DE68928639T2 - Verfahren zur regelung der kühlung von stahlmaterial - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Stahl und insbesondere ein Verfahren zum geregelten Kühlen von warmgewalztem Stahl auf eine vorbestimmte Zieltemperatur.
• Ein Warmwalzsystem stellt im allgemeinen eine Stahlrolle durch Aufwickeln eines Stahlbleches mit einer Wickel maschine her, das nach dem Walzen des Stahles ein warmgezogener Stahl ist. Um ein solches Stahlblech aufzuwickeln, sollte das Stahlblech auf eine für das Wickeln geeignete Temperatur gekühlt werden. Im Warmwalzsystem wird das Stahlblech durch ein, z.B. in Fig. 5 gezeigtes, Kühlsystem R gekühlt.
• Wie in dieser Figur gezeigt, ist das Warmwalzsystem so aufgebaut, daß die Endwalzmaschine das Stahlblech S walzt, welches daraufhin gezwungenermaßen auf einen nicht gezeigten Auslauftisch in Richtung eines Pfeiles A in der Figur befördert und durch eine Wickelmaschine 6 aufgewunden wird. Ein Kühlsystem R ist entlang des Auslauftisches angeordnet, welches das Stahlblech S auf eine für das Aufwinden geeignete Temperatur kühlen soll. Das Kühlsystem R umfaßt an der Seite eines Einlasses daran ein Einlaßthermometer 2 zum Messen der Temperatur des Stahlbleches S, welches gekühlt werden soll, und an der Seite eines Auslasses daran ein Auslaßthermometer 5 zum Messen der Temperatur des Stahlbleches S nach dem Kühlen.
• Das Kühlsystem R ist in zwei Teile geteilt und vertikal über dem Auslauftisch angeordnet. Jedes der getrennten Teile umfaßt einen Wasserkühlabschnitt 3 zum Kühlen des Stahlbleches S, indem Wasser darauf gegossen wird, und einen Luftkühlabschnitt 4 zum Kühlen des Stahlbleches S mit Luft. Der Luftkühlabschnitt 4 weist den gleichen Aufbau wie der Wasserkühlabschnitt 3 auf, wenn der letztere das Gießen von Wasser auf das Stahlblech S beendet. Der Wasserkühlabschnitt 3 und der Luftkühlabschnitt 4, welcher auf den oberen und unteren Seiten des Kühlsystems R angeordnet sind, sind in N Kühlbetten, wie durch die Bezugszeichen 1 bis N in der Figur bezeichnet, jeweils unterteilt. Jedes Bett kann in seiner Kühlleistung, das Stahlblech S zu kühlen, geregelt werden.
• Um das Kühlen des Stahlbleches S durch das Kühlsystem R zu regeln, ist das Kühlsystem R in eine Vielzahl von Kühlbereiche unterteilt, von denen jeder ein oder mehrere Kühlbetten entlang des Auslauftisches umfaßt, wobei die Kühlleistung jedes Kühlbereiches durch Regeln der Zufuhrmenge eines Kühlmediums (Kühlwasser) aus jedem Bett auf das Stahlblech S in Anpassung an die Transportgeschwindigkeit des Stahlbleches S gesteuert wird.
• Bei der Steuerung der Kühlleistung des Kühlsystems R ist es, wie oben beschrieben, wichtig, die Kühlmenge für das Stahlblech S, d.h. den Änderungsbetrag der Temperatur des Stahlbleches S, in jedem Kühlbereich abzuschatzen. Dafür wurden bisher verschiedenartige Techniken vorgeschlagen, um die Temperatur des Stahlbleches S wahrend des Kühlens zu bestimmen und die Kühlsteuerung mit hoher Genauigkeit auszuführen. Wie in der japanischen offengelegten Veröffentlichung Nr.61-199580 ist unter den oben beschriebenen Techniken eine Technik bekannt, wobei das Lernen von Warmedurchgangskoeffizienten und Warmeübergangskoeffizienten durch die und von den oberen und unteren Oberflachen des Stahlbleches S beim Vorwartsbewegen mit Hilfe eines Karman-Filters bestimmt wird.
• Stahlmaterialien setzen jedoch im allgemeinen etwas Warme bei ihrer Umwandlung vom γ- zum α-Eisen, z.B. von Austenit zu Martensit, frei. Deshalb wird durch die gerade erwahnte Technik, wobei die Kühlleistung eines Kühlsystems gelernt wird, um die Temperatur des Stahlbleches zum Steuern des Kühlens abzuschatzen, ein Problem dadurch verursacht, daß das Regeln der Temperatur des Stahl bleches aufgrund der durch die Umwandlung des Stahles verursachten Wärmefreisetzung verhindert wird, was in der verminderten Genauigkeit der Kühlsteuerung resultiert.
• Um die durch die Umwandlung eines Stahlmatenals hervorgerufene Warmefreisetzung in Betracht zu ziehen, ist andererseits eine Technik zum Steuern der Kühlung unter Berücksichtigung des Zeitbeginns der Umwandlung und der Umwandlungszeit mit Bezug auf "Temperatursteuerung beim Aufwickeln von warmgezogenem, hochkohlenstoffhaltigem Stahl", vorgestellt auf dem Sectional Meeting on the 41th Hot Strip, abgehalten 1987, und die japanischen offengelegten Patentveröffentlichungen Nrn. 57-7312, 58- 199613 und 58-125312, etc. offenbart.
• Bei dieser Technik wird eine Temperaturentwicklung der Umwandlung eines Stahlmaterials nicht beachtet und die Menge der Warmefreisetzung bei der Umwandlung bleibt unverändert, ohne von der Zeitspanne vom Beginn der Umwandlung an abzuhängen, und die gesamte Menge der Wärmefreisetzung bei der Umwandlung variiert im Verhältnis zur Zeitspanne vom Beginn der Umwandlung an. Mit anderen Worten wurde bei dieser Technik in Erwägung gezogen, daß die Menge QT der Wärmefreisetzung bei der Umwandlung schrittweise, wie in Fig. 6 (A) gezeigt, vom Beginn der Umwandlung an sich andert.
• Darüber hinaus offenbaren sowohl die JP-1-266524 als auch die JP-61-110723 Techniken zum Regeln der Charakteristik des Umwandlungsverhältnisses, um ein vorbestimmtes Umwandlungsverhältnis zu erreichen, um eine homogenisierte Qualität des Zielmatenals zu erzielen. Insbesondere lehren die beiden obenangegebenen Dokumente des Standes der Technik, das Umwandlungsverhältnis des Stahles zu regeln, um das Zielumwandlungsverhältnis zu erhalten. Insbesondere lehren die letztgenannten Dokumente des Standes der Technik die Verwendung eines Zielumwandlungsverhältnisses, welches konstant zu halten ist.
• Es sollte jedoch eigentlich in Betracht gezogen werden, daß das Verhältnis W der Umwandlung eines Stahlmaterials, das die zeitliche Entwicklung der Umwandlung des Stahlmatenals beim Kühlen angibt, sich in einer, wie in Fig. 6 (B) dargestellten, Kurve ändert, und daß die Menge QT der Wärmefreisetzung sich im Verhältnis zum Grad ienten (δW/δT) des Verhältnisses W bezogen auf die Zeit T ändert. Wenn sich z.B. das Verhältnis W der Umwandlung ändert, wie in Fig. 6 (B) dargestellt, ändert sich der Gradient (δW/δT) des Verhältnisses W, wie in Fig. 6 (C) dargestellt. Die eigentliche Menge QT der Wärmefreisetzung bei der Umwandlung ändert sich hierbei wie in Fig. 6 (D) dargestellt.
• Im Gegensatz dazu beachtet die herkömmliche obengenannte Technik zur Regelung der Kühlung die zeitliche Entwicklung der Umwandlung eines Stahles nicht, sondern vermutet die Menge QT der Wärmefreisetzung bei der Umwandlung, wie in Fig. 6 (A) dargestellt, ohne die tatsächliche Wärmemenge QT der Wärmefreisetzung bei der Umwandlung heranzuziehen, welche wie in Fig. 6 (D) dargestellt, sich z.B. bei Beginn und Beendigung der Umwandlung ändert. Deshalb hängt die Schätzgenauigkeit von der Genauigkeit der vorab gemessenen Daten ab und ein Meßfehler verursacht direkt einen Fehler bei der Kühlsteuerung. Diese weist somit einen Nachteil dadurch auf, daß die Genauigkeit der Temperaturschätzung verringert wird, gefolgt durch die Kühlsteuerung mit ungenügender Genauigkeit.
• Hinsichtlich der Nachteile der herkömmlichen Techniken ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelverfahren zum Kühlen eines Stahles vorzusehen, welches in der Lage ist, die Kühlung genau zu regeln, ohne fehlerbehaftete Abschätzung der Stahltemperatur durch Bestimmen der Kühlmenge auf Grundlage der geschätzten Stahltemperatur zu verursachen, wobei die zeitliche Entwicklung der Stahlumwandlung beim Kühlen in Betracht gezogen wird.
• Die obige Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, welcher ein Regelverfahren zum Kühlen eines Stahles in einem Kühlsystem definiert, wobei die Zieltemperatur konstant gehalten wird, wohingegen das Umwandlungsverhältnis variabel ist.
• Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Verbesserungen des Verfahrens werden in den abhängigen Unteransprüchen definiert.
• Fig. 1 ist ein teilweise einen Querschnitt umfassendes Blockdiagramm, welches die Gesamtanordnung mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
• Fig. 2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer in einem Kühlsystem in Verbindung mit der ersten Ausführungsform ausgeführten Kühlbettausgangs-Charakteristik zeigt;
• Fig. 3 ist ein Fließdiagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Bestimmen der Kühlbettausgangs-Charakteristik zeigt;
• Fig. 4 ist ein teilweise einen Querschnitt umfassendes Blockdiagramm, welches die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 5 ist ein Querschnitt, welcher ein Beispiel einer herkömmlichen Kühlvorrichtung zeigt; und
• Fig. 6 zeigt Diagramme, welche ein Beispiel einer Beziehung zwischen der herkömmlich angenommenen durch die Umwandlung verursachten Wärme, dem herkömmlich angenommenen Umwandlungsverhältnis, der tatsächlichen durch die Umwandlung verursachten Wärmemenge und der tatsächlichen Änderung im Umwandlungsverhältnis darstellen.
• Im folgenden wird die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
• Die Erfindung sieht eine Regelvorrichtung vor, wobei das erfindungsgemäße Regelverfahren zum Kühlen eines warmgezogenen Stahles unter Verwendung eines Kühlsystems R in einer Kühlvorrichtung, welche, wie in Fig. 1 gezeigt, auf einer Warmziehstraße angeordnet ist, ausgeführt wird. Das Kühlsystem R weist dieselbe Konstruktion auf, wie die in Fig. 5 gezeigte Konstruktion, wobei das durch die Endwalzmaschine 1 gewalzte Stahlblech S hintereinander mit Hilfe der Wickelmaschine durch das Kühlsystem R aufgewickelt wird. Die an der Einlaßseite des Kühlsystems R angeordnete Endwalzmaschine 1 umfaßt einen Einlaßgeschwindigkeits-Detektor 10 zum Nachweis der Transportgeschwindigkeit des Stahlbleches S, welches nach dem Walzen durch die Endwalzmaschine 1 befördert wird. Zusätzlich umfaßt die an der Auslaßseite des Kühlsystems R angeordnete Wickelmaschine einen Ausgangsgeschwindigkeits-Detektor 12 zum Nachweisen der Aufwickelgeschwindigkeit des Stahlbleches S. Ferner sind die Einlaß- und Auslaßthermometer 2, 5 an der Einlaß- und Auslaßseite des Kühlsystems R vorgesehen.
• Dieselben Symbole sollen hier auf dieselben Aufbauten und Vorgänge, wie auf die im herkömmlichen Kühlsystem, wie in Fig. 5 dargestellt, angewendet werden, und eine detaillierte Beschreibung ist ausgelassen.
• Das Kühlsystem R umfaßt eine vorbestimmte Anzahl von Kühlbereichen, wobei jeder Kühlbereich wenigstens ein Kühlbett aufweist. Die Gießmenge an Kühlmittel (z.B. Wasser) aus dem Kühlbett wird geregelt, um das Kühlen des Stahlbleches S, welches durch jeden Kühlbereich läuft, zu steuern.
• Das Einlaßthermometer 2, der Einlaßgeschwindigkeits-Detektor 10 und der Auslaßgeschwindigkeits-Detektor 12 übermitteln hier, wie in Fig. 1 gezeigt, jeweils Nachweissignale an eine Einheit 14 zum Bestimmen einer Kühlbettausgangs-Charakteristik. Die Einheit 14 zum Bestimmen der Kühlbettausgangs-Charakteristik bestimmt durch Berechnung eine Charakteristik, um die Kühlleistung jedes Kühlbettes entsprechend einer Kühlzeit t (im folgenden bezeichnet als Kühlbett-Charakteristik) zu regeln, um die gewünschte Temperaturabnahme des Stahlbleches S als Reaktion auf die Kühlzeit t zu erhalten, welche auf der Temperatur der Einlaßseite, der Transportgeschwindigkeit des Stahlbleches S, der Aufwickelgeschwindigkeit, einer voreingestellten Zieltemperatur des Stahlbleches S und der Blechdicke, etc. basiert. Die wie oben beschriebene Kühlbett- Charakteristik wird in eine Kühlbett- von Eingabe auf Ausgabe umschaltende Einheit 16 eingegeben. Die Kühlbett- von Eingabe auf Ausgabe umschaltende Einheit 16 steuert die Kühlleistung jedes Kühlbettes in Reaktion auf die eingegebene Kühlbett- Charakteristik.
• Kühlergebnisse des Gießens von Wasser durch jedes Bett des Kühlsystems R, geregelt durch die Kühlbett- von Eingabe zu Ausgabe umschaltende Einheit 16, werden in eine Lern-Steuereinheit 18 eingegeben. Die Lem-Steuereinheit 18 empfängt Nachweissignale aus dem Einlaßgeschwindigkeits-Detektor 10, dem Auslaßgeschwindigkeits-Detektor 12, dem Einlaßthermometer 2 und dem Auslaßthermometer 5 und kennt somit die Kühlleistung des Kühlsystems R auf der Basis der obigen eingegebenen Kühlergebnisse und der Nachweissignale.
• Die Temperaturänderung des Stahlbleches S nach dem Ablauf der vorbestimmten Zeit wird auf der Basis der Kühlzeit des Stahlbleches S und der Kühlleistung des Kühlsystems R abgeschätzt. Gleichzeitig wird die Wärmemenge des Stahlbleches S, z.B. aufgrund dessen Umwandlung, als Reaktion auf die zeitliche Entwicklung der durch das Abkühlen des Stahlbleches S verursachten Umwandlung berechnet. Daraufhin wird der Fehler der geschätzten Temperaturänderung des Stahlbleches S durch die berechnete Wärmemenge des Stahlbleches S aufgrund dessen Umwandlung korrigiert. Daraufhin wird die Kühlbett-Charakteristik des Kühlsystems R zur Kühlsteuerung bestimmt, um den korrekten Änderungsbetrag der Temperatur des Stahlbleches S vorzusehen.
• Zuerst wird beschrieben, wie die zeitliche Entwicklung der Umwandlung des Stahlbleches S erhalten wird.
• Das Verhältnis W der Umwandlung des Stahlbleches S während des Kühlens kann aus der folgenden Gleichung (1) als eine Funktion der Kühlzeit t berechnet werden.
• W = 1 - exp [A (t/B)c] (1)
• A, B und C sind durch die Komponente, die Temperatur, die Dicke und die Kühl- Charakteristik jedes Stahlbleches S bestimmte Parameter. Insbesondere ist A ein Parameter zur Berechnung des Verhältnisses der Umwandlung, und B und C sind Lernkoeffizienten. Die Genauigkeit der Abschätzung des Verhältnisses W der Umwandlung kann durch Korrigieren der Lernkoeffizienten entsprechend der Lernergebnisse erhöht werden, welche auf Signalen aus einer Vielzahl von Sensoren zum Nachweisen des Umwandlungsverhältnisses, welche im Kühlsystem angeordnet sind, basieren.
• Der Umwandlungsverhältnis-Sensor umfaßt z.B. eine Kombination aus einer Erregerspule und einem magnetischen Nachweiselement, und das Umwandlungsverhältnis wird durch Messen der Phasenumwandlung durch ein Ändern der magnetischen Permeabilität gemessen.
• Es ist möglich, die zeitliche Entwicklung der Umwandlung des Stahlbleches S hinsichtlich der Zeit durch die Gleichung (1) zu kennen. Zusätzlich sind die Einrichtungen, um die zeitliche Entwicklung der Umwandlung des Stahlbleches S zu kennen, nicht auf die eine begrenzt, welche die Beziehung der Gleichung (1) verwendet. Anstatt dessen kann der Umwandlungsverhältnis-Sensor verwendet werden, um direkt das Verhältnis der Umwandlung nachzuweisen.
• Mit der Annahme, daß im die vorbestimmte Anzahl von Kühl bereichen umfassenden Kühlsystem R die Kühlzeit von der Einlaßseite zum i4en Kühlbereich ti ist, kann der Änderungsbetrag des Verhältnisses der Umwandlung ΔWi (= Wi - Wi-1) im i-ten Kühlbereich auf der Grundlage der Kühlzeit ti (= ti - ti-1) im i-ten Kühlbereich und der Gleichung (1) berechnet werden.
• Die Wärmemenge QTi des Stahlbleches S aufgrund der Umwandlung im i-ten Kühlbereich ist, wenn der Änderungsbetrag des Umwandlungsverhältnisses ΔWi ist, durch die folgende Gleichung (2) gegeben.
• QTi = H * ΔWi (2)
• H ist die latente Wärme des Stahlbleches S bei der Umwandlung (eine physikalische Größe, welche aus der Komponente des Stahlbleches S, dessen Art und dessen Temperatur bestimmt werden kann).
• Deshalb wird die Wärmemenge QT bei der Umwandlung in jedem Kühlbereich, wenn das Stahlblech S von der Einlaßtemperatur FDT auf die Zieltemperatur CT gekühlt wird, unter Verwendung der Gleichung (2) berechnet. Daraufhin wird die aus der Kühlzeit des Stahlbleches S und der Kühlleistung des Kühlsystems R abgeschätzte Temperaturänderung des Stahlbleches S mit Hilfe der so berechneten Wärmemenge QTi bei der Umwandlung korrigiert. Folglich kann die genaue Temperaturänderung des Stahlbleches S, wenn das Blech jeden Kühlbereich durchläuft, abgeschätzt werden.
• Um die so abgeschätzte Temperaturänderung in jedem Temperaturbereich zu verwirklichen, wird die Anzahl der Wassergießkühlbetten in jedem Kühlbereich mit Hilfe der folgenden Temperaturmodell-Gleichung (3), welche die Temperaturänderung ΔTiw beim Wasserkühlen im i-ten Kühlbereich zeigt, und mit Hilfe der folgenden Temperaturmodell- Gleichung (4) bestimmt, welche die Temperaturänderung ΔTia bei Luftkühlung im i-ten Kühlbereich zeigt. Unter Verwendung der obigen Beziehungen kann Kühlen gesteuert werden, um dem Stahlblech S eine gewünschte Temperaturänderung zu geben, unter Berücksichtigung der Wärmemenge QT bei der Umwandlung, nämlich bei der zeitlichen Entwicklung der Umwandlung.
• Darin ist Cp die spezifische Wärme, das spezifische Gewicht, αui der Koeffizient der Kühlleistung jedes oberen Kühlbettes, αdi der Koeffizient der Kühlleistung jedes unteren Kühlbettes, Ti die Temperatur des Stahlbleches S am Einlaß des i-ten Kühlbereiches, Tw die Temperatur des Kühlwassers, Cj die Emissionskonstante, αWälz der Wärmeübergangskoeffizient (für die zugehörige Walze) und TLuft die Lufttemperatur.
• Fig. 2 zeigt die Kühlbett-Charakteristik. Die Kühlbett-Charakteristik ist ein Ziel der Temperaturänderung, die für das Stahlblech S in jedem Kühlbett zu realisieren ist, wenn das Stahlblech S durch das Kühlsystem R von der Einlaßtemperatur FDT auf die Zieltemperatur CT abgekühlt wird. in der Figur bezeichnet das Symbol A eine Temperaturände rungskurve durch Luftkühlung (im folgenden als Luftkühlungskurve A bezeichnet) und ein Symbol B eine Temperaturänderungskurve durch Wasserkühlung (im folgenden als Wasserkühlungskurve B bezeichnet). In der ersten Ausführungsform teilt das Kühlsystem R das Kühlen zwischen den Kühlbereichen in einen vorbestimmten Bereich, welcher in der Nähe des Einlasses für die Wasserkühlung angeordnet ist, und diejenigen Bereiche auf, welche in der Nähe des Auslasses für die Luftkühlung angeordnet sind.
• Deshalb läuft die Wasserkühlkurve B durch die Einlaßtemperatur FDT, während die Luftkühlkurve A durch die Zieltemperatur CT läuft.
• Die Wasserkühl kurve B wird durch Berechnen der Temperaturänderung ΔTiw unter Verwendung der Gleichung (3) erhalten, wenn die Wassergießventile aufeinanderfolgend vom ersten Kühlbett an geöffnet werden, um die jeweiligen Kühl bereiche bis zum i- ten Kühlbereich zu aktivieren. Unter diesen Umständen, um der Wärmemenge QTi aufgrund der Umwandlung Rechnung zu tragen, wird die berechnete Temperaturänderung ΔTiw durch die mit Hilfe der Gleichung (2) berechneten Wärmemenge QTi aufgrund der Umwandlung berichtigt. Auf dieselbe Weise kann die Luftkühlkurve A durch Korrigieren der unter Verwendung der Gleichung (4) berechneten Temperaturänderung ΔTa mit Hilfe der obengenannten Wärmemenge QTi aufgrund der Umwandlung erhalten werden. Ein schraffierter, mit einem Symbol QT gekennzeichneter Bereich in der Figur entspricht zur Korrektur der Kühlkurven A, B der Temperaturerhöhung des Stahlbleches S, welche durch die Wärmemenge QT bei der Umwandlung verursacht worden sein kann.
• Es sollte hier angemerkt werden, daß in einem Kühlbereich am Schnittpunkt zwischen den Wasser- und Luftkühlkurven B und A (im folgenden wird angenommen, daß der Bereich ein m-ter Bereich ist), eine in der Figur mit C bezeichnete Kühlkurve (im folgenden als eine Wasserkühlkurve C bezeichnet) zum allmählichen Ändern der Temperatur des Stahlbleches S von Tm nach Tm+1 erforderlich ist. Deshalb wird die Kühlkapazität der Kühlbetten im obengenannten m-ten Kühlbereich eingestellt. Die Einstellung des Kühlkapazität wird durch Ändern der Anzahl der Wassergießkühlbetten in diesem Bereich vollzogen.
• Im folgenden wird ein Verfahren zur Bestimmung der in Fig. 2 dargestellten Kühlbett- Charakteristik, welche in der Einheit 14 zur Bestimmung der Kühlbettausgangs- Charakteristik durchgeführt wird, unter Bezug auf ein in Fig. 3 gezeigtes Flußdiagramm beschrieben.
• Nach dem Starten der Vorrichtung, werden verschiedene Parameter im Schritt 105 zuerst in die Einheit 14 zur Bestimmung der Kühlbettausgangs-Charakteristik eingegeben. Die Parameter umfassen die Zieltemperatur CT, die Kühl-Charakteristik jedes Bettes, die Einlaßtemperatur FDT, die Einlaßgeschwindigkeit, die Auslaßgeschwindigkeit und die Dicke des Stahlbleches S, etc. Daraufhin wird die Wärmemenge QTi des Stahlbleches S während des Kühlens mit Hilfe der Gleichung (2) im Schritt 110 berechnet.
• Im Schritt 120 wird die Temperaturänderung ΔTi mit Hilfe der Luftkühlung durch jedes Kühlbett mit Hilfe der Gleichung (4) zur Bestimmung der Kühlkurve A berechnet, welche durch die Zieltemperatur CT verläuft.
• Im Schritt 130 wird die Temperaturänderung ΔTiw durch die Wasserkühlung durch jedes Kühlbett zur Bestimmung der Wasserkühlkurve B berechnet. Die Berechnung wird aufeinanderfolgend beginnend von dem ersten Kühlbereich durchgeführt, bis die aus der vorliegenden Berechnung sich ergebende Wasserkühlkurve B kleiner wird, als die im Schritt 120 berechnete Luftkühlkurve A. Die Einzelheiten werden im folgenden beschrieben.
• Im Schritt 131 werden Kühlbereiche, für die die Temperaturänderungen ΔTiw berechnet wurden, nacheinander angeordnet. Im Schritt 132 wird die Gesamtheit der Temperaturänderungen ΔTiw bis zu dem als letztem angeordneten Kühlbett berechnet. Im Schritt 133 wird entschieden, ob oder ob nicht ein Wert der gesamten Temperaturänderung von der Einlaßseitentemperatur FDT abgezogen wird, d.h. die Wasserkühlkurve B kleiner als die Luftkühlkurve A ist. Wenn das Ergebnis negativ ist, d.h. der Wert der Wasserkühlkurve B größer als der Wert der Luftkühlkuve A ist, geht daraufhin der Betrieb zu Schritt 134 weiter, um die Anzahl der zugehörigen Kühlbereiche um 1 zu erhöhen (i = i + 1), und kehrt zu Schritt 132 zurück, um die Gesamtheit der Temperaturänderungen ΔTiw der Kühlbereiche bis zur um 1 erhöhten Anzahl zu berechnen, d.h., des (i + 1)ten Kühlbereiches, um den Wert der Wasserkühlkurve B im Kühlbereich für die Entscheidung im Schritt 133 zu berechnen.
• Andererseits, wenn das Ergebnis im Schritt 133 positiv ist, d.h., wenn entschieden wird, daß der Wert der Kühlkurve B kleiner ist als der Wert der Kühlkurve A, geht der Betrieb zum Schritt 140 weiter. Hier wird ein Kühl bereich, der als erstes das positive Ergebnis liefert, als ein m-ter angenommen. Somit werden Werte, welche die Wasserkühlkurve B liefern, nacheinander bis zum eben genannten m-ten Kühlbereich berechnet.
• Im obigen Schritt 140 wird die Anzahl der Wassergießbetten durch Berechnung bestimmt, um die Kühlsteuerung im m-ten Kühlbereich zu erreichen, so daß die Temperatur des Stahl bleches S der Wasserkühlkurve C folgend geändert wird. Die Anzahl der Wassergießbetten wird so bestimmt, daß die Temperatur Tm des Stahlbleches S auf der Eingangsseite des vorliegenden Kühlbereiches eine Temperatur Tm+1 der Luftkühlkurve auf der Ausgangsseite des Kühlbereiches wird. Der Abschluß der Berechnung im Schritt 140 liefert die Kühlbettausgangs-Charakteristik.
• Die in Fig. 2 dargestellte und durch die Einheit 14 zur Bestimmung der Kühlbettausgangs-Charakteristik , wie oben beschrieben, bestimmte Kühlbettausgangs- Charakteristik, wird in eine Kühlbett- von Eingabe auf Ausgabe umschaltende Einheit 16 eingegeben. Die Kühlbett- von Eingabe auf Ausgabe umschaltende Einheit 16 steuert das Gießen von Wasser in jedem Kühlbett entsprechend der eingegebenen Kühlbettausgangs-Charakteristik, während die Ergebnisse des Gießens in jedem Kühlbett in die Lernsteuereinheit 18 eingegeben werden.
• Die Lernsteuereinheit 18 nimmt die eingegebenen Gießergebnisse, die Einlaßgeschwindigkeit des Stahlbleches S, die Auslaßgeschwindigkeit des Stahlbleches S und die Einlaß- und Auslaßtemperaturen, etc. zur Kenntnis und versorgt damit die Einheit 14 zur Bestimmung der Kühlbettausgangs-Charakteristik zur Bestimmung der optimalen Kühlbettausgangs-Charakteristik zur nachfolgenden Kühlsteuerung, welche auf den zur Kenntnis genommenen Werten beruht.
• Wie in der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Umwandlungsverhältnis-Sensoren 20 im Kühlsystem R angeordnet. Der Lernkoeffizient zur Berechnung des tatsächlichen Umwandlungsverhältnisses wird in einer Einheit 22 zur Berechnung des Umwandlungsverhältnisses berechnet, welcher auf einem Ausgangssignal aus den jeweiligen Umwandlungsverhältnis-Sensoren 20 basiert wie in der ersten Ausführungsform und in die Lemsteuerungseinheit 18 eingegeben wird. Dann ist der in der Gleichung (1) verwendete Lernkoeffizient korrekt.
• Dann, wenn die tatsächlichen Verhältnisse , der Umwandlung während der Kühlung aus den im Kühlsystem R angeordneten Umwandlungsverhältnis-Sensoren 20 erhalten werden, werden die Lemkoeffizienten B, C in der Gleichung (1) wie folgt ausgedrückt.
• in denen Wi ein Umwandlungsverhältnis am Sensor i ist
• ti eine Kühlzeit bis zum Sensor j ist
• B', C' aus tatsächlichen Werten berechnete Lernkoeffizienten sind.
• Daraufhin werden die Lemkoeffizienten B und 0 durch die folgenden Gleichungen (7) und (8) berechnet.
• worin G ein Gewichtungskoeffizient ist.
• Durch die Verwendung der Lernkoeffizienten B, C und der Gleichung (1) kann die zeitliche Entwicklung der Umwandlung durch Lernen korrigiert werden.
• Die optimale Kühlsteuerung des Stahlbleches S wird somit gewährleistet, indem der zeitlichen Entwicklung der Umwandlung unter Verwendung der durch die Umwandlung des Stahlbleches S verursachte Wärme des Stahlbleches S Rechnung getragen wird.
• Obwohl in den obigen Ausführungsformen eine solche, wie in Fig. 2 dargestelltes, Kühlbettausgangs-Charakteristik, d.h., eine Kühl-Charakteristik für Wasserkühlung von der Einlaßseite der Kühlvorrichtung beschrieben war, ist eine andere ertindungsgemäße Kühlbettausgangs-Charakteristik möglich, ohne das Kühlen zu begrenzen, in der die dargestellte Kühlbettausgangs-Charakteristik verfolgt wird. Das bedeutet, daß solche Modifikationen als Reaktion auf die Kühlbedingung erzielbar sind. Zum Beispiel kann eine Kühlbettausgangs-Charakteristik, bei der die erste Hälfte des Kühlsystems R die Luftkühlung durchführt, während die zweite Hälfte des Kühlsystems R die Wasserkühlung durchführt, erhalten werden, indem die Kühlbettausgangs-Charakteristik so aufgebaut wird, daß die Wasserkühlkurve B die Zieltemperatur CT und die Luftkühlkurve A die Einlaßtemperatur FDT erreicht. Zusätzlich können andere willkürliche Kühl- Charakteristiken bei der Kühlsteuerung durch jeden Kühlbereich erreicht werden, indem kontinuierlich das aus jedem Kühlbett gegossene Wasser und der Grad der Luftkühlung durch jedes Kühlbett ohne Begrenzung des oben beschriebenen Verfahrens geregelt werden, in dem jede Kühl-Charakteristik durch Gießen des Wassers aus jedem Kühlbett und durch Unterbrechen des Gießens bestimmt wird. Darüber hinaus kann, obwohl in den obigen Ausführungsformen als dargestellte Beispiele die Kühlvorrichtung für ein auf der Warmwalzstraße befördertes Stahlblech beschrieben wurden, die vorliegende Erfindung auf Fertigungsstraßen und Stähle ohne Begrenzung auf diese angewandt werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf Stähle, wie z.B. auf Dickstahl, in Fertigungsstraßen verarbeitbarer Stahl und Rundstahl, angewandt werden, wenn diese nach der Warmverarbeitung gekühlt werden.
• Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für die Verwendung in einem Kühlbereich eines Kühlsystems zur Kühlung eines warmgezogenen Stahles, beim Kühlen des Stahles auf eine dem Aufwinden des Stahles angepaßte Temperatur sehr geeignet.

Claims (7)

1. Verfahren zum Kühlen eines Stahles in einem Kühlsystem durch auf eine Zieltemperatur geregelte Kühlung des Stahles, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Bestimmen der zeitlichen Entwicklung des Stahles durch Bestimmen des Verhältnisses W einer Phasenumwandlung des Stahles als einer Funktion der Kühlzeit und dänach Berechnen der während dieser Umwandlung freigesetzten Wärme, wobei das Verhältnis W der Umwandlung durch die folgende Gleichung als eine Funktion der Kühlzeit t berechnet wird:

W = 1 - exp [A (t/B)c],

worin A, B und C durch die Komponente, die Temperatur, die Dicke und die geometrische Kühl-Charakteristik jedes verwendeten Stahles definierte Parameter sind;

Schätzen der Temperaturänderung des Stahles während einer Zeitspanne, welche auf der Kühlzeit des Stahles und der Kühlleistung des Kühlsystems basiert;

Korrigieren des Fehlers in der geschätzten Temperaturänderung durch Verwendung der während der Umwandlung freigesetzten berechneten Wärme;

Berechnung einer Kühlbett-Charakteristik aus Parametern, einschließlich der Zieltemperatur, der während der Umwandlung freigesetzten bestimmten Wärme, und der korrigierten Temperaturänderung; und

Bestimmen einer Zieltemperatur-Charakteristik auf Grundlage der Kühlbett- Charakteristik und Regeln des Kühlsystems, um den Stahl auf eine Zieltemperatur, welche auf der berechneten Kühlbett-Charakteristik basiert, zu kühlen.

2. Verfahren zum Kühlen eines Stahles nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis W der Umwandlung durch Verwendung eines Umwandlungsverhältnis-Sensors (20) detektiert wird.

3. Verfahren zum Kühlen eines Stahlbleches nach Anspruch 1, wobei die Kühlleistung des Kühlsystems durch Lernen der Ergebnisse des Kühlens der Transportgeschwindigkeit des Stahles und der detektierten Temperatur hergestellt wird.

4. Verfahren zum Kühlen eines Stahles nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlregelung durch Ändern der Menge des Kühlwassers jedes Kühlbettes und/oder der Anzahl der Arbeitsbetten entsprechend der Kühlmenge durchgeführt wird.

5. Verfahren zum Kühlen eines Stahles nach Anspruch 4, wobei die Kühlregelung durch Kombinieren von Wasserkühlung und Luftkühlung entsprechend einer Kombination aus getrennten Temperaturkurven durchgeführt wird, welche jeweils auf einer Einlaßtemperatur und einer Auslaßtemperatur basieren, eine Anzahl von Wassergießbetten in einem Kühlbereich geändert wird, wo beide Kühlkurven sich schneiden, und Kühlen entsprechend einer Kühlkurve, welche beide Kühlkurven kombiniert, durchgeführt wird.

6. Verfahren zum Kühlen eines Stahlbleches nach Anspruch 1, wobei die Parameter in einem Regelmodell auf der Grundlage der Ergebnisse der Regelung eingestellt werden, um die Genauigkeit des Regelmodells zu erhöhen.

7. Verfahren zum Kühlen eines Stahles nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis der Umwandlung durch die folgenden Gleichungen in Reaktion auf eine Ausgabe aus den Umwandlungsverhältnis-Sensoren korrigiert wird,

worin , die gemessenen Verhältnisse der Umwandlung durch die Sensoren und j sind;

ti, tj die Kühlzeiten von einer Einlaßseite zu einem i-ten oder j-ten Kühlbereich sind und

G der Gewichtungskoeffizient ist.