CN1589184A - 用于设在一冷却段上游的轧制金属热轧带材的精轧机列的控制方法 - Google Patents

用于设在一冷却段上游的轧制金属热轧带材的精轧机列的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于一设在一冷却段(4)上游的轧制金属热轧带材(6)的精轧机列(3)的控制方法，按照本发明方法，最晚在热材带材(6)进入所述精轧机列(3)时检测一些带材点(10)的起始温度(T1)。对所述带材点(101)进行行程跟踪。热轧带材(6)在所述精轧机列(3)内遭受温度影响(δT)。将所述带材点(101)、起始温度(T1)、行程跟踪(w(t))和温度影响(δT)输入一用于所述精轧机列(3)的模型(9)。由该模型(9)实时地确定所述带材点(101)所期望的实际温度(T2)并该温度作为新的实际温度(T2)赋予所述带材点。

Description

用于设在一冷却段上游的轧制金属热轧带材 的精轧机列的控制方法
本发明涉及一种用于设在一冷却段上游的轧制金属热轧带材的精轧机列的控制方法。
由DE 199 63 186 A1已知一种用于一冷却段的控制方法，该冷却段设在一用于轧制所述金属热轧带材的精轧机列的下游。在此控制方法中，当热轧带材进入所述冷却段时检测一些带材点及其起始温度，并将各自的额定温度变化过程附加到这些被检测的带材点上。将所述带材点、它们的起始温度以及它们的额定温度变化过程输入一个用于所述冷却段的模型。所述带材点在通过冷却段时被行程跟踪。在冷却段内，热轧带材借助温度影响装置遭受温度影响。所述行程跟踪和温度影响同样被输入所述模型。该模型实时地确定所述被检测的带材点所期望的实际温度并将其赋予带材点。由此，对于每个带材点在任何时刻都提供温度作为带材厚度的函数。此外，借助赋予所述被检测的带材点的额定温度变化过程和所期望的实际温度来确定用于所述温度影响装置的控制值并将这些控制值输入所述温度影响装置。温度控制尤其用于有目的地调整金属热轧带材的材料及组织特性。温度控制通常这样实施，即，使得能尽可能好地达到在所述冷却段的出口处的预定的带材卷取温度变化过程。
如DE19963186A1所提及的那样的精轧机列同样是众所周知的。它们通常在轧制程序控制下以这样的方式运行，即，在精轧机列的末端，所述金属带材达到预定的最终尺寸和一预定的最终轧制温度。这种轧制也影响材料的性质，尤其是热轧带材的组织特性。
在现有技术中，调整精轧机列的基础大多是一个或多个安装计算装置(Setup-Berechnung)，借助它们与在冷却段内的情况无直接时间关系地预先计算各带材段。借助所测得的最终轧制温度以及预先计算的带材速度对最终轧制温度的作用，通过一PI调节器或其他传统的调节装置来改变精轧机列的带材速度。只对精轧机列的各机架之间的冷却进行预先控制。
对金属热轧带材的要求越高，所述加工条件，尤其是温度变化过程就必须保持得越准确。这一点特别针对所谓的新材料，例如多相钢、TRIP钢等。因为这些材料要求准确规定热处理，也就是说要求给定并监控温度变化过程。
因此本发明所要解决的技术问题是提供一种能以简单的方式实现的控制方法，借助该方法也能确保在上游的精轧机列内遵循所期望的温度变化过程。
上述技术问题通过一种用于设在冷却段上游的轧制金属热轧带材的精轧机列的控制方法得以解决，其中
-将所述带材点和作为实际温度的起始温度输入一个用于所述精轧机列的模型，
-最晚在所述热轧带材进入所述精轧机列时检测一些带材点和至少它们的起始温度，
-所述带材点在通过所述精轧机列时被行程跟踪，
-所述热轧带材在所述精轧机列内遭受温度影响，
-同样将所述行程跟踪和温度影响输入所述模型，
-由所述模型借助于所述实际温度实时地确定所述被检测的带材点的所期望的实际温度，并且将其作为新的实际温度赋予被检测的带材点。
作为替代方式，说明能函的参数可以是金属热轧带材的温度或焓。
若在所述带材点从所述精轧机列中排出后检测它们的最终温度，将所述被检测的最终温度与借助于所述模型确定的所期望的最终温度比较，并且借助此比较至少确定一个用于所述模型的修正系数，则此模型可以以简单的方式适应于所述精轧机列的真实状态。
若将用于说明能函的参数的额定值赋予所述被检测的带材点并将这些额定值输入所述模型，除所述期望的实际温度外，由所述模型还确定所述期望的实际温度与所述修正系数的函数关系，以及借助所述修正系数修正所述已被检测的带材点所期望的实际温度，则能方便地修正所述已被检测的带材点所期望的实际温度，尤其无需进行其他的模型计算。
若由所述模型借助所述赋予被检测的带材点的额定值和所期待的实际温度来确定用于温度影响装置的控制值，以及将这些控制值输入所述温度影响装置，借助所述温度影响装置可无成型变形地影响所述热轧带材的实际温度，则同样可以有目的地实现对热轧带材的温度控制。
若至少将所述控制值之一与一额定控制值比较，以及借助此比较确定一个用于热轧带材的带材速度的修正值，则可以用简单的方式这样来调整所述控制值，即，使得所述相应的温度影响装置在一个中间的控制范围内运行。因此，尤其能够方便地实现借助此温度影响装置调整掉短时出现的温度波动。
按照本发明控制方法的一种可行的扩展设计，为了调整在精轧机列内部无成型变形的温度影响，仅考虑改变轧制速度。
例如可这样确定所述控制值，即，使得对应于所述带材点的所期望的实际温度与所述精轧机列的至少一个位置处的一预定的位置温度(Stellentemperatur)的偏差减至最小。由此，在有些情况下能方便地调整热轧带材的材料特性。这尤其适用于所述位置位于所述精轧机列的两个轧机机座之间以及在达到位置温度时在热轧带材中发生金相转变的情况下。借助于按照本发明的控制方法，即使在所述位置上不对热轧带材进行实际温度的检测也能保证实现方便地调整热轧带材的材料特性。
所述额定值对于所有的带材点可以是相同的。但优选对应于所述带材点分别单独地配设。
所述额定值可以只是个别的、在确定位置或确定时间力求达到的值，亦即是根据具***置或时间确定的。但它们优选构成一条额定值变化曲线。
若借助于所述模型还可以进行确定各自的带材点的金相组成，则可以实现对热轧带材特性的更佳的模拟。
若所述控制方法有节拍地实施，则它可特别方便地实现。在这里，所述节拍通常界于0.1与0.5秒之间，典型地为0.2至0.3秒。
按照本发明的控制方案可以根据具体需要扩展。尤其是可以实现由此控制方法还至少控制一个设在所述精轧机列上游或下游的设备，例如粗轧机列、炉子、连续铸锭装置或冷却段。由此在实际中可以实现一种从制造板坯或加热板坯一直到卷取已轧制的热轧带材的唯一的、连续的、共同的控制方法。在设计所述模型时也可将精轧机列考虑在该模型内(fertigstraβenübergreifend)。
其他优点和细节可由下面结合附图对具体实施方式的说明中获知。附图用原理图表示，其中：
图1表示制造金属热轧带材的设备；
图2表示另一种制造金属热轧带材的设备；
图3表示一精轧机列；
图4表示一冷却段；以及
图5表示一模型的方框图。
按照图1，一用于制造钢热轧带材6的设备包括一连续铸锭装置1、一粗轧机列2、一精轧机列3和一冷却段4。在冷却段4的后面设一卷取机5。由连续铸锭装置1制成、在轧机机列2、3中经轧制以及在冷却段4内冷却后的热轧带材6由该卷取机卷取。
整个设备借助一种统一的、由一实时计算装置7实施的控制方法控制。为此，该实时计算装置7与所述制造钢热轧带材6的设备的各部件1至5在控制技术上相连接。此外，它通过一控制程序8编程，该实时计算装置7基于该控制程序8实施所述控制方法。
所述控制程序8主要包含一个优选为公共的物理模型9。因而此模型在实时计算装置7内实现。实时计算装置7可有一个计算机或多个计算机，尤其过程计算机。借助所述公共的模型9，至少模拟精轧机列3和冷却段3的特性，优选地也可模拟粗轧机列2和连续铸锭装置1的特性。
图2表示一与图1类似的设备。但与图1的区别在于：在粗轧机列2的上游安置的不是所述连续铸锭装置1，而是一炉子1′，待轧制的板坯6′事先在该炉子内被加热。但在图2所示的设备中也通过所述实时计算装置7进行连续控制。
按照图1和2，所述精轧机列3具有多个轧机机座3′。但这并不是必需的。在个别情况下，该精轧机列3也可以只有唯一的一个轧机机座3′。这尤其适用于借助按照图1所示的连续铸锭装置1已经制成了接近最终尺寸的铸件，也就是说，热轧带材6可在一唯一的道次内轧制到其最终尺寸。
图3和4仅示意地表示出用于精轧机列3和冷却段4的共同的控制方法。在此仅为了视图清晰起见分布在两个图中进行。
尤其是所述模型9(至少)是所述精轧机列3和冷却段4所共有的。按照图3设在所述精轧机列3的出口侧端部的中间温度测量位置10与按照图4在冷却段4进口处的温度测量位置10也是相同的。由于这一原因，在图4中的温度测量位置也以与图3中的附图标记相同的附图标记标注。
按照图3，在所述热轧带材6进入到精轧机列3的进口，借助于一起始温度测量位置11按一时间节拍δt分别检测一带材点101和至少该带材点的起始温度T1并将它们赋予相应的模型点101′。必要时还可以检测其他参数，例如带材厚度d，并将其输入所述模型9。所述时间节拍δt通常界于0.1与0.5秒之间，典型地界于0.2至0.3秒。由于按节奏检测所述带材点101及它们的起始温度T1，所以整个控制方法有节奏地实施。
所述带材点101及它们的起始温度T1被输入所述共同的模型9。其中，所述起始温度T1在模型9内部首先确定实际温度T2。此外，逐个地赋予带材点101用于说明能函的参数的额定值T*，这些额定值同样被输入模型9。用于说明能函的参数的额定值可例如是随时间变化的额定温度曲线T*(t)。
最后，还向所述实时计算装置7输入一个起始轧制速度v以及显式或隐式地输入由精轧机列3的各轧机机座3′造成的每道压下量。
基于所述每道压下量和已知的设备配置，可根据起始轧制速度v确定在各下游的轧机机座3′后面和在所述冷却段4内的速度。由此也可以实现在通过所述精轧机列3和冷却段4时行程跟踪所述带材点101。可如此计算出的行程跟踪值w(t)同样被输入模型9，在那里将其赋予相应的模型点101′。
在检测两个带材点101之间的时间节拍δT期间，由模型9实时地确定所述被检测的带材点101、亦即用于所有的带材点101的所期望的实际温度T2，这些带材点在此时刻处于精轧机列3或冷却段4内。所述确定的实际温度T2作为新的实际温度T2赋予相应的模型点101′。这一情况由图5可以特别清楚地看出，按照图5所期望的实际温度T2重新作为进口参数被输入模型9。
因此通过每个时间节拍δt生成一个新的模型点101′，将瞬时在起始温度测量位置11处检测的实际温度T1作为实际温度T2赋予此新的模型点。该模型点101′按时间节拍δt通过精轧机列3和冷却段4时被行程跟踪。此时，它的所期望的实际温度T2通过所述模型9被更新。当所述相对应的带材点101到达测量位置10、13时，可对模型9进行检测和修正。当所述相对应的带材点101离开冷却段4时清除此模型点101′。此外，由模型9附加地确定所述(新的)实际温度T2与一修正系数k的函数关系f(k)。
所述热轧带材6在精轧机列3和冷却段4被遭受温度影响δT。例如，借助温度影响装置12可在该热轧带材6上施加一种液态或气态的冷却介质(例如水或空气)。所述温度影响δT同样被输入模型9并且在确定实际温度T2时当然要加以考虑。由图3可以看出，在各轧机机座3′之间也可设有冷却装置12。
用于无变形地对热轧带材6进行温度影响的另一种可能性是所述轧制速度v。该轧制速度v也被输入模型9。
最后，所述热轧带材6还要通过在轧机机座3′内的轧制被加热。对此的特征参数，例如轧机机座3′的功率消耗和轧机机座工作辊的温度，也被输入模型9。
在模型9内确定期望的实际温度T2是通过求解一个一维的非稳态的热传导方程来完成。在数学说明中，此热传导方程用于一绝热杆，该绝热杆只是在始端和末端，相当于热轧带材6的上侧和下侧，与环境实施热交换。也就是说假设，在带材内沿纵向和横向的热传导极微小或可以忽略不计。这种求解的公式以及它的解法任何专家都是熟知的。因此，对每个带材点101在任何时刻均提供所述(期望的)实际温度T2作为带材厚度的函数。
然后，借助于所述用于带材点101的额定值T*和它们的所期望的实际温度T2，由模型9确定用于温度影响装置12的控制值δT*。此控制值δT*按照图5通过基础调节器12′输送到所述温度影响装置12。若在所述冷却段4的末端要将热轧带材6调整到一规定的最终温度，则所述调节器12′通常尤其设计为前置调节器。
必要时，起始温度T1的检测也可更早进行，例如在进入到所述粗轧机列2时进行。因此，确定所述期望的实际温度T2当然也必须从此地点和从此时刻起进行。
通过所述模型9和实时计算装置7实施温度变化过程的控制，直至被检测的第一带材点101到达一设在精轧机列3与卷取机5之间的温度测量位置10、13为止。也就是说，借助模型9只能计算所述期望的实际温度T2。而不能检查基于模型计算得出的所述期望的实际温度T2是否与真实的带材温度T3一致。
但是若所述第一带材点101例如到达最终温度测量位置，则可以检测在此位置处真实的实际温度T3，亦即在从冷却段4出来并进而尤其还在从精轧机列3排出后的实际温度。此最终温度T3可由一修正系数确定装置9′与借助模型9算得的在此时刻期望的最终温度T2比较。借助比较便可确定用于模型9的修正系数k。对专家而言修正系数k的确定例如可从已提及的DE 19963186A1获知。因此对于新的待检测的带材点101的所期望的实际温度T2可以立即借助相应地经调整和修正的模型9来确定。此外，因为对于已经检测的带材点101而言事先已经确定了所期望的实际温度T2与修正系数k的函数关系f(k)，所以对于已检测的带材点101而言所期望的实际温度T2也可以简单地借助修正系数k修正。
如已提及的那样，在按照图3和4所示的扩展设计中，在精轧机列3与冷却段4之间还设置一中间温度测量位置10。因此，在到达中间温度测量位置10时便可以检测热轧带材6的实际温度T3。由此也可以修正所述模型9和迄今算出的所期望的实际温度T2。一般而言，可将对实际温度T3的每次测量用于调整模型9或用于确定或修正至少一个用于模型9的修正系数k。
在有些情况下甚至可以为了提高模型适应性对用于精轧机列3的部分模型和用于冷却段4的部分模型进行完全分离的设计。也可以借助在中间温度测量位置处检测的实际温度T3，进行用于冷却段4可能的部分模型的修正系数k的预确定。但这是次要的。关键的是，在模型9的范围内，对于带材点101的温度T2的计算在通过精轧机列3时已经进行并且被简单地传递到冷却段4上。由此可以以特别简单的方式实现对于所述精轧机列3和冷却段4的连续模拟。此外，基于此连续的模拟，也可以以简单的方式实现一种共同的、用于精轧机列3和冷却段4的(必要时还用于另一些设备部分1、1′和/或2的)控制方法。
输送到所述温度影响装置12的控制值δT*另外在一速度调节器12″内与额定控制值ΔT*比较。借助此比较确定用于最终轧制速度v的修正值δv。由此可以以简单的方式使所述温度影响装置12在一个中间调整范围内工作。当然，此时，在考虑到其他一些加工条件和设备参数以及所执行的轧制程序的情况下来确定所述修正值δv。因此修正所述轧制速度v用于平衡长期和全局效果，而通过所述控制值δT*则调整短期和局部效果。甚至可以为了在精轧机列3内部调整无成型变形的温度影响，仅仅改变起始轧制速度v。
所述额定值T*通常规定作为时间t的函数，也就是作为随时间变化的额定温度曲线T*(t)。但也可以规定此额定温度变化曲线T*作为地点的函数。在这种情况下，通过模型9和实时计算装置7这样对热轧带材6进行冷却，即，使得对于带材点101所期望的实际温度T2与所述冷却段4或精轧机列3的至少一个位置处的一预定的位置温度的偏差被减至最小。通常这是在最终温度测量位置13和在中间温度测量位置10处的温度。
也可以不规定随地点或时间变化的连续曲线作为额定值T*。也可以规定只是对应于确定的地点或时刻的额定温度T*。温度也不一定非得是额定参数。另外的选择也可以考虑利用焓。
但基于实时地连续对所述期望的实际温度T2的共同计算，也可以调整在那样一些位置上的规定温度，即，在这些位置上无法进行或由于其他原因不实际进行检测热轧带材6的温度。基于通过模型9所进行的实时的连续的温度计算，因此尤其可以保证，在两个轧机机座3′之间、例如在精轧机列3的倒数第二个与最后一个轧机机座3′之间的一个位置上热轧带材6达到一预定的极限温度TG。在此，该极限温度TG可以是这样一个温度，即，正好在达到此极限温度TG时，在热轧带材6内发生相转变。由此方式也可以在此位置处不进行真实温度测量的情况下达到所谓的双相轧制。
因此，借助于按照本发明的控制方法可达到对现代化的钢材进行灵活和便利的热处理。尤其交叉地(übergreifend)进行热控制。也就是说不仅可在冷却段4内或在精轧机列3内单独地进行热控制，而且也可以有针对***叉地(übergreifend)调整一预定的额定温度变化曲线T*(t)。
在上述控制方法中采用温度作为说明能函的参数。但也可以采用焓进行计算。此外，在模型9的范围内也可以实时地共同计算各带材点101的奥氏体、铁素体、马氏体的金相分量。
也并不一定必须采用随地点或时间变化的温度变化曲线作为额定值T*。对某些地点和/或时间预给定温度可能就足够了。

Claims (19)

1.一种用于一设在一冷却段(4)上游的轧制金属热轧带材(6)的精轧机列(3)的控制方法，其中，
-最晚在所述热轧带材(6)进入所述精轧机列(3)时检测一些带材点(101)和至少它们的起始温度(T1)，
-将所述带材点(101)和作为实际温度的起始温度(T1)输入一个用于所述精轧机列(3)的模型(9)，
-所述带材点(101)在通过所述精轧机列(3)时被行程跟踪，
-所述热轧带材(6)在所述精轧机列(3)内遭受温度影响(δT)，
-同样将所述行程跟踪(w(t))和温度影响(δT)输入所述模型(9)，
-由所述模型(9)借助于所述实际温度(T2)实时地确定所述被检测的带材点(101)的所期望的实际温度，并且将其作为新的实际温度(T2)赋予被检测的带材点(101)。
2.按照权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述带材点(101)从所述精轧机列(3)中出来后检测它们的最终温度(T3)；将所检测到的最终温度(T3)与借助于所述模型(9)确定的所期望的最终温度(T2)比较；并且借助该比较确定至少一个用于所述模型(9)的修正系数(k)。
3.按照权利要求2所述的控制方法，其特征在于，除所述期望的实际温度(T2)外，由所述模型(9)还确定所述期望的实际温度(T2)与所述修正系数(k)的函数关系(f(k))；以及借助所述修正系数(k)修正所述已被检测的带材点(101)所期望的实际温度(T2)。
4.按照权利要求1、2或3所述的控制方法，其特征在于，将用于说明能函的参数的额定值(T*)赋予所述被检测的带材点(101)并将这些额定值(T*)输入所述模型(9)；由所述模型(9)借助所述赋予被检测的带材点(101)的额定值(T*)和实际温度(T2)来确定用于温度影响装置(12)的控制值(δT*)，以及将这些控制值(δT*)输入所述温度影响装置(12)，借助所述温度影响装置可无成型变形地影响所述热轧带材(6)的实际温度(T3)；
5.按照权利要求4所述的控制方法，其特征在于，至少将所述控制值(δT*)之一与一额定控制值(ΔT*)比较，并且借助此比较确定一个用于所述热轧带材(6)的带材速度(v)的修正值(δv)。
6.按照权利要求4所述的控制方法，其特征在于，为了调整在所述精轧机列(3)内部无成型变形的温度影响，仅考虑改变轧制速度(v)。
7.按照权利要求4、5或6所述的控制方法，其特征在于，这样确定所述控制值(δT*)，即，使得对应于所述带材点(101)的所期望的实际温度(T2)与所述精轧机列(3)的至少一个位置处的一预定的位置温度(TG)的偏差减至最小。
8.按照权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述位置处于所述精轧机列(3)的两个轧机机座(3′)之间，以及在达到位置温度(TG)时在所述热轧带材(6)中发生金相转变。
9.按照权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，在所述位置上不检测所述热轧带材(6)的实际温度(T3)。
10.按照权利要求4至9之一所述的控制方法，其特征在于，所述额定值(T*)被逐个地赋予所述各带材点(101)。
11.按照权利要求4至10之一所述的控制方法，其特征在于，所述额定值(T*)根据具***置或时间而定。
12.按照权利要求4至11之一所述的控制方法，其特征在于，所述额定值(T*)构成一额定值变化曲线(T*(t))。
13.按照上述权利要求1至12中任一项所述的控制方法，其特征在于，借助所述模型(9)还确定各带材点(101)的金相分量。
14.按照上述权利要求1至13中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法有节拍地实施。
15.按照上述权利要求1至14中任一项所述的控制方法，其特征在于，利用所述控制方法还至少控制一设在所述精轧机列(3)的上游或下游的设备(1、1′、2、4′)，例如一粗轧机列(2)、一炉子(1′)、一连续铸锭装置(1)和/或一冷却段(4)。
16.按照权利要求15所述的控制方法，其特征在于，用于所述精轧机列(3))的控制方法和用于所述设在该精轧机列(3)的上游或下游的设备(1、1′、2、4′)的控制方法是同一控制方法。
17.按照权利要求15或16所述的控制方法，其特征在于，设计所述模型(9)时将所述精轧机列包括在该模型内。
18.一种可在一实时计算装置(7)内执行的模型，其用于实施按照上述任一项权利要求所述的控制方法。
19.一种设在一冷却段(4)上游的用于轧制金属热轧带材(6)的精轧机列(3)，其具有一个实时计算装置(7)，该实时计算装置(7)在控制技术上与所述精轧机列(3)相连接以及以这样的方式编程，即，借助它可以实施按照权利要求1至17中任一项所述的控制方法。
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