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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Metallbandbearbeitungsanlage, die wenigstens eine Bandbearbeitungseinheit zum Bearbeiten eines die Metallbandbearbeitungsanlage durchlaufenden Metallbands aufweist, wobei die Bandbearbeitungseinheit in Form einer wenigstens ein Walzgerüst aufweisenden Walzstraße, einer Kühlstrecke oder einer Haspel gegeben ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Metallbandbearbeitungsanlage mit wenigstens einer Bandbearbeitungseinheit zum Bearbeiten eines die Metallbandbearbeitungsanlage durchlaufenden Metallbands und wenigstens einer Anlagenelektronik zum Betreiben der Metallbandbearbeitungsanlage, wobei die Bandbearbeitungseinheit in Form einer wenigstens ein Walzgerüst aufweisenden Walzstraße, einer Kühlstrecke oder einer Haspel gegeben ist.
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Ein sogenannter Hochgeher bzw. Bandhochgeher in einer Metallbandbearbeitungsanlage ist ein Ereignis, bei dem ein Walzgut in Form eines Metallbands nicht von einem Walzgerüst einer Walzstraße ergriffen wird. Bei Vorliegen eines solchen Hochgehers ist kein ordnungsgemäßer Banddurchlauf des Metallbands durch die Metallbandbearbeitungsanlage mehr gegeben. Stattdessen bleibt das Walzgut an einem Walzgerüst oder zwischen Walzgerüsten liegen, so dass sich ein Materialstau bildet. Auf einem Auslaufrollgang einer Kühlstrecke oder in einem Einlauf einer Haspelanlage kann das Walzgut ebenfalls liegen bleiben oder anstoßen, was ebenso einen Materialstau zur Folge hat.
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Konsequenz von solchen Hochgehern ist einerseits ein Verlust des Walzguts durch Verschrottung sowie andererseits eine Anlagenstörung und/oder ein Anlagenschaden. Hierdurch werden Produktionsausfälle und Kosten für die Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft der Metallbandbearbeitungsanlage verursacht. Insgesamt werden ein Ausbringen und eine Wirtschaftlichkeit einer Metallbandbearbeitungsanlage durch Hochgeher beeinträchtigt.
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Hochgeher in einer Metallbandbearbeitungsanlage können durch einen mechanischen und elektrischen Zustand der Walzstraße der Metallbandbearbeitungsanlage beeinflusst werden. Prozessbedingt spielen eine Temperaturführung und eine Minimierung von Säbeligkeit des Walzguts in der gesamten Metallbandbearbeitungsanlage die Hauptrollen. Effekte im Werkstoff, wie beispielsweise Phasenumwandlungen zwischen oder in den Walzgerüsten, können ebenfalls zu Hochgehern führen.
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Geometrieeffekte beim Auftreten von Hochgehern sind keilförmige Dickenprofile von Metallbändern aus vorgelagerten Prozessstufen einer Stranggussanlage oder beim Längsteilen von Brammen. Unzureichend gewartete Wiedererwärmöfen mit Falschlufteintrag an undichten Ofentüren beim Brammenaustrag und daraus resultierende Temperaturgradienten über die Breite eines Metallbands führen zu einem asymmetrischen Walzverhalten über die Breite des Metallbands und somit zu einseitigen Anstoßern und Hochgehern in der Walzstraße. Eine Logistik der Walzprogrammgestaltung mit geometrischen und werkstoffbedingten Kommissionswechseln im Walzplan und eine Brammenbelegung in den Wiedererwärmöfen sind weitere Ursachen von Hochgehern.
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Stand der Technik beim Auftreten von Hochgehern ist eine manuelle Dokumentation entweder in Papierform oder PC-basiert durch ein Bedienpersonal mit den Daten „Stücknummer“ oder „Walzplannummer“ zusammen mit der Uhrzeit und dem Ort des Hochgehers in der Walzstraße oder an der Haspel. Eine weitere Möglichkeit ist eine Erfassung eines Digitalsignals „NOT-AUS“ während eines Walzvorgangs. Eine nachträgliche Hochgeheranalyse vom Vortag findet nur in Frühbesprechungen einer Produktion und Instanthaltung sowie - falls überhaupt vorhanden - in einer Abteilung für Walztechnologie statt. Das Bedienpersonal hat bei einem Hochgeher nur die Möglichkeit, eine NOT-AUS-Taste auf einem Leitstand zu drücken, wodurch mit sofortiger Wirkung die komplette Metallbandbearbeitungsanlage stillgesetzt wird.
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KR 10 1997 0 033 119 offenbart eine Vorrichtung zum Analysieren von Daten einer Warmbandwalzanlage mit einer Fehlwalzermittlungseinheit.
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Der unter dem Link https://www.researchgate.net/publication/282679965 abrufbare Artikel „Advanced Control to Reduce the Likelihood of Cobbles in the Tandem Rolling of Hot Metal Strip“, Pittner et al., Januar 2015 betrifft den Einfluss von Phasenumwandlungen innerhalb eines Walzguts auf dessen Walzbarkeit.
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Der Artikel „Reduction of Cobble Generation in Hot Strip Mill“, Rath et al., betrifft eine Möglichkeit zum Vorhersagen von Fehlwalzungen innerhalb einer Walzanlage.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine ganzheitliche automatische Detektion und Analyse von Hochgehern zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung und den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander einen weiterbildenden, insbesondere auch bevorzugten oder vorteilhaften, Aspekt der Erfindung darstellen können. Ausgestaltungen des Verfahrens können dabei Ausgestaltungen der Metallbandbearbeitungsanlage entsprechen, selbst wenn im Folgenden hierauf im Einzelfall nicht explizit hingewiesen wird.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Metallbandbearbeitungsanlage, die wenigstens eine Bandbearbeitungseinheit zum Bearbeiten eines die Metallbandbearbeitungsanlage durchlaufenden Metallbands aufweist, wobei die Bandbearbeitungseinheit in Form einer wenigstens ein Walzgerüst aufweisenden Walzstraße, einer Kühlstrecke oder einer Haspel gegeben ist, wird unter Berücksichtigung von wenigstens einem mittels einer Messeinheit der Metallbandbearbeitungsanlage erfassten Parameter des Metallbands und/oder unter Berücksichtigung von wenigstens einem Betriebsparameter der Bandbearbeitungseinheit elektronisch ermittelt, ob ein ordnungsgemäßer Banddurchlauf des Metallbands durch die Metallbandbearbeitungsanlage gegeben ist oder nicht.
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Erfindungsgemäß wird automatisiert elektronisch ermittelt, ob ein ordnungsgemäßer Banddurchlauf des Metallbands durch die Metallbandbearbeitungsanlage gegeben ist oder, insbesondere aufgrund eines Hochgehers, nicht gegeben ist. Dies macht eine automatische Dokumentation und Speicherung von Hochgehern und zugehörigen Produktionsdaten, die teilweise auch Stördaten enthalten können, möglich. Die Speicherung von Hochgehern und zugehörigen Produktionsdaten macht eine ganzheitliche automatische Analyse von Hochgehern möglich, was wiederum eine Vorhersage eines Risikos des Auftretens von Hochgehern bei bestimmten Produktionsdaten ermöglicht. Solche Vorhersagen können beispielsweise einem Bedienpersonal angezeigt werden, um eine optimale Planung eines Walzvorgangs vornehmen zu können. Zudem ist auf Basis der Analyse von Hochgehern eine vorbeugende Instandhaltung einer Metallbandbearbeitungsanlage möglich, was eine Reduktion von Produktionsausfällen sowie Anlagenstörungen und Anlagenschäden verhindert.
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Die ganzheitliche Dokumentation von Hochgehern und Anlagenstörungen erlaubt eine Festlegung von Maßnahmen für die Instanthaltung der Metallbandbearbeitungsanlage. Diese Maßnahmen können entweder unmittelbar oder im nächsten geplanten Reparaturstillstand durchgeführt werden. Hierdurch lassen sich langfristig Hochgeher und damit verbundene Anlagenstillstände reduzieren, wodurch der Nutzzeitgrad erhöht und die Produktqualität verbessert wird. Die Folge ist eine Optimierung der Kosten für den Anlagenbetrieb und eine Erhöhung des Ausbringens.
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Eine Beispielrechnung für eine Metallbandbearbeitungsanlage mit einer Warmbreitbandstraße soll das verdeutlichen. Durch Instanthaltungsmaßnahmen möge die Anzahl der Hochgeher um die Hälfte reduziert werden. In Extremfällen kann die Hochgeherzahl in einem Monat bei bis zu dreißig Metallbändern liegen. Bei einem Verkaufspreis von etwa 800 €/t und einem durchschnittlichen Coilgewicht von 30 Tonnen ergibt sich zunächst eine Mehreinnahme von 24.000 € pro vermiedenem Hochgeher. Hochgerechnet auf ein Jahr können 180 Metallbänder mehr hergestellt werden, was eine Mehreinnahme von 180 Bänder x 24.000 € = 4.320.000 € bedeutet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Berücksichtigung von wenigstens einem mittels einer Messeinheit der Metallbandbearbeitungsanlage erfassten Parameter des Metallbands durchgeführt werden. Ein solcher Bandparameter kann beispielsweise eine Dicke, eine Breite, ein Dickenprofil, eine Planlage, eine Temperatur oder dergleichen sein. Diese Bandparameter können beispielsweise mittels im Auslauf der Walzstraße bzw. Fertigstraße direkt hinter dem letzten Walzgerüst der Walzstraße angeordnete Messeinheiten erfasst werden. Das Verfahren kann auch unter Berücksichtigung von zwei oder mehreren solcher Bandparameter durchgeführt werden. Die Messung des Bandparameters wird an einem bestimmten Ort innerhalb der Metallbandbearbeitungsanlage durchgeführt, beispielsweise innerhalb der Walzstraße, an einem Auslauf der Walzstraße, innerhalb der Kühlstrecke, an einem Auslauf der Kühlstrecke, an einem Einlauf der Haspel oder dergleichen. An einem Einlauf der Haspel kann als Bandparameter beispielsweise die Temperatur und/oder, falls eine entsprechende Messeinheit vorhanden, die Breite des einlaufenden Metallbands gemessen werden.
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Alternativ oder additiv kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Berücksichtigung von wenigstens einem Betriebsparameter der Bandbearbeitungseinheit durchgeführt werden. Der Betriebsparameter kann hierzu fortlaufend elektronisch erfasst werden. Der Betriebsparameter kann beispielsweise eine Geschwindigkeit einer Arbeitswalze eines Walzgerüsts der Walzstraße, eine mechanische Belastung des Walzgerüsts mittels eines damit durchgeführten Walzvorgangs, ein Aktivierungszustand der Haspel oder dergleichen sein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch unter Berücksichtigung von zwei oder mehr Betriebsparametern der Bandbearbeitungseinheit durchgeführt werden. Bei zwei oder mehr vorhandenen Bandbearbeitungseinheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Berücksichtigung von jeweils wenigstens einem Betriebsparameter von jeder Bandbearbeitungseinheit durchgeführt werden.
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Durch die automatisierte Erfassung von Hochgehern zusammen mit Stichplandaten besteht die Möglichkeit der ganzheitlichen Auswertung der Hochgeher in Abhängigkeit von Geometriedaten und Werkstoffdaten. Die Betrachtung des Werkstoffs des Metallbands kann über den Formänderungswiderstand k
w erfolgen. Der Formänderungswiderstand ist nach der elementaren Walztheorie nach den Gleichungen
und
aus den Stichplandaten zu bestimmen. Dabei bedeutet F die Walzkraft im Walzgerüst, I
d die gedrückte Länge im Walzspalt, ho die Eintrittsdicke des Metallbands in das jeweilige Walzgerüst, h
1 die Austrittsdicke des Metallbands aus dem jeweiligen Walzgerüst, r der Arbeitswalzenradius und b die Metallbandbreite. Hieraus lässt sich für künftige Walzprogramme in Abhängigkeit der gewalzten Werkstoffe und Geometrieparameter eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Hochgehern durch Bildung einer Korrelation aus Hochgeheranzahl und Produktmix (Werkstoff, gekennzeichnet durch Formänderungswiderstand, sowie Dicke und Breite) angeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird unter Verwendung einer Volumenkonstanzgleichung
und einer momentanen Walzgeschwindigkeit ein Meterstempel für den Parameter des Metallbands bzw. für den Betriebsparameter der Bandbearbeitungseinheit elektronisch ermittelt. Hierbei bedeutet / die Länge des Fertigbands bzw. Vorbands und d die Dicke des Fertigbands bzw. Vorbands. Aus einer Stichplanvorausberechnung, beispielsweise in einer Warmbandstraße, sind die Vorbandparameter und die Fertigbandparameter, insbesondere die Temperatur und die Dicke, des Metallbands sowie die Stichabnahme in dem jeweiligen Walzgerüst der Warmbandstraße bekannt. Diese Parameter erfüllen aufgrund des Gesetzes der Volumenkonstanz die obige Volumenkonstanzgleichung, aus der sich insbesondere eine theoretische Fertigbandlänge I
Fertigband ergibt. Bei einem Hochgeher in der Walzstraße erreicht das Metallband den jeweiligen Messort im Auslauf der Walzstraße entweder gar nicht oder es werden nicht plausible Meterstempel gebildet. Beides ist ein eindeutiger Hinweis auf das Vorliegen eines Hochgehers, der somit elektronisch erfassbar ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für einen an einem Messort zu erwartenden Meterstempel eine UND-Abfrage elektronisch durchgeführt. Hierdurch können Fehler in der Messeinheit selbst bei der Ermittlung des Vorliegens eine Hochgehers ausgeschlossen werden. Beispielsweise kann ein Meterstempel erfasst werden und gleichzeitig abgefragt bzw. aus einem Signal der zum Erfassen des Meterstempels verwendeten Messeinheit ermittelt werden, ob die Messeinheit ordnungsgemäß betriebsbereit ist. Hierbei wird also das Messsignal der Messeinheit über eine UND-Abfrage mit einem Betriebszustandssignal der Messeinheit verknüpft, so dass ausgeschlossen werden kann, dass ein Messsignal zur Ermittlung des Vorliegens eines Hochgehers verwendet wird, das im Wesentlichen durch einen Betriebsfehler der Messeinheit bedingt ist. Alternativ oder additiv kann, beispielsweise mittels der Messeinheit, eine Plausibilitätsprüfung hinsichtlich des jeweiligen Messsignals durchgeführt werden. Ein dadurch erzeugtes Plausibilitätssignal kann über eine UND-Abfrage mit dem Messsignal verknüpft werden, so dass ausgeschlossen werden kann, dass ein Messsignal zur Ermittlung des Vorliegens eines Hochgehers verwendet wird, das nicht plausibel ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine an einem Messort zu erwartende Länge des Metallbands mit einer an dem Messort gemessenen Länge des Metallbands elektronisch verglichen und elektronisch ermittelt, dass ein ordnungsgemäßer Banddurchlauf des Metallbands durch die Metallbandbearbeitungsanlage nicht gegeben ist, wenn die gemessene Länge ≤ 80 % der zu erwartenden Länge beträgt. Im Fall einer Bandbearbeitungseinheit in Form einer Haspel kann das Vorliegen eines nicht ordnungsgemäßen Banddurchlaufs des Metallbands durch die Metallbandbearbeitungsanlage ermittelt werden, wenn die gemessene Länge ≤ 30 % der zu erwartenden Länge beträgt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird dann, wenn elektronisch ermittelt worden ist, dass ein ordnungsgemäßer Banddurchlauf des Metallbands durch die Metallbandbearbeitungsanlage nicht gegeben ist, ein Zeitstempel elektronisch erzeugt und mit Parametern eines momentan durchgeführten Walzprogramms gespeichert. Mit dem Zeitstempel ist zusammen mit den Parametern des momentan durchgeführten Walzprogramms eine Zuordnung eines Hochgehers zu den Walzdaten, die beispielsweise eine Bandgeometrie, ein Bandwerkstoff oder dergleichen enthalten, sowie zu Daten zu einem Ofen im Walzwerk und zu Daten einer Stranggussanlage für ein Vormaterial gegeben. Der Zeitstempel lässt sich aus Signalen einer Messeinheit, wie beispielsweise einer Kamera, an der Bandbearbeitungseinheit selbst und/oder aus Einträgen in einem Level 2- oder Level 3-System prozessstufenübergreifend generieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Parameter des Metallbands mittels einer in einem Auslauf der Walzstraße angeordneten Messeinheit oder mittels einer in einem Auslauf der Kühlstrecke angeordneten Messeinheit oder mittels einer in einem Einlauf der Haspel angeordneten Messeinheit elektronisch erfasst.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird elektronisch ermittelt, dass ein ordnungsgemäßer Banddurchlauf des Metallbands durch die Metallbandbearbeitungsanlage nicht gegeben ist, wenn eine zeitliche Differenz zwischen einem Zeitpunkt, an dem der Betriebsparameter der Bandbearbeitungseinheit elektronisch erfasst wird, und einem nachfolgenden Zeitpunkt, an dem ein Betriebsparameter einer weiteren Bandbearbeitungseinheit der Metallbandbearbeitungsanlage elektronisch erfasst wird, mehr als 10 s beträgt. Dies stellt eine direkte Methode zur Ermittlung von Hochgehern, insbesondere in Walzstraßen, dar. Beispielsweise kann zu einem ersten Zeitpunkt ein Betriebsparameter des Walzgerüsts „Gerüst belastet“ erfasst werden, während zu einem späteren Zeitpunkt ein Betriebsparameter der Haspel „Haspel aktiv“ erfasst werden kann. Bei einer Abweichung von 10 s zwischen den beiden Zeitenpunkten wird elektronisch darauf geschlossen, dass ein Hochgeher vorliegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird elektronisch ermittelt, dass ein ordnungsgemäßer Banddurchlauf des Metallbands durch die Metallbandbearbeitungsanlage nicht gegeben ist, wenn eine Bandgeschwindigkeit des Metallbands an einem Walzgerüst der mehrgerüstigen Walzstraße kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist. Diese Methode zur Hochgeherermittlung kann beispielsweise in einer Warmbandstraße eingesetzt werden. Die jeweilige Bandgeschwindigkeit an dem jeweiligen Walzgerüst der Walzstraßen kann über eine Drehgeschwindigkeit der jeweiligen Arbeitswalzen der Walzgerüste erfasst werden. Hierdurch ergibt sich über die Länge der Walzstraße ein Geschwindigkeitsverlauf des Metallbands bzw. der Arbeitswalzen. Sobald ein Metallband bei einer mit Bezug auf einen Einlauf in die Walzstraße gegebenen Koordinate innerhalb der Walzstraße von beispielsweise größer als zehn Metern eine Geschwindigkeit der Arbeitswalzen von beispielsweise weniger als ein Meter pro Sekunde aufweist, kann elektronisch auf das Vorliegen eines Hochgehers innerhalb der Walzstraße geschlossen werden.
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Eine erfindungsgemäße Metallbandbearbeitungsanlage weist wenigstens eine Bandbearbeitungseinheit zum Bearbeiten eines die Metallbandbearbeitungsanlage durchlaufenden Metallbands und wenigstens eine Anlagenelektronik zum Betreiben der Metallbandbearbeitungsanlage auf, wobei die Bandbearbeitungseinheit in Form einer wenigstens ein Walzgerüst aufweisenden Walzstraße, einer Kühlstrecke oder einer Haspel gegeben ist und die Anlagenelektronik zu Durchführen des Verfahrens nach einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander eingerichtet ist.
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Mit der Metallbandbearbeitungsanlage sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Metallbandbearbeitungsanlage kann auch die Walzstraße, die Kühlstrecke und die Haspel aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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