t))de température en fonction du temps à laquelle on s'attend.
  14. Modèle de ligne de refroidissement suivant l'une des revendications 8 à 13,
    caractérisé
    en ce qu'il comporte, pour la détermination du degré (p) de changement de phase, une équation différentielle de la forme ∂ p ∂ t . = h e ⁢ p
    Figure imgb0028
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