DE19941736C2 - Verfahren zur Prozeßführung und Prozeßoptimierung beim Warmwalzen von Metall - Google Patents
Verfahren zur Prozeßführung und Prozeßoptimierung beim Warmwalzen von MetallInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prozeßfüh
rung und Prozeßoptimierung beim Warmwalzen von Metall, insbe
sondere eines Metallbandes.
Speziell bei Stahl als spezifisches Eisen-Kohlenstoff(Fe-C)-
Metall erfolgt am Ende des Warmwalzprozesses in der Abkühlzo
ne eine Umwandlung des γ-Eisens in das bei Raumtemperatur
stabile α-Eisen. Dieser Umwandlungsprozeß findet vorrangig in
der Abkühlstrecke für das Stahlband statt.
Für die Prozeßführung beim Warmwalzen von Stahlband muß daher
der Umwandlungsprozeß berücksichtigt werden. In der Praxis
ist es aber schwierig, den Umwandlungspunkt und den Umwand
lungsgrad im Stahlband unter rauhen Betriebsbedingungen zu
erfassen.
Aus der Druckschrift Materials Science and Technology, Octo
ber 1996, Vol. 12, S. 808-817, ist es bekannt, die von einem
Röntgenstrahler emittierte, eine Probe eines Metallbandes
durchdringende elektromagnetische Strahlung zu erfassen und
auszuwerten, wobei kristallographische Umwandlungen, die bei
bestimmten Temperaturen des Metalles erfolgen, ermittelt wer
den.
Des Weiteren ist aus dem Aufsatz "Process optimization for
laminar cooling" aus Iron and Steel Engineer, August 1998, S.
45-49, ein Verfahren zur Prozeßführung und Prozeßoptimierung
beim Warmwalzen von Metall, insbesondere eines Metallbandes,
bekannt. Dabei werden in Abhängigkeit vom Umwandlungsgrad
bzw. vom Umwandlungsverlauf geeignete Prozeßsteuer- und/oder
Regelgrößen zur Prozeßoptimierung abgeleitet und/oder eine
online Adaption der Prozeßmodelle durchgeführt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben,
mit dem die Strukturumwandlung direkt im laufenden Abkühlpro
zeß bestimmt und verbessert werden kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der ein
gangs genannten Art gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an
gegeben.
Mit der Erfindung ist eine Online-Messung realisiert, bei der
Röntgenstrahlung verwendet wird. Die das Metallband durch
dringende Strahlung wird erfaßt und ausgewertet. Damit ist es
möglich, kristallographische und/oder Strukturumwandlungen
und/oder chemische Umwandlungen qualitativ und quantitativ zu
erfassen. Mit der Kenntnis des Umwandlungsgrades bzw. des Um
wandlungsverlaufes können aber Prozeßsteuer- und/oder Regel
größen zur Prozeßoptimierung abgeleitet werden. Sofern der
Prozeßsteuerung geeignete Prozeßmodelle zugrunde gelegt wer
den, können diese online adaptiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen anhand von Aus
führungsbeispielen beschrieben.
Ein steigender Anteil von Qualitäts-Stahlblechen wird durch
den Warmwalzprozeß hergestellt. Der abschließende Verfahrens
schritt des Warmwalzprozesses ist dabei die Abkühlung und
Nachbehandlung des Stahlbandes. Dabei wird das heiße Stahl
band, das aus der letzten Walze des Walzgerüstes kommt, mit
großen Mengen von Wasser in einer Kühlstrecke abgekühlt.
Der wesentliche Prozeß im letzteren Verfahrenszustand ist die
Umwandlung von γ-Eisen in α-Eisen. Diese Umwandlung ist von
hoher Bedeutung für die Qualität der erzeugten Stahlbänder.
Die Temperatur und die Geschwindigkeit der Umwandlung hängt
in starkem Maße von der chemischen Zusammensetzung, d. h. vom
Anteil der Legierungsbestandteile, insbesondere von Vanadium
(V), Titan (Ti) oder Niob (Nb) bzw. geringen Anteilen von
Stickstoff (N) oder Kohlenstoff (C), ab.
Letztere Bestandteile haben einen starken Einfluß auf die
Strukturumwandlung und damit auf die Qualität des resultie
renden Produktes. Starken Einfluß auf die Umwandlungsge
schwindigkeit hat weiterhin die Kornstruktur, d. h. die Größe
der einzelnen Körner, die Zahl und Art von Versetzungen und
Ausscheidungen.
Ein weiteres Problem ist, daß die Strukturumwandlung nicht im
thermischen Gleichgewicht stattfindet. Im Normalfall ist die
Transformations-Temperatur geringer als die Gleichgewicht
stemperatur des Prozesses. Dies verstärkt den Einfluß der
Kornstruktur auf die Umwandlungsrate und damit auf die Um
wandlungstemperatur, was bedeutet, daß die Vorbehandlung im
gesamten Warmwalzprozeß bis zum Kühlschritt Einfluß auf die
Strukturumwandlung und deren Ergebnisse haben kann.
Die Strukturumwandlung bei Stahl wird im wesentlichen durch
das bekannte Zustandsdiagramm Fe-C angegeben. Zwischen 723°C
und 906°C existiert im Bereich der relevanten Kohlenstoff(C)-
Konzentration ein Gleichgewicht von α-Mischkristallen (Fer
rit) und γ-Mischkristallen (Austenit), das sich bei Abkühlung
verändert, womit eine Strukturumwandlung verbunden ist. Die
Strukturumwandlung von γ-Eisen in α-Eisen beinhaltet dabei
einen Wechsel der kubisch flächenzentrierten (FCC = face cen
tered cubic) zur kubisch raumzentrierten (BCC = body centered
cubic) Kristallstruktur. Dadurch ändert sich die Bindungsgeo
metrie, neben den Gitterkonstanten auch die räumliche Anord
nung, und Bindungskraft innerhalb der Kristallstruktur.
Es wird nunmehr ausgenutzt, daß die Änderungen der Gitter
struktur und der Gitterkonstanten zu Unterschieden in den
Beugungsintensitäten der Röntgenstrahlung führen. Es werden
daher Messungen bei einer im Walzband vorliegenden, ausrei
chend hohen Temperatur im Bereich von 550 bis 900°C durchge
führt und die Beugungsintensitäten des Warmbandes gemessen
und analysiert.
Zur Auswertung können chemometrische Methoden oder neuronale
Netze zum Einsatz kommen. Dafür ist es notwendig, daß die
Beugungsintensitäten erfaßt und in entsprechender Weise mit
tels multivariater Datenanalyse ausgewertet werden. Im ein
zelnen werden dafür die bekannten chemometrischen Methoden
der sogenannten Hauptkomponentenanalyse (PCA oder PCR) oder
die Auswertemethode der kleinsten Quadrate (PLS angewandt).
Letztere mathematische Methoden sind heute als Standardtools
für die Auswertung von Beugungsintensitäten verfügbar. Diese
Tools setzen lineare Modelle voraus, um die Konzentrationen
von Komponenten der zu untersuchenden Stoffe zu ermitteln. Es
können auch physikalische Parameter der zu untersuchenden
Stoffe erfaßt und modelliert werden, z. B. die Temperatur.
Mit der Erfindung wird erstmalig die Röntgenstrahlung zur Er
fassung von Umwandlungen im Stahl und deren Einsatz bei der
Prozeßführung beim Warmwalzen vorgeschlagen. Außer an Stahl
bändern kann die Erfindung auch beim Warmwalzen anderer Me
talle eingesetzt werden.
Bei der angestrebten Prozeßoptimierung wird der Prozeßsteue
rung ein Abkühlmodell zugrunde gelegt, bei dem die spezifi
sche Wärme und die exotherme Wärmetönung, die vom Umwand
lungsgrad abhängen, erfaßt und die gemessenen Umwandlungsgra
de zur Adaption des Abkühlmodells benutzt werden. In Abhän
gigkeit vom gemessenen Umwandlungsgrad wird dabei die Kühlung
so gesteuert, daß sich ein vorgegebener Temperaturverlauf er
gibt. Dazu erfolgt vorteilhafterweise die Messung an einem
festen Punkt über dem vorbeibewegten Metallband und es wird
der Umwandlungsgrad in Längsrichtung gemessen und als Längs
profil angezeigt.
Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen kann die Messung
über die Breite des vorbeibewegten Metallbandes mit einer
traversierenden Sonde erfolgen oder durch mehrere parallel
über die Breite angeordnete Sonden realisiert werden. Insbe
sondere dadurch kann der Umwandlungsgrad in Querrichtung er
mittelt und als Querprofil dargestellt wird.
Die Erfindung wurde im einzelnen beim Warmwalzen eines Stahl
bandes als Metall beschrieben. Bei durch Ziehen erzeugten Me
talldrähten liegen ganz entsprechende Verhältnisse bezüglich
der kristallographischen Umwandlungen, der Gefügeumwandlungen
und/oder der chemischen Umwandlungen vor, so daß in gleicher
Weise auch die Steuerung von Drahtziehstraßen erfolgen kann.
Claims (11)
1. Verfahren zur Prozeßführung und Prozeßoptimierung beim
Warmwalzen von Metall, insbesondere eines Metallbandes, bei
dem in Abhängigkeit vom Umwandlungsgrad bzw. vom Umwandlungs
verlauf geeignete Prozeßsteuer- und/oder Regelgrößen zur Pro
zeßoptimierung abgeleitet und/oder eine online Adaption der
Prozeßmodelle durchgeführt werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß
die von einem Röntgenstrahler emittierte elektromagnetische Strahlung das Metallband durchdringt und auf der Rückseite des Metallbandes online erfaßt und ausgewertet wird,
mit der Auswertung kristallographische Umwandlungen und/oder Gefügeumwandlungen und/oder chemische Umwandlun gen, die bei bestimmten Temperaturen des Metalles erfolgen, ermittelt werden.
die von einem Röntgenstrahler emittierte elektromagnetische Strahlung das Metallband durchdringt und auf der Rückseite des Metallbandes online erfaßt und ausgewertet wird,
mit der Auswertung kristallographische Umwandlungen und/oder Gefügeumwandlungen und/oder chemische Umwandlun gen, die bei bestimmten Temperaturen des Metalles erfolgen, ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Röntgenstrahlung mit neuronalen
Netzen ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Röntgenstrahlung aufgenommen und
mit chemometrischen Methoden ausgewertet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Metall ein Stahlband ist, das ei
nem Warmwalzprozeß und/oder einem Kühlprozeß unterzogen wird,
wobei die Umwandlung der Kristallstruktur eine Umwandlung von
γ-Eisen (Austenit) in α-Eisen (Ferrit) ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß mittels der Röntgenstrahlung der An
teil von Ferrit und Austenit erkannt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei
zur Prozeßoptimierung eine Kühlung des gewalzten Metalles erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kühlung in Abhängigkeit vom gemessenen Umwandlungsgrad so
gesteuert wird, daß sich ein vorgegebener Umwandlungsverlauf
ergibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom gemessenen
Umwandlungsgrad die Kühlung so gesteuert wird, daß sich ein
vorgegebener Temperaturverlauf ergibt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Prozeßsteuerung ein
Abkühlmodell zugrunde gelegt wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vom Umwandlungsgrad ab
hängende spezifische Wärme, die exotherme Wärmetönung und/oder
die gemessenen Umwandlungsgrade zur Adaption eines Abkühl
modells benutzt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
an einem festen Punkt über dem vorbeibewegten Metallband er
folgt, der Umwandlungsgrad in Längsrichtung gemessen und als
Längsprofil angezeigt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
über die Breite des vorbeibewegten Metallbandes mit einer
traversierenden Sonde oder durch mehrere, parallel angeordne
te Sonden erfolgt, womit der Umwandlungsgrad sowohl in Längs-
als auch in Querrichtung des Metallbandes gemessen wird und
als Längs- und/oder Querprofil anzeigbar ist.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mes
sung und Optimierung an einem Metalldraht in einer Drahtzieh
straße erfolgt.
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---|---|---|---|
DE1999141736 DE19941736C2 (de) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Verfahren zur Prozeßführung und Prozeßoptimierung beim Warmwalzen von Metall |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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Auzinger,D., Parzer,F., Posch,G.: Process optimi- zation for laminarcooling. In: Iron and Steel Engineer, August 1998, S.45-49 * |
Pereloma,E.V., Boyd,J.D.: Effects of simulated on-line accelerated cooling processing on transforma-tion temperatures and microstructure in micro- alloyed steels. Part 1-Strip processing. In: Materials Science and Technology, October 1996, Vol.12, S.808-817 * |
Also Published As
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