CN1753735A - 尤其在冷却段内调节金属带温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在热轧设备的冷却段(4)内控制或调节金属带温度的方法，其中，为了确定冷却段(4)的调节信号将一额定温度变化过程与一实际温度变化过程作比较，在考虑辅助条件的情况下构成至少一个用于冷却段(4)的调节机构的目标函数，以及为了模型预测式调节的目的将此目标函数作为二次优化问题求解。在此，建议对热轧设备的精轧机列和冷却段进行一种重叠调节。
Description
本发明涉及一种在炼钢工业的设备中，尤其在设在轧制金属热轧带的轧机机列下游的冷却段内，控制或调节金属带温度的方法。
由DE 19963186A1已知一种用于冷却段的控制方法，在冷却段上游设有一个轧制金属热轧带的精轧机列。按这种控制方法，当热轧带进入到冷却段中时检测带点及其初始温度，以及为检测的带点规定各自的额定温度变化过程。带点、其初始温度以及其额定温度变化过程输入一个用于冷却段的模型。在通过冷却段时行程追踪这些带点。在冷却段内，热轧带借助温度影响装置遭受温度影响。行程追踪和温度影响同样输入所述的模型。此模型实时确定被检测的带点期望的实际温度，以及将其赋于这些带点。由此对每个带点在每个时刻提供作为有关带厚的函数的温度。此外，借助为被检测的带点规定的额定温度变化过程以及期望的实际温度，确定用于温度影响装置的控制值以及将此控制值输入温度影响装置。这种温度控制尤其用于有目的地调整金属热轧带的材料特性及金相组织特性。通常温度控制在这里以这样的方式实施，即，尽可能好地达到在冷却段出口预定的卷取温度变化过程。
对于金属带的材料特性和金相组织特性起决定性作用的，除了化学成分和成型过程的参数外，例如是在通过设备时带材料沿精轧阶段的机座的压缩分配点和随时间的温度变化过程。
在设备内部用于金属带温度变化的最后几个调节机构，在这里通常处于冷却段内部。在冷却段内往往还进行材料的相转变。通常冷却段的阀用作调节机构。对于某些冷却段，例如厚板轧机，附加地还可以调节物料流，亦即尤其是带速。
本发明的目的是，对在炼钢工业的设备内，尤其在冷却段内，金属带温度的控制或调节进行改进，达到基本上避免已知的控制或调节的缺点，以及提高控制或调节的效率。
此目的通过一种在炼钢工业的设备中，尤其在设在轧制金属热轧带的轧机机列下游的冷却段内，用于控制和/或调节金属带温度的方法达到，其中，为了确定调节信号将一额定温度变化过程与一实际温度变化过程作比较，以及，在考虑辅助条件的情况下构成至少一个用于所述设备的调节机构、尤其在冷却段内的目标函数。
通过考虑优选地相当于设备极限或调节极限的辅助条件，可以尤其针对不同的冷却段布局和尤其针对一种规定了温度变化过程或冷却过程的情况来确定(调节)规定值，它们合理地考虑了调节极限。例如，在一个分成两部分的冷却段中，避免了在两个冷却分段之间规定过高的温度，否则会导致通过第二个冷却分段可供使用的冷却剂量不再能达到卷取温度。
通过求解优化问题有利地使目标函数最小化或最大化。因此也可以在不能准确地实现规定的温度变化或冷却过程时实施控制或调节。于是这种方法确定尽可能好的近似值。
有利地，求解二次优化问题。因此通常明显缩短了用于求解优化问题的时间。
有利地，借助至少一个模型确定金属带的实际温度变化过程和/或额定温度变化过程，因此，即使尤其在冷却段的对于控制或调节重要的地点不能测量真实的带温时，也可以实现一种更好的带材温度控制或调节。
作为替代或补充方式确定实际焓变化过程和/或额定焓变化过程。
有利地，对模型进行在线适配。以此方式可以例如考虑存在的设备移动(Anlagendrift)，以及可以确定尤其用于后续的金属带的切合实际的结果。
有利地，行程追踪带点。
有利地，确定金属带的各带点的温度变化过程。以这种方式以及还通过带点的行程追踪，显著提高控制或调节的精度。
借助预先计算通过求解优化问题有利地使目标函数最小化或最大化。以此方式尤其显著缩短了用于对调节机构预调准所需要的时间。此外，由此优选地在后续的在线调节方面最佳地预调了调节机构。
有利地，优选地在线通过求解优化问题迭代地使目标函数最小化或最大化。
在权利要求10至14中给出本发明方法的有利扩展设计。
在权利要求15至18中给出了为达到本发明的目的的其他解决方案。
由下面结合附图对本发明多种实施例的说明中给出本发明的其他优点和详情。作为范例其中：
图1表示一轧机的原理性结构；
图2表示一轧机的冷却段以及一个用于其控制或调节的计算装置；
图3表示一个冷却段和一个与其对应的示意性表示的冷却段调节装置；
图4表示一冷却段调节装置的可能的模块；
图5表示一冷却段的预先计算装置和一个实时调节装置；以及
图6表示在冷却段内一金属带的可能温度变化过程。
图1表示生产金属带6的设备，该设备包括一粗轧机列2、一精轧机列3和一冷却段4。金属带6在这里优选地是热轧制成的。在冷却段4后面优选地设一卷取机5。由卷取机5卷取在轧机机列2和3中轧制和在冷却段4中冷却的金属带6。轧机机列2或3上游设一带源1。该带源1例如设计为在其中加热金属板坯的炉子。该带源1例如也可以设计为在其中制造金属带6的连续铸锭装置，然后将金属带6送往粗轧机列2。
用于炼钢生产的设备以及尤其轧机机列2、3和冷却段4及至少一个卷取机5借助一种控制方法来控制，此方法由计算装置10实施。为此，计算装置10与炼钢生产设备的一个或多个组成部分1至5以控制技术连接。计算装置10用一个设计为计算机程序的控制程序进行程序控制，它基于此程序实施按照本发明的用于控制或调节带材6温度的方法。
按图1，金属带或板坯6离开带源1后首先在粗轧机列2内轧制到一个对应精轧机列3的进口厚度。然后，带6在精轧机列内部借助轧机机座3′轧制到其最终厚度。接下来的冷却段4将金属带冷却到规定的卷取温度。
为了保证金属带6具有期望的机械特性，精轧机列3和冷却段4必须遵守恰当的温度变化过程。为此，优选地根据例如设备类型、运行模式、金属带6具体的订货和期望的性质规定额定的温度变化过程。
图5表示一用于控制冷却段4的计算装置10。在这里该计算装置10有一个预先计算模块21和一个尤其在冷却过程中用于优选地在线计算的模块22。
借助预先计算模块21可以对精轧机列4的调节机构进行初始化。为此在没有测量值时利用例如预计值，例如金属带进口速度、金属带在精轧机列3终点的温度以及带厚。例如期望的材料数据105用作预先计算模块21在操作者方面的输入值。
在预先计算模块21内部的预先计算装置20实施迭代过程。这意味着计算用不同的冷却剂量重复进行，直至使规定的误差最小化。因此预先计算装置20与能在线的冷却段监测器11和适应器18连接。
计算模块22有一个冷却段监测器11和一个冷却段调节装置12，它们互相连接。冷却段监测器11和冷却段调节装置12控制冷却段4的调节机构，以及优选地与例如可以储存在一模型库19内的冷却段的一个或多个模型连接。优选地其中一个模型用来控制调节机构。冷却段调节装置12向冷却段4传送调节信号101，例如形式上为冷却剂阀的调节模式。
图2更准确地说明冷却段监测器11和冷却段调节装置12的工作方式。
冷却段监测器11确定冷却段4的状态。用作冷却段监测器11的输入参数例如是金属带6的速度、金属带温度以及冷却剂温度和冷却剂压力等值。
调节机构的调节参数是另一些输入参数，亦即优选为阀7的位置。
优选地，在冷却段4进口区设一最终轧制温度测量台8，用于测量金属带6的温度。在这里测量在精轧机列3末端的金属带温度或在精轧机列3与冷却段4之间的温度。在冷却段4的末端优选地设一最终温度测量台9。在这里测量卷取机5前或冷却段4终端处的温度。冷却段监测器11的输入参数是在最终轧制温度测量台8处确定的金属带的入口温度103、在卷取温度测量台9处确定的金属带出口温度104、以及另一些优选地在精轧机列3内，例如在其最后一个轧机机座3′处或其最后一个轧机机座3′后不远处确定的金属带的数据102。
由冷却段调节装置12向冷却段监测器11传输阀位置值101，但它们通常不由冷却段监测器11检验可信度。冷却段监测器11不断地确定冷却段4当前状态。
按照本发明的控制或调节优选地以时间节拍的方式按照调节步骤进行。冷却段调节装置12算出用于各下一个调节步骤的冷却段4的阀7的阀位置值101。在这里优选地解决解优化问题，下文对此还要详细说明。
按照本发明优选地在每个时间节拍内实施一次迭代步骤，其中，从与当前时间节拍对应配置的优化问题的解出发，将至少一个调节信号供给所述设备。优选地，对于下一个时间节拍在求解优化问题时考虑另一些现实的测量值。因此可以构成一个闭合的调节回路。
如对于冷却段4是典型的那样，在建立优选地二次优化问题时，大量调节机构指的不是单个阀而是成组的阀作为调节机构，是有利的。算出的调节值在各个阀上的分配借助恰当的开关试探法(Schatheuristik)进行。将阀组合为阀组尤其对于在线，亦即实时进行的求解优化问题是特别有利的。
图6表示有关冷却段4的地点X的一种可能的温度变化T，其中冷却段4以冷却段始端XA和冷却段终端XE为界。当描绘的是温度随时间的变化T时得出的是类似的图。
图3详细地表示出对冷却段的模型预测式调节。在这里由冷却段调节装置12优选地不是控制单个阀7a或7b(总称为7)，而是控制由一个或多个阀7组成的阀组。在这种情况下相应地例如调节区14分成多个分区14a和14b，其中优选地为每个分区14a或14b配设一个阀组。
在调节区14的界限内(它的界限通常与冷却段的界限重合)，有关在主调节区15和校准调节区16之间的调节可以互不相同。优选地行程追踪各个带点(13a、13b)。
为了控制和调节冷却段，使用一种模型预测式算法。在这里，用于第Nu个时间步骤的调节机构规定在未来作为一个优选地二次优化问题的解，其中用第Ny个时间步骤的模型实施预告。
Nu可以是1或也可以是大于1的自然数。在后面那种情况下，通常只实施针对第一个时间步骤算出的调节机构调整。对于下一个时间步骤，在考虑当前测量值或预告值的情况下重新计算。
Ny必须选择得如此大，以致超越存在的最长滞后时间。最长的滞后时间由温度测量点与下一个连接在上游的自由调节阀之间的最大距离决定。为了建立优选的二次优化问题，利用一个恰当的优选线性化的带温模型。在此优选的二次优化问题中可以容易地结合等式或不等式辅助条件。因此可以特别有利和优选地以这样的方式考虑调节机构极限和不同的冷却段布局，即，使得不必在计算装置10或预先计算模块21和/或计算模块22上进行过多的改变。
作为替代或补充方式，冷却段的模型预测式调节也可以基于冷却段内的焓变化过程。在这里，关于地点X或关于时间的焓变化过程与关于地点(也可见图6)或关于时间的温度变化过程类似。
如图4所表示的那样，计算装置10可以有一个用于冷却段调节装置12的模块，它本身有多个分调节模块17a、17b，这些分调节模块对应于不同的调节区14a和14b。
按照本发明对冷却段4的控制或调节与冷却段布局无关以及基于模型预测调节提供了一种也在调节极限处的最佳的控制状态。规定值可以按灵活的方式在优先的意义上不同地权衡。可以将边缘遮蔽(Edge-Masking)组合到所述按照本发明的控制或调节方法中。
按照本发明的方法可以设计为也能控制金属带6的速度，这使本发明的方法也可以例如使用于厚板轧机中。
尤其是按照本发明也可以调节精轧机列3。除带速外，在精轧机列3中，中间机座冷却装置是另一些可能的调节机构。一个冷却段的调节机构典型的数量例如约为200个阀7。调节机构的这种数量比用于典型的精轧机列3的数量大得多。
用于多个设备部分1至5的重叠控制和调节可以优选地如下面作为示例针对一精轧机列3和一冷却段4说明的那样实现。
为了重叠地控制或调节，优选地将精轧机列3的温度模型和冷却段4的温度模型联系起来。通过叠加两个设备部分3和4的目标函数，用优选的线性辅助条件确定优选的二次优化问题，借助它提供一种用于两个设备部分3和4的共同控制方法。所述问题的优化因而尤其为了下一个调节步骤提供了对精轧机列3的中间机座冷却装置的调整、冷却段4的冷却段阀7以及金属带6的速度。
Claims (20)
1.一种在炼钢工业的设备中，尤其在设在轧制金属热轧带(6)的轧机机列(2、3)下游的一冷却段(4)内，用于控制和/或调节一金属带(5)温度的方法，其中，为了确定调节信号将一额定温度变化过程与一实际温度变化过程作比较，其特征为：在考虑辅助条件的情况下构成至少一个用于所述设备的调节机构、尤其在所述冷却段(4)内的目标函数。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：通过求解一个优化问题使所述目标函数最小化。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：通过求解一个优化问题使所述目标函数最大化。
4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征为：求解一个二次优化问题。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征为：借助至少一个模型确定所述金属带(6)的实际温度变化过程和/或额定温度变化过程。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征为：借助至少一个模型确定实际焓变化过程和/或额定焓变化过程。
7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征为：对所述模型进行在线适配。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征为：行程追踪带点(13a、13b)。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征为：确定金属带(6)的各带点(13a、13b)的温度变化过程。
10.按照权利要求2至9中任一项所述的方法，其特征为：借助预先计算通过求解一个优化问题使所述目标函数最小化或最大化。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征为：优选地在线通过求解一个优化问题迭代地使所述目标函数最小化或最大化。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征为：在每个时间节拍内实施一个迭代步骤，其中，从赋予一个当前时间节拍的优化问题的解出发，向设备提供一个调节信号。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征为：对下一个时间节拍，在求解优化问题时考虑另一些测量值。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征为：构成一个闭环调整回路。
15.按照权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征为：用线性辅助条件来求解优化问题。
16.按照权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征为：在炼钢工业设备的多个组成部分(1至5)内，尤其在精轧机列(3)和设置在其下游的冷却段(4)内，控制和/或调节所述金属带(5)温度。
17.一种用于实施按照上述任一项权利要求所述方法的计算机程序。
18.一种用按照权利要求17所述的计算机程序来编程的计算装置(10)，其用于控制炼钢工业设备的至少冷却段(4)，其中，该计算装置(10)直接和/或间接地影响金属带(6)的温度。
19.按照权利要求18所述的计算装置(10)，其特征为：它有一个冷却段监测器(11)、一个预先计算装置(20)模块、一个适应器(18)模块和一个冷却段调节装置(12)模块。
20.按照权利要求18或19所述的计算装置(10)，其特征为：它有多个调节模块(17a、17b)，用于调节调节机构(7)和/或调节包括一个或多个调节机构的调节区(14a、14b)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160926 Address after: Erlangen Patentee after: Puruite metallurgical technology limited liability company in Germany Address before: Munich, Germany Patentee before: Siemens AG |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20070801 |