專利名稱：控制軋制過程的方法和計算機程序的制作方法
控制軋制過程的方法和計算機程序
本發(fā)明涉及用于控制軋制過程的方法和計算機程序，其中借助 至少兩個軋輥軋扁金屬帶。本發(fā)明基本上涉及諸如冷軋、熱軋或精
軋的所有種類的軋制過程；但是本發(fā)明優(yōu)選在冷軋過程中得到應 用。
在現(xiàn)有技術中，例如從日本的專利申請JP 55061309A中基本上 公知了 一種這樣的方法。在那里說明軋制過程的穩(wěn)定性與所謂的中 性點的相應位置有關。中性點在此表示在工作軋輥圓周上的該定 位，在該定位時，工作軋輥的圓周速度與所軋制的材料的速度一致。 為了確保軋制過程的穩(wěn)定性，所述的日本的專利申請教導，如此來 調節(jié)帶張力，使得中性點的位置總是位于軋輥和所軋制的材料的接
當然中性點的位置的計算僅對于理想塑性材料是平常的，并且 只能對于這樣的材料來從軋制過程的可測量的參數(shù)中求出。因此在 非理想塑性材料情況下、即尤其是彈塑性的材料(諸如實際金屬) 情況下，只是有限制地可以將中性點的傳統(tǒng)計算的(相對)位置采 用為軋制過程穩(wěn)定性的準則。其原因在于，借助可測量的軋制參數(shù) 按慣例只能相當不準確地為實際金屬的軋制過程確定中性點的(相 對)位置。
從該現(xiàn)有技術出發(fā)，本發(fā)明所基于的任務在于，關于在軋制過 程期間金屬帶的實際特性，按照在軋輥和要軋制的金屬帶之間的中 性點的相對位置來改善用于控制軋制過程的公知方法和計算機程 序。
通過在權利要求1中所要求的方法來解決該任務。該方法的特 征在于，分別借助單獨的軋制過程的數(shù)學模型基于第一和第二組可 測量的過程參數(shù)將金屬帶的均勻的屈服應力ke的大小和在中性點中 的靜壓壓力pnh的大小作為不可直接測量的過程參數(shù)來估計，并且基
于對于均勻的屈服應力ke的和靜壓壓力PnH的所估算的大小基于第
一組可測量的過程參數(shù)、以及基于金屬帶的均勻的彈性模量E+和金 屬帶的可壓縮性K來計算中性點的相對位置。<formula>formula see original document page 5</formula>
通過考慮金屬帶的均勻的屈服應力和在中性點中的靜壓壓力的 大小，可以比這在過去的情況下更精確地、即更接近真實和更準確 地計算中性點的相對位置。因為在考慮靜壓壓力的情況下，金屬帶 在軋制過程期間的體積壓縮進入中性點的相對位置的計算中。此外 還考慮了該帶在通過了軋輥間隙的最窄處之后的彈性變形。這種考 慮尤其對于圍繞零的超前的參數(shù)值是特別重要的。關于中性點實際 位置的根據(jù)本發(fā)明可能更接近真實的信息使觀察或控制軋制過程的 控制設備或操作人員可以更快和更有效地干預軋制過程，以便確保 其穩(wěn)定性。
由于參數(shù)屈服應力和在中性點中的靜壓壓力雖然對于中性點的 相對位置的更精確計算是必要的，但是在軋制過程期間不能簡單地 作為測量參數(shù)來測量，所以它們根據(jù)本發(fā)明借助數(shù)學模型被仿真和 優(yōu)選實時地被計算，以便及時可用于中性點的實際位置的計算，所 述數(shù)學模型可以單獨地與每一個單個的軋制過程相匹配。但是有利
地僅僅將在軋制過程期間可被測量的過程參數(shù)采用為數(shù)學模型的輸 入量。
根接本發(fā)明，有利地根據(jù)下式來計算中性點的相對位置g :
其中
fslip表示超前；
CT A 表示帶輸出端應力；
K 表示金屬帶的可壓縮性；
pN 表示在軋輥間隙中在中性點中垂直(法向)于金屬帶的 壓力；
qN 表示在軋輥間隙中在中性點中在金屬帶的縱向上的壓
力；
ke 表示均勻的屈月l應力(Flie!5spannung);
E*表示金屬帶的均勻的彈性模量；
hE 表示在輸入端處的帶厚度；和 hA表示在輸出端處的帶厚度。
如果中性點相對位置的所計算的值g位于約0.12的下閾值和約 0.4的上閾值之間，則將軋制過程歸為穩(wěn)定運行的。如果值g位于下 閾值之下，則這是軋制過程不穩(wěn)定的標志；該軋制過程于是可以通 過適當?shù)拇胧⒅T如提高在輸出端處的帶張力、降低在輸入端處的 帶張力、或提高在軋輥間隙中的摩擦來重新穩(wěn)定。
在當中性點相對位置的值g位于約0.4的上閾值之上時的另一 種情況下，這是軋輥間隙中的摩擦太高和軋輥的磨損因此同樣太高 的標志；于是可以通過適當?shù)拇胧┫鄳胤纯刂啤?br> 如果優(yōu)選地經(jīng)由其時間過程來存儲中性點的根據(jù)本發(fā)明所計算 的相對位置，則對文獻資料匯編的目的是有利的。與此無關地，如 果在顯示設備上優(yōu)選實時地為操作人員說明中性點的根據(jù)本發(fā)明所 計算的相對位置，則對于快速開始用于穩(wěn)定軋制過程的措施、或對 于消除在軋輥間隙中的太高的摩擦力是有利的。
所要求的方法的其它有利的擴展方案是從屬權利要求的主題。
此外通過用于根據(jù)上迷方法控制軋制過程的控制設備用的計算 機程序來解決本發(fā)明的上述任務。
總共給本說明書附上了三個圖，其中


圖1展示了用于構成具有所穿過的金屬帶的軋輥間隙的軋輥
對；
圖2展示了用于表明本發(fā)明方法的框圖；和 圖3展示了在軋輥間隙中的中性點相對位置的不同可能的定位 范圍。
以下根據(jù)所述圖以實施例的形式來詳細說明本發(fā)明。 圖1展示了具有軋輥對的軋機機架，其中軋輥200上下垂直地 布置，并且其中在兩個軋輥200之間構成了軋輥間隙。為了執(zhí)行軋 制過程，將金屬帶100移動穿過軋輥間隙，并且在此將之軋扁。上 和下(工作)軋輥200在此都在接觸弧中接觸金屬帶100，該接觸弧 在上軋輥200中是通過角度cc的孤長表示的。
在本發(fā)明的框架內，將所謂的中性點的相對位置采用為單獨的 軋制過程穩(wěn)定性的尺度或準則。在圖1中用參考符號N示范性地表 示中性點。中性點表示在軋輥圓周上的該定位，在該定位時，軋輥
的圓周速度與所軋制的材料、尤其是所軋制的金屬帶的速度一致。
在圖1中通過水平的箭頭指明材料流動方向；在那里，所述材 料流動方向從左向右延伸。參數(shù)R表示軋輥200的半徑，參數(shù)Ve表 示金屬帶IOO在軋輥間隙的輸入端處的速度，參數(shù)Va表示金屬帶在 軋輥間隙的輸出端處的速度，和參數(shù)Vn表示金屬帶100在中性點N 的高度上的速度。下面詳細闡述在圖1中示出的所有其它參數(shù)。
能夠越準確地進行關于軋制過程穩(wěn)定性的估計和關于引入用于 穩(wěn)定軋制過程的措施的決定，則越精確或越接近真實地知道中性點 的當前的定位。
因此借助圖2來闡述本發(fā)明方法，借助該方法在軋制過程期間 隨時都可以很精確和接近真實地計算中性點的相對位置。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)下式來實現(xiàn)中性點N的相對位置g的計算
其中
fslip表示超前；
表示帶輸出端應力； K 表示金屬帶(100)的可壓縮性；
pN 表示在中性點中在軋輥間隙中垂直(法向)于金屬帶的 壓力；
qN 表示在中性點中在軋輥間隙中在金屬帶的縱向上的壓
力；
ke 表示均勻的屈服應力；
E* 表示金屬帶(100)的均勻的彈性模量；
hE 表示在輸入端處的帶厚度；和
hA 表示在軋輥間隙的輸出端處的帶厚度。
在圖2中在方框A中實現(xiàn)中性點的相對位置g的計算。在此在 圖2中同樣示出了進入g的計算中的上述參數(shù)。從這些參數(shù)中，超 前(Voreilung) fslip、金屬帶在軋輥間隙的輸入端處的高度HE、在軋 輥間隙的輸出端處的高度hA、以及在軋輥間隙的輸出端處的帶應力
(7 A形成了在軋制過程期間隨時可以直接測量的第 一組過程參數(shù)。金
屬帶100的均勻的彈性模量E*、以及金屬帶的可壓縮性K原則上是 已知的。相反，對于根據(jù)本發(fā)明計算中性點的相對位置g進一步所
需要的、針對均勻的屈服應力ke和在軋輥間隙中在中性點垂直于、
即法向于金屬帶的壓力p/的值，原則上是未知的并且在軋制過程期 間也是不可測量的。由于不能直接測量兩個最后提及的參數(shù)，所以 根據(jù)本發(fā)明基于第一組參數(shù)以及基于第二組參數(shù)借助于單獨的軋制 過程的數(shù)學模型來估計所述兩個最后提及的參數(shù)。第二組過程參數(shù)
包括在軋輥間隙的輸入端處的帶輸入端應力(te、軋輥力F、金屬帶
的寬度b、(工作)軋輥200的半徑R。、以及軋輥的均勻的彈性模 量E、。第二組過程參數(shù)在軋制過程期間也是單獨可測量的，使得因 此可以單獨從可測量的參數(shù)中計算針對均勻的屈服應力ke和針對在 軋輥間隙中在中性點中垂直于金屬帶的壓力p^的所尋找的值。優(yōu)選 實時地實現(xiàn)計算，以便g的值盡可能當前可供使用，以便能夠(如 有必要)有針對性地和有效地干預軋制過程。
在圖3中表明了在兩個軋輥200之間的軋輥間隙中中性點的可 能的相對位置g的不同范圍。首先可以識別由g的值的約0.12的下 閾值和0.4的上閾值所限制的陰影區(qū)。如果g位于該陰影區(qū)中，即在 值方面位于上和下閾值之間，則將軋制過程歸為穩(wěn)定的；于是不需 要采取措施來干預軋制過程促使穩(wěn)定。
相反，如果根據(jù)本發(fā)明所計算的值位于0.08和0.12之間，則表 現(xiàn)不同；于是將軋制過程則歸為臨界的、即相對于過程參數(shù)的波動 是不太穩(wěn)定的。由于在？的更小的值時、尤其是在0和0.08之間的 值時，軋制過程是更不穩(wěn)定的，所以是更臨界的。在兩種所述的不 穩(wěn)定的情況下，可以通過適當?shù)拇胧﹣矸€(wěn)定軋制過程，其中措施的 范圍(有時也以組合方式)與不穩(wěn)定性的程度有關。軋制過程的穩(wěn) 定可以通過提高在軋輥間隙的輸出端處的帶張力cja、通過降低在軋 輥間隙的輸入端處的帶張力aE、和/或通過提高在軋輥間隙中的摩擦 來實現(xiàn)。后者例如可以通過提高軋輥200的粗糙度、通過降低潤滑 劑量、和/或通過降低軋制速度來實現(xiàn)。
在g的值超過0.12時、尤其是g的值在0.12和0.4之間時，軋 制過程是超穩(wěn)定的，直觀地說在軋輥間隙中的摩擦于是太大了。這
具有所出現(xiàn)的力和因此隨之而來的軋輥磨損太大的缺點。如降低在 軋輥間隙的輸出端處的帶張力(7A、提高在軋輥間隙的輸入端處的帶
張力aE、和/或降低在軋輥200和金屬帶IOO之間的摩擦之類的適當 的措施在這里可以提供幫助?？梢酝ㄟ^減小軋輥的粗糙度、通過提 高潤滑劑量、和/或通過提高軋制速度來實現(xiàn)摩擦的降低。按照所要 求的強度，也可以單個地或以組合方式應用在本段落中所指明的措 施。
按照針對中性點的位置g的所計算的值，可以或者自動地、或 者通過操作人員開始剛才討論的措施。如果應通過操作人員開始干 預，則當在類似于圖3的圖示中在顯示設備上為操作人員可視化中 性點的各自當前的位置時，是很有幫助的。操作人員于是可以根據(jù) 中性點的所表明的當前位置g立即識別出，軋制過程當前是穩(wěn)定、 不穩(wěn)定還是超穩(wěn)定運行，并且按情況而定來安排適當?shù)拇胧?br> 如果值g在其時間過程中被存儲，則對于文獻資料匯編的目的
是有利的。
有利地在用于控制軋制過程的控制設備用的計算機程序中實現(xiàn) 該點的中性位置的值g的根據(jù)本發(fā)明的計算。
權利要求
1.用于控制軋制過程的方法，其中借助至少一個軋輥(200)軋扁金屬帶(100)，包括檢測在金屬帶(100)和軋輥(200)之間的接觸弧中的中性點的相對位置(N)；和必要時按照中性點的位置ξ(N)通過用適當?shù)拇胧└深A軋制過程來穩(wěn)定軋制過程；其特征在于，分別借助單獨的軋制過程的數(shù)學模型基于第一和第二組可測量的過程參數(shù)來估計金屬帶的均勻的屈服應力ke的大小和在中性點中的靜壓壓力pNH的大小作為不可直接測量的過程參數(shù)；和基于均勻的屈服應力ke的和靜壓壓力pNH的所估計的大小、基于第一組可測量的過程參數(shù)、以及基于金屬帶的均勻的彈性模量E*和金屬帶的可壓縮性K來計算中性點的相對位置ξ(N)。
2. 按權利要求1的方法，其特征在于，用于計算均勻的屈服應力 ke、在中性點中的靜壓壓力pNH、和/或中性點的相對位置^ (N)的 第一組可測量的過程參數(shù)包括參數(shù)超前f腳、帶輸入端厚度hE、帶輸出端厚度hA、和金屬帶(100)的帶輸出端應力(JA。
3. 按權利要求1或2的方法，其特征在于，用于計算均勻的屈服 應力ke、和/或在中性點中的靜壓壓力pNH的第二組可測量的過程參 數(shù)包括帶輸入端應力crE、軋輥力F、帶寬b、軋輥的半徑R。和軋輥 的均勻的彈性模量E*R。
4. 按以上權利要求之一的方法，其特征在于，根據(jù)下式來計算中 性點的相對位置g :其中fslip表示超前；crA表示帶輸出端應力；K 表示金屬帶(100)的可壓縮性；pN 表示在軋輥間隙中在中性點中垂直(法向)于金屬帶的 Pw+ w , ^-J3i:2《 五* 壓力；qN表示在軋輥間隙中在中性點中在金屬帶的縱向上的壓力；ke表示均勻的屈服應力；E*表示金屬帶(100)的均勻的彈性模量；hE表示在輸入端處的帶厚度；和hA表示在輸出端處的帶厚度。
5. 按以上權利要求之一的方法，其特征在于，如果中性點的相對 位置(N)的所計算的值g位于約0.12的下閾值和約0.40的上閣值 之間，則軋制過程穩(wěn)定運行，并且不需要利用適當措施的穩(wěn)定化的 干預。
6. 按權利要求1至4之一的方法，其特征在于，如果中性點的相 對位置的值g位于零和約0.12的下閾值之間，則通過適當?shù)拇胧?諸如提高在輸出端處的帶張力、降低在輸入端處的帶張力、或例如 通過提高軋輥的粗糙度、降低潤滑劑量、和/或降低軋制速度而提高 在軋輥間隙中的摩擦來穩(wěn)定軋制過程。
7. 按權利要求1至4之一的方法，其特征在于，如果中性點的相 對位置的值g位于約0.4的上閾值之上，則通過適當?shù)拇胧?、諸如降 低在輸出端處的帶張力、提高在輸入端處的帶張力、或例如通過減 小軋輥的粗糙度、提高潤滑劑量、和/或提高軋制速度而降低摩擦來 改善軋制過程。
8. 按所述權利要求之一的方法，其特征在于，按照中性點的所計 算的位置自動地或根據(jù)操作人員對軋制過程的干預來實現(xiàn)軋制過程 的穩(wěn)定化。
9. 按以上權利要求之一的方法，其特征在于，中性點的所計算的 相對位置(N)優(yōu)選地在其時間過程中被存儲和/或為操作人員在顯 示i殳備上優(yōu)選實時地被/說明。
10. 用于控制軋制過程的控制設備用的計算機程序，其特征在 于，計算機程序被構造用于執(zhí)行按以上權利要求之一的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制軋制過程的方法，其中借助至少一個軋輥軋扁金屬帶。從現(xiàn)有技術中已知，所謂的中性點的相對位置是軋制過程的當前穩(wěn)定性的尺度。然而用于計算中性點位置的傳統(tǒng)方法僅僅相當不準確地代表了金屬的實際特征，并且因此僅有條件地適用于關于軋制過程的穩(wěn)定性的陳述。為了能夠在金屬帶的實際特性方面較好地控制用于軋制金屬帶的軋制過程，根據(jù)本發(fā)明建議一種用于計算中性點的相對位置的新的方法，其中尤其是一同考慮均勻的屈服應力k_e和中性點中的靜壓壓力p_N^H。
文檔編號B21B37/00GK101098763SQ200680001449
公開日2008年1月2日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權日2005年12月14日
發(fā)明者H·帕維爾斯基 申請人:Sms迪馬格股份公司