DE19729773C1 - Verfahren und Einrichtung zum Walzen eines Metallbandes - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Walzen eines Metallbandes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Walzen eines Metallbandes mittels einer Kaltwalzstraße, der eine Glühstrecke und ein Dressierteil nachgeordnet sind, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 14, wie sie z. B. in dem Artikel "Entwicklungen der Kaltbandwerke bei der Thyssen Stahl AG", Stahl und Eisen 109 (1989), Nr. 18, Seite 833 bekannt ist.
Es hat sich gezeigt, daß es bei derar­ tigen Walzstraßen schwierig ist, die gewünschte Materialhärte zu erzielen. Dies gilt ebenfalls für das in der DE 690 02 267 T2 offenbarte Naß-Kaltwalzverfahren.
Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dem bzw. mittels der sich die gewünschte Materialhärte präzise erreichen läßt. Dabei ist es wünschenswert, auch den gewünschten Wert für die Dicke des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil zu errei­ chen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst. Dabei wird die Auslaufdicke bzw. die Solldicke des Metallban­ des bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße in Abhängigkeit der Sollhärte und der Solldicke bei Auslauf aus dem Dressierteil bestimmt. Auf diese Weise ist es möglich, die gewünschte Sollhärte bei Auslauf des Walzbandes aus dem Dressierteil zu erreichen. Dabei werden in besonders vorteilhafter Ausgestal­ tung der Erfindung die Wirkung des Dressierteils, insbesonde­ re der Zusammenhang zwischen Härte des Metallbandes und Dic­ kenreduktionsgrad des Metallbandes, sowie die Wirkung der Glühstrecke, insbesondere auf die Materialhärte, berücksich­ tigt. Gemäß dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird unter Berücksichtigung der Reduktion der Mate­ rialhärte in der Glühstrecke sowie unter Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen der Härte des Metallbandes und dem Dickenreduktionsgrad des Metallbandes im Dressierteil die Dicke des Walzbandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße der­ art vorgegeben, daß sich bei der Dickenreduktion des Metall­ bandes im Dressierteil auf die gewünschte Solldicke des Me­ tallbandes auch die gewünschte Sollhärte einstellt. Es hat sich gezeigt, daß sich auf diese Weise die Präzision beim Er­ reichen der gewünschten Sollhärte des Metallbandes bei Aus­ lauf aus dem Dressierteil deutlich verbessern läßt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Wirkung des Dressierteils, d. h. insbesondere der Zusam­ menhang zwischen Härte des Metallbandes und Dickenreduktions­ grad des Metallbandes, aus der Wirkung der Kaltwalzstraße, d. h. insbesondere aus dem Zusammenhang zwischen Härte des Me­ tallbandes und Dickenreduktionsgrad des Metallbandes in der Kaltwalzstraße, ermittelt. Die Modellbildung des Zusammen­ hangs zwischen Dickenreduktionsgrad des Metallbandes und Ma­ terialhärte erfolgt auf der Basis der Zusammenhänge zwischen Dickenreduktionsgrad des Metallbandes und Materialhärte an den Gerüsten der Kaltwalzstraße bzw. an einigen ausgewählten Gerüsten der Kaltwalzstraße.
In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung dazu wird die Wirkung des Dressierteils, insbesondere der Zusammenhang zwi­ schen Härte des Metallbandes und dem Dickenreduktionsgrad des Metallbandes, vorab, insbesondere durch Zugversuche, be­ stimmt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung wird die ermittelte Wirkung des Dressierteils, insbesondere der ermittelte Zusam­ menhang zwischen Härte des Metallbandes und Dickenreduktions­ grad des Metallbandes, durch Vergleich eines gemessenen Wer­ tes der Isthärte und der Sollhärte des Metallbandes bei Aus­ lauf aus dem Dressierteil im Sinne einer Verringerung der Ab­ weichung zwischen der Sollhärte und des gemessenen Wertes der Isthärte des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil korrigiert.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung wird der aus der Wirkung des Dressierteils, insbesondere der aus dem Zusammen­ hang zwischen Härte des Metallbandes und Dickenreduktionsgrad des Metallbandes, ermittelte Sollwert für die Dicke bzw. die Solldicke des Metallbandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße durch Vergleich der Isthärte und der Sollhärte des Metallban­ des bei Auslauf aus dem Dressierteil im Sinne einer Verringe­ rung der Abweichung zwischen der Sollhärte und der Isthärte des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil korrigiert.
Durch diese Maßnahmen in bezug auf eine präzise Modellbildung des Zusammenhangs zwischen Härte des Metallbandes und Dicken­ reduktionsgrad des Metallbandes wird die gewünschte Sollhärte besonders gut erreicht wird. Stehen keine Meßwerte für die Härte des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil zur Verfügung, so werden die Istwerte vorteilhafterweise durch eine inverse Modellbildung, wie sie in Anlage 1 zur Ermitt­ lung der Istwerte für die Modelladaption offenbart ist, er­ mittelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet besonders vorteilhafte Anwendung beim Erzielen einer konstanten Materialhärte über die gesamte Länge des Metallbandes, wodurch in hohem Maße Ausschuß verhindert wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird im Dres­ sierteil die Dicke des Metallbandes um mindestens 10%, ins­ besondere um mindestens 20%, reduziert. Es ist weiterhin be­ sonders vorteilhaft, im Dressierteil die Dicke des Metallban­ des um 20 bis 40% zu reduzieren.
Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprü­ chen.
Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Walzstraße
Fig. 2 die Bestimmung eines erfindungsgemäßen Korrektur­ faktors
Fig. 3 ein Verfahren zur Erzielung einer konstanten Härte über die Länge des Metallbandes
Fig. 1 zeigt eine Walzstraße zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens. Dabei ist einer Kaltwalzstraße 2 mit bei­ spielhaft vier Gerüsten 21, 22, 23, 24 eine Glühstrecke 3 und ein Dressierteil 4 nachgeordnet. Ein Metallband, das z. B. aus einer Warmwalzstraße 1 ausläuft, läuft im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in die Kaltwalzstraße 2 ein und wird weiter redu­ ziert. Anschließend wird es in der Glühstrecke 3 geglüht und im Dressierteil 4 dressiert sowie erfindungsgemäß in seiner Dicke reduziert. Die in den Funktionsblöcken 5, 6 und 7 dar­ gestellten Zusammenhänge zeigen die Veränderung der Material­ härte in der Kaltwalzstraße 2, in der Glühstrecke 3 sowie im Dressierteil 4. Ein Metallband der Dicke HEKTM und der Härte KF0 läuft in die Kaltwalzstraße 2 ein und läuft mit der Dicke HAKTM und der Härte KFKTM aus der Kaltwalzstraße 2 aus. Funkti­ onsblock 5 zeigt dabei den physikalischen Zusammenhang zwi­ schen Materialhärte KF und Dickenreduktionsgrad EPS des Me­ tallbandes. Dabei ist der Dickenreduktionsgrad EPS definiert als
wobei HE die Einlaufdicke und HA die Auslaufdicke des Metall­ bandes ist. In der Glühstrecke 3 verringert sich die Mate­ rialhärte KF in Abhängigkeit der Dickenreduktion des Metall­ bandes in der Kaltwalzstraße, wie Funktionsblock 6 zeigt. Die Materialdicke bleibt dabei unverändert, d. h. HAKTM = HEDCR. Nach Durchlaufen der Glühstrecke 3 hat das Metallband die Ma­ terialhärte KF0. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Dressierteil 4 zwei Walzgerüste 41 und 42 auf. In vor­ teilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Walzband im wesentlichen mittels des ersten Gerüstes 41 reduziert. Mit­ tels des zweiten Gerüstes 42 wird die gewünschte Oberflächen­ beschaffenheit und Planheit des Walzbandes erzielt. Das mit der Banddicke HEDCR und Materialhärte KF0 in den Dressierteil 4 einlaufende Walzband läuft mit der Banddicke HADCR und der Materialhärte KFDCR aus, wie Funktionsblock 7 zeigt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird entsprechend den Zusammen­ hängen gemäß Funktionsblock 6 und 7 das Wertepaar HAKTM und KFKTM so eingestellt, daß mittels der Dickenreduktion im Dres­ sierteil 4 die gewünschten Werte für die Auslaufdicke HADCR und die Materialhärte KFDCR erreicht werden. Hat z. B. ein Walzband bei Einlauf in die Kaltwalzstraße die Dicke HEKTM 4 mm und die Härte KF0 300 N/mm2 und beträgt die gewünschte Dicke HADCR des Metallbandes 0,3 mm und die gewünschte Härte KFDCR des Metallbandes 450 N/mm2, so ist das Metallband für eine beispielhafte Ausgestaltung in der Kaltwalzstraße 3 der­ art zu walzen, daß HAKTM = 0,5 mm und KFKTM = 600 N/mm2. In der anschließenden Glühstrecke 3 wird die Härte des Metallbandes wiederum auf die Härte KF0, d. h. 300 N/mm2, reduziert. Durch die anschließende Reduktion des Metallbandes im Dressierteil 4 von einer Eingangsdicke HEDCR von 0,5 mm auf eine Ausgangs­ dicke HADCR von 0,3 mm wird die Härte KFDCR des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil 4 auf die gewünschten 450 N/mm2 erhöht. Die Grenzen des erfindungsgemäßen Verfahrens richten sich nach der möglichen Reduktion im Dressierteil 4. Ist z. B. unter Berücksichtigung eines Materialfestigkeits- bzw. Härtemodells gemäß
KF = KFO + KFI . EPSKFE
(Einzelheiten sind der DE 197 28 979 zu entnehmen) mit
HEKTM = 4 mm
HADCR = 0.3 mm
KFO = 300 N/mm2
KFI = 350 N/mm2
KFE = 0,7,
so kann bei der Abnahmevariation im Dressierteil von 10 ... 40% eine Härtevariation von ca. 35% erzielt werden. Für die­ sen Fall ist eine Variation der Eintrittsdicke HEDCR in den Dressierteil 4 von 0.33 bis 0.5 mm möglich. Diese Variation erlaubt eine Materialfestigkeitsänderung KFDCR von 330 N/mm2 bis 440 N/mm2.
Für die schematisch dargestellte Modellbildung entsprechend den Funktionsblöcken 5 und 7 kommt besonders vorteilhaft ein Modell gemäß Anlage 1 in Frage. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, das Modell für den Zusammenhang zwischen Materialhärte KF und Dickenreduktionsgrad EPS für die Kaltwalzstraße auch für den Dressierteil 4 zu übernehmen. Dabei wird in besonders vorteilhafter Weise der für die Kaltwalzstraße ermittelte Zusammenhang zwischen Härte KF des Metallbandes und Dickenreduktionsgrad EPS des Metallbandes durch Vergleich der Isthärte und der Sollhärte bei Auslauf des Metallbandes aus dem Dressierteil 4 im Sinne einer Verringerung der Abweichung zwischen Sollhärte und Isthärte bei Auslauf aus dem Dressierteil 4 korrigiert. Eine derartige Korrektur zeigt Fig. 2. Die Einstellung der Materialfestigkeit im Dressierteil kann entsprechend folgenden Automatisierungs­ stufen durchgeführt werden:
  • 1. Vorsteuerung 8 durch Berechnung und Walzung einer Aus­ trittsdicke HAKTM in der Kaltwalzstraße entsprechend des Sollwertes für die Härte KFDCR und die Dicke HADCR des Me­ tallbandes nach dem Dressierteil 4.
  • 2. Rückführung 9 durch Ermittlung der erzielten Härte KFDCR im Dressierteil 4 und Bildung eines Korrekturwertes α für die Dicke HAKTM des Metallbandes bei Auslauf aus der Kaltwalz­ straße 2 entsprechend den Abweichungen zum Sollwert für KFDCR.
  • 3. Ermittlung der Materialfestigkeitskurve, d. h. des Zusam­ menhangs zwischen Härte KF des Metallbandes und Dickenre­ duktion EPS, in der Kaltwalzstraße 2 über die Bandlänge und Berechnung und Walzung der Banddicke HAKTM über die Bandlänge entsprechend der ermittelten Materialfestig­ keitskurve und des Sollwertes für die Härte KFDCR des Me­ tallbandes.
Im einzelnen wird in der Vorsteuerung 8 die Austrittsdicke HAKTM des Metallbandes entsprechend der gewünschten Härte KFDCR des Metallbandes berechnet. Dies erfolgt in Abhängigkeit der Dicke des Metallbandes HADCR bei Auslauf aus dem Dressierteil, der Härte KFDCR des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressier­ teil, der Dicke HEKTM des Metallbandes bei Einlauf in die Kaltwalzstraße sowie von Materialeigenschaften MT des Walz­ bandes. Ausgangsgrößen der Vorsteuerung 8 sind die Dicke HAKTM des Metallbandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße sowie Ma­ terialparameter ME des Metallbandes. Diese Materialparameter ME sind im wesentlichen Parameter, die die Härte KFDCR des Me­ tallbandes beschreiben. Im vorliegenden Beispiel sind es die Parameter KFO, KFI und KFE, die den Zusammenhang zwischen Härte KFDCR des Metallbandes und Dickenreduktionsgrad des Me­ tallbandes beschreiben. Einzelheiten zu dieser Modellbildung sind DE 197 28 979 zu entnehmen. In Abhängigkeit der tatsäch­ lichen Werte für Dicke HADCR und Härte KFDCR des Metallbandes ermittelt die Rückführung 9 einen Korrekturwert α, mit dem der Wert für die Dicke HAKTM des Metallbandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße korrigiert wird. Es hat sich dabei als be­ sonders vorteilhaft erwiesen, den Korrekturparameter α, und die gewünschte Dicke HAKTM des Metallbandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße zu multiplizieren. Der Korrekturparameter α wird derart gebildet, daß die Abweichung zwischen der Ist­ dicke HADCR des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil und dem entsprechenden Sollwert minimiert wird.
Durch ein rascheres Abkühlen der äußeren sowie inneren Win­ dungen nach der Warmwalzstraße ergibt sich eine höhere Fe­ stigkeit der Bandenden. Auch ein Zwischenglühen nach der Kaltwalzstraße kann diesen Effekt nicht beseitigen, wie die Kurve 13 in Fig. 3 zeigt, in der der Verlauf der Härte KF0 des Metallbandes über die Länge BL des Metallbandes dargestellt ist. Insbesondere bei Tiefziehmaterial müssen diese Enden im allgemeinen nach dem Dressieren abgeschnitten werden, da die Härte KFDCR des Metallbandes über die Bandlänge konstant sein soll. Dabei führt der hohe Schrottanteil sowie der zusätzli­ che Aufwand zu einer hohen Kostenbelastung. Es treten Mate­ rialhärteanstiege von bis zu 15% auf. Diese Materialhärteer­ höhung fällt über eine Bandlänge von ca. 50 m allmählich ab. Bei einer Materialhärteerhöhung von 15% wird die Abnahme EPSDCR im Dressierteil erfindungsgemäß um ca. 15% reduziert. Dies erfolgt besonders vorteilhaft, wenn die Gesamtabnahme EPSDCR < 30% ist. 15% Abnahmeänderung bedeuten bei dem oben ge­ nannten Beispiel eine Eintrittsdickenänderung von 50 µm bzw. 6%.
Die Kurven 13, 14, 15, 16 und 17 in Fig. 3 verdeutlichen die Ver­ wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzielung einer konstanten Härte KF über die Länge des Metallbandes. Beim Auslauf aus der Kaltwalzstraße weist das Metallband eine Här­ te KF0 entsprechend Kurve 13 auf. An den Bandenden, d. h. in den Bereichen 10 und 12 weist das Metallband eine größere Härte als im mittleren Bereich auf. Die Bereiche 10 und 12 können z. B. eine Bandlänge von je 50 m umfassen. Erfindungs­ gemäß wird die Kaltwalzstraße so eingestellt, daß das Metall­ band bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße eine Dicke entspre­ chend Kurve 14 aufweist. Der Verlauf der Kurve 14 wird so ge­ wählt, daß sich bei einer Dickenreduktion EPSDCR im Dressier­ teil, wie ihn Kurve 15 zeigt, ein konstanter Verlauf der Dic­ ke HADCR und der Härte KFDCR des Metallbandes entsprechend den Kurven 16 und 17 einstellt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Walzen eines Metallbandes, insbesondere ei­ nes Stahlbandes, mittels einer Kaltwalzstraße (2), der eine Glühstrecke (3) und ein Dressierteil (4) nachgeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldicke (HAKTM) des Metallbandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße (2) in Abhängigkeit der Sollwerte für die Här­ te (KFDCR) und die Dicke (HADCR) des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil (4) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldicke (HAKTM) des Metallbandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße (2) in Abhängigkeit von der Wirkung des Dres­ sierteils (4), insbesondere mittels eines Walzmodells (7) des Dressierteils (4), bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Walzmodells (7) des Dressierteils (4) der Zu­ sammenhang zwischen Härte (KF) des Metallbandes und dem Dic­ kenreduktionsgrad (EPS) des Metallbandes modelliert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldicke (HAKTM) des Metallbandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße (2) in Abhängigkeit der Wirkung der Glühstrec­ ke (3), insbesondere mittels eines Modells (6) der Glühstrec­ ke (3), bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des Dressierteils (4), insbesondere der Zu­ sammenhang zwischen Härte (KF) des Metallbandes und dem Dic­ kenreduktionsgrad (EPS) des Metallbandes, aus der Wirkung der Kaltwalzstraße (2), insbesondere aus dem Zusammenhang zwi­ schen Härte (KF) des Metallbandes und dem Dickenreduktions­ grad (EPS) des Metallbandes an den Gerüsten (21, 22, 23, 24) oder einer Auswahl von Gerüsten (21, 22, 23, 24) der Kaltwalz­ straße (2), bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des Dressierteils (4), insbesondere der Zu­ sammenhang zwischen Härte (KF) des Metallbandes und dem Dic­ kenreduktionsgrad (EPS) des Metallbandes, vorab, insbesondere durch Zugversuche, bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Wirkung des Dressierteils (4), insbesonde­ re der ermittelte Zusammenhang zwischen Härte (KF) des Me­ tallbandes und Dickenreduktionsgrad (EPS) des Metallbandes, durch Vergleich eines gemessenen Wertes der Isthärte (KFDCR) und der Sollhärte des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dres­ sierteil (4) im Sinne einer Verringerung der Abweichung zwi­ schen der Sollhärte und des gemessenen Wertes der Isthärte (KFDCR) des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil (4) korrigiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Wirkung des Dressierteils (4), insbesondere der aus dem Zusammenhang zwischen Härte (KF) des Metallbandes und Dickenreduktionsgrad (EPS) des Metallbandes, ermittelte Sollwert für die Dicke (HAKTM) bzw. die Solldicke des Metall­ bandes bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße (2) durch Vergleich der Isthärte (KFDCR) und der Sollhärte des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil (4) im Sinne einer Verringerung der Abweichung zwischen der Sollhärte und der Isthärte (KFDCR) des Metallbandes bei Auslauf aus dem Dressierteil (4) korri­ giert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auslauf aus dem Dressierteil (4) die Härte (KFDCR) des Metallbandes über seine Länge (BL) konstant bzw. weitestge­ hend konstant gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Dressierteil (4) mit zumindest zwei Gerüsten (41, 42) zumindest ein Gerüst (41) zur Dickenreduktion des Me­ tallbandes und zumindest ein Gerüst (42) zur Einstellung der Planheit und Beeinflussung der Oberfläche des Metallbandes verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zweigerüstigen Dressierteil (4) das erste Ge­ rüst (41) zur Dickenreduktion des Metallbandes und das zweite Gerüst (42) zur Einstellung der Planheit und Beeinflussung der Oberfläche des Metallbandes verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Dressierteil (4) die Dicke des Metallbandes um minde­ stens 10%, insbesondere um mindestens 20%, reduziert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Dressierteil (4) die Dicke des Metallbandes um 20 bis 40% reduziert wird.
14. Einrichtung zum Walzen eines Metallbandes, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, wobei die Einrichtung eine Kaltwalzstraße (2), der eine Glühstrecke (3) und ein Dressierteil (4) nachgeord­ net sind, sowie eine Recheneinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung die Auslaufdicke bzw. die Solldicke des Stahls bei Auslauf aus der Kaltwalzstraße (2) in Abhängigkeit der Sollhärte und der Solldicke bei Auslauf aus dem Dressier­ teil (4) bestimmend ausgebildet ist.
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