CN105658347B

CN105658347B - 用于在轧制线中加工轧材的方法和轧制线

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Publication number: CN105658347B
Application number: CN201480046711.0A
Authority: CN
Inventors: B.维斯萨亚尔
Original assignee: German Co Ltd Of Primary Metal Science And Technology
Current assignee: German Co Ltd Of Primary Metal Science And Technology
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2019-01-08
Anticipated expiration: 2034-08-19
Also published as: US20160214153A1; US10500621B2; WO2015024941A1; WO2015024941A9; CN105658347A; EP2839892A1

Abstract

本发明涉及一种用于在轧制线（2）中加工轧材（6）的方法，所述轧制线包括具有至少两个轧机机架（4）的至少一个轧制模块（20、20a、20b），所述至少两个轧机机架各自具有至少一个辊（13），其中每个轧机机架（4）配有用于所述至少一个辊（13）的、具有转速调节器（14）的、单独的驱动装置（8），其中在依赖于为轧制模块（20、20a、20b）的第一轧机机架（4）的驱动装置（8）加载实际的负荷力矩的时间点（t_B）的时间点(t_ZW)上，为了对驱动装置（8）进行转速调节，为每个驱动装置（8）的转速调节器（14）依赖于预期的实际的负荷力矩分别进给补充值(ZW)。此外，本发明涉及一种用于加工轧材（6）的轧制线（2），所述轧制线包括具有至少两个轧机机架（4）的至少一个轧制模块（20、20a、20b），所述至少两个轧机机架各自具有至少一个辊（13），其中每个轧机机架（4）配有用于所述至少一个辊（13）的、具有转速调节器（14）的、单独的驱动装置（8），并且包括控制/调节单元（24），在控制/调节单元中实施有用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的软件。

Description

用于在轧制线中加工轧材的方法和轧制线

技术领域

本发明涉及一种用于在轧制线中加工轧材的方法，该轧制线具有至少两个轧机机架，轧机机架各自具有至少一个辊，其中每个轧机机架配有一个用于所述至少一个辊的、单独的驱动装置，以及涉及一种轧制线。

背景技术

在轧材的加工过程中，例如所谓的板坯或方坯（Knüppel）形式的钢或各种金属的加工过程中，轧材通过具有多个轧制模块（Walzblöcken）（例如粗轧模块、中间模块和精轧模块）的轧制线。每个轧制模块又包括多个轧机机架，轧材在这些轧机机架中在多个道次中被轧制出以形成带材或线材。在线材轧制的情况下，所使用的轧机机架具有辊，其具有两个相互叠放校准轧环，其具有交替地圆形和椭圆形的孔，所述孔的截面在每个道次之后减小。因此，由具有大约方形截面的方坯制造出圆形线材。

为了将每个轧机机架处的轧材轧制到希望的截面，单个轧机机架的辊的转速必须被调节到转速的额定值。单个转速额定值和由此连续的轧机机架的辊的转速之间的比例通常由道次方案规定。为了在轧制线的端部获得加工的轧材的希望的厚度和希望的截面，在加工过程中必须尽可能紧密地遵循所规定的转速比，即，连续的轧机机架的辊的转速的实际值也必须对应于规定的转速比。

尤其在线材轧制中，产生非常高的轧速，以致道次缩减和单个轧机机架的辊的转速的比例必须精确地相互匹配并且保持恒定，以便避免轧机机架之间的线材上的拉伸负荷和压缩负荷。甚至小的偏差就可导致线材的断裂或形成打结。

确保转速比保持恒定的一种可能性是将轧制模块的所有轧机机架通过机械传动装置一起刚性地联接并且由共同的大的马达驱动。然而，这里的主要缺点是，例如，如果单个轧环磨损，则始终需要更换或重磨所有轧环，因为孔截面或直径必须相互匹配，以便从轧制取得希望的轧制结果。这使得这种方法非常耗时和昂贵。

这些缺点可以通过以下来克服：轧制模块的每个轧机机架由一个单独的驱动装置驱动，即具有其自己的马达和传动装置。这允许通过转速额定值为单个驱动装置相互独立地设定每个轧机机架的辊的轧制速度，这些转速额定值通过提供用于每个驱动装置的转速调节装置进行调节。由此，单个辊或轧环对的磨损可通过改变转速额定值以实现相应的驱动装置所需要的轧制速度来补偿。此外，也不需要构造上复杂的机械的传动装置。

然而，这样的驱动方案的主要挑战在于在轧材加工的过程中单个轧机机架的转速调节。当轧机机架拉削时，即当轧材碰到辊上时，实际的负荷力矩作用在轧机机架上，该负荷力矩导致该轧机机架上的辊的转速下降。在其他方面，在拉削的时间点没有实际的负荷力矩或不同的实际的负荷力矩，例如较小的实际的负荷力矩作用在其他轧机机架的辊上，这些辊呈现不变或仅稍微改变转速。其结果是，单个驱动装置或辊的转速不再同步地工作，即不再以彼此之间规定的转速比工作。这可能会导致拉伸负荷或压缩负荷，并由此导致线材的断裂或单个轧机机架之间轧材形成打结。

有一种已知的方法为，如何使精轧模块内的所有机架的转速在加载当材料进入轧制间隙而产生的实际的负荷力矩之后可以保持相对恒定，并且因此避免线材中的拉伸负荷或压缩负荷。

然而，尤其是如果在中间模块和精轧模块之间也不允许发生打结时，也就是说，如果精轧模块中的机架的转速还必须与中间模块中的最后的机架的转速保持相对恒定时，那么上面提到的方法不是足够的。进入精轧模块的第一机架的材料将会由于实际的负荷力矩使第一机架的转速下降，并且现有规定将会确保，精轧模块的其他机架的转速保持与此转速下降的行为一致，即它们将保持同步。然而，与中间模块的最后的机架相比较，仍然会出现转速上所不允许的不同步。因此，必须通过根据本发明的另一方法来补充现有的方法。

从DE 197 26 586 A1，已知一种用于减少或补偿在轧材穿入到轧机机架中时转速下降的方法和装置。在该方法中，轧机机架的辊转速由调节器调节，其中，调节器在轧材即将穿入轧机机架之前不久、在轧材穿入轧机机架时或轧材穿入轧机机架之后不久不依赖于其输入在规定的过渡时间间隔内发出预定的补充值。

在DE 24 13 492 A1中，描述了一种用于具有单个驱动装置的多机架的轧制线的驱动转速的相互匹配的方法和电路装置。在该用于具有单个驱动装置的连续的轧制线的连续的机架的驱动装置的转速的相互匹配的方法中，这些单个驱动装置分别由具有下面的力矩调节环路的转速调节环路调节到转速额定值，在机架拉削时前述机架上的驱动力矩的变化被检测，正在拉削的机架的转速调节环路被分离并且下面的力矩调节环路被切换到由规定值和从前述机架上的驱动力矩的变化中推导出的修正值构成的人工的力矩额定值。在预定的时间间隔之后，最迟在下一个机架的拉削时，为转速调节环路设定驱动转速的瞬时值作为改进的转速额定值，并且转速调节环路无碰撞地重新闭合。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种加工轧材的方法，避免上面提到的缺点。本发明的目的还在于，提供一种用于执行该方法的轧制线。

在根据本发明的用于在轧制线中加工轧材的方法中，该轧制线包括至少一个具有至少两个轧机机架的轧制模块，所述至少两个轧机机架各自具有至少一个辊，其中每个轧机机架配有一个用于所述至少一个辊的、具有转速调节器的、单独的驱动装置，在依赖于为轧制模块的第一轧机机架的驱动装置加载实际的负荷力矩的时间点的时间点上，为了对驱动装置进行转速调节，为每个驱动装置的转速调节器依赖于预期的实际的负荷力矩进给补充值。补充值被同时进给到第一轧机机架的驱动装置的转速调节器和同一轧制模块的后续的轧机机架的驱动装置的转速调节器。

换句话说：在轧制模块的第一轧机机架的拉削的时间点上，也就是在轧材进入轧制模块、例如精轧模块的第一轧机机架的时间点上，该第一轧机机架被加载实际的负荷力矩。因此，加载的时间点是轧材进入轧机机架的时间点，从而在该轧机机架上加载实际的负荷力矩。在另一个适当的时间点，即在第一轧机机架加载实际的负荷力矩的时间点之前不久、与其同时或其后不久的时间点，第一轧机机架的驱动装置的转速调节器和同一轧制模块的后续的轧机机架、即精轧模块的所有其他轧机机架的驱动装置的转速调节器被同时分别进给一补充值，例如转矩值。在这里，进给相应的补充值的时间点依赖于加载负荷的时间点以这样的方式选择，即轧机机架的转速调节器补偿实际的负荷力矩并且由此防止或至少在很大程度上补偿此处的转速下降。因为在轧制线中出现***特定的延迟现象，所以补充值理想地在依赖于加载负荷的时间点的时间点上被进给，使得由驱动装置产生的由补充值引起的、相应的转矩在实际的负荷力矩产生的时间点发生。这里，补充值根据预期的实际的负荷力矩，即预期在轧材进入第一轧机机架时在其上出现的实际的负荷力矩，为每个驱动装置的每个转速调节器确定，并且在加载负荷的时间点进给到相应的转速调节器。

因此，轧制模块的所有的驱动装置的所有转速调节器在第一轧机机架拉削的时间点被同时预加载补充值，以确保对所有轧机机架的辊转速同时进行预控制并且由此确保所有驱动装置同步运行。这里，预加载意味着，转速调节器的起始值被设定为一个非零的初始值，以便转速调节器对转速下降实现更快速的反应。因此，轧制模块的所有驱动装置的所有转速调节器在第一轧机机架加载实际的负荷力矩的时间点之前不久、与其同时或其后不久的时间点上，即在依赖于加载的时间点的时间点上，同时加载相应的补充值。通过这种方式，一方面在很大程度上补偿或至少减少了通过驱动装置加载实际的负荷力矩而确定的在第一轧机机架上的转速下降，并且防止了在轧制模块的第一轧机机架前面形成打结。

然而，因为根据本发明不仅为如适用地加载了实际的负荷力矩的第一轧机机架或第一驱动装置的转速调节器而且为轧制模块的每个轧机机架的每个驱动装置的转速调节器进给补充值，所以不仅减小了加载了实际的负荷力矩的驱动装置上的转速下降，而且还保持了轧制模块的轧机机架的相互的转速比。即，通过将相应的补充值进给到所有转速调节器中，在所有驱动装置上防止了转速下降或引起了转速的瞬时变化。这种方法的优点在于，既防止了在第一轧机机架前面形成打结，又保持了单个轧机机架相互的同步性，即保持了与道次方案一致的转速比，并且由此防止了轧制模块的单个轧机机架之间的线材形成打结或断裂。

驱动装置的转速调节器可以包括各种调节器，例如P调节器或PI调节器，补充值可被进给到这些调节器。然而，在本发明的一个优选实施方式中，相应的补充值被进给到包括PI调节器的转速调节器，作为I分量的预加载值。I分量的预加载意味着，转速调节器的I分量被设定为一个非零的初始值，以便转速调节器对转速下降更快速地作出反应。与在起始量上添加初始值不同，预加载转速调节器的I分量的优点是，补充值无需被再次“切断”,而是由转速调节器自主地停止使用。因此，补充值借助转速的额定值和实际值的对比得到调整，通过这种方式转速调节器进行自主校正。

在一个优选的实施方式中，预期的实际的负荷力矩和相应的补充值借助道次方案来确定。在这样的道次方案中例如规定了，轧材在单个轧机机架中应该轧制到何种厚度，并且为此必须设定何种转速额定值。然后，可以确定单个轧机机架所预期的负荷力矩。为了减少在驱动装置加载实际的负荷力矩时的转速下降，在道次方案中从所确定的预期的实际的负荷力矩中确定相应的补充值，并且进给到相应的转速调节器。如果尚不存在关于出现的实际的负荷力矩的测量值，即例如在加工过程开始时，这尤其是有利的。

原则上有可能借助各种测量值来确定在轧制模块的第一轧机机架上加载负荷的时间点。在本方法的一种有利的实施方式中，在第一轧机机架的驱动装置上加载实际的负荷力矩的时间点借助轧制力的测量来确定。轧材进入第一轧机机架，即在第一轧机机架上加载实际的负荷力矩，使第一轧机机架的驱动装置受到几乎阶梯状的负荷，从而使加载负荷的时间点，即拉削时间点，可以通过测量第一轧机机架上的轧制力的测量来检测。

在这里，轧制力的这种测量尤其利用例如集成到第一轧机机架的底板中的应变计实现。虽然无法获得轧制力的精确值，但是为了确定加载负荷的时间点，一与轧制力成比例的值就足够了。如果这个值超过阈值，那么这被视为在驱动装置上加载负荷、即轧材进入轧机机架的指示。因此，该阈值被超过的时间点被视为在第一轧机机架上加载实际的负荷力矩的时间点。相应的补充值的进给发生在加载负荷的时间点之后不久，并且减小了转速下降。

另一个优选的可能性是，利用轧材的材料跟踪来确定在第一轧机机架的驱动装置上加载实际的负荷力矩的时间点。这可以例如利用基于模型的材料跟踪来实现。另一种可能性是，使用例如设置在轧机机架中第一轧机机架之前的、所谓的“热金属探测器”进行材料跟踪。这些探测器尤其包括光栅，其检测轧材的前端部、即例如线材尖端经过探测器的时间点。如果探测器相对于第一轧机机架的位置或轧材到第一轧机机架的行进时间或轧材的速度是已知的，那么就可以由此确定加载负荷的时间点。

根据本发明，为了能够根据加载第一实际的负荷力矩的时间点尽可能准确地确定应当进给补充值的时间点，例如在确定加载负荷的时间点时出现的延迟被考虑在内。这样的延迟可能是例如前面提到光栅的响应时间，然后该响应时间在确定进给补充值的时间点时被计算在内。这避免了例如转速调节器的、对于方法的功能而言不利的、预加载的延迟。

这里，尤其有利的是，如果在确定进给补充值的时间点时，转速调节器和驱动装置的延迟都被考虑在内。这些包括例如驱动装置的惯性力矩，例如马达的电流上升时间。换句话说：进给的时间点根据延迟的持续时间被校正，以便补充值在较早的、与延迟的持续时间相对于的较早的时间点被进给。在这种情况下，补充值由此理想地在依赖于加载负荷的时间点的时间点上被进给，使得驱动装置的通过补充值引起的、相应的转矩正好在实际的负荷力矩出现的时间点发生。

在另一个有利的实施方式中，在轧材的加工过程中，相应的补充值利用校正因子被调节。在加工开始时，单个补充值的校正因子为1。在随后的精加工步骤中，单个校正因子被适当地调整。通过这种方式，每个驱动装置的I分量的设定值可以进行微调。通过校正因子的适当调整，可以例如补偿轧机机架和孔的不同程度的磨损以及道次方案计算的误差。

用于加工轧材的轧制线包括至少一个具有至少两个轧机机架的轧制模块，所述至少两个轧机机架各自具有至少一个辊，其中每个轧机机架配有一个用于所述至少一个辊的、具有转速调节器的、单独的驱动装置，并且包括控制/调节单元，在控制/调节单中实施有用于执行根据本发明所述的方法所实施的软件。

本发明的上述性能、特征和优点及其实现的方式在结合实施例的以下描述的情况下会更清楚易懂，这些实施例将结合附图更详细地描述。

附图说明

关于本发明的进一步的描述，请参照附图中的实施例。原理的示意性的示图示出了：

图1示出了具有连续的轧机机架和用于每个轧机机架的单独的驱动装置的轧制线的截面图，

图2示出了轧制线的驱动装置的转速调节装置的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有两个轧制模块20（例如中间模块20a和精轧模块20b）的轧制线2的部分。轧制模块20包括至少两个轧机机架4，轧机机架分别具有至少一个辊13，例如具有两个辊13，用于轧材6的加工。例如，图1示出，轧制模块20的八个连续的轧机机架4，为清楚起见，仅在精轧模块20b中示出，轧材6通过这些轧机机架，例如方坯被轧制成线材。

每个轧机机架4配有具有转速调节器14的、单独的驱动装置8，该驱动装置包括马达10和传动装置12，为了清楚起见，图1中只画出了一个轧机机架4的驱动装置。转速调节器14将驱动装置8的辊13调节到转速的额定值n_Soll。为了这个目的，由驱动装置8的转速调节器14不断感测转速的实际值n_Ist，与例如利用道次计划确定的转速的额定值n_Soll比较和调整。为了控制和调节转速调节器14的目的，轧制线2包括控制/调节单元24（同样仅为一个轧机机架4示出），其中实施有用于执行该方法的软件。

图2示出了用于具有多个轧机机架4的轧制模块20的转速调节装置26，用于调节轧制模块20、例如精轧模块20b的所有驱动装置8和由此轧机机架4的辊13的转速。每个驱动装置8配置有转速调节器14，该转速调节器包括感测和调节转速的实际值n_Ist,i和转速的额定值n_Soll,i之间的待调节的差的PI调节器。此外，转速调节装置26包括用于每个驱动装置8的电流或转矩调节环路28，该电流或转矩调节环路为马达10供电并控制其到预期的运行点，并且该电流或转矩调节环路在调节时考虑驱动装置8的惯性力矩。

在时间点t_B时，轧制模块20的第一轧机机架4被加载实际的负荷力矩。依赖于该时间点t_B，在时间点t_ZW上，为了驱动装置8的转速调节的目的，为每个驱动装置8的转速调节器14进给依赖于预期的实际的负荷力矩的补充值ZW。因此，所有的驱动装置8在时间点t_ZW时被预加载补充值ZW，该时间点t_ZW根据时间点t_B确定并且例如位于施加负荷的时间点t_B之前不久，位于该点或位于其后不久。其作为I分量的预加载进给到驱动装置8的相关PI调节器。因此，适当地，在时间点t_ZW为每个驱动装置8或相关转速调节器14进给相关补充值ZW。通过这种方式，降低或大大避免了所有轧机机架4上的转速降低，即实际转速的减小，从而单个轧机机架4相互的以及相对于中间模块20a的最后的轧机机架的转速比保持恒定。

这里，预期的实际的负荷力矩和补充值ZW通过参照道次计划而确定，并且在时间点t_ZW进给到相关转速调节器14的PI调节器。在为I分量预加载补充值之后，在***的下一个周期中转速调节器14被再次释放，并且调节转速的实际值n_Ist,i和转速的额定值n_Soll,i之间待调节的差。

如图1所述，为了确定加载负荷的时间点t_B，存在测量装置22。利用该测量装置22，在第一轧机机架4上加载负荷的时间点t_B例如通过参照轧制力M的测量被确定。用于测量轧制力的测量装置22构造成设置在第一轧机机架4中的应变计。

此外，第一轧机机架4上加载实际的负荷力矩的时间点t_B借助于材料跟踪来确定。为了这个目的，测量装置22具有“热金属探测器”，该“热金属探测器”设置在第一轧机机架4之前并且检测轧材6经过该“热金属探测器”的时间点。因此，在第一轧机机架4上加载实际的负荷力矩的时间点t_B甚至在轧材6进入轧制模块20的第一轧机机架4之前已经被确定。然后根据在第一轧机机架4上加载实际的负荷力矩的时间点t_B确定时间点t_ZW。如图1虚线所示，在时间点t_ZW处，轧材6仍然位于第一轧机机架4之前。

在根据时间点t_B确定时间点t_ZW时，还考虑了延迟，例如逐渐形成的马达转矩的惯性力矩M_mot,i，该惯性力矩通常会导致10到50ms的延迟。相应地，补充值ZW的进给发生在加载负荷的时间点t_B之前不久的时间点t_ZW处。因为为所有的转速调节器14进给一相关的补充值ZW，所以在所有驱动装置8处使在轧材6进入轧制模块20的第一轧机机架4时转速下降最小化。这就保证了精轧模块20b的单个轧机机架4和中间模块20a的最后的机架在轧材6进入精轧模块20b时的同步性，即保证了其相互的转速比。由此，道次方案中规定的轧机机架4的转速比在轧材6的整个加工过程中保持恒定。通过这种方式，防止了轧制模块20的单个轧机机架4之间和中间模块20a和精轧模块20b之间形成打结。

此外，在轧材6的加工过程中，相关的补充值ZW参照校正因子K_i被调节，从而针对每个驱动装置的补充值还可以进行微调并且由此使其在排除不可计算的污染效果的情况下更好地匹配。

尽管本发明已经通过优选的实施例更详细地示出和描述，但本发明并不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可以由此推导出其他变型，而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于在轧制线（2）中加工轧材（6）的方法，所述轧制线包括具有至少两个轧机机架（4）的至少一个轧制模块（20、20a、20b），所述至少两个轧机机架各自具有至少一个辊（13），其中每个轧机机架（4）配有用于所述至少一个辊（13）的、具有转速调节器（14）的、单独的驱动装置（8），其中在依赖于为所述轧制模块（20、20a、20b）的第一轧机机架（4）的所述驱动装置（8）加载实际的负荷力矩的时间点（t_B）的时间点(t_ZW)，为了对所述驱动装置（8）进行转速调节，为每个驱动装置（8）的所述转速调节器（14）根据预期的实际的负荷力矩分别进给一补充值(ZW)，

其特征在于，

所述补充值(ZW)被同时进给到所述第一轧机机架（4）的所述驱动装置（8）的所述转速调节器（14）和同一轧制模块（20、20a、20b）的后续的轧机机架（4）的所述驱动装置（8）的所述转速调节器（14）；

其中所述转速调节器（14）包括PI调节器，相应的所述补充值(ZW)被作为I分量的预加载进给到所述PI调节器。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中所述预期的实际的负荷力矩和相应的所述补充值(ZW)借助道次方案来确定。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中在所述第一轧机机架（4）的所述驱动装置（8）上加载所述实际的负荷力矩的时间点（t_B）借助轧制力的测量来确定。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中所述轧制力的测量利用应变计进行。

5.根据权利要求1 或2所述的方法，

其中在所述第一轧机机架（4）的所述驱动装置（8）上加载所述实际的负荷力矩的所述时间点（t_B）利用所述轧材（6）的材料跟踪来确定。

6.根据权利要求1所述的方法，

其中在确定所述时间点(t_ZW)时，所述转速调节器（14）和所述驱动装置（8）的延迟都被考虑在内。

7.根据权利要求1所述的方法，

其中在所述轧材（6）的加工过程中，相应的所述补充值(ZW)利用校正因子（Ki）被调节。

8.一种用于加工轧材（6）的轧制线（2），所述轧制线具有带有至少两个轧机机架（4）的至少一个轧制模块（20、20a、20b），所述至少两个轧机机架各自具有至少一个辊（13），其中每个轧机机架（4）配有用于所述至少一个辊（13）的、具有转速调节器（14）的、单独的驱动装置（8），并且所述轧制线具有控制/调节单元（24），在所述控制/调节单元中实施有用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的软件。