AT408623B - Verfahren zur überwachung und steuerung der qualität von walzprodukten aus warmwalzprozessen - Google Patents
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Description
<Desc/Clms Page number 1> Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung der Qualität von Walzpro- dukten aus Warmwalzprozessen, bei denen aus einem Vormaterial wie Brammen, Dünnbrammen, Vorblöcken, Knüppel, Walzprodukte wie Bleche, Bänder, Profile, Stäbe, Draht, erzeugt werden, wobei Erzeugungsbedingungen wie Temperaturen, Stichabnahmen, im gesamten Walzprozess Online erfasst werden, und daraus mittels untereinander verknüpfter und den gesamten Walzpro- zess beschreibender physikalisch/metallurgischer und/oder statistischer Modelle die zu erwartenden mechanisch/technologischen Materialeigenschaften, insbesondere die Streckgrenze, die Zugfes- tigkeit und die Bruchdehnung, des Walzproduktes vorausberechnet werden, wobei jedes Vormate- rial identifiziert und die charakteristischen Eigenschaften, wie die chemische Analyse, die Dimensi- on, der sich aus dem vorausgehenden Temperaturverlauf ergebende Ausscheidungszustand, wie z. B. Grösse, Menge, Art, Verteilung von Ausscheidungen wie AIN, TiN, TiC, TiNbCN, VC, Grad der vorhandenen Seigerungen, einem physikalisch/metallurgischen Austenitisierungs- und Ausschei- dungsmodell zugeführt werden, das aus dem Zeit-Temperaturverlauf zur Erwärmung des Vormate- rials auf Walztemperatur die charakteristischen Materialeigenschaften wie Austenitkorngrösse und Ausscheidungszustand, insbesondere Auflösung von Ausscheidungen, berechnet, und anschlie- # end die nach der Erwärmung vorliegenden Materialeigenschaften, insbesondere Temperatur, Dimension, Austenitkorngrösse und Ausscheidungszustand, einem physikalisch/metallurgischen Verformungs-, Rekristallisations-, Umwandlungs- und Ausscheidungsmodell zugeführt werden, welches aus der Zeit-Temperatur-Formänderungssequenz beim Walzvorgang die charakteristi- schen Eigenschaften, insbesondere Austenitkorngrösse, Temperaturverteilung, Ausscheidungszu- stand, Rekristallisationsgrad berechnet. Das in der Kokille erstarrte Vormaterial hat ein ziemlich grobes Primärgefüge, die einzelnen Kristalle sind als Stengelkristalle, Dendriten, von den Wandungen nach innen gewachsen. Zur Erzielung ausreichender Zähigkeit muss das Gefüge verfeinert werden. Dies geschieht am wir- kungsvollsten durch mechanisches Aufbrechen der Gefügestruktur beim Walzen. Die Warmform- gebung muss im wesentlichen oberhalb der oberen Umwandlungslinie im Eisen-Kohlenstoff-Schau- bild vorgenommen werden, je nach Zusammensetzung des Stahls etwa im Bereich von 1100 bis 850 C, wobei der obere Temperaturbereich hauptsächlich der Verformung, der untere der Gefü- geverfeinerung dient. In dem Artikel "Rechnersimulation der Warmumformung und der Umwandlung am Beispiel der Warmbanderzeugung" aus Stahl und Eisen 116 (1996) Nr. 4 vom 15 April 1996 werden die inei- nandergreifenden Modelle der Formgebung und der Gefügeentwicklung unter Berücksichtigung der lokalen Umformkennwerte vorgestellt. Einzelne Berechnungen mit verschiedenen Teilmodellen, z. B. zur Auflösungs- und Ausscheidungskinetik von Mikrolegierungselementen und zum Rekristalli- sationsablauf, unterstreichen die Leistungsfähigkeit des Systems, mit dem komplexe betriebliche Aufgaben gelöst werden können. So werden Ursachen für das Auftreten einer inhomogenen Ferrit- struktur in einem Röhrenstahl aus den Simulationsdaten abgeleitet und Massnahmen zur Verbesse- rung der Homogenität vorgeschlagen. Die Berechnung des Einflusses der Kühlbedingungen auf das Umwandlungsverhalten eines Baustahles sowie des Einflusses der Abkühlbedingungen im fertiggewalzten Material auf die Ver- änderungen der Festigkeitseigenschaften über die Bandlänge lassen eine quantitative Bewertung der Einflussgrössen zu. Die DE 44 21 005 A1 beschreibt ein Verfahren für das Kaltwalzen, bei dem eine Vorausbe- rechnung umformtechnischer Kenngrössen, die für die Stichplanrechnung erforderlich sind, erfolgt Es wird jedoch keine Analyse des Vormaterials durchgeführt. Die US 44 840 051 A zeigt eine experimentelle Ermittlung von Stichplänen, mit denen die für eine bestimmte Qualität erforderlichen mechanischen Eigenschaften berechnet werden können, allerdings werden hier keine Modelle verwendet. Die US 3 787 667 A beschreibt ein Verfahren zur Berechnung und Adaption von Stich- plänen beim Kaltwalzen. Es wird jedoch auf die mechanischen Eigenschaften des Walzgutes kein Bezug genommen. Die DE 38 36 534 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Stahlerzeugnissen mit dem Ziel bestimmte mechanische Eigenschaften zu gewährleisten Dies geschieht aber ohne modellmässige Vorausberechnung. Aus der DE 43 38 608 A1 ist ein Verfahren zur Führung eines Prozesses, vorzugsweise eines walztechnischen Prozesses, bekannt, wobei in einer Recheneinrichtung ein mathematisches Modell des Prozesses implementiert ist. Es wird zumindest ein ausgewählter <Desc/Clms Page number 2> Prozessparameter in Abhängigkeit von ihm zugeführten Eingangsgrössen vorausberechnet (etwa die Warmfestigkeit des Walzguts) und während des Prozessablaufs werden die Eingangsgrössen und Prozessparameter gemessen. Hier wird jedoch die Zusammensetzung des Vormaterials nur ungenügend berücksichtigt. Ein ähnliches Verfahren mit Bestimmung der chemischen Zusammen- setzung des Stahls ist in der RU 2 060 846 C1 gezeigt. Die EP 0 541 825 A1 zeigt ein Verfahren zur Abschätzung der Materialqualität eines Stahlpro- duktes anhand der eingangs genannten Modelle, wobei das Verfahren weder die Alterung und die Kaltumformung des Produktes und deren Auswirkungen auf die Materialqualität berücksichtigt noch eine erfindungsgemässe Kombination der verschiedenen Modelle offenbart. Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen mit dem bei jeder Er- zeugungsstufe des Warmwalzprozesses die zu erwartenden Materialeigenschaften des Endpro- duktes vorausberechnet werden können. Obige Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet, dass die ein- gangs genannten Materialeigenschaften an ein physikalisch/metallurgisches Abkühl-, Umwand- lungs-, Ausscheidungs- und Alterungsmodell weitergeleitet werden, welches aus dem Abkühlver- lauf für das Walzprodukt in einer dafür vorgesehenen Kühleinrichtung und bei der anschliessenden freien ungezwungenen verbleibenden Abkühlung und Alterung des Walzgutes im aufgewickelten, gestapelten, gebündelten Zustand die charakteristischen Eigenschaften des Walzproduktes, insbe- sondere die Mikrostruktur beinhaltend die Anteile der Gefügebestandteile wie Austenit, Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und deren Eigenschaften wie Ferritkorngrösse, Perlitlamellenabstand usw. und den Ausscheidungszustand berechnet, und wobei die das zur weiteren Verwendung fertige Walzprodukt beschreibenden Eigenschaften wie Dimension, chemische Analyse, Mikrostruktur- und Ausscheidungszustand an ein physikalisch/metallurgisches Materialmodell weitergeleitet werden, welches die mechanisch/technologischen Materialeigenschaften des Walzproduktes unter Berücksichtigung eventueller Kaltumformungen, wie Streckbiegerichten, ermittelt. Darüberhinaus ist es von Vorteil, dass bei Auftreten von Abweichungen der vorausberechneten von den geforderten mechanisch/technologischen Materialeigenschaften des Walzproduktes während des Walzprozesses die Abweichungen in der nachfolgenden Erzeugungsstufe korrigiert werden. Dadurch wird die Einhaltung der geforderten mechanisch/technologischen Materialeigen- schaften sichergestellt. Weiters ist von Vorteil, dass mit den den gesamten Walzprozess beschreibenden physika- lisch/metallurgischen und/oder statistischen Modellen die chemische Sollanalyse des Vormaterials und die Produktionsbedingungen, welche die Zeit-Temperaturverläufe bzw. Zeit-Temperatur- Verformungsverläufe bei den einzelnen Erzeugungsstufen sind, optimiert und diese für neue ver- wandte Produktqualitäten festgelegt werden. Damit ist es möglich, geeignete Erzeugungsbedin- gungen für solche verwandte Produktqualitäten ohne lange Versuchsreihen festzulegen. Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass beim Auftreten von Abweichungen in den charakteristischen Daten des Vormaterials, des Erwärmungsverlaufes, des Walzverlaufes und des Abkühlverlaufes, Online und mit den physikalisch/metallurgischen Austenitisierungs-, Verfor- mungs-, Rekristallisations-, Umwandlungs-, Ausscheidungs-, Abkühl- und Materialmodellen die zur Einhaltung der geforderten mechanisch/technologischen Materialeigenschaften notwendigen Änderungen des Zeit-Temperaturverlaufes für die Erwärmung, des Zeit-Temperatur-Verformungs- verlaufes beim Walzen, des Zeit-Temperaturverlaufes beim Abkühlen berechnet und an die Steue- rungssysteme der Erwärm-, Walz- und Abkühlanlage übermittelt werden. Dadurch wird die Einhal- tung der geforderten mechanisch/technologischen Materialeigenschaften des Walzproduktes im Rahmen der verbleibenden Möglichkeiten sichergestellt. Von Vorteil ist, dass mit den physikalisch/metallurgischen Austenitisierungs-, Verformungs-, Rekristallisations-, Umwandlungs-, Ausscheidungs-, Abkühl- und Materialmodellen die chemische Sollanalyse des Vormaterials und Produktionsbedingungen optimiert und diese für neue verwandte Produktqualitäten festgelegt werden. Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens liegt darin, dass mit der Methode der linearen Regression die statistischen Modelle mit den Daten von Proben von Walzprodukten und den zuge- hörigen Vormaterialeigenschaften und Produktionsbedingungen erstellt und kontinuierlich mit wei- teren Daten von Proben von Walzprodukten und den zugehörigen Vormaterialeigenschaften und Produktionsbedingungen verbessert und an diese angepasst werden. <Desc/Clms Page number 3> Nach einer Ausgestaltung wird mit den Daten von Walzprodukten und ihren Vormaterialeigen- schaften und Produktionsbedingungen eine Anpassung und ein Abgleich der physikalisch/metallur- gischen Modelle durchgeführt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Modelle immer sehr nahe bei den tatsächlichen Zuständen sind. Nach einer Weiterbildung sind die physikalisch/metallurgischen und die statistischen Modelle zur Vorausberechnung der mechanisch/technologischen Eigenschaften eines Walzproduktes und die Online-Korrektur der Produktionsbedingungen auf einem Prozessrechner realisiert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Anpassung, Abgleichung und Verbesserung der physi- kalisch/metallurgischen und der statistischen Modelle zur Vorausberechnung der mechanisch/tech- nologischen Eigenschaften eines Walzproduktes auf einem Prozessrechner realisiert sind. Weiters ist von Vorteil, dass die physikalisch/metallurgischen und die statistischen Modelle zur Optimierung und Festlegung geeigneter Produktionsbedingungen zur Erreichung der mechanisch/ technologischen Eigenschaften eines Walzproduktes auf einem Prozessrechner realisiert sind. Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der Fig., in der die einzelnen Modelle schema- tisch als Teilmodelle dargestellt sind, noch näher erläutert. Mit dem Austenitisierungsmodell A und dem Ausscheidungsmodell P, welche zusammenhän- gend arbeiten, im Teilmodell 1 wird die Entwicklung der Gefügestruktur bei der Erwärmung des Vormaterials nachgebildet, wobei die Werte der chemischen Analyse z. B. %C, %Mn, die Tempera- tur T, die Dicke bzw. Dimensionen h und der Ausscheidungszustand p des Vormaterials diesem Teilmodell 1 zugeführt werden. Die Erwärmungszeit t und die jeweilige momentane Temperatur T bei der Erwärmung gelangen ebenfalls an das Teilmodell 1. Die berechneten erforderlichen Zeit- At und Temperaturänderungen AT für die geforderten Materialeigenschaften werden vom Teilmodell 1 an die Steuerung für die Erwärmungseinrichtung abgegeben. Vom Teilmodell 1 werden an das Teilmodell 2, in dem die Verformung des Vormaterials auf das Walzprodukt nachgebildet wird, die Werte der chemischen Analyse %C, %Mn, usw., die berechnete Temperatur T des Vormaterials, berechnete Dicke h bzw. Dimension des Vormaterials, der berechnete Ausscheidungszustand p und die berechnete Austenitkorngrösse dγ übergeben. Das Teilmodell 2 beinhaltet das Umformmo- dell D, das Umwandlungsmodell U, das Rekristallisationsmodell R und das Ausscheidungsmodell P, welche untereinander in Verbindung stehen. Von den einzelnen Walzgerüsten erhält dieses Teilmodell 2 die Zeit t bzw. die Walzgeschwindigkeit, die bei diesen vorhandene Temperatur T und die Verformung (p des Walzgutes. Die vier Modelle D, P, R, U berechnen daraus, die Walzguttem- peratur T, die Walzgutdimensionen h, die Austenitkorngrösse dγ, den Ausscheidungszustand p, die Gefügebestandteile xf, xp, usw. und die remanente Verformung #rem, die zusammen mit den Werten der chemischen Analyse %C, %Mn, usw an das Teilmodell 3 weitergegeben werden, das die Abkühlphase des Walzproduktes nachbildet. Das Teilmodell 2 gibt noch die Zeit- At, Temperatur- AT und Verformungsänderungen ## für die geforderten Materialeigenschaften an die Steuerungen der Walzgerüste aus. Das Teilmodell 3 beinhaltet das Umwandlungsmodell U, das Ausschei- dungsmodell P, das Abkühlmodell C und das Alterungsmodell V, welche ebenso alle untereinander verknüpft sind. Die Istwerte der Abkühlzeit t, die Kühlmittelmengen w und die entsprechenden zugehörigen Temperaturen T werden ebenfalls an das Teilmodell 3 übergeben und die berechne- ten erforderlichen Zeit- At, Kühlmittelmengen Aw und Temperaturänderungen AT für die geforder- ten Materialeigenschaften werden von diesem Teilmodell 3 an die Steuerung der Abkühlvorrich- tung ausgegeben. Im Teilmodell 3 werden die Walzguttemperatur T, die Walzgutdimensionen h, die Austenitkorngrösse dγ, der Ausscheidungszustand p, die Gefügebestandteile xf, xp, die Ferrit- korngrösse da und der Perlitlamellenabstand #p berechnet und zusammen mit den Werten der chemischen Analyse %C, %Mn, usw. dem Materialmodell M zugeführt, welches auch den Streck- grad S erhält. Das Materialmodell M berechnet aus den zugeführten Grössen die Streckgrenze Rp0,2, die Zugfestigkeit Rm und die Bruchdehnung Ax. Diese werden mit den äquivalenten Grössen Rpo.2, Rm, Ax für die geforderten Materialeigenschaften bei 4 verglichen und die Differenzen #Rp0,2, #Rm, #Ax den Teilmodellen 1 bis 3 und dem Materialmodell M zugeführt. **WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Überwachung und Steuerung der Qualität von Walzprodukten aus Warm- <Desc/Clms Page number 4> walzprozessen, bei denen aus einem Vormaterial wie Brammen, Dünnbrammen, Vorblö- cken, Knüppel, Walzprodukte wie Bleche, Bänder, Profile, Stäbe, Draht, erzeugt werden, wobei Erzeugungsbedingungen wie Temperaturen, Stichabnahmen, im gesamten Walz- prozess Online erfasst werden, und daraus mittels untereinander verknüpfter und den ge- samten Walzprozess beschreibender physikalisch/metallurgischer und/oder statistischer Modelle die zu erwartenden mechanisch/technologischen Materialeigenschaften, insbe- sondere die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung, des Walzproduktes vorausberechnet werden, wobei jedes Vormaterial identifiziert und die charakteristischen Eigenschaften, wie die chemische Analyse, die Dimension,der sich aus dem vorausgehenden Temperaturverlauf ergebende Ausscheidungszustand, wie z.B. Grösse, Menge, Art, Verteilung von Ausschei- dungen wie AIN, TiN, TiC, TiNbCN, VC, Grad der vorhandenen Seigerungen, einem phy- sikalisch/metallurgischen Austenitisierungs- und Ausscheidungsmodell zugeführt werden, das aus dem Zeit-Temperaturverlauf zur Erwärmung des Vormaterials auf Walztemperatur die charakteristischen Materialeigenschaften wie Austenitkorngrösse und Ausscheidungs- zustand, insbesondere Auflösung von Ausscheidungen, berechnet, und anschliessend die nach der Erwärmung vorliegenden Materialeigenschaften, insbeson- dere Temperatur, Dimension, Austenitkorngrösse und Ausscheidungszustand, einem phy- sikalisch/metallurgischen Verformungs-, Rekristallisations-, Umwandlungs- und Ausschei- dungsmodell zugeführt werden,welches aus der Zeit-Temperatur-Formänderungssequenz beim Walzvorgang die charakteristischen Eigenschaften, insbesondere Austenitkorngrösse, Temperaturverteilung, Ausscheidungszustand, Rekristallisationsgrad berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass diese Materialeigenschaften an ein physikalisch/metallur- gisches Abkühl-, Umwandlungs-, Ausscheidungs- und Alterungsmodell weitergeleitet wer- den, welches aus dem Abkühlverlauf für das Walzprodukt in einer dafür vorgesehenen Kühleinrichtung und bei der anschliessenden freien ungezwungenen verbleibenden Abküh- lung und Alterung des Walzgutes im aufgewickelten, gestapelten, gebündelten Zustand die charakteristischen Eigenschaften des Walzproduktes, insbesondere die Mikrostruktur bein- haltend die Anteile der Gefügebestandteile wie Austenit, Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und deren Eigenschaften wie Ferritkorngrösse,Perlitlamellenabstand usw. und den Ausschei- dungszustand berechnet, und wobei die das zur weiteren Verwendung fertige Walzprodukt beschreibenden Eigen- schaften wie Dimension, chemische Analyse, Mikrostruktur- und Ausscheidungszustand an ein physikalisch/metallurgisches Materialmodell weitergeleitet werden, welches die mechanisch/technologischen Materialeigenschaften des Walzproduktes unter Berücksich- tigung eventueller Kaltumformungen, wie Streckbiegerichten, ermittelt.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten von Abweichun- gen der vorausberechneten von den geforderten mechanisch/technologischen Material- eigenschaften des Walzproduktes während des Walzprozesses die Abweichungen in der nachfolgenden Erzeugungsstufe korrigiert werden.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den den gesamten Walz- prozess beschreibenden physikalisch/metallurgischen und/oder statistischen Modellen die chemische Sollanalyse des Vormaterials und die Produktionsbedingungen, welche die Zeit-Temperaturverläufe oder Zeit-Temperatur-Verformungsverläufe bei den einzelnen Er- zeugungsstufen sind, optimiert und diese für neue verwandte Produktqualitäten festgelegt werden.4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten von Abweichungen in den charakteristischen Daten des Vormaterials, des Erwärmungsver- laufes, des Walzverlaufes und des Abkühlverlaufes, Online und mit den physika-lisch/me- tallurgischen Austenitisierungs-, Verformungs-, Rekristallisations-, Umwandlungs-, Aus- scheidungs-, Abkühl- und Materialmodellen die zur Einhaltung der geforderten mecha- nisch/technologischen Materialeigenschaften notwendigen Änderungen des Zeit-Tempera- turverlaufes für die Erwärmung, des Zeit-Temperatur-Verformungsverlaufes beim Walzen, des Zeit-Temperaturverlaufes beim Abkühlen berechnet und an die Steuerungssysteme der Erwärm-, Walz- und Abkühlanlage übermittelt werden. <Desc/Clms Page number 5> 5.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den physikalisch/metall- urgischen Austenitisierungs-, Verformungs-, Rekristallisations-, Umwandlungs-, Ausschei- dungs-, Abkühl- und Materialmodellen die chemische Sollanalyse des Vormaterials und Produktionsbedingungen optimiert und diese für neue verwandte Produktqualitäten festge- legt werden.6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Methode der linearen Regression die statistischen Modelle mit den Daten von Proben von Walzprodukten und den zugehörigen Vormaterialeigenschaften und Produktionsbedingungen erstellt und konti- nuierlich mit weiteren Daten von Proben von Walzprodukten und den zugehörigen Vor- materialeigenschaften und Produktionsbedingungen verbessert und an diese angepasst werden.7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Daten von Walzpro- dukten und ihren Vormaterialeigenschaften und Produktionsbedingungen eine Anpassung und ein Abgleich der physikalisch/metallurgischen Modelle durchgeführt wird.8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalisch/metallurgischen und die statistischen Modelle zur Vorausberechnung der mechanisch/technologischen Eigenschaften eines Walzproduktes und die Online-Korrektur der Produktionsbedingungen auf einem Prozessrechner realisiert sind.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Anpas- sung, Abgleichung und Verbesserung der physikalisch/metallurgischen und der statisti- schen Modelle zur Vorausberechnung der mechanisch/technologischen Eigenschaften eines Walzproduktes auf einem Prozessrechner realisiert sind.10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die physi- kalisch/metallurgischen und die statistischen Modelle zur Optimierung und Festlegung ge- eigneter Produktionsbedingungen zur Erreichung der mechanisch/technologischen Eigen- schaften eines Walzproduktes auf einem Prozessrechner realisiert sind.HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN
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