冷却过程的控制的制作方法

冷却过程的控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于控制利用冷却剂对材料(4)进行的冷却过程的方法，其中，通过至少一个执行机构(6)控制冷却剂向材料(4)的输送(13)，执行机构能够调节到两个或多个不同的位置(k)，其中执行机构(6)配属有执行机构特征曲线族(11k)，其给出了冷却剂流量(w)、冷却剂压力(p)和执行机构(6)的位置(k)之间的关系，并且其中调节冷却剂流量(wi)，为此测定在冷却剂流动方向上看位于至少一个执行机构(6)上游的冷却剂压力(pi)，由执行机构特征曲线族(11k)测定与所测定的压力值(pi)和额定冷却剂流量相对应的位置(ki)，并且使执行机构(6)调节到所测定的位置(ki)。
【专利说明】冷却过程的控制

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制利用冷却剂对材料进行的冷却过程的方法、一种用于实施该方法的计算机程序产品、一种用于控制利用冷却剂对材料进行的冷却过程的控制装置、和一种轧机设备的冷却段，其包括所述控制装置。

【背景技术】
[0002]为了冷却金属带，特别是钢带，公知的是，将大量的水作为冷却剂施加到金属带上。在冷却段中，必须如下地调节冷却剂流量并且从而必须如下地调节冷却强度，使得以高精密性确定了待冷却的材料的所期望结构。
[0003]DD 213 853 Al描述了一种用于调节在水冷路径中的水输送的调节装置，其为了冷却轧件而运行。调节装置包括流量计和输送导管中的通向冷却喷嘴的调节阀，冷却喷嘴与EDV设备的调节机构处于连接状态，其中根据轧件的类型执行多个所储存的冷却调节程序中的一个(EDV =电子数据处理)。
[0004]DE 101 37 596 Al描述了一种用于冷却工件、特别是钢制的轧制品的方法。通过调节压力调节阀调节了冷却水的压力。在此连续地监控，是否存在所测量的实际压力值与额定压力值的不允许的偏差，并且在可能的情况下执行压力值调节。
[0005]这种压力调节回路持续地受到在冷却段的阀门处的额定水量的变化的干扰。因此对于调节回路而言，调节路径的性能不断地发生变化。反之，所有的流量调节回路都受到压力波动的干扰。因此，冷却段的这种调节是较慢的。这种缺点在强效冷却时显露出特别的干扰性，即在水压大于Ibar时的高水需求量的情况下。这种高水压不能仅利用高水箱来提供，从而强效冷却系统的运行不再能脱离于供水设施的水泵。


【发明内容】

[0006]本发明的目的是，提供材料的利用冷却剂的更好冷却。
[0007]该目的通过一种用于控制利用冷却剂对材料进行的冷却过程的方法来实现，其中通过至少一个执行机构控制冷却剂向材料的输送，执行机构能够调节到两个或多个不同的位置，其中该执行机构配属有执行机构特征曲线族，其给出了冷却剂流量、冷却剂压力和执行机构位置之间的关系，其中至少一个冷却剂泵配属有泵特征曲线族，该冷却剂泵在冷却剂的流动方向上看布置在至少一个执行机构的上游，泵特征曲线族给出了泵的转速、冷却剂的压差和冷却剂流量之间的关系，该压差产生于泵的输入侧处的抽吸压和泵的输出侧处的输出压之间，并且其中调节冷却剂流量，为此测定压差、由泵特征曲线族测定与所测定的压差和额定冷却剂流量相对应的转速、使泵调节到所测定的转速上、测定在冷却剂的流动方向上看在至少一个执行机构上游的冷却剂的压力、由执行机构特征曲线族中测定与所测定的压力值和额定冷却剂流量相对应的位置、并且使执行机构调节到所测定的位置。该任务还进一步通过一种用于控制利用冷却剂对材料进行的冷却过程的计算机程序产品来实现，其中通过至少一个执行机构控制冷却剂向材料的输送，该执行机构能够调节到两个或多个不同的位置上，其中该执行机构配属有执行机构特征曲线族，其给出了冷却剂流量、冷却剂压力和执行机构位置之间的关系，其中至少一个冷却剂泵配属有泵特征曲线族，冷却剂泵在冷却剂的流动方向上看布置在至少一个执行机构的上游，该泵特征曲线族给出了泵的转速、冷却剂的压差、和冷却剂流量之间的关系，所述压差产生于泵的输入侧处的抽吸压和泵的输出侧处的输出压之间，并且其中，当通过计算单元执行该计算机程序产品时，该计算机程序产品实施以下方法步骤:由泵特征曲线族测定与冷却剂在泵的输入侧和输出侧之间的压差和额定冷却剂流量相对应的泵的转速；由执行机构特征曲线族测定与在冷却剂的流动方向上看在至少一个执行机构上游测定的冷却剂压力值和额定冷却剂流量相对应的位置；产生信号，该信号在配属于执行机构的调节单元处触发了使执行机构到所测定的位置上的调节；并且产生信号，其在至少一个冷却剂泵处触发了到所测定的转速的调节。此夕卜，该目的还通过一种用于控制利用冷却剂对材料进行的冷却过程的控制装置来实现，其包括至少一个存储单元，存储单元设计用于存储执行机构特征曲线族并且用于存储泵特征曲线族，执行机构特征曲线族给出了冷却剂流量、冷却剂压力和用于控制冷却剂向材料的输送的、至少一个对应于该执行机构特征曲线族的执行机构的位置之间的关系，泵特征曲线族给出了泵转速、冷却剂的压差和冷却剂流量之间的关系，所述压差产生于泵的输入侧处的抽吸压和泵的输出侧处的输出压之间；控制装置包括处理器单元，处理器单元设计用于由所存储的执行机构特征曲线族测定至少一个执行机构的与所测定的冷却剂压力值和额定冷却剂流量相对应的位置，并且由所存储的泵特征曲线族测定与所测定的冷却剂在泵的输入侧和输出侧之间的压差和额定冷却剂流量相对应的转速；并且控制装置包括信号单元，信号单元设计用于使得用于使至少一个执行机构调节到所测定的位置的信号发送到调节单元处，并且使得用于使至少一个冷却剂泵调节到所测定的转速的信号发送到转速调节器处。
[0008]常见的冷却剂是水，其特别地用于冷却材料如金属。涉及到冷却剂时，在本发明的说明书中同义的使用概念“流量”和“流”;其描述了每时间单位内穿流过给定的横截面积的冷却剂量。在此，冷却能够以水射流冷却形式进行，通常也称为层流冷却。水射流冷却是一种利用一股或多股水射流的材料冷却。强效冷却可以视为层流冷却的特殊情况。对于本说明书意义内的强效冷却而言，其特征是在水压大于Ibar的情况下的高的水需求量。仅从高水箱中不能满足强效冷却的水需求，从而强效冷却的运行-在使用水作为冷却剂的情况下-与供水设施的水泵相关。在此，强效冷却的阀门优选是能连续调节的，即能连续地改变水量，以便能够准确地定量冷却效率。
[0009]根据本发明，没有构建流量调节回路，而是直接操控冷却剂流程的执行机构。此外也不构建用于要输送给冷却系统的冷却剂量的压力调节回路。在此，本发明基于以下认知，即，对于所需的冷却剂流量的、例如冷却机列中冷却水流的高调节速度仅通过控制来实现，相反地，对此的传统调节过于缓慢并且极易受到干扰，尤其是在强效冷却的条件下。
[0010]在此，优选地如下进行:例如是调节活门或阀门形式的每个执行机构都配属有第一执行机构特征曲线族k = f (w, P),特征曲线族将输入变量冷却剂流量w和冷却剂压力P映射到执行机构位置k上，并且能够由额定冷却剂流量w直接测定相应的执行机构位置k。该特征曲线族或者是预先已知的，或者至少一次性地通过执行机构的“容积测量(Auslitern) ”来测定。“容积测量”理解为穿过执行机构的流量作为阀门位置和冷却剂压力的函数的实验测定。为了校准执行机构特征曲线族f (W，P)，能够实行流量测量。
[0011]替代地，能够存放第二执行机构特征曲线族w = g(k，P)，其将输入变量执行机构位置k和冷却剂压力P映射到冷却剂流量w上。还可行的是，替代地存放第三执行机构特征曲线族P = h (k，w)，其将输入变量执行机构位置k和冷却剂流量w映射到冷却剂压力P上。
[0012]过程计算机通过使用相对应的特征曲线族如下地操控执行机构，使得所要求的冷却剂流量穿流过每个执行机构。为此检测实际压力P，将该实际压力插入到每个执行机构的特征曲线族中，并且使每个额定冷却剂流量W映射到相应的额定执行机构位置k上。替代地，将额定压力代替实际压力插入到特征曲线族中。
[0013]测试结果显示，设计为调节活门的执行机构能够在2s内从其0%的打开度移动到其100%的打开度，并且能够在Is内从其20%的打开度移动到其80%的打开度，并且此外，泵能够在小于Is的时间内从静止状态到达最大转速。由此，在每次向材料添加冷却剂时能够迅速调节冷却剂流量，并且为了提供强效冷却，即使冷却剂必须首先经过很长的输送导管，例如经过100到200m范围内的长度，才运输给强效冷却系统，也能够更迅速地调节冷却剂流量。
[0014]利用本发明可行的是，足够快地加速大量的冷却剂，如例如在轧机设备的冷却机列的强效冷却系统中所需要的、例如为大约150m3水的冷却剂量，以便随着待冷却的材料、例如金属带进入到冷却机列时在极短时间内、例如以典型为Is的时间刻度构建起稳定的冷却剂流。因此,甚至在以大约10m/s的速度穿过冷却机列来运输的薄金属带的情况下,未充分冷却的材料的长度也保持小于10m。在利用层流冷却的冷却机列中，该值在同一数量级中。
[0015]因此，具有由执行机构进行的根据本发明的控制的冷却具有以下优点:
[0016]-能够刚好在所期望的时间点，例如在带材进入到冷却机列时提供所需冷却剂流。反之能够刚好在所期望的时间点，例如在带材从冷却机列中输出时相应迅速减少冷却剂流量。
[0017]-在以设备界限进行带运行期间，也达到了高的调节动态；因此在强效冷却的情况下，也能准确地调节卷取温度，这类似于层流冷却时。因此，在强效冷却的情况下，与层流冷却相比没有减少卷取温度的准确度。
[0018]-不仅能够在冷却剂的高压下，也能够在冷却剂的低压下实现动态的运行。如果需要大的冷却剂流量，能够提高额定压力(=高压运行)。对于仅需要较小冷却剂流量的运用，能够选择泵的供应压力Psaug作为额定压力(=低压运行)。在此，能够如下选择泵转速，使得泵仅像水表一样只跟随转动，而不改变强效冷却的供应压力本身。
[0019]-在运行着的冷却过程期间，也能够在低压运行和高压运行之间连续地转换。由此确保了在冷却方法中的高度灵活性，例如在钢厂生产中。
[0020]-能够省略借助在强效冷却系统的每个执行机构，例如每个阀门之前的测量装置所引起的高成本动态流量测量。因此，此外还能够省略铺设得足够长的、直线形镇静路径，其在测量流量的情况下除了测量装置外是必需的并且额外地提高了冷却设备的价格。
[0021]-本发明允许高效的冷却。所运输的、特别是泵送的所有冷却剂都用于冷却，特别是用于强效冷却。在此，能够由此来继续减少泵的能耗，即仅当实际需要时才制造冷却剂的更高压力。例如能够由此来确定对于高压运行的需要，即测定执行机构的位置，例如阀门的盖位置，并且仅当至少一个执行机构的位置超过指定的、预设为极限值的打开位置时，才提高泵的额定压力。
[0022]-本发明是一种设备的重要模块，该设备允许灵活的组合式冷却运行，通过这种冷却运行不干扰或阻碍正常的生产，例如在钢厂中。
[0023]本发明有利的设计方案和改进方案由从属权利要求获得。在此还能够根据涉及装置的从属权利要求改进根据本发明的方法，并且反之亦然。
[0024]根据本发明的一种优选的设计方案，将至少一个执行机构连续地调节到所测定的位置。优选地，至少一个执行机构是能连续调节的执行机构。至少一个执行机构的连续调节或可调节性意味着，至少一个执行机构无级地调节到所测定的位置。能够无级地调节的执行机构例如能够是阀门或调节活门。
[0025]使用了能连续调节的执行机构的控制方法并不明显比具有简单的开关阀的冷却段装备更昂贵。在这种情况下，高水箱将供水设施控制与阀门盖的控制相脱离。这种控制避免了在一定温度中在开关阀中出现的换路，因此，其特别适用于模型预测地控制在冷却段中随时间变化的冷却过程。
[0026]本发明的一种优选的改进方案提出，至少一个冷却剂泵配属有泵特征曲线族η =q (w，Δ ρ)，该特征曲线族给出了作为冷却剂流量w和冷却剂压差Λ P的函数的泵转速η，该压差产生于泵的输入侧处的抽吸压和泵的输出侧处的输出压之间；测定冷却剂的抽吸压；并且以与该压差和额定冷却剂流量相配的由泵特征曲线族测定的转速运行泵。
[0027]替代地还可行的是，至少一个冷却剂泵配属有第二泵特征曲线族w = r(n,Ap),该特征曲线族给出了作为泵转速η和冷却剂压差Λ ρ的函数r的冷却剂流量w，所述压差产生于泵的输入侧处的抽吸压和泵的输出侧处的输出压力之间。替代地还可行的是，至少一个冷却剂泵配属有第三泵特征曲线族Λ P = s (n, w),该特征曲线族给出了作为泵转速η和冷却剂流量w的函数s的冷却剂的压差Λ ρ，所述压差产生于泵的输入侧处的抽吸压和泵的输出侧处的输出压之间。
[0028]为冷却设施供给冷却剂的冷却剂泵，例如水泵，能够配属有泵特征曲线族η =q(w, p-psaug)。在此，η代表额定泵转速，w代表为了冷却而待输送的冷却剂流量，P代表在泵的输出侧处的压力，并且Psaug代表了在泵的输入侧处的抽吸压。在此，w必须是冷却系统的所有执行机构的冷却剂流量之和，包括可能也存在的从冷却系统的泵中吸取冷却剂的其他消耗设备。泵由程序计算机如下地操控，使得泵以转速η运行，该转速在将额定冷却剂流量w和额定增压量p-psaug插入到泵特征曲线族时得到。有利地，为此测量在泵的输入侧处的抽吸压。替代地还能够使用估算值，其例如由在泵的放置地点和冷却剂水箱中的冷却剂液位之间的高度差测定，利用该冷却剂水箱供给了泵的抽吸侧。替代地，还能够使用其他调节装置的额定值，该调节装置为泵在抽吸侧上供应了冷却剂。
[0029]有利地，控制装置不仅控制了执行机构，而且还控制了例如用于高水箱的泵，因为控制装置已经事先知道了要提供的冷却剂流量。这能够以所谓的智能冷却剂管理的形式来提供:在这种情况下，除了执行机构，例如阀门的盖之外，控制装置还全面地操控整个供水设施，并且“识别”系统中所有的水消耗设备，即基于截至现在所聚集的和/或当前的消耗值考虑该系统的水消耗量。该控制装置特别地还操控了强效冷却系统。
[0030]优选地，利用变流器调节频率地来操控泵。泵的特征曲线族或者是预先已知的，或者至少一次性地通过泵的容积测量来测定。
[0031]有利地，至少一个执行机构的位置和用于运行至少一个冷却剂泵的转速在一个步骤中作为整体的额定值组来测定，其中，在至少一个执行机构上游的冷却剂的压力与在泵的输出侧处的输出压相等。
[0032]优选地，过程计算机在一个步骤中测定作为整体的额定值组(=全面控制)的泵的额定转速和执行机构的位置，例如阀门或盖的位置。因此，当操作执行机构时，不必等到确实存在实际冷却剂压力，反之亦然。此外还避免了，泵由于在不允许的范围内运行而可能受损。也就是说，当单独的泵调节系统基于之前对冷却剂需求量的估算而在预控制中使泵加速，但是过程计算机没有如所预期地打开执行机构时，可能出现这种损坏，因为存在有故障并且在此时没有执行机构的额定值组。相反地，在有了整体的额定值组时，总是确保了连贯性。
[0033]此外可行的是，通过测量或者估算来测定在泵的输入侧处的冷却剂的抽吸压。
[0034]根据一种设计方案，调整执行机构特征曲线族，为此，测定，特别是测量冷却剂的压力；测定执行机构的位置；由执行机构特征曲线族测定与所测定的值，即压力和位置相对应的冷却剂流量；使得由执行机构特征曲线族所测定的冷却剂流量与所测量的冷却剂流量相比较；并且如下地改变执行机构特征曲线族，使得由执行机构特征曲线族所测定的冷却剂流量与所测量的冷却剂流量一致。
[0035]根据一种设计方案，为了调整执行机构特征曲线族，以第二种形式w = g(ki，p)给出的执行机构特征曲线族借助基函数以g(ki;p) =Σ Λ^(^,ρ)的形式来表示，其中，对于相应所附属的基函数Mki, P)选择适当的放大因数h。该控制的常见缺点，即所调节的冷却剂量与调节系统的情况中相比是不准确的，能够通过借助因数&的对执行机构特征曲线族的调适来平衡。
[0036]当基函数是局域函数时，例如当其是仅在展开点的周围不是零的B样条线(B-Splines)时，调适特别快地收敛，因为此时特征曲线族仅在目前测量的附近得到改善，并且特征曲线族的远离当前测量结果的点没有改变，特别是没有恶化。
[0037]在这种做法中还必需的是，在调适期间或之后检验特征曲线族，是否仍然严格单调递增地。这例如能够发生于，当检测到不准确的测量值时，或者当开头的特征曲线族是极其不准确的并且调适必须实行大幅度的校正时。如果特征曲线族在调适之后不是严格单调递增的，那么减少或者回退相应的因数q的调整量。否则，过程计算机不能由给定的额定冷却剂流量Wstjll和压力P通过根据ki解开方程Wstjll = g(ki； P)唯一地测定执行机构的位置h。
[0038]还可行的是，在一种改进的实施方案中，执行机构特征曲线族以第一特征曲线形式k = f(w, P)存放，其使得由额定冷却剂流量W能够直接测定执行机构位置ki。也就是说，在这种情况下，特别地直接调适了以第一特征曲线形式k = f (w,p)存放的特征曲线族。为此测定，特别是测量了冷却剂的压力P和冷却剂的冷却剂流量W，由执行机构特征曲线族测定执行机构的与所测定的值、即压力和冷却剂流量相对应的位置，使得由执行机构特征曲线族所测定的执行机构位置与所测量的执行机构位置相比较，并且如下地改变执行机构特征曲线族，使得由执行机构特征曲线族测定的执行机构位置与所测量的执行机构位置一致。
[0039]根据一种优选的设计方案，为了调整执行机构特征曲线族，以第一种形式k =f (w, p)给出的执行机构特征曲线族借助基函数以f(w, P) = Σ j a」fj (w, p)来示出，其中，对于相应所附属的基函数A (?，P)选择适当的放大因数4。在这种情况下，过程计算机能够由压力P和额定水量Wstjll根据Iii = f (Wstjll, P)直接确定执行机构的必要位置k,而不必预先倒置特征曲线族。这种做法中特别有利的是，在通过调适来调整系数a」时，不必检验该特征曲线族是否仍然是严格单调递增的。这种做法的另一个优点是，取消了在根据变量解开非线性函数时产生的计算耗费。
[0040]根据本发明的一种有利的改进方案，调整泵特征曲线族，为此，测定压差和冷却剂的流量，由泵特征曲线族测定与所测定的值相对应的泵转速，将由泵特征曲线族测定的泵转速与所测量的转速相比较，并且如下地改变泵特征曲线族，使得由泵特征曲线族测定的泵转速与所测量的泵转速一致。
[0041]有利的是，为了调整泵特征曲线族，以第二种形式n = q (w，p-psaug)给出的泵特征曲线族借助基函数以q(w，p-psaug) = Σ j Cj gj(w,p-psaug)的形式来示出，其中，对于相应所附属的基函数Qj (w, p-psaug)选择适当的放大因数bj。
[0042]该控制的常见缺点，即所调节的冷却剂量与调节系统的情况相比是不准确的，能够通过借助因数h的对泵特征曲线族的调适来平衡。
[0043]还可行的是,泵特征曲线族以第二种形式w = r (n, p_psaug)来存放。但是,当要测定泵的额定转速时，此时必须根据η解开泵特征曲线族。特别地，当要调整泵特征曲线族时，这是不利的；如果希望以w = r(n, p-psaug)的形式调整泵特征曲线族，不能确保能够唯一地根据泵转速来解开。因此，在这种情况下不能排除错误控制。相应的，当泵特征曲线族以第三种形式Λ P = p-psaug = s(n,w)表示时,也是如此。当要测定泵的额定转速时，此时也必须根据η来解开该泵特征曲线族。
[0044]根据一种优选的设计方案，控制装置包括至少一个执行机构，该执行机构优选地构造成阀门或者调节活门。
[0045]本发明的另一种优选的改进方案是轧机设备的冷却段，其包括上述用于控制材料在冷却段中的冷却的控制装置。
[0046]根据一种优选的设计方案，冷却段包括强效冷却段和/或层流冷却段。因此，本发明不仅能够用于强效冷却段，还能够用于层流冷却段。本发明不局限于强效冷却。当执行机构在正常的层流冷却段的区域内能够连续调节时，由此还可以控制该区域。特别是当转速可变的泵直接由冷却剂供应网供应冷却剂时，例如直接由供水网供应水，即没有布置在其中的且用作缓冲区的高水箱时，也能够实施本发明。
[0047]利用强效冷却、具有特别高的冷却效率的冷却段的部段能够实现高的冷却率。还作为“Power Cooling(强力冷却)”法已知的强效冷却的优点在于，由此能够更快地、即以更高的冷却率冷却在广泛的厚度范围内的硬度更高的和高硬度的钢。这实现了高度准确地且高效地生产额外的钢种类，特别是具有比至今的更高的硬度的钢种类。
[0048]强效冷却部段在冷却段的前部区域内进行能够是特别有意义的，以便在原材料中限制晶粒生长，加速材料的阶段转化，并且由此总体上提升了材料的硬度。但是，在特定的情况下，这种强效冷却在初轧机后方进行也能够是有意义的，或者其能够安装在冷却段的其他位置处。还能够在精轧机列的机架之间布置强效冷却梁。
[0049]例如，用于热轧机的带材冷却系统可以包括半成品带材冷却以及成品带材冷却，该系统由强效冷却段和层流冷却段组成。在此，半成品带材冷却系统能够安装在初轧机架后方的中间辊道的区域内。其使得半成品带材在进入精轧机列中之前在整个长度和宽度上的温度均衡。在精轧机列的输出端处能够布置强效冷却段。层流冷却段能够定位成紧接在强效冷却系统之后的。通常，这两个设备一起运行。
[0050]对于在冷却段中的应用情况有特别意义的是，此时，冷却设施的调节范围朝向小水量的方向是足够大的，以便当生产仅允许使用低冷却率的材料时，强效冷却能够如正常的层流冷却一样地使用。因为在生产时，具有高的冷却效率的材料与需要低的冷却效率的标准产品混合地生产，所以通过本发明实现的冷却效率的迅速转换是极有利的。因此，本发明绕过了极其不利的解决方案，其要求在每次转换冷却水量时推出大型管道，例如通过关闭增压泵和激活来自用于低压运行的水箱的供给的从高压运行到低压运行的转换。这种解决方案只能例如在更换轧辊期间或者其他较长的停机状态期间切换，然而不能在运行着的生产期间进行。
[0051]本发明的其他优点是，在带材进入或者当带材再次离开强效冷却系统时，大水量的动态转换。强效冷却中的带材可能需要8000m3/h范围内的冷却水量。通常，在带材进入到冷却段之前，不能已经激活强效冷却，因为在带材较薄时，由水作用到带材上的力能够导致带材的上扬。另一方面，当带材较厚时，通常在带材的头几米上需要较热的带材，从而卷取装置能够抓住带材并且围绕芯轴弯曲。这意味着，特别是在带材进入时和带材离开时必须高度动态地改变大水量。而本发明就提供这种动态。
[0052]此外，本发明还实现了，准确地定量在强效冷却时使用的大水量。用于施加强效冷却的水量准确度对于能够达到的卷取温度的准确度是起决定作用的。这是特别重要的，以便使高冷却率的优点、提升硬度，不能转变成材料特性的可再生性差的缺点。通过利用本发明能够实现的冷却剂流量的准确度，当以低冷却效率运行强效冷却以制造标准产品时，能够避免卷取温度准确度与标准层流冷却相比是变差的。但是，以高冷却效率运行时，本发明也避免了卷取温度准确性的值得注意的恶化。
[0053]优选地，本发明代表了在金属加工机列的冷却段上的，特别是在热轧带材车间中的，根据特征曲线族的对冷却剂执行机构的控制方法的应用，和优选附加的根据特征曲线族的对冷却剂泵的控制方法的应用。但是本发明特别地还能够用于厚板轧机列中，其中必须生产并冷却厚的板材。

【专利附图】

【附图说明】
[0054]结合下面借助附图详尽阐述的对实施例的描述使本发明的上述属性、特征和优点以及如何达到这些的方式和方法变得更加清楚易懂。其示出:
[0055]图1是金属加工机列；
[0056]图2是第一执行机构特征曲线族；
[0057]图3是第二执行机构特征曲线族；
[0058]图4是第一泵特征曲线族；
[0059]图5是第二泵特征曲线族；以及
[0060]图6是冷却剂流量控制的适宜图。

【具体实施方式】
[0061]图1示出了一种金属加工机列1，其在此设计为冷却机列2，也称为冷却段。冷却机列2接在精轧机列下游，其最后的轧机架以3示出。在此构造成带材形式的待加工金属4的材料4，首先穿过精轧机列，并且然后穿过冷却段2，紧接着为了运离或者为了到后续处理之前的中间存储而卷绕在冷却段2下游的卷取装置5上。
[0062]金属加工机列I例如能够布置在钢厂的热带钢轧机中。
[0063]冷却段2包括执行机构6，利用该执行机构能够将定义的冷却剂流量输出到材料4处；包括冷却剂输送系统13，通过该冷却剂输送系统能够将冷却剂从冷却剂库中，例如从供水网或高水箱中，输送给执行机构6 ;并且包括连接到冷却剂输送系统13中的冷却剂泵20，利用该冷却剂泵能够针对泵20的输入侧20e上的冷却剂压力来改变泵20的输出侧20a上的冷却剂压力。在这种情况下，执行机构6包括盖和阀门，利用这些能够使用作冷却剂的水经过冷却梁14施加到，例如喷洒到带状金属4上，以便冷却金属。
[0064]尽管在图1中仅示出了几个执行机构6，然而冷却段2能够包括大量的这种执行机构6。在此，能够通过相同的泵来为所有执行机构供应冷却剂。还可行的是，存在两个或者多个泵，其分别为一个或多个执行机构供应冷却剂。
[0065]冷却段2还包括在图1中示意性示出的控制装置7。控制装置7包括计算单元8、存储单元12、用于使数据输入到计算单元8中的输入设施9、以及用于显示数据的显示设施10。根据执行机构特征曲线族I Iw,计算单元8通过控制导线15控制执行机构6，例如阀门、喷嘴或盖。此外，根据泵特征曲线族lln，计算单元8还通过控制导线15控制冷却剂泵20。
[0066]为了能够针对性地降低材料4的温度，单个地操控执行机构6，并且因此单独地调节冷却梁14的穿流量。高水箱通过冷却剂输送系统13为冷却梁14馈给冷却剂，特别是水。在冷却率特别高时，可以接通泵20。以这种方式能够根据相应的所生产的材料，例如钢的种类,来调整冷却。
[0067]可行的是，控制装置7能够以手动运行模式至少部分地通过输入设施9由操作员来改变，从而例如能够成组地或者单独地操控执行机构6。手动的可驱动性不必设计置成永久的，同样能够良好的设想，能够在自动运行模式和手动运行模式之间切换。
[0068]此外，计算单元8还获得了关于冷却段2或者金属4的状态的其他信息。除了与冷却剂输送系统13的不同位置处的冷却剂压力相关的测量值以外，还向计算单元8输送金属4的初级数据，其描述了在进入到冷却段2时的金属4或其状态，例如金属的化学成分、速度V和金属温度T。
[0069]在存储单元12中存储了一个或者多个执行机构特征曲线族Ilw和一个或多个泵特征曲线族lln。根据执行机构或泵的类型，为相应的构件配属所存储的特征曲线族中的一个。优选地，为两个或者多个相同类型的执行机构或泵配属同一个特征曲线族；由此实现冷却系统中的更快的收敛，并且能够更快地实现对冷却的控制。但是还可行的是，为每个执行机构6和每个泵20配属独有的特征曲线族Ilw或lln。
[0070]图2以附图示出第一执行机构特征曲线族11k，其利用执行机构6的位置h作为参数描述了冷却剂压力P和穿过该执行机构6的冷却剂流量W彼此间的相关性:k = f (W,P)。冷却剂压力P沿着P轴(=y轴)增长，开始于P = O处。冷却剂流量w沿着w轴(=X轴)增大。参数曲线匕对于执行机构6的不同位置h定义了冷却剂压力P和冷却剂流量w之间的彼此相关性；在1^ = 10%时，执行机构的打开度为百分之10，在k = 90%时，执行机构的打开度为百分之90。执行机构特征曲线族Ilk能够存储在控制装置的存储单元中。
[0071]第一特征曲线k = f(w,p)形式的执行机构特征曲线族Ilk具有以下优点，即能够由额定冷却剂流量I soll直接测定执行机构位置h:控制装置的过程计算机对于每个执行机构都测定实际压力Pi,将其插入到所附属的相应执行机构的执行机构特征曲线族Iik中，并且基于执行机构特征曲线族Ilk对于每个额定冷却剂流量Wi,S()11测定执行机构的对应的额定执行机构位置h。然后，过程计算机相应地操控执行机构。为此，控制装置的信号单元将用于使至少一个执行机构调节到所测定的位置h的信号发送到用于调节执行机构的调节单元处。
[0072]图3以附图示出了其他的第二执行机构特征曲线族11?，其利用冷却剂流量w作为参数描述了执行机构6的位置k和冷却剂压力P彼此间的相关性:w = g(k，p)。冷却剂压力P沿着P轴(=y轴)增加，开始于P = O处。执行机构6的位置Ici沿着k轴(=χ轴)增大；在k = O时，执行机构的打开度为百分之0，在k = 100时，执行机构的打开度为百分之100。参数曲线w对于不同的冷却剂流量w定义了冷却剂压力P和执行机构的位置h之间的彼此相关性。
[0073]第二执行机构特征曲线族I Iw用于测定执行机构6的位置ki;在该位置中，在预设的冷却剂压力Pi下获得所期望的冷却剂流量，即额定冷却剂流量Wi, S0llo根据图1中所示的冷却段2，为此如下地进行:首先测定在冷却剂的流动方向上看在冷却剂泵20和执行机构6之间的冷却剂的压力Pi。这种测定能够通过压力测量或者估算来进行。随后，由配属于执行机构6的执行机构特征曲线族Ilw测定执行机构6的与所测定的压力值Pi和额定冷却剂流量Wi,S()11相对应的位置kit)最后将所涉及的执行机构6调节到所测定的位置h。
[0074]如果在例如通过冷却剂流量的流量测量来测定的实际冷却剂流量和根据执行机构特征曲线族Ilw所期望的冷却剂流量Wi,S()11之间出现了大于允许的公差值的差，优选地，执行到实际关系的对于执行机构特征曲线族Ilw的调适。为此，以w = g(k，p)形式给出的执行机构特征曲线族Ilw,借助基函数gj(k,P)以g(k,p) = Σ j Cj fj(k,p)的形式来示出，其中，w代表冷却剂流量，P代表冷却剂压力并且k代表执行机构位置。对于相应所附属的基函数g^k，p)选择适当的放大因数&为此，测定，特别是测量冷却剂的压力P，测定执行机构6的位置k，从中借助基函数测定数值(=容积流量= g^k，p)，并且通过使用数值Clj如下地选择放大因数h的变化量Λ Cj,使得所测定的冷却剂流量w接近额定冷却剂流量Wsoll,并且使放大因数Cj的变化量Λ Cj最小化。
[0075]图4以附图示出了泵特征曲线族12η，其利用冷却剂泵20的转速η作为参数描述了在冷却剂泵20上游和下游的冷却剂压力的压差Λ P与冷却剂流量w彼此间的相关性:η=q(w, Λ ρ)。压差Λ ρ沿着Δ ρ轴(=y轴)增加,开始于Λ P = O处。冷却剂流量w沿着w轴(=x轴)增大。参数曲线η对于冷却剂泵20的不同转速η定义了冷却剂压差Λ ρ和冷却剂流量w之间的彼此相关性。
[0076]泵特征曲线族12η用于测定转速Iii,在该转速时，在预设的冷却剂压差Λ ρ下获得所期望的冷却剂流量，即额定冷却剂流量WiJ1115根据图1中示出的冷却段2，为此如下地进行:首先测定冷却剂的抽吸压Psaug,即泵20的输入侧20e处的冷却剂压力，并且从中计算额定压差ApS()11。然后由泵特征曲线族12η针对所计算的额定压差Λ Pstjll和额定冷却剂流量Wiistjll测定泵转速η”最后将泵20的转速调节到所测定的值Iii上。
[0077]如果在例如通过冷却剂流量的流量测量来测定的实际冷却剂流量和根据泵特征曲线族12η所期望冷却剂流量Wiistjll之间出现了大于允许的公差值的差，优选地，执行到实际关系的对于泵特征曲线族12η的调适。
[0078]为此以n = q(w,p_psaug)形式给出的泵特征曲线族12η,借助基函数以q(w,p-psaug)=Σ j bj qj (w, p-psaug)的形式来示出，其中，η代表泵转速,P代表在泵20的输出侧20a处的输出压，Psaug代表在泵20的输入侧20e处的抽吸压，并且w代表冷却剂流量。对于相应所附属的基函数％(?，P-Psaug)选择适当的放大因数Iv为此，测定，特别是测量泵的输出侧20a处的冷却剂输出压P。从中利用冷却剂的已知的抽吸压Psaug,即泵20的输入侧20e处的冷却剂压力，测定冷却剂的压差Λρ。此外，测定，优选地测量冷却剂流量Wi。从中借助基函数测定数值(=转速)ej = Qj (W，P-Psaug)，并且通过使用数值ej如下地选择放大因数bj的变化量Λ Iv使得根据泵特征曲线族12η所预期的泵转速接近实际的泵转速，并且使放大因数h的变化量Λ h最小化。
[0079]图5以附图示出了其他的第二泵特征曲线族12w，其利用冷却剂流量w作为参数描述了在冷却剂泵20上游和下游的冷却剂压力的压差Λ ρ和泵转速η彼此间的相关性:w =r (η, Δ ρ)。压差Λ ρ沿着Δ ρ轴(=y轴)增加,开始于Λ P = O处。泵转速η沿着η轴(=x轴)增大。参数曲线w对于冷却剂的不同容积流量w定义了冷却剂压差Λρ和转速η之间的彼此相关性。
[0080]图6以示意图示出了对于到待冷却的材料4上的冷却剂流的控制。在管道形式的冷却剂输送系统13中，在冷却剂的流动方向上布置了泵20，并且在其下游布置了阀门6。在冷却剂的流动方向上看，在泵20的上游，即泵20的输入侧20e处，冷却剂有称为抽吸压Psaug的压力。在冷却剂的流动方向上看，在泵20的下游，即在泵20的输出侧20a处，冷却剂具有简单地称为ρ的压力，该压力通过由泵20产生的压力变化而由抽吸压Psaug中获得。借助泵特征曲线族12η控制泵20的运行，特别是其转速η。在冷却剂的流动方向上看布置在泵20下游的阀门6的通流度，借助执行机构特征曲线族Ilk来控制。因此，通过泵20和阀门6能够准确地控制到材料4上的冷却剂的冷却剂流
[0081]如果在泵20和阀门6之间既不存在冷却剂源也不存在冷却剂流出口，如图6中所示，那么通过泵20运送的冷却剂流量Wi就等于穿流过阀门6的冷却剂流量，即Wi^n= Wi,S。因此，优选地如果不能测定，特别是如果不能测量冷却剂流量Wi,能够使得执行机构特征曲线族Ilk和泵特征曲线族12η如下地彼此相对应地调整，使得其提供不矛盾的结果。
[0082]此外，优选地如果不能测定，特别是如果不能测量冷却剂流量Wi，能够根据待冷却的材料、例如金属部件的温度来调适。由此能够弥补或消除冷却剂流量Wi的误差。当充分已知温度模式时，能够由指定的冷却剂流量Wi推断以确定的温差下降的冷却。
[0083]尽管在细节上通过优选的实施例详尽阐述并说明了本发明，但是本发明不局限于公开的实例，并且本领域技术人员能够从中推导出其他的变体，而不离开本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于控制利用冷却剂对材料(4)进行的冷却过程的方法， 其中，通过至少一个执行机构(6)控制所述冷却剂向所述材料(4)的输送(13)，所述执行机构能够调节到两个或多个不同的位置(k)，其中所述执行机构(6)配属有执行机构特征曲线族(11k，Ilw)，所述执行机构特征曲线族给出了冷却剂流量(W)、所述冷却剂的压力(P)和所述执行机构(6)的位置(k)之间的关系， 其中至少一个在所述冷却剂的流动方向上看布置在至少一个所述执行机构(6)上游的冷却剂泵(20)配属有泵特征曲线族(12n，12w)，所述泵特征曲线族给出了在所述泵(20)的转速(η)、所述冷却剂的压差(Λρ)和冷却剂流量(w)之间的关系，所述压差在所述泵(20)的输入侧(20e)处的抽吸压(Psaug)和所述泵(20)的输出侧(20a)处的输出压(p)之间获得；并且 其中调节冷却剂流量(Wi)，为此测定所述压差(Λρ)，由所述泵特征曲线族(Iln)来测定与所测定的所述压差(Λρ)和额定冷却剂流量(WiJ11)相对应的所述转速(rO，所述泵(20)调节到所测定的所述转速(Iii)上，测定在所述冷却剂的流动方向上看在至少一个所述执行机构(6)上游的所述冷却剂的所述压力(Pi),由所述执行机构特征曲线族(Ilw)测定与所测定的压力值(Pi)和所述额定冷却剂流量(WiJ11)相对应的所述位置CO，并且使所述执行机构(6)调节到所测定的所述位置CO。
2.根据权利要求1所述的方法， 其中，至少一个能够无级地调节到两个或多个不同的所述位置(k)的所述执行机构(6)连续地调节到所测定的所述位置CO。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，至少一个所述执行机构(6)的所述位置CO和用于运行至少一个所述冷却剂泵(20)的所述转速(Iii)在一个步骤中作为整体的额定值组来测定，其中，在至少一个所述执行机构(6)上游的所述冷却剂的所述压力(Pi)与所述泵(20)的所述输出侧(20e)处的所述输出压(P)相等。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，测量或估算所述泵(20)的所述输入侧(20e)处的抽吸压(Psaug)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，调整所述执行机构特征曲线族(11k)，为此测定、特别是测量所述冷却剂的所述压力(Pi),测定、特别是测量所述冷却剂的所述冷却剂流量(Wi),由所述执行机构特征曲线族(Ilk)测定所述执行机构￠)的与所测定的值(Wi, Pi)相对应的所述位置，由所述执行机构特征曲线族(Ilk)测定的所述执行机构(6)的所述位置与所述执行机构(6)的测量的位置相比较，并且，改变所述执行机构特征曲线族(IIk)，使得由所述执行机构特征曲线族(Ilk)测定的所述执行机构￠)的所述位置与所述执行机构￠)的所述测量的位置一致。
6.根据权利要求5所述的方法， 其中，所述执行机构特征曲线族(Ilk)以k = f(w,p)形式给出，其中，w代表所述冷却剂流量，P代表所述冷却剂的所述压力并且k代表所述执行机构的所述位置，为了调整所述执行机构特征曲线族(11k)，所述执行机构特征曲线族借助基函数& (W，P)表示为f(w，p)=Σ jajfj(w,p)的形式,其中，选择适合于相应所配属的所述基函数fj(w,p)的放大因数a」。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，调整所述泵特征曲线族(12η)，为此测定所述压差(Λρ)和所述冷却剂的流量(Wi)，由所述泵特征曲线族(12η)测定与所测定的值(ApiWi)相对应的泵转速(η)，由所述泵特征曲线族(12η)所测定的所述泵转速与测量的泵转速相比较，并且改变所述泵特征曲线族(12η)，使得由所述泵特征曲线族(12η)测定的所述泵转速与所述测量的泵转速一致。
8.根据权利要求7所述的方法， 其中，所述泵特征曲线族(12η)以n = q(w, p-psaug)的形式给出，其中，η代表所述泵转速，P代表所述泵(20)的所述输出侧(20a)上的所述输出压，Psaug代表所述泵(20)的所述输入侧(20e)上的所述抽吸压，并且w代表所述冷却剂流量，为了调整所述泵特征曲线族(12η),所述泵特征曲线族借助基函数表示为q(p_psaug，w) = Σ jbj-qj (w, p-psaug)的形式,其中，选择适合于相应所附属的所述基函数％(w，p-psaug)的放大因数bj。
9.一种用于控制利用冷却剂对材料(4)进行的冷却过程的计算机程序产品， 其中，通过至少一个执行机构(6)控制所述冷却剂向所述材料(4)的输送，所述执行机构能够调节到两个或多个不同的位置(k)，其中所述执行机构(6)配属有执行机构特征曲线族(llk，llw)，所述执行机构特征曲线族给出了冷却剂流量(W)、所述冷却剂的压力(P)和所述执行机构(6)的位置(k)之间的关系， 其中至少一个在所述冷却剂的流动方向上看布置在至少一个所述执行机构(6)上游的冷却剂泵(20)配属有泵特征曲线族(12n，12w)，所述泵特征曲线族给出了所述泵(20)的转速(η)、所述冷却剂的压差(Λρ)和冷却剂流量(w)之间的关系，所述压差在所述泵(20)的输入侧(20e)处的抽吸压(Psaug)和所述泵(20)的输出侧(20a)处的输出压(p)之间获得，并且 其中，当通过计算单元(8)运行所述计算机程序产品时，执行以下方法步骤: -由所述泵特征曲线族(12n，12w)测定所述泵(20)的、与在所述泵(20)的所述输入侧(20e)和所述输出侧(20a)之间的所述冷却剂的压差(Λ P)和额定冷却剂流量(Wi^11)相对应的转速(Iii)； -由所述执行机构特征曲线族(11k，llw)测定与所述冷却剂的压力值(Pi)和所述额定冷却剂流量(Wi)相对应的位置CO，所述压力值是在所述冷却剂的流动方向上看在至少一个所述执行机构(6)上游测定的； -产生信号，所述信号在配属于所述执行机构(6)的调节单元处触发所述执行机构(6)到所测定的所述位置CO处的调节；以及 -产生信号，所述信号在至少一个所述冷却剂泵(20)处触发到所测定的所述转速(Iii)的调节。
10.一种用于控制利用冷却剂对材料(4)进行的冷却过程的控制装置(7)，包括 -至少一个存储单元(12)，所述存储单元设计用于存储执行机构特征曲线族(11k，llw)，所述执行机构特征曲线族给出了冷却剂流量(Wi)、所述冷却剂的压力(P)和用于控制所述冷却剂向所述材料(4)的输送的、至少一个配属于所述执行机构特征曲线族(w)的执行机构(6)的位置CO之间的关系；并且所述存储单元设计用于存储泵特征曲线族(12η，12w)，所述泵特征曲线族给出了所述泵(20)的转速(η)、所述冷却剂的压差(Λρ)和冷却齐U流量(w)之间的关系，所述压差在所述冷却剂泵(20)的输入侧(20e)处的抽吸压(Psaug)和所述冷却剂泵(20)的输出侧(20a)处的输出压(P)之间获得， -处理器单元(8)，所述处理器单元设计用于，由所存储的所述执行机构特征曲线族(Ilkaiw)测定至少一个所述执行机构(6)的与所测定的所述冷却剂的压力值(Pi)和额定冷却剂流量(Wi)相对应的位置(10，并且由所存储的所述泵特征曲线族(12n，12w)测定与所测定的、所述冷却剂在所述泵(20)的所述输入侧(20e)和所述输出侧(20a)之间的压差(Λρ)和额定冷却剂流量(Wi,S()11)相对应的所述泵(20)的所述转速00， -信号单元(22)，所述信号单元设计用于，发送用于使至少一个所述执行机构(6)调节到所测定的位置CO处的信号到调节单元处，以及发送用于使至少一个所述冷却剂泵(20)调节到所测定的所述转速(Iii)的信号到转速调节器处。
11.根据权利要求10所述的控制装置(7)， 其中，所述控制装置(7)包括至少一个所述执行机构￠)，所述执行机构优选地设计为阀门或调节活门。
12.根据权利要求11所述的控制装置(7)， 其中，能够连续地调节至少一个所述执行机构(6)。
13.一种金属加工机列(I)的，特别是轧机设备的冷却段(2)，包括根据权利要求10至12中任一项所述的、用于控制所述冷却段(2)中的材料(4)的冷却过程的控制装置(7)。
14.根据权利要求13所述的冷却段(2)，其中，所述冷却段(2)包括强效冷却段和/或层流冷却段。
【文档编号】C21D9/573GK104334754SQ201380027245
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】克劳斯·魏因齐尔 申请人:西门子公司