ES2216402T3 - Procedimiento y sistema para regular tramos de enfriamiento. - Google Patents
Procedimiento y sistema para regular tramos de enfriamiento.Info
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Abstract
La regulación de un segmento de refrigeración de un tren de trituración comprende parámetros del proceso de regulación individual del segmento de refrigeración comparando la progresión de la temperatura calculada con la progresión de la temperatura de referencia. La regulación de un segmento de refrigeración de un tren de trituración para láminas y tiras comprende el cálculo de la progresión de la temperatura de las tiras en el segmento de refrigeración dependiente del parámetro del proceso ajustado y del estado del proceso específico de la tira, calculando la progresión de una temperatura de referencia (Tref), y regulando individualmente los parámetros del proceso del segmento de refrigeración comparando la progresión actual de la temperatura con la progresión de la temperatura de referencia. Se incluye también una reivindicación independiente relativa a la realización del procedimiento.
Description
Procedimiento y sistema para regular tramos de
enfriamiento.
La invención se refiere a un procedimiento, así
como a un sistema para regular un tramo de enfriamiento,
especialmente el tramo de enfriamiento de una instalación para
laminar planchas y bandas de acero.
Mientras que aumentan continuamente los
requisitos planteados a las dimensiones geométricas, la calidad de
la superficie y las propiedades mecánicas de las bandas laminadas en
caliente, crece simultáneamente el deseo de una mayor flexibilidad
de las instalaciones de producción para un gran número de diferentes
aceros. Por tanto, existe la necesidad de equipos de enfriamiento
que funcionen automáticamente, que garanticen marchas de temperatura
exactas, así como diferentes estrategias de enfriamiento, es decir,
desarrollos de enfriamiento, con una mayor flexibilidad y una
producción simultánea de aceros de alta calidad.
Los procedimientos de regulación y optimación de
procesos desarrollados hasta el momento para la realización de estos
requisitos, para la automatización de los tramos laminares de
enfriado de bandas calientes, se basan comúnmente en modelos
matemáticos de procesos.
En lo anterior, el concepto clásico se basa en la
modelación del sistema completo en forma de puntos de la banda
imaginarios. En la modelación de un punto de la banda se considera
que el punto de la banda intercambia energía con el entorno por
medio de conducción térmica, convección y radiación. Además se
produce energía interna mediante la transformación estructural. Para
la modelación del punto de la banda, en la dirección del espesor de
la banda se resuelve la ecuación unidimensional y no estacionaria de
la conducción térmica de Fourier. Como límite geométrico de la
modelación sirve el lugar del pirómetro del tren de acabado, es
decir, el lugar de entrada del punto imaginario de la banda en el
tramo de enfriamiento, así como el lugar de instalación del
pirómetro de la bobinadora. Entre estos dos lugares puede ajustarse
la temperatura teórica de la banda mediante acciones de ajuste
distribuidas localmente.
A este respecto, se han hecho conocidos dos
planteamientos diferentes: en uno de ellos, el modelo del proceso
está incluido en un circuito regulador, en el otro, está separado de
éste. En el segundo caso, antes de la entrada de la banda a enfriar
se realiza un preajuste de los sistemas de ajuste del tramo de
enfriamiento (setup), sirviendo ya un control previo y una
regulación durante la laminación únicamente para regular las
magnitudes perturbadoras que quedan, así como las regulaciones
imprecisas del setup.
En ambos casos, las secciones individuales de la
banda se dividen en segmentos y se siguen durante el transporte por
el tramo de enfriamiento. A estos segmentos se asignan las señales
medidas de proceso y ajuste.
En el primer caso, una vez que un segmento
alcanza el pirómetro de la bobinadora, se realiza un cálculo de
retorno para este segmento con ayuda del modelo del proceso. La
diferencia que resulta entre la temperatura de la bobinadora medida
y la calculada se adapta y se tiene en cuenta para la regulación
adaptada subsiguiente de los sistemas de ajuste, considerando el
estado actual de proceso (temperatura del tren de acabado, velocidad
de la banda, etc.). Este desarrollo del cálculo se repite
cíclicamente durante el proceso de laminación.
Como es sabido, la adaptación del modelo sirve
para aumentar la exactitud de previsión del modelo de enfriamiento.
En lo anterior, el resultado del cálculo del modelo se compara
continuamente con los resultados de enfriamiento reales medidos y se
realiza una minimización de errores.
Por un lado, este concepto clásico muestra la
desventaja de que, a causa de la integración de los segmentos de la
banda, deben determinarse y procesarse una gran cantidad de datos.
Además, los sistemas de ajuste de la instalación de enfriamiento,
por ejemplo, la distribución local del agua de enfriamiento y la
cantidad de barras de enfriamiento accionables, no son regulables de
manera flexible y rápida. Por tanto, en el caso de una modificación
rápida de la velocidad de la banda, existe el riesgo de que se
subenfríen o sobrecalienten segmentos de la banda.
Este concepto clásico está descrito, por ejemplo,
en el artículo de Leitholf M. D. et al., "Model reference
control of runout table cooling at LTV", Iron and Steel Engineer
66 (1989), agosto, nº 8, Pittsburgh, PA, EE.UU. En este caso, la
banda se divide en secciones / segmentos imaginarios y para cada
segmento de la banda se realiza un cálculo. Para cada segmento se
calcula, durante la laminación, la cantidad necesaria de agua o la
cantidad de válvulas de enfriamiento, considerando el estado actual
del proceso. Mediante el seguimiento de la banda se sigue el
transporte de cada segmento a través del camino de rodillos. Las
válvulas seleccionadas se conectan temporal y localmente de manera
correcta. A continuación se realiza una verificación del cálculo con
el objetivo de minimizar los errores del modelo que puedan existir
eventualmente.
Partiendo de este estado de la técnica, la tarea
de la presente invención es proporcionar un procedimiento, así como
un sistema para regular un tramo de enfriamiento, especialmente un
tramo de enfriamiento de instalaciones de laminación, que garanticen
un proceso de regulación rápido y reduzcan el gasto de la logística
de datos.
Esta tarea se soluciona mediante el procedimiento
con las características según la reivindicación 1, así como según la
reivindicación 7. Las características ventajosas se dan a conocer en
las reivindicaciones dependientes.
El procedimiento propuesto parte de la idea
fundamental de no considerar el sistema completo del tramo de
enfriamiento como una suma de puntos de la banda o segmentos
individuales, sino de calcular u observar continuamente, mediante un
modelo matemático del proceso, el estado de la temperatura de la
banda a lo largo de la longitud del tramo de enfriamiento, es decir,
la curva de temperatura decreciente por la influencia del efecto de
enfriamiento, de comparar esta curva de temperatura con una curva de
temperatura de referencia y de regular individualmente las
desviaciones de regulación a lo largo de la longitud del tramo de
enfriamiento. A este respecto, el modelo en que se basa el cálculo
se adapta preferiblemente de manera continua.
El circuito de regulación propuesto según la
invención está compuesto por los subsiguientes pasos, que durante el
proceso de enfriamiento transcurren cíclicamente:
calcular la marcha de la temperatura de la banda
en el tramo de enfriamiento en función de los parámetros actuales
del proceso, así como del estado específico del proceso de la
banda,
preferiblemente, adaptar el modelo en que se basa
el cálculo mediante un valor medido T_{me\beta} de la temperatura
registrado de forma concreta, por medio de la modificación de los
parámetros del modelo, con el objetivo de minimizar los errores del
modelo,
calcular anticipadamente una marcha de referencia
de la temperatura con el modelo minimizado en errores, basándose en
una temperatura T_{ref} de referencia prefijada;
regular individualmente los parámetros del
proceso del tramo de enfriamiento por medio de la comparación de la
marcha de referencia de la temperatura con la marcha calculada de la
temperatura.
En lo anterior, el cálculo de la marcha de la
temperatura de la banda se realiza de manera realista. Basándose en
el modelo preferiblemente minimizado en errores, se calcula
previamente la marcha de referencia de la temperatura.
En el caso del modelo propuesto, en el que se
basa el procedimiento, se suprime la división de la banda en
segmentos individuales, como prevé el modelo clásico. Por tanto, la
cantidad de datos es más clara y el gasto de la logística de datos
claramente menor. Además, el procedimiento propuesto permite tiempos
de regulación claramente más cortos, dado que se suprime la
consideración de largos tiempos de transporte de datos.
Bajo el concepto de parámetros iS. del proceso de
la reivindicación 1 se entienden los ajustes actuales del tramo de
enfriamiento. Éstos son, por ejemplo, la cantidad de barras de
enfriamiento activadas y/o la cantidad o la velocidad del agua de
enfriamiento, así como la temperatura del agua de enfriamiento. La
regulación de estos elementos de ajuste del tramo de enfriamiento se
realiza individualmente y mediante adaptación a la curva de la
temperatura de referencia y permite con ello una mayor rapidez y
flexibilidad de los elementos de ajuste individuales.
En este contexto, por estado de proceso
específico se entienden las propiedades de la banda a enfriar, tales
como la velocidad de la banda, el espesor de la banda, la
temperatura del tren de acabado o las propiedades del material de la
banda.
En cuanto al valor medido T_{me\beta} de
temperatura, medido concretamente, o en cuanto a la temperatura
T_{ref} de referencia prefijada, se trata preferiblemente de la
temperatura real o la teórica del material a enfriar, poco antes de
la entrada al dispositivo de bobinado o a la salida del dispositivo
de enfriamiento. De esta manera, mediante el procedimiento de
regulación propuesto se consigue ajustar las temperaturas de la
bobinadora con pequeñas tolerancias de temperatura y compensar
ampliamente las diferencias en los valores de velocidad y de
temperatura de la laminación de acabado a lo largo de la longitud de
la banda.
Preferiblemente, el tramo de enfriamiento
comprende varios dispositivos de enfriamiento. Como forma de
realización especialmente preferida se propone que los elementos de
ajuste superiores e inferiores de los dispositivos de enfriamiento
se regulen independientemente los unos de los otros, para el
enfriamiento separado de la parte superior o la inferior de la
banda.
Ventajosamente, se propone realizar un cálculo
anticipado de la marcha de temperatura esperada de la banda en
función del estado específico de proceso del material a enfriar
antes de su entrada en el tramo de enfriamiento, antes del propio
proceso de regulación. Con ayuda de este cálculo previo del setup de
la marcha de la temperatura de la banda, se proporciona un punto de
funcionamiento para el proceso de regulación subsiguiente, que, con
esto, es más rápido.
Incluyendo las relaciones termofísicas y de
dinámica de fluidos se garantiza una reproducción exacta del proceso
en el ciclo de regulación.
El sistema según la invención está compuesto por
las siguientes unidades según la reivindicación 8:
una unidad para el cálculo de la marcha de la
temperatura de la banda (observador) en función de los parámetros de
proceso ajustados actualmente, así como del estado específico del
proceso de la banda;
una unidad para el cálculo anticipado de una
marcha de temperatura de referencia, en función de una temperatura
(T_{ref}) de referencia prefijada, considerando los parámetros del
proceso y el estado de proceso (previsor),
un dispositivo para controlar los elementos de
ajuste de los dispositivos (1a hasta 1i) de enfriamiento del tramo
de enfriamiento.
A continuación se describe el procedimiento o
sistema propuesto de manera esquemática mediante las figuras
adjuntas.
En este sentido, muestran:
la figura 1, una vista general
esquemático-funcional del procedimiento de
regulación propuesto;
las figuras 2 a 4, representaciones esquemáticas
de los pasos del procedimiento propuesto, que transcurren unos tras
otros;
la figura 5, una vista general esquemática de los
elementos del sistema del regulador de temperatura;
las figuras 6, 7, vistas generales esquemáticas
del planteamiento termodinámico del modelo.
La figura 1 muestra, en una vista general
esquemática, un equipo 1 de enfriamiento laminar de la banda, que se
encuentra en el camino de rodillos de salida de un tren de
laminación de banda ancha, entre la última caja 2 de laminación del
tren de acabado y el impulsor 3a o la bobinadora 3b. El equipo de
enfriamiento de la banda está compuesto por varios dispositivos 1a,
1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, así como 1i, de enfriamiento, que son
independientes unos de otros y sus elementos de ajuste pueden
regularse por separado, en cuanto a la parte superior e inferior de
la banda respectivamente. Entre la última caja 2 de laminación del
tren de acabado y el comienzo de la instalación 1 de enfriamiento de
la banda, vista en la dirección del transporte de la banda 4, está
previsto un primer pirómetro 5 para medir la temperatura de la
banda. Un segundo pirómetro 6 se encuentra poco antes del impulsor
3a o de la bobinadora 3b.
Además, en la figura 1 se muestran
esquemáticamente los pasos individuales del ciclo de regulación
según la invención.
Durante la laminación se calcula (observa) una
marcha de la temperatura de la banda mediante el modelo de
enfriamiento, y la temperatura medida T_{me\beta} de la bobinadora
se compara con la temperatura T_{calc} calculada correspondiente.
Por la temperatura medida T_{me\beta} de la bobinadora se entiende
la temperatura de la banda que se mide con ayuda del pirómetro 6.
T_{calc} es el valor de temperatura discreto correspondiente sobre
la curva de temperatura observada.
Adicionalmente le sigue la adaptación del modelo
y la transferencia de la marcha de temperatura calculada al
regulador de temperatura.
Para aumentar la rapidez del proceso de
regulación en la cabecera de la banda, se intercala antes del
proceso de regulación un cálculo de setup. Se calcula previamente la
marcha de la temperatura de la banda en función del estado de
proceso específico del material a enfriar, antes de su entrada en el
tramo de enfriamiento. Esta marcha de temperatura de la banda
calculada previamente sirve como punto de funcionamiento para la
regulación de temperatura durante el proceso de laminación.
La figura 2 muestra la marcha de la temperatura
[ºC] de la banda calculada, es decir, observada, mediante el modelo
a lo largo de la longitud [m] de la banda. Este primer paso del
circuito de regulación se refiere al cálculo de la marcha de la
temperatura de la banda en el tramo de enfriamiento, entre los
pirómetros 5 y 6, en función de los parámetros del proceso ajustados
actualmente, mediante un modelo, es decir, la denominada
"observación". En el ejemplo mostrado, la curva de enfriamiento
presenta una caída relativamente marcada en la zona de los primeros
cuatro dispositivos 1a, 1b, 1c, 1d de enfriamiento activados, para
después decrecer lentamente.
Durante el ciclo de regulación, en un segundo
paso se mide un valor T_{me\beta} de temperatura final concreto en
un punto definido de la banda, después de recorrer el tramo de
enfriamiento. Preferiblemente, en cuanto al valor de temperatura
final se trata de la temperatura de la banda poco antes de entrar en
el dispositivo 3b de bobinado. Se mide mediante el pirómetro 6 de la
bobinadora.
La temperatura de la banda a la altura de la
bobinadora depende esencialmente de la calidad del material a
producir y se encuentra habitualmente en un intervalo de 250 a
750ºC.
En el caso de que el valor T_{me\beta} de
temperatura final concreto, es decir, la temperatura de la
bobinadora, difiera del valor correspondiente sobre la curva
calculada, tal como muestra la figura 2, se realiza una adaptación
para la minimización de errores del modelo (véase la figura 3). Esta
adaptación tiene lugar por medio de una modificación adecuada de los
parámetros del modelo, de manera que se produzca un desarrollo de la
curva adaptado, sobre el cual se encuentra la temperatura medida de
la bobinadora.
Sobre la base de este modelo, ahora minimizado en
errores, se calcula una marcha de referencia de la temperatura,
basándose en una temperatura T_{ref} de referencia prefijada,
habitualmente una temperatura deseada de la bobinadora. La figura 4
muestra este paso.
Esta marcha parte del mismo valor inicial que la
primera marcha de temperatura calculada, pero de un valor final
diferente, es decir, el valor T_{ref} de referencia.
Por medio de la comparación de la marcha
calculada de la temperatura con la marcha de referencia de la
temperatura se realiza una regulación individual de cada zona de
enfriamiento, por separado para la parte superior y la inferior de
la banda. En este sentido, esta regulación tiene lugar mediante los
elementos de ajuste de los dispositivos de enfriamiento de la
instalación de enfriamiento.
La figura 5 muestra esquemáticamente las unidades
del sistema para llevar a cabo el procedimiento propuesto. Con ayuda
del observador del proceso o del modelo se observa o calcula
continuamente el estado de la temperatura de la banda dentro del
tramo de enfriamiento. En el caso de constatar una diferencia entre
la temperatura calculada de la bobina y la temperatura medida, se
produce una adaptación del modelo, es decir, la temperatura
calculada de la bobina se iguala con el valor medido T_{me\beta}
concreto.
Además, presenta una unidad para el cálculo de la
marcha de referencia de la temperatura, el denominado previsor. Este
cálculo se realiza cíclicamente para asegurar el control de proceso
correcto dentro del tramo de enfriamiento, para conseguir una
temperatura prefijada de la bobina en función de las perturbaciones
del proceso dependientes del tiempo, tal como variaciones de la
velocidad de la banda, del espesor de la banda, de la temperatura
del tren de acabado, etc.
Además, está previsto un regulador para
monitorizar el proceso, que compensa el sistema completo con métodos
tradicionales de técnicas de regulación, por ejemplo, con un
regulador integral, si a pesar de la adaptación del modelo todavía
se presenta una diferencia entre la temperatura de la bobinadora
conseguida y la prefijada. El monitor del proceso compensa las
perturbaciones y los defectos del sistema completo no registrables
con técnicas de medición y asegura con ello una calidad del producto
impecable por medio de la compensación de la temperatura de
referencia y la temperatura de la bobinadora actualmente medida.
En la figura 6 se ve que cada zona de
enfriamiento puede regularse individualmente por medio de la
comparación con el valor de referencia correspondiente, si se conoce
la marcha actual de la temperatura de la banda a lo largo de la
longitud de la banda, dentro del tramo de enfriamiento. Esto
significa que debe conocerse el estado de la temperatura de la banda
en cada momento, para cualquier cantidad de coordenadas espaciales
discretas dentro del tramo de enfriamiento. La marcha de la
temperatura de la banda no puede medirse dentro del tramo de
enfriamiento, sino que debe calcularse u observarse a modo de
modelo.
El modelo matemático en que se basa el
procedimiento propuesto, para el cálculo de la marcha de la
temperatura de la banda en el tramo de enfriamiento, se basa en los
siguientes fundamentos termodinámicos y reotécnicos.
El proceso de laminación se supone
termodinámicamente como un proceso continuo, no estacionario, en un
sistema abierto. Si el pirómetro del tren de acabado, el pirómetro
de la bobinadora, así como las partes superior e inferior de la
banda se eligen como límites termodinámicos del sistema del tramo de
enfriamiento, entonces en el pirómetro del tren de acabado fluye
masa, así como energía en forma de entalpía, hacia dentro del
sistema, en el pirómetro de la bobinadora fluye masa, así como
energía en forma de entalpía, hacia fuera del sistema y en las
partes superior e inferior de la banda fluye energía en forma de
calor hacia fuera del sistema. Además, se toma como base que el
tramo de enfriamiento puede dividirse en cualquier cantidad de
procesos parciales, que el sistema termodinámico completo está
compuesto por una cadena de procesos parciales y que para cada
proceso parcial debe satisfacerse el balance de energía y de
masa.
Generalmente, para el balance de una magnitud
extensiva, como por ejemplo la energía, la masa, el impulso, etc.,
en un sistema cualquiera, pero fijo, es válida la ecuación de
balance general
(1.1)\frac{\partial \
e_{v}}{\partial \ t}= \ -div \
i_{s}+\Gamma_{v}
con
e_{v} la densidad de la magnitud extensiva
i_{s} el flujo de la magnitud extensiva
transportado por unidad de tiempo y de superficie a través de la
superficie
\Gamma_{v} la cantidad de la magnitud extensiva
producida o destruida por unidad de tiempo y de volumen.
El balance de masa para un proceso parcial se
representa como sigue. La masa del sistema está compuesta por la
masa de las partes p_{i} de la estructura (con \Sigmap_{i} =
1), con \rho_{i} como densidad y V como volumen
(1.2)m=\sum V _{i} \
\rho_{i}(T) \
p_{i}(T)
despreciando las partes restantes se deduce, para
una estructura mixta compuesta por austenita (\gamma) y ferrita
(\alpha),
(1.3)m=V\cdot
\rho(T)=V\cdot[(1-p(T)\cdot\rho_{\alpha}+p(T))\cdot\rho_{\gamma}]
Para la masa específica, es decir, la densidad,
se deriva
Debido al proceso de transporte, fluye masa por
flujo másico a través de los límites del sistema.
(1.5)i=\overline{m}=\rho(T)\cdot\overline{V}=\rho(T)\cdot
s\cdot
\overline{z}
con s como el vector de superficie y \dot{z}
como vector de
velocidad.
La masa del sistema fijo, producida o destruida
por unidad de tiempo, puede obtenerse únicamente por medio de la
modificación temporal de la densidad. Con 1.3 se deduce
Considerando que el flujo másico fluye únicamente
en la dirección z_{1} (dirección longitudinal) de las coordenadas,
se deduce para el balance de masa en coordenadas cartesianas
(1.8)\overline{p}(T)=-\overline{z}_{1}\cdot\frac{dp(T)}{dz_{1}}+\overline{T}\cdot
\frac{dp(T)}{dT}
El balance de energía para un proceso parcial se
representa como sigue. Según el primer principio fundamental de la
termodinámica, la energía de un sistema está compuesta por la
entalpía, así como por la energía potencial y la energía cinética
juntas. Dado que para el presente sistema fijo no aparecen
variaciones en cuanto a la energía potencial y la cinética, la
energía E se calcula exclusivamente a partir de la entalpía H, con U
= energía interna,
(1.9)E=H(T)=U(T)+m\cdot
p \cdot
V
y, a partir de ello, despreciando el trabajo de
alteración de volumen p*V, con u = energía
específica,
Más allá de los límites del sistema fijo, la
energía fluye en forma de calor W y entalpía H, con h = entalpía
específica,
(1.11)i=\overline{H}(T)+\overline{Q}(T)=\overline{m}\cdot
h(T)+s\cdot
\overline{q}(T)
Dependiendo de la velocidad de enfriamiento y de
la temperatura teórica de la bobinadora, debe considerarse la
energía de reacción que se libera durante la transformación
estructural (transformación \gamma \rightarrow \alpha).
Con ello, la entalpía de la banda se calcula
como
(1.13)H(T)=\sum
p_{i}(T)H_{i}(T)
Despreciando las partes residuales, para una
estructura mixta, compuesta por austenita y ferrita, se deduce:
(1.14)H(T)=
\rho_{\alpha}(T)\cdot H_{\alpha}(T)+p_{\gamma}(T)\cdot
H_{\gamma}(T)
La energía producida o destruida por unidad de
tiempo y volumen se calcula como
(1.15)\Gamma=\overline{H}(T)=\overline{m}(T)\cdot
h(T)+m(T)\cdot
\overline{h}(t)
La sustitución de las ecuaciones,
considerando
(1.17)cp(T)=\frac{dh(T)}{dT}=\frac{du(T)}{dT}
con cp = capacidad
calorífica,
(1.18)\overline{q} =
-grad\left(\lambda (T)\frac{\partial T}{\partial
z}\right)
con \lambda = conductividad térmica, para
coordenadas cartesianas, proporciona la ecuación de balance de
energía
buscada
(1.19)\rho(T)\cdot
cp(T)\cdot \dot{T} = + \lambda(T)\cdot
\left[\frac{\partial^{2}T}{\partial z^{2}_{1}}
+\frac{\partial^{2}T}{\partial z^{2}_{2}}\right]
-\rho(T)\cdot cp(T)\cdot \dot{z}_{1}\cdot
\frac{\partial T}{\partial z_{1}}
+\dot{p}(T)\cdot
[(\rho_{\gamma}-\rho_{\alpha})\cdot h(T)+\rho(T)\cdot
(h_{\gamma}(T)-h_{\alpha}(T))]
En (1.19) se parte de que la conductividad
térmica \lambda(T) no depende de la dirección. Se desprecia
la conductividad térmica a lo ancho; además, el flujo de entalpía
tiene lugar exclusivamente en la dirección z_{1} longitudinal del
tramo de enfriamiento.
Si el sistema completo se divide en subsistemas,
a partir de las ecuaciones (1.8) y (1.19) se produce un sistema de
ecuaciones diferenciales acopladas. La sustitución, por ejemplo, por
expresiones diferenciales, proporciona una red para el cálculo del
estado de la temperatura a lo largo de las coordenadas z_{1}
longitudinales y coordenadas z_{2} del espesor de la banda. A este
respecto, la discretización de la red de temperatura se realiza en
la dirección longitudinal y la dirección del espesor, con
separaciones no equidistantes de nudo a nudo (figura 7).
Además del planteamiento termomecánico, en la
modelación se incluye un planteamiento reotécnico. Con este modelo
puede calcularse la velocidad de flujo del agua de enfriamiento a la
salida del dispositivo de enfriamiento. La velocidad de flujo tiene
una influencia esencial en el cálculo de los coeficientes de
transferencia de calor para las partes superior e inferior de la
banda. Concretamente, éstos se obtienen debido a las relaciones
hidrodinámicas entre el tanque y los conductos del dispositivo de
enfriamiento del acoplamiento y, con ello, debido a la descarga
completa del agua de enfriamiento del tanque. Especialmente la
conexión y la desconexión de los dispositivos de enfriamiento tienen
una influencia en el cálculo de los coeficientes actuales de
transferencia de calor, hasta que se ajusta un estado de flujo
estacionario. Suponiendo que el agua de enfriamiento se trata de un
fluido sin rozamiento e incompresible, para la relación de la
dinámica de fluidos de dos puntos del mismo hilo de corriente es
válida la ecuación no estacionaria para fluidos incompresibles según
Bernoulli:
(2.20)\int\limits^{\nu}_{1}\frac{\partial
c}{\partial t} ds + \frac{c^{2}_{\nu}-c^{2}_{1}}{2}+ g \cdot
(z_{\nu}-z_{1}) + \frac{p_{\nu}-p_{i}}{\rho} + \frac{\Delta
p}{\rho}=0
con
c_{i} velocidad de flujo en el punto i
s coordenada del hilo de corriente
z coordenada de altura del punto i
p_{i} presión en el punto i
\Deltap pérdida de presión por rozamiento y
estructuras internas
\nu lugar de salida del agua de enfriamiento
fuera del sistema de conductos
\rho densidad del fluido
g constante.
En cuanto a la instalación mecánica, se trata de
formas de recipiente simples en cuanto a su geometría y de una
cadena de secciones de conductos de diferentes diámetros. Suponiendo
uniones de conductos discontinuas y considerando la ecuación de
continuidad:
(2.21)c_{\nu+1}=\frac{A_{\nu}}{A_{\nu
+1}}
c_{\nu}
con
n = \nu-1 segmentos del hilo de
corriente
A = área de la sección transversal
se deduce, a partir de (2.20), la ecuación
diferencial buscada para describir el estado de flujo no
estacionario entre el nivel del agua en el depósito elevado y un
punto !38! cualquiera en el sistema de
conductos.
(2.22)\ddot{v}_{\nu}\cdot[a(z)+b_{1}]+b_{2}\cdot
\dot{v}^{2}_{\nu}+b_{3}\cdot g\cdot (z_{\nu} -z_{\rho})+b_{3}\cdot
\frac{\Delta
p}{\rho}=0
con
(2.23)a(z)=A^{2}_{\nu}\cdot\int\limits^{(\nu)}_{(12)}
\frac{A_{\nu}}{A_{12}(z)}dz
\;función del depósito elevado
(2.24)b_{1}=A^{2}_{\nu}\cdot\sum\limits^{\nu-1}_{i=2}\frac{A_{i+1}}{A_{i}}\cdot
L_{Rf}
\;constante del sistema de conductos
(2.25)b_{2}= \frac{1}{2}=
\cdot (A^{2}_{\nu}-A^{2}_{1})
\;constante de la sección transversal
(2.26)b_{3}=A^{2}_{\nu}
\;constante de descarga
(2.27)\Delta\rho / \rho
\;pérdida de presión por estructuras internas y longitudes de los conductos
La ecuación 2.22 describe el estado de flujo no
estacionario de una barra de enfriamiento individual. Para la
modelación del sistema completo de ajuste debe plantearse para cada
barra de enfriamiento esta ecuación diferencial, no linear, de
segundo orden. El acoplamiento de las n_{k} ecuaciones
diferenciales, se realiza a través de la ecuación de continuidad,
dado que para el nivel de agua del depósito elevado debe
cumplirse
2.28)A_{1}(z)\cdot\dot{z_{1}}=\dot{\nu_{p}}+\sum\limits^{ng}_{i=1}A_{2i}\cdot\dot{\nu_{2i}}
con
A_{p} sección transversal del conducto de la
bomba
V_{p} caudal transportado por bombas.
Claims (10)
1. Procedimiento para regular un tramo de
enfriamiento, especialmente el tramo de enfriamiento de un tren de
laminación para chapas y bandas de acero, caracterizado
porque el circuito de regulación comprende los siguientes pasos, que
transcurren cíclicamente:
calcular la marcha de la temperatura de la banda
en el tramo de enfriamiento en función de los parámetros del proceso
ajustados actualmente, así como del estado de proceso específico de
la banda,
calcular previamente una marcha de referencia de
la temperatura prefijando una temperatura (T_{ref}) de
referencia;
regular individualmente los parámetros del
proceso del tramo de enfriamiento por medio de la comparación de la
marcha calculada de la temperatura con la marcha de referencia de la
temperatura.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el modelo en que se basa cálculo de la
marca de la temperatura de la banda se adapta mediante un valor
medido (T_{me\beta}) de la temperatura, registrado
concretamente.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el valor medido (T_{me\beta}) de la
temperatura, registrado concretamente, es la temperatura del
material a enfriar poco antes de la entrada al dispositivo (3b) de
bobinado.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los parámetros del proceso del tramo de
enfriamiento pueden regularse a través de elementos de ajuste de
varios dispositivos (1a, 1b, 1c, 1d hasta 1i) de enfriamiento.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque los elementos de ajuste superiores e
inferiores de los dispositivos de enfriamiento se regulan
independientemente los unos de los otros, para influenciar por
separado las partes superior e inferior de la banda.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque los elementos de ajuste de los
dispositivos de enfriamiento comprenden la cantidad de barras de
enfriamiento accionadas y/o la cantidad o la velocidad del agua de
enfriamiento.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se calcula previamente la marcha
esperada de la temperatura de la banda en función del estado
específico de proceso del material a enfriar antes de su entrada en
el tramo de enfriamiento, antes del propio proceso de regulación, y
se ajustan los correspondientes parámetros del proceso del tramo de
enfriamiento.
8. Sistema para llevar a cabo el procedimiento
según las reivindicaciones anteriores, que comprende
una unidad para el cálculo de la marcha de la
temperatura de la banda en función de los parámetros del proceso
ajustados actualmente, así como del estado específico de proceso de
la banda,
una unidad para el cálculo anticipado de una
marcha de referencia de la temperatura en función de una temperatura
(T_{ref}) de referencia prefijada,
un dispositivo para controlar los elementos de
ajuste de los dispositivos (1a hasta 1i) de enfriamiento del tramo
de enfriamiento.
9. Sistema según la reivindicación 8,
caracterizado porque comprende un aparato (6) de medición
para determinar un valor (T_{me\beta}) concreto de la temperatura
de la banda (4), así como una unidad para adaptar el modelo en que
se basa el cálculo.
10. Sistema según la reivindicación 9,
caracterizado porque está previsto un regulador del monitor
del proceso que compensa un sistema completo, que está afectado de
error a pesar de la adaptación.
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