ES2217028T3 - Procedimiento para el control y/o regulacion del trayecto de refrigeracion de un tren de laminacion de banda en caliente para la laminacion de banda de metal y dispositivo correspondiente. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el control y/o regulación del trayecto de refrigeración de un tren de laminación de banda en caliente para la laminación de banda de metal, especialmente de una banda de acero, siendo ajustadas a través de la refrigeración las propiedades de la textura de la banda de metal laminada, especialmente de la banda de acero, con las siguientes etapas del procedimiento: - se predetermina una curva del tiempo de refrigeración para cada punto de la banda de metal, - además, se calcula para cada punto de la banda de metal la curva de refrigeración real como función del tiempo, - se compara la función del tiempo calculada de la curva de refrigeración real con la previsión de la curva del tiempo de refrigeración para cada punto de la banda metálica; - a partir de las desviaciones de las curvas de tiempo calculadas con respecto a la curva real de la refrigeración se derivan señales de la conducción del proceso para el control y/o regulación del trayecto de refrigeración.

Description

Procedimiento para el control y/o regulación del trayecto de refrigeración de un tren de laminación de banda en caliente para la laminación de banda de metal y dispositivo correspondiente.

La invención se refiere a un procedimiento para el control y/o regulación del trayecto de refrigeración de un tren de laminación de banda en caliente para la laminación de banda de metal, en el que por medio de la refrigeración se ajustan las propiedades de la textura de la banda de metal laminada, especialmente de una banda de acero. Además, la invención se refiere también al dispositivo correspondiente para la realización del procedimiento.

Especialmente en la industria de la cero se laminan los llamados desbastes en el estado caliente en un tren de laminación de banda en caliente para formar bandas. Después de la laminación, la chapa circula a través de un trayecto de refrigeración. El trayecto de refrigeración del tren de laminación de banda en caliente sirve para el ajuste de las propiedades de la textura de las bandas de acero laminadas.

Las propiedades de la textura de las bandas fabricadas son derivadas hasta ahora en una medida predominante a partir de la temperatura de la bobinadora, que se mantiene constante en un valor teórico predeterminado a través de la automatización del trayecto de refrigeración.

Los materiales nuevos, tales como los aceros de fases múltiples, los aceros TRIP o similares requieren un tratamiento térmico definido con exactitud, es decir, la previsión y supervisión de una curva de la temperatura desde el último bastidor de laminación hasta la bobinadora.

Se ha formulado en "Proceedings of ME FEC Kongress 99", Düsseldorf, 13 - 15 de Junio de 1999 (Verlag Stahl Eisen GmbH) una propuesta para la automatización de trenes de laminación de banda en caliente, en la que está presente especialmente para el trayecto de refrigeración un control asistido por modelo. En este caso, la refrigeración se basa en la idea de que se puede predeterminar una temperatura de referencia sobre la longitud de todo el trayecto de refrigeración y de que la temperatura medida actualmente es adaptada a través de una unidad de control adaptable a los valores predeterminados. En este caso, es esencial que a través de consideraciones de entalpía y a través de la división del proceso de refrigeración en una serie de procesos termodinámicos menores, se puede detectar la influencia de la refrigeración en dirección longitudinal y vertical. En particular, en este caso se lleva a cabo un cálculo sobre el método de los "Elementos Finitos".

Partiendo de lo último, el cometido de la invención es indicar un procedimiento mejorado para la automatización de trayectos de refrigeración en trenes de laminación en caliente y crear el dispositivo correspondiente.

El cometido se soluciona según la invención por medio de los rasgos característicos de la reivindicación 1 de la patente. Los desarrollos se indican en las reivindicaciones dependientes. Un dispositivo correspondiente para la realización del procedimiento está caracterizado a través de las características de la reivindicación 10.

La problemática representada al principio se soluciona ahora, como en el estado de la técnica, por medio de una previsión del perfil de la temperatura a lo largo del trayecto de refrigeración, sino por medio de la previsión de una curva de la refrigeración temporal individual para cada punto de la banda de metal. En este caso es especialmente ventajoso que se puede determinar tal previsión directamente a partir de las propiedades deseadas del acero y se mantiene independiente de magnitudes variables del proceso, como por ejemplo la velocidad de la banda.

Por lo tanto, en el procedimiento según la invención es esencial que se predetermine una curva de la refrigeración temporal propia para cada llamado punto de la banda del material a refrigerar. De esta manera, las funciones de tiempo calculadas se pueden comparar en cualquier momento para cada punto de la banda con las curvas de refrigeración temporales predeterminadas.

El procedimiento según la invención tiene la ventaja de que se pueden predeterminar relaciones de refrigeración, que corresponden mejor a las previsiones reales de la práctica. De una manera más ventajosa, ahora se puede predeterminar también una refrigeración variable a lo largo de la banda, con lo que se pueden generar en la banda laminada de una manera selectiva regiones de calidad determinada. De esta manera, se pueden generar ahora los llamados materiales de dos fases, lo que no era posible en el estado de la técnica.

Puesto que la curva de refrigeración es predeterminada para cada punto de la banda a lo largo de todo el trayecto de refrigeración, el control y/o la regulación no están vinculados ya a lugares de conmutación fijos; en su lugar, en cualquier momento se pueden activar válvulas discrecionales para la alimentación de refrigerante. Para que se pueda verificar el mantenimiento de la refrigeración predeterminada a lo largo del trayecto de refrigeración a través del control y/o la regulación, se calcula, según la invención, el modelo en tiempo real simultáneamente con la banda en el trayecto de refrigeración. Esto proporciona las temperaturas necesarias de la banda en el trayecto de refrigeración y se corrigen constantemente a través de los valores medidos de la temperatura.

Por lo tanto, el procedimiento según la invención permite, en general, una previsión flexible del tratamiento térmico para aceros modernos. De esta manera, se tienen en cuenta los requerimientos.

En los dispositivos correspondientes, que contienen en cada caso un trayecto de refrigeración, que puede ser impulsado con refrigerantes sobre toda su longitud por medio de válvulas regulables en cada caso individualmente, están presentes medios para la previsión de curvas de refrigeración para los puntos individuales de la banda de metal. Además, están presentes unidades para el cálculo de las curvas de refrigeración, para la corrección de las curvas de refrigeración calculadas sobre la base de las temperaturas medidas, para la comparación con la previsión de las curvas de refrigeración y para la generación de señales de conducción del proceso. Estas unidades pueden ser ejecutadas de acuerdo con el software en un ordenador.

Otros detalles y ventajas de la invención se deducen a partir de la descripción siguiente de las figuras de ejemplos de realización con la ayuda del dibujo en combinación con otras reivindicaciones dependientes. En este caso:

La figura 1 muestra la estructura de un trayecto de refrigeración que está conectado aguas abajo del tren de laminación.

La figura 2 muestra un diagrama tridimensional de la temperatura - tiempo / longitudes de las bandas.

La figura 3 muestra la imagen de la estructura del control / regulación incluida la corrección del moldeo para el trayecto de refrigeración según la figura 1 y

La figura 4 muestra en particular el cálculo de la corrección del modelo de la figura 3.

Con la ayuda de la figura 1 se ilustra la refrigeración de una banda de metal como parte de la tecnología de laminación en caliente y allí en particular la función del trayecto de refrigeración. Durante la laminación en caliente de acero se laminan los llamados desbastes con un espesor de partida de aproximadamente 200 mm para formar una banda de 1,5 a 20 mm. La temperatura de procesamiento es en este caso de 800ºC a 1200ºC. El final del proceso contiene después de la laminación la refrigeración de la banda con agua en un trayecto de refrigeración entre 300ºC y 800ºC.

En la figura 1 se designa con 1 a tal fin el último bastidor de laminación de un tren de laminación de banda en caliente. El bastidor de laminación 1 está seguido por un puesto de medición 2 del tren de laminación de acabado, a continuación de la refrigeración sigue un puesto de medición de la bobinadora 3, en los que se mide, respectivamente, la temperatura de la banda, y a continuación sigue una bobinadora empotrada 4 para bobinar la banda metálica para formar una bobina. Entre el puesto de medición 2 del tren de laminación de acabado y el puesto de medición de la bobinadora 3 se encuentra el trayecto de refrigeración 10 designado, en general, como instalación en el presente contexto. Una banda laminada en caliente de acero se designa con 100 en la figura 1. Circula a través del trayecto de refrigeración 10 y es refrigerada desde ambos lados por medio de válvulas con un medio de refrigeración, especialmente agua. Las válvulas individuales pueden estar reunidas en grupos, a modo de ejemplo se representan los grupos de válvulas 11, 11', ..., 12, 12', ..., 13, 13', ... así como 14, 14'.

La refrigeración de la banda 100, que es detectada de acuerdo con la técnica de regulación, se basa habitualmente en una compensación unidimensional, inestacionaria de la conducción de calor. En la descripción matemática se parte de una barra aislada, que lleva a cabo solamente al comienzo y el final -de una manera correspondiente en el lado superior y en el lado inferior de la banda- un intercambio de calor con el entorno.

Especialmente para la conducción del calor en la banda se parte de la suposición de un modelo, en el sentido de que la conducción del calor desaparece en dirección longitudinal y en dirección transversal y de que la entalpía es constante en la anchura de la banda. De esta manera, se puede reducir la problemática a un problema de conducción de calor unidimensional, inestacionaria, en el que deben definirse las condiciones iniciales y las condiciones marginales.

De acuerdo con el último modelo, la banda 100 se puede describir con puntos individuales de la banda, en los que se lleva a cabo una conducción de calor en la barra. Esto se conoce, por lo que se remite a la literatura técnica respectiva.

En el trayecto de refrigeración 10 no se pueden medir, en general, temperaturas. Pero la temperatura es medida en el puesto de medición 2 delante del trayecto de refrigeración y especialmente en el puesto de medición de la bobinadora 3. Por medio del modelo matemático se tiene en cuenta el intercambio de calor en la banda 100 de acuerdo con los supuestos anteriores. Por lo tanto, se crea un modelo del trayecto de medición, que se designa con 15 en la figura 1. Cuando están disponibles, a través del modelo 15, las temperaturas en cada lugar discrecional, se puede realizar una regulación sobre el perfil de refrigeración predeterminado.

En la figura 2 se representa la previsión de una curva de la refrigeración con la ayuda de un diagrama tridimensional a la temperatura - longitudes de la banda / tiempo. Si se parte de un comienzo de la refrigeración (t = 0) de un punto de la banda, entonces resulta a través del tiempo t un perfil predeterminado de la refrigeración 300 como función del tiempo. A partir de la figura 2 se deduce una curva de refrigeración propia para cada punto de la banda de metal. A modo de ejemplo se representa con li la curva 300 para un punto determinado de la banda, resultando una función de tiempo propia para este punto de la banda.

Por ejemplo, el perfil de la temperatura i después de un tiempo de refrigeración t_{i} predeterminado debe presentar una temperatura Ti predeterminada, especialmente una temperatura de la bobinadora T_{H}. Existen también previsiones correspondientes para los restantes punto de la banda. Si se combinan todas las temperaturas predeterminadas de la bobinadora de los puntos individuales de la banda, entonces se obtiene la curva 400 representada en la figura 2. Con esta curva 400 se puede garantizar, por ejemplo, que las etapas del procedimiento, tales como el engarce de la banda en la bobinadora, sean consideradas con modificaciones de la textura por lo demás lo más reducidas posible.

Si se consideran ahora en un instante las previsiones de todos los puntos de la banda que se encuentran en este momento en el trayecto de refrigeración y se conectan estos puntos de la banda, entonces se obtiene una curva 500, que representa el perfil de refrigeración sobre la longitud del trayecto de refrigeración. Esta curva de refrigeración se representa también en la figura 1 en la unidad 30. En este caso es esencial que, de acuerdo con las enseñanzas técnicas indicadas, la curva 500 se adapte de una manera dinámica automática en el caso de interferencias en el proceso de fabricación. De esta manera -en oposición al estado de la técnica- se mantienen tales repercusiones sin ninguna influencia sobre la curva de refrigeración predeterminada de cada punto de la banda.

Por lo tanto, en el procedimiento descrito, es importante que para cada punto de la banda sean predeterminadas curvas de refrigeración 300, 310, 311, 312, etc. propias. Por ejemplo, se predetermina para el primer punto una curva de refrigeración con una caída en primer lugar empinada y a continuación con una caída más plana, mientras que en la zona central resultan curvas de refrigeración con gradiente de la temperatura aproximadamente constante. De esta manera se consigue, en general, el perfil 400 descrito.

También se pueden generar otros perfiles de refrigeración. Especialmente si se parte de la textura como variable de destino, se puede predeterminar el perfil de tal forma que están presentes propiedades de la textura lo más constantes posible en la banda acabada. Pero también se puede prever voluntariamente una modificación de las propiedades de la textura para determinadas zonas de la banda. Por ejemplo, también las modificaciones de la textura condicionadas por el tiempo de reposo mayor de las secciones traseras de la banda se pueden compensar de nuevo antes de la laminación posterior.

Puesto que las propiedades de la textura determinan las propiedades mecánicas y, por lo tanto, la calidad especialmente de la banda de acero, se pueden conseguir propiedades deseadas del material a través de modificaciones selectivas de la textura. De esta manera se obtiene a través del procedimiento descrito un potencial elevado durante la generación de banda acabada.

En la figura 3 se designa con 10 el trayecto de refrigeración como instalación propiamente dicha. La formación del modelo de la figura 1 se expresa aquí por medio de un llamado modelo en tiempo real 20, por medio del cual se determinan las temperaturas \hat{T}_{i} en los puntos individuales i de la banda 100.

La temperatura calculada de la bobinadora \hat{T}_{H}, que adolece de un error, es comparada con la temperatura T_{H}, medida en la bobinadora y el error resultante es conducido a una unidad 25 para la corrección del modelo. A la última unidad 25 es alimentado todo el proceso de refrigeración calculado por el modelo en tiempo real 20. La unidad 25 determina a partir de estos datos una corrección de la curva de refrigeración, que es acoplada sobre la curva de refrigeración calculada. La curva de refrigeración corregida determinada de esta manera es comparada con la refrigeración teórica y la desviación de regulación resultante es alimentada al regulador 33. éste genera a partir de ella y por medio de los factores de amplificación calculados por la unidad 25 las posiciones de las válvulas como señales de conducción del proceso, que tanto son convertidas en la instalación como también son alimentadas de nuevo como información al modelo en tiempo real 20.

En el caso de que no exista ningún valor de medición válido, se suprime el cálculo de una curva de refrigeración corregida. Entonces se supone que la corrección es cero.

El regulador 33 puede ser accionado en virtud de la desviación de la regulación introducida y de los otros valores con un algoritmo predeterminado. Tales algoritmos son predeterminados por medio de software y permiten la activación de patrones discrecionales de válvulas. Especialmente con el regulador se puede activar en cualquier instante cada una de las válvulas 11, 11',..., 12, 1',..., 13, 13',..., 14, 14',... al mismo tiempo en cualquier combinación desde el regulador.

La refrigeración a lo largo de la banda de metal se considera en particular con la ayuda de la entalpía y de la curva de la temperatura en función de la entalpía.

En la figura 4 se ilustra en particular el cálculo de la corrección del modelo para el regulador: Se calculan las entalpías e y las temperaturas T en función de la entalpía e. El modelo en tiempo real proporciona un valor de entalpía calculado ê, a partir del cual se forma en una unidad 21 el valor \hat{T}(\hat{e}). A partir de ello se pueden calcular, por lo tanto, los valores de la temperatura \hat{T} para puntos discrecionales de la banda. Especialmente, se compara el valor calculado de la temperatura \hat{T}_{H} para la temperatura de la bobinadora con la temperatura medida de T_{H} de la bobinadora, a partir de la cual se obtiene un valor \DeltaT_{H}.

Desde el modelo en tiempo real 20 se conducen señales de entalpía de la misma manera a una unidad 22, en la que se forma la derivación parcial de la entalpía de acuerdo con el coeficiente de conducción de calor \hat{e}_{k}\frac{\partial}{\partial} . El coeficiente de conducción del calor representa en cierta medida un factor de corrección. En ambas unidades 20 y 22 entran,además, las posiciones de las válvulas de la instalación.

Como señales de salida de la unidad 22 se obtienen los valores \hat{e}_{k}\frac{\partial}{\partial} calculados.En la unidad 23 se impulsa la señal d\hat{T} d\hat{e}\frac{\partial}{\partial}, a partir de lo cual se puede determinar una señal \hat{T}\hat{e}_{k}\frac{\partial}{\partial} bajo la formación de derivaciones parciales según la regla de cadenas.

Especialmente, se considera el valor para la bobinadora \hat{T}_{Hk}\frac{\partial}{\partial} y el error de la temperatura \DeltaT_{H} determinado anteriormente es dividido por este valor, a partir de lo cual se obtiene el \Deltak. Este último valor \Deltak es multiplicado por T\hat{e}_{k}\frac{\partial}{\partial}, de manera que resulta como valor de partida la corrección del modelo \Deltae. Así, se realiza la corrección del modelo de la unidad 25 a partir de la figura 3.

Por lo tanto, en el cálculo de la corrección del modelo \Deltae según la figura 4, \hat{e}_{k}\frac{\partial}{\partial} representa un modelo de sensibilidad.

Se ha mostrado que en el modo de proceder anterior y teniendo en cuenta las curvas de refrigeración para los puntos individuales de la banda, se pueden modelar mejor las relaciones para la práctica. En este caso, el modo de proceder se basa en el reconocimiento de que el tratamiento térmico de los aceros modernos se puede determinar de una manera individual para cada punto de la banda a través de la previsión directa de las curvas teóricas para el desarrollo de la temperatura de la curva de refrigeración real. A este respecto, la interfaz para el control y/o regulación es el modelo calculado en tiempo real y el algoritmo de correlación correspondientes es componente esencial del procedimiento descrito.

Este modo de proceder tiene en cuenta de una manera ideal la previsión para el material acabado, puesto que en el marco de los límites de la instalación -independientemente de la velocidad de avance de la banda- se garantiza el ajuste de la calidad requerida.

Claims (14)

1. Procedimiento para el control y/o regulación del trayecto de refrigeración de un tren de laminación de banda en caliente para la laminación de banda de metal, especialmente de una banda de acero, siendo ajustadas a través de la refrigeración las propiedades de la textura de la banda de metal laminada, especialmente de la banda de acero, con las siguientes etapas del procedimiento:

-

se predetermina una curva del tiempo de refrigeración para cada punto de la banda de metal,

-

además, se calcula para cada punto de la banda de metal la curva de refrigeración real como función del tiempo,

-

se compara la función del tiempo calculada de la curva de refrigeración real con la previsión de la curva del tiempo de refrigeración para cada punto de la banda metálica;

-

a partir de las desviaciones de las curvas de tiempo calculadas con respecto a la curva real de la refrigeración se derivan señales de la conducción del proceso para el control y/o regulación del trayecto de refrigeración.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se predeterminan diferentes curvas de refrigeración para puntos individuales de la banda de metal.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se ajustan propiedades deseadas de la textura en virtud de las curvas predeterminadas de refrigeración para cada punto de la banda de metal.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque para los puntos individuales de la banda de metal se predeterminan tales curvas de refrigeración que se compensan las modificaciones no deseadas de las propiedades de la textura, que aparecen en virtud de influencias externas.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque las curvas de refrigeración para los puntos individuales de la banda de metal son predeterminadas de tal forma que se obtienen para diferentes puntos de la banda de metal, propiedades predeterminadas de la textura, dado el caso diferentes.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque las propiedades mecánicas de la banda de metal son predeterminadas en virtud de la influencia selectiva de las propiedades de la textura.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las funciones de tiempo o valores individuales son alimentados en el instante momentáneo de la curva de refrigeración de los puntos individuales de la banda a un regulador y conducen a la generación de las señales de conducción del proceso.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, pudiendo activarse con el regulador válvulas para refrigerante para la refrigeración de la banda de metal, caracterizado porque a través del regulador se pueden activar en cualquier momento válvulas discrecionales.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como temperatura de comparación para las curvas de refrigeración de los puntos individuales de la banda se utiliza la función de tiempo medida de la temperatura de la bobinadora.

10. Dispositivo para la realización del procedimiento según la reivindicación 1 o una de las reivindicaciones 2 a 9, con un trayecto de refrigeración, en el que la banda de metal que avanza puede ser impulsada con refrigerante a través de válvulas regulables (11, ..., 14), así como con una unidad para la determinación de las funciones de temperatura y tiempo de cada punto individual de la banda metálica y con una unidad de conducción del proceso (30) para la obtención de señales de conducción del proceso para el control y/o regulación de la refrigeración de acuerdo con criterios predeterminados, basándose la unidad de conducción del proceso para el control y/o regulación de la refrigeración en un modelo en tiempo real (20) con una corrección del modelo (25), a partir del cual se derivan las señales de entrada para un regulador (33) para la activación de las válvulas individuales (11, 11',... a 14, 14',...).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque con la unidad de conducción del proceso (30) se puede activar en cualquier momento cada una de las válvulas individuales (11, 11',... a 13, 13',...) para la alimentación de refrigerante.

12. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque los criterios comprenden un perfil de refrigeración a lo largo de la banda de metal de acuerdo con propiedades deseadas de la textura.

13. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque para la corrección del modelo se utiliza la temperatura medida de la bobinadora (T_{H}).

14. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque la desviación de la regulación para el regulador (33) se forma a partir de una curva corregida de la refrigeración y de la refrigeración teórica.