DE19850492A1

DE19850492A1 - Verfahren und Einrichtung zum Warmwalzen dünner Stahlbänder

Info

Publication number: DE19850492A1
Application number: DE19850492A
Authority: DE
Inventors: Sven Dr Kiriczi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 1999-05-12
Also published as: DE59810295D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Walzen dünner Stahlbänder mit einer Walzstraße mit zumin dest einem Walzgerüst.

Zum Walzen dünner Stahlbänder werden Warm- und Kaltwalzstra ßen eingesetzt, wobei die Kaltwalzstraßen den Warmwalzstraßen nachgeordnet sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kosten für das Walzen von dünnen Stahlbändern zu verringern bzw. zu optimieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst. Dabei wird zum Warmwalzen eines dünnen Stahlbandes mittels einer Walzstraße mit zumindest einem Walzgerüst die Walzstra ße derart eingestellt, daß das Stahlband mit einer Auslauf dicke, die kleiner ist als 0,75 mm, aus dem Walzgerüst aus läuft. Auf diese Weise ist es möglich, eine Kaltwalzstraße einzusparen. Dieses stellt einen enormen Kostenvorteil gegen über bekannten Walzstraßen dar, die zumindest eine Warm- und eine Kaltwalzstraße umfassen. Entgegen der einhelligen Mei nung der Fachwelt ist somit eine nachgeschaltete Kaltwalz straße zum Walzen dünner Stahlbänder nicht notwendig. Neben der deutlichen Einsparung von Infrastrukturkosten durch den Wegfall einer Kaltwalzstraße werden zudem durch die Erfindung auch die Betriebskosten einer Walzstraße drastisch reduziert, da der mit dem Kaltwalzen verbundene Energieverbrauch einge spart wird. Ferner vereinfacht sich der Walzbetrieb.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Auslauf dicke kleiner als 0,6 mm, was die Produktpalette der mit ei ner erfindungsgemäß ausgestalteten Walzstraße zu walzenden Stahlbänder noch einmal deutlich erhöht.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Auslaufdicke größer als 0,5 mm.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Auslaufdicke größer als 0,4 min.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Auslaufdicke größer als 0,3 mm.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Einlaufdicke mit der das Stahlband in das Walzgerüst ein läuft, größer als 1 mm.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Walzstraße mehrere Walzgerüste auf, wobei die Einlaufdic ke in das erste Walzgerüst einer Gruppe von Walzgerüsten grö ßer als 1 mm und daß die Auslaufdicke des Stahlbandes bei Auslauf aus dem letzten Walzgerüst dieser Gruppe kleiner als 0,75 mm, insbesondere kleiner als 0,6 mm, ist.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung läuft das Stahlband mit einer Temperatur, die größer ist als 800°C, aus dem Walzgerüst aus. Auf diese Weise wird die Möglichkeit zur Einstellung eines gewünschten Gefüges im Stahlband ge währleistet. Dies gilt um so mehr bei einer weiterhin vor teilhaften Ausgestaltung der Erfindung, gemäß der das Stahl band mit einer Temperatur, die größer ist als 1000°C, aus dem Walzgerüst ausläuft.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Walzstraße vor dem Walzen des Stahlbandes voreingestellt, wobei die Voreinstellung der Walzstraße in Abhängigkeit von Sollwerten für Profil und/oder Planheit für Walzgerüste der Walzstraße erfolgt.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Zugregelung zur Regelung des Zuges zwischen den einzelnen Walzgerüsten ein zulässiger Geschwindigkeits-Grenzwert und/oder Zug-Grenzwert vorgegeben.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfin dung. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Walzstraße mit einem hierarchisch aufgebauten Steuerungskonzept,

Fig. 2 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Optimierers zur Implementierung der Erfindung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Optimierers zur Implementierung der Erfindung,

Fig. 4 das Zusammenwirken eines Optimierers mit einer Zugregelung und einer Voreinstellung, und

Fig. 5 eine Optimierung mittels genetischer Algorithmen.

Fig. 1 zeigt eine mehrgerüstige Walzstraße 1 zum Walzen eines Metallbandes 2. Zur Steuerung bzw. der Regelung der Walzstra ße 1 ist ein Steuerungssystem 3 vorgesehen, das Stellwerte ST für die Stellglieder der Walzstraße 1, z. B. in Abhängigkeit von Bandparametern BP oder Gerüstparametern GP, ermittelt. Das Steuerungssystem 3 umfaßt eine Zugregelung und/oder eine Voreinstellung der Walzstraße 1. Eingangsgrößen in das Steuerungssystem 3 sind u. a. Prozeßparameter VG, die Ausgangsgrö ßen einer Stichplanberechnung 4 sind. Zur Implementierung der Erfindung ist ein Optimierer 5 vorgesehen, der Ausgangsgrößen OA in Abhängigkeit von Eingangsgrößen OE ermittelt, die von der Stichplanberechnung 4 vorgegeben werden.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung des Optimierers 5 mit seinen Eingangsgrößen OE und seinen Ausgangsgrößen OA. Dabei sind als Eingangsgrößen OE des Optimierers 5 Sollwerte PR*, PL* und DI* für das Profil, die Planheit und die Dicke des Metallbandes 2 bei Auslaufen aus der Walzstraße 1 vorge sehen. Ferner sind als Eingangsgrößen OE des Optimierers 5 Parameter MB des Stahlbandes vorgesehen. Diese Parameter MB des Stahlbandes können u. a. die geometrischen Abmessungen so wie die chemischen Eigenschaften und Gefügeeigenschaften des Stahlbandes bei Einlauf in die Walzstraße 1 umfassen. In Ab hängigkeit der Eingangsgrößen OE ermittelt der. Optimierer 5 Sollwerte PR_i* und/oder PL_i* für Profil und/oder Planheit hin ter den einzelnen Gerüsten der Walzstraße 1. Es kann vorgese hen werden, daß nur Sollwerte PR_i* und/oder PL_i* für Profil und/oder Planheit des Stahlbandes 2 hinter den Walzgerüsten der Walzstraße ermittelt werden. Ferner umfassen die Aus gangsgrößen OA des Optimierers 5 einen Geschwindigkeits- Grenzwert VT und/oder einen Zug-Grenzwert σT_i für den Zug im Stahlband 2 hinter dem i-ten Walzgerüst. Der Geschwindig keits-Grenzwert VT stellt eine Mindestgeschwindigkeit für das Stahlband bei Auslauf aus dem letzten Gerüst der Walzstraße 1 dar. Der Zug-Grenzwert σT_i stellt einen zulässigen Maximal wert für den Zug im Stahlband 2 hinter dem i-ten Walzgerüst dar.

Ferner ist vorgesehen, daß der Optimierer 5 den Reduktions grad ϕ_i für die einzelnen i Walzgerüste ausgibt.

Fig. 3 zeigt ein besonders vorteilhaftes alternatives Ausfüh rungsbeispiel eines Optimierers. Dabei sind als zusätzliche Eingangsgrößen des Optimierers 6 Sollwerte GF* für die Mate rial- bzw. Gefügeeigenschaften des aus der Walzstraße 1 aus laufenden Stahlbandes 2 vorgesehen. Diese können u. a. Zugfe stigkeit und Härte des Stahlbandes 2 umfassen.

Fig. 4 zeigt das Zusammenwirken eines Optimierers 5 mit einer Zugregelung 10 und einer Voreinstellung 11. Dabei ist ein Op timierer 5 vorgesehen, der in besonders vorteilhafter alter nativer Ausgestaltung auch durch einen Optimierer 6 gemäß Fig. 3 ersetzt werden kann. Das Steuerungssystem 3 umfaßt die Zugregelung 10 der Walzstraße 1 sowie die Voreinstellung 11 der Walzstraße 1. Die Zugregelung 10 kann als Minimalzugrege lung oder als Zugregelung mit Schlingenhebern ausgeführt sein. Eingangsgrößen in die Zugregelung sind u. a. Zuggrenz werte σT_i für den Zug hinter den i-ten Walzgerüsten sowie ein Geschwindigkeits-Grenzwert VT für die Geschwindigkeit des aus der Walzstraße 1 auslaufenden Stahlbandes 2. Ferner ist der Strom I_i für den Antrieb des i-ten Walzgerüstes Eingangsgröße in die Zugregelung 10. Ausgangsgröße ist ein Stromsollwert I_i* für den Strom des Antriebs für das i-te Walzgerüst. Im vor liegenden Ausführungsbeispiel ist eine Drehzahlregelung mit in der Zugregelung 10 implementiert. Es kann aber auch vorge sehen werden, daß die Zugregelung 10 Drehzahl- und/oder Mo mentensollwerte für eine unterlagerte Regelung ausgibt. Bei Ausgestaltung der Zugregelung 10 als Zugregelung mit Schlin genheber ist ferner vorgesehen, daß ein Schlingenheberwinkel α_i eines Schlingenhebers hinter einem i-ten Walzgerüst Ein gangsgröße in die Zugregelung 10 ist.

Eingangsgrößen in die Voreinstellung 11 sind das Sollprofil PR_i* hinter dem i-ten Walzgerüst, die Sollplanheit PL_i* hinter dem i-ten Walzgerüst sowie die Reduktionsgrade ϕ_i an den i Walzgerüsten. Eingangsgrößen in die Voreinstellung 11 sind ferner die Prozeßparameter VG sowie Bandparameter BP und Ge rüstparameter GP. Die Bandparameter umfassen z. B. Istwerte für Profil PR und Planheit PL. Die Gerüstparameter umfassen z. B. Istwerte für Walzkraft WK und Biegekraft BK. Ausgangs größe der Voreinstellung 11 sind Voreinstellungswerte VO. Es kann vorgesehen werden, die Funktionalität der Voreinstellung mit in den Optimierer 5 zu integrieren, wodurch die Ausgangs größen eines solchen Optimierers entsprechend Voreinstel lungswerte VO sind.

Die Ermittlung der Ausgangsgrößen OA des Optimierers in Ab hängigkeit seiner Eingangsgrößen OE erfolgt vorteilhafterwei se iterativ. Dazu werden vorteilhafterweise genetische Algo rithmen verwendet. Fig. 5 zeigt vereinfacht das Vorgehen bei der Optimierung mittels genetischer Algorithmen. Die Optimie rung erfolgt derart,

- daß Werte für die zu optimierenden Parameter (d. h. in die sem Fall die Ausgangsgrößen OA des Optimierers) in soge nannten Genen 40 angeordnet sind, denen wiederum Individuen 41 einer sogenannten Population zugeordnet sind,
- daß eine bestimmte Anzahl von Individuen eine sogenannte Initialpopulation 34 bildet,
- daß einige oder alle Werte in den Genen um einen Zufalls wert, insbesondere einen Zufallswert aus einer Auswahl nor malverteilter Zufallszahlen, verändert und rekombiniert werden, so daß sich eine veränderte Population 39 und 43 ergibt (Schritt 35 in Fig. 5),
- daß zusammengehörige Gene auf sogenannten Chromosomen zu sammengefaßt werden, die bei der Rekombination gemeinsam vererbt werden,
- daß die Individuen mit ihren Genen, d. h. den Werten für die entsprechenden Parameter, in einen Bewerter 32 mittels ei ner Optimierungsfunktion bewertet werden und aufgrund die ser Bewertung eine Auswahl von Individuen für eine neue Po pulation erfolgt, wobei Individuen statistisch bevorzugt werden, die die Optimierungsfunktion besser erfüllen als andere Individuen,
- daß die verbleibenden Individuen 31 nicht weiter berück sichtigt werden,
- daß der Optimierungszyklus mit der neuen Population 41 (d. h. die Population 34 wird in einem Schritt 33 durch die Population 42 ersetzt) solange wiederholt wird, bis eine als optimal erachtete Lösung erreicht ist.

Die Ausbildung einer neuen Population 39 im Schritt 35 er folgt wie ausgeführt derart, daß zugehörige Gene auf soge nannten Chromosomen zusammengefaßt werden, die bei der Kombi nation gemeinsam vererbt werden. Dies erfolgt derart, daß ei ne Rekombination und eine Veränderung von Modellparametern (gilt auch für die Individuen 43) nur insofern erfolgt, als daß folgender Zusammenhang gilt:

Dabei wird k_i z. B. gemäß dem Artikel "High Accuracy and Ra pid-Response-Hot Strip Mill", TECHNO Japan Vol. 20.-No9, Sept. 1987, Seiten 54-59 durch

mit

berechnet.

Außerdem sind
PR_i-1: das Profil des Stahlbandes vor dem i-ten Walzgerüst
PR_i: das Profil des Stahlbandes hinter dem i-ten Walzge rüst
DI_i-1: die Dicke des Stahlbandes vor dem i-ten Walzgerüst
DI_i: die Dicke des Stahlbandes hinter dem i-ten Walzge rüst
Π_i: das Lastwalzspaltprofil des i-ten Walzgerüstes
D_i: der Arbeitswalzendurchmesser des i-ten Walzgerüstes
B: die Breite des Stahlbandes und
c_i1, c_i2: Modellparameter.

Der Faktor k_i wird also aus analytischen Zusammenhängen be stimmt, in die bestimmte Eigenschaften des Walzgerüstes und des Walzgutes eingehen.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, das Profil ei nes Stahlbandes hinter einem Walzgerüst mittels der Gleichung (1), und k_i mittels einer auf neuronalen Netzen basierenden Informationsverarbeitung entsprechend der DE-OS 196 42 918 zu bestimmen.

Neben der Auswahl von Profil- und Dickenwerten, die unterein ander (z. B. gemäß Gleichung (1)) modellkonsistent sind, wird außerdem gewährleistet, daß für das Profil keine Werte einge setzt werden, die die in der EP 0 591 291 oder in dem Artikel "Strip Profile Control with Flexible Edge Backup Rolls", V.B.

Ginzburg, Iron and Steel Engineer, July 1987, Seiten 23 bis 34, formulierten Grenzen verletzen.

Bei Veränderung der Parameter auf den Genen zur Erlangung der Populationen 39 und 43 wird im Schnitt 35 z. B. entsprechend sichergestellt, daß gilt:

Ein Individuum, dessen Parameter nach Veränderung und/oder Rekombination die Gleichung (4) nicht erfüllen, werden ver worfen und durch ein neues Individuum mit anderen Parametern ersetzt.

Zur Bewertung der Populationen 39 und 43 mittels des Bewer ters 32 werden Modelle und Verfahren eingesetzt, wie sie z. B. aus DE 197 38 943, dem Artikel "Recrystallisation and grain growth in hot rolling" von C. M. Sellers und J. A. Whiteman, Material Science, März/April 1979, Seiten 187 bis 193, dem Artikel "Controlling the Mechanical Properties of Hot Roll Strip" von J. Andorfer, D. Auzinger, M. Hirsch, G. Hubmer, R. Pichler, MPT International 5/1997, Seiten 104 bis 110 und "An AI System for the Prediction of Flow Response in Hot Working" von J.J.M. Too, K. Ide, P. Maheral, N. Pussegoda, E.G. Sher wood und T. Gomi, 37^th MWSP Conf. Prod., Vol. XXXIII, 1996, Seiten 785 bis 790 offenbart sind. Mittels dieser Modelle werden (das Gefüge und) die Eigenschaften des Stahlbandes bei Verwendung der Parameter gemäß der Population 39 und 43 be stimmt. Aus diesen Eigenschaften wird eine Qualität abgelei tet und entsprechend der Qualität den Individuen eine Überle benswahrscheinlichkeit zugeordnet. Anschließend werden die mit ihrer Überlebenswahrscheinlichkeit gewichteten Individuen statisch selektiert in überlebende Individuen 42 und nicht überlebende Individuen 31. Um eine Ausgangsdicke von weniger als 0,75 mm, insbesondere eine Ausgangsdicke von 0,6 mm, zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, eine gleichzeitige Profil- und Gefügeoptimierung durchzuführen. Oben bezeichne tes Vorgehen mittels genetischer Algorithmen ist dabei nur ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel. Es kommen jedoch auch andere Optimierungsverfahren zur gleichzeitigen Optimierung von Profil und Gefüge in Frage. Unter Gefügeopti mierung ist dabei z. B. vorstehend beschriebenes Verfahren oder ein Verfahren gemäß "An AI System for the Prediction of Flow Kesponse in Hot Working" von J.J.M. Too, K. Ide, P. Ma heral, N. Pussegoda, E.G. Sherwood und T. Gomi, 37^th MWSP Conf. Prod., Vol. XXXIII, 1996, Seiten 785 bis 790, zu ver stehen. Dabei wird z. B. das Gefüge mittels genetischer Algo rithmen oder gemäß dem Artikel "An AI System for the Pre diction of Flow Response in Hot Working" von J.J.M. Too, K. Ide, P. Maheral, N. Pussegoda, E.G. Sherwood und T. Gomi, 37^th MWSP Conf. Prod., Vol. XXXIII, 1996, Seiten 785 bis 790, unter den Nebenbedingungen optimiert, die sich für das Profil gemäß Gleichung (1) und (4) ergeben. Auf diese Weise ist es möglich, beim Warmwalzen, insbesondere oberhalb einer Tempe ratur von 800°C, eine Ausgangsdicke zu erzielen, die kleiner ist als 0,75 mm, insbesondere eine Ausgangsdicke zu erzielen, die kleiner ist als 0,6 mm. Als flankierende Maßnahme ist es dabei besonders vorteilhaft, die Zugregelung und die Profi leinstellung zu verknüpfen, wie dies z. B. in Fig. 4 beschrie ben ist. D.h., von besonderem Vorteil ist die ergänzende Be stimmung eines Zug-Grenzwertes und/oder eines Geschwindig keits-Grenzwertes. Dieses Merkmal ist von besonderem Vorteil als flankierende Maßnahme zur gleichzeitigen Optimierung von Gefüge und Profil. Es ermöglicht jedoch auch für sich genom men beim Warmwalzen, d. h. insbesondere oberhalb einer Tempe ratur von 800°C, eine Auslaufdicke von weniger als 0,75 mm zu erreichen.

Besonders vorteilhaft ist es, weitere Parameter, insbesondere Optimierungskriterien, wie Energieverbrauch oder Walzenabnut zung, mit in die Optimierung mit einzubeziehen. Entsprechend sind die Gene, die diesen Parametern entsprechen, vorzusehen.

Claims

1. Verfahren zum Warmwalzen eines Stahlbandes mittels einer Walzstraße mit zumindest einem Walzgerüst, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband mit einer Auslaufdicke, die kleiner ist als 0,75 mm, aus dem Walzgerüst ausläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufdicke kleiner als 0,6 mm ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufdicke größer als 0,3 mm ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufdicke größer als 0,4 mm ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufdicke größer als 0,5 mm ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufdicke mit der das Stahlband in das Walzgerüst einläuft, größer als 1 mm ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Walzstraße mit mehrere Walzgerüste aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufdicke in das erste Walzgerüst eine Gruppe von Walzgerüsten größer als 1 mm und daß die Auslaufdicke des Stahlbandes bei Auslauf aus dem letzten Walzgerüst dieser Gruppe kleiner als 0,75 mm, insbesondere kleiner als 0,6 mm, ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband mit einer Temperatur, die größer ist als 800°C, aus dem Walzgerüst ausläuft.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband mit einer Temperatur, die größer ist als 1000°C, aus dem Walzgerüst ausläuft.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Walzstraße vor dem Walzen des Stahlbandes voreingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinstellung der Walzstraße in Abhängigkeit von Sollwerten für Profil und/oder Planheit für Walzgerüste der Walzstraße erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zug im Stahlband geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugregelung ein zulässiger Geschwindigkeits-Grenzwert für das aus laufende Stahlband und/oder ein Zug-Grenzwert vor gegeben wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Profil und Gefüge des Stahlbandes gleichzeitig optimiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge des Stahlbandes unter der Nebenbedingung eines vorgegebenen Profils optimiert wird.

14. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Warmwalzen eines dünnen Stahlbandes mit einer Walzstraße mit zumindest einem Walzge rüst, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufdicke, mit der das Stahlband aus dem Walzge rüst ausläuft, kleiner ist als 0,75 mm.