Способ управления процессом или регулирования процесса на установке для обработки давлением, охлаждения и/или термической обработки металла

Способ управления процессом или регулирования процесса на установке для обработки давлением, охлаждения и/или термической обработки металла

Реферат

Изобретение касается способа управления процессом или регулирования процесса на установке для обработки давлением, охлаждения и/или термической обработки металла, в частности стали или алюминия, причем установка оборудована исполнительными элементами для регулирования определенных рабочих параметров, и в основе способа управления лежит модель процесса.

Под рабочими параметрами понимается, например, установка валков в прокатной линии или параметры охлаждения на участке охлаждения.

Из документа DE 19941600 А1, а также DE 19941736 A1 известны способы ведения и оптимизации процесса при горячей прокатке металла, в которых электромагнитное излучение горячего металла воспринимается в виде спектра и анализируется или в которых создаваемое источником рентгеновских лучей электромагнитное излучение на металл, в данном случае металлическую ленту, сразу же регистрируется и анализируется на обратной стороне ленты с учетом кристаллографических, и/или структурных, и/или химических преобразований, которые происходят при определенных температурах в металле, и в зависимости от степени преобразований или от хода этих преобразований осуществляется корректировка соответствующих показателей процесса и/или онлайновая адаптация модели процесса.

Известно также управление процессом только с помощью моделей структуры. Согласно документу WO 99/24182 рабочие параметры металлургической установки для обработки стали или алюминия должны изменяться при оптимизации структуры в зависимости от желаемых свойств металла. Посредством контроля структуры определяются ожидаемые свойства материала, в том числе потребительские свойства.

Осуществляется сравнение между заданными значениями и определенными посредством контроля структуры свойствами материала, в том числе потребительскими свойствами. Если существует разница между наблюдаемыми и расчетными значениями, то регулируют параметры процесса, в частности температуру, на входе или на выходе прокатного стана, а также степень обжатия.

Подобный способ раскрыт в ЕР 0829548. В документе WO 9924183 раскрыто изменение структуры стали при прокатке, а в DE 19941600 A1, DE 199417436 А1 подробно описан структурный переход γ-α.

Задача изобретения заключается в создании способа управления процессом или регулирования процесса на установке для обработки давлением, охлаждения и/или термической обработки металла, в частности стали или алюминия, в котором возможно целенаправленное онлайновое формирование структуры и с учетом свойства структуры формирование желаемых свойств материала.

Указанная задача решается в способе с признаками п.1 формулы изобретения. Преимущественные варианты приведены в зависимых пунктах формулы.

В способе согласно изобретению предусмотрено онлайновое определение по меньшей мере одного параметра, дающего информацию о структуре, и в зависимости от указанного параметра с использованием модели структуры, а также модели процесса определяют подходящие величины управления или регулирования процесса для воздействия на исполнительные элементы установки, при этом модель структуры описывает происходящее во время обработки давлением, охлаждения и/или термической обработки твердофазные реакции, причем модель процесса обеспечивает надежное автоматическое управление процессом. Для этого определенный фактический параметр, характеризующий структуру, сравнивают с заранее заданным параметром и разницу между ними используют для регулирования процесса с использованием модели процесса и модели структуры.

Задача решается путем целенаправленного соединения модели процесса, онлайновой регистрации по меньшей мере одного показателя структуры, например, в конце подлежащего управлению процесса, а также модели структуры. Согласно предлагаемому способу модели прогноза должны включать модель структуры, т.е. модель прогноза твердофазных реакций во время обработки давлением, например, на прокатном стане или при охлаждении на участке охлаждения и возникающие при этом особенности структуры.

Преимущественно в зависимости от зарегистрированных параметров, характеризующих структуру, должна проводиться онлайновая адаптация модели процесса и/или модели структуры. Если при сравнении фактических и заданных параметров разность превысит определенную величину, то последует новый расчет модели процесса (например, модели пропуска через валки или модели участка охлаждения) и модели структуры.

Из характеризующих структуру параметров преимущественно регистрируется текущая величина зерна и/или момент преобразования структуры или временной интервал преобразования структуры.

Регистрация фактического параметра, в частности величины зерна, осуществляется предпочтительно с помощью приборов неразрушающего действия, как, например, ультразвуковых приборов, в частности лазерных ультразвуковых приборов, а также рентгеновских аппаратов.

Для регистрации преобразования структуры применяют контактирующие с металлом измерительные приборы. Среди них приборы для измерения усилия обжима при прокатке, а также измерительные ролики для регистрации действующих на металлическую ленту при обработке давлением растягивающих напряжений. Связанное с γ-α превращением продольное удлинение решетки может таким образом регистрироваться в качестве меры преобразования структуры с помощью этих контактирующих приборов.

По другому предпочтительному варианту выполнения онлайн регистрируется температура преобразования в качестве величины, характеризующей структуру, с помощью по меньшей мере прибора для регистрации температуры, который выполнен подвижным относительно направления подачи металла и позиционируется в зависимости от ожидаемого места преобразования структуры, которое предсказывается согласно модели структуры. Предпочтительным является то, что предусмотрено несколько приборов для регистрации температуры.

Предложенный ниже способ более подробно описывается с помощью предпочтительных примеров исполнения.

Для группы С-Mn-сталей с использованием моделей структуры, исходя из химического состава и с учетом плана проходов через валки прокатного стана, осуществляют предварительный расчет величины зерна аустенита структуры подлежащего обработке металла в определенный момент, соответственно в определенной стадии процесса. Онлайн в данном случае при процессе прокатки бесконтактным способом, соответственно неразрушающим способом, позади последней клети прокатной линии регистрируется фактическая величина зерна аустенита в металлической структуре. Замеренная фактическая величина зерна аустенита сравнивается с предварительно заданным значением величины зерна аустенита структуры на этой стадии процесса. Если имеет место отклонение фактической величины от заданного значения, то с учетом полученной разности определяется корректирующая величина для управления исполнительным элементом прокатной линии, при этом используются модели структуры и процесса, которые лежат в основе прокатки, в результате чего осуществляется соответствующая загрузка исполнительных элементов. Если, например, измеренная величина зерен аустенита меньше заданной величины, то дается корректирующее указание исполнительному элементу в части охлаждения промежуточных прокатных клетей прокатной линии, чтобы уменьшить охлаждение промежуточных клетей и таким образом добиться повышения температуры на конечных валках. При повышении температуры на конечных валках происходит увеличение зерна аустенитной структуры в конце прокатной линии. Так как уже самое незначительное изменение температуры на конечных валках оказывает существенное влияние на величину зерна аустенита, то управление или регулирование установки может оказать воздействие на обрабатываемую металлическую ленту или лист, то есть возможна регулировка величины зерна по заданному значению еще при обработке одной и той же ленты.

По предпочтительному варианту осуществления способа регистрация фактических, характеризующих структуру величин осуществляется во время процесса обработки металла путем воздействия давлением, охлаждения и/или термической обработки в определенной точке, то есть на клети (n) или при проходе (n) с целенаправленным управлением параметром процесса на предыдущей клети (n-1) или предыдущем проходе (n-1) через валки в зависимости от полученного результата сравнения заданной и фактической величин.

Проводится, например, измерение величины зерна структуры металлической полосы или металлического листа перед обработкой в клети (n) прокатного стана для горячей прокатки широкой ленты или перед обработкой давлением в проходе (n) толстолистового прокатного стана, например, с помощью ультразвукового прибора. При значительном отклонении замеренной величины от заданной осуществляется новый расчет по модели процесса, в частности по модели прохода через прокатные валки, и модели структуры с воздействием на сигналы управления для исполнительного элемента предыдущей клети или исполнительного элемента для предыдущих валков, так что может быть достигнута желаемая требуемая величина. Переналадка предыдущей клети может быть выполнена онлайн уже для прокатываемых в текущее время ленты или листа и/или использована при прокатке последующих ленты или листа.

По одному из других предпочтительных вариантов осуществления способа предусмотрено онлайновое управление структурой на участке охлаждения проволочного прокатного стана с участками водяного и воздушного охлаждения таким образом, что с помощью ультразвукового прибора осуществляется измерение фактического значения величины зерна структуры, в частности величины зерна аустенита у металлической проволоки после прохода участка водяного охлаждения, а также регистрируется температура преобразования структуры и временной промежуток этого преобразования, то есть γ-α-превращения с помощью подвижных по направлению подачи и/или с помощью различно ориентируемых устройств для измерения температуры. Поскольку измеренные значения отличаются от заданных значений, производится новый расчет с использованием модели участка охлаждения и модели структуры, а также онлайновое регулирование исполнительного элемента участка охлаждения.

Предложенное онлайновое управление структурой, соответственно регулирование структуры, находит применение не только в прокатных станах для горячей прокатки ленты, тонких слитков, толстого листа, профилей, прутка и проволоки, но и при холодной прокатке ленты и алюминия.

1. Способ управления процессом или регулирования процесса на установках для обработки давлением, охлаждения и термической обработки металла, в частности стали или алюминия, включающий регулирование определенных рабочих параметров с помощью исполнительных элементов, использование модели процесса и модели структуры, по которым после регистрации характерных параметров на основе расчета он-лайн определяют соответствующие величины процесса управления и/или процесса регулирования для воздействия на исполнительные элементы, отличающийся тем, что в качестве измеряемой величины он-лайн регистрируют в конце или во время процесса, по меньшей мере, один фактический, характеризующий структуру металла параметр и в зависимости от его значения при использовании модели структуры, а также модели процесса осуществляют воздействие на исполнительный элемент установки для получения желаемых свойств структуры металла, при этом в качестве фактического параметра структуры определяют одно из следующих значений:

величину зерен структуры, которую определяют предпочтительно с помощью ультразвуковых или рентгеновских аппаратов,

момент преобразования структуры или временной промежуток преобразования структуры, которые определяют путем регистрации связанного с преобразованием продольного удлинения металла с помощью контактирующих с металлом измерительных устройств, таких как приборы для измерения усилия обжима или измерительных роликов,

температуру преобразования структуры, которую определяют с помощью, по меньшей мере, одного подвижного по направлению подачи металла устройства для измерения температуры, которое позиционируется в зависимости от ожидаемого, согласно модели структуры, места преобразования структуры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для сталей, содержащих углерод и марганец (C-Mn-стали) в качестве величины зерен структуры определяют величину зерен аустенита.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью нескольких регистрирующих приборов определяют место или временной промежуток между началом и концом преобразования структуры.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что управление структурой на основе расчета он-лайн осуществляют на участке охлаждения проволочного прокатного стана с участками водяного и воздушного охлаждения, при этом фактическое значение величины зерна структуры металлической проволоки определяют после прохода участка водяного охлаждения с помощью ультразвукового измерительного прибора и при этом с помощью подвижных по направлению подачи и различно ориентированных устройств для измерения температуры измеряют температуру преобразования структуры, а также преобразование структуры во времени, в частности при γ-α-превращении в стали.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в зависимости от измеренных характеризующих структуру величин осуществляют он-лайновую адаптацию модели процесса и/или модели структуры, если при сравнении фактической и заданной величины разность превышает определенное значение.