(57)【要約】本発明は熱間圧延設備の冷却区間（４）における金属帯の温度を制御ないし調節するための方法に関し、その冷却区間（４）の調整信号を求めるため目標温度経過が実際温度経過と比較され、その際補助条件を考慮に入れて、冷却区間（４）の調整要素に対する少なくとも１つの目的関数が形成され、この目的関数がモデル予測的調節の目的で２次最適化問題として解かれる。その場合熱間圧延設備の仕上げ圧延部及び冷却区間の包括的な調節が提案される。
2006518669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼産業設備における金属帯（５）の、特に加熱金属帯（６）を圧延するための圧延路（２、３）に後置されている冷却区間（４）における温度の制御及び調節又はそのいずれか一方のための方法であって、調整信号を確定するため目標温度経過が実際温度経過と比較される方法において、補助条件を考慮に入れて、設備の、特に冷却区間（４）における調整要素に対する少なくとも１つの目的関数が形成されることを特徴とする金属帯の温度を制御ないし調節するための方法。
【請求項２】
最適化問題を解くことによって目的関数が最小化されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
最適化問題を解くことによって目的関数が最大化されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
２次的最適化問題が解かれることを特徴とする請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
金属帯（６）の実際温度経過及び目標温度経過又はそのいずれか一方の温度経過が少なくとも１つのモデルを利用して確定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
実際エンタルピー経過及び目標エンタルピー経過又はそのいずれか一方の経過が少なくとも１つのモデルを利用して確定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
モデルがオンラインに適応されることを特徴とする請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
金属帯点（１３ａ、１３ｂ）が追跡されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
金属帯（６）の個々の金属帯点（１３ａ、１３ｂ）に対する温度経過が確定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
予計算により最適化問題を解くことによって目的関数が最小化又は最大化されることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
好ましくはオンラインで最適化問題を解くことによって目的関数が反復的に最小化又は最大化されることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
各クロックにおいて反復ステップが実行され、その際最適化問題の現在のクロックに属する解から出発して、少なくとも１つの調整信号が設備に加えられることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
後続のクロックに対し、最適化問題を解く際他の測定値が考慮されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
閉じた制御ループが形成されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
最適化問題が直線的補助条件により解かれることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
金属帯（６）の温度が製鋼産業設備の複数の部分（１〜５）において、特に仕上げ圧延部（３）及びそれに後置された冷却区間（４）において、制御及び調節又はそのいずれか一方が行われることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか１つに記載の方法を実施するためのコンピュータ・プログラム。
【請求項１８】
製鋼産業設備の少なくとも冷却区間（４）の制御のための請求項１７に従うコンピュータ・プログラムによってプログラミングされた計算装置（１０）であって、直接及び間接又はそのいずれか一方で金属帯（６）の温度を制御することを特徴とする計算装置（１０）。
【請求項１９】
計算装置（１０）が、冷却区間モニタ（１１）、予計算のためのモジュール（２０）、適応のためのモジュール（１８）及び冷却区間調節のためのモジュール（１２）を有することを特徴とする請求項１８記載の計算装置（１０）。
【請求項２０】
計算装置（１０）が、調整要素（７）及び１つ又は複数の調整要素を含む調節領域（１４ａ、１４ｂ）又はそのいずれか一方を制御するための複数の調節モジュール（１７ａ、１７ｂ）を有することを特徴とする請求項１８又は１９記載の計算装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼産業設備における金属帯の、加熱金属帯を圧延するための圧延路に後置されている特に冷却区間における温度を制御ないし調節するための方法に関する。
【０００２】
独国特許出願公開第19963186 A1号明細書から、加熱金属帯を圧延するための仕上げ圧延部が前に置かれている冷却区間に対する制御方法は知られている。この制御方法においては、加熱金属帯を冷却区間に導入する際、金属帯点及びその初期温度が検出され、検出された金属帯点に個々に目標温度経過が属せしめられる。金属帯点、その初期温度及びその目標温度経過は、冷却区間のためのモデルに導かれる。金属帯点は冷却区間の通り抜けの際追跡される。冷却区間において加熱金属帯は温度制御装置により温度制御が行われる。追跡及び温度制御は同様にモデルに導かれる。モデルは検出された金属帯点の期待される実際温度を実時間的に確定し、これらの温度を金属帯点に割り当てる。それによって各金属帯点に対し各時点で温度は金属帯厚に関する関数として自由な使用に供される。さらに、検出された金属帯点に属せしめられる目標温度経過及び期待される実際温度に基づいて、温度制御装置に対する操作値が確定され、操作値はこの温度制御装置に導かれる。温度管理は特に、加熱金属帯の材料特性及び組織特性を定めた目標に調節するために用いられる。その際通例は、温度管理はあらかじめ定められたリール温度経過が冷却区間の出口からできるだけ良好に達成されるように実施される。
【０００３】
金属帯の材料特性及び組織特性に対して決定的なことは、化学組成及び変形プロセスのパラメータのほかに、例えば、仕上げ段の組織に関する減少分布及び設備を進む際の金属帯材料の時間的温度経過がある。
【０００４】
その設備内の金属帯の温度経過に対する最後の調整要素は、その場合通例は冷却区間内にある。冷却区間においてはしばしば材料の相転移も生ずる。調整要素としては通例冷却区間の弁が使用される。例えば厚板圧延部のような特定の冷却区間の場合、さらに質量の流れ、即ち特に金属帯速度も調整され得る。
【０００５】
本発明の課題は、金属帯の温度、特に製鋼産業設備の冷却区間における金属帯の温度の制御ないし調節を改善し、既知の制御ないし調節の欠点が十分に回避され、制御ないし調節の効率が高められるようにすることにある。
【０００６】
この課題は、製鋼産業設備における金属帯の、特に加熱金属帯を圧延するための圧延路に後置されている冷却区間における温度の制御及び調節又はそのいずれか一方のための方法であって、調整信号を確定するため目標温度経過が実際温度経過と比較され、補助条件を考慮に入れて、設備の、特に冷却区間における調整要素に対する少なくとも１つの目的関数が形成されることによって解決される。
【０００７】
好ましくは設備限界ないし調整限界に相応する補助条件を考慮に入れることによって、特に種々の冷却区間レイアウトに対し、またとりわけあらかじめ温度経過ないし冷却経過が与えられている場合に対し、調整限界を目的に適うように考慮した、（調整）初期設定を確定することが可能になる。その結果、例えば２つの部分からなる冷却区間の場合、両部分冷却区間の間の高すぎる温度の初期設定が、第２の部分冷却区間の利用可能な冷却媒体量によってはリール温度がもはや達成され得ない結果になるようなことが回避される。
【０００８】
最適化問題を解くことによって目的関数が有利に最小化又は最大化される。そのように、正確には実現不可能な温度経過又は冷却経過があらかじめ設定される場合にも制御ないし調節が可能である。さらにこの方法は可能な範囲で最善の近似を確定する。
【０００９】
２次的最適化問題は有利に解かれる。そのように、最適化問題を解くための時間が通例あきらかに低減される。
【００１０】
少なくとも１つのモデルを利用して、金属帯の実際温度経過及び目標温度経過又はそのいずれか一方の温度経過が有利に確定される。そのように、制御ないし調節のために重要な、特に冷却区間の場所における実際の金属帯温度が測定できない場合でも、金属帯の改善された制御ないし調節が可能になる。
【００１１】
それに代えて又はそれに付加して、実際エンタルピー経過及び目標エンタルピー経過又はそのいずれか一方の経過が確定される。
【００１２】
モデルはオンラインで有利に適応される。この方式で、例えば存在する設備ドリフトが考慮され得るし、また特に後続の金属帯に対する現実的な結果が求められ得る。
【００１３】
金属帯点は有利に追跡される。
【００１４】
金属帯の個々の金属帯点に対する温度経過が有利に確定される。そのように、特に金属帯点の追跡によっても制御ないし調節の精度はあきらかに改善される。
【００１５】
予計算により最適化問題を解くことによって目的関数は有利に最小化又は最大化される。特に、このようにして調整要素の予調整のために必要な時間があきらかに低減される。とりわけ、そのようにさらに後続のオンライン調節に関して最適に予調整される。
【００１６】
目的関数はとりわけオンラインで最適化問題を解くことによって有利に反復的に最小化ないし最大化される。
【００１７】
本方法の有利な構成は請求項１０〜１４に記載されている。
【００１８】
本発明の課題の他の解決法は請求項１５〜１８に記載されている。
【００１９】
他の利点及び詳細は、図面に示される複数の実施例の以下の説明から明らかとなる。
【００２０】
図１は金属帯６を製造するための設備を示し、粗圧延部２、仕上げ圧延部３及び冷却区間４を含む。金属帯６はその際熱間圧延されるのが好ましい。冷却区間４の後方には、好ましくはリール装置５が配置されている。リール装置５によって、粗圧延部２及び仕上げ圧延部３により圧延され冷却区間４で冷却された金属帯６が巻き上げられる。粗圧延部２及び仕上げ圧延部３には金属帯供給源１が前置されている。金属帯供給源１は例えば炉として構成され、その中で金属ブルームが加熱される。金属帯供給源１は例えば連続鋳造設備として構成することもでき、その設備内で金属帯６が生産され、その金属帯は次いで粗粗圧部２に導かれる。
【００２１】
鋼生産のための設備及び特に粗圧延部２、仕上げ圧延部３並びに冷却区間４及び少なくとも１つのリール装置５は、計算装置１０によって行われる制御方法を用いて制御される。そのため計算装置１０は鋼生産のための設備の構成要素１〜５の１つ又は複数と制御技術的に結ばれている。計算装置１０はコンピュータプログラムとして構成された制御プログラムでプログラミングされ、その制御プログラムに基づいて計算装置１０は金属帯６の温度の制御ないし調節のための本発明による方法を実行する。
【００２２】
図１に従って、金属帯ないしブルーム６は金属帯供給源１を出て、まず粗圧延部２において仕上げ圧延部３のための入口厚さに圧延される。次いで仕上げ圧延部内で金属帯６はロールスタンド３´により金属帯の最終厚さに圧延される。続く冷却区間４は金属帯を所定のリール温度に冷却する。
【００２３】
金属帯６の所望の機械的特性を保証するために、適切な温度経過が仕上げ圧延部３及び冷却区間４に対し守られなければならない。そのため好ましくは、目標温度経過が例えば設備の型、作動モード、各注文及び金属帯６の所望の特性に関係してあらかじめ設定される。
【００２４】
図５は冷却区間４の制御のための計算装置１０を示す。その際計算装置１０は、予計算モジュール２１及び特に冷却プロセス中の好ましくはオンライン計算のためのモジュール２２を有する。
【００２５】
予計算モジュール２１を用いて仕上げ圧延部３の調節要素は初期化され得る。そのために例えば不足している測定値のための評価値、例えば金属帯の入口速度、仕上げ圧延部３の出口における金属帯の温度及び金属帯の厚さ、が使用される。予計算モジュール２１に対する操作者側のインプット値としては例えば所望の材料値１０５が用いられる。
【００２６】
予計算モジュール２１内の予計算部２０は反復式に進行する。このことは、所定の誤差が最小限に減らされるまで計算が種々の冷却媒体量により繰り返されることを意味する。予計算部２０はそれ故オンライン機能のある冷却区間モニタ１１及び適応部１８と接続されている。
【００２７】
計算モジュール２２は冷却区間モニタ１１及び冷却区間調節部１２を有し、それらは相互に接続されている。冷却区間モニタ１１及び冷却区間調節部１２は冷却区間４の調整要素を制御し、好ましくは例えばモデルライブラリー１９に格納可能な冷却区間の１つ又は複数のモデルと接続されている。好ましくはモデルの１つが調節要素の制御のために使用される。冷却区間調節部１２は冷却区間４に調整信号１０１を、例えば冷却媒体弁に対する調整モデルの形で、転送する。
【００２８】
図２は、冷却区間モニタ１１と冷却区間調節部１２の機能様式を詳細に示す。
【００２９】
冷却区間モニタ１１は冷却区間４の状態を確定する。冷却区間モニタ１１に対する入力パラメータとしては、例えば金属帯６の速度、金属帯温度並びに冷却媒体温度及び冷却媒体圧力のような値が用いられる。
【００３０】
他の入力量は、調整要素、即ち好ましくは弁７の調整である。
【００３１】
冷却区間４の入口領域に金属帯６の温度を測定するために出口圧延温度測定部８が配置されるのが有利である。ここで仕上げ圧延部３の出口における温度ないし仕上げ圧延部３と冷却区間４との間の温度が測定される。冷却区間４の出口には、好ましくは出口温度測定部９が配置される。ここでリール装置５の前方ないし冷却区間４の出口における温度が測定される。冷却区間モニタ１１の入力量は、出口圧延温度測定部８で検出された金属帯の入口温度１０３、リール温度測定部９で検出された金属帯の出口温度１０４、並びに他の金属帯データ１０２、好ましくは仕上げ圧延部３、例えばその最後のロールスタンド３´における又はそのすぐ後で検出されるデータである。
【００３２】
冷却区間調節部１２から冷却区間モニタ１１へ弁調整１０１が伝送され、これは通例は冷却区間モニタ１１によってはもっともかどうかは調べられない。冷却区間モニタ１１は冷却区間４の現在の状態を常に確定する。
【００３３】
本発明による制御ないし調節は、クロック式に好ましくは調節ステップで行われる。冷却区間調節部１２は、それぞれ後続の調節ステップに対する冷却区間４の弁７の弁調整１０１を確定する。その際好ましくは他の個所でなお詳細に検討される最適化問題が解かれる。
【００３４】
本発明によれば、各クロックにおいて好ましくは反復ステップが実施され、その際最適化問題の当面のクロックに属される解から出発して少なくとも１つの調整信号が設備に加えられる。好ましくは後続のクロックに対して、最適化問題を解く際他の現実化された測定値が考慮される。このようにして閉じた制御ループを形成することができる。
【００３５】
調整要素の数が大きい場合には、それは冷却区間４に対して典型的であるように、とりわけ２次的最適化問題をたてる際、個々の弁ではなく弁の群が調整要素として把握されるのが有利である。計算された調整値の個々の弁への分配は、適切な開閉ヒューリスティックを介して行われる。複数の弁を弁群にまとめることは、特にオンラインに対し、即ち実時間で、最適化問題を解くのに特に有利である。
【００３６】
図６は冷却区間４の位置ｘについての可能な温度経過Ｔを示し、その際冷却区間４は冷却区間の入口ｘAおよび冷却区間の出口ｘEによって区切られている。対比可能な図は、時間に関する温度経過Ｔをプロットするときに生ずるであろう。
【００３７】
図３は冷却区間のモデル予測的調節を示す。その際、冷却区間調節部１２によって、好ましくは個々の弁７ａないし７ｂ、まとめて７と記されている弁が制御されるのではなく、１つ又は複数の弁７からなる弁群が制御される。その際それに応じて例えば調節領域１４を複数の部分領域１４ａおよび１４ｂに分割することができ、その際好ましくは各部分領域１４ａ、１４ｂに弁群が所属せしめられる。
【００３８】
冷却区間の限界と通例一致する調節領域１４の限界内において、調節に関して主調節領域１５と調整用調節領域１６とに区別され得る。好ましくは個々の金属帯点（１３ａ、１３ｂ）が追跡される。
【００３９】
冷却区間の制御及び調節のために、モデル予測的アルゴリズムが使用される。その際調整要素は未来へのＮu時間ステップに対し好ましくは２次的最適化問題を解くこととして決定され、その際Ｎy時間ステップに対するモデルにより予想が的確にとらえられる。
【００４０】
Ｎuは１又は１より大きい自然数であってもよい。後者の場合、通例第１の時間ステップに対する計算された調整要素調整のみが実行される。次の時間ステップに対しては、現在の測定値ないし予想値を考慮に入れて新たに計算される。
【００４１】
Ｎyは、存在する最大の不感時間が克服されるような大きさに選ばれなければならない。最大の不感時間は、温度測定個所とごく手近の前置された、空いている調整弁の位置との最大距離から生じる。好ましくは２次的最適化問題を立てるために、適切な、好ましくは線形化された金属帯温度モデルが使用される。好ましくは２次的最適化問題には、方程式及び不等式の補助条件が容易に組み入れられ得る。そのように、調整要素限界及び異なる冷却区間レイアウトが特に有利に、かつとりわけ、計算装置１０ないし予計算モジュール２１及び計算モジュール２２又はそのいずれか一方に過度の変更が行われてはならないように考慮され得る。
【００４２】
それに代えて又はそれに付加して、冷却区間のモデル予測的調節が冷却区間におけるエンタルピー経過にも基づくことができる。場所ｘないし時間に関するエンタルピー経過はその際場所に関する温度経過（図６参照）ないし時間に関する温度経過と比較し得るものである。
【００４３】
図４が示すように、計算装置１０が冷却区間調節部１２のためのモジュールを有し、そのモジュールが複数の部分調節モジュール１７ａ、１７ｂを有し、これらのモジュールが異なる調節領域１４ａ及び１４ｂに対応することが可能である。
【００４４】
冷却区間４の本発明による制御ないし調節は冷却区間レイアウトに無関係であり、モデル予測的調節に基づいて調節限界においても制御の最適振舞を提供する。初期設定は、可変性をもって、優先順位的に種々に重み付けされ得る。本発明による制御ないし調節方法には、エッジ・マスキングが組み込み可能である。
【００４５】
本発明による方法は、金属帯６の速度も制御され得るように構成することができ、そのことはその適用を例えば厚板圧延部に対しても可能にする。
【００４６】
特に仕上げ圧延部３も本発明により調節することができる。金属帯温度のほかに、仕上げ圧延部３においては、中間スタンド冷却装置が他の可能な調整要素である。冷却区間に対する調整要素の典型的な数は例えば約２００個の弁７である。このことは、典型的な仕上げ圧延部３に対する調整要素の数より明らかに高い数である。
【００４７】
複数の設備部分１〜５に対する包括的な制御ないし調節は、次に例えば仕上げ圧延部３及び冷却区間４に対し述べるように、有利に得ることができる。
【００４８】
包括的な制御ないし調節のために、好ましくは仕上げ圧延部３の温度モデルと冷却区間４の温度モデルとが連結される。両設備部分３及び４に対する目標関数を加えることによって、とりわけ２次的最適化問題がとりわけ直線性の補助条件によって確定され、その最適化問題を用いて両設備部分３及び４に対する共通の制御方法が与えられる。問題の最適化は、仕上げ圧延部３の中間スタンド冷却、冷却区間４の冷却区間弁７及び金属帯６の速度に対する、特に各後続の調節ステップに対する、調整を供給する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】圧延機の原理的構成図を示す。
【図２】圧延機の冷却区間及びその制御ないし調節に用いる計算装置を示す。
【図３】冷却区間及びそれに属する冷却区間調節部を示す。
【図４】冷却区間調節部の可能なモジュールを示す。
【図５】冷却区間の予計算部及び実時間調節部を示す。
【図６】冷却区間における金属帯の可能な温度経過を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１  金属帯供給源
２  粗圧延部
３  仕上げ圧延部
４  冷却区間
５  リール装置
６  金属帯
７  弁（調整要素）
８  出口圧延温度測定部
９  出口温度測定部
１０  計算装置
１１  冷却区間モニタ
１２  冷却区間調節部
１３ａ、１３ｂ  金属帯点
１４  調節領域
１４ａ、１４ｂ  部分調節領域
１５  主調節領域
１６  調整用調節領域
１７ａ、１７ｂ  調節モジュール
１８  適応部
１９  モデルライブラリー
２０  予計算部
２１  予計算モジュール
２２  計算モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2006518669.tif 000009
2006518669.tif 000010
2006518669.tif 000011
2006518669.tif 000012
2006518669.tif 000013
2006518669.tif 000014
2006518669.tif 000015
2006518669.tif 000016