ES2333261T3 - Procedimiento y programa de ordenador para controlar un proceso de laminacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar un proceso de laminación en el que una banda de metal (100) es laminada plana con ayuda de, al menos, un cilindro de laminación (200) y que comprende: detección de la posición relativa (N) del punto neutral en una curva de contacto entre la banda de metal (100) y el cilindro de laminación (200); y en caso de necesidad estabilización del proceso de laminación de acuerdo a la posición sigma (N) del punto neutral para lo cual se interviene con medidas adecuadas en el proceso de laminación; caracterizado porque la magnitud de la tensión de fluencia plana k e de la banda de metal y la magnitud de la presión hidrostática p N H en el punto neutral son estimadas como parámetros de proceso que no se pueden medir directamente, en cada caso con ayuda de un modelo matemático para el proceso de laminación individual sobre la base de un primer y una segundo grupo de parámetros de proceso medibles, con lo que el primer grupo comprende los parámetros avance fslip, espesor de entrada de la banda hE, espesor de salida de la banda hA y tensión de salida de la banda sigmaA de la banda de metal (100) y el segundo grupo comprende la tensión de entrada de la banda sigma E, la fuerza de laminación F, el ancho de la banda b, el radio R 0 del cilindro de laminación y el módulo de elasticidad plano E* R del cilindro de laminación; y la posición relativa sigma (N) del punto neutral es calculado sobre la base de las magnitudes estimadas para la tensión de fluencia plana ke y la hidrostática pN H , sobre la base del primer grupo de parámetros de proceso medibles así como sobre la base del módulo de elasticidad plano E* de la banda de metal y de la compresibilidad K de la banda de metal.
Description
Procedimiento y programa de ordenador para
controlar un proceso de laminación.
La presente invención hace referencia a un
procedimiento y un programa de ordenador para controlar un proceso
de laminación en el que una banda de metal es laminada plana con
ayuda de, al menos, dos cilindros de laminación. La presente
invención hace referencia básicamente a todos los tipos de procesos
de laminación, como por ejemplo laminación en frío, laminación en
caliente o laminación de acabado; pero sin embargo se aplica
preferentemente en procesos de laminación en frío.
En el estado actual del arte, por ejemplo de la
solicitud japonesa de patente JP 55061309 A, se conoce básicamente
un procedimiento de este tipo. Allí se describe que la estabilidad
del proceso de laminación depende de la correspondiente posición de
un, así llamado, punto neutral. En ese caso, el punto neutral
representa aquella posición en el perímetro de un cilindro de
trabajo, en la que la velocidad perimetral del cilindro de trabajo
coincide con la velocidad del material laminado. Para garantizar la
estabilidad del proceso de laminación, la mencionada solicitud
japonesa de patente explica cómo regular la tensión de la banda de
manera tal, que la posición del punto neutral se encuentre siempre
dentro de una curva de contacto entre el cilindro de laminación y
el material laminado.
El cálculo de la posición del punto neutral es
trivial sólo para un material plástico ideal y puede ser determinado
para este tipo de materiales a partir de parámetros medibles del
proceso de laminación. Por ello, la utilización de la posición
(relativa) del punto neutral, calculada tradicionalmente, como
criterio para la estabilidad de un proceso de laminación sólo es
posible de manera limitada en el caso de un material plástico no
ideal, es decir especialmente en el caso de un material elástico
plástico, como por ejemplo en el caso de metales reales. El motivo
de ello es que con ayuda de parámetros de laminación tradicionales,
la posición (relativa) del punto neutral para procesos de
laminación de metales reales sólo puede ser determinada de manera
poco precisa.
Tomando como punto de partida este estado actual
de la técnica es objeto de la presente invención mejorar un
procedimiento y un programa de ordenador conocidos para controlar un
proceso de laminación de acuerdo a la posición relativa del punto
neutral entre un cilindro de laminación y una banda de metal a
laminar, considerando el comportamiento real de la banda de metal
durante el proceso de laminación.
Conforme a la invención, este objeto es resuelto
a través del procedimiento solicitado en la reivindicación 1.
Con la consideración de la tensión de fluencia
plana de la banda de metal y la magnitud de la presión hidrostática
en el punto neutral, la posición relativa del punto neutral puede
ser calculado de forma más precisa, es decir de manera más real y
exacta, que en el pasado. Esto es válido especialmente, porque
considerando la presión hidrostática, la compresión de volumen de
la banda de metal durante el proceso de laminación se incluye en el
cálculo de la posición del punto neutral. Además se considera la
recuperación elástica de la banda después de atravesar la posición
más estrecha de la abertura entre cilindros. Esta consideración es
especialmente importante para valores de cero del parámetro del
avance. La información más real, que es posible conforme a la
invención, hace posible que un dispositivo de control o un operador
que observa o controla el proceso de laminación, intervenga de
forma más rápida y eficiente en el proceso de laminación para
garantizar su estabilidad.
Ya que los parámetros tensión de fluencia plana
y presión hidrostática en el punto neutral son necesarios para el
cálculo preciso de la posición relativa del punto neutral, pero no
se pueden medir simplemente como parámetros de medición durante el
proceso de laminación, conforme a la invención son simulados y,
preferentemente, calculados en tiempo real con ayuda de un modelo
matemático que se puede adaptar individualmente a cada proceso de
laminación individual para estar a disposición a tiempo para el
cálculo de la posición real del punto neutral. De manera ventajosa,
sin embargo, para el modelo matemático sólo se utilizan, como
magnitud de entrada, parámetros de proceso que puedan ser medidos
durante el proceso de laminación.
Conforme a la invención, la posición relativa
del punto neutral \xi es calculada de manera ventajosa de acuerdo
a la siguiente fórmula:
donde
f_{slip}: representa el avance;
\sigmaA: representa la tensión de salida de la
banda;
K: representa la compresibilidad de la banda de
metal;
p_{N}: representa la presión en la abertura
entre cilindros en el punto neutral perpendicular (normal) en
relación a la banda de metal;
q_{N}: representa la presión en la abertura
entre cilindros en el punto neutral en dirección longitudinal de la
banda de metal;
k_{e}: representa la tensión de fluencia
plana
E*: representa el módulo de elasticidad plano de
la banda de metal;
h_{E}: representa el espesor de la banda en la
entrada; y
h_{A}: representa el espesor de la banda en la
salida.
El proceso de laminación es clasificado como
estable cuando el valor calculado \xi para la posición relativa
(N) del punto neutral se encuentra entre un valor umbral inferior de
aprox. 0,12 y un valor umbral superior de aprox. 0,4. Si el valor
\xi se encuentra por debajo del valor umbral inferior, esto es un
indicio de que el proceso de laminación es inestable; entonces debe
ser estabilizado nuevamente a través de medidas adecuadas, como por
ejemplo el aumento de la tensión de la banda en la salida, una
reducción de la tensión de la banda en la entrada o un aumento de
la fricción en la abertura entre cilindros.
En el otro caso, si el valor \xi para la
posición relativa del punto neutral se encuentra por encima del
valor umbral superior de aprox. 0,4, esto es un indicio de que la
fricción en la abertura entre cilindros es muy alta y, con ello, el
desgaste de los cilindros también es demasiado alto; en ese caso se
deben contrarrestar a través de medidas adecuadas.
A los fines de la documentación es ventajoso si
la posición relativa del punto neutral, calculada conforme a la
invención, es almacenada preferentemente a través de su transcurso
de tiempo. Independientemente de ello, para una rápida aplicación
de medidas para la estabilización del proceso de laminación o para
una eliminación de fuerzas de fricción demasiado altas en la
abertura de los cilindros es ventajoso, si la posición relativa del
punto neutral, calculada conforme a la invención, es mostrada a
\hbox{un operador en un dispositivo de visualización,
preferentemente en tiempo real.}
Otros diseños ventajosos del procedimiento
solicitado son objeto de las reivindicaciones secundarias.
El objeto arriba mencionado de la presente
invención es resuelto, además, a través de un programa de ordenador
para un dispositivo de control para controlar un proceso de
laminación conforme al procedimiento arriba descrito.
A la descripción se adjuntan, en total, tres
figuras, donde
Fig. 1 muestra un par de cilindros para la
conformación de una abertura de cilindros con una banda de metal
que la atraviesa;
Fig. 2 un esquema de conjunto para ilustrar el
procedimiento conforme a la invención; y
Fig.3 diferentes rangos de posición posibles
para la posición relativa del punto neutral en una abertura de los
cilindros.
A continuación la invención es descrita en
detalle, haciendo referencia a las figuras mencionadas en forma de
ejemplos de ejecución.
La figura 1 muestra un tren de laminación con un
par de cilindros en el que los cilindros de laminación 200 se
encuentran dispuestos en vertical, uno sobre el otro, y con lo que
entre ambos cilindros de laminación 200 se encuentra conformada una
abertura de cilindros. Para realizar un proceso de laminación, una
banda de metal 100 es desplazada entre la abertura de cilindros y
laminada plana. Tanto el cilindro (de trabajo) superior como
también el inferior 200 hace contacto con la banda de metal 100 en
una curva de contacto, que en el cilindro de laminación 200 es
representada por la longitud de curva del ángulo \alpha.
Como medida o criterio para la estabilidad de un
proceso de laminación individual en el marco de la presente
invención se utiliza la posición relativa del, así llamado, punto
neutral. En la figura 1 el punto neutral se encuentra identificado
a modo de ejemplo con la referencia N. El punto neutral representa
aquella posición en el perímetro de un cilindro, en la que la
velocidad perimetral del cilindro coincide con la velocidad del
material laminado, especialmente de la banda de metal laminada.
En la figura 1, la dirección de flujo del
material se encuentra indicada con las flechas horizontales;
transcurre allí de izquierda a derecha. El parámetro R identifica
al radio del cilindro de laminación 200, el parámetro v_{E}
identifica a la velocidad de la banda de metal 100 en la entrada de
la abertura de cilindros, el parámetro v_{A} identifica la
velocidad de la banda de metal en la salida de la abertura de
cilindros y el parámetro v_{N} identifica la velocidad de la
banda de metal 100 a la altura del punto neutral N. Todos los demás
parámetros representados en la figura 1 se explican más abajo.
Una estimación acerca de la estabilidad de un
proceso de laminación y una decisión acerca de la introducción de
medidas para la estabilización del proceso de laminación pueden ser
realizadas de manera más precisa, mientras más precisa o cercana a
la realidad sea la posición actual del punto neutral.
Por ello, haciendo referencia a la figura 2 se
explica el procedimiento conforme a la invención, con cuya ayuda es
posible en todo momento un cálculo muy preciso y cercano a la
realidad de la posición relativa del punto neutral durante un
proceso de laminación.
Conforme a la invención, el cálculo de la
posición relativa \xi del punto neutral se realiza de acuerdo a
la siguiente fórmula:
donde
f_{slip}: representa el avance;
\sigmaA: representa la tensión de salida de la
banda;
K: representa la compresibilidad de la banda de
metal (100);
p_{N}: representa la presión en la abertura
entre cilindros en el punto neutral perpendicular (normal) en
relación a la banda de metal;
q_{N}: representa la presión en la abertura
entre cilindros en el punto neutral en dirección longitudinal de la
banda de metal;
k_{e}: representa la tensión de fluencia
plana
E*: representa el módulo de elasticidad plano de
la banda de metal (100);
h_{E}: representa el espesor de la banda en la
entrada; y
h_{A}: representa el espesor de la banda en la
salida de la abertura de cilindros.
En la figura 2, el cálculo de la posición
relativa \xi del punto neutral se realiza en el bloque A. Para
ello, en la figura 2 también se representan los parámetros arriba
mencionados que se utilizan en el cálculo de \xi. De estos
parámetros, el avance f_{slip}, la altura h_{E} de la banda de
metal en la entrada de la abertura de cilindros, la altura h_{A}
en la salida de la abertura de cilindros así como la tensión de la
banda \sigma_{A} en la salida de la abertura de cilindros forman
un primer grupo de parámetros de proceso que se pueden medir
directamente durante un proceso de laminación, en cualquier momento.
El módulo de elasticidad plano E* de la banda de metal 100 así como
la compresibilidad K de la banda de metal son básicamente
conocidos. Básicamente no se conocen, y tampoco se pueden medir
durante un proceso de laminación, en cambio, el valor de la tensión
de fluencia plana k_{e} y la presión p_{N}^{H} en la abertura
de cilindros en el punto neutral en perpendicular, es decir, normal
en relación a la banda de metal, que son los otros valores
necesarios para el cálculo de la posición relativa \xi del punto
neutral conforme a la invención. Ya que estos dos últimos
parámetros mencionados no se pueden medir directamente, conforme a
la invención son estimados con ayuda de un modelo matemático para
el proceso de laminación individual sobre la base del primer grupo
de parámetros así como sobre la base de un segundo grupo de
parámetros. El segundo grupo de parámetros de proceso comprende la
tensión de entrada de la banda \sigma_{E} en la entrada de la
abertura de cilindros_{,} la fuerza de laminación F, el ancho de
la banda de metal b, el radio R_{0} del cilindro (de trabajo) 200
así como el módulo de elasticidad plano E*_{R} del cilindro de
laminación. También los parámetros de proceso del segundo grupo se
pueden medir individualmente durante un proceso de laminación, de
manera que los valores buscados para la tensión de fluencia plana
k_{e} y para la presión p_{N}^{H} en la abertura de cilindros
en el punto neutral, en perpendicular a la banda de metal, sólo se
pueden calcular a partir de parámetros medibles. El cálculo se
realiza preferentemente en tiempo real, para que los valores para
\xi estén disponibles en lo posible de forma actualizada para
posibilitar, en caso necesario, una intervención específica y
efectiva en el proceso de laminación.
En la figura 3 se ilustran diferentes rangos
para posibles posiciones relativas \xi del punto neutral en la
abertura de cilindros entre ambos cilindros de laminación 200. Se
reconoce en principio un área rayada, limitada por un valor umbral
inferior de aprox. 0,12 y un valor umbral superior de 0,4 para el
valor de \xi. Si \xi se encuentra en el área rayada, es decir
que el valor se encuentra entre el valor umbral superior y el valor
umbral inferior, entonces el proceso de laminación es clasificado
como estable; no se deben tomar medidas para intervenir en el
proceso de laminación a fin de estabilizarlo.
De otra forma se comporta, si el valor calculado
conforme a la invención se encuentra entre 0,08 y 0,12; entonces el
proceso de laminación es clasificado como crítico, es decir, menos
estable frente a oscilaciones de los parámetros de proceso. El
proceso de laminación es aún más crítico, ya que es más inestable,
en el caso de valores más bajos de \xi, especialmente en el caso
de valores entre 0 y 0,08. En ambos casos mencionados de
estabilidad, el proceso de laminación se debe estabilizar a través
de medidas adecuadas, con lo que el alcance de las medidas
(eventualmente también en combinación) depende del grado de la
inestabilidad. Se puede lograr una estabilización del proceso de
laminación a través de un aumento de la tensión \sigma_{A} en
la salida de la banda, a través de una reducción de la tensión de la
banda \sigma_{E} en la entrada de la abertura de cilindros y/o
a través de un aumento de la fricción en la abertura entre
cilindros. Este último se puede lograr, por ejemplo, a través de un
aumento de la rugosidad del cilindro de laminación 200, a través de
una reducción de la cantidad de lubricante y/o a través de una
reducción de la velocidad de laminación.
En el caso de valores de \xi superiores a 0,4
la fricción en la abertura de cilindros es demasiado grande. Esto
posee la desventaja de que las fuerzas que aparecen y, en
consecuencia el desgaste de los cilindros de laminación son
demasiado grandes. Medidas adecuadas como una reducción de la
tensión de la banda \sigma_{A} en la salida de la abertura de
cilindros, un aumento de la tensión de la banda \sigma_{E} en la
entrada de la abertura de cilindros y/o una reducción de la
fricción entre el cilindro de laminación 200 y de la banda de metal
100 pueden ser de ayuda. Una reducción de la fricción se puede
lograr a través de una disminución de la rugosidad del cilindro de
laminación, a través de un aumento de la cantidad de lubricante y/o
a través de un aumento de la velocidad de laminación. También las
medidas indicadas en este párrafo se pueden aplicar individualmente
o combinadas, de acuerdo a la intensidad necesaria.
Las medidas presentadas pueden ser introducidas
automáticamente o por un operario, de acuerdo a la posición
calculada para la posición \xi del punto neutral. Si las
intervenciones deben ser introducidas por un operario es de ayuda,
si la posición actual correspondiente del punto neutral es mostrada
al operario en un dispositivo de visualización, de forma similar a
lo representado en la figura 3. El operario puede reconocer entonces
inmediatamente, debido a la posición actual \xi del punto neutral
mostrada, si el proceso de laminación transcurre actualmente de
manera estable, inestable o ultraestable, y de acuerdo a ello
procurar medidas adecuadas.
A los fines de la documentación es ventajoso, si
el valor \xi es almacenado en su transcurso de tiempo.
De manera ventajosa, el cálculo conforme a la
invención del valor \xi para la posición neutral del punto es
realizado en un programa de ordenador para un dispositivo de control
para controlar el proceso de laminación.
Claims (8)
1. Procedimiento para controlar un proceso de
laminación en el que una banda de metal (100) es laminada plana con
ayuda de, al menos, un cilindro de laminación (200) y que
comprende:
detección de la posición relativa (N) del punto
neutral en una curva de contacto entre la banda de metal (100) y el
cilindro de laminación (200); y en caso de necesidad
estabilización del proceso de laminación de
acuerdo a la posición \xi (N) del punto neutral para lo cual se
interviene con medidas adecuadas en el proceso de laminación;
caracterizado porque la magnitud de la tensión de fluencia
plana k_{e} de la banda de metal y la magnitud de la presión
hidrostática p_{N}^{H} en el punto neutral son estimadas como
parámetros de proceso que no se pueden medir directamente, en cada
caso con ayuda de un modelo matemático para el proceso de
laminación individual sobre la base de un primer y una segundo
grupo de parámetros de proceso medibles, con lo que el primer grupo
comprende los parámetros avance f_{slip}, espesor de entrada de
la banda h_{E}, espesor de salida de la banda h_{A} y tensión de
salida de la banda \sigma_{A} de la banda de metal (100) y el
segundo grupo comprende la tensión de entrada de la banda
\sigma_{E}, la fuerza de laminación F, el ancho de la banda b,
el radio R_{0} del cilindro de laminación y el módulo de
elasticidad plano E*_{R} del cilindro de laminación; y la posición
relativa \xi (N) del punto neutral es calculado sobre la base de
las magnitudes estimadas para la tensión de fluencia plana k_{e} y
la hidrostática p_{N}^{H}, sobre la base del primer grupo de
parámetros de proceso medibles así como sobre la base del módulo de
elasticidad plano E* de la banda de metal y de la compresibilidad K
de la banda de metal.
2. Procedimiento conforme a la reivindicación
1,caracterizado porque la posición relativa del punto neutral
\xi es calculada de acuerdo a la siguiente fórmula:
donde
f_{slip}: representa el avance;
\sigmaA: representa la tensión de salida de la
banda;
K: representa la compresibilidad de la banda de
metal (100);
p_{N}: representa la presión en la abertura
entre cilindros en el punto neutral perpendicular (normal) en
relación a la banda de metal;
q_{N}: representa la presión en la abertura
entre cilindros en el punto neutral en dirección longitudinal de la
banda de metal;
k_{e}: representa la tensión de fluencia
plana
E*: representa el módulo de elasticidad plano de
la banda de metal (100);
h_{E}: representa el espesor de la banda en la
entrada; y
h_{A}: representa el espesor de la banda en la
salida.
3. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el proceso
de laminación transcurre de manera estable y no requiere de una
intervención estabilizadora a través de medidas adecuadas, si el
valor calculado \xi para la posición relativa (N) del punto
neutral se encuentra entre un valor umbral inferior de aprox. 0,12
y un valor umbral superior de aprox. 0,40.
4. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el proceso de
laminación es estabilizado a través de medidas adecuadas, como
aumento de la tensión de la banda en la salida, reducción de la
tensión de la banda en la entrada o aumento de la fricción en la
abertura entre cilindros, por ejemplo a través de aumento de la
rugosidad del cilindro de laminación, reducción de la cantidad de
lubricante y/o reducción de la velocidad de laminación, si el valor
\xi para la posición relativa del punto neutral se encuentra
entre cero y un nivel umbral inferior de aprox. 0,12.
5. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el proceso de
laminación es mejorado a través de medidas adecuadas, como
reducción de la tensión de la banda en la salida, aumento de la
tensión de la banda en la entrada o reducción de la fricción, por
ejemplo a través de disminución de la rugosidad del cilindro de
laminación, aumento de la cantidad de lubricante y/o aumento de la
velocidad de laminación, si el valor \xi para la posición
relativa del punto neutral se encuentra por encima de un nivel
umbral superior de aprox. 0,4.
6. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
estabilización del proceso de laminación se realiza automáticamente
o por la intervención de un operario en el proceso de laminación,
de acuerdo a la posición calculada del punto neutral.
7. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la posición
relativa calculada (N) del punto neutral es almacenada
preferentemente en su transcurso de tiempo y/o es mostrada a un
operador en un dispositivo de visualización, preferentemente en
tiempo real.
8. Programa de ordenador para un dispositivo de
control para controlar un proceso de laminación caracterizado
porque el programa de ordenador se encuentra diseñado para ejecutar
el procedimiento conforme a una de las reivindicaciones antes
mencionadas.
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