DE102013225579A1

DE102013225579A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Glüh- oder Wärmebehandlungsofens einer Metallmaterial bearbeitenden Fertigungsstraße

Info

Publication number: DE102013225579A1
Application number: DE102013225579.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Hartung; Ulrich Sommers; Matthias Bärwald; Alexandre Lhoest
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-11-27
Also published as: EP2999935A2; CN105473971B; KR20160003819A; WO2014187886A2; US10077942B2; KR101790965B1; EP2999935B1; RU2633411C2; US20160102916A1; CN105473971A; WO2014187886A3; RU2015154717A; JP2016524041A; JP6562905B2

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Glüh- oder Wärmebehandlungsofens (2) einer Metallmaterial bearbeitenden Fertigungsstraße (1), die den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und mindestens ein Messgerät (7, 8, 17), das mindestens eine Werkstoffeigenschaft eines in der Fertigungsstraße (1) befindlichen Bandmaterials (6) erfasst, umfasst, wobei der Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und das mindestens eine Messgerät (7, 8) in einem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf einer automatisierten Prozesssteuerung zusammenwirken, der den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) im Rahmen einer Ofensteuerung regelt und/oder steuert, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der sich eine Verbesserung der Prozesssteuerung gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik erreichen lässt. Dies wird dadurch erreicht, dass das mindestens eine Messgerät (7, 8) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) angeordnet ist und online einen mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebenden und/oder abbildenden Messwert erfasst und diesen Messwert als datenübertragendes Signal an eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (18) übermittelt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Glüh- oder Wärmebehandlungsofens einer Metallmaterial bearbeitenden Fertigungsstraße, die den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen und mindestens ein Messgerät, das mindestens eine Werkstoffeigenschaft eines in der Fertigungsstraße befindlichen Bandmaterials erfasst, umfasst, wobei der Glüh- oder Wärmebehandlungsofen und das mindestens eine Messgerät in einem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf einer automatisierten Prozesssteuerung zusammenwirken, der den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen im Rahmen einer Ofensteuerung regelt und/oder steuert.
Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Glüh- oder Wärmebehandlungsofens einer Metallmaterial bearbeitenden Fertigungsstraße, die den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen, vorzugsweise mindestens ein diesem in Bandmaterialbearbeitungsrichtung nachgeschaltetes Walz- und/oder Streckgerüst sowie mindestens ein Messgerät, das mindestens eine Werkstoffeigenschaft eines in der Fertigungsstraße befindlichen Bandmaterials erfasst, umfasst, wobei der Glüh- oder Wärmebehandlungsofen, das vorzugsweise vorhandene mindestens eine diesem nachgeschaltete Walz- und/oder Streckgerüst und das mindestens eine Messgerät in einem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf einer automatisierten Prozesssteuerung zusammenwirken, mit welchem der Glüh- oder Wärmebehandlungsofen im Rahmen einer Ofensteuerung gesteuert und/oder geregelt wird.
Im Rahmen der Verarbeitung von Bandmaterial aus einem Eisenwerkstoff oder einem Nichteisenmetall ist es häufig üblich, beispielsweise vor Durchführung eines oder mehrerer Walzschritte(s), eine Erwärmung des Bandmaterials vorzunehmen, damit dieses im anschließenden Tiefziehprozess gut zu verarbeiten ist. Beispielsweise werden bei einer Glühbehandlung Metallbänder einem Glühofen zugeführt und dort einer Temperatur von 700–900°C ausgesetzt, um damit vorher beispielsweise kaltgewalzten Bänder soweit aufzubereiten, dass sie in dem nachfolgenden Tiefziehprozess und gegebenenfalls einem Beschichtungsprozess gut verarbeitbar sind.
Hierbei wird es aufgrund der immer weiter ansteigenden Anforderungen der Industrie, insbesondere der Automobilindustrie, an ihre Zulieferer zunehmend wichtiger, Material mit homogenen Eigenschaften innerhalb von engen Toleranzbändern zu erzeugen und zu dokumentieren. Um dies zu erreichen, ist eine automatisierte Prozesssteuerung unabdingbare Voraussetzung.
Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren zur Steuerung einer Prozesslinie sind aus der US 2010/0219567 A1 und aus der EP 2 557 183 A1 bekannt. Bei der hieraus bekannten Prozesslinie handelt es sich um eine CAL(Continuous Annealing Line)- oder eine CGL (Continuous Galvanized Line)-Prozesslinien. Hier ist auch bereits vorgesehen, den dortigen Glühofen mit Hilfe eines Messgerätes zu steuern, das einen mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebenden und/oder abbildenden Messwert erfasst. Allerdings ist hierbei vorgesehen, dass die Ofenparameter direkt geregelt werden.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist es, dass der Glühofen thermisch träge ist und sich die Bedingungen im Ofen nicht schnell ändern. Deswegen versagt ein Standardregelkonzept.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, mit der sich eine Verbesserung der Prozesssteuerung gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik erreichen lässt.
Bei einer Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordnet ist und online einen mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebenden und/oder abbildenden Messwert erfasst und diesen Messwert als insbesondere datenübertragendes Signal an eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit übermittelt.
Diese Regelungs- und/oder Steuerungseinheit lernt anhand des vergangenen Verhaltens des Ofens die Reaktion des Ofens bei veränderten Bedingungen des Ofens und verstellt diese um die Messwerte für kommende Bänder einzustellen. Dadurch wird die Streuung der Messwerte geringer. Für diesen Lernprozess können auch Informationen zu Prozessen vor dem Glühofen genutzt werden (seien es Messwerte oder Stellwerte).
Ebenso wird die vorstehende Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass mit dem mindestens einen Messgerät online ein mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebender und/oder abbildender Messwert erfasst und dieser Messwert als insbesondere datenübertragendes Signal an eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit übermittelt wird.
Diese Regelungs- und/oder Steuerungseinheit lernt anhand des vergangenen Verhaltens des Ofens die Reaktion des Ofens bei veränderten Bedingungen des Ofens und verstellt diese um die Messwerte für kommende Bänder einzustellen. Dadurch wird die Streuung der Messwerte geringer. Für diesen Lernprozess können auch Informationen zu Prozessen vor dem Glühofen genutzt werden (seien es Messwerte oder Stellwerte).
Bei dem insbesondere datenübertragenden Signal kann es sich um ein elektrisches Signal, ein elektronisches Signal, ein Signal in Form einer elektromagnetischen Welle, ein Funksignal, ein Lichtsignal oder Infrarotsignal handeln, welches geeignet ist, Messwerte oder Informationen zu übertragen.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass die gesamte Länge eines wärmebehandelten oder geglühten Bandmaterials am Ofenausgang oder in Bandbearbeitungsrichtung hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen erfasst wird. Durch diese vorzugsweise kontinuierlich durchgeführte Überwachung der mechanischen Eigenschaften des geglühten oder wärmebehandelten Bandmaterials kann die Einstellung des Ofens derart erfolgen, dass für folgende Bänder die mechanischen Eigenschaften in dem gewünschten Wertefenster liegen, d. h. lediglich eine tolerierte Streubreite oder Streuung aufweisen. Da die mechanischen Eigenschaften dauerhaft und kontinuierlich während der Durchführung eines Prozesse überwacht werden, können die tatsächlichen Grenzwerte der mechanischen Eigenschaften auch als Grenzwerte des Steuerungs- und/oder Messsystems benutzt werden. Das Prozessfenster ist derjenige Bereich (von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert) für einen Ofenparameter (Ofenzonentemperatur, Bandzieltemperatur oder Bandgeschwindigkeit), dessen Einhaltung im Produktionsverfahren zur Produktion der geforderten mechanischen Eigenschaften des Bandes führt. Die Glühzyklen können angepasst werden und die Prozessfenster verändert werden. Im besten Fall ist es nicht mehr notwendig, sich auf vorher definierte Parameter wie einen Glühzyklus und damit zusammenhängende Grenzwerte zu beschränken. Die Streuung der mechanischen Eigenschaften über den gesamten Glühprozess ist damit optimiert und besser an die gewünschten Parameter und Randbedingungen angepasst. Dies ermöglicht es zudem, eher an die Grenzen z. B. der zur Erreichung der gewünschten mechanischen Eigenschaften notwendigen oder angepassten Glühtemperatur zu gehen und damit den Prozess ökologischer oder ökonomischer zu gestalten, insbesondere dessen Produktivität erhöhen zu können. Außerdem ist es durch die erfindungsgemäße Art der Messung möglich, Übergänge zwischen Bandmaterial von unterschiedlicher Güte besser durchzuführen und aufeinander abzustimmen, da die jeweils ausgewählte mechanische Eigenschaft des jeweiligen Bandmaterials als relevanter Größe voreingestellt werden und damit die Überlappung der nacheinander folgenden Bänder gesteuert werden kann.
Das Messgerät oder die Messgeräte der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens können zudem für einen bestimmten Zeitraum benutzt werden, um die besten Prozessfenster für die jeweilige Materialgüte, beispielsweise die jeweilige Stahlgüte, zu bestimmen.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass sie ein dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen nachgeschaltetes Walz- oder Streckgerüst umfasst, welches in dem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf der automatischen Prozesssteuerung mit dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen und dem mindestens einen Messgerät zusammenwirkt.
Hierbei kann es weiterhin so sein, dass das mindestens eine Messgerät in Bandbearbeitungsrichtung hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst angeordnet ist, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung weiterhin vor, dass das mindestens eine Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen und vor einem oder dem Walz- und/oder Streckgerüst angeordnet ist. Durch die Anordnung eines Messgerätes hinter dem Glüh- oder Wärmeofen, aber vor einem nachfolgenden Walz- und/oder Streckgerüst wird es ermöglicht, lediglich den Einfluss der Glüh- oder Wärmebehandlung auf die gemessene mechanische Eigenschaft des Bandmaterials zur Grundlage der Regelung oder Steuerung des Ofenbetriebes zu machen.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das mindestens eine Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter der letzten mechanischen Bearbeitungsvorrichtung der Fertigungsstraße angeordnet ist, was die Erfindung ebenfalls vorsieht. Hierbei wird dann der Einfluss der gesamten vorhergehenden Materialbearbeitung oder Materialbehandlung in der Fertigungsstraße auf die gemessene mechanische Eigenschaft des Bandmaterials zur Grundlage der Regelung oder Steuerung des Ofenbetriebes und/oder der mechanischen Bearbeitung gemacht.
In Weiterbildung der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, dass ein erstes Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen und vor dem Walz- und/oder Streckgerüst angeordnet ist sowie ein zweites Messgerät hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst angeordnet ist.
Dadurch, dass ein zweites Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst angeordnet ist, ist es möglich, auch die Beeinflussung durch die mechanischen Bearbeitungsstationen, welche ein oder mehrere Walzgerüst(e), ein oder mehrere Streckgerüst(e), Dressiergerüst(e) oder Streckrichter umfassen sein können, auf die jeweils gemessene mechanische Eigenschaft zu ermitteln und bei der Steuerung sowohl des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens als auch bei der Steuerung der mechanischen Bearbeitungsstationen oder -einrichtungen, d. h. den Walz- und/oder Streckgerüst(en), zu berücksichtigen. Von Vorteil ist die Messung mit einem in Bearbeitungsrichtung des Bandmaterials hinter einem Walz- und/oder Streckgerüst angeordneten Messgerät insofern, als dass dann die mechanische Eigenschaft des Bandes nach einem Verformungsprozess berücksichtigt werden kann. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang von Vorteil, die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes für die Steuerung in den Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf einfließen zu lassen, weshalb eben vorgesehen ist, dass ein Messgerät in Bearbeitungsrichtung hinter der letzten mechanischen Bearbeitungsvorrichtung der Fertigungsstraße angeordnet ist.
Allerdings ist es auch möglich, beide Messgeräte jeweils auf Mess- und Regelkreise des Regelungs- und/oder Steuerungskreislaufs einwirken zu lassen, die auf die Ofensteuerung und die mechanische Bearbeitung und die damit jeweils in Verbindung stehenden Einrichtungen und Vorrichtungen einwirken.
Bei dem Einsatz von zwei Messgeräten kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordnet ist und das zweite Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung unmittelbar hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen oder hinter der von dem Walz- und/oder Streckgerüst ausgebildeten mechanischen Bearbeitung angeordnet ist. Die jeweiligen Messwerte gehen zu einer Steuerungs-/Regelungseinheit, die per Lernfunktion auf die Ofensteuerung und je nach Fall auf die mechanische Bearbeitung einwirkt. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass ein ersten Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen und vor dem Walz- und/oder Streckgerüst angeordnet ist sowie ein weiteres Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordnet ist. Ebenso zeichnet sich die Erfindung im Hinblick auf diesen Aspekt dadurch aus, dass ein (zweites) Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst und ein weiteres Messgerät in Bandmaterialbearbeitungsrichtung vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordnet ist.
In zweckmäßiger Ausgestaltung zeichnet sich die Erfindung zudem dadurch aus, dass das in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordnete erste Messgerät und/oder ein in Bandmaterialbearbeitungsrichtung vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordnetes weiteres Messgerät in Rückkopplung auf die Ofensteuerung einwirkt/einwirken.
Hierbei sieht die Erfindung zu dem weiterhin vor, dass das in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem mindestens einen Walz- und/oder Streckgerüst oder hinter einem Walz- und/oder Streckgerüst angeordnete, insbesondere zweite, Messgerät und/oder das erste oder ein weiteres Messgerät, welches in Bandmaterialbearbeitungsrichtung vor oder unmittelbar hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordnet ist, in Rückkopplung auf die Ofensteuerung und die Steuerung des mindestens einen oder zugeordneten Walz- und/oder Streckgerüsts einwirkt.
Eine besonders zweckmäßige Messung ist die Realzeit-Onlinemessung. Daher zeichnet sich die Erfindung weiterhin dadurch aus, dass das mindestens eine Messgerät, vorzugsweise alle Messgeräte, den mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebenden und/oder abbildenden Messwert mittels einer Realzeit-Onlinemessung erfasst/erfassen. Eine besonders vorteilhafte Auslegung des Regelungs- und/oder Steuerungskreislaufs ergibt sich dann, wenn der mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebende und/oder abbildende Messwert im Rahmen eines Lernverfahrens in den Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf, insbesondere in die Ofensteuerung und/oder Ofenregelung des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens, rückgekoppelt wird.
Besonders günstig und zweckmäßig lässt sich ein Glüh- oder Wärmebehandlungsofen erfindungsgemäß steuern und/oder regeln, wenn der Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf eine darin abgebildete und/oder abgelegte Ofenmodellsteuerung umfasst, was die Erfindung ebenfalls vorsieht. Hierbei kann die Ofenmodellsteuerung jede Art von Modell umfassen, ausgehend von einem einfachen linearen Modell bis zu einem thermodynamischen Modell mit Lern- und Adaptionsfunktion kann jede Art von Ofenmodell Verwendung zur Ablage als Ofenmodellsteuerung finden.
Zudem kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf ein Werkstoffmodell umfasst.
Zweckmäßige Ofenparameter, die mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Regelungs- und/oder Steuerungssystem gesteuert werden können, sind beispielsweise die Bandzieltemperatur im Heiz- und/oder Kühlbereich des Glüh- und/oder Wärmebehandlungsofens, die Bandgeschwindigkeit in der Prozesslinie, die Ofentemperatur oder die Ofenleistung des Glüh- und/oder Wärmebehandlungsofens, die Kühlmittelbeaufschlagung des bearbeiteten Bandmaterials oder die Kühlmittelart. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass der eine oder mehrere Ofenparameter mindestens einen der Werte Bandzieltemperatur im Heiz- und/oder Kühlbereich des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens, Prozessfenster dieser Bandzieltemperatur, Bandgeschwindigkeit, Prozessfenster dieser Bandgeschwindigkeit, Ofentemperatur, Prozessfenster dieser Ofentemperatur, Ofentemperaturmuster (örtliche und zeitliche Ofentemperaturverteilung), Ofenleistung, Kühlrate, Kühlmittelbeaufschlagung oder Kühlmittelart umfasst.
Ein besonders geeignetes Messgerät ist ein Remanenzmessgerät, weshalb die Erfindung weiterhin vorsieht, dass das mindestens eine Messgerät, vorzugsweise alle Messgeräte, jeweils ein Remanenzmessgerät ist/sind, das als Messwert eine magnetische Größe detektiert.
Das eine mechanische Eigenschaft detektierende Messgerät kann aber auch als Laser-Ultraschallgerät oder elektromagnetisches Ultraschallgerät oder Röntgentransmissionsgerät ausgebildet sein.
Von besonderem Vorteil sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren beim Glühen oder Verzinken von Stahl oder Aluminiummaterial zu verwenden. Die Erfindung zeichnet sich daher auch dadurch aus, dass die Vorrichtung Bestandteil einer kontinuierlichen Glüh- und/oder Verzinkungslinie für ein Stahl oder Aluminiummaterial ist.
In gleicher Weise wie die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren in Weiterbildung dadurch aus, dass der Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf mittels mindestens eines mit einem, in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen oder hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst angeordneten Messgerät, ermittelten und mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebenden und/oder abbildenden Messwerts in Rückkopplung auf die Ofensteuerung und/oder Ofenregelung des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens und/oder die Regelung und/oder Steuerung des Walz- und/oder Streckgerüst einwirkt.
Von Vorteil ist es hierbei weiterhin, wenn mittels eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen und vor dem oder einem Walz- und/oder Streckgerüst angeordneten ersten Messgerätes und eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst angeordneten zweiten Messgerätes und/oder eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordneten weiteren Messgerätes online jeweils ein mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebender und/oder abbildender Messwert erfasst und an die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit übermittelt wird, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
Ebenso zeichnet sich die Erfindung auch dadurch aus, dass mittels eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung hinter dem oder einem Walz- und/oder Streckgerüst angeordneten (zweiten) Messgerätes und eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung vor oder unmittelbar hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordneten zweiten oder weiteren Messgerätes online mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebende und/oder abbildende Messwerte erfasst und an die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit übermittelt werden.
Hierbei ist es dann ebenfalls zweckmäßig, dass der mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials wiedergebende und/oder abbildende Messwert mittels einer Realzeit-Onlinemessung erfasst wird und/oder im Rahmen eines Lernverfahrens in den Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf, insbesondere in die Ofensteuerung und/oder Ofenregelung des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens, rückgekoppelt wird, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
Schließlich zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass das Verfahren mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüche 1–17 durchgeführt wird.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in den fünf Teilbildern a)–e) der einzigen Figur in schematischer Darstellung fünf Schaltungsalternativen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In allen fünf Teilbildern a)–e) sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die einzige Figur zeigt in den Teilbildern a)–e) jeweils schematisch eine insgesamt mit 1 bezeichnete Fertigungsstraße in Form einer CAL (Continuous Annealing Line). Diese umfasst die schematisch dargestellten Elemente Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2, jeweils ein dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2 nachgeschaltetes Walzgerüst 3, das als Dressiergerüst ausgebildet ist, sowie ein in Bandmaterialbearbeitungsrichtung 5 diesem wiederum nachgeschaltetes Streckgerüst 4 in Form eines Streckrichters. In Richtung des Pfeiles 5 wird ein aus einem Metallmaterial, insbesondere einem Eisen-, vorzugsweise Stahl, oder einem Nichteisenmetall, insbesondere Aluminium, bestehendes Bandmaterial 6 in den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2, von diesem in das Walzgerüst 3 und von diesem in das Streckgerüst 4 und von diesem aus der Fertigungsstraße 1 herausgeführt. Weiterhin ist in der Fertigungsstraße 1 zwischen dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2 und dem Walzgerüst 3 in jeder der Ausführungsformen nach den Teilbildern a), c) und d) ein erstes Messgerät 7 angeordnet, das mindestens eine Werkstoffeigenschaft des Bandmaterials 6 detektiert. Insbesondere kann es sich bei dem Messgerät 7 um ein Remanenzmessgerät handeln, das eine magnetische Größe als Materialeigenschaft des Bandmaterials 6 detektiert. Bei den Ausführungsformen nach den Teilbildern b), c) und e) ist zudem hinter dem Streckgerüst 4 und damit auch hinter der letzten der mechanischen Bearbeitung des Bandmaterials 6 dienenden mechanischen Bearbeitungsvorrichtung der Fertigungsstraße 1 ein zweites Messgerät 8 angeordnet, das ebenfalls mindestens eine Werkstoffeigenschaft, vorzugsweise dieselbe Werkstoffeigenschaft wie das erste Messgerät 7, des Bandmaterials 6 detektiert. Bei der Ausführungsform nach den Teilbildern d) und e) befindet sich ein (weiteres) Messgerät 17 vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2. Hierbei kann es sowohl beim Messgerät 7, 8 als auch beim Messgerät 17 so sein, dass hier lediglich indirekt die zu beobachtende oder festzustellende oder zu ermittelnden mechanische Werkstoffeigenschaft des Bandmaterials 6 ermittelt wird. Jedenfalls wird mittels des jeweiligen Messgerätes 7 oder 8 ein die gewünschte mechanische Werkstoffeigenschaft des Bandmaterials 6 wiedergebender und/oder abbildender Messwert ermittelt. Dieser kann dann in nicht näher dargestellten Mess- und Regelkreisen oder in einem nicht näher dargestellten Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf in ein elektrisches oder datenübertragendes Signal umgewandelt und an den Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf oder einzelne Mess- und Regelkreise, die mit diesem zusammenwirken, übermittelt werden.
Der nicht näher dargestellte Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf ist Bestandteil einer automatisierten Prozesssteuerung, die den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2, aber gegebenenfalls auch das diesem nachgeschaltete Walzgerüst 3 und/oder das Streckgerüst 4 steuert und/oder regelt. Die von den Messgeräten 7 und/oder 8 und/oder 17 detektierten Messwerte oder daraus abgeleiteten elektrischen Signale werden durch Rückkopplung mittels entsprechender Regelkreise 9, 10, 11, 12, 13, die auf den nicht näher dargestellten Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf der automatisierten Prozessteuerung einwirken oder Bestandteil desselben sind, zur Steuerung des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens 2 einer Ofensteuerung und/oder einer Steuerung des Walzwerkes 3 und/oder der Steuerung des Streckgerüstes 4 zugeführt, wie dies im Zusammenhang mit den Teilbildern a)–e) nachstehend noch erläutert wird.
Das erste Messgerät 7 und das zweite Messgerät 8 oder das weitere Messgerät 17 ermitteln oder erfassen den eine mechanische Werkstoffeigenschaft des Bandmaterials 6 wiedergebenden und/oder abbildenden Messwert online mittels einer Realzeit-Onlinemessung. Dieser jeweilige Messwert oder ein daraus abgeleitetes elektrisches Signal wird im Rahmen eines Closed-Loop-Verfahrens in den Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf der Fertigungsstraße 1, insbesondere in die Ofensteuerung und/oder Ofenregelung des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens 2 rückgekoppelt. Vorzugsweise umfasst dieser Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf ein darin in Form einer Ofenmodellsteuerung abgebildetes oder angelegtes Ofenmodell. Auch kann der Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf ein Werkstoffmodell umfassen.
Insbesondere werden mit der lernenden Regelungs- und/oder Steuerungseinheit in Bezug auf und/oder im Zusammenwirken mit der Ofensteuerung und/oder Ofenregelung ein oder mehrere Ofenparameter derart gesteuert, dass ein vorgegebener Wert oder Wertebereich der gemessenen oder ermittelten mechanischen Werkstoffeigenschaft oder der ermittelten mechanischen Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials 6 erhalten oder eingestellt wird. Bei diesen Ofenparametern kann es sich um mindestens einen der Werte Bandzieltemperatur im Heiz- und/oder Kühlbereich des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens 2, die Bandgeschwindigkeit, die Ofentemperatur, die Ofenleistung, die Kühlmittelbeaufschlagung, d. h. die Art und Weise der Beaufschlagung des Bandmaterials 6 mit einem Kühlmittel, oder die Kühlmittelart handeln.
Bei den Messgeräten 7, 8 und 17 kann es sich jeweils um ein Remanenzmessgerät handeln, das als Messwert eine magnetische Größe detektiert. Das jeweilige Messgerät 7, 8 kann aber auch von jeder anderen Art eines Messgerätes sein, das die direkte oder indirekte Ermittlung mechanischer Eigenschaften des damit beobachteten Bandmaterials 6 ermöglicht.
Vorzugsweise handelt es sich bei der in den Teilbildern a)–e) der Figur dargestellten Fertigungsstraße 1 um eine kontinuierliche Glüh- und/oder Verzinkungslinie für ein Stahl- oder Aluminiummaterial.
Bei der im Teilbild a) dargestellten Ausführungsform ist lediglich ein Messgerät 7 zwischen dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2 und dem Walzgerüst 3 angeordnet, das über einen Regelkreis 9 mit dem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf und hier insbesondere der Ofensteuerung rückgekoppelt ist.
Im Ausführungsbeispiel nach dem Teilbild b) ist in Bearbeitungsrichtung 5 des Bandmaterials 6 hinter den mechanischen Bearbeitungseinrichtungen und somit hinter dem Walzgerüst 3 und dem Streckgerüst 4 das zweite Messgerät 8 angeordnet, welches über den Regelkreis 10 mit dem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf rückgekoppelt ist und auf die Steuerung sowohl des Ofens 2 als auch des Walzgerüstes 3 und/oder des Streckgerüstes 4 einwirkt.
Bei der Ausführungsform gemäß Teilbild c) sind das erste Messgerät 7 zwischen dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2 und dem Walzgerüst 3 und das zweite Messgerät 8 in Bearbeitungsrichtung 5 hinter dem Streckgerüst 4 angeordnet.
Die Regelungseinheit 18 bekommt Messwerte vom Messgerät 7 und 8. Diese wirken im Rahmen des Regelkreises 11 zurück auf den Glühofen 2 und das Walzgerüst 3 und das Streckgerüst 4.
In dem Ausführungsbeispiel nach dem Teilbild d) ist das erste Messgerät 7 zwischen dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2 und dem Walzgerüst 3 sowie das weitere Messgerät 17 in Bezug auf die Bandmaterialbearbeitungsrichtung 5 vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2 angeordnet. Über einen Regelkreis 12 werden die von den Messgeräten 7 und 17 der Regelungseinheit 18 zugeführten Messwerte an den Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens 2 rückgekoppelt.
Das Ausführungsbeispiel nach dem Teilbild e) zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das zweite Messgerät 8 wiederum in Bandmaterialbearbeitungsrichtung 5 hinter dem Streckgerüst 4 und das weitere Messgerät 17 vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen 2 angeordnet ist. Die von dem zweiten Messgerät 8 und dem weiteren Messgerät 17 der Regelungseinheit 18 zugeführten Messwerte werden im Rahmen eines Regelkreises 13 den Regelungs- und/oder Steuerungskreisläufen des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens 2, des Walzgerüstes 3 und des Streckgerüstes 4 rückgekoppelt.
In nicht dargestellter Weise kann die Verknüpfung von erstem Messgerät 7 und zweitem Messgerät 8 oder weiterem Messgerät 17 mit daraus jeweils abgeleiteten Regelkreisen auch andere als die dargestellten Einflussnahmen ausbilden. So kann es beispielsweise möglich sein, dass sowohl das erste Messgerät 7 als auch das zweite Messgerät 8 sowohl auf die Ofensteuerung als auch auf die Steuerung einzelner oder aller mechanischen Bearbeitungseinrichtungen einwirken. Ebenso sind sämtliche denkbaren Kombinationen nur teilweiser Einwirkung der Messgeräte und daraus resultierender Regelkreise auf lediglich einzelne Einrichtungen oder den Ofen im Rahmen des Regelungs- und/oder Steuerungskreislaufs denkbar und möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0219567 A1 [0005]
EP 2557183 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Glüh- oder Wärmebehandlungsofens (2) einer Metallmaterial bearbeitenden Fertigungsstraße (1), die den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und mindestens ein Messgerät (7, 8), das mindestens eine Werkstoffeigenschaft eines in der Fertigungsstraße (1) befindlichen Bandmaterials (6) erfasst, umfasst, wobei der Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und das mindestens eine Messgerät (7, 8) in einem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf einer automatisierten Prozesssteuerung zusammenwirken, der den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) im Rahmen einer Ofensteuerung regelt und/oder steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messgerät (7, 8) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) angeordnet ist und online einen mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebenden und/oder abbildenden Messwert erfasst und diesen Messwert als insbesondere datenübertragendes Signal an eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (18) übermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) nachgeschaltetes Walz- oder Streckgerüst (3, 4) umfasst, welches in dem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf der automatischen Prozesssteuerung mit dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und dem mindestens einen Messgerät (7, 8) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messgerät (8) in Bandbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messgerät (7) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und vor einem oder dem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messgerät (8) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter der letzten mechanischen Bearbeitungsvorrichtung der Fertigungsstraße (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Messgerät (7) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und vor dem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordnet ist sowie ein zweites Messgerät (8) hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Messgerät (7) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und vor dem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordnet ist sowie ein weiteres Messgerät (17) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein (zweites) Messgerät (8) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) und ein weiteres Messgerät (17) in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) angeordnete erste Messgerät (7) und/oder ein in Bandmaterialbearbeitungsrichtung vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen angeordnetes weiteres Messgerät (17) in Rückkopplung (9, 12) auf die Ofensteuerung einwirkt/einwirken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem mindestens einen Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) oder hinter einem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordnete, insbesondere zweite, Messgerät (8) und/oder das erste oder ein weiteres Messgerät (7, 17), welches in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) vor oder unmittelbar hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) angeordnet ist, in Rückkopplung (10, 11, 13) auf die Ofensteuerung und/oder die Steuerung des mindestens einen oder zugeordneten Walz- und/oder Streckgerüsts (3, 4) einwirkt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messgerät (7, 8), vorzugsweise alle Messgeräte (7, 8, 17), den mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebenden und/oder abbildenden Messwert mittels einer Realzeit-Onlinemessung erfasst/erfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebende und/oder abbildende Messwert im Rahmen eines Lernverfahrens in den Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf, insbesondere in die Ofensteuerung und/oder Ofenregelung des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens (2), rückgekoppelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf eine darin abgebildete und/oder abgelegte Ofenmodellsteuerung umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf ein Werkstoffmodell umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder mehrere Ofenparameter mindestens einen der Werte Bandzieltemperatur im Heiz- und/oder Kühlbereich des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens (2), Prozessfenster dieser Bandzieltemperatur, Bandgeschwindigkeit, Prozessfenster dieser Bandgeschwindigkeit, Ofentemperatur, Prozessfenster dieser Ofentemperatur, Ofentemperaturmuster, Ofenleistung, Kühlrate, Kühlmittelbeaufschlagung oder Kühlmittelart umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messgerät (7, 8), vorzugsweise alle Messgeräte (7, 8, 17), jeweils ein Remanenzmessgerät ist/sind, das als Messwert eine magnetische Größe detektiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Bestandteil einer kontinuierlichen Glüh- und/oder Verzinkungslinie für ein Stahl- oder Aluminiummaterial ist
Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Glüh- oder Wärmebehandlungsofens (2) einer Metallmaterial bearbeitenden Fertigungsstraße (1), die den Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2), vorzugsweise mindestens ein diesem in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) nachgeschaltetes Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) sowie mindestens ein Messgerät (7, 8), das mindestens eine Werkstoffeigenschaft eines in der Fertigungsstraße (1) befindlichen Bandmaterials (6) erfasst, umfasst, wobei der Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2), das vorzugsweise vorhandene mindestens eine diesem nachgeschaltete Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) und das mindestens eine Messgerät (7, 8) in einem Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf einer automatisierten Prozesssteuerung zusammenwirken, mit welchem der Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) im Rahmen einer Ofensteuerung gesteuert und/oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem mindestens einen Messgerät (7, 8) online ein mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebender und/oder abbildender Messwert erfasst und dieser Messwert als insbesondere datenübertragendes Signal an eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (18) übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf mittels mindestens eines mit einem in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) oder hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordneten Messgerät (7, 8) ermittelten und mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebenden und/oder abbildenden Messwerts in Rückkopplung auf die Ofensteuerung und/oder Ofenregelung des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens (2) und/oder die Regelung und/oder Steuerung des Walz- und/oder Streckgerüsts (3, 4) einwirkt.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) und vor dem oder einem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordneten ersten Messgerätes (7) und eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordneten zweiten Messgerätes (8) und/oder eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) vor dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) angeordneten weiteren Messgeräts (17) online jeweils ein mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebender und/oder abbildender Messwert erfasst und an die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (18) übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) hinter dem oder einem Walz- und/oder Streckgerüst (3, 4) angeordneten (zweiten) Messgerätes (8) und eines in Bandmaterialbearbeitungsrichtung (5) vor oder unmittelbar hinter dem Glüh- oder Wärmebehandlungsofen (2) angeordneten zweiten oder weiteren Messgerätes (7, 17) online mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebende und/oder abbildende Messwerte erfasst und an die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (18) übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–21, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Werkstoffeigenschaften des Bandmaterials (6) wiedergebende und/oder abbildende Messwert mittels einer Realzeit-Onlinemessung erfasst wird und/oder im Rahmen eines Lernverfahrens in den Regelungs- und/oder Steuerungskreislauf, insbesondere in die Ofensteuerung und/oder Ofenregelung des Glüh- oder Wärmebehandlungsofens (2), rückgekoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–17 durchgeführt wird.