EP1360018A1 - Verfahren und vorrichtung zur voreinstellung von prozessgrössen einer walzstrasse zum walzen von metallbändern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur voreinstellung von prozessgrössen einer walzstrasse zum walzen von metallbändern

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EP1360018A1
EP1360018A1 EP02712772A EP02712772A EP1360018A1 EP 1360018 A1 EP1360018 A1 EP 1360018A1 EP 02712772 A EP02712772 A EP 02712772A EP 02712772 A EP02712772 A EP 02712772A EP 1360018 A1 EP1360018 A1 EP 1360018A1
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metal strips
strip
process variables
rolling
values
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Friedemann Schmid
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for presetting process variables of a rolling mill for rolling metal strips, the tolerance ranges of the guaranteed values for a predeterminable number of metal strips being used for the optimal setpoint calculation of the process variables.
  • the quality of a metal strip is determined in the form of predefined guarantee values for strip flatness, strip contour and strip profile.
  • actuators are used which adjust the shape of the roll gap, also referred to as the roll gap profile.
  • the setpoints for the actuators are referred to below as process variables.
  • a method and device for presetting a rolling mill for rolling a metal strip is known, the presetting being carried out in such a way that the difference between the profile and / or the flatness of the metal strip as it runs out of the rolling mill and one in front- given target profile and / or a predetermined target flatness is minimal.
  • the difference between the profile and / or the flatness of the metal strip when it leaves the rolling mill and a predetermined target profile and / or a predetermined target flatness is corrected as a function of the difference between parameters of the metal strip and the corresponding parameters of a previously rolled metal strip.
  • Conversion belts are to be understood as metal strips whose properties differ from the properties of a previously rolled metal strip or which are assigned to a different rolling program compared to a previous metal strip. If the rollers are markedly spherical, changing the setpoints of the process variables often leads to an undesired deviation of the roll gap profile from its ideal shape. This effect has a negative impact on the required quality characteristics of the strip flatness, strip contour and strip profile.
  • process variables of the actuators of a rolling mill for rolling metal strips are preset via a predeterminable number of metal strips.
  • the required guarantee values i.e. H. Target specifications and associated tolerance ranges for quality features of the metal strips, such as. B. strip flatness and / or strip contour and / or strip profile, taken into account via the predetermined number of metal strips in such a way that, depending on the tolerance ranges of the guaranteed values, an optimal target value calculation of the process variables of the actuators is carried out.
  • An advantageous embodiment of the invention is that at least 2 metal strips are taken into account for the setpoint calculation.
  • process variables of the actuators are preset, depending on the required guarantee values.
  • An advantageous embodiment of the invention resides in the fact that, given the predetermined number of metal strips, the metal strips are identified in which the specified guarantee values cannot be maintained due to the current setpoint setting of the process variables.
  • priority features are evaluated when identifying critical metal strips. Priority features are e.g. B. geometric sizes (e.g. strip thickness, strip width) and / or material properties (e.g. strength, assortment - stainless steel).
  • a new setpoint calculation of the process variables of the actuators is carried out depending on the metal strips identified.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the new setpoint calculation exploits the tolerance ranges of the setpoints in such a way that the guaranteed values of the identified metal strips are achieved, with a specific deviation of the setpoints within the tolerance range.
  • the device according to the invention according to claim 7 comprises a computing system for presetting process variables in at least one actuator of a rolling mill for rolling metal strips, for which guaranteed values are specified which are the
  • the computing system is designed such that an optimal setpoint calculation can be carried out for at least one process variable over a predeterminable number of metal strips, the tolerance ranges of the setpoints being taken into account over the specified number of metal strips.
  • FIG. 1 shows an example of the embodiment according to the invention for presetting process variables of the actuators of a rolling mill.
  • Process variables are preset using a known method 2 and one Extended method 1.
  • process data of the current strip with regard to strip profile, strip flatness and strip contour are calculated in the pass schedule 3.
  • process data such as B. rolling force, strip thickness and strip width, calculated and then transmitted to the profile and flatness control 4.
  • a pass schedule 3 is carried out for a predeterminable number of metal strips. It has proven to be advantageous to consider a number of two to eight metal bands as a rule in the case of changeover bands. In the event of very large deviations of the roll gap profile from its ideal shape, however, more than eight metal strips can also be taken into account at any time.
  • process data such. B. rolling force, strip thickness and strip width, calculated for the predetermined number of metal strips and stored in a data buffer 6.
  • critical metal strips 7 are identified and marked as critical.
  • Critical metal strips 7 are identified in the metal strips in which the specified guarantee values cannot be maintained due to the current setpoint setting of the process variables of the actuators and / or which are defined by priority features.
  • the calculated process data of the identified critical metal strips 7 and the calculated process data of the current metal strip 8 are then transmitted to the profile and flatness control 4.
  • process data and plant restrictions such as B.
  • ⁇ s is an actuator range that depends on the position of the critical metal strips identified.
  • the following table shows an example for the definition of ⁇ s for the actuator CVC (roll shift).
  • the value ⁇ represents a factor from 1 to 0, which specifies the actuator limits.
  • the actuator limits calculated in the actuator limit calculation 9 are then transferred to the profile and flatness control 4 of the known method 2.
  • the new setpoints of the process variables 5 for the actuators for setting the whale gap profile are calculated in the profile and flatness control 4 of the known method 2.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Voreinstellung von Prozessgrö- ßen einer Walzstraße zum Walzen von Metallbandern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Voreinstellung von Prozessgrößen einer Walzstraße zum Walzen von Metallbandern, wobei zur optimalen Sollwertberech- nung der Prozessgrößen die Toleranzbereiche der Garantiewerte über eine vorgebbare Anzahl von Metallbandern herangezogen werden.
Beim Walzen eines Metallbandes, insbesondere beim Flachwal- zen, wird die Qualität eines Metallbandes in Form von vorgegebenen Garantiewerten an Bandplanheit, Bandkontur und Bandprofil bestimmt. Zum Erreichen dieser Garantiewerte, welche als Qualitätsmerkmale eines Metallbandes dienen, werden Stellglieder verwendet, die die Form des Walzspaltes, auch als Walzspaltprofil bezeichnet, einstellen. Die Sollwerte für die Stellglieder werden im Weiteren als Prozessgrößen bezeichnet .
Während des Walzens eines Metallbandes bilden sich aufgrund hoher Bandtemperaturen und des damit verbundenen Wärmeeintrages in die Walzen dynamisch thermische Balligkeiten aus, die das Walzspaltprofil über den Bandlauf und von Band zu Band beeinflussen. Über die Lebensdauer einer Walze bildet sich weiterhin - je nach Einbauort, gewalztem Material und Walzen- Werkstoff - eine mehr oder weniger ausgeprägte Verschleißkontur aus.
Aus der DE 198 51 554 AI ist ein Verfahren und Einrichtung zur Voreinstellung einer Walzstraße zum Walzen eines Metall- bandes bekannt, wobei die Voreinstellung derart erfolgt, dass die Differenz zwischen dem Profil und/oder der Planheit des Metallbandes beim Auslaufen aus der Walzstraße und einem vor- gegebenen Sollprofil und/oder einer vorgegebenen Sollplanheit minimal ist. Dabei wird die Differenz zwischen dem Profil und/oder der Planheit des Metallbandes beim Auslaufen aus der Walzstraße und einem vorgegebenen Sollprofil und/oder einer vorgegebenen Sollplanheit in Abhängigkeit des Unterschiedes von Parameters des Metallbandes und den entsprechenden Parametern eines zuvor gewalzten Metallbandes korrigiert.
Um bei so genannten Umstellungsbändern das gewünschte Walz- spaltprofil einstellen zu können, müssen oft große Sollwertveränderungen der Prozessgrößen durchgeführt werden. Unter Umstellungsbändern sind Metallbänder zu verstehen, deren Eigenschaften von den Eigenschaften eines zuvor gewalzten Me- tallbandes abweichen oder die gegenüber einem vorhergehenden Metallband einem unterschiedlichen Walzprogramm zugeordnet sind. Bei ausgeprägter thermischer Balligkeit der Walzen führt eine Änderung der Sollwerte der Prozessgrößen oft zu einer unerwünschten Abweichung des Walzspaltprofils von seiner Idealform. Dieser Effekt wirkt sich hierbei negativ auf die geforderten Qualitätsmerkmale der Bandplanheit, Bandkontur und des Bandprofils aus.
Die bisher bekannten Vorrichtungen bzw. Verfahren versuchten immer die beste Lösung (Lösung, bei der die Sollvorgaben der Garantiewerte für Bandplanheit und/oder Bandkontur und/oder Bandprofil maximal erfüllt werden) für das jeweils folgende Metallband zu bestimmen. Mögliche Toleranzbereiche der Sollvorgaben wurden nicht vorrausschauend berücksichtigt.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung anzugeben, das bzw. die ein Erreichen der geforderten Qualitätsmerkmale von Metallbandern ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Patentanspruch 7 gelöst. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Voreinstel- lung von Prozessgrößen der Stellglieder einer Walzstraße zum Walzen von Metallbandern über eine vorgebbare Anzahl von Metallbandern. Dabei werden die geforderten Garantiewerte, d. h. Sollvorgaben und dazugehörige Toleranzbereiche für Qualitätsmerkmale der Metallbänder, wie z. B. Bandplanheit und/oder Bandkontur und/oder Bandprofil, über die vorgegebene Anzahl von Metallbandern derart berücksichtigt, dass abhängig der Toleranzbereiche der Garantiewerte eine optimale Sollwertberechnung der Prozessgrößen der Stellglieder durchgeführt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass für die Sollwertberechnung mindestens 2 Metallbänder berücksichtigt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt bei Umstellungsbändern die Voreinstellung von Prozessgrößen der Stellglieder, abhängig von den geforderten Garantiewerten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass bei der vorgegebenen Anzahl von Metallbandern die Metallbandern identifiziert werden, bei denen die vorgegebenen Garantiewerte aufgrund der aktuellen Sollwerteinstellung der Prozessgrößen nicht eingehalten werden können. Des Weiteren werden bei der Identifizierung von kritischen Metallbandern sogenannte Prioritätsmerkmale ausgewertet. Prioritätsmerkmale sind z. B. geometrische Größen (z. B. Banddicke, Bandbreite) und/oder Materialeigenschaften (z. B. Festigkeit, Sortiment - Edelstahl) . In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird abhängig von den identifizierten Metallbandern eine neue Sollwertberechnung der Prozessgrößen der Stellglieder durchgeführt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die neue Sollwertberechnung die Toleranzbereiche der Sollvorgaben derart ausnutzt, dass die Garantiewerte der identifizierten Metallbänder erreicht werden, wobei ein gezieltes Abweichen der Sollvorgaben im Tole- ranzbereich liegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 7 umfasst ein Rechensystem zur Voreinstellung von Prozessgrößen bei wenigstens einem Stellglied einer Walzstraße zum Walzen von Metall- bändern, bei denen Garantiewerte vorgegeben sind, die die
Sollvorgaben und die dazugehörigen Toleranzbereiche für die Qualitätsmerkmale der Metallbänder umfassen. Als Qualitätsmerkmale sind z. B. Bandplanheit und/oder Bandkontur und/oder Bandprofil vorgegeben. Dabei ist das Rechensystem derart aus- gebildet, dass eine optimale Sollwertberechnung bei wenigstens einer Prozessgrößen über eine vorgebbare Anzahl von Metallbandern durchführbar ist, wobei die Toleranzbereiche der Sollvorgaben über die vorgegebene Anzahl von Metallbandern berücksichtigt werden.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile und Details werden im Folgenden an einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Ausführung zur Voreinstellung von Prozessgrößen der Stellglieder einer Walzstraße.
FIG 1 zeigt gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Voreinstel- lung von Prozessgrößen der Stellglieder einer Walzstraße zum Walzen von Metallbandern. Dabei erfolgt die Voreinstellung von Prozessgrößen über ein bekanntes Verfahren 2 und einem erweiterten Verfahren 1. Bei dem bekannten Verfahren 2 werden in der Stichplanvorausberechnung 3 Prozessdaten des aktuellen Bandes bezüglich Bandprofil, Bandplanheit und Bandkontur berechnet. Dabei werden in der Stichplanvorausberechnung 3 Pro- zessdaten, wie z. B. Walzkraft, Banddicke und Bandbreite, berechnet und anschließend der Profil- und Planheitssteuerung 4 übermittelt. Zusätzlich zu dem bekannten Verfahren 2 wird im erweiterten Verfahren 1 eine Stichplanvorausberechnung 3 für eine vorgebbare Anzahl von Metallbandern durchgeführt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen bei Umstellungsbändern in der Regel eine Anzahl von zwei bis acht Metallbänder zu berücksichtigen. Bei sehr großen Abweichungen des Walzspaltprofils von seiner Idealform können jedoch jederzeit auch mehr als acht Metallbandern berücksichtigt werden.
In der Stichplanvorausberechnung 3 werden Prozessdaten, wie z. B. Walzkraft, Banddicke und Bandbreite, für die vorgegebene Anzahl von Metallbandern berechnet und in einem Datenpuffer 6 hinterlegt. Zusätzlich zu den hinterlegten Prozessdaten je Metallband werden kritische Metallbänder 7 identifiziert und als kritisch markiert. Eine Identifizierung von kritischen Metallbandern 7 erfolgt bei den Metallbandern, bei denen die vorgegebenen Garantiewerte aufgrund der aktuellen Sollwerteinstellung der Prozessgrößen der Stellglieder nicht eingehalten werden können und/oder die durch Prioritätsmerkmale definiert sind. Anschließend werden die berechneten Prozessdaten der identifizierten kritischen Metallbänder 7 und die berechneten Prozessdaten des aktuellen Metallbandes 8 der Profil- und Planheitssteuerung 4 übermittelt. Abhängig von Prozessdaten und Anlagenrestriktionen, wie z. B. mechanische Grenzen, erfolgt in der Profil- und Planheitssteuerung 4 eine Sollwertberechnung der Prozessgrößen 5 der identifizierten kritischen Metallbänder 7 (SkrtiSch) und für das aktuelle Metallband 8 (Saktueii) ■ Die Prozessgrößen dienen zur Einstellung des Walzspaltprofils mittels der zugehörigen Stellglieder. Aus den berechneten Sollwerten der Prozessgrößen 5 für das aktuelle Metallband 8 und für die identifizierten kritischen Metallbänder 7 werden in der Stellgliedgrenzenberechnung 9 Stellgliedgrenzen (SGrenze) ermittelt, so dass die Stellglieder immer in Richtung des identifizierten kritischen Metallbandes 7 gestellt werden. Damit wird vermieden, dass sich zu große Sollwertsprünge der Stellglieder bei identifizierten kritischen Metallbandern 7, wie z. B. bei Umstellungsbändern, ergeben. Die Berechnung der Stellgliedgrenzen erfolgt nach folgender Regel :
'Grenze = Skritisch ± α 'aktuell - Skritisch I
Eine weitere alternative Berechnung der Stellgliedgrenzen erfolgt nach folgender Regel:
'Grenze = skritisch ± Δs
Δs ist ein Stellgliedbereich, der von der Position der identifizierten kritischen Metallbänder abhängt. Folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für die Definition von Δs für das Stellglied CVC (Walzenverschiebung) .
Position Δs Bemerkung [mm]
1 10 Das identifizierte kritische Metallband wird als nächstes gewalzt.
2 20 Das identifizierte kritische Metallband wird als übernächstes gewalzt.
3 30 Das identifizierte kritische Metallband befindet sich an dritter Stelle.
... ... ...
Der Wert α stellt einen Faktor von 1 bis 0 dar, der die Stellgliedgrenzen vorgibt. Die in der Stellgliedgrenzenbe- rechnung 9 berechneten Stellgliedgrenzen werden anschließend der Profil- und Planheitssteuerung 4 des bekannten Verfahrens 2 übergeben. Abhängig der berechneten Prozessdaten der Stichplanvorausberechnung 3 des bekannten Verfahrens 2 und der be- rechneten Stellgliedgrenzen der Stellgliedgrenzenberechnung 9 werden in der Profil- und Planheitssteuerung 4 des bekannten Verfahrens 2 die neuen Sollwerte der Prozessgrößen 5 für die Stellglieder zum Einstellen des Walspaltprofils berechnet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Voreinstellung von Prozessgrößen bei wenigstens einem Stellglied einer Walzstraße zum Walzen von Metall- bändern, bei denen Garantiewerte vorgegeben sind, die die Sollvorgaben und die dazugehörigen Toleranzbereiche für die Qualitätsmerkmale der Metallbänder umfassen, wobei die Toleranzbereiche der Sollvorgaben über eine vorgebbare Anzahl von Metallbandern derart berücksichtigt werden, dass eine optima- le Sollwertberechnung bei wenigstens einer Prozessgröße über die vorgegebene Anzahl von Metallbandern durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Sollwertberechnung mindestens 2 Metallbänder berücksichtigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinstellung von Prozessgrößen, abhängig von den geforderten Garantiewerte, bei Umstellungsbänder erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der vorgegebenen Anzahl von Metallbänder die Metallbänder identifiziert werden, bei denen die vorgegebenen Garantiewerte auf Grund der aktuellen Sollwerteinstellung der Prozessgrößen nicht eingehalten werden können und/oder die Metallbänder aufgrund von Prioritätsmerkmalen definiert sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von den identifizierten Metallbandern eine neue Sollwertberechnung der Prozessgrößen durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die neue Sollwertberechnung die Toleranzbereiche der Sollvorgaben derart ausnutzt, dass die Garantiewerte der i- dentifizierten Metallbänder erreicht werden, wobei ein gezieltes Abweichen der Sollvorgaben im Toleranzbereich liegt.
7. Vorrichtung zur Voreinstellung von Prozessgrößen bei wenigstens einem Stellglied einer Walzstraße zum Walzen von Metallbandern, bei denen Garantiewerte vorgegeben sind, die die Sollvorgaben und die dazugehörigen Toleranzbereiche für die Qualitätsmerkmale der Metallbänder umfassen, wobei mit einem Rechensystem eine optimale Sollwertberechnung bei wenigstens einer Prozessgrößen über eine vorgebbare Anzahl von Metallbandern durchführbar ist, wobei die Toleranzbereiche der Sollvorgaben über die vorgegebene Anzahl von Metallbandern berücksichtigt werden.
EP02712772A 2001-02-13 2002-02-12 Verfahren und vorrichtung zur voreinstellung von prozessgrössen einer walzstrasse zum walzen von metallbändern Expired - Lifetime EP1360018B1 (de)

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