DE10310357A1 - Gießwalzanlage zur Erzeugen eines Stahlbandes - Google Patents
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Abstract
Zum Erzeugen eines Stahlbandes (1) weist eine Gießwalzanlage eine Flüssigstahl-Vorratseinrichtung (2), eine Flüssigstahl-Zugabevorrichtung (3), eine vertikal arbeitende Gießeinrichtung (5) mit mitlaufender Kokille (6), eine Reduktionseinrichtung (7) mit einer Vielzahl von Rollenpaaren (8), eine Umlenkeinrichtung (9) zum Umlenken des gegossenen Stahlbandes (1) in eine horizontale Lage, ein horizontal arbeitendes Walzwerk (10) und eine Haspeleinrichtung (11) auf, die über einzelne technologische Regelkreise (2' bis 11') geführt werden. Zur integrierten Einstellung der technologischen Regelkreise (2' bis 11') weist sie ferner ein die Anlagenteile (2 bis 11) regelungstechnisch miteinander verbindendes Leitsystem (12) auf, das auf der Basis von mathematischen Modellen (17) arbeitet und die einzelnen Anlagenteile (2 bis 11) in Bezug auf ihr Zusammenwirken in Abstimmung aufeinander derart führt, dass die Auswirkungen der Regelschritte eines Anlagenteils (2 bis 11) auf in Massenflussrichtung folgende Anlagenteile (2 bis 11) berücksichtigt werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießwalzanlage zum Erzeugen eines Stahlbandes, mit einer Flüssigstahl-Vorratseinrichtung, einer Flüssigstahl-Zugabevorrichtung, einer vertikal arbeitenden Gießeinrichtung mit mitlaufender Kokille, einer Reduktionseinrichtung mit einer Vielzahl von Rollenpaaren, einer Umlenkeinrichtung zum Umlenken des gegossenen Stahlbandes in eine horizontale Lage, einem horizontal arbeitenden Walzwerk und einer Haspeleinrichtung, wobei alle Komponenten über einzelne technologische Regelkreise geführt werden.
- Eine derartige Gießwalzanlage ist z. B. aus der
EP 0 329 639 B1 bekannt. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine derartige Gießwalzanlage so weiter zu bilden, dass mit ihr auf einfache Weise qualitativ hochwertige Stahlbänder produzierbar sind.
- Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sie zur integrierten Einstellung der technologischen Regelkreise ein die Flüssigstahl-Vorratseinrichtung, die Flüssigstahl-Zugabevorrichtung, die Gießeinrichtung, die Reduktionseinrichtung, die Umlenkeinrichtung, das Walzwerk und die Haspeleinrichtung regelungstechnisch miteinander verbindendes, auf der Basis von mathematischen Modellen arbeitendes Leitsystem aufweist, das die einzelnen Anlagenteile in Bezug auf ihr Zusammenwirken in Abstimmung aufeinander derart führt, dass die Auswirkungen der Regelschritte eines Anlagenteils auf in Massenflussrichtung folgende Anlagenteile berücksichtigt werden.
- Die Erfindung fußt also auf der Schaffung eines anlagenteilübergreifenden Leitsystems, das sich von der Flüssigstahlbevorratung bis zum Aufhaspeln erstreckt.
- Wenn das mittels der Kokille gegossene Stahlband beim Austritt aus der Kokille eine Gießdicke zwischen 40 und 100 mm aufweist, besitzt das Stahlband eine gegenüber konventionellen Stranggießanlagen bereits reduzierte Gießdicke, so dass zum Erzeugen des Endprodukts, das heißt des gewalzten Stahlbandes, weniger Verformungsarbeit geleistet werden muss.
- Wenn das Stahlband in der Reduktionseinrichtung auf eine Walzeingangsdicke zwischen 10 und 40 mm, insbesondere zwischen 15 und 35 mm, reduzierbar ist, erfolgt vor dem eigentlichen Walzen bereits eine deutliche Reduktion der Banddicke. Da diese Reduktion bei hohen Temperaturen, eventuell sogar noch vor dem Durcherstarren des Stahlbandes erfolgt, ist für diese Reduktion ebenfalls nur geringe Umformarbeit erforderlich. Dies gilt ganz besonders, wenn das Stahlband in der Reduktionseinrichtung, bezogen auf die Gießdicke, um mindestens 25 % reduzierbar ist.
- Die Reduktionseinrichtung weist vorzugsweise einen oberen Teil auf, in dem das Stahlband umgeformt wird, und einen unteren Teil, in dem das Stahlband seine Form beibehält.
- Wenn die Gießwalzanlage durch das Leitsystem derart führbar ist, dass das Stahlband erst in der Reduktionseinrichtung durcherstarrt, muss zum Umformen des Stahlbandes in der Reduktionseinrichtung nur besonders wenig Umformarbeit geleistet werden. Dies gilt ganz besonders, wenn das Stahlband erst im unteren Teil, in dem es seine Form beibehält, durcherstarrt.
- Das Walzwerk kann alternativ ein reines Warmwalzwerk oder ein Warmwalzwerk mit nachgeordnetem Kaltwalzwerk sein. Im einen Fall weist das Stahlband eine Enddicke zwischen 1,0 und 6,0 mm auf, mit der es von der Haspeleinrichtung aufgehaspelt wird, im anderen Fall liegt die Enddicke zwischen 0,3 und 2,0 mm.
- Wenn das Stahlband in der Reduktionseinrichtung auf eine Walzeingangsdicke reduziert wird, die in Abhängigkeit von der Enddicke bestimmt wird, wird bereits der Reduktionsumfang in der Reduktionseinrichtung derart bestimmt, dass nachfolgende Anlagenteile unter Berücksichtigung technologisch vorteilhafter Randbedingungen effizient betreibbar sind.
- Wenn zwischen dem Walzwerk und der Haspeleinrichtung eine Kühlstrecke angeordnet ist, auch die Kühlstrecke von einem technologischen Regelkreis geführt wird und auch dieser Regelkreis vom Leitsystem geführt wird, ergibt sich eine noch umfassendere Anlage, bei der auch die Kühlstrecke in die ganzheitliche Führung durch das Leitsystem eingebunden ist.
- In analoger Weise ist dem Walzwerk vorzugsweise ein Zunderwäscher vorgeordnet, der ebenfalls von einem technologischen Regelkreis geführt wird, wobei auch dieser Regelkreis vom Leitsystem geführt wird.
- Vorzugsweise erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Gießwalzanlage eine durchgängige Behandlung des Stahlbandes. Das Stahlband wird also unmittelbar nach dem Gießen, Reduzieren und Umlenken sofort gewalzt und aufgehaspelt. Alternativ ist aber auch möglich, dass zwischen der Umlenkeinrichtung und dem Walzwerk ein Zwischenhaspel und ein Ausgleichsofen angeordnet sind, wobei auch diese Anlagenteile von einem technologischen Regelkreis geführt werden und dieser Regelkreis wiederum vom Leitsystem geführt wird.
- Vorzugweise beinhaltet das Leitsystem ein Materialmodell, mittels dessen unter Wegverfolgung ein Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes von der Stahlvorratseinrichtung bis zur Haspeleinrichtung modellierbar ist, wobei die technologischen Regelkreise in Abhängigkeit von dem modellierten Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes zeitrichtig geführt werden. Denn die Eigenschaften eines Stahls bzw. eines Stahlbandes hängen nicht nur von seiner chemischen Zusammensetzung und seinem bzw. seiner mechanischen Behandlung ab, sondern auch von der Temperaturhistorie.
- Wenn im Rahmen des Materialmodells auch Phasenumwandlungen des Stahls bzw. des Stahlbandes (z. B. flüssig-fest oder Austenit-Ferrit) modelliert werden, erfolgt eine noch bessere Modellierung. Dabei ist es sogar möglich, dass im Rahmen des Materialmodells auch Gefügeeigenschaften des Stahlbandes modelliert werden.
- Wenn die Schmelzentemperatur des Stahls gemessen und dem Materialmodell als Anfangsparameter zugeführt wird, arbeitet das Materialmodell besonders gut.
- Wenn hinter der Kokille, hinter der Reduktionseinrichtung, innerhalb des Walzwerks und/oder hinter dem Walzwerk, eventuell auch innerhalb und/oder hinter der Kühlstrecke, eine Isttemperatur des Stahlbandes erfasst und zur Adaption des Materialmodells herangezogen wird, ergibt sich eine (allmähliche) Anpassung des Modells an die Realität.
- Üblicherweise weisen die einzelnen Anlagenteile lokal wirkende Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes auf. Insbesondere diese Einrichtungen werden über die den einzelnen Anlagenteilen zugeordneten technologischen Regelkreise entsprechend der Führung durch das Leitsystem geregelt. Als lokal wirkende Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung kommen dabei insbesondere Kühlungen, z. B. mit Wasser, und (induktive) Heizeinrichtungen in Frage.
- Vorzugsweise ermittelt das Leitsystem (zusätzlich) mindestens eine Führungsgröße zur Anlagenteil übergreifend wirkenden Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes und führt die betreffenden Anlagenteile entsprechend dieser Führungsgröße.
- Als anlagenteilübergreifend wirkende Führungsgröße kommt dabei insbesondere der Massenfluss in Frage. Denn insbesondere eine Änderung des Massenflusses beeinflusst alle unmittelbar hintereinander angeordneten Anlagenteile, in denen das Stahlband kontinuierlich bearbeitet wird. Bei einer Änderung des Massenflusses müssen daher alle nachfolgenden lokal wirkenden Einrichtungen entsprechend angepasst geführt werden, um ein gleichbleibendes Temperaturverhalten des Stahlbandes zu gewährleisten.
- Insbesondere im Walzwerk kommen auch Querschnittsänderungen in Frage, welche die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes beeinflussen. Auch in diesem Fall ist eine entsprechende Anpassung der nachfolgenden Anlagenteile, insbesondere der Kühlstrecke, an die dadurch bewirkte Verringerung der Durchlaufzeit erforderlich, um weiterhin ein gleichbleibendes Temperaturverhalten zu erzielen.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
-
1 eine Gießwalzanlage, -
2 einen Ausschnitt von1 und -
3 ein Leitsystem mit unterlagerten technologischen Regelkreisen für eine Gießwalzanlage. - Gemäß
1 weist eine Gießwalzanlage zum Erzeugen eines Stahlbandes1 zunächst eine Flüssigstahl-Vorratseinrichtung2 auf. Diese Einrichtung2 ist üblicherweise als sogenannter Tundish ausgebildet. Vom Tundish2 aus gelangt flüssiger Stahl über eine nur schematisch angedeutete Flüssigstahl-Zugabevorrichtung3 (z. B. einen anhebbaren Verschlussstopfen) und ein Tauchrohr4 in eine Gießeinrichtung5 . Der Gieß spiegel wird dabei in bekannter Weise auf wenige mm genau, z. B. auf ± 3 mm genau geregelt. - Die Gießeinrichtung
5 ist im vorliegenden Fall als vertikal arbeitende Gießeinrichtung5 ausgebildet. Sie weist eine Vielzahl von Platten6 auf, die zu einer Endloskette miteinander verbunden sind und mit dem gegossenen Stahlband1 mitlaufen. Die Platten6 bilden also zusammen eine mitlaufende Kokille6 . Aus der Kokille6 läuft das Stahlband1 mit einer Gießdicke d1 und einer Bandbreite b aus. - Der Gießeinrichtung
5 ist eine Reduktionseinrichtung7 nachgeordnet. Die Reduktionseinrichtung7 weist eine Vielzahl von Rollenpaaren8 auf, mittels derer das Stahlband1 geführt und auf eine Walzeingangsdicke d2 reduziert wird. - Der Reduktionseinrichtung
7 ist eine Umlenkeinrichtung9 nachgeordnet. Diese lenkt das Stahlband1 in eine horizontale Lage um. Der Umlenkeinrichtung9 schließlich ist ein Walzwerk10 nachgeordnet, in dem das Stahlband1 auf eine Enddicke d3 heruntergewalzt wird. Nach dem Walzen wird das Stahlband1 mittels einer Haspeleinrichtung11 aufgehaspelt. - Jedem der Anlagenteile
2 ,3 ,5 ,7 ,9 bis11 ist ein technologischer Regelkreis2' ,3' ,5' ,7' ,9' bis11' zugeordnet. Der technologische Regelkreis2' führt die Flüssigstahl-Vorratseinrichtung2 , der Regelkreis3' die Flüssigstahl-Zugabevorrichtung3 usw.. Alle Komponenten2 bis11 werden also über ihren jeweiligen Regelkreis2' bis11' geführt. - Zur integrierten Einstellung der technologischen Regelkreise
2' bis11' ist der Gießwalzanlage ein Leitsystem12 zugeordnet. Das Leitsystem12 arbeitet auf der Basis von mathematischen Modellen. Die Modelle können gegebenenfalls in neuronalen Netzwerken, eventuell auch in Fuzzy-Neuro-Netzen, implementiert werden. Es verbindet die Regelkreise2' bis11' für die einzelnen Anlagenteile2 ,3 ,5 ,7 ,9 ,10 und11 rege lungstechnisch miteinander. Dadurch ist es insbesondere möglich, die einzelnen Anlagenteile2 ,3 ,5 ,7 ,9 ,10 und11 in Bezug auf ihr Zusammenwirken in Abstimmung aufeinander derart zu führen, dass die Auswirkungen der Regelschritte eines Anlagenteils, z. B. der Reduktionseinrichtung7 , auf in Massenflussrichtung folgende Anlagenteile, im gegebenen Beispiel die Umlenkeinrichtung9 , das Walzwerk10 und die Haspeleinrichtung11 , berücksichtigt werden. - In
2 sind die Flüssigstahl-Vorratseinrichtung2 , die Flüssigstahl-Zugabevorrichtung3 , die Gießeinrichtung5 , die Reduktionseinrichtung7 und das Walzwerk10 nochmals deutlicher dargestellt. Insbesondere die Ausbildung der Kokille6 mit einzelnen Platten6 ist deutlich ersichtlich. - Gemäß der Darstellung von
2 bestehen die Breitseiten der Kokille6 aus den Platten6 . Gegebenenfalls könnten aber auch die in2 nicht sichtbaren Schmalseiten auf diese Weise ausgebildet sein. - Der von der Gießeinrichtung
5 erzeugte Stahlstrang1 weist bereits die Gießdicke d1 von nur 40 bis 100 mm auf. Die Bandbreite b liegt vorzugsweise zwischen 500 und 2000 mm. Die Gießwalzanlage wird dabei vom Leitsystem12 derart geführt, dass das Stahlband1 aus der Kokille6 als Strang mit fester (erstarrter) Strangschale1' und flüssigem Strangkern1'' austritt. Erst in der Reduktionseinrichtung7 tritt eine völlige Durcherstarrung des Stahlbandes1 ein. - In der Reduktionseinrichtung
7 wird das Stahlband1 auf die Walzeingangsdicke d2 reduziert. Die Walzeingangsdicke d2 beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 40 mm, meist liegt sie sogar zwischen 15 und 35 mm. In jedem Fall wird das Stahlband1 auf eine Walzeingangsdicke d2 reduziert, die mindestens 25 % unter der Gießdicke d1 liegt. - Gemäß
2 weist die Reduktionseinrichtung7 einen oberen Teil13' und einen unteren Teil13'' auf. Im oberen Teil13' wird das Stahlband1 dickenreduziert, im unteren Teil13" behält es seine Form bei. Die Führung der Gießwalzanlage durch das Leitsystem12 ist dabei derart ausgestaltet, dass das Stahlband1 erst im unteren Teil13'' der Reduktionseinrichtung7 durcherstarrt. Im oberen Teil13' , in dem das Stahlband1 umgeformt wird, weist es hingegen noch den flüssigen Strangkern1'' auf. - Gemäß
3 kann der Reduktionseinrichtung7 ein einzelnes vertikal arbeitendes Walzgerüst7'' , hier ein Quartogerüst, nachgeordnet sein. Mittels des Walzgerüsts7'' werden die Strangschalen aneinander gepresst und verschweißen somit noch besser. Auch erfolgt bereits eine Gefügeumwandlung. Das Walzgerüst7'' wird, falls es vorhanden ist, vorzugsweise von dem der Reduktionseinrichtung7 zugeordneten Regelkreis7' mit geführt. - Die Umlenkeinrichtung
9 – siehe1 – kann in konventioneller Weise sogenannte Bogensegmente mit Führungsrollen aufweisen, in denen das Stahlband1 in die Horizontale umgelenkt wird. Die Umlenkung kann aber auch auf andere Art, insbesondere durch das Ausüben elektromagnetischer Kräfte, erfolgen. - Von der Umlenkeinrichtung
9 aus wird das Stahlband1 gemäß1 direkt dem Walzwerk10 zugeführt. Zwischen der Umlenkeinrichtung9 und dem Walzwerk10 ist dabei ein Zunderwäscher14 angeordnet. Der Zunderwäscher14 ist in der Regel dem technologischen Regelkreis10' des Walzwerks10 zugeordnet, wird also ebenfalls von diesem Regelkreis10' geführt. Im Ergebnis wird somit auch der Zunderwäscher14 von einem technologischen Regelkreis, nämlich dem Regelkreis10' für das Walzwerk10 , geführt, wobei dieser Regelkreis10' wiederum vom Leitsystem12 geführt wird. - Das Walzwerk
10 kann bis zu10 Walzgerüste aufweisen. Es kann alternativ als reines Warmwalzwerk oder als Warmwalzwerk mit nachgeordnetem Kaltwalzwerk ausgebildet sein. Wenn das Walzwerk10 als reines Warmwalzwerk ausgebildet ist, wird das Stahlband1 im Walzwerk10 auf eine Enddicke d3 von 1,0 bis 6,0 mm herunter gewalzt. Wenn das Walzwerk10 als Warmwalzwerk mit nachgeordnetem Kaltwalzwerk ausgebildet ist, wird das Stahlband1 im Warmwalzwerk auf eine Zwischendicke d4 von 1,0 bis 6,0 mm herunter gewalzt, im nachgeordneten Kaltwalzwerk auf die Enddicke d3, die in diesem Fall zwischen 0,3 und 2,0 mm liegt. Mit der Enddicke d3 wird das Stahlband1 dann von der Haspeleinrichtung11 aufgehaspelt. - Die Enddicke d3 hat Einfluss auf die Walzeingangsdicke d2. Bei der Ausbildung des Walzwerks
10 als reines Warmwalzwerk beträgt z. B. die Walzeingangsdicke d2 bei einer Endwalzdicke d3 von 1,0 mm das fünfzehn- bis zwanzigfache der Enddicke d3, bei einer Endwalzdicke d3 von 6,0 mm das sechs- oder siebenfache. Sie liegt also in diesem Fall zwischen 15 und 42 mm. Bei der Ausbildung des Walzwerks10 als Warmwalzwerk mit nachgeordnetem Kaltwalzwerk wird zunächst anhand der Enddicke d3 – z. B. durch eine lineare Abbildung gemäß der Formel d4 = 3 d3 die Übergangsdicke d4 ermittelt. Die Walzeingangsdicke d2 ergibt sich in diesem Fall in analoger Weise aus der Übergangsdicke d4. - Gemäß
1 ist zwischen dem Walzwerk10 und der Haspeleinrichtung11 eine Kühlstrecke15 angeordnet. Der Kühlstrecke15 ist ein (eigener) technologischer Regelkreis15' zugeordnet, von dem die Kühlstrecke15 geführt wird. Auch dieser Regelkreis15' wird vom Leitsystem12 geführt. - In
3 sind nochmals die Komponenten bzw. Anlagenteile2 ,3 ,5 ,7 ,9 bis11 und15 der Gießwalzanlage schematisch dargestellt. Auch die ihnen zugeordneten Regelkreise2' bis11' ,15' sowie das Leitsystem12 sind mit dargestellt. - Gemäß
3 werden von den Regelkreisen2' bis11' ,15' kontinuierlich – z. B. mit einem Zeittakt von 0,2 Sekunden – Istwerte erfasst, die für einen Materialfluss des Stahls bzw. des Stahlbandes1 charakteristisch sind. Beispielsweise wird bezüglich der Flüssigstahl-Vorratseinrichtung2 der Mengenzufluss, also die Massenänderung pro Zeiteinheit, erfasst. Der erfasste Zufluss wird an einen Wegverfolger16 übermittelt. - Bezüglich der Gießeinrichtung
5 werden in bekannter Weise der Gießspiegel sowie eine Abzugsgeschwindigkeit, mit der das Stahlband1 aus der Kokille6 austritt, erfasst und an den Wegverfolger16 übermittelt. In Verbindung mit dem bekannten Kokillenquerschnitt ist somit ohne weiteres auch der in die Kokille6 eintretende und der die Kokille6 verlassende Materialstrom ermittelbar. - Von den anderen Komponenten
7 ,9 ,10 ,11 und15 werden jeweils die Materialgeschwindigkeiten des Stahlbandes1 an den Wegverfolger16 übermittelt. - Auf Grund der ihm zugeführten Informationen ist der Wegverfolger
16 in der Lage, auf bekannte Weise eine Wegverfolgung des Stahls bzw. des Stahlbandes1 durch die gesamte Gießwalzanlage zu realisieren. Das Ergebnis dieser Wegverfolgung wird vom Wegverfolger16 an das Leitsystem12 übermittelt. - Das Leitsystem
12 beinhaltet unter anderem ein Materialmodell17 . Mittels des Materialmodells17 ist zumindest das reine Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes1 modellierbar. Vorzugsweise können im Rahmen des Materialmodells17 aber auch Phasenumwandlungen des Stahls bzw. des Stahlbandes1 (z. B. das Erstarrungsverhalten, also der Phasenübergang von flüssig zu fest, oder Phasenumwandlungen innerhalb der festen Phase, z. B. von Austenit nach Ferrit), modelliert werden. In diesem Fall ist es sogar möglich, dass im Rahmen des Materialmodells17 auch Gefügeeigenschaften des Stahlbandes1 wie z. B. die Korngröße und die Gefügeanteile model liert werden. Damit sind dann auch mechanische Eigenschaften des Stahlbandes1 wie z. B. die Streckgrenze und die Zugfestigkeit ermittelbar. - Insbesondere wird im Leitsystem
12 (bzw. im Materialmodell17 ) also sowohl die Temperatur- als auch die Gefügeentwicklung des Stahlbandes1 über die ganze Anlage – von Tundish2 bis zur Haspeleinrichtung11 – unter Wegverfolgung des Stahlbandes1 in Echtzeit mitgerechnet. Dadurch können Abweichungen in vorgeordneten Anlagenteilen, z. B. der Gießeinrichtung5 , in nachfolgenden Anlagenteilen, z. B. der Kühlstrecke15 oder der Umlenkeinrichtung7 , gezielt korrigiert werden. - In Echtzeit ablauffähige Temperaturmodelle sind bekannt. Es werden beispielhaft die
DE 196 12 420 A1 , dieDE 199 31 331 A1 und dieDE 101 29 565 A1 sowie die älteren Anmeldungen „Steuerverfahren für eine einer Kühlstrecke vorgeordnete Fertigstraße zum Walzen von Metall-Warmband" vom 15.11.2001, amtliches Aktenzeichen 101 56 008.7, und „Modellierverfahren für ein Metall" vom 06.11.2002, amtliches Aktenzeichen 102 51 716.9, genannt. - Das Materialmodell
17 modelliert vorzugsweise auch das Umformungsverhalten des Stahlbandes 1 im Walzwerk10 , und zwar einschließlich dadurch bewirkter Temperatureinflüsse. Auch derartige Modelle sind allgemein bekannt. Beispielhaft wird hierzu auf die ältere Anmeldung „Rechnergestütztes Ermittlungsverfahren für Sollwerte für Profil- und Planheitsstellglieder" vom 15.03.2002, amtliches Aktenzeichen 102 11 623.7, und den dort genannten Stand der Technik verwiesen. - Zum korrekten Modellieren des Temperaturverhaltens benötigt das Materialmodell
17 eine Reihe von Eingangsgrößen. - Zunächst wird die chemische Zusammensetzung der Stahlschmelze benötigt. Denn von der chemischen Zusammensetzung hängen unter anderem Umwandlungstemperaturen und Gefügeeigenschaften usw. ab. Diese Zusammensetzung wird dem Materialmodell
17 entweder von einem Anwender oder aber – z. B. bei Erfassung der Beschickung einer Stahlerzeugungseinrichtung durch deren zugeordneten Regelkreis – automatisch zugeführt. - Sodann wird die Schmelzentemperatur, nachfolgend mit T0 bezeichnet, benötigt. Diese Temperatur T0 wird mittels einer an sich bekannten Messeinrichtung
18 in der Flüssigstahl-Vorratseinrichtung2 erfasst und über den Regelkreis2' oder aber direkt dem Leitsystem12 und dann dem Materialmodell17 als Anfangsparameter zugeführt. Alternativ oder zusätzlich könnte die Schmelzentemperatur T0 auch hinter der Flüssigstahl-Zugabevorrichtung3 erfasst werden. Dies ist in3 gestrichelt angedeutet. - Die einzelnen Anlagenteile
5 ,7 ,9 ,10 ,11 und15 weisen lokal wirkende Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes1 auf. In aller Regel umfassen diese Einrichtungen Kühleinrichtungen, z. B. zum Aufspritzen von Wasser auf das Stahlband1 oder zum Kühlen der Kokillenplatten6 . Gegebenenfalls können auch – insbesondere induktiv wirkende – Heizeinrichtungen vorgesehen sein. Diese Einrichtungen werden über die korrespondierenden Regelkreise5' ,7' ,9' ,10' ,11' ,15' angesteuert. Ihre Stellgrößen werden ebenfalls dem Materialmodell17 zugeführt. - Auf Grund der Informationen über den Materialfluss, welche dem Materialmodell
17 vom Wegverfolger16 aus zugeführt werden, und der Informationen über die Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes1 ist das Materialmodell17 daher in der Lage, das Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes1 unter Wegverfolgung von der Stahlvorratseinrichtung2 bis zur Haspeleinrichtung11 zu modellieren. Die technologischen Regelkreise2' bis11' ,15' können daher vom Leitsystem12 in Abhängigkeit von dem modellierten Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes1 zeitrichtig geführt werden. Insbesondere können die lokal wirken den Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes1 über die den einzelnen Anlagenteilen2 bis11 ,15 zugeordneten technologischen Regelkreise2' bis11' ,15' entsprechend der Führung durch das Leitsystem12 geregelt werden. Auch können anhand des Modells bereits vor dem Anstechen des Stahlbandes1 in einem Walzgerüst die Materialhärte und die Walztemperatur ermittelt werden. Insbesondere die Materialhärte hängt unter anderem von der Walztemperatur und der thermisch-mechanischen Vorbehandlung des Stahlbandes1 ab. Die Materialhärte kann insbesondere zur Ermittlung der Auffederung des Walzgerüsts und deren Kompensation herangezogen werden. - Wie aus
3 weiter ersichtlich ist, werden hinter der Kokille6 , hinter der Reduktionseinrichtung7 , innerhalb des Walzwerks10 , hinter dem Walzwerk10 sowie innerhalb und hinter der Kühlstrecke15 Isttemperaturen T1 bis T6 des Stahlbandes1 erfasst und einem Adaptionsglied19 zugeführt. Dem Adaptionsglied19 werden ferner korrespondierende erwartete Temperaturen T1' bis T6' zugeführt, die auf Grund der Modellierung des Temperaturverhaltens durch das Materialmodell17 vorliegen sollten. Anhand etwaiger Abweichungen zwischen den Isttemperaturen T1 bis T6 und den erwarteten Temperaturen T1' bis T6' kann das Adaptionsglied19 somit in an sich bekannter Weise Korrekturfaktoren K1 bis K6 ermitteln, mittels derer das Materialmodell17 (allmählich) an das tatsächliche Verhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes1 adaptiert wird. - Zusätzlich zu den Einrichtungen, mittels derer lokal auf den Temperaturverlauf des Stahls bzw. des Stahlbandes
1 eingewirkt werden kann, ist es natürlich auch möglich, den Materialfluss zu variieren. Beispielsweise kann die Abzugsgeschwindigkeit, mit der das Stahlband1 aus der Kokille6 abgezogen wird, variiert werden. Dies hat Einfluss auf die nachfolgenden Anlagenteile bis einschließlich zur Haspeleinrichtung11 . Auch kann beispielsweise eine Anstellung eines Walzgerüsts des Walzwerks10 geändert werden. Dies hat Einfluss auf alle nachfolgenden Walzgerüste des Walzwerks10 sowie auf die Kühlstrecke15 und die Haspeleinrichtung11 . Derartige Variationen des Materialflusses wirken also Anlagenteil übergreifend. - Auch für derartige Anlagenteil übergreifende Maßnahmen ermittelt das Leitsystem
12 Führungsgrößen. Diese Führungsgrößen beeinflussen indirekt ebenfalls das Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes1 , weil sie die Zeitdauer ändern, während derer die lokal wirkenden Einrichtungen auf das Stahlband1 einwirken können. Wenn daher derartige Anlagenteil übergreifend wirkende Führungsgrößen geändert werden und diese Änderungen an die technologischen Regelkreise2' bis11' ,15' übermittelt werden, werden die betreffenden Anlagenteile2 bis11 ,15 entsprechend dieser Führungsgröße geführt. Gleichzeitig aber werden vom Leitsystem12 die Sollwerte für die Materialstrom abwärts gelegenen, lokal wirkenden Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung entsprechend angepasst, so dass das Gesamttemperaturverhalten des Stahlbandes1 unverändert bleibt. - Gemäß
1 ist das Walzwerk10 der Umlenkeinrichtung9 unmittelbar nachgeordnet. Ein gegossenes Stahlband1 muss also unverzüglich im Walzwerk10 gewalzt werden. Wie in1 gestrichelt angedeutet ist, ist es aber auch möglich, zwischen der Umlenkeinrichtung9 und dem Walzwerk10 einen Zwischenhaspel20 und einen Ausgleichsofen21 anzuordnen. In diesem Fall ergibt sich eine Entkopplung von Gießprozess und Walzprozess. Die Modellierung des Stahlbandes1 berücksichtigt aber auch diese Entkopplung. Selbstverständlich ist in diesem Fall dem Zwischenhaspel20 und dem Ausgleichsofen21 ein weiterer technologischer Regelkreis20' zugeordnet, der ebenfalls vom Leitsystem12 geführt wird. Gegebenenfalls können dabei das Walzwerk10 , die Haspeleinrichtung11 , der Zwischenhaspel20 und der Ausgleichsofen21 zu einem sogenannten Steckelwalzwerk zusammengefasst sein. - Mittels des erfindungsgemäßen Leitsystems ist somit auf einfache Weise eine durchgängige Führung des Erzeugungsprozesses von der Stahlschmelze bis zum Aufhaspeln des fertigen Bandes möglich, wobei insbesondere das Temperaturverhalten des Stahlbandes
1 durchgängig modelliert wird.
Claims (19)
- Gießwalzanlage zum Erzeugen eines Stahlbandes (
1 ), mit einer Flüssigstahl-Vorratseinrichtung (2 ), einer Flüssigstahl-Zugabevorrichtung (3 ), einer vertikal arbeitenden Gießeinrichtung (5 ) mit mitlaufender Kokille (6 ), einer Reduktionseinrichtung (7 ) mit einer Vielzahl von Rollenpaaren (8 ), einer Umlenkeinrichtung (9 ) zum Umlenken des gegossenen Stahlbandes (1 ) in eine horizontale Lage, einem horizontal arbeitenden Walzwerk (10 ) und einer Haspeleinrichtung (11 ), wobei alle Komponenten (2 ,3 ,5 ,7 ,9 ,10 ,11 ) über einzelne technologische Regelkreise (2' ,3' ,5' ,7' ,9' ,10' ,11' ) geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur integrierten Einstellung der technologischen Regelkreise (2' ,3' ,5' ,7' ,9' ,10' ,11' ) ein die Flüssigstahl-Vorratseinrichtung (2 ), die Flüssigstahl-Zugabevorrichtung (3 ), die Gießeinrichtung (5 ), die Reduktionseinrichtung (7 ), die Umlenkeinrichtung (9 ), das Walzwerk (10 ) und die Haspeleinrichtung (11 ) regelungstechnisch miteinander verbindendes, auf der Basis von mathematischen Modellen (17 ) arbeitendes Leitsystem (12 ) aufweist, das die einzelnen Anlagenteile (2 ,3 ,5 ,7 ,9 ,10 ,11 ) in Bezug auf ihr Zusammenwirken in Abstimmung aufeinander derart führt, dass die Auswirkungen der Regelschritte eines Anlagenteils (2 ,3 ,5 ,7 ,9 ,10 ,11 ) auf in Massenflussrichtung folgende Anlagenteile (2 ,3 ,5 ,7 ,9 ,10 ,11 ) berücksichtigt werden. - Gießwalzanlage nach Anspruch 1, dadruch gekennzeichnet, dass das mittels der Kokille (
6 ) gegossene Stahlband (1 ) beim Austritt aus der Kokille (6 ) eine Gießdicke (d1) zwischen 40 und 100 mm aufweist. - Gießwalzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadruch gekennzeichnet, dass das Stahlband (
1 ) in der Reduktionseinrichtung (7 ) auf eine walzeingangsdicke (d2) zwischen 10 und 40 mm, insbesondere zwischen 15 und 35 mm, reduzierbar ist. - Gießwalzanlage nach Anspruch 2 und 3, dadruch gekennzeichnet, dass das Stahlband (
1 ) in der Reduktionseinrichtung, bezogen auf die Gießdicke (d1), um mindestens 25 % reduzierbar ist. - Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass die Reduktionseinrichtung (
7 ) einen oberen Teil (13' ) aufweist, in dem das Stahlband (1 ) umgeformt wird, und einen unteren Teil (13'' ) aufweist, in dem das Stahlband (1 ) seine Form beibehält. - Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass sie durch das Leitsystem (
12 ) derart führbar ist, dass das Stahlband (1 ) erst in der Reduktionseinrichtung (7 ) durcherstarrt. - Gießwalzanlage nach Anspruch 5 und 6, dadruch gekennzeichnet, dass das Stahlband (
1 ) erst im unteren Teil (13'' ) durcherstarrt. - Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass das Stahlband (
1 ) eine Enddicke (d3) zwischen 0,3 und 6,0 mm aufweist, mit der es von der Haspeleinrichtung (11 ) aufgehaspelt wird. - Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass das Stahlband (
1 ) in der Reduktionseinrichtung (7 ) auf eine Walzeingangsdicke (d2) reduziert wird, die in Abhängigkeit von einer Enddicke (d3) bestimmt wird, mit der das Stahlband (1 ) von der Haspeleinrichtung (11 ) aufgehaspelt wird. - Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass zwischen dem Walzwerk (
10 ) und der Haspeleinrichtung (11 ) eine Kühlstrecke (15 ) angeordnet ist, dass auch die Kühlstrecke (15 ) von einem technologischen Regelkreis (15' ) geführt wird und dass auch dieser Regelkreis (15' ) vom Leitsystem (12 ) geführt wird. - Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass dem Walzwerk (
10 ) ein Zunderwäscher (14 ) vorgeordnet ist, der von einem technologischen Regelkreis (10' ) geführt wird und dass auch dieser Regelkreis (10' ) vom Leitsystem (12 ) geführt wird. - Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass zwischen der Umlenkeinrichtung (
9 ) und dem Walzwerk (10 ) ein Zwischenhaspel (20 ) und ein Ausgleichsofen (21 ) angeordnet sind, dass auch der Zwischenhaspel (20 ) und der Ausgleichsofen (21 ) von einem technologischen Regelkreis (20' ) geführt werden und dass auch dieser Regelkreis (20' ) vom Leitsystem (12 ) geführt wird. - Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass das Leitsystem (
12 ) ein Materialmodell (17 ) beinhaltet, mittels dessen unter Wegverfolgung ein Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes (1 ) von der Stahlvorratseinrichtung (2 ) bis zur Haspeleinrichtung (11 ) modellierbar ist, und dass die technologischen Regelkreise (2' bis11' ) in Abhängigkeit von dem modellierten Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes (1 ) zeitrichtig geführt werden. - Gießwalzanlage nach Anspruch 13, dadruch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Materialmodells (
17 ) auch Phasenumwandlungen des Stahls bzw. des Stahlbandes (1 ) (z. B. von flüssig nach fest oder von Austenit in Ferrit) modelliert werden. - Gießwalzanlage nach Anspruch 14, dadruch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Materialmodells (
17 ) auch Gefügeeigenschaften des Stahlbandes (1 ) modelliert werden. - Gießwalzanlage nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadruch gekennzeichnet, dass die Schmelzentemperatur (T0) des Stahls gemessen und dem Materialmodell (
17 ) als Anfangsparameter zugeführt wird. - Gießwalzanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadruch gekennzeichnet, dass hinter der Kokille (
6 ), hinter der Reduktionseinrichtung (7 ), innerhalb des Walzwerks (10 ) und/oder hinter dem Walzwerk (10 ), eventuell auch innerhalb und/oder hinter der Kühlstrecke (15 ), eine Isttemperatur (T1 bis T6) des Stahlbandes (1 ) erfasst und zur Adaption des Materialmodells (17 ) herangezogen wird. - Gießwalzanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadruch gekennzeichnet, dass die einzelnen Anlagenteile (
2 bis11 ) lokal wirkende Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes (1 ) aufweisen und dass die lokal wirkenden Einrichtungen über die den einzelnen Anlagenteilen (2 bis11 ) zugeordneten technologischen Regelkreise (2' bis11' ) entsprechend der Führung durch das Leitsystem (12 ) geregelt werden. - Gießwalzanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadruch gekennzeichnet, dass das Leitsystem (
12 ) mindestens eine Führungsgröße zur Anlagenteil übergreifend wirkenden Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw, des Stahlbandes (1 ) ermittelt und die betreffenden Anlagenteile (2 bis11 ) entsprechend dieser Führungsgröße führt.
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