DE102012202626A1

DE102012202626A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturführung in einem Walzwerk zur Herstellung von Vorband

Info

Publication number: DE102012202626A1
Application number: DE201210202626
Authority: DE
Inventors: Michael Degner; Michael Breuer; Peter Horn; Guido Buschhoff
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-07-04
Also published as: WO2013098094A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturführung in einem Walzwerk für die Herstellung von Vorband, mit den Schritten: Bestimmen von Abschnitten erniedrigter Temperatur in dem Vorband sowie selektives Zuführen von Heizenergie zu den Abschnitten erniedrigter Temperatur des Vorbandes. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Temperaturführung in einer Walzstraße.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Temperaturführung in einem Walzwerk zur Herstellung von Vorband.
Stand der Technik
Folgende Literaturstellen könnten zitiert werden: Ginzburg, Vladimir B.: High-Quality Steel Rolling, Marcel Dekker, INC., 1993 ISBN 0-8247-8967-8, Page 164
Fachbericht SMS Siemag: Automatische Breitenregelung in der Warmbandstraße SSAB Tunnplat AB, 2001, Bestell Nr. W4/205D Degner, M. et al: 5 Generationen Warmbanderzeugung, Stahl und Eisen 122 (2002) Nr. 11, Seite 73–84
Bei der Erzeugung von Vorband in einer Vorwalzstraße ist es bekannt, die Temperatur der zu walzenden Brammen vor dem eigentlichen Walzvorgang in Wiedererwärmöfen auf eine gewünschte Vorwalztemperatur anzuheben.
Weiterhin wird in einem Walzwerk, aufweisend die Vorwalzstraße zum Erzeugen des Vorbandes und eine nachgelagerte Fertigwalzstraße zum Erzeugen von Warmband, versucht, die vorgegebenen Toleranzgrenzen der geometrischen und/oder mechanisch-technologischen Parameter bei der Warmbanderzeugung einzuhalten, um eine gewünschte Qualität des erzeugten Bandes sicherstellen zu können. Die Einhaltung der Toleranzgrenzen ist verknüpft mit der eigentlichen Temperaturführung innerhalb des Walzwerkes, beginnend bei den bereits genannten Wiedererwärmöfen zum Erwärmen der Brammen vor deren Einlauf in die Vorwalzstraße bis hin zur Aufhaspelanlage hinter der Fertigwalzstraße zum Aufhaspeln des fertig gewalzten Warmbandes.
Typischerweise wird für Warmbandwalzwerke gefordert, dass die Walzendtemperatur des Warmbandes im Auslauf der Fertigwalzstraße mit Toleranzen von wenigen Kelvin eingehalten wird.
In den Wiedererwärmöfen liegen die Brammen auf wassergekühlten Auflagestellen auf, entlang welcher sie durch die Wiedererwärmöfen hindurch transportiert werden, bis sie auf einen Zuführrollgang zur Vorwalzstraße gelangen, Die Auflagestellen werden auch als „Ofenschienen“ bezeichnet. Da der Transport der Brammen durch die Wiedererwärmöfen hindurch üblicher Weise senkrecht zu der eigentlichen Walzrichtung stattfindet, liegen die Brammen über eine gesamte Verweilzeit der Bramme im (Wieder-)Erwärmofen hinweg an den gleichen Positionen auf den genannten Auflagestellen auf. An diesen Auflagestellen wird die Bramme beim Durchlaufen durch die Wiedererwärmöfen gekühlt und es bilden sich dort an der Bramme Abschnitte mit einer erniedrigten Temperatur gegenüber den umgebenden Bereichen der erwärmten Bramme. Diese Abschnitte erniedrigter Temperatur liegen genau an den Positionen, an denen die Bramme auf den Auflagestellen auflag. Die Abschnitte erniedrigter Temperatur in der Bramme werden auch „Schienenstellen“ oder „Skid-Marks“ genannt. Die Abschnitte erniedrigter Temperatur können um mehrere 10° Kelvin kühler sein gegenüber dem restlichen Bereich der im Wiedererwärmofen erwärmten Bramme.
Die Brammen werden nach dem Austragen aus den Wiedererwärmungsöfen in der Regel mittels eines oder mehrerer Vorgerüste in mehreren Stichen, vorzugsweise 5 bis 7, zu dem Vorband ausgewalzt.
Dieses Vorband wird dann einer Fertigwalzstraße zugeführt und dort in mehreren Stichen zum Warmband ausgewalzt. Diese Fertigwalzstraßen sind häufig als 5 bis 7 gerüstige Anlagen ausgeführt, die gleichzeitig walzend das Warmband auf eine gewünschte Enddicke bringen. Anschließend werden diese Warmbänder aufgehaspelt.
Für die Walzendtemperatur von Warmband am Ausgang der Fertigwalzstraße liegt die einzuhaltende Temperaturtoleranz innerhalb eines Streubandes von wenigen Grad Kelvin. Durch das Auftreten der Schienenstellen in den Brammen bzw. den daraus erzeugten Vorbändern wird die Einhaltung der geforderten Temperatur-Toleranzgrenzen für die Walzendtemperatur deutlich erschwert.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Temperaturführung in einem Walzwerk zur Herstellung von Vorband anzugeben, mittels welchen die Toleranzen für die Walzendtemperatur des Warmbandes am Ausgang der Fertigwalzstraße besser eingehalten werden können.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Verfahren umfasst erfindungsgemäß die Schritte des Bestimmens der Lage bzw. der Position von Abschnitten erniedrigter Temperatur des Vorbandes, sowie des selektiven Zuführens von Heizenergie in die Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes.
Durch das beanspruchte selektive Zuführen von Heizenergie in die Abschnitten erniedrigter Temperatur – zusätzlich zum generellen Zuführen von Heizenergie zu der Bramme in dem Wiedererwärmofen – kann die Temperatur dieser Abschnitte weitgehend auf die Durchschnittstemperatur des Vorbandes angehoben werden, so dass die Abschnitte erniedrigter Temperatur bei dem Vorband weitgehend bzw. vollständig eliminiert werden können.
Durch Eliminieren dieser Temperaturdifferenzen können die engen Toleranzvorgaben für die Walzendtemperatur des Warmbandes hinter der Fertigwalzstraße besser eingehalten werden.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird die zusätzliche Heizenergie mittels einer Induktionsheizung selektiv zugeführt. Durch die Verwendung einer Induktionsheizung kann vorteilhafterweise eine schnelle und gezielte Erwärmung der jeweiligen Abschnitte erniedrigter Temperatur erreicht werden. Vorteilhafterweise kann eine Induktionsheizung nahezu ohne zeitliche Verzögerung bzw. Trägheit zugeschaltet, geregelt und wieder abgeschaltet werden und die Heizenergie an exakten Positionen des durchlaufenden Vorbandes Heizenergie zuführen.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes wie folgt bestimmt werden: Bestimmen der Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur einer Bramme vor deren Eintritt in die Vorwalzstraße; und Umrechnen der Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur der Bramme in die Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes unter Berücksichtigung des Breitgrades β und/oder des Stauchgrades γ beim Vorwalzen der Bramme.
Genauer gesagt, kann die Position der Abschnitte erniedrigter Temperatur bei der Bramme gemäß einer ersten Variante bestimmt werden aus der Kenntnis der Geometrie oder Anordnung der Auflagestellen in den Wiedererwärmöfen, der Geometrie und den Abmessungen der Bramme und der Lage der Bramme in dem Wiedererwärmofen relativ zur Anordnung der Auflagestellen. Gemäß einer zweiten Variante kann die Position der Abschnitte erniedrigter Temperatur bei der Bramme auch durch Messung der Temperaturverteilung entlang der Bramme ermittelt werden. Die Abschnitte erniedrigter Temperatur der Bramme, das heißt die Lage der Temperaturminima in der gemessenen Temperaturverteilung, korrelieren dann mit den Auflagestellen auf denen die Bramme in dem Wiedererwärmofen gelegen hat.
Der Begriff „Wiedererwärmofen“ ist gleichbedeutend mit dem Begriff „Erwärmofen“ oder „Wärm(e)ofen“ zu verstehen. In jedem Fall dient der Ofen zum Erwärmen von Brammen; ob zum ersten Male oder zum wiederholten Male ist für die vorliegende Erfindung unerheblich.
Für die Bestimmung der Abschnitte erniedrigter Temperatur in dem Vorband aus den Abschnitten erniedrigter Temperatur bei der Bramme ist der Breitgrad sowie der Stauchgrad in den jeweiligen Vorgerüsten der Vorwalzstraße zu beachten, durch welche sich die Abschnitte erniedrigter Temperatur innerhalb der Bramme durch das Auswalzen an entsprechende Positionen innerhalb des jeweiligen Vorbandes und des Warmbandes übertragen.
Alternativ zu dem beanspruchten Zuführen von Heizenergie in die Abschnitte erniedrigter Temperatur bei dem Vorband wäre es auch denkbar und machbar, die zusätzliche Heizenergie – noch vor dem Vorwalzen – direkt an die zuvor lokalisierten Abschnitte erniedrigter Temperatur bei der Bramme zuzuführen. Diese Vorgehensweise erscheint jedoch energetisch nicht sinnvoll und wird deshalb hier nicht beansprucht.
Die Abschnitte erniedrigter Temperatur können, neben der oben genannten geometrischen Bestimmung aus der genauen Kenntnis des Ofenliegeplatzes der Bramme, sowie der genauen Kenntnis der Auflagestellen innerhalb des Wiedererwärmofens auch durch eine Temperaturmessung entlang der Bramme und/oder entlang des Vorbandes bestimmt werden. Insbesondere kann die Temperatur über das Vorband hinweg gemessen werden und die genauen Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur können aus dieser Messung des Temperaturverlaufs, insbesondere der Lokalisierung der Temperaturminima in dem Temperaturverlauf bestimmt werden.
Um mögliche Fehler bei der Bestimmung der Abschnitte erniedrigter Temperatur, die auf eventuelle Störungen und Ungenauigkeiten des gemessenen Temperaturverlaufs zurückzuführen sein könnten, zu vermeiden, wird erfindungsgemäß der Temperaturverlauf vorzugsweise nicht direkt im Hinblick auf vorhandene Temperaturminima ausgewertet. Stattdessen erfolgt die Auswertung des gemessenen Temperaturverlaufs bevorzugt durch Differenzbildung zum gleitenden Mittelwert der gemessenen Temperatur, wobei insbesondere die Zeitkonstante eines langsam gleitenden Mittelwerts so bestimmt wird, dass das Ergebnis nur den generellen Temperaturverlauf, nicht jedoch die Abschnitte erniedrigter Temperatur und insbesondere nicht die Schienenstellen widerspiegelt. Durch entsprechende Filterung kann dann aus der Differenz der aktuellen Temperatur zum gleitenden Mittelwert die Position der Schienenstellen bestimmt werden. Genauer gesagt, werden die Abschnitte erniedrigter Temperatur bei der Bramme oder dem Vorband dort lokalisiert, wo die Differenz einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert überschreitet. Die selektive Zuführung von Heizenergie wird dann entsprechend in den als Abschnitten erniedrigter Temperatur ermittelten Abschnitten durchgeführt.
Eine andere Methode der Ermittlung der Positionen erniedrigter Temperatur ist z.B. mit Hüllkurven der Messungen möglich.
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens lassen sich die Abschnitte erniedrigter Temperatur durch Messung der Walzkraft in einem Vorgerüst bestimmen. Insbesondere ergeben sich aufgrund der Temperaturvariation in der Bramme lokale Walzkrafterhöhungen bzw. Walzkraftschwankungen von mehreren 100 kN. Entsprechend kann durch die Messung der Walzkraft in einem Vorgerüst ebenfalls eine Bestimmung der Abschnitte erniedrigter Temperatur durchgeführt werden und entsprechend Heizenergie selektiv zu den Abschnitten erniedrigter Temperatur zugeführt werden. Auch bei diesem Verfahren zur Bestimmung der Abschnitte erniedrigter Temperatur wird bevorzugt eine Differenzbildung gegenüber einem gleitenden Mittelwert durchgeführt und eine entsprechende Filterung ermöglicht die Identifikation der Abschnitte erniedrigter Temperatur in dem Vorband.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Temperaturführung in einem Walzwerk zur Herstellung von Vorband mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Entsprechend weist die Vorrichtung zur Temperaturführung in einer Walzstraße auf:
eine Auswertevorrichtung zur Bestimmung der Position der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes, eine Induktionsheizung zum selektiven Zuführen von Heizenergie zu den Abschnitten erniedrigter Temperatur des Vorbandes; ein Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung der Position des Vorbandes und der Position der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes relativ zur Position Induktionsheizung und eine Steuervorrichtung zur Steuerung und Positionierung der Induktionsheizung an die Position der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes – oder umgekehrt – durch Zusammenwirken mit dem Positionsbestimmungsmittel. Weiter ist eine Leistungsanpassung der Induktionsheizung vorgesehen; d.h. die Heizleistung der Induktionsheizung wird so eingestellt, dass die Temperatur des Vorbandes an den Stellen mit zunächst erniedrigter Temperatur auf die Durchschnittstemperatur des Vorbandes angehoben wird.
Bevorzugt umfasst das mindestens eine Positionsbestimmungsmittel weiterhin Mittel zur Materialverfolgung, insbesondere Photozellen, Mittel zur Messung der Rollengeschwindigkeit oder Mittel zur Messung der Walzgeschwindigkeit und der Bandposition vorgesehen.
Die zuzuführende Heizenergie differiert je nach ermittelter Geometrie des Vorbandes und ermittelter Temperaturdifferenz zwischen dem ermittelten gleitenden Temperaturmittelwert und ermittelten Temperaturminima. Die notwendige Heizenergie kann aus bekannten kalorischen Gleichungen ermittelt werden. Eine Unwägbarkeit in der Ansteuerung der eingesetzten Leistung ist unter anderem die Energieübertragungseffizienz der Induktionsheizung. Deshalb ist ein Beobachter/Sensor der Endwalztemperatur des Warmbandes am Ausgang der Fertigwalzstraße vorgesehen, der die eventuell verblieben Temperaturunterschiede zwischen einem Sollwert und einem Istwert für die Endwalztemperatur erfasst und damit eine Korrektur der Leistungsübertragungswerte für die Induktionsheizung bei dem Vorband ermöglicht. Somit kann der Prozess für Folgebrammen und Folgevorbänder mit korrigierten Werten weiter optimiert werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Temperaturverlaufes in einem Vorband;
2 eine schematische Darstellung des Transportweges einer Bramme in einem Wiedererwärmofen;
3a)–d) eine schematische Darstellung verschiedener Verfahrensschritte zur Bestimmung von Schienenstellen durch Messung des Temperaturverlaufs;
4a)–d) eine schematische Darstellung verschiedener Verfahrensschritte zur Bestimmung von Abschnitten erniedrigter Temperatur durch die Messung der Walzkraft;
5 eine schematische Darstellung eines Walzwerkes, umfassend eine Vorrichtung zur Temperaturführung;
6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Temperaturführung; und
7 schematische Darstellung des Signalflusses der Verfahren.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Hierbei werden gleiche oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise fortgelassen, um Redundanzen zu vermeiden.
1 zeigt schematisch das Auftreten von Schienenstellen („Skid-Marks“) über die Länge eines Warmbandes hinweg. Es ist deutlich zu erkennen, dass eine Abweichung von der Solltemperatur von bis zu ±40° Kelvin stattfindet, also eine Abweichung, die im Wesentlichen außerhalb des Streubandes von wenigen Grad Kelvin liegt.
Ausgehend von der Erkenntnis, dass eine bekannte Quelle für die Temperaturinhomogenitäten durch die wassergekühlten Auflagestellen der Bramme in den Wiedererwärmöfen gegeben ist, ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, zumindest die auf diese Art hervorgerufenen Temperaturinhomogenitäten weitgehend bzw. vollständig zu eliminieren. Um diese Temperaturinhomogenitäten innerhalb des Vorbandes vor dem Eintritt in die Fertigwalzstraße zu reduzieren oder zu eliminieren, wird gemäß der vorliegenden Erfindung selektiv Wärmeenergie zugeführt, bevorzugt mittels einer selektiv gesteuerten, beispielsweise auch getakteten Induktionsheizung.
Um die Abschnitte erniedrigter Temperatur bzw. deren Positionen exakt zu bestimmen und um entsprechend ein selektives Einschalten, Regeln, bzw. Ausschalten, bzw. um ein selektives Erhöhen bzw. Erniedrigen einer mittels einer Induktionsheizung aufgebrachten Energie zu bewerkstelligen, müssen die Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur der jeweiligen Bramme bzw. des jeweiligen Vorbandes relativ zur Position der Induktionsheizung bestimmt werden.
Hierzu ergeben sich zumindest die nachfolgend genannten drei unterschiedlichen Verfahren zur Bestimmung der Position von Abschnitten erniedrigter Temperatur.
In einem ersten Verfahren wird die Brammengeometrie betrachtet und diese in Relation zu der Geometrie des Wiedererwärmofens und insbesondere der Geometrie der wassergekühlten Auflagestellen innerhalb des Wiedererwärmofens gesetzt. Weiterhin wird bei diesem Verfahren berücksichtigt, dass durch den Walzprozess eine relative Verschiebung der entsprechenden Abschnitte erniedrigter Temperatur auftritt, welche bei der selektiven Steuerung der Zufuhr an Wärmeenergie berücksichtigt werden muss.
Hierzu wird zunächst die Brammengeometrie mit ihren Größen Dicke H, Breite B und Länge L erfasst, sowie, in einem zweiten Schritt, die Brammenposition in dem Wiedererwärmofen relativ zu den Auflagestellen registriert.
In einem exemplarisch aufgeführten Beispiel sei hier die Lage der Schienenstellen relativ zur Bramme durch die Größen L_i gegeben. Entsprechend gibt die Größe L_i jeweils die Position einer wassergekühlten Auflagestelle entlang der Länge L der Bramme an, wobei der Index i jeweils die i-te Auflagestelle bezeichnet.
In einer Warmbandstraße wird die Bramme im Walzvorgang in der Vorwalzstraße sowie in der Fertigwalzstraße sowohl in ihrer Dicke, als auch in ihrer Breite reduziert, um schlussendlich in einem gewalzten Band zu resultieren. Nachfolgend wird β = B/b als Breitgrad und γ = H/h als Stauchgrad definiert, also jeweils das Verhältnis der jeweiligen Breiten- bzw. Höhenreduktion durch diese Relation angegeben. Aus dem Gesetz der Volumenkonstanz ergibt sich dann V = B × H × L = b × h × l = konstant.
Mit anderen Worten wird das Materialvolumen der Bramme verteilt auf die schlussendlichen Dimensionen des gewalzten Bandes.
Die Länge des gewalzten Bandes ergibt sich dann als l = L × B/b × H/h = L × β × γ.
In diesen Gleichungen bedeuten b die Breite, h die Dicke und l die Länge des ausgewalzten Vorbandes nach dem Durchtritt durch die Vorwalzstraße.
Die Größen β und γ sind bekannt, beispielsweise aus der Stichplanberechnung, so dass sich hieraus die Lage der entsprechenden Schienenstellen l_i auch im ausgewalzten Band berechnen lassen, beispielsweise als l_i = L_i × β × γ.
In 2 ist schematisch eine Situation gezeigt, in welcher eine exemplarisch dargestellte Bramme 10 auf acht wassergekühlten Auflagestellen 20 aufliegt. Die Transportrichtung der Bramme im Wiedererwärmofen ist entlang dieser Auflagestellen 20 gegeben; in 2 von der Eintragseite oben nach unten zur Austragseite. Nach ihrem Austritt aus dem Wiedererwärmofen wird die Bramme 10, senkrecht zu der Erstreckung dieser Auflagestellen 20, also senkrecht zu ihrer bisherigen Transportrichtung in dem Wiedererwärmofen, das heißt in der 2 nach rechts oder links, auf einem Rollgang zu den Vorgerüsten der Vorwalzstraße transportiert (in 2 nicht gezeigt). Aus der 2 ergibt sich sofort, dass die Abschnitte, an denen die Bramme 10 auf den Auflagestellen 20 aufliegt, im Wiedererwärmofen immer an der gleichen Position der Bramme 10 liegen und nicht variieren. Hieraus ergeben sich dann sofort die Abschnitte erniedrigter Temperatur in der Bramme 10.
Um das oben genannte geometrische Verfahren noch einmal zu verdeutlichen, wird nachfolgend ein konkretes Beispiel angegeben: Gegeben sei eine Bramme mit der folgenden Geometrie: B = 1400 mm, Dicke H = 240 mm und L = 10.000 mm. Diese Bramme wird zur Wiedererwärmung in den Wiedererwärmofen, beispielsweise so wie in 2 gezeigt, eingesetzt. Die Auflagestellen 20 bzw. die Ofenschienen befinden sich in diesem Beispiel an den Stellen: L₁ = 1225 mm, L₂ = 1900 mm, L₃ = 3400 mm, L₄ = 4075 mm, L₅ = 6025 mm, L₆ = 6700 mm, L₇ = 8200 mm und L₈ = 8875 mm, jeweils beispielhaft gemessen ab dem linken Rand der Bramme nach rechts in Längsrichtung der Bramme 10. Die Position der Bramme im Wiedererwärmofen wird vor dem Eintrag erfasst.
Nach dem Vorwalzen der Bramme hat das daraus resultierende Vorband – in 2 nicht gezeigt – eine für diese Beispielrechnung angenommene Dicke von 40 mm. Der Breitgrad ist z.B. aus dem Stichplan bekannt und wird mit 1,077 angesetzt. Der Stauchgrad γ = 240 mm/40 mm = 6. Aus diesen Daten ergibt sich die Vorbandlänge als l = L × β × γ = 10.000 mm × 6 × 1,077 = 64.620 mm.
Damit ergeben sich die Schienenstellen an den folgenden Positionen l_i im Vorband: L₁ bis L₈ × (β × γ) = l₁ = 7916 mm, l₂ = 12278 mm, l₃ = 21971 mm, l₄ = 26333 mm, l₅ = 38934 mm, l₆ = 43295 mm, l₇ = 52988 mm und l₈ = 57350 mm.
Hieraus ergibt sich, dass Abschnitte erniedrigter Temperatur im Vorband, welche hervorgerufen waren durch die wassergekühlten Auflagestellen im Wiedererwärmofen, in Vorbandabschnitten zwischen 7,5 m und 13 m, 20 m und 27 m, 38 m und 44 m sowie 52 m und 58 m zu erwarten sind.
In diesen Abschnitten muss noch Wärmeenergie zugeführt werden, um die Abschnitte erniedrigter Temperatur an die Temperatur des Vorbandes anzugleichen.
Eine Bewertung der Temperaturverteilung kann wie folgt durchgeführt werden:
Üblicherweise wird die Vorbandlänge im Auslauf einer Vorwalzstraße nicht gemessen. Sie kann sich jedoch aus der gemessenen Walzenumfangsgeschwindigkeit V_u des letzten Vorgerüstes zusammen mit der Voreilung κ ergeben. Die Voreilung κ ist das Verhältnis von Walzgutaustrittsgeschwindigeit aus dem Walzspalt zur Walzenumfangsgeschwindigkeit und kann typischerweise aus dem Stichplanmodell des Prozessrechners bekannt und beträgt typischerweise etwa 4%. Damit ergibt sich die Bandlänge zu
mit l_i = κ·v_u,i·dt
Hier bedeutet v_u,i(t_i) = v_u,i die mittlere Walzenumfangsgeschwindigkeit im Zeitsegment t_i und dt_i ist der Beitrag dieses Zeitsegmentes.
Beispielsweise ist für n = 100 Segmente und eine Gesamtwalzzeit von beispielsweise 25 Sekunden am letzten Fertiggerüst der Beitrag von dt_i = 0.25 Sekunden.
Mit einer Materialverfolgung können die Zeitpunkte des Durchlaufs der Abschnitte erniedrigter Temperatur durch die Induktionsheizung ermittelt werden. Die Heizung wird dann entsprechend aktiviert. Die notwendige Heizleistung kann durch Stichplanberechnungen bestimmt werden.
Mit einem zweiten Verfahren, in 3 veranschaulicht, lässt sich die Herausforderung des genauen Verfolgens bzw. der genauen Kenntnis des Ofenliegeplatzes der jeweiligen Bramme dadurch umgehen, dass der Temperaturverlauf entlang der Bramme und/oder entlang des Vorbandes gemessen wird, siehe 3a)und die Abschnitte erniedrigter Temperatur durch Differenzbildung zum gleitenden Mittelwert der gemessenen Temperatur ermittelt werden; siehe 3b) und 3c).
Dabei wird die Zeitkonstante des langsam gleitenden Mittelwerts derart bestimmt, dass das Ergebnis nur den generellen Temperaturverlauf des Vorbandes widerspiegelt, nicht jedoch die Schienenstellen. Beispielsweise wurde in 3 als Periode für die langsame gleitende Mittelwertbildung ein Wert von 5 Sekunden eingestellt. Von diesem gleitenden Temperatur-Mittelwert wird der aktuelle Temperaturwert (bzw. ein mit einer deutlich kürzeren Periode von beispielsweise t = 1 Sekunde schwach gefilterter Mittelwert) des Vorbandes abgezogen; siehe 3b). Wenn die ermittelte Differenz eine vorgegebene Schwelle überschreitet, wird die entsprechende Stelle als Abschnitt erniedrigter Temperatur bzw. als Schienenstelle erkannt und entsprechend erfasst; siehe 3c).
Über einen Zähler kann weiterhin die Anzahl der Schienenstellen ermittelt werden. Für jede Brammenlänge existiert damit eine charakteristische Anzahl von Schienenstellen, wobei die entsprechende Brammenlänge über das Gesetz der Volumenkonstanz aus der aktuellen Bandlänge zurückgerechnet werden kann; siehe 3d).
Auf diese Art und Weise kann durch Zurückrechnen die Anzahl der ermittelten Schienenstellen in jedem Band mit einer möglichen Schienenstellenzahl im Wiedererwärmofen verglichen werden und auf diese Weise eine zusätzliche Verifizierung der gemessenen Ergebnisse bzw. eine Verifizierung der Erkennung bereitgestellt werden.
In einem dritten – indirekten – Verfahren zur Ermittlung der Schienenstellen bzw. der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes kann der Walzkraftverlauf am Vorgerüst verwendet werden. Aufgrund der Schienenstellen, das heißt der Abschnitte erniedrigter Temperatur, ergeben sich im Walzkraftverlauf lokale Walzkrafterhöhungen bzw. Walzkraftschwankungen von mehreren 100 kN, wie in 4a) beispielhaft dargestellt. Die Schwankungen korrelieren mit dem Temperaturverlauf aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Fließspannung des Brammenmaterials, so dass gemessenen bzw. lokalisierten Walzkraftspitzen Temperaturminima zugeordnet werden können.
Über eine gleitende Mittelwertbildung und eine Filterung des Walzkraftsignals kann ein gleitender Walzkraftmittelwert bestimmt werden; siehe 4b). Aus dem Vergleich des gleitenden Walzkraftmittelwertes mit dem jeweils gemessenen Walzkraftsignal (Istwert) kann ein Walzkraftdifferenzsignal mit Walzkraftspitzen, das heiß mit Walzkraftmaxima, ermittelt werden; siehe 4c)
Es ist ein Stichplanmodell vorgesehen, welches so ausgebildet ist, dass mit Hilfe von einer temperaturabhängigen Beschreibung der Umformfestigkeit des Materials der Bramme aus dem ermittelten Walzkraftverlauf der Temperaturverlauf entlang der Bramme ermittelt werden kann. Konkret kann beispielsweise aus dem gleitenden Walzkraftmittelwert ein gleitender Temperaturmittelwert und aus dem Walzkraftdifferenzsignal ein Temperaturdifferenzsignal ermittelt werden. Die Orte, an denen im Walzkraftdifferenzsignal die Walzkraftspitzen lokalisiert werden, können als die Abschnitte erniedrigter Temperatur angesehen werden. Und schließlich können aus dem so indirekt mit Hilfe der Walzkraft bestimmten Temperaturverlauf auch die Temperaturwerte, konkret die Temperaturminima, an den Stellen erniedrigter Temperatur ermittelt werden.
Grundsätzlich sind die gesuchten Temperaturminima auch bereits in dem Temperaturverlauf und indirekt auch im Walzkraftverlauf erkennbar. Die Differenzbildung zum gleitenden Walzkraft-/oder Temperaturmittelwert erfolgt lediglich, wie bereits oben im Zusammenhang mit dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben – um zu vermeiden, dass kurzzeitige Störungen oder Abweichungen oder Unregelmäßigkeiten im Walzkraft- oder Temperaturverlauf mißinterpretiert werden. Um dies zu verhindern wird erfindungsgemäß ein Abschnitt erniedrigter Temperatur bei dem Vorband nur dann als solcher erkannt, wenn sein zugehöriges Walzkraftmaximum oder sein zugehöriges Temperaturminimum einen betraglichen Mindestabstand zum jeweiligen gleitenden Walzkraft- oder Temperatur-Mittelwert aufweist.
Um eine Eliminierung der Abschnitte erniedrigter Temperatur zu erhalten, werden diese erfindungsgemäß mit Hilfe einer induktiven Heizvorrichtung gezielt selektiv zusätzlich beheizt.
5 zeigt exemplarisch einen solchen schematischen Aufbau eines Walzwerkes, mit zwei Wiedererwärmöfen 30, 32, einem ersten Zunderwäscher 34 und einer Vorwalzstraße, welche schematisch durch das eine Vorgerüst V1 dargestellt ist. Nach dem Vorgerüst V1 ist eine Induktionsheizung 40 vorgesehen, welche zum Ausgleich der jeweiligen Abschnitte erniedrigter Temperatur selektiv angesteuert werden kann. Die entsprechende selektive Steuerung wird nachfolgend zu 6 noch einmal beschrieben.
Nach der induktiven Heizung 40 zum Ausgleich der Abschnitte erniedrigter Temperatur werden die übrigen üblichen Abschnitte eines Walzwerkes gezeigt, so wie beispielsweise eine Schopfschere 36, ein weiterer Zunderwäscher 38, sowie eine Fertigwalzstraße mit den Fertiggerüsten F1 bis F7, welche von einer Bandkühlung sowie Haspelanlagen gefolgt werden.
Um die Wärmeenergie mittels der selektiv ansteuerbaren Induktionsheizung 40 gezielt in den Abschnitten erniedrigter Temperatur aufbringen zu können, ist es notwendig, die Position der Bramme entsprechend zu verfolgen, so dass die Induktionsheizung 40 an den richtigen Stellen aktiviert wird. Hierzu kann beispielsweise die Bandposition und insbesondere der Bandanfang mittels einer oder mehreren Photozellen auf einem Zufuhrrollgang verfolgt und erkannt werden.
Weiterhin kann die Geschwindigkeit/Drehzahl der Rollgangsrollen auf dem Zuführungsrollgang zur Fertigwalzstraße gemessen werden und daraus die Bandposition abgeleitet werden. Eine direkte Messung der Bandgeschwindigkeit und damit auch der Bandposition auf dem Zufuhrrollengang kann durch eine Laserdopplervelimetrie durchgeführt werden. Solche Systeme sind typischerweise in vielen Warmbandstraßen bereits vorinstalliert, um die Schopflängenoptimierung durchzuführen.
Bei einer Verwendung des dritten Verfahrens zur Ermittlung der Abschnitte erniedrigter Temperatur über die Walzkraftermittlung kann weiterhin aus der Kenntnis der Walzenumfangsgeschwindigkeit und der entsprechenden Voreilung auf die Bandgeschwindigkeit nach dem letzten Vorgerüst V₁ geschlossen werden, so dass hieraus ebenfalls über die Walzkraftmessung eine exakte Taktung der Induktionsheizung 40 durchgeführt werden kann.
Hierzu wird die Induktionsheizung am Beginn der jeweiligen Abschnitte erniedrigter Temperatur aktiviert und am Ende der jeweiligen Abschnitte erniedrigter Temperatur wieder deaktiviert. Weiterhin ist es möglich, die Induktionsheizung innerhalb eines vorgegebenen Leistungsbandes zu steuern, wobei sie grundsätzlich mit einer ersten Leistung zur generellen Erwärmung des Vorbandes betrieben wird, und wobei – bei Vorliegen eines Abschnittes erniedrigter Temperatur – ihre Leistungsabgabe auf eine zweite Leistung erhöht wird, um zusätzlich zu der generellen Erwärmung den gewünschten Temperaturausgleich für der Abschnitte erniedrigter Temperatur zu erzielen.
Eine Leistungssteuerung ist weiterhin insofern vorteilhaft, als dass im praktischen Walzbetrieb auftretende Differenzen zwischen der elektrischen Energie, mit der die Induktionsheizung gespeist wird, und der in das Vorband übertragenen thermischen Energie kompensiert werden können. Ursachen für die Differenzen sind z.B. ein schlechter Wirkungsgrad der Induktionsheizung, Verluste über der Übertragung der Heizenergie von der Induktionsheizung auf das Vorband oder unterschiedliche Vorbanddicken und Materialeigenschaften des gewalzten Stahls.
6 zeigt schematisch eine Schaltung zur Steuerung der Induktionsheizung 40. Hier werden mittels eines Sensors 50 die Walzkraft am Vorgerüst V1 gemessen und über eine Auswertvorrichtung 42 die Abschnitte erhöhter Walzkraft und damit die Abschnitte erniedrigter Temperatur bestimmt. Eine Steuervorrichtung 44 ist vorgesehen, welche die Induktionsheizung 40 selektiv in Synchronisation mit den jeweiligen Abschnitten erniedrigter Temperatur aktiviert.
Hier sind insbesondere auch Positionserkennungsmittel 46 vorgesehen, welche direkt vor der Induktionsheizung 40 oder in einem vorbestimmten Abstand hierzu angeordnet sind, um die genaue Bandposition und möglicherweise die genaue Bandgeschwindigkeit zu bestimmen und damit die Relativposition des Bandes zur Induktionsheizung 40 zu bestimmen.
Da die Wirksamkeit der Induktionsheizung im praktischen Walzbetrieb differieren kann, ist eine weitere Auswerteeinheit für die erzielte Gleichmäßigkeit der Endwalztemperatur vorgesehen. Nach dem gleichen Verfahren, wie oben dargestellt, werden die verbliebenen Temperaturdifferenzen zwischen dem aktuellen Verlauf der Endwalztemperautur und einem gleitenden Mittelwert der Endwalztemperatur erfasst und mittels eines Adaptionsverfahrens die dem Folge-Vorband zugeführte Heizleistung korrigiert, wie in 7 gezeigt.
Bezugszeichenliste

10: Bramme
20: Ofenschiene
30: Wiedererwärmofen
32: Wiedererwärmofen
34: Zunderwäscher
36: Schopfschere
38: Zunderwäscher
40: Induktionsheizung
42: Auswertvorrichtung
44: Steuervorrichtung
46: Positionserkennungsmittel
50: Walzkraftsensor
V1: Vorgerüst
F1...F7: Fertiggerüste

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ginzburg, Vladimir B.: High-Quality Steel Rolling, Marcel Dekker, INC., 1993 ISBN 0-8247-8967-8, Page 164 [0002]
SSAB Tunnplat AB, 2001, Bestell Nr. W4/205D Degner, M. et al: 5 Generationen Warmbanderzeugung, Stahl und Eisen 122 (2002) Nr. 11, Seite 73–84 [0002]

Claims

Verfahren zur Temperaturführung in einem Walzwerk für die Herstellung von Vorband, umfassend die Schritte: – Bestimmen von Abschnitten erniedrigter Temperatur in dem Vorband; und – selektives Zuführen von Heizenergie zu den Abschnitten erniedrigter Temperatur des Vorbandes.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Heizenergie mittels einer Induktionsheizung selektiv zugeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes wie folgt bestimmt werden: Bestimmen der Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur einer Bramme; und Umrechnen der Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur der Bramme in die Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes unter Berücksichtigung des Breitgrades β und/oder des Stauchgrades γ beim Vorwalzen der Bramme.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen der Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur der Bramme entweder aus der Kenntnis gekühlter Auflagestellen der Bramme in dem Wiedererwärmofen relativ zur Brammengeometrie oder durch Messung und Auswertung des Temperaturverlaufes entlang der Bramme erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes durch Messung und Auswertung des Temperaturverlaufes entlang des Vorbandes bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Bestimmung der Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur durch Differenzbildung der aktuellen Temperatur zum gleitenden Mittelwert der gemessenen Temperatur durchgeführt wird, wobei insbesondere die Zeitkonstante des langsam gleitenden Mittelwerts so bestimmt wird, dass das Ergebnis nur den generellen Temperaturverlauf, nicht jedoch die Abschnitte erniedrigter Temperatur und insbesondere nicht die Schienenstellen widerspiegelt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Positionen der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes durch Messung der Walzkraft in einem Vorgerüst bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Bestimmung der Abschnitte erniedrigter Temperatur durch Differenzbildung der aktuellen Walzkraft gegenüber einem gleitenden Mittelwert der gemessenen Walzkraft durchgeführt wird, wobei insbesondere die Zeitkonstante des langsam gleitenden Mittelwerts so bestimmt wird, dass das Ergebnis nur den generellen Kraftverlauf, nicht jedoch die Abschnitte erhöhter Walzkraftspitzen widerspiegelt, welche die Orte erniedrigter Temperatur bzw. die Schienenstellen widerspiegeln.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorband in einer Fertigwalzstraße zu Warmband fertig gewalzt wird und eine adaptive Anpassung der Heizleistung für die Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes aus der Beobachtung der Endwalztemperatur des Warmbandes vorgenommen wird.
Vorrichtung zur Temperaturführung in einer Walzstraße, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: eine Auswertevorrichtung (42) zur Bestimmung der Position der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes; eine Induktionsheizung (40) zum selektiven Zuführen von Heizenergie zu den Abschnitten erniedrigter Temperatur des Vorbandes; Positionsbestimmungsmittel (46) zur Bestimmung der Position des Vorbandes und der Position der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes relativ zur Position Induktionsheizung (40); und eine Steuervorrichtung (44) zur Steuerung und Positionierung der Induktionsheizung (40) – oder umgekehrt – an die Position der Abschnitte erniedrigter Temperatur des Vorbandes durch Zusammenwirken mit dem Positionsbestimmungsmittel.