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CN110770357B - 退火炉的运行方法 - Google Patents

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CN110770357B CN201880041210.1A CN201880041210A CN110770357B CN 110770357 B CN110770357 B CN 110770357B CN 201880041210 A CN201880041210 A CN 201880041210A CN 110770357 B CN110770357 B CN 110770357B
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Abstract

本发明涉及一种对金属带(100)进行退火的退火炉(200)的运行方法。所述方法规定，首先预先规定金属带(100)在穿过退火炉(200)之后的位点或区段的至少一个期望的额定材料特性MESoll。此外，提供关于所述金属带在退火炉之前或之中的信息E。然后根据额定材料特性和所说的信息借助于计算机辅助模型，计算所述金属带在退火炉中的额定温度分布TSoll和/或额定速度VSoll。接下来，在退火炉(200)中调整如此计算出的额定温度分布和/或额定速度，以使所述金属带的材料特性在退火炉之后变为所述期望的额定材料特性MESoll。

Description

退火炉的运行方法
技术领域
本发明涉及一种对金属带进行退火的退火炉的运行方法。
背景技术
在现有技术中已知各种这样的方法，例如德国公开文献DE102013225579A1。该文献公开了一种用于控制和/或调节金属带的退火或热处理炉的方法，其中所述炉接在轧辊机架上游。至少一个测量仪在线检测金属带的机械材料特性并且生成相应的测量值。所述测量值反馈到退火或热处理炉的调节中。
文献EP2742158B1公开了一种用于加工金属带的连续退火机组的运行方法。提出了一种模型预测式调节，其中，将金属带的至少一个特性作为输入参数传输至计算机辅助模型，并且所述输入参数与金属带的位于连续退火机组之前或之中的一个位点或一个区段相关。借助于计算机辅助模型模拟在连续退火过程之后的轧件的至少一个材料特性。将模拟出的材料特性与预定的额定值作比较。在模拟出的材料特性与额定值存在偏差时，通过调节装置对至少一个过程参数进行调节，例如在连续退火过程期间金属带的温度或速度。只要所述轧件的与输入参数相关的至少一个位点或至少一个区段还一直位于连续退火机组之前或之中，这种调节就一直持续。
在欧洲专利EP2742158B1中所要求保护的借助于计算机辅助模型将金属带的材料特性调节至期望的额定材料特性以及模拟金属带的实际材料特性要求大量运算功率和运算时间。所述调节通过对过程参数、即温度和/或速度的交互式修改，由此得出期望的金属带的材料特性。增加的运算时间是不利的，因为其可能导致计算事件量或迭代步骤减少。
Yahiro K等人的文章“Development of strip temperature control systemfor a continuous annealing line”,Plenary Session,Emerging Technologies,andFactory Automation.MAUI,1993年11月15日-19日，[Proceedings of the InternationalConference on Industrial Electronics,Control,and Instrumentation(IECON)],纽约，IEEE,Us，第一卷，1993年11月15日(1993-11-15，第481-486页，XP000451844)公开了一种用于对金属带退火的退火炉的运行方法，该方法具有以下步骤：预先规定至少一个期望的额定材料特性，在穿过所述退火炉之后，所述金属带的位点或区段应具有所述至少一个期望的额定材料特性；提供关于所述金属带在退火炉之前或之中的至少一个信息(E)；借助于计算机辅助模型基于所述期望的额定材料特性以及关于所述金属带的信息计算所述金属带在退火炉中的额定温度分布和/或额定速度；并且借助于作为执行机构的炉控制器调整所述金属带在退火炉中的额定温度分布和/或额定速度。
Vallee G等人的文章“ligne de recuit tout asynchrone pour uginegueugnon”,Revue de Metallurgie-Cahiers d’Informations Techniques,Revue deMetallurgie.法国巴黎，第90卷，第6项，1993年6月1日/1993-06-01)，第843-847页，XP000393745，ISSN：0035-1563公开了一种类似于前面提及的Yahiro的文章的方法，但是其中，在模型中使用待处理的金属带的特性和该方法的实际特性以便确定需要用于炉的速度和温度。
美国专利申请US 5,673 368A也公开了一种在使用计算机辅助模型的情况下运行退火炉的的方法。根据该美国专利申请在一个完整的热处理周期之后相应地对模型进行调整。
Smith M A等人的文章“Application of distributet control on UPI’SKM/CAL”,Aise Steel Technology,Aise,Pittsburg,PA,US,第70卷，第6项，1993年6月1日(1993-06-01)，第17-22页，XP000387767，ISSN：0021-1559公开了一种用于对金属带退火的退火炉的运行方法。
发明内容
本发明的任务在于，在改进产品质量和提高产量的方面对已知的对金属带进行退火的退火炉的运行方法进行改进。
所述任务通过一种用于运行退火炉的方法来完成，所述退火炉用于对金属带进行退火，所述方法具有下述步骤：
-预先规定至少一个期望的额定材料特性，在穿过所述退火炉之后，所述金属带的位点或区段应具有所述至少一个期望的额定材料特性，所述额定材料特性例如是屈服极限、抗拉强度、断裂伸长和/或均匀延伸率；
-提供关于所述金属带在退火炉之前或之中的至少一个信息；
-借助于计算机辅助模型基于所述期望的额定材料特性以及关于所述金属带的信息计算所述金属带在退火炉中的额定温度分布和/或额定速度；并且
-借助于作为执行机构的炉控制器调整所述金属带在退火炉中的额定温度分布和/或额定速度；
测量所述金属带穿过退火炉之后的实际材料特性，优选在所述金属带的预先规定了额定材料特性的位点或区段处进行测量；
借助于所述计算机辅助模型基于穿过之后测量出的实际材料特性以及提供的关于所述金属带在退火炉之前或之中的信息计算金属带在退火炉中的比较温度分布和/或比较速度；并且
通过所述计算机辅助模型的适当的适应调整，将所述金属带在退火炉中的温度分布和/或速度与所述比较温度分布和/或比较速度进行匹配，所述计算机辅助模型的适应调整仅在至少一个完整的金属带穿过之后才进行，可选地也能在多个金属带穿过退火炉之后进行，
所述计算机辅助模型的适应调整步骤包括下述子步骤：
测量所述金属带在退火炉中的实际温度分布和/或实际速度；
将所述实际温度分布与计算出的比较温度分布作比较，并且算出温度偏差；和/或
将所述金属带在退火炉中的实际速度与比较速度作比较，并且算出速度偏差；
计算至少一个适当的适应值，从而所述计算机辅助模型基于所述温度偏差和/或速度偏差进行匹配；
所述计算机辅助模型基于所述适应值进行适应调整；和
借助于适应调整过的计算机辅助模型重新计算新的金属带的额定温度分布和/或额定速度。
该方法涉及一种控制方法，而非调节方法。在所述控制方法的范围内，计算和预先规定所述金属带在退火炉中的额定温度分布和/或额定速度，使得所述金属带在离开退火炉之后具有期望的额定材料特性。在本发明的方法的范围内，与在调节方法的情况下不同，不监控是否存在所述期望的材料特性；尤其不会为了形成材料特性调节差，而将金属带的期望的额定材料特性与在退火机组出口之后测量出的实际材料特性作比较，并且不会将此调节差调节至零。
术语“温度分布”严格地相应涉及金属带的一区段。然而在本说明的意义上，术语“温度分布”也包含在金属带的特定部位上的个别温度值。
在本说明书的意义上，术语“退火炉”除了加热装置以外，也意味着沿穿行方向位于下游的冷却装置。
与模拟材料特性相比，计算和预先规定所述金属带在退火炉中的额定温度分布和/或额定速度的运算时间强度较低。此外，在所要求保护的控制方法的范围内，不进行过程参数的反馈。因此总的来说能实现产量的提升。
所要求保护的方法以期望的自动校正或自适应调整的方式实施。为此，在所述金属带穿过退火炉之后测量其实际材料特性，并且根据测量出的实际材料特性和提供的关于金属带在退火炉之前或之中的信息借助于退火炉的计算机辅助模型计算金属带在退火炉中的比较温度分布和/或比较速度。然后，通过所述计算机辅助模型的适当的适应调整，将金属带在退火炉中的温度分布和/或速度与先前确定的比较温度分布和/或比较速度进行匹配。
换言之：在自动校正或自适应调整的范围内规定，实施本发明的预先规定金属带在退火炉中的温度分布和/或速度的方法的唯一的区别是，将所述金属带穿过退火炉之后实际测量出的材料特性作为输入参数、而不是将所述额定材料特性传输给所述计算机模型。在这种情况下，为了在术语上更好地区分，所述计算机辅助模型的输出参数称作比较参数，在此具体地为比较温度分布和/或比较速度。所述金属带在退火炉中的实际温度分布和/或实际速度作为实际参数被检测，并且与先前计算出的比较参数作比较。由所述比较可得到的结果是，所述金属带在退火炉中的温度分布和/或速度的偏差不为零。于是接下来，在适应值计算单元中基于所说的偏差计算至少一个适当的适应值。于是接下来，所述计算机辅助模型借助于计算出的适应值进行适应调整。那么，优选借助于适应调整过的计算机辅助模型针对将来的金属带实施如上所述的按照本发明的退火炉的运行方法。于是由此得出金属带的经优化的额定温度分布和/或额定速度，借助于作为执行机构的炉控制器在退火炉中对所述额定温度分布和/或额定速度进行调整。
根据本发明的实施例，所述计算机辅助模型例如可借助于经验数据库或借助于统计模型或借助于存储的退火曲线来工作并且因此可用于全部钢种。在新开发的钢种的情况下，恰恰可立即应用所述模型。与首先必须针对每个新钢种实施的物理模型不同，按照本发明的所用的统计模型更简单地生成。
按照另一优选的实施例，在测量出的或模拟出的实际材料特性已进行过至少一个适应值的计算或所述计算机辅助模型的适应调整的金属带穿行退火炉期间不进行所述计算机辅助模型的适应调整。取而代之地，所述适应调整优选仅对将来要退火的金属带进行。
术语“金属带的材料特性”，无论是额定参数或实际参数，在本说明书的范围内指的都是金属带在穿过退火炉之后的例如屈服极限、抗拉强度、断裂伸长或均匀延伸率。
术语“关于金属带的信息”例如包括金属带在连续镀锌生产线CGL之前、在连续退火生产线CAL之前、在酸洗生产线中或在卷扬机之前的抗拉强度和/或屈服极限。所述信息也可以是：
-卷曲温度，
-所述金属带在从精轧机组离开时的最终轧制温度，
-扁坯在精轧机组的入口处的输入温度，所述金属带由所述扁坯制成，
-所述金属带在从精轧机组的最后的机架离开时的带速度，
-在精整机中的轧制力，
-在冷轧的情况下的轧制力，
-在热轧的情况下的轧制力，
-所述扁坯在所述精轧机组之前的粗轧机架中的输入温度，
-冷轧度，
-材料的成分，尤其是所述金属带的钢材的成分，进一步地尤其是所述钢材的碳含量，和/或
-在所述CGL/CAL之前的平整机处的校正力。
上文所列举的项目不应视为穷尽的；而是也可将其它或更多的信息作为输入参数传输给按照本发明的计算机辅助模型。
根据本发明，只要所述金属带的与所述金属带的期望的额定材料特性相关的至少一个位点或区段还位于所述退火炉之前或之中，就计算所述金属带的额定温度分布和/或额定速度。
根据本发明，所述计算机辅助模型在计算所述额定温度分布和/或额定速度时参考经验数据库、统计模型或存储的退火曲线。
根据本发明，在所述金属带穿过退火炉之后，直接在线测量所述金属带的实际材料特性，或者在从所述金属带提取的样本上进行测量。
根据本发明，借助于所述适应调整过的计算机辅助模型在对将来的金属带进行退火时重复按照前述所述步骤之一。
根据本发明，在所述退火炉之前或之中，所述关于金属带的信息例如涉及：
-在连续镀锌生产线CGL之前、在连续退火生产线CAL之前、在酸洗生产线中或在卷扬机之前所述金属带的抗拉强度和/或屈服极限，
-卷曲温度，
-所述金属带在从精轧机组离开时的最终轧制温度，
-扁坯在精轧机组的入口处的输入温度，所述金属带由所述扁坯制成，
-所述金属带在从精轧机组的最后的机架离开时的带速度，
-在精整机中的轧制力，
-在冷轧的情况下的轧制力，
-在热轧的情况下的轧制力，
-在所述精轧机组之前的粗轧机架中的所述扁坯的输入温度，
-冷轧度，
-材料的成分，尤其是所述金属带的钢材的成分，进一步地尤其是所述钢材的碳含量；和/或
-在所述CGL/CAL之前的平整机处的校正力。
附图说明
本说明书共附有两幅附图，其中：
图1示出按照本发明的方法；并且
图2示出按照本发明的计算机辅助模型的适应调整。
具体实施方式
在下文中参照所述附图以实施例的方式详细描述本发明。在所有附图中，相同的技术元件以相同的附图标记表示。
图1示出按照本发明的退火炉200的运行方法。在退火炉200中，在金属带100沿箭头方向穿过退火炉期间，对金属带进行退火。按照本发明的方法的核心要素在于计算金属带在退火炉中的额定温度分布TSoll和/或额定速度VSoll。所述计算根据预先规定的金属带的期望的额定材料特性MESoll以及关于所述金属带的信息E借助于退火炉的计算机辅助模型220进行。所述信息涉及金属带在退火炉200之前或之中的特性，或者涉及在制造金属带时关于先前处理步骤的信息。关于上述术语“材料特性”和“信息”的进一步含义，在此应参考本说明书上文中的概论部分给出的关于这些术语的定义。
在通过计算机辅助模型220成功地计算额定温度分布TSoll和/或额定速度VSoll之后，将相应的数值输出到作为执行机构的炉控制器230并且由所述执行机构在退火炉200中实现或调整。所说的调整金属带在退火炉中的额定温度分布和/或额定速度VSoll的目的是，使所述金属带在退火炉之后的实际材料特性MEIst变为预先规定的、期望的同样在退火炉之后的额定材料特性MESoll。
只要金属带的至少一个位点或区段还与所说的金属带的额定材料特性MESoll相关且位于退火炉之前或之中，就计算金属带在退火炉中的额定温度分布TSoll和/或额定速度VSoll。
计算机辅助模型220可在计算退火炉200中的额定温度分布TSoll和/或在计算金属带穿过退火炉200的额定速度VSoll的情况下，参照经验数据库、统计模型和/或存储的退火曲线。
参见图2，为了不断改进按照本发明的退火炉200的运行方法的质量，按照本发明的方法可选地规定计算机辅助模型220的间或性适应调整。
针对所述适应调整，按照本发明的方法规定如下子步骤：
-测量金属带100在穿过退火炉200之后的实际材料特性MEIst，参见图1。所述测量优选在金属带的下述位点或区段进行，针对所述位点或区段预先规定所述期望的额定材料特性。
-根据测量出的金属带100的实际材料特性MEIst以及提供的关于所述金属带在退火炉200之前或之中的信息E借助于计算机辅助模型220计算金属带100在退火炉中的比较温度分布TVgl和/或比较速度VVgl。
借助于与按照图1计算金属带在退火炉中的额定温度分布和额定速度相同的计算机模型220在考虑到关于金属带的相同信息E作为第一输入参数的情况下计算比较温度分布TVgl和/或比较速度VVgl。然而，对于作为第二输入参数的比较参数的计算而言，计算机模型220不会考虑所述期望的额定材料特性MESoll，而是考虑实际上在退火炉之后测量出的金属带的实际材料特性MEIst。于是，通过计算机辅助模型220的相应适当的适应调整，使金属带在退火炉中的温度分布和/或速度与计算出的相应的比较参数相匹配，所述比较参数即比较温度分布TVgl和/或比较速度VVgl。
具体地，参照图2，所说的匹配包括下述子步骤：
参见图1和图2，在退火炉200中的金属带100的实际温度分布TIst和/或实际速度VIst通过测量技术来检测。所述测量参数在比较装置250中与先前计算出的所属的比较参数作比较；就是说，如有必要确定温度偏差ΔT和/或速度偏差ΔV：ΔT＝TVgl-TIst，ΔV＝VVgl-VIst。
将至少一个所述偏差输入适应值计算装置240，该适应值计算装置由所述输入参数计算出至少一个适当的适应值a，用于计算机辅助模型220的匹配或适应调整。于是，计算机辅助模型220以所述适应值进行适应调整。按照本发明，计算机模型220的这种适应调整不会在金属带穿过退火炉期间进行，而是优选仅在完整的金属带穿过之后才进行。因此，计算机辅助模型220的适应调整只对将来的金属带起作用。就此而言，所述与比较参数的匹配极其缓慢地进行。有利地，所述适应调整和为此进行的测量值检测能实现良好的记录，并且进而也能合理证明过去的生产条件；这对于下游加工者来说是很有价值的质量记录。
在成功地进行计算机模型220的适应调整之后，借助于适应调整过的计算机辅助模型进行将来的所述金属带的额定温度分布TSoll和/或额定速度VSoll的计算。于是，退火炉200以新计算出的温度分布或速度分布的额定值运行。
附图标记列表：
100 金属带
200 退火炉
220 计算机辅助模型
230 作为执行机构的炉控制器
240 适应值计算装置
E 关于金属带的信息
MEIst 金属带的实际材料特性
MESoll 金属带的额定材料特性
TIst 金属带在退火炉中的实际温度分布
TSoll 金属带在退火炉中的额定温度分布
TVgl 金属带的比较温度分布
VIst 金属带在退火炉中的实际速度
VSoll 金属带在退火炉中的额定速度
VVgl 金属带在退火炉中的比较速度
ΔT 温度偏差
ΔV 速度偏差

Claims (11)

1.一种用于运行退火炉(200)的方法，所述退火炉用于对金属带进行退火，所述方法具有下述步骤：
-预先规定至少一个期望的额定材料特性(MESoll)，在穿过所述退火炉(200)之后，所述金属带(100)的位点或区段应具有所述至少一个期望的额定材料特性；
-提供关于所述金属带在退火炉(200)之前或之中的至少一个信息(E)；
-借助于计算机辅助模型(220)基于所述期望的额定材料特性(MESoll)以及关于所述金属带的信息(E)计算所述金属带(100)在退火炉(200)中的额定温度分布(TSoll)和/或额定速度(VSoll)；并且
-借助于作为执行机构的炉控制器(230)调整所述金属带(100)在退火炉(200)中的额定温度分布(TSoll)和/或额定速度(VSoll)；
其特征在于，
测量所述金属带(100)穿过退火炉(200)之后的实际材料特性(MEIst)；
借助于所述计算机辅助模型(220)基于穿过之后测量出的实际材料特性(MEIst)以及提供的关于所述金属带在退火炉(200)之前或之中的信息(E)计算金属带(100)在退火炉(200)中的比较温度分布(TVgl)和/或比较速度(VVgl)；并且
通过所述计算机辅助模型的适当的适应调整，将所述金属带(100)在退火炉(200)中的温度分布和/或速度与所述比较温度分布(TVgl)和/或比较速度(VVgl)进行匹配，所述计算机辅助模型的适应调整仅在至少一个完整的金属带穿过之后才进行，
所述计算机辅助模型的适应调整步骤包括下述子步骤：
测量所述金属带(100)在退火炉(200)中的实际温度分布(TIst)和/或实际速度(VIst)；
将所述实际温度分布(TIst)与计算出的比较温度分布(TVgl)作比较，并且算出温度偏差(ΔT)；和/或
将所述金属带(100)在退火炉(200)中的实际速度(VIst)与比较速度(VVgl)作比较，并且算出速度偏差(ΔV)；
计算至少一个适当的适应值(a)，从而所述计算机辅助模型(220)基于所述温度偏差(ΔT)和/或速度偏差(ΔV)进行匹配；
所述计算机辅助模型(220)基于所述适应值(a)进行适应调整；和
借助于适应调整过的计算机辅助模型(220)重新计算新的金属带(100)的额定温度分布(TSoll)和/或额定速度(VSoll)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在所述金属带的预先规定了额定材料特性的位点或区段处测量所述金属带(100)穿过退火炉(200)之后的实际材料特性(MEIst)。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述计算机辅助模型的适应调整在多个金属带穿过退火炉(200)之后进行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
只要所述金属带的与所述金属带的期望的额定材料特性(MESoll)相关的至少一个位点或区段还位于所述退火炉(200)之前或之中，就计算所述金属带的额定温度分布和/或额定速度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述计算机辅助模型(220)在计算所述额定温度分布(TSoll)和/或额定速度(VSoll)时参考经验数据库、统计模型或存储的退火曲线。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述金属带(100)穿过退火炉之后，直接在线测量所述金属带的实际材料特性，或者在从所述金属带提取的样本上进行测量。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
借助于所述适应调整过的计算机辅助模型在对将来的金属带(100)进行退火时重复按照前述权利要求之一所述的步骤。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述退火炉(200)之前或之中，所述关于金属带(100)的信息(E)涉及：
-在连续镀锌生产线CGL之前、在连续退火生产线CAL之前、在酸洗生产线中或在卷扬机之前所述金属带的抗拉强度和/或屈服极限，
-卷曲温度，
-所述金属带在从精轧机组离开时的最终轧制温度，
-扁坯在精轧机组的入口处的输入温度，所述金属带由所述扁坯制成，
-所述金属带在从精轧机组的最后的机架离开时的带速度，
-在精整机中的轧制力，
-在冷轧的情况下的轧制力，
-在热轧的情况下的轧制力，
-在所述精轧机组之前的粗轧机架中的所述扁坯的输入温度，
-冷轧度，
-材料的成分；和/或
-在所述CGL/CAL之前的平整机处的校正力。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
材料的成分是所述金属带的钢材的成分。
10.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，
材料的成分是所述钢材的碳含量。
11.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述额定材料特性是屈服极限、抗拉强度、断裂伸长和/或均匀延伸率。
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