DE102012224502A1 - Rolling method for rolling metallic rolled stock in hot strip mill, involves determining dynamic course of total enthalpy, and processing as input variable in temperature computation model - Google Patents
Rolling method for rolling metallic rolled stock in hot strip mill, involves determining dynamic course of total enthalpy, and processing as input variable in temperature computation model Download PDFInfo
- Publication number
- DE102012224502A1 DE102012224502A1 DE201210224502 DE102012224502A DE102012224502A1 DE 102012224502 A1 DE102012224502 A1 DE 102012224502A1 DE 201210224502 DE201210224502 DE 201210224502 DE 102012224502 A DE102012224502 A DE 102012224502A DE 102012224502 A1 DE102012224502 A1 DE 102012224502A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- rolling
- phase
- energy
- calculation model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
- B21B37/76—Cooling control on the run-out table
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Metal Rolling (AREA)
Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Walzverfahren, bevorzugt ein Walzverfahren, welches in einer Grobblechstraße oder einer Warmbandstraße angewendet werden kann.The present invention relates to a rolling method, preferably a rolling method, which can be applied to a plate mill or a hot strip mill.
Stand der TechnikState of the art
Um eine Warmbandstraße oder eine Grobblech-Straße exakt steuern oder regeln zu können, und das resultierende Walzprodukt mit einer hohen Qualität herstellen zu können, ist es von hoher Bedeutung, die Temperaturverteilung in dem Walzprodukt innerhalb der jeweiligen Walzstraße nachverfolgen zu können und dann entsprechend die Walzparameter zu justieren. Insbesondere verändern zu hohe oder zu niedrige Temperaturen des Walzproduktes und die daraus möglicherweise resultierenden, zu hohen beziehungsweise zu niedrigen Abkühlraten innerhalb eines Walzwerks möglicherweise in ungewünschtem Maße die mechanischen Eigenschaften des Walzproduktes, insbesondere eines gewalzten Stahlblechs.In order to accurately control or regulate a hot strip mill or plate, and to produce the resulting rolled product with a high quality, it is of great importance to be able to track the temperature distribution in the rolled product within the respective rolling line and then the rolling parameters accordingly to adjust. In particular, too high or too low temperatures of the rolled product and the possibly resulting too high or too low cooling rates within a rolling mill possibly undesirably alter the mechanical properties of the rolled product, in particular a rolled steel sheet.
Die Prozessbedingungen beim Walzen, wie beispielsweise die Endwalztemperatur, die Kühlraten oder die jeweiligen Walzgeschwindigkeiten beeinflussen die Temperaturverteilung im Walzprodukt. Werden die Geschwindigkeiten größer beziehungsweise die Endwalztemperatur höher, dann nehmen entsprechend die benötigten Wassermengen zum Erreichen der gewünschten Kühlraten zu. Dabei wird die höchstmögliche Walzgeschwindigkeit durch die maximal verfügbare Wassermenge und die entsprechend bereitstellbare maximale Kühlleistung begrenzt, da bei höheren Geschwindigkeiten nicht mehr die gewünschte Haspeltemperatur oder eine gewünschte Kühlstopptemperatur erreicht werden kann. Andererseits führen sehr geringe Walzgeschwindigkeiten zu niedrigen Temperaturen des Walzproduktes, welche ebenfalls zumindest dann nicht mehr handhabbar sind, wenn die Kühlwassermengen nicht unter einen bestimmten Volumenstrom geschaltet werden können, so dass zu geringe Haspeltemperaturen oder zu geringe Kühlstopptemperaturen erreicht werden würden.The process conditions during rolling, such as the final rolling temperature, the cooling rates or the respective rolling speeds influence the temperature distribution in the rolled product. If the speeds are greater or the final rolling temperature higher, then take the required amounts of water to achieve the desired cooling rates accordingly. The maximum possible rolling speed is limited by the maximum available amount of water and the correspondingly providable maximum cooling capacity, since at higher speeds no longer the desired reel temperature or a desired cooling stop temperature can be achieved. On the other hand, very low rolling speeds lead to low temperatures of the rolled product, which are at least then no longer manageable if the cooling water quantities can not be switched below a certain volume flow, so that too low reel temperatures or too low cooling stop temperatures would be achieved.
Die Temperaturverteilung des Walzgutes, also insbesondere des Bandes oder des Bleches, ist sehr wichtig für die Steuerung oder Regelung des Walzverfahrens, sie kann aber nicht unmittelbar an jeder Stelle innerhalb des Walzvorganges bestimmt werden. Üblicherweise sind Pyrometer vor und hinter der Kühlstrecke und bevorzugt auch an mindestens einem Zwischenpunkt vorgesehen. Mittels dieser Pyrometer können die Oberflächentemperaturen des Walzgutes ermittelt werden. Es versteht sich aber von selbst, dass die im Inneren des Walzgutes, also insbesondere die im Inneren des Bandes oder des Bleches, vorliegenden Temperaturen mittels eines Pyrometers nicht gemessen werden können.The temperature distribution of the rolling stock, so in particular the band or the sheet is very important for the control or regulation of the rolling process, but it can not be determined directly at any point within the rolling process. Usually pyrometers are provided in front of and behind the cooling section and preferably also at least one intermediate point. By means of these pyrometers, the surface temperatures of the rolling stock can be determined. It goes without saying, however, that the temperatures present in the interior of the rolling stock, that is to say in particular those inside the strip or sheet, can not be measured by means of a pyrometer.
Weiterhin ist es bekannt, die Temperaturverteilung innerhalb des Walzproduktes mittels Simulationsverfahren zu berechnen. Beispielsweise ist ein CSC(Cooling Section Control) Programm bekannt, welches die Temperaturverteilung innerhalb des Walzproduktes abhängig von den Prozessbedingungen in der jeweiligen Kühlstrecke bestimmt. Dieses Modell ist weiterhin auch für Regelungszwecke geeignet. Furthermore, it is known to calculate the temperature distribution within the rolled product by means of simulation methods. For example, a CSC (Cooling Section Control) program is known, which determines the temperature distribution within the rolled product depending on the process conditions in the respective cooling section. This model is also suitable for regulatory purposes.
Als Regelgrößen in dem CSC Programm können die Oberflächentemperatur an einem Zwischenpyrometer oder die Oberflächentemperatur nach dem Kühlen verwendet werden. Bei einer Vorgabe dieser Setzwerte berechnet das CSC Modell dann die dafür notwendigen Kühlwassermengen. Die mittels dieses Programmes ermittelten Ergebnisse sind sofort sichtbar und werden bei jeder neuen zyklischen Berechnung aktualisiert.As controlled variables in the CSC program, the surface temperature at an intermediate pyrometer or the surface temperature after cooling can be used. Given a specification of these set values, the CSC model then calculates the necessary cooling water quantities. The results obtained by this program are immediately visible and updated with each new cyclic calculation.
In dem beschriebenen CSC-Programm wird die Temperaturverteilung in dem Walzprodukt berechnet beziehungsweise simuliert. Diese Berechnung erfolgt nach dem Finite-Differenzen-Verfahren. Dabei wird das Walzprodukt für die Berechnung entsprechend in kleine Elemente unterteilt modelliert, so dass die Geometrie der verschiedenen Kühlzonen sowie die Abmessungen des Walzproduktes berücksichtigt werden können. Die Randbedingungen können über die Abmessungen der Kühlzonen, der zuführbaren Wassermengen, sowie der Temperatur des Kühlwassers und der Umgebungstemperatur formuliert werden. Während der Berechnung werden dann die Prozessgrößen, wie beispielsweise die Walzgeschwindigkeit und die Walztemperatur, berücksichtigt und gehen bei einer Änderung der Parameter auch sofort in die neue Berechnung ein. In the described CSC program, the temperature distribution in the rolled product is calculated or simulated. This calculation is done according to the finite differences method. In this case, the rolled product for the calculation is modeled in accordance with divided into small elements, so that the geometry of the different cooling zones and the dimensions of the rolled product can be considered. The boundary conditions can be formulated via the dimensions of the cooling zones, the supply of water, as well as the temperature of the cooling water and the ambient temperature. During the calculation, the process variables, such as the rolling speed and the rolling temperature, are taken into account and, if the parameters are changed, are immediately included in the new calculation.
Als Ergebnis gibt das CSC-Programm eine Temperaturverteilung in dem Walzgut, beispielsweise dem Band oder dem Blech, an und somit kann eine entsprechende Haspeltemperatur im Warmwalzwerk beziehungsweise eine Kühlstopptemperatur im Grobblech-Werk ermittelt werden. Die Prozessbedingungen, wie beispielsweise die Walzgeschwindigkeit oder die Kühlwasserzufuhr, können entsprechend so angepasst werden, dass eine gewünschte Haspeltemperatur beziehungsweise eine gewünschte Kühlstopptemperatur im Walzgut erreicht wird.As a result, the CSC program indicates a temperature distribution in the rolling stock, for example the strip or sheet, and thus a corresponding coiler temperature in the hot rolling mill or a cooling stop temperature in the plate mill can be determined. The process conditions, such as the rolling speed or the cooling water supply, can be adjusted accordingly, that a desired reel temperature or a desired cooling stop temperature in the rolling stock is achieved.
Bei dem bekannten CSC-Programm wird die Temperaturberechnung auf Basis der Fourier’schen Wärmegleichung berechnet. Dabei ist eine notwendige Eingangsgröße in diese Wärmegleichung die Gesamtenthalpie des Systems, welche jedoch nicht messbar ist. Für bestimmte Metallzusammensetzungen, besonders auch von Eisen- oder Stahllegierungen, kann die Gesamtenthalpie nur ungenau mittels Näherungsgleichungen beschrieben werden.In the known CSC program, the temperature calculation is calculated on the basis of the Fourier heat equation. A necessary input in this heat equation is the total enthalpy of the system, which is not measurable. For certain metal compositions, especially of iron or steel alloys, the total enthalpy can only be described in an inaccurate manner by means of approximate equations.
Eine weitere wichtige Eingangsgröße der Fourier’schen Wärmegleichung ist die Wärmeleitfähigkeit, welche eine Funktion der Temperatur, der chemischen Zusammensetzung sowie des Phasenanteils ist und welche experimentell genau ermittelt werden kann.Another important input of Fourier's heat equation is the thermal conductivity, which is a function of temperature, chemical composition and phase content, and which can be determined experimentally.
Aufgrund der nicht messbaren Enthalpie und der entsprechend ungenauen Näherungsangaben für die Enthalpie kann entsprechend die anschließende numerische Lösung der Fourier’schen Wärmegleichung zu ungenauen Temperaturergebnissen führen. Insbesondere kann die numerische Lösung der Fourier’schen Wärmegleichung bei fehlerhaften Enthalpie-Eingangsdaten zu einem ungenauen Temperaturendergebnis führen.Due to the non-measurable enthalpy and the correspondingly inaccurate approximations for the enthalpy, the subsequent numerical solution of the Fourier heat equation can accordingly lead to inaccurate temperature results. In particular, the numerical solution of the Fourier heat equation can lead to an inaccurate temperature result in the case of faulty enthalpy input data.
In der
Schwerdtfeger gibt als Herausgeber in seinem Buch
Der Nachteil dieses Standes der Technik besteht also darin, dass die Lösung der Fourier'schen Wärmegleichung mit numerischen Verfahren durchgeführt wird, die in Abhängigkeit von der Qualität der Eingangsdaten ein Temperaturergebnis, das heißt eine Temperaturverteilung im Metallstrang liefern, so dass das erhaltene Ergebnis bei fehlerhaften oder ungenauen Enthalpie-Eingangsdaten zu Abweichungen zwischen der berechneten Temperaturverteilung oder Temperatur und der jeweils real existierenden, ggf. durch Messungen belegten, Temperaturverteilung führt.The disadvantage of this prior art is therefore that the solution of the Fourier heat equation is performed by numerical methods which, depending on the quality of the input data, provide a temperature result, that is to say a temperature distribution in the metal strand, so that the result obtained is faulty or inaccurate enthalpy input data leads to deviations between the calculated temperature distribution or temperature and the actual existing, possibly occupied by measurements, temperature distribution.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Berechnung der Temperaturdaten weiter zu verbessern.Based on the cited prior art, it is an object of the present invention to further improve the calculation of the temperature data.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by means of a method having the features of
Demgemäß wird ein Walzverfahren zum Walzen metallischen Walzguts, bevorzugt in einer Warmbandstraße oder einer Grobblech-Straße, vorgeschlagen, wobei die innerhalb des Walzgutes herrschende Temperaturverteilung mittels eines Temperaturberechnungsmodells berechnet wird, wobei die Gesamtenthalpie des durch das Walzgut gebildeten Systems ermittelt wird und als Eingangsgröße in dem Temperaturberechnungsmodell verarbeitet wird, und mindestens eine Ausgangsgröße des Temperaturberechnungsmodells zur Regelung und/oder Steuerung des Walzverfahrens verwendet wird. Erfindungsgemäß wird der dynamische Verlauf der Gesamtenthalpie ermittelt und als Eingangsgröße in dem Temperaturberechnungsmodell verarbeitet.Accordingly, a rolling method for rolling metallic rolling stock, preferably in a hot strip mill or a heavy plate road, proposed, wherein the temperature distribution within the rolling material is calculated by means of a temperature calculation model, the total enthalpy of the system formed by the rolling stock is determined and as an input in the Temperature calculation model is processed, and at least one output of the temperature calculation model is used to control and / or control of the rolling process. According to the invention, the dynamic course of the total enthalpy is determined and processed as an input variable in the temperature calculation model.
Dadurch, dass bei der Bestimmung der Temperaturverteilung innerhalb des Walzgutes der dynamische Verlauf der Gesamtenthalpie ermittelt wird und entsprechend bei der Temperaturbestimmung über das Temperaturberechnungsmodell berücksichtigt wird, erfolgt eine Temperaturberechnung mit höherer Genauigkeit. Characterized in that is determined in the determination of the temperature distribution within the rolling the dynamic course of the total enthalpy and is taken into account in the temperature determination via the temperature calculation model, a temperature calculation is carried out with higher accuracy.
Bei einem Walzverfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird die Gesamtenthalpie aus der Summe der freien molaren Enthalpien (Gibbs'schen Energien) aller im Walzgut aktuell vorhandenen Phasen und/oder Phasenanteile berechnet. In a rolling process of the type described in more detail above, the total enthalpy is calculated from the sum of the free molar enthalpies (Gibbs energies) of all the phases and / or phase fractions currently present in the rolling stock.
Der dynamische Verlauf der Gesamtenthalpie wird entsprechend beeinflusst von der Umwandlungskinetik der Phasenumwandlungen in den Ferrit-, Perlit-, Bainit-, und Martensitphasen in dem Walzgut. Diese Umwandlungskinetik war in den bislang bekannten Ansätzen nicht berücksichtigt worden, so dass der hier vorgeschlagene Ansatz eine genauere Temperaturberechnung ermöglicht. The dynamic behavior of the total enthalpy is correspondingly influenced by the transformation kinetics of the phase transformations in the ferrite, perlite, bainite, and martensite phases in the rolling stock. This conversion kinetics had not been taken into account in the hitherto known approaches, so that the approach proposed here allows a more accurate temperature calculation.
Weiterhin ermöglicht es die Berechnung beziehungsweise Betrachtung des dynamischen Verlaufes der Gesamtenthalpie über den gesamten Temperaturverlauf während des Walzvorganges hinweg, auch die entsprechenden Kühlraten und die sich daraus ergebenden Änderungen in der Gesamtenthalpie zu berücksichtigen. Bei den bekannten Walzvorgängen finden üblicherweise Kühlraten im Bereich von 10 K/s bis hin zu über 100 K/s Anwendung. Entsprechend müssen auch die Phasenumwandlungstemperaturen nicht nur für den Gleichgewichtszustand bestimmbar seien, sondern eben auch für den dynamischen Fall bei der Verwendung der entsprechenden Abkühlraten.Furthermore, the calculation or consideration of the dynamic curve of the total enthalpy over the entire temperature course during the rolling process makes it possible to take into account also the corresponding cooling rates and the resulting changes in the total enthalpy. In the known rolling processes are usually cooling rates in the range of 10 K / s up to about 100 K / s application. Accordingly, the phase transition temperatures must be determined not only for the equilibrium state, but also for the dynamic case when using the appropriate cooling rates.
Die Start- und Endtemperaturen der Phasenumwandlung in den Ferrit-, Perlit-, Bainit-, und Martensitphasen bestimmen den Bereich, in welchem die entsprechende Wärme freigegeben wird. Innerhalb dieser Bereiche bestimmt die Umwandlungskinetik, zu welchem Zeitpunkt welche Anteile der Phasenumwandlung stattfinden. Da entsprechend durch die vorgeschlagene dynamische Betrachtung zu jedem Zeitpunkt die Phasenanteile des Systems bekannt sind, ermöglicht die genaue Kenntnis der Enthalpie der entsprechenden Reinphasen dann die Berechnung des Verlaufes der Gesamtenthalpie des Systems.The start and end temperatures of the phase transformation in the ferrite, perlite, bainite, and martensite phases determine the area in which the corresponding heat is released. Within these ranges, the conversion kinetics determines at what time which portions of the phase transformation take place. Since the phase contributions of the system are known at all times by the proposed dynamic consideration, the exact knowledge of the enthalpy of the corresponding pure phases then enables the calculation of the course of the total enthalpy of the system.
Konkret wird die Berechnung des Temperaturverhaltens entsprechend über die Fourier’sche Wärmegleichung wie folgt durchgeführt: Specifically, the calculation of the temperature behavior is carried out according to the Fourier equation, as follows:
Dabei ist cp die spezifische Wärmekapazität des Systems, λ die Wärmeleitfähigkeit, ρ die Dichte und s die Ortskoordinate. T gibt entsprechend die berechnete Temperatur an. Der Term Q auf der rechten Seite berücksichtigt dabei die freiwerdenden Energien während der Phasenumwandlung, welche wie folgt gegeben sind:
Bei der Abkühlung ist hier besonders der Übergang von der γ-Phase in die α-Phase und die dabei frei werdende Wärme von großem Interesse zur exakten Bestimmung des Temperaturverhaltens. Aus der Berechnung der spezifischen Wärmekapazität folgt damit die Gesamtenthalpie H zu:
Konkret dargestellt ist der Berechnungsschritt zur Ermittlung der Gesamtenthalpie in Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass im Rahmen des Temperaturberechnungsmodells die Gesamtenthalpie als freie molare Gesamtenthalpie (H) des Systems mittels der Gibbs-Energie (G) bei konstantem Druck (p) nach der Gleichung
Für eine Phasenmischung, so wie sie in allen Legierungen über den Temperaturverlauf vorliegt kann die Gibbs-Energie des Gesamtsystems dann über die Gibbs-Energien der Reinphasen sowie deren Phasenanteile wie folgt berechnet werden:
Dabei sind fΦ die Phasenanteile der jeweiligen Phase Φ und GΦ ist die Gibbs-Energie dieser entsprechenden Phase Φ. Für die Austenit-, Ferrit- und Flüssigphase ergibt sich die Gibbs-Energie in vorteilhafter Weise dadurch, dass im Temperaturberechnungsmodell für ein System mit Anteilen an Austenit-, Ferrit- und Flüssigphase die Gibbs-Energie nach folgender Gleichung ermittelt wird, wobei GΦ = die Gibbs-Energie einer jeweiligen Phase Φ, xi Φ = der Molenbruch der i-ten Komponente der jeweiligen Phase Φ, Gi Φ = die Gibbs-Energie der i-ten Komponente der jeweiligen Phase Φ, R = die allgemeine Gaskonstante, T = die absolute Temperatur in Kelvin, EGΦ = die Gibbs-Energie für eine nicht ideale Mischung und magnGΦ = die magentische Energie des Systems bedeuten. Here f Φ are the phase components of the respective phase Φ and G Φ is the Gibbs energy of this corresponding phase Φ. For the austenite, ferrite and liquid phases, the Gibbs energy advantageously results from the fact that in the temperature calculation model for a system with proportions of austenite, ferrite and liquid phase, the Gibbs energy according to the following equation where G Φ = the Gibbs energy of a respective phase Φ, x i Φ = the mole fraction of the ith component of the respective phase Φ, G i Φ = the Gibbs energy of the ith component of the respective phase Φ, R = the general gas constant, T = the absolute temperature in Kelvin, E G Φ = the Gibbs energy for a non-ideal mixture and magn G Φ = the magenta energy of the system.
Weiterhin wird in Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßigerweise berücksichtigt, dass im Rahmen des Temperaturberechnungsmodells die Gibbs-Energie für eine nicht ideale Mischung (EGΦ) nach der Gleichung ermittelt wird, wobei EGΦ = die Gibbs-Energie für eine nicht ideale Mischung, xi = den Molenbruch der i-ten Komponente, xj = den Molenbruch der j-ten Komponente, xk = den Molenbruch der k-ten Komponente, a = einen Korrekturterm, aLΦ i,j = Wechselwirkungsparameter verschiedener Ordnung und aLΦ i,j,k = aLΦ i,j = Wechselwirkungsparameter verschiedener Ordnung des Gesamtsystems bedeuten.Furthermore, in an embodiment of the invention, it is expediently taken into consideration that in the context of the temperature calculation model the Gibbs energy for a non-ideal mixture ( E G Φ ) is calculated according to the equation where E G Φ = the Gibbs energy for a non-ideal mixture, x i = the mole fraction of the i-th component, x j = the mole fraction of the j-th component, x k = the mole fraction of the k-th component , a = a correction term, a L Φ i, j = interaction parameters of different order and a L Φ i, j, k = a L Φ i, j = mean interaction parameters of different order of the total system.
Ebenso wird in dem Temperaturberechnungsmodell in Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßigerweise berücksichtigt, dass im Rahmen des Temperaturberechnungsmodells, der Anteil der magnetischen Energie (magnGΦ) nach der Gleichung
Die Parameter der Terme in den vorgenannten Gleichungen sind aus der Literatur bekannt und können entsprechend zur Ermittlung der Gibbs-Energie in einer beliebigen Stahlzusammensetzung verwendet werden. Mit Hilfe einer numerischen Ableitung ergibt sich daraus dann die Gesamtenthalpie genau dieser Stahlzusammensetzung.The parameters of the terms in the aforementioned equations are known from the literature and can be used accordingly to determine the Gibbs energy in any steel composition. With the aid of a numerical derivative, this results in the total enthalpy of precisely this steel composition.
Bei einer bekannten Gibbs-Energie des Systems kann daraus die molare spezifische Wärmekapazität berechnet werden: With a known Gibbs energy of the system, the molar specific heat capacity can be calculated from this:
Vorteilhaft an der Nutzung der Gibbs-Energie ist, dass kaum Einschränkungen für beliebige Analysen einer Stahlzusammensetzung vorliegen. Die entsprechenden Gültigkeitsbereiche bei Anwendung der Gibbs-Energien für die entsprechenden chemischen Zusammensetzungen ergeben sich wie folgt:
- • C < 5%
- • Mn <20%
- • Si < 5%
- • Cr < 30%
- • Ni < 10%
- • Mo < 10%
- • Cu < 1%
- • Nb < 5%
- • Ti < 2%
- • V < 5%
- • Al < 5%
- • S Spuren
- • P Spuren
- • C <5%
- • Mn <20%
- • Si <5%
- • Cr <30%
- • Ni <10%
- • Mo <10%
- • Cu <1%
- • Nb <5%
- Ti <2%
- • V <5%
- • Al <5%
- • S tracks
- • P tracks
Aus dieser Tabelle ergeben sich die Gültigkeitsbereiche des Gibbs-Modells. Entsprechend lässt sich sofort erkennen, dass der Gültigkeitsbereich des Gibbs-Modells einen sehr großen Analysebereich umfasst. Diese Grenzen, welche beispielsweise in den bekannten MatCalc-Datenbanken vorgesehen sind, decken damit die heute weltweit hergestellten Kohlenstoffstähle und Edelstähle nahezu vollständig ab. Mit diesen Eingangsdaten lassen sich dann die Enthalpieverläufe der Reinphasen sowie unter Kenntnis der Phasenanteile auch der dynamische Verlauf der Gesamtenthalpie eines untersuchten Werkstoffes mit größtmöglicher Genauigkeit ermitteln.This table gives the scope of the Gibbs model. Accordingly, it can be seen immediately that the scope of Gibbs model includes a very large analysis area. These limits, which are provided, for example, in the known MatCalc databases, thus almost completely cover the carbon steels and stainless steels produced worldwide today. With these input data, the enthalpy profiles of the pure phases as well as the knowledge of the phase components can be used to determine the dynamic development of the total enthalpy of a material under investigation with the greatest possible accuracy.
Bevorzugt werden zur Ermittlung des dynamischen Verlaufs der Gesamtenthalpie die Phasenumwandlungstemperaturen bei einer dynamischen Kühlrate bestimmt. Damit lassen sich zu gegebenen Kühlraten die Phasenumwandlungstemperaturen bestimmen und damit die Zusammensetzung der einzelnen Phasen in der Legierung ermitteln. To determine the dynamic course of the total enthalpy, the phase transition temperatures at a dynamic cooling rate are preferably determined. In this way, the phase transition temperatures can be determined at given cooling rates and thus the composition of the individual phases in the alloy can be determined.
Die Phasenumwandlungstemperaturen werden bevorzugt mittels eines Regressionsverfahrens bestimmt und die Regressionsparameter werden besonders bevorzugt aus ZTU-Schaubildern bestimmt.The phase transition temperatures are preferably determined by a regression method, and the regression parameters are most preferably determined from ZTU graphs.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Umwandlungskinetik der Phasen über einen diffusionskontrollierten Ansatz, bevorzugt für den Austenit-Ferrit-Zerfall, bestimmt. Dabei ist es besonders bevorzugt, die Umwandlungskinetik über die Enomoto-Gleichung zu bestimmen: wobei
- xc 0 = die Kohlenstoffkonzentrationen im Volumen
- xc α = die Kohlenstoffkonzentrationen an der Phasengrenze auf der Ferritseite
- xc γ = die Kohlenstoffkonzentrationen an der Phasengrenze an der Austenitseite
- T0 = die Starttemperatur der Phasenumwandlung
- T = die aktuelle Temperatur, und
- T . = die Abkühlrate bedeuten.
- x c 0 = the carbon concentrations in the volume
- x c α = the carbon concentrations at the phase boundary on the ferrite side
- x c γ = the carbon concentrations at the phase boundary on the austenite side
- T 0 = the start temperature of the phase transformation
- T = the current temperature, and
- T. = mean the cooling rate.
In einer bevorzugten Weiterbildung werden die Kohlenstoffkonzentrationen aus den Gleichgewichtskonzentrationen berechnet, welche sich aus dem Gleichgewicht der chemischen Potentiale an den Phasengrenzen ergeben. In a preferred embodiment, the carbon concentrations are calculated from the equilibrium concentrations resulting from the equilibrium of the chemical potentials at the phase boundaries.
Weiterhin bevorzugt ist es, die Umwandlungskinetik durch numerische Lösung der Enomoto-Gleichung nach dem Phasenanteil des Ferrits zu bestimmen, bevorzugt für jedes Volumenelement und besonders bevorzugt für jeden Temperaturschritt.It is further preferred to determine the conversion kinetics by numerical solution of the Enomoto equation according to the phase fraction of the ferrite, preferably for each volume element and particularly preferably for each temperature step.
Die Kühlleistung und/oder die Walzgeschwindigkeit wird zur Erreichung vorgegebener Temperaturen, bevorzugt zum Erreichen einer vorgegebenen Haspeltemperatur in einer Warmbandstraße oder der Kühlstopptemperatur in einer Grobblech-Straße, kann entsprechend über das Temperaturberechnungsmodell gesteuert werden.The cooling capacity and / or the rolling speed is used to achieve predetermined temperatures, preferably to achieve a predetermined reel temperature in a hot strip mill or the cooling stop temperature in a heavy plate road, can be controlled according to the temperature calculation model.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figur näher erläutert. Dabei zeigenPreferred further embodiments and aspects of the present invention will be explained in more detail by the following description of the figure. Show
Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.In the following, preferred embodiments will be described with reference to the figures. In this case, identical, similar or equivalent elements in the different figures are denoted by identical reference numerals and a repeated description of these elements will be omitted in the following description in part in order to avoid redundancies.
Aus der
Da es sich bei dem Walzprozess in Verbindung mit dem Kühlprozess jedoch nicht um einen Gleichgewichtszustand handelt, bei welchem das Walzgut ohne äußere Beeinflussung kühlen könnte, sondern durch den Walzvorgang sowie den Kühlprozess es sich um einen dynamischen Prozess handelt, wobei hier auch dynamische Abkühlraten im Bereich von etwa 10 K/s bis hin zu über 100 K/s verwendet werden können, müssen die Phasenumwandlungstemperaturen, bei welchen entsprechend Wärme frei wird, auch im dynamischen Fall berechnet werden beziehungsweise bestimmt werden.However, since the rolling process in connection with the cooling process is not a state of equilibrium in which the rolling stock could cool without external influence, but by the rolling process and the cooling process is a dynamic process, here also dynamic cooling rates in the field from about 10 K / s to over 100 K / s, the phase transition temperatures at which heat is released accordingly must also be calculated or determined in the dynamic case.
Hierfür werden empirische Ausgleichsformeln verwendet, welche eine Bestimmung sämtlicher Umwandlungstemperaturen in die Phasen Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit gestatten. Diese Formeln sind nachfolgend aufgeführt: For this purpose, empirical compensation formulas are used, which allow a determination of all transformation temperatures in the phases ferrite, pearlite, bainite and martensite. These formulas are listed below:
Hierbei bedeutet TΦ die Umwandlungstemperatur, bei denen Ferrit, Perlit, Bainit oder Martensit gebildet wird beziehungsweise die Bildung von Perlit beendet wird.
Mit diesen Parametern ist es möglich, ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild („ZTU“-Schaubild) zu konstruieren.With these parameters, it is possible to construct a time-temperature conversion chart ("ZTU" chart).
In den
Wie sich aus den
In den
Die Berechnungen mit den entsprechenden Kühlraten werden in
Bei einem Vergleich der
Die oben genannten Regressions-Parameter lassen sich anhand von unterschiedlichen ZTU-Schaubildern optimieren und erlauben eine Bestimmung von weiteren ZTU-Schaubildern über einen weiten Bereich von Stählen mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen hinweg. Die Grenzen für die Berechnung der jeweiligen Umwandlungstemperaturen mit einer genau akzeptablen Genauigkeit liegen bei:
- • C < 1.2%
- • MN < 2%
- • Si < 2%
- • Cr < 2%
- • Ni < 3.5%
- • Mo < 0.5%
- • C <1.2%
- MN <2%
- • Si <2%
- • Cr <2%
- • Ni <3.5%
- • Mo <0.5%
Innerhalb dieser Gültigkeitsgrenzen des Modells lässt sich eine Vorhersage der Umwandlungstemperaturen sowie eine präzise Bestimmung der Bereiche, in welchen die Umwandlung von Austenit in die Phasen Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit stattfindet, durchführen.Within these validity limits of the model, a prediction of the transformation temperatures as well as a precise determination of the areas in which the transformation of austenite into the phases ferrite, perlite, bainite and martensite takes place can be carried out.
Beispielhaft wird in
Die Umwandlungskinetik zwischen den einzelnen Phasen wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren über einen diffusionskontrollierten Ansatz für den Austenit-Ferrit-Zerfall durchgeführt. Gemäß der Enomoto-Gleichung gilt: The conversion kinetics between the individual phases is carried out according to the proposed method via a diffusion-controlled approach for austenite-ferrite decay. According to the Enomoto equation:
Hierbei sind xc 0, xc α, xc γ die Kohlenstoffkonzentrationen im Volumen, an der Phasengrenze auf der Ferritseite und an der Austenitseite. Die Kohlenstoffkonzentrationen werden aus den Gleichgewichtskonzentrationen berechnet, welche sich wiederum aus dem Gleichgewicht der chemischen Here, x c 0 , x c α , x c γ are the carbon concentrations in the volume, at the phase boundary on the ferrite side and on the austenite side. The carbon concentrations are calculated from the equilibrium concentrations, which in turn derive from the equilibrium of the chemical
Potentiale an den Phasengrenzen ergeben. T0, T und T . sind die Starttemperatur der Phasenumwandlung, die aktuelle Temperatur, sowie die Abkühlrate. Die Starttemperatur der Phasenumwandlung wurde bereits oben erläutert und die Abkühlrate kann mit dem CSC-Programm ebenfalls berechnet werden.Potentials at the phase boundaries result. T 0 , T and T. are the start temperature of the phase transformation, the current temperature, and the cooling rate. The start temperature of the phase transformation has already been explained above and the cooling rate can also be calculated with the CSC program.
Dc γ ist die Diffusionskonstante des Kohlenstoffs im Austenit, für die folgende Formel verwendet wird: D c γ is the diffusion constant of carbon in austenite, using the following formula:
Dabei ist d die Austenit-Korngröße.Where d is the austenite grain size.
Mittels dieser Parameter ist es nun möglich, die Phasenumwandlung zu berechnen, dadurch, dass die oben genannte Enomoto-Gleichung numerisch nach dem Phasenanteil des Ferrits fα gelöst wird. Diese Lösung muss für jeden Temperaturschritt sowie für jedes Volumenelement wiederum einzeln erfolgen. By means of these parameters, it is now possible to calculate the phase transformation by solving numerically the above-mentioned Enomoto equation for the phase fraction of the ferrite f α . This solution must be done individually for each temperature step and for each volume element.
In
In
Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es so möglich, die Berechnung der Temperaturverteilung in einem Walzwerk, insbesondere einer Warmbandstraße oder einem Grobblech-Werk, genauer zu berechnen, wodurch eine vorgegebene werkstoffabhängige optimale Haspeltemperatur oder eine Kühlstopptemperatur verbessert eingestellt und kontrolliert werden kann.By means of the described method, it is thus possible to calculate the calculation of the temperature distribution in a rolling mill, in particular a hot strip mill or a plate mill more accurately, whereby a predetermined material-dependent optimal reel temperature or a cooling stop temperature can be set and controlled improved.
Da die Gesamtenthalpie als Eingangsgröße für die Temperaturberechnung für einen Großteil der heute weltweit hergestellten Werkstoffe mit den Gibbs-Energie angegeben werden kann, kann die Temperaturberechnung auch mit größtmöglicher Sicherheit der Eingangsdaten durchgeführt werden.Since the total enthalpy can be given as input for the temperature calculation for a large part of today's materials produced worldwide with the Gibbs energy, the temperature calculation can also be carried out with the utmost security of the input data.
Durch die oben beschriebene Beschreibung der Umwandlung durch optimierte Berechnung der Start- und Endtemperaturen der jeweiligen Phasenumwandlung sowie einer physikalisch basierten Kinetik können auch in den jeweiligen Umwandlungsgebieten präzise Temperaturberechnungen durchgeführt werden.Due to the above-described description of the conversion by optimized calculation of the start and end temperatures of the respective phase transformation as well as a physically based kinetics, precise temperature calculations can also be carried out in the respective conversion regions.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.Where applicable, all individual features illustrated in the individual embodiments may be combined and / or interchanged without departing from the scope of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2009/106423 A1 [0012] WO 2009/106423 A1 [0012]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Metallurgie des Stranggießens“, Verlag Stahleisen mbH, 1992 [0013] "Metallurgy of Continuous Casting", Verlag Stahleisen mbH, 1992 [0013]
- „Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von 52 Eisenwerkstoffen“, Verlag Stahleisen Düsseldorf, 1973 [0013] "The most important physical properties of 52 ferrous materials", Verlag Stahleisen Düsseldorf, 1973 [0013]
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201210224502 DE102012224502A1 (en) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Rolling method for rolling metallic rolled stock in hot strip mill, involves determining dynamic course of total enthalpy, and processing as input variable in temperature computation model |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201210224502 DE102012224502A1 (en) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Rolling method for rolling metallic rolled stock in hot strip mill, involves determining dynamic course of total enthalpy, and processing as input variable in temperature computation model |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102012224502A1 true DE102012224502A1 (en) | 2014-07-03 |
Family
ID=50928471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201210224502 Pending DE102012224502A1 (en) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Rolling method for rolling metallic rolled stock in hot strip mill, involves determining dynamic course of total enthalpy, and processing as input variable in temperature computation model |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102012224502A1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015223788A1 (en) | 2015-11-30 | 2017-06-01 | Sms Group Gmbh | Method of continuous casting of a metal strand and cast strand obtained by this method |
WO2017092967A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | Sms Group Gmbh | Method and system for the open-loop and/or closed-loop control of a heating of a cast or rolled metal product |
DE102018220500A1 (en) | 2018-11-28 | 2020-05-28 | Sms Group Gmbh | Process for producing a multi-phase steel |
WO2021001239A1 (en) | 2019-07-02 | 2021-01-07 | Sms Group Gmbh | Method for controlling a cooling device in a rolling train |
RU2783688C1 (en) * | 2019-07-02 | 2022-11-15 | Смс Груп Гмбх | Method for controlling the cooling device in the rolling mill line |
DE102021213885A1 (en) | 2021-12-07 | 2023-06-07 | Sms Group Gmbh | Process for optimizing the chemical composition of a material |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009106423A1 (en) | 2008-02-27 | 2009-09-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of operation for a cooling track for cooling a rolling product, with cooling to an end enthalpy value uncoupled from temperature |
-
2012
- 2012-12-28 DE DE201210224502 patent/DE102012224502A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009106423A1 (en) | 2008-02-27 | 2009-09-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of operation for a cooling track for cooling a rolling product, with cooling to an end enthalpy value uncoupled from temperature |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
"Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von 52 Eisenwerkstoffen", Verlag Stahleisen Düsseldorf, 1973 |
"Metallurgie des Stranggießens", Verlag Stahleisen mbH, 1992 |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3384260B1 (en) | 2015-11-30 | 2021-01-06 | SMS Group GmbH | Method and system for the open-loop and/or closed-loop control of a heating of a cast or rolled metal product |
WO2017092967A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | Sms Group Gmbh | Method and system for the open-loop and/or closed-loop control of a heating of a cast or rolled metal product |
EP3184202A1 (en) | 2015-11-30 | 2017-06-28 | SMS group GmbH | Method for continuously casting a metal strand and casting strand obtained by this process |
CN108603793A (en) * | 2015-11-30 | 2018-09-28 | Sms集团有限公司 | Method and system for controlling and/or regulating casting or the heating of rolled metal product |
US11292040B2 (en) | 2015-11-30 | 2022-04-05 | Sms Group Gmbh | Method and system for the open-loop and/or closed-loop control of a heating of a cast or rolled metal product |
DE102015223788A1 (en) | 2015-11-30 | 2017-06-01 | Sms Group Gmbh | Method of continuous casting of a metal strand and cast strand obtained by this method |
DE102018220500A1 (en) | 2018-11-28 | 2020-05-28 | Sms Group Gmbh | Process for producing a multi-phase steel |
WO2020109447A1 (en) | 2018-11-28 | 2020-06-04 | Sms Group Gmbh | Method for producing a multi-phase steel |
TWI754979B (en) * | 2019-07-02 | 2022-02-11 | 德商Sms集團有限公司 | Method of controlling a cooling device in a rolling train |
CN114126777A (en) * | 2019-07-02 | 2022-03-01 | Sms集团有限公司 | Method for controlling a cooling device in a rolling train |
WO2021001239A1 (en) | 2019-07-02 | 2021-01-07 | Sms Group Gmbh | Method for controlling a cooling device in a rolling train |
RU2783688C1 (en) * | 2019-07-02 | 2022-11-15 | Смс Груп Гмбх | Method for controlling the cooling device in the rolling mill line |
CN114126777B (en) * | 2019-07-02 | 2023-10-27 | Sms集团有限公司 | Method for controlling a cooling device in a rolling train |
DE102021213885A1 (en) | 2021-12-07 | 2023-06-07 | Sms Group Gmbh | Process for optimizing the chemical composition of a material |
WO2023104836A1 (en) | 2021-12-07 | 2023-06-15 | Sms Group Gmbh | Method for optimizing the chemical composition of a material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3096896B1 (en) | Method for optimally producing metal steel and iron alloys in hot-rolled and thick plate factories using a microstructure simulator, monitor, and/or model | |
EP2753439B1 (en) | Casting method, more particularly continuous casting method | |
EP1444059B1 (en) | Control method for a production line for rolling hot-rolled metal strips disposed upstream of a cooling stretch | |
EP3430175B1 (en) | Method for rolling and/or heat treating a metal strip | |
DE102012224502A1 (en) | Rolling method for rolling metallic rolled stock in hot strip mill, involves determining dynamic course of total enthalpy, and processing as input variable in temperature computation model | |
EP2742158A1 (en) | Method for operating a continuous annealing line for the processing of a rolled good | |
EP1289691B2 (en) | Method for continuously casting a metal strand | |
DE102016100811A1 (en) | Method and determination of the structural components in an annealing line | |
EP2992117B1 (en) | Determining the ferrite phase fraction after heating or cooling of a steel strip | |
EP2287345A1 (en) | Method for controlling and/or regulating an induction oven for a roller assembly, control and/or regulating device for a roller assembly and roller assembly for producing rolled goods | |
DE102004005919A1 (en) | Computer-aided modeling method for the behavior of a steel volume with a volume surface | |
EP3384260B1 (en) | Method and system for the open-loop and/or closed-loop control of a heating of a cast or rolled metal product | |
EP1295184A1 (en) | Universal method for pre-calculating the parameters of industrial processes | |
EP3993918B1 (en) | Method for controlling a cooling device in a rolling train | |
WO2018234028A1 (en) | Method for operating an annealing surface | |
WO2014063671A1 (en) | Method for the thermomechanical treatment of hot-rolled steel beams | |
EP4124398B1 (en) | Method for determining mechanical properties of a product to be rolled using a hybrid model | |
EP3934822B1 (en) | Method for producing a metallic strip or plate | |
DE102019209163A1 (en) | Process for the heat treatment of a metallic product | |
DE102018220500A1 (en) | Process for producing a multi-phase steel | |
EP4119247A1 (en) | Incorporation of state-dependent density when solving a heat conduction equation | |
Presoly et al. | Investigation of the Effect of Alloying Elements on the Peritectic Phase Transformation in Steels | |
WO2023089012A1 (en) | Method for the production of a hot-rolled strip from a fine-grained steel material | |
DE102019104419A1 (en) | Method for setting different cooling processes for rolling stock over the bandwidth of a cooling section in a hot strip or heavy plate mill |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SMS GROUP GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SMS SIEMAG AKTIENGESELLSCHAFT, 40237 DUESSELDORF, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HEMMERICH & KOLLEGEN, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SMS GROUP GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SMS SIEMAG AG, 40237 DUESSELDORF, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HEMMERICH & KOLLEGEN, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed |