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Die
Erfindung betrifft eine Verfahren zur Einstellung eines Zustands
eines Walzguts, insbesondere eines Vorbands, der wenigstens durch
eine Keiligkeit und/oder eine Säbeligkeit des Walzguts
definiert ist, wobei das Walzgut von einem Anfangszustand durch
Walzen mittels eines Walzgerüsts, insbesondere eines Vorgerüsts,
und durch Einprägen einer Spannung in das Walzgut mittels
zusätzlicher Bearbeitungsmittel in einen Zwischenzustand überführt wird,
und wobei das Walzgut von seinem Zwischenzustand mittels wenigstens
eines Bearbeitungsaggregats in einen Endzustand überführt
wird.
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In
einem Walzwerk können alle Anlagen zusammengefasst sein,
die zur Herstellung von Walzerzeugnissen benötigt werden.
Abhängig von der Art der Umformung werden Warm- und Kaltwalzwerke unterschieden.
In den Warmwalzwerken bzw. Warmbreitbandwalzwerken werden Vorbrammen
oder Blöcke, meistens kurz Grammen genannt, zu Warmband verarbeitet.
Diese Warmumformung ist eines der Verfahren, das sich dem Urformen
(Blockguss, Strangguss) anschließt. Dabei wird das Walzgut
auf Temperaturen bis 1.350°C erwärmt und bevorzugt
oberhalb dessen Rekristallisationstemperatur in einem Walzspalt
des Walzwerks durch Druck auf eine vorgegebene Dicke reduziert.
Zum Gesamtkomplex eines Warmwalzwerks können gehören:
Vormateriallager; Wärmöfen; Entzunderungsanlagen;
Vor- und Fertigstraße mit einer unterschiedlichen Anzahl
von Gerüsten, Gerüstgruppen und Gerüsttypen;
Coilbox; Kühlvorrichtungen; Adjustageeinrichtungen; Haspel(n) und
Fertigmateriallager. Ferner können zu einem Walzwerk Lager;
Transport- und Führungseinrichtungen und umfangreiche Regelungs-,
Steuerungs- und Messsysteme gehören.
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Da
das Fertigprodukt (meist Stahl- oder Aluminiumband) nur selten in
einem Durchgang ausgewalzt werden kann, werden mehrere Walzgerüste
zu einer Walzstraße zusammengefasst, in wel cher entsprechend
der Anzahl der Gerüstdurchläufe mehrere Walzstiche
durchgeführt werden. In Warmwalzwerken unterscheidet man
Vorstraße und Fertigstraße, wobei in der Vorstraße
die Bramme vorverarbeitet wird, um anschließend in der
meist fünf, sechs- oder sieben-gerüstigen Fertigstraße
auf ihre Endabmessungen ausgewalzt zu werden.
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Im
Walzwerk stellen die Walzgerüste die zentralen Anlagenteile
dar. Die Walzenständer der Walzgerüste müssen
die hohen auftretenden Walzkräfte aufnehmen und dürfen
sich dabei so wenig wie möglich dehnen. Die Walzenlager
der Walzenständer sorgen für eine richtige Führung
der Walzen und übertragen die Walzkräfte über
das Anstellsystem auf den Walzenständer, wobei die Anstellvorrichtungen
des Anstellsystems einem horizontalen und vertikalen Positionieren
der Walzen dienen. Die Anstellvorrichtungen können mechanisch,
elektromechanisch oder hydraulisch betätigt sein. Im Allgemeinen kommen
beim Walzen von Warmbreitband Vier-Walzengerüste, sogenannte
Quarto-Gerüste zum Einsatz, die aus zwei Arbeits- und zwei
Stützwalzen bestehen, wobei die Stützwalzen meist
einen größeren Durchmesser besitzen als die Arbeitswalzen.
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Eines
der Probleme beim Walzen von Grammen bzw. den daraus entstehenden
Bändern ist es, dass das in einer Vorstrafe zu walzende
Walzgut einen Dickenverlauf über seine Breite aufweist.
Ziel ist es in der Regel, mittels des Walzens Bänder herzustellen,
welche einerseits am Ende der Fertigstraße eine im Wesentlichen
symmetrisch zur Bandmitte verlaufende Dicke über die Breite
aufweisen, d. h. keilfrei sind, und andererseits eine möglichst
geringe Verbiegung über die Länge des Walzgutes
aufweisen, d. h. säbelfrei sind.
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Dieses
zu erreichen ist jedoch schwierig, sofern ein Walzgut zu walzen
ist, welches bereits beim ersten Walzen innerhalb der Warmwalzstraße
keilförmig ausgebildet ist. Die Keiligkeit des Walzguts
resultiert in der Regel aus dem Gießprozess und der anschließenden
Abkühlung und Weiterverarbeitung, insbesondere Halbierung,
der gegossenen Grammen.
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Soll
nun ein keilförmiges Walzgut zu einer Bramme mit im Wesentlichen
rechteckigem Querschnitt ausgewalzt werden, so kommt es aufgrund der
Volumenerhaltung auf der „dicken" Seite der Bramme zu einem
stärkeren Materialfluss, insbesondere Längsfluss,
als auf der „dünnen" Seite der Bramme. Folge dieses
unterschiedlichen Materialflusses in Längsrichtung des
Walzgutes ist die Ausbildung einer Säbelform bzw. eines
Säbels. Ein säbelförmiges Walzgut kann,
abhängig von der Ausprägung des Säbels,
zu Schwierigkeiten bei einer nachfolgenden Verarbeitung des Walzguts
führen. Die Ausbildung des Säbels kann derart
stark sein, dass eine Weiterverarbeitung des Walzgutes unmöglich ist.
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Aus
der Offenlegungsschrift
WO 2006/119984
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zu gezielten
Beeinfluss der Vorbandgeometrie in einem Vorgerüst bekannt,
wobei in einem oder mehreren Vorgerüsten Grammen zu Vorbändern ausgewalzt
werden. Indem zur gezielten Beeinflussung der Vorbandgeometrie an
mindestens einem Vorgerüst durch entsprechende Regelungen
eine dynamische Anstellung im Vorgerüst mit schnellen und kräftigen
Seitenführungen vor und hinter dem Vorgerüst so
miteinander verknüpft sind, dass in einem oder mehreren
Stichen gezielt, reversierend oder im Durchlaufbetrieb, eine säbelige
oder keilige Bramme in ein gerades und keilfreies Vorband umgeformt wird,
kann ein Verfahren bereitgestellt werden, welches es ermöglicht,
gerade Vorbänder ohne Dickenkeil und ohne seitliche Krümmung
zu erzeugen.
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Nachteil
der in der obigen Offenlegungsschrift genannten Lehre ist es, dass
hier nur gerade Vorbänder ohne Dickenkeil und ohne seitliche
Krümmung erzeugt werden. Diese säbelfreie, keilfreie Form
des Walzgutes kann jedoch durch nachfolgende Bearbeitung des Walzguts
wieder verloren gehen. Ferner treten beim Einsatz der schnellen
und starken Seitenführung hohe Kräfte auf, welche
zum Defekt der Seitenführung führen können
sowie die Bandkante des Vorbandes stark, und damit mit Nachteil,
belasten können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes
Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches die
Formsicherheit für ein letztendlich keilfreies, säbelfreies
Walzgut erhöht.
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Ferner
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung
zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
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Der
verfahrensmäßige Teil der Aufgabe der Erfindung
wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch
gelöst, dass ermittelt wird, ob dem wenigstens einen Bearbeitungsaggregat
ein Walzgut zuzuführen ist, dessen Zwischenzustand eine
von Null verschiedene Keiligkeit und/oder Säbeligkeit erfordert,
um einen vorgegebenen Endzustand zu erreichen, und in Abhängigkeit
davon das Walzgerüst und/oder die Bearbeitungsmittel zur
Einstellung des jeweils erforderlichen Zwischenzustands gesteuert und/oder
geregelt werden.
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Der
Endzustand ist vorgebbar, d. h. einstellbar. Beispielsweise kann
der sich dadurch auszeichnen, dass im Endzustand eine gewünschte
Enddicke erreicht ist und das Walzgut im Wesentlichen keil- und
säbelfrei ist. Je nachdem, welches Bearbeitungsaggregat
dem Walzgerüst nachfolgt, bspw. ein Ofen, eine Walzstraße,
eine Kühlaggregat bzw. eine Kühlstrecke oder ein
Aggregat zum Entzundern, kann der Zwischenzustand so eingestellt
werden, dass nach Bearbeitung des Walzguts mit den entsprechenden
Bearbeitungsaggregaten ein vorgegebener Endzustand des Walzguts
eingestellt wird.
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Dies
kann dazu führen, dass sofern dem Walzgut durch die nachfolgenden
Bearbeitungsaggregate keine Abweichungen vom erwünschten
Endzustand aufgeprägt werden, bereits der Zwischenzustand
des Walzguts keilfrei und/oder säbelfrei sein kann. Jedoch
ist auch der andere Extremfall denkbar, dass, abhängig
von den nachfolgenden Bearbeitungsaggregaten, aus einem keiligen
Anfangszustand ein Zwischenzustand mit – ver glichen mit
dem Anfangszustand – ggf. noch größerer
Keiligkeit erzeugt wird, weil nämlich erst dieser Zwischenzustand mit
noch verstärkter Keiligkeit im Zusammenwirken mit den nachfolgenden
Bearbeitungsaggregaten zu einem gewünschten, in der Regel
keil- und säbelfreien Endzustand des Walzguts führt.
Auch kann die Keiligkeit des Walzguts übersteuert werden,
d. h. es die auslaufseitige Keiligkeit des Walzgerüsts
weist verglichen mit der eingangsseitigen Keiligkeit des Walzgerüsts
ein umgekehrtes Vorzeichen auf. Einfacher formuliert: die einlaufseitig
dickere Bandseite wird auslaufseitig zur dünneren Bandseite
verglichen mit der jeweils gegenüberliegenden Bandseite
auf der Einlauf- und Auslaufseite. Ggf. kann sogar ein gewünschter
Endzustand auch dadurch definiert sein, dass eine bestimmte Restkeiligkeit
und/oder Säbeligkeit des Walzguts verbleibt, da dies für
eine spätere Applikation des Walzguts in einem Produkt
erforderlich ist. Dies kann etwa analog zu Stufenblechen angesehen
werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren kann gegebenenfalls
auch flexibel auf Veränderungen der Bearbeitungsaggregate
eingegangen werden, so etwa auf Oberflächenverschleiß der
Walze, unterschiedliche Wärmeausdehnungen der einem Bearbeitungsaggregat
zugeordneten Walzen während des Betriebs, usw.
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Grundsätzlich
kann die Keiligkeit und/oder Säbeligkeit eines Walzguts
durch Schwenken der Arbeitswalzen in einem Walzgerüst beliebig
eingestellt werden. Ohne Zuhilfenahme von Bearbeitungsmitteln führt
eine Änderung des Dickenkeils eines Walzguts in dem Walzgerüst
zu einer Änderung der Säbeligkeit des Walzguts.
Der eingangs genannte Stand der Technik zeigt, wie mittels derartiger
Bearbeitungsmittel ein keil- und säbelfreies Vorband erzeugt wird.
Doch erst durch die vorliegende Erfindung wird der Zwischenzustand,
welcher bspw. Dicke des Walzguts, Breite des Walzguts, Keiligkeit
des Walzguts, Säbeligkeit des Walzguts, usw. umfassen kann, derart
eingestellt, dass durch die nachfolgenden Bearbeitungsaggregate
erst ein gewünschter Endzustand eingestellt ist. So können
bspw. nicht unmittelbar beim Walzen in dem Walzgerüst zu
Ver krümmungen führende Restverspannungen im Walzgut,
Fehler im Walzenschliff bei einer Fertigstraße, thermal crown,
Verschleiß in einer Fertigstraße, usw. derart berücksichtigt
werden. Aufgrund dieser beispielhaft aufgezählten Einflüsse
wird ein Zwischenzustand, bereitgestellt mittels des Bearbeitungsmittels
und des Walzgerüsts, derart eingestellt, dass bspw. ein keilfreies,
säbelfreies Band mit gewünschter Enddicke gefertigt
wird.
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Die
Spannung, welche mittels Bearbeitungsmittels in das Walzgut eingeprägt
wird, kann mechanisch, thermisch oder mittels elektromagnetischer Felder
eingeprägt werden. Die Bearbeitungsmittel stellen dann
eine gewünschte Spannung bzw. Spannungsverteilung an einer
bestimmten Stelle im Walzgut, in der Regel im Walzspalt ein. Als
mechanische Bearbeitungsmittel zur Einprägung einer Spannung in
das Walzgut eignen sich besonders vorteilhaft ein Staucher und/oder
eine starke Seitenführung.
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Durch
das Einprägen der Spannung in das Walzgut kann insbesondere
am Walzspalt eine symmetrische oder asymmetrische Zug-/Druckspannungsversteilung
ggf. auch Querspannungsverteilung eingestellt werden, welche den
Materialfluss, d. h. Längsfluss des Materials und Querfluss
des Materials, beeinflusst. Dadurch kann die Keiligkeit und/oder
Säbeligkeit, ggf. auch die Dicke des Walzguts, eingestellt
werden. Die Einprägung der Spannung mittels des Bearbeitungsmittels
wird derart gesteuert und/oder geregelt, dass eine gewünschte Spannungsverteilung über
die Breite des Walzguts – im Walzgut, am Walzspalt – eingestellt
wird.
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Der
Anfangszustand des Walzguts, von welchem das Walzgut in den Zwischenzustand überführt wird,
ist in der Regel zu berücksichtigen. Denn unterschiedliche
Anfangszustände bei gleichen Einstellungen der Stellgrößen
des Walzgerüsts und der Bearbeitungsmittel können
zu unterschiedlichen Zwischenzuständen des Walzguts führen.
Diese Unterschiede in den Zwischenzuständen sind jedoch
ggf. nicht erwünscht. Dazu können die wesentlichen
den Anfangszustand des Walzguts kennzeichnenden Parameter, wie etwa
Keiligkeit, Säbeligkeit, Dicke, usw. mittels entsprechender
Erfassungseinrichtungen erfasst werden. Dadurch kann das Walzgut
in geeigneter Weise vom Anfangszustand unter Berücksichtigung
des Endzustands des Walzguts und der Eigenschaften der nachfolgenden
Aggregate in den Zwischenzustand überführt werden.
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Ausgehend
von dem wenigstens einen den Zwischenzustand bereitstellenden Walzgerüst
und den zusätzlichen Bearbeitungsmitteln kann der Zwischenzustand
verglichen mit dem Anfangszustand bspw. einen verstärkten
Keil, einen abgeschwächten Keil, einen umgekehrten Keil
oder keinen Keil aufweisen. Dies gilt analog für die Säbeligkeit.
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Die
Steuerung und/oder Regelung erfolgt anhand eines Steuer- und/oder
Regelmodells. In dieses Modell gehen die die Verarbeitung des Walzguts
beeinflussenden Parameter ein. Diese setzen sich zusammen aus das
Walzgut kennzeichnenden Parametern sowie aus Parametern, welche
eine Wechselwirkung des Walzgerüsts, der Bearbeitungsmittel
und des wenigstens eine nachfolgenden Bearbeitungsaggregats oder
mehrere nachfolgender Bearbeitungsaggregate mit dem Walzgut kennzeichnen.
Vom Fachmann zur Umsetzung der Erfindung verwendbare Modelle sind
bspw. der
DE 101 18
748 A1 : „Verfahren und Steuerung zur prozessgesteuerten
Modellierung einer verfahrenstechnischen Anlage" entnehmbar sowie
etwa dem Lehrbuch Chritianini, Shawe-Taylor: „An introduction
to support vector machines and other kernel-based learning methods", Cambridge
UP, 2000. Dies stellt nur einen kurzen Auszug an Möglichkeiten
dar, auf welche der Fachmann zurückgreifen kann.
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Zur
Steuerung und/oder Regelung des Walzgerüsts und der Bearbeitungsmittel
können bspw. physikalische, empirische oder (selbst-)lernende
Modelle, etwa Neuronale Netze, verwendet werden. Die Verwendung
derartiger Modelle ist dem Fachmann geläufig. Bei empirischen
Modellen wird insbesondere auf Erkenntnisse zurückgegriffen,
welche aus dem Betrieb oder Test betrieb der jeweiligen Anlage beruhen.
Insbesondere ist ein Modell vorzugsweise derart ausgestaltet, dass
es online-fähig ist, d. h. während des Betriebs
des Stahlwerks die Regelung und/oder Steuerung des Walzgerüsts
und der Bearbeitungsmittel derart anpasst, dass der Zwischenzustand
in Echtzeit abhängig von Endzustand und den Wechselwirkungsparametern
der das Walzgut nachfolgenden bearbeitenden Bearbeitungsaggregate
derart eingestellt wird, dass ein vorgegebener Endzustand des Walzguts
durch die Bearbeitung mit den nachfolgenden Aggregaten erreicht
wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Ermittlung
eine innere, bei der weiteren Bearbeitung des Walzguts sich wenigstens auf
die Keiligkeit und/oder Säbeligkeit des Walzguts auswirkende
Materialverspannung berücksichtigt. Dadurch wird sichergestellt,
dass im Walzgut vorhandene Materialspannungen nicht zu einer signifikanten
Abweichung vom gewünschten Endzustand des Walzguts führen,
obwohl Anfangszustand, Endzustand und die Wechselwirkungsparameter
der Bearbeitungsaggregate mit dem Walzgut bei der Regelung und/oder
Steuerung des Walzgerüsts und der Bearbeitungsmittel berücksichtigt
wurden. Es wird somit eine Relaxation der sich wenigstens auf die Keiligkeit
und/oder Säbeligkeit des Walzguts auswirkenden Materialverspannung
in einem oder mehreren nachfolgenden Bearbeitungsaggregaten, wie etwa
Ofen oder Kühlstrecke oder Fertigstraße, bei der
Einstellung des Zwischenzustands des Walzguts mit einbezogen. Dadurch
kann eine weitere Verbesserung der Einstellung des Zwischenzustands
erreicht werden.
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Zur
Berücksichtigung der Materialverspannung kann die Materialverspannung
im Walzgut gemessen werden. In Regel wird die die Materialverspannung
jedoch durch geeignete Modelle modelliert werden. Zur Optimierung
der Prozessführung kann auch eine Kopplung von Messung
und Berechnung der Materialverspannung im Walzgut vorgesehen werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die am Walzgut
eingeprägte Spannung geregelt und/oder gesteuert. In der
Regel werden die Bearbeitungsmittel derart geregelt und/oder gesteuert,
dass diese eine erwünschte Spannung, insbesondere Spannungsverteilung über
die Breite des Walzguts, einstellen. Durch eine gezielte Regelung und/oder
Steuerung der Spannung wird im Zusammenwirken mit der davon ggf.
abhängigen Regelung und/oder Steuerung der Stellgrößen
der Stellglieder des Walzgerüsts das Walzgut in einen Zwischenzustand überführt,
welcher bei Bearbeitung mit wenigstens einem nachfolgenden Aggregat
zum gewünschten Endzustand führt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur
Einprägung der Spannung in das Walzgut eine auf das Walzgut
ausgeübte Kraft verwendet. Die Kraft wird mittels einer
mechanischen Einrichtung auf das Walzgut ausgeübt, um die
Spannungsverhältnisse des sich abschnittsweise im Walzspalt
befindenden Walzguts gezielt zu beeinflussen. Durch den Ansatzpunkt
der Kraft sowie den Betrag der Kraft kann die Spannung im Walzgut
während des Walzens im Walzspalt derart eingestellt werden, dass
der zur Herstellung des Endzustands durch definierte nachfolgende
Bearbeitungsaggregate erforderliche Zwischenzustand eingestellt
wird. Die Kraft kann mittels eines punktartigen, eines linienartigen oder
eines flächenartigen Ansatzbereichs am Walzgut auf das
Walzgut ausgeübt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Walzgut eine
in der Regel quer zu einer vorgesehenen Transportrichtung ausgerichtete,
als Walzgutkopf bezeichnet Vorderseite auf, wobei eine Position
des Walzgutkopfes erfasst wird und die auf das Walzgut ausgeübte
Kraft anhand der erfassten Position des Walzgutkopfes geregelt und/oder
gesteuert wird. Die Erfassung des Walzgutkopfes ist dahingehend
vorteilhaft, da erkannt wird, ob bereits überhaupt eine
Kraft auf das Walzgut ausgeübt werden kann bzw. in welcher
Höhe eine Kraft an einer bestimmten Walzgutposition in
das Walzgut einzuprägen ist, um eine bestimmte Spannung,
insbesondere Spannungs verteilung, im Walzspalt einzustellen. Dies
ist insbesondere beim Anstich eines Walzguts in dem mindestens einen
Walzgerüst von hoher Bedeutung.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Bearbeitungsmittel
eine Seitenführung verwendet. Durch die Verwendung einer
Seitenführung, insbesondere starken Seitenführung, kommt
der Seitenführung eine kombinatorische Wirkung bei der Überführung
des Walzguts von seinem Zwischenzustand in seinen Endzustand zu.
Denn die Seitenführung führt in diesem Zusammenhang
nicht nur das Walzgut, sondern mittels der Seitenführung wird
zudem eine Spannung eingeprägt. Diese ist insbesondere
wirksam im Walzspalt und beeinflusst dadurch den Zwischenzustand,
welcher mittels des mindestens einen Walzgerüsts aus dem
Anfangszustand erzeugt wird. Es sind somit keine zusätzlichen baulichen
Maßnahmen vorzusehen, um das erfindungsgemäße
Verfahren unter Verwendung einer Seitenführung zur Einprägung
von Spannung in das Walzgut durchzuführen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als
Bearbeitungsmittel ein Staucher verwendet. Der Staucher kann alternativ
zur Seitenführung zur Einprägung von Spannung
in das Walzgut verwendet werden, jedoch auch in Kombination mit
einer Seitenführung. Die Verwendung eines Stauchers weist
den Vorteil auf, dass die beiden im Wesentlichen vertikal stehenden
Arbeitswalzen des Stauchers unabhängig voneinander auf
das Walzgut einwirken können. Insbesondere können
die Walzen des Stauchers zueinander derart angeordnet sein, dass
nicht diese achsensymmetrisch zu einer Walzgutmittenlängsachse
angeordnet sind und/oder betragsmäßig verschiedene
Kräfte auf das Walzgut ausüben. Die Walzgutmittellängsachse
ist diejenige Längsachse des Walzguts, welche durch die
auslaufseitige Bandmitte des Walzguts in Längsrichtung des
Walzguts verläuft. In einem vorteilhaften Spezialfall ist
die Kraft einer Arbeitswalze des Stauchers auf das Walzgut Null,
d. h. diese Arbeitswalze ist nicht mit dem Walzgut in Kontakt. Die
andere Arbeitswalze übt eine Kraft auf das Walzgut aus,
um eine Spannungsverteilung im Walzgut über die Breite
des Walzguts, am Walzspalt einzustellen. Es können durch
die unabhängig voneinander auf das Walzgut einwirkenden Arbeitswalzen
des Stauchers gezielt asymmetrische Spannungen in das Walzgut eingeprägt
werden. Dies erlaubt somit auch eine flexiblere Einstellung von Zwischenzuständen.
Es kann somit ein größeres Spektrum an „Fehlern"
der nachfolgenden Bearbeitungsaggregate abgedeckt werden. Es kann
somit mittels eines Stauchers besonders vorteilhaft sichergestellt
werden, dass der gewünschte Endzustand des Walzguts eingestellt
wird.
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Besonders
vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren
angewendet werden, wenn wenigstens ein dem Walzgerüst nachfolgendes
Bearbeitungsaggregat ein Horizontalwalzgerüst ist. Dieser
Vorteil bleibt insbesondere erhalten, wenn eine Mehrzahl von Horizontalwalzgerüsten
dem wenigstens einem Walzgerüst nachgeordnet sind, welche als
Fertigstraße arbeiten. In der Fertigstraße wird
das Walzgerüst von seinem Zwischenzustand in einem gewünschten
Endzustand überführt. Dieser Endzustand ist nur
dann in der Regel der gewünschte Endzustand, wenn durch
das erfindungsgemäße Verfahren die durch die Mehrzahl
an Horizontalwalzgerüsten in das Walzgut eingeprägte
Abweichungen bereits durch den Zwischenzustand berücksichtigt
wurden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren,
welches für eine Fertigstraße zur Anwendung kommt, kann
daher die Qualität des in den Endzustand überführten
Walzguts hinsichtlich Keiligkeit und/oder Säbeligkeit weiter
verbessert werden.
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Der
vorrichtungsmäßige Teil der Aufgabe wird durch
eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung gemäß Anspruch
11 gelöst. Eine solche Steuer- und/oder Regeleinrichtung
zur Einstellung eines Zustands eines Walzguts kann einfach für
bestehende Anlagen nachgerüstet werden. Dadurch kann die Qualität
bei der Einstellung eines Endzustands eines Walzguts erhöht
werden.
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Ferner
erstreckt sich die Erfindung auf einen maschinenlesbaren Programmcode
für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Einstellung
eines Zustands eines Walzguts. Somit kann der maschinenlesbare Programmcode
auch in bereits vorhandenen Steuer- und/oder Regeleinrichtungen
verwendet werden.
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Dies
kann insbesondere dadurch gewährleistet werden, dass der
Programmcode auf einem Datenträger abgespeichert ist, auf
welchem sich ebenfalls die vorliegende Erfindung erstreckt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen,
welche anhand der schematisch dargestellten Zeichnungen näher
erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine Übersichtsdarstellung
für das erfindungsgemäße Verfahren,
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2 die
Ausbildung eines Säbels bei einem Walzvorgang in einem
Vorgerüst,
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3 die
Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Einstellung eines definierten Zwischenzustands des Walzguts,
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4 ein
Vorgerüst und eine dem Vorgerüst nachgeordnete
Fertigstraße.
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1 zeigt
eine Übersicht zur Einstellung eines Zustands eines Walzguts.
Ausgehend von einem Anfangszustand S1 mit dem Walzgutquerschnitt
GX wird das Walzgut einem Vorgerüst 1 zugeführt.
Das Vorgerüst 1 weist einen Satz Arbeitswalzen 2 und
einen Satz Stützwalzen 3 auf. Ferner ist eine
Einrichtung zum Anstellen der Walzen in Form einer Hydraulikanstellung 5 vorhanden.
Mittels der Hydraulikanstellung 5 ist die Walzkraft auf
der Bedienseite und der Antriebsseite einstellbar. Ferner sind Messeinrichtungen
vorgesehen, welche die bedienseitige Walzkraft und die antriebsseitige
Walzkraft messen und einer Regeleinrichtung zuführt, welche
auch die Hydraulikanstellung 5 regelt. Ferner wird der
Regeleinrichtung 4 ein gewünschter Endzustand
S3' des Walzguts zugeführt. Der gewünschte Endzustand
S3' ist in der Regel der Zustand, der für das fertig gewalzte
Band vorgesehen ist. In der Regel umfasst der gewünschte
Endzustand eine gewisse Zieldicke, ein bestimmtes Phasengemisch,
sowie die Eigenschaft des Walzguts, dass dieses keilfrei und säbelfrei
ist.
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Der
Regeleinrichtung 4 werden ferner Informationen darüber
zugeführt, welche Bearbeitungsaggregate das Walzgut nach
Verlassen des Vorgerüsts 1 durchläuft.
Insbesondere wird der Regeleinrichtung zugeführt, in wie
fern die jeweiligen Bearbeitungsaggregate Einfluss auf die Geometrie
des Walzguts nehmen. Die Geometrie des Walzguts kann durch thermische
Prozesse, beispielsweise Heizprozesse oder Kühlprozesse,
beeinflusst werden, da hierdurch innere Spannungen im Walzgut verändert werden,
oder aber durch direkte mechanische Einwirkung auf das Walzgut,
beispielsweise durch Walzen des Walzguts. Die Änderung
der Geometrie des Walzguts durch thermische und/oder mechanische Prozesse
ist u. a. auch davon abhängig, in wie weit bereits vor
diesem jeweiligen Aggregat innere Verspannungen im Walzgut vorliegen.
Insofern ist bereits der Anfangszustand S1 des Walzguts, ggf. für die
Bearbeitung des Walzguts mittels eines Bearbeitungsaggregats, zu
berücksichtigen.
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Mittels
der Informationen bezüglich der dem Vorgerüst
nachfolgenden Bearbeitungsaggregate sowie des gewünschten
Endzustands wird mittels einer Regelung des Walzvorgangs im Vorgerüst
1,
beispielsweise in sonstiger Weise verlaufend, wie aus der Offenlegungsschrift
WO 2006/119984 A1 bekannt,
das Walzgut in einen Zwischenzustand S2 überführt.
Der Zwischenzustand S2 zeichnet sich dadurch aus, dass dieser abhängig
ist von den nun für das Walzgut vorgesehenen Bearbeitungsschritten.
In der Regel wird dieser Zwischenzustand S2 eine Keiligkeit und/oder
eine Säbeligkeit aufweisen. Anschließend durchläuft
das Walzgut mit dem Zwischenzustand S2, beispielsweise eine Mehrzahl
von Bearbeitungsaggregaten, etwa A1, A2, A3 bis AN. Nach Durchlaufen
des letzten Bearbeitungsaggregats AN ist der Endzustand S3 des Walzguts
eingestellt. Dieser wird der Regeleinrichtung
4 des Vorgerüsts
zugeführt. Dort findet u. a. ein Vergleich zwischen gewünschtem
Endzustand S3' und dem tatsächlichen Endzustand S3 statt.
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Bei
der Verarbeitung von keilförmigem Walzgut zu Metallband
sind – soweit vorrichtungsmäßig keine
dies verhindernden Maßnahmen ergriffen sind – zwei
Grenzfälle maßgebend:
- 1.
Der Walzspalt wird so eingestellt, dass die relative Dickenabnahme
an jeder Stelle entlang des Walzspaltes gleich ist. Dadurch ist
die Verlängerung des Materials an allen Punkten entlang
der Breitenrichtung gleich und es kommt zu keiner säbelartigen
Verzerrung des Bandes, allerdings bleibt der Keil bis ins Fertigband
erhalten. Da in der Regel ein keilförmiger Endzustand unerwünscht
ist, stellt dies keine Lösung des Problems dar.
- 2. Der Walzspalt kann symmetrisch eingestellt werden, d. h.
bis auf Durchbiegungseffekte stehen die Walzen parallel zueinander.
Wegen des im Walzgut vorhandenen Dickenkeils kommt es jedoch zu
einer über die Breite des Walzguts ungleichmäßige
Umformung. Diese führt aufgrund der bedienseitigen und
antriebsseitigen unterschiedlichen Dicke des Walzguts zu einer unterschiedlichen
Verlängerung des Materials über die Breite des
Walzguts. Dies verursacht die Ausbildung eines Säbels.
Das Vorliegen eines über bestimmte Grenzabmessungen überschreitenden Säbels
führt zu Schwierigkeiten bei der weiteren Prozessierung
des Walzguts.
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Um
ein Walzgut herstellen, welches im Wesentlichen keilfrei und säbelfrei
ist, ist es zunächst erforderlich, einen Säbel
bzw. Keil des Walzguts zu erfassen, wenn dieser entsteht. Hierzu
bestehen verschiedene Möglichkeiten. Gemäß dem
Stand der Technik kann beispielsweise bei Vorliegen eines keilförmigen
zentrierten Walzguts, etwa einer Bramme, eine Differenzwalzkraft
zwischen Bedienseite und Antriebsseite des Vorgerüsts 1 festgestellt
werden. Diese Walzkraftdifferenz ist jedoch nicht eindeutig auf
die Ausbildung eines Säbels zurückzuführen.
Die Ursache der Walzkraftdifferenz zwischen Be dienseite und Antriebsseite
kann auch darin begründet sein, dass das Band während
des Walzens verläuft, d. h. dezentriert ist, oder eine über
die Breite inhomogene Temperatur aufweist. Letzteres hat einen über
die Breite veränderlichen Umformwiderstand zur Folge und
damit eine über die Breite variierende Umformkraft zur
Erzeugung eines definierten Walzgutzustands.
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Um
einen Säbel sicher zu erkennen, ist es daher ferner erforderlich,
beispielsweise eine Seitenführung zu nutzen, die bei der
Ausbildung eines Säbels einem deutlichen Kraftanstieg durch
das gekrümmte Walzgut ausgesetzt ist. Denn der Säbel drückt
auf die Seiteführung. Diese kann jedoch, sofern sie als
starke Seitenführung ausgebildet ist, die Ausbildung des
Säbels verhindern bzw. zu unterdrücken.
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Zur
Bestimmung des ursprünglichen Dickenkeils, aufgrund dessen
der Säbel entsteht, sowie das Ausmaß der Säbeligkeit
ist es ferner erforderlich, eine Bandkantenerfassung, beispielsweise
mittels eines Breitenmessgeräts, durchzuführen
und die Bandkantenerkennung zur Säbeldiagnose zu verwenden.
Als Messsysteme können bspw. Kamera oder laserbasierte
Messsysteme verwendet werden.
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Erst
wenn diese drei Indikatoren vorliegen, kann auf einen Dickenkeil
und einen Säbel des Walzguts, sowie auf deren Abmessungen
geschlossen werden. Alternativ kann eine verlässliche Vermessung
des Walzguts hinsichtlich Keiligkeit besonders vorteilhaft am Ofeneintrag
erfolgen.
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Aus
dem eingangs genannten Stand der Technik ist es bekannt, eine solche
Keiligkeit und/oder Säbeligkeit für einen Walzgut
direkt nach dem Vorgerüst zu vermeiden, d. h. die Herstellung
eines im Wesentlichen säbelfreien und keilfreien Walzguts
durch Bearbeitung des Walzguts mit dem Vorgerüst zu erzeugen.
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Auch
kann der Fall auftreten, dass die Keiligkeit des in das Walzgerüst
einlaufenden Walzguts zu groß ist, d. h. die durch die
Säbelbildung entstehende Kraft auf die Seitenführung
kann von dieser nicht aufgenommen werden bzw. führt zur
deren Zerstörung. Liegt dieser Fall vor, so ist es erforderlich,
auf das komplette Roll Alignment Control zu verzichten und die Walzen
entsprechend dem Keil zu schwenken. Ggf. kann auch eine Reduktion
des Keils des einlaufenden Walzguts mittels des -Walzgerüsts
in dem Maße erfolgen, dass die auf die Seitenführung
wirkende Kraft diese nicht zerstört. Der Restkeil wird dann
durch nachfolgende Stiche sukzessive eliminiert.
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Problematisch
hierbei ist es jedoch, dass die im Wesentlichen auf Null eingestellte
Keiligkeit und/oder Säbeligkeit durch nachfolgende Bearbeitungsaggregate
wieder in eine Keiligkeit und/oder Säbeligkeit ungleich
Null umgesetzt werden kann. Eine derartige Veränderung
der Walzgutgeometrie kann bspw. durch das Walzgut selbst bedingt
sein, etwa durch innere Spannungen, oder aber durch äußere
Einflüsse auf das Walzgut, etwa verschlissene Walzen, thermal
crown, Walzenversatz, Walzendurchbiegung, Temperaturänderungen,
Eintrag von Substanzen, etwa Wasser, auf das Walzgut, usw..
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Dies
hat zur Folge, dass das Walzgut im Endzustand erneut eine Keiligkeit
und/oder Säbeligkeit aufweisen kann. Dies kann jedoch dadurch
vermieden werden, dass die die Walzgutgeomtrie beeinflussenden Parameter
der dem Vorgerüst 1 nachgeordneten Bearbeitungsaggregate
A1, A2, A3, ..., AN in die Regelung des Vorgerüsts 1 miteinbezogen
werden. Mittels der die Walzggutgeometrie beeinflussenden Parametersätze
P1, P2, P3, ..., PN der nachfolgenden Bearbeitungsaggregate A1,
A2, A3, ..., AN wird mittels eines Modells unter Einbeziehung des Anfangszustands
S1 und vorangegangener Prozessschritte ein Zwischenzustand des Walzguts
ermittelt, den das Walzgut aufweisen muss, um nach dem Durchlauf
durch die gewünschten Bearbeitungsaggregate einen gewünschten
Endzustand S3', bspw. bei einer bestimmten Enddicke keil und säbelfrei
zu sein, zu erreichen.
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Ausgehend
von dem ermittelten Zwischenzustand wird dann aus dem Anfangszustand
S1 das Vorgerüst 1 derart geregelt, dass der ermittelte
Zwischenzustand mit dem eingestellten Zwischenzustand S2 des Walzguts übereinstimmt.
Vorzugsweise wird der durch das Vorgerüst 1 eingestellte
Zwischenzustand S2 mit dem ermittelten Zwischenzustand verglichen
und die Regelung derart geändert, dass der eingestellte
Zwischenzustand S2 des Walzguts und der ermittelte Zwischenzustand
für das Walzgut bestmöglich übereinstimmen.
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Der
nach Durchlaufen des Vorgerüsts 1 eingestellte
Zwischenzustand S2 des Walzguts ist somit abhängig von
den Prozesseinflüssen der nachfolgenden Bearbeitungsaggregate
A1, A2, A3, ..., AN auf das Walzgut, welche durch Parametersätze
P1, P2, P3, ..., PN wiedergegeben werden können, vom Ausgangszustand
S1 und evtl. von Prozessparametern vorangegangener Prozesse, die
etwa den inneren Spannungszustand des Walzguts beeinflusst haben.
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Beispielsweise
kann mittels eines Breitenmessgeräts und eines Profilmessgeräts
nach einer Fertigstraße, die das Walzgut durchlaufen hat,
ein Zwischenzustand ermittelt werden, welcher zu einem gewünschten
Endzustand – d. h. in diesem Fall nach der Fertigstraße – führt.
Dazu werden Keiligkeit und Säbeligkeit mittels der oben
genannten Einrichtungen vermessen und der Regeleinrichtung 4 zugeführt.
In Verbindung mit der aus dem Stand der Technik bekannten Differenzwalzkraft
wird der ermittelte Zwischenzustand für das Walzgut aus
dem Anfangszustand S1 eingestellt. In der Regel ist es vorteilhaft, wenn
der Anfangszustand S1 des Walzguts bekannt ist, und dieser der Regeleinrichtung 4 zugeführt
wird, so dass diese das Vorgerüst 1 entsprechend
steuern und/oder regeln kann.
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Die
Profilmessung des Walzguts sowie die Breitenmessung des Walzguts
können an verschiedensten Stellen innerhalb des Walzprozesses
erfasst werden. Ggf. können daher für jedes Bearbeitungsaggregat
A1, A2, A3, ..., AN dessen Einfluss auf die Geometrie des Walzguts
bei gegebenem Zwischenzustand bzw. gegebenen Anfangszustand individuell bestimmt
werden. Vorzugsweise werden die erfassten Messwerte in einer Messwertverar beitung
gefiltert und unter Zuhilfenahme der Bandverfolgung den einzelnen
Bandabschnitten zugeordnet. Die Messwerte stehen dann der Prozessautomatisierung,
insbesondere der Regelung des Vorgerüsts 1 zur
Verfügung.
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Die
Keiligkeit und/oder Säbeligkeit des Endzustands S3 des
Walzguts, beispielsweise nach Durchlaufen der Fertigstraße,
hängt von der Keiligkeit und/oder Säbeligkeit
nach der Vorstraße bzw. nach dem Vorgerüst 1 und
weiteren Prozessparametern, insbesondere von den Prozessparametern
P1, P2, P3, ... m PN der nachfolgenden Bearbeitungsaggregate A1,
A2, A3, ..., AN ab. Um diese in das Modell zur Regelung des Vorgerüsts 1 zu
implementieren, wird ein Satz von ausgewählten Prozessparametern
P1, P2, P3, ..., PN bspw. einem empirischen Modell, etwa einem Vererbungspuffer
oder Neuronetz zugeführt. Das Modell ist nach einer hinreichend großen
Menge von Daten in der Lage die Keiligkeit und/oder Säbeligkeit
des Fertigbandes als Funktion der Keiligkeit des Vorbandes vorherzusagen.
Alternativ können physikalischen Modelle, etwa Modelle beruhend
auf finiten Elementen, oder andere geeignete Modelle verwendet werden.
Derartige Modelle sind dem Fachmann geläufig.
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Ausgehend
von diesen Informationen kann das Walzgut aus dem Anfangszustand
S1 in einen Zwischenzustand S2 überführt werden,
der nach Durchlaufen der für das Walzgut im Weiteren vorgesehenen
Bearbeitungsschritte zu einem gewünschten Endzustand S3
führt, der mit dem gewünschten Endzustand S3'
im Wesentlichen übereinstimmt.
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Zur
Berechnung der erforderlichen Keiligkeit und/oder Säbeligkeit
des Vorbandes kann ein weiteres Modell für die nachgelagerten
Bearbeitungsaggregate A1, A2, A3, ..., AN des Walzguts herangezogen
werden, um die Keiligkeit und die Säbeligkeit des Fertigbandes
weiter zu optimieren.
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2 zeigt
die Ausbildung eines Säbels für ein keilförmiges
Walzgut G in einem Vorgerüst 1. In 2 ist
einlaufseitig eine Querschnittsdarstellung GX eines keilförmigen Walzgutes
G gezeigt. Das Walzgut G wird auf einem Rollengang 6 zu
einem Vorgerüst 1 befördert. Damit dieses
in erwünschter Weise in das Vorgerüst 1 einläuft,
sind Seitenführungen 7 vorgesehen. Nach erfolgter
Dickenreduktion durch das Vorgerüst 1 weist das
Walzgut G eine durch den Dickenkeil bedingte Säbeligkeit
auf. Die in 2 gezeigte auslaufseitige Seitenführung 7 weist hierbei
eine geöffnete Stellung auf. Dadurch wird verhindert, dass
das säbelige Walzgut G an der auslaufseitigen Seitenführung 7 hängen
bleibt und der Walzvorgang komplett abgebrochen werden muss.
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Da
die Walzen im Vorgerüst 1 durch das Roll Alignment
Control im Wesentlichen parallel gehalten werden, kommt es aufgrund
des Dickenkeils des Walzguts zur Ausbildung eines Säbels.
Die dickere Seite des Keils weist einen höheren Materialfluss
in Längsrichtung als die dünnere Keilseite auf,
wodurch es zu einer Krümmung des Walzguts in der Transportebene
des Walzguts G kommt. Ein derartiges Band ist in nachfolgenden Prozessen
nur sehr schwer weiterverarbeitbar.
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3 zeigt
ebenfalls einen Querschnitt eines keilförmigen Walzgutes,
welches in ein Vorgerüst 1 einläuft.
Auch dieses wird mittels eines Rollengangs 6 und einer
Seitenführung 7 zum Vorgerüst transportiert.
Auslaufseitig ist ein Staucher 8 mit zwei veritikalen Arbeitswalzen 8' sowie
eine starke Seitenführung 7 angeordnet. Durch
den Staucher 8 und durch die starke Seitenführung 7 wird
eine Kraft auslaufseitig in das Walzgut G eingeprägt.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die linksseitige Seitenführung 7 und
die rechtsseitige Seitenführung – betrachtet in
Transportrichtung des Bandes – unabhängig voneinander
bewegt werden können. In der Regel ist dies nicht der Fall,
da die Seitenführungen 7 nur symmetrisch zueinander
relativ zur Bandmitte verstellbar sind. Dies ist gewährleistet durch
eine Synchronisationswelle der Seitenführungen 7.
Vorteilhafterweise wird zur Einstellung des Zwischenzustands des
Walzguts bzw. der definierten Spannungsverteilung im Walzspalt diese Synchronisationswelle
und jegliche andere mechanische Kopplung der Seitenführungen
weggelassen, so dass die linke und die rechte Seitenführung – zumindest
auslaufseitig – unabhängig voneinander bewegbar
sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, die nun unabhängig voneinander
bewegbaren Seitenführungen derart einzustellen, dass das
dem Vorgerüst zugewandte Ende der Seitenführung
weiter entfernt ist von der Bandmitte als das dem Vorgerüst
abgewandte Ende der Seitenführung 7. D. h. die
Seitenführung 7 ist trichterförmig verstellbar.
Dadurch kann der Krafteintrag auf das Walzgut G zusätzlich
gesteuert und/oder geregelt werden.
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Ferner
ist eine Einrichtung 11 zur Erfassung der Position des
Bandkopfes 12 vorgesehen. Die zeitabhängige Erfassung
der Position des Bandkopfes 12 erleichtert die Steuerung
der Seitenführung 7 sowie des Stauchers 8.
Der Einsatz des Stauchers 8 sowie der Seitenführung 7,
die Höhe der Kraft sowie die Kraftverteilung längs
des Bandes wird derart gesteuert, dass sich am Walzspalt eine Spannungsverteilung σ einstellt,
welche es erlaubt, den erforderlichen Zwischenzustand des Walzguts
G so einzustellen, dass durch die nachfolgenden Bearbeitungsaggregate
der gewünschte Endzustand erreicht wird.
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4 zeigt
ein Vorgerüst 1 mit einer dem Vorgerüst
nachfolgenden Fertigstraße bestehend aus den fünf
Walzgerüsten A1, A2, A3, A4 und A5, einer der Walzstraße
nachgeordneten Bandbreitenmesseinrichtung 10 sowie einer
Profilmesseinrichtung 9. Dieser wiederum nachgeordnet ist
eine Kühlstrecke A6, der ebenfalls eine Breitenmesseinrichtung 10 und
eine Profilmesseinrichtung 9 nachgeordnet sind. Anschließend
wird das Band auf einer Haspel aufgehaspelt. Die Bandbreitenmesseinrichtung 10 und
die Profilmesseinrichtung 9 messen jeweils die Säbeligkeit
und Keiligkeit eines Bandes nach dem A5 bzw. A6. Die mittels den
Breitenmesseinrichtungen 10 und den Profilmesseinrichtungen 9 ermittelten
Keiligkeiten und/oder Säbeligkeiten werden einer Steuer-
und/oder Regeleinrichtung 4 zugeführt, welche
die Werte in das Modell zur Ermittelung des Zwischenzustandes einarbeitet.
Ausgehend von dem ermittelten Zwischenzustand wird das Vorgerüst
derart gesteuert bzw. geregelt, dass das Walzgut aus seinem keiligen
oder keilfreien Anfangszustand in einen Zwischenzustand überführt
wird, der wiederum durch Bearbeitung des Walzguts durch die nachfolgenden Bearbeitungsaggregate
A1 bis A6 in einen gewünschten Endzustand überführt
wird. Der Endzustand des Bandes wird in 4 durch
die Breitenmesseinrichtung bzw. Profilmesseinrichtung bestimmt,
welche der Kühleinrichtung A6 nachgelagert ist. Durch ein
derartiges Vorgehen kann die Streuung des Endzustands im Vergleich
zum Stand der Technik weiter reduziert werden und damit die Qualität des
fertig gewalzten Metallbands weiter erhöht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/119984
A1 [0008, 0041]
- - DE 10118748 A1 [0021]