专利汇可以提供集成地监测和控制带材平整度和带材轮廓的方法和设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且在具有 轧机 的 铸造 设备中控制带材形状的设备和方法。目标厚度轮廓作为带材的所测量的入口厚度轮廓的函数被计算,同时满足轮廓和平整度操作要求。来自带材中的纵向应变的差分应变反馈由控制系统通过比较出口厚度轮廓和目标厚度轮廓而计算出,并且生成控制 信号 以控制能够影响到由 热轧 机处理的带材的形状的装置。前向反馈控制参考和/或敏感度矢量也可以作为目标厚度轮廓的函数被计算,并用以生成发送到控制装置的 控制信号 。控制装置可以选自包括弯曲 控制器 、间隙控制器和冷却剂控制器的组的一个或多个。,下面是集成地监测和控制带材平整度和带材轮廓的方法和设备专利的具体信息内容。
1、在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的方法,所述方法包 括:
在金属带材进入热轧机之前测量输入金属带材的入口厚度轮廓;
作为所测量的入口厚度轮廓的函数计算出目标厚度轮廓,同时满足轮廓 和平整度的操作要求;
在金属带材退出热轧机之后测量金属带材的出口厚度轮廓;
通过比较出口厚度轮廓与由所测量的入口厚度轮廓所得到的目标厚度 轮廓而从带材的纵向应变计算出差分应变反馈;和
响应于至少所述差分应变反馈来控制能够影响退出热轧机的带材的几 何形状的装置。
2、如权利要求1所述的方法,其中能够影响退出热轧机的带材的几何形 状的所述装置为从包括弯曲控制器、间隙控制器和冷却剂控制器的组中选出 的一个或多个。
3、如权利要求1或2所述的方法,其中还包括:
从热轧机的特性和尺寸以及入口厚度轮廓计算出辊隙压力轮廓;
作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数计算出前馈控制参考和敏感 度矢量,以允许补偿铸造带材中的轮廓和平整度波动;和
进一步响应于所述所计算的前馈控制参考和所述所计算的敏感度矢量 来控制能够影响退出热轧机的带材的几何形状的装置。
4、如权利要求1或2所述的方法,其中还包括:
从热轧机的特性和尺寸以及入口厚度轮廓计算出辊隙压力轮廓;
作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数计算出前馈控制参考,以允许 补偿铸造带材中的轮廓和平整度波动;和
进一步响应于所述所计算的前馈控制参考来控制能够影响退出热轧机 的带材的几何形状的装置。
5、如权利要求1或2所述的方法,其中还包括:
从热轧机的特性和尺寸以及入口厚度轮廓计算出辊隙压力轮廓;
作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数计算出敏感度矢量,以允许补 偿铸造带材中的轮廓和平整度波动;和
进一步响应于所述所计算的敏感度矢量来控制能够影响退出热轧机的 带材的几何形状的装置。
6、如前述权利要求中的任何一项所述的方法,其中还包括从所测量的 出口厚度轮廓生成适应性辊隙误差矢量,并使用适应性辊隙误差矢量计算出 前馈控制参考和敏感度矢量中的至少一项。
7、如前述权利要求中的任何一项所述的方法,其中计算所述目标厚度 轮廓包括进行时间滤波和空间频率波滤中的至少一项。
8、如权利要求2所述的方法,其中所述控制步骤包括进行弯曲控制器和 间隙控制器的对称反馈控制和非对称反馈控制。
9、如前述权利要求中的任何一项所述的方法,其中所述控制步骤包括 当连接轧机时从所述差分应变反馈中除去系统误差,所述系统误差通过当脱 离轧机时比较入口和出口厚度轮廓而生成。
10、如前述权利要求中的任何一项所述的方法,其中所述控制步骤包括 进行温度补偿和皱褶检测。
11、如权利要求1所述的在具有热轧机的铸造带材中控制带材形状的方 法,其中所述控制步骤包括进行操作员引导的冷却切边和操作员引导的弯曲 切边中的至少一项。
12、如前述权利要求中的任何一项所述的方法,其中所述目标厚度轮廓 抑制带材皱褶。
13、在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的控制架构,所述控 制架构包括:
入口测量设备,其能够在所述金属带材进入所述轧机之前测量输入金属 带材的入口厚度轮廓;
目标厚度轮廓模型,其能够作为所述所测量的入口厚度轮廓的函数计算 出目标厚度轮廓,同时满足轮廓和平整度操作要求;
出口测量设备,其能够在所述金属带材退出所述轧机之后测量所述金属 带材的出口厚度轮廓;
差分应变反馈模型,其能够通过比较出口厚度轮廓与由所测量的入口厚 度轮廓得出的目标厚度轮廓而从带材中的纵向应变计算出差分应变反馈;和
控制模型,其能够响应于至少所述差分应变反馈来控制能够影响到退出 热轧机的带材的几何形状的装置。
14、如权利要求13所述的控制架构,其中能够影响退出热轧机的带材的 几何形状的所述装置选自于包括弯曲控制器、间隙控制器和冷却剂控制器的 组中的一个或多个。
15、如权利要求13或14所述的控制架构,其中还包括:
辊隙模型,其能够从热轧机的特性和尺寸以及入口厚度轮廓计算出辊隙 压力轮廓;和
前馈辊叠挠曲模型,其能够作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数计 算出前馈控制参考和敏感度矢量,以允许补偿铸造带材中的轮廓和平整度波 动。
16、如权利要求13或14所述的控制架构,其中还包括:
辊隙模型,其能够从热轧机的特性和尺寸以及入口厚度轮廓计算出辊隙 压力轮廓;和
前馈辊叠挠曲模型,其能够作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数计 算出前馈控制参考,以允许补偿铸造带材中的轮廓和平整度波动。
17、如权利要求13或14所述的用于在具有热轧机的铸造带材中控制带材 形状的控制架构,其中还包括:
辊隙模型,其能够从热轧机的特性和尺寸以及入口厚度轮廓计算出辊隙 压力轮廓;和
前馈辊叠挠曲模型,其能够作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数计 算出敏感度矢量,以允许补偿铸造带材中的轮廓和平整度波动。
18、如权利要求15到17中的任何一项所述的控制架构,其中还包括适应 性辊叠挠曲模型,其能够从所测量的出口厚度轮廓生成适应性辊隙误差矢 量,并使用适应性辊隙误差矢量计算出前馈控制参考和敏感度矢量中的至少 一项。
19、如权利要求13到18中的任何一项所述的控制架构,其中所述目标厚 度轮廓模型还包括时间滤波功能和空间频率波滤中的至少一项,作为计算所 述目标厚度轮廓的一部分。
20、如权利要求14所述的控制架构,其中所述控制模型包括对称反馈功 能和非对称反馈功能,用于控制弯曲控制器和间隙控制器。
21、如权利要求13到20中的任何一项所述的控制架构,其中所述差分应 变反馈模型包括自动调零功能,其能够当连接轧机时从所述差分应变反馈中 减去系统误差,所述系统误差通过脱离轧机时比较入口和出口厚度轮廓而生 成。
22、如权利要求13到21中的任何一项所述的控制架构,其中所述差分应 变反馈模型包括温度补偿功能和皱褶检测功能。
23、如权利要求13到22中的任何一项所述的控制架构,其中所述控制架 构支持操作员引导的冷却切边和操作员引导的弯曲切边中的至少一项。
24、如权利要求13到23中的任何一项所述的控制架构,其中所述目标厚 度轮廓模型抑制带材皱褶。
25、通过连续铸造生产带有受控制的带材形状的薄铸带材的方法,所述 方法包括:
(a)装配具有一对铸辊的薄带铸造机,所述铸辊间具有压铸区;
(b)装配能够形成熔池的金属传送系统,所述熔池在压铸区之上、铸辊之 间,并且侧封挡邻近于压铸区的端部以限定熔池;
(c)邻近薄带铸造机装配热轧机,热轧机具有工作辊,工作辊的工作表面 间形成辊隙,输入热带材穿过所述辊隙被轧制,所述工作辊具有相关于跨过 工作辊的所希望的形状的工作辊表面;
(d)装配能够响应于控制信号而影响到退出热轧机的所述带材的几何形 状的装置;
(e)装配控制系统,所述控制系统能够通过比较出口厚度轮廓与由所测量 的入口厚度轮廓得出的目标厚度轮廓而从带材中的纵向应变计算出差分应 变反馈,并响应于至少所述所计算的差分应变反馈生成控制信号;和
(f)连接所述控制系统至能够响应于从控制系统所生成的控制信号而影 响退出所述热轧机的所述带材的几何形状的所述装置。
26、如权利要求25所述的方法,其中能够影响退出所述热轧机的所述带 材的几何形状的装置为从包括弯曲控制器、间隙控制器和冷却剂控制器的组 中选出的一个或多个。
27、如权利要求25或26所述的方法,其中所述控制系统还能够计算出前 馈赠控制参考和敏感度矢量,并且还能够响应于所述差分应变反馈、所述前 馈控制参考和所述敏感度矢量而生成控制信号。
28、如权利要求25和权利要求26所述的方法,其中所述控制系统还能够 计算前馈控制参考,并且还能够响应于所述差分应变和所述前馈控制参考生 成控制信号。
29、如权利要求25或26所述的方法,其中所述控制系统还能够计算出敏 感度矢量,并还能够响应于所述差分应变反馈和所述敏感度矢量而生成控制 信号。
30、如权利要求27所述的方法,其中所述前馈控制参考和所述敏感度矢 量作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数被计算出,以允许补偿铸造带材 中的轮廓和平整度波动,其中目标厚度轮廓从所测量的入口厚度轮廓得到。
31、一种用于通过连续铸造生产带有受控制的带材形状的薄铸带材的薄 带铸造设备,所述薄铸带材设备包括:
(a)薄带铸造机,具有一对铸辊,所述铸辊间具有压铸区;
(b)金属传送系统,能够在压铸区之上、铸辊之间与侧封挡形成熔池,其 中侧封挡邻近于压铸区的末端以限定熔池;
(c)驱动器,能够反向旋转铸辊以在铸辊的表面上形成固化金属壳,并通 过铸辊之间的压铸区从固化壳铸造薄钢带材;
(d)热轧机,具有工作辊,所述工作辊的工作表面间形成辊隙,来自薄带 铸造机的铸造带材穿过辊隙被轧制;
(e)连接到所述热轧机的装置,能够响应于控制信号而影响到由热轧机处 理的带材的几何形状;和
(f)控制系统,其能够通过比较出口厚度轮廓与由所测量的入口厚度轮廓 得出的目标厚度轮廓而从带材中的纵向应变计算出差分应变反馈,能够响应 于所述差分应变反馈生成控制信号,并连接到所述装置用以使所述装置响应 于所述控制信号而影响到由所述热轧机处理的带材的几何形状。
32、如权利要求31所述的薄带铸造设备,其中能够影响由所述热轧机处 理的所述带材的几何形状的所述装置为从包括弯曲控制器、间隙控制器和冷 却剂控制器的组中选出的一个或多个。
33、如权利要求31或32所述的薄带铸造设备,其中所述控制系统还能够 计算出前馈控制参考和敏感度矢量,并且还能够响应于所述前馈控制参考和 所述敏感度矢量生成控制信号,以使所述装置响应于所述控制信号影响由热 轧机处理的带材的几何形状。
34、如权利要求31到33中的任一项所述的薄带铸造设备,其中所述控制 系统还能够计算出前馈控制参考,并且还能够响应于所述前馈控制参考生成 控制信号,以使所述装置响应于所述控制信号影响由热轧机处理的带材的几 何形状。
35、如权利要求31到34中任一项所述的薄带铸造设备,其中所述控制系 统还能够计算出敏感度矢量,并且还能够响应于所述敏感度矢量生成控制信 号,以使所述装置响应于所述控制信号影响由热轧机处理的带材的几何形 状。
36、如权利要求33所述的薄带铸造设备,其中所述前馈控制参考和所述 敏感度矢量作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数被计算出,以允许补偿 铸造带材中的轮廓和平整度波动,其中目标厚度轮廓从所测量的入口厚度轮 廓得出。
在薄钢带材的连续铸造中,熔态金属由铸辊直接铸造为薄的带材。值得 注意的是,薄铸带材的形状由铸辊的铸造面的表面决定。
在双辊铸造机(two roll caster)中,熔态金属被引入到一对反向旋转且 横向定位的铸辊之间,铸辊被内部冷却,这样使得在移动的铸辊的表面上固 化形成金属壳并且所述金属壳在铸辊之间的压铸区处形成一体,以生产出薄 铸带材成品。术语“压铸区(nip)”这里指铸辊彼此距离最近的大致区域。熔态 金属可以通过在压铸区之上的包括可移动中间包和中心喷嘴的金属传送系 统从钢包中倒出,以形成支持在压铸区之上的辊的铸造面上并沿压铸区的长 度延伸的熔态金属熔池。熔池通常限定在滑动耦接于铸辊的端部表面以限制 熔池的两个端部的耐火侧板或侧封挡之间。
薄铸带材向下穿过铸辊之间的压铸区并然后进入横跨导向平台的过渡 路径至夹辊机架。
在退出夹辊机架之后,薄铸带材进入并穿过热轧机,在热轧机处带材的 几何外形(例如,厚度、轮廓(profile)、平整度)可以以受控制的方式而得 以改变。
在热轧机的下游处的装置处“测量的”带材平整度和张力轮廓不足用以 在实际中控制热轧机,这是因为不同于冷轧机(其中所测量的带材的下游平 整度或张力轮廓很类似于离开轧机所产生的平整度或张力轮廓),平整度或 张力轮廓可以由于蠕变的作用而有差别。在提高的温度状态下,钢响应于在 轧机的入口和出口处的张应力并以蠕变的形式发生塑性变形。在带材进入和 退出轧机的区域中的在辊隙(roll gap)之外发生的塑性变形导致入口和出口 张应力轮廓、带材平整度及带材轮廓变化。
在钢热轧机的出口处的高的带材温度也使得难以通过直接接触来测量 带材平整度或张应力轮廓。用于平整度测量的非接触光学方法已经得以使 用。但是,这样的非接触平整度测量导致只进行部分的平整度测量,这是由 于在任一给定时间仅部分的带材显示出可测量的平整度缺陷。另外,在带材 中的蠕变导致在辊支架出口处的带材的平整度显著恶化于下游在实际平整 度测量位置处所测量的平整度。
在薄带材的双辊铸造中,铸造带材比通常在热轧机中获得的传统带材 薄。通常在双辊铸造中,薄带材铸造为大约1.8到1.6mm的厚度,并轧制至1.4 到0.8mm之间的厚度。到热轧机入口的带材温度高于在典型热轧机的最末机 架中的熔铸温度,大约是1100℃。薄带材高温和铸造处理的结果在于带材的 入口应力较低,并且因此更容易在进入热轧机之前皱褶(buckling)和蠕变。 另外,在薄带材铸造中,希望生产出具有所希望的带材轮廓同时保持可接受 的平整度的带材,因为其成品可以用作冷轧替代品。带材形状很大程度上由 铸造机控制。在热轧机中采用的低的应力导致在跨过带材宽度的点处的张应 力损失及小的局部辊隙误差,并导致带材皱褶和较差的带材平整度。我们已 经发现张应力提供了控制带材平整度的方法。
发明内容
公开了一种用于在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的方法, 其包括如下步骤:
在金属带材进入热轧机之前测量输入金属带材的入口厚度轮廓;
作为所测量的入口厚度轮廓计算出目标厚度轮廓,同时满足轮廓和平整 度操作要求;
在金属带材退出热轧机后测量金属带材的出口厚度轮廓;
通过比较出口厚度轮廓与由所测量的入口厚度轮廓所得出的目标厚度 轮廓而从带材中的纵向应变计算出差分应变反馈;及
响应于至少差分应变反馈来控制能够影响到退出热轧机的带材的几何 形状的装置。
在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的方法还可以包括如下 步骤:
从入口厚度轮廓及热轧机的尺寸和特性计算出辊隙压力轮廓;
作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数计算出前馈控制参考和/或敏 感度矢量,以允许补偿铸造带材中的轮廓和平整度波动;和
响应于所计算的前馈控制参考和/或所计算出的敏感度矢量进一步控制 能够影响到退出热轧机的带材的几何形状的装置。
轮廓和平整度操作要求可以选择以使得目标厚度轮廓抑制带材的蠕变。
能够影响到退出热轧机的带材的几何形状的装置可以从包括弯曲控制 器、间隙控制器、冷却剂控制器和其它能够改动热轧机的加载的辊隙的装置 的组的一个或多个中选择。
在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的方法还可以包括步骤: 从所测量的入口厚度轮廓生成适应性辊隙误差矢量;并使用适应性辊隙误差 矢量计算出前馈控制参考和敏感度矢量中的至少一项。
在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的方法另外还可以包括: 通过进行时间滤波和空间频率滤波中的至少一项而计算出目标厚度轮廓。
在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的方法另外还可以具有 控制步骤,其包括:对弯曲控制器和间隙控制器进行对称的反馈控制和非对 称反馈控制。
控制步骤可以可选地,或另外地,包括在连接轧机时从差分应变反馈中 减掉系统测量误差,系统测量误差是通过当脱离轧机时比较入口厚度轮廓和 出口厚度轮廓而产生的。
控制步骤另外可以进行温度补偿和皱褶检测,或进行操作员引导 (operator-induced)的冷切边或操作员引导的弯曲切边中的至少一项。
更特别地,用以在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的方法可 以用在由双辊铸造机进行的连续铸造中,其包括如下的步骤:
(a)装配具有一对在其间具有压铸区的铸辊的薄带铸造机;
(b)装配能够在压铸区之上的铸辊之间与邻近于压铸区的端部用以限定 熔池的侧封挡形成熔池的金属传送系统;
(c)邻近薄带铸造机装配热轧机,热轧机具有带有于其间形成辊隙的工作 表面的工作辊,输入金属带材穿过辊隙被轧制,工作辊具有相关于跨过工作 辊的所希望的形状的工作辊表面;
(d)装配能够响应于控制信号而影响到退出热轧机的带材的几何形状的 装置;
(e)装配能够通过比较出口厚度轮廓与由所测量的入口厚度轮廓得出的 目标厚度轮廓而从带材中的纵向应变计算出差分应变反馈,并响应于所计算 的差分应变反馈生成控制信号;
(f)连接控制系统至能够响应于从控制系统所生成的控制信号而影响退 出热轧机的带材的几何形状的装置。
为在双辊铸造机中进行该方法,钢水可以引入在一对铸辊之间以形成支 持在铸辊的铸造面上的由侧封挡限定的熔池,并且铸辊反向转动以在铸辊的 表面上形成固化金属壳并穿过铸辊之间的压铸区从固化壳铸造出薄钢带。
影响由热轧机处理的带材的几何形状的装置可以能够响应于控制信号 中的至少一个而变化工作辊的辊隙、由工作辊弯曲和/或提供给工作辊冷却 剂,以影响退出热轧机的热带材的几何形状。
另外公开的是用于在具有热轧机的带材铸造设备中控制带材形状的控 制架构,其包括:
入口测量设备,其能够在金属带材进入轧机之前测量输入金属带材的入 口厚度轮廓;
目标厚度轮廓模型,其能够作为所测量的入口厚度轮廓的函数计算出目 标厚度轮廓同时满足轮廓和平整度操作要求;
出口测量设备,其能够在金属带材退出轧机之后测量金属带材的出口厚 度轮廓;
差分应变反馈模型,其能够通过比较出口厚度轮廓与由所测量的入口厚 度轮廓得出的目标厚度轮廓而从带材的纵向应变计算出差分应变反馈;和
控制模型,其能够响应于差分应变反馈来控制能够影响到退出热轧机的 带材的几何形状的设备。
目标厚度轮廓模型可以抑制带材皱褶。
差分应变反馈模型可以另外包括温度补偿功能和皱褶检测功能。
差分应变反馈模型还可以包括当连接轧机时能够从差分应变反馈减掉 系统误差的自动调零功能,系统误差通过脱离轧机时比较入口和出口厚度轮 廓而生成。
用于控制在具有热轧机的铸造设备中的带材的带材形状的控制架构还 可以包括:
能够从入口厚度轮廓及热轧机的尺寸和特性计算出辊隙压力轮廓的辊 隙模型,和
能够作为目标厚度轮廓和辊隙压力轮廓的函数计算出前馈控制参考和/ 或敏感度矢量用以允许补偿铸造带材的轮廓和平整度波动的前馈辊叠挠曲 模型。
适应性辊叠挠曲模型可以能够从所测量的出口厚度轮廓生成适应性辊 隙误差矢量并使用适应性辊隙误差矢量计算出前馈控制参考和敏感度矢量 中的至少一项。
目标厚度轮廓模型还可以包括作为计算目标厚度轮廓的部分的时间滤 波功能和空间频率滤波功能的至少一种。
控制模型可以包括对称反馈功能和非对称反馈功能用于控制弯曲控制 器和间隙控制器。
另外,能够影响到退出热轧机的带材的几何形状的装置可以选自由弯曲 控制器、间隙控制器和冷却剂控制器构成的组中的一个或多个。
控制架构另外可以支持操作员引导的冷切边和操作员进行的弯曲切边。
控制架构可以提供在用于连续地生产薄铸带材的薄带铸造设备中用以 控制带材形状,其包括:
(a)薄带铸造机,其具有在其间具有压铸区的一对铸辊;
(b)金属传送系统,其能够在压铸区之上的铸辊之间与侧封挡形成熔池, 其中侧封挡邻近于压铸区的末端用以限定熔池;
(c)驱动器,其能够反向旋转铸辊以在铸辊的表面上形成固化金属壳并穿 过铸辊之间的压铸区从固化壳铸造薄钢带材;
(d)热轧机,其具有带有形成辊隙的工作表面的工作辊,来自薄带铸造机 的铸造带材穿过辊隙可以得以轧制;
(e)连接到热轧机的装置,其能够响应于控制信号影响到由热轧机处理的 带材的几何形状;和
(f)控制系统,其能够通过比较出口厚度轮廓与由所测量的入口厚度轮廓 得出的目标厚度轮廓而从带材中的纵向应变计算出差分应变反馈,能够响应 于差分应变反馈生成控制信号,并连接到装置用以使装置响应于控制信号而 影响到由热轧机处理的带材的几何形状。
在用于通过连续铸造来生产具有受控的带材形状的薄铸带材的薄带铸 造设备中,控制系统还可以能够计算出前馈控制参考和敏感度矢量,并且还 能够生产控制信号前馈控制参考和敏感度矢量。
前馈控制参考和敏感度矢量作为由所测量的入口厚度轮廓和辊隙压力 轮廓的函数被计算出用以允许补偿铸造带材中的轮廓和平整度波动。
本发明的这些和其它的优点和新的特性、及所说明的关于它的实施例的 细节根据下面的描述和附图将能够得到更为充分的理解。
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