EP1601479A1 - Giesswalzanlage zum erzeugen eines stahlbandes - Google Patents

Giesswalzanlage zum erzeugen eines stahlbandes

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EP1601479A1
EP1601479A1 EP04713049A EP04713049A EP1601479A1 EP 1601479 A1 EP1601479 A1 EP 1601479A1 EP 04713049 A EP04713049 A EP 04713049A EP 04713049 A EP04713049 A EP 04713049A EP 1601479 A1 EP1601479 A1 EP 1601479A1
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EP
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steel strip
rolling mill
steel
casting
cast
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EP04713049A
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Rüdiger DÖLL
Klaus Pronold
Albrecht Sieber
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Original Assignee
Siemens AG
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Abstract

Zum Erzeugen eines Stahlbandes (1) weist eine Gießwalzanlage eine Flüssigstahl-Vorratseinrichtung (2), eine Flüssigstahl-Zugabevorrichtung (3), eine vertikal arbeitende Gießeinrich-tung (5) mit mitlaufender Kokille (6), eine Reduktionsein-richtung (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 wer-den. Zur integrierten Einstellung der technologischen Regel-kreise (2' bis 11') weist sie ferner ein die Anlagenteile (2 bis 11) regelungstechnisch miteinander verbindendes Leitsys-tem (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 Anlagen-teils (2 bis 11) auf in Massenflussrichtung folgende Anlagen-teile (2 bis 11) berücksichtigt werden.

Description

Beschreibung
Gießwalzanlage zum Erzeugen eines Stahlbandes
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 Rollenp'aa- ren, 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 Bl 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 Massenflussrich- tung folgende Anlagenteile berücksichtigt werden. Die Erfindung fußt also auf der Schaffung eines anlagenteil- übergreifenden 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 Stahl- bandes, weniger Verformungsarbeit geleistet werden uss.
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 eigent- liehen 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 Re- duktionseinrichtung, 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 un- teren 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 Re- duktionseinrichtung 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 vorteilhaf- ter 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 Re- gelkreis 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 Zunderwä- scher vorgeordnet, der ebenfalls von einem technologischen Regelkreis geführt wird, wobei auch dieser Regelkreis vom Leitsystem geführt wird.
Vorzugsweise erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Gießwalz- anläge 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 ange- ordnet 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 uήd/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 technologi- sehen 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 da- bei 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 Te - peraturverhalten zu erzielen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
FIG 1 eine Gießwalzanlage, FIG 2 einen Ausschnitt von FIG 1 und
FIG 3 ein Leitsystem mit unterlagerten technologischen Regelkreisen für eine Gießwalzanlage.
Gemäß FIG 1 weist eine Gießwalzanlage zum Erzeugen eines Stahlbandes 1 zunächst eine Flüssigstahl-Vorratseinrichtung 2 auf. Diese Einrichtung 2 ist üblicherweise als sogenannter Tundish ausgebildet. Vom Tundish 2 aus gelangt flüssiger Stahl über eine nur schematisch angedeutete Flüssigstahl- Zugabevorrichtung 3 (z. B. einen anhebbaren Verschlussstopfen) und ein Tauchrohr 4 in eine Gießeinrichtung 5. 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 Gießeinrichtung 5 ausgebildet. Sie weist eine
Vielzahl von Platten 6 auf, die zu einer Endloskette miteinander verbunden sind und mit dem gegossenen Stahlband 1 mitlaufen. Die Platten 6 bilden also zusammen eine mitlaufende Kokille 6. Aus der Kokille 6 läuft das Stahlband 1 mit einer Gießdicke dl und einer Bandbreite b aus.
Der Gießeinrichtung 5 ist eine Reduktionseinrichtung 7 nachgeordnet. Die Reduktionseinrichtung 7 weist eine Vielzahl von Rollenpaaren 8 auf, mittels derer das Stahlband 1 geführt und auf eine Walzeingangsdicke d2 reduziert wird.
Der Reduktionseinrichtung 7 ist eine Umlenkeinrichtung 9 nachgeordnet . Diese lenkt das Stahlband 1 in eine horizontale Lage um. Der Umlenkeinrichtung 9 schließlich ist ein Walzwerk 10 nachgeordnet, in dem das Stahlband 1 auf eine Enddicke d3 heruntergewalzt wird. Nach dem Walzen wird das Stahlband 1 mittels einer Haspeleinrichtung 11 aufgehaspelt.
Jedem der Anlagenteile 2, 3, 5, 7, 9 bis 11 ist ein technolo- gischer Regelkreis 2' , 3r, 5', 1 ' , 9" bis 11' zugeordnet. Der technologische Regelkreis 2 ' führt die Flüssigstahl-Vorratseinrichtung 2, der Regelkreis 3' die Flüssigstahl-Zugabevorrichtung 3 usw.. Alle Komponenten 2 bis 11 werden also über ihren jeweiligen Regelkreis 2 ' bis 11' geführt.
Zur integrierten Einstellung der technologischen Regelkreise 2' bis 11' ist der Gießwalzanlage ein Leitsystem 12 zugeordnet. Das Leitsystem 12 arbeitet auf der Basis von mathematischen Modellen. Die Modelle können gegebenenfalls in neurona- len Netzwerken, eventuell auch in Fuzzy-Neuro-Netzen, implementiert werden. Es verbindet die Regelkreise 2' bis 11' für die einzelnen Anlagenteile 2, 3, 5, 7, 9, 10 und 11 rege- lungstechnisch miteinander. Dadurch ist es insbesondere möglich, die einzelnen Anlagenteile 2, 3, 5, 7, 9, 10 und 11 in
Bezug auf ihr Zusammenwirken in Abstimmung aufeinander derart zu führen, dass die Auswirkungen der Regelschritte eines An- lagenteils, z. B. der Reduktionseinrichtung 7, auf in Massen- flussrichtung folgende Anlagenteile, im gegebenen Beispiel die Umlenkeinrichtung 9, das Walzwerk 10 und die Haspeleinrichtung 11, berücksichtigt werden.
In FIG 2 sind die Flüssigstahl-Vorratseinrichtung 2, die
Flüssigstahl-Zugabevorrichtung 3, die Gießeinrichtung 5, die Reduktionseinrichtung 7 und das Walzwerk 10 nochmals deutlicher dargestellt. Insbesondere die Ausbildung der Kokille 6 mit einzelnen Platten 6 ist deutlich ersichtlich.
Gemäß der Darstellung von FIG 2 bestehen die Breitseiten der Kokille 6 aus den Platten 6. Gegebenenfalls könnten aber auch die in FIG 2 nicht sichtbaren Schmalseiten auf diese Weise ausgebildet sein.
Der von der Gießeinrichtung 5 erzeugte Stahlstrang 1 weist bereits die Gießdicke dl von nur 40 bis 100 mm auf. Die Bandbreite b liegt vorzugsweise zwischen 500 und 2000 mm. Die Gießwalzanlage wird dabei vom Leitsystem 12 derart geführt, dass das Stahlband 1 aus der Kokille 6 als Strang mit fester (erstarrter) Strangschale 1' und flüssigem Strangkern 1 austritt. Erst in der Reduktionseinrichtung 7 tritt eine völlige Durcherstarrung des Stahlbandes 1 ein.
In der Reduktionseinrichtung 7 wird das Stahlband 1 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 Stahlband 1 auf eine Walzeingangsdicke d2 reduziert, die mindestens 25 % unter der Gießdicke dl liegt. Gemäß FIG 2 weist die Reduktionseinrichtung 7 einen oberen Teil 13' und einen unteren Teil 13 auf. Im oberen Teil 13' wird das Stahlband 1 dickenreduziert, im unteren Teil 13Ω behält es seine Form bei. Die Führung der Gießwalzanlage durch das Leitsystem 12 ist dabei derart ausgestaltet, dass das Stahlband 1 erst im unteren Teil 13* der Reduktionseinrichtung 7 durcherstarrt. Im oberen Teil 13', in dem das Stahlband 1 umgeformt wird, weist es hingegen noch den flüssigen Strangkern 1* auf.
Gemäß FIG 3 kann der Reduktionseinrichtung 7 ein einzelnes vertikal arbeitendes Walzgerüst 7*, hier ein Quartogerüst, nachgeordnet sein. Mittels des Walzgerüsts 7* werden die Strangschalen aneinander gepresst und verschweißen somit noch besser. Auch erfolgt bereits eine Gefügeumwandlung. Das Walzgerüst 7' wird, falls es vorhanden ist, vorzugsweise von dem der Reduktionseinrichtung 7 zugeordneten Regelkreis 7' mit geführt.
Die Umlenkeinrichtung 9 - siehe FIG 1 - kann in konventioneller Weise sogenannte Bogensegmente mit Führungsrollen aufweisen, in denen das Stahlband 1 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 Stahlband 1 gemäß FIG 1 direkt dem Walzwerk 10 zugeführt. Zwischen der Umlenkeinrichtung 9 und dem Walzwerk 10 ist dabei ein Zunderwäscher 14 angeordnet. Der Zunderwäscher 14 ist in der Regel dem technologischen Regelkreis 10' des Walzwerks 10 zugeordnet, wird also ebenfalls von diesem Regelkreis 10' geführt. Im Ergebnis wird somit auch der Zunderwäscher 14 von einem technologischen Regelkreis, nämlich dem Regelkreis 10' für das Walzwerk 10, geführt, wobei dieser Regelkreis 10' wiederum vom Leitsystem 12 geführt wird. Das Walzwerk 10 kann bis zu 10 Walzgerüste aufweisen. Es kann alternativ als reines Warmwalzwerk oder als Warmwalzwerk mit nachgeordnete Kaltwalzwerk ausgebildet sein. Wenn das Walzwerk 10 als reines Warmwalzwerk ausgebildet ist, wird das Stahlband 1 im Walzwerk 10 auf eine Enddicke d3 von 1,0 bis 6,0 mm herunter gewalzt. Wenn das Walzwerk 10 als Warmwalzwerk mit nachgeordnetem Kaltwalzwerk ausgebildet ist, wird das Stahlband 1 im Warmwalzwerk auf eine Zwischendicke d4 von 1,0 bis 6,0 mm herunter gewalzt, im nachgeordneten Kaltwalz- werk auf die Enddicke d3, die in diesem Fall zwischen 0,3 und 2,0 mm liegt. Mit der Enddicke d3 wird das Stahlband 1 dann von der Haspeleinrichtung 11 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 Walzwerks 10 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 Über- gangsdicke d4.
Gemäß FIG 1 ist zwischen dem Walzwerk 10 und der Haspeleinrichtung 11 eine Kühlstrecke 15 angeordnet. Der Kühlstrecke 15 ist ein (eigener) technologischer Regelkreis 15' zugeord- net, von dem die Kühlstrecke 15 geführt wird. Auch dieser Regelkreis 15' wird vom Leitsystem 12 geführt.
In FIG 3 sind nochmals die Komponenten bzw. Anlagenteile 2, 3, 5, 7, 9 bis 11 und 15 der Gießwalzanlage schematisch dar- gestellt. Auch die ihnen zugeordneten Regelkreise 2' bis 11', 15' sowie das Leitsystem 12 sind mit dargestellt. Gemäß FIG 3 werden von den Regelkreisen 2' bis 11', 15' kontinuierlich - z. B. mit einem Zeittakt von 0,2 Sekunden -
Istwerte erfasst, die für einen Materialfluss des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 charakteristisch sind. Beispielsweise wird bezüglich der Flüssigstahl-Vorratseinrichtung 2 der Mengenzu- fluss, also die Massenänderung pro Zeiteinheit, erfasst. Der erfasste Zufluss wird an einen Wegverfolger 16 übermittelt.
Bezüglich der Gießeinrichtung 5 werden in bekannter Weise der Gießspiegel sowie eine Abzugsgeschwindigkeit, mit der das Stahlband 1 aus der Kokille 6 austritt, erfasst und an den Wegverfolger 16 übermittelt. In Verbindung mit dem bekannten Kokillenquerschnitt ist somit ohne weiteres auch der in die Kokille 6 eintretende und der die Kokille 6 verlassende Mate- rialstrom ermittelbar.
Von den anderen Komponenten 7, 9, 10, 11 und 15 werden jeweils die Materialgeschwindigkeiten des Stahlbandes 1 an den Wegverfolger 16 übermittelt.
Auf Grund der ihm zugeführten Informationen ist der Wegverfolger 16 in der Lage, auf bekannte Weise eine Wegverfolgung des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 durch die gesamte Gießwalzanlage zu realisieren. Das Ergebnis dieser Wegverfolgung wird vom Wegverfolger 16 an das Leitsystem 12 übermittelt.
Das Leitsystem 12 beinhaltet unter anderem ein Materialmodell 17. Mittels des Materialmodells 17 ist zumindest das reine Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 model- lierbar. Vorzugsweise können im Rahmen des Materialmodells 17 aber auch Phasenumwandlungen des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 (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 Materialmodells 17 auch Gefügeeigenschaften des Stahlbandes 1 wie z. B. die Korngröße und die Gefügeanteile odel- liert werden. Damit sind dann auch mechanische Eigenschaften des Stahlbandes 1 wie z. B. die Streckgrenze und die Zugfestigkeit ermittelbar.
Insbesondere wird im Leitsystem 12 (bzw. im Materialmodell 17) also sowohl die Temperatur- als auch die Gefügeentwicklung des Stahlbandes 1 über die ganze Anlage - von Tundish 2 bis zur Haspeleinrichtung 11 - unter Wegverfolgung des Stahlbandes 1 in Echtzeit mitgerechnet. Dadurch können Abweichun- gen in vorgeordneten Anlagenteilen, z. B. der Gießeinrichtung 5, in nachfolgenden Anlagenteilen, z. B. der Kühlstrecke 15 oder der Umlenkeinrichtung 7, gezielt korrigiert werden.
In Echtzeit ablauffähige Temperaturmodelle sind bekannt. Es werden beispielhaft die DE 196 12 420 AI, die DE 199 31 331 AI und die DE 101 29 565 AI 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 Walzwerk 10, 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 TO bezeichnet, benötigt. Diese Temperatur TO wird mittels einer an sich bekannten Messeinrichtung 18 in der Flüssigstahl-Vorratseinrichtung 2 erfasst und über den Regelkreis 2' oder aber direkt dem Leitsystem 12 und dann dem Materialmodell 17 als Anfangsparameter zugeführt. Alternativ oder zusätzlich könnte die Schmelzentemperatur T0 auch hinter der Flüssigstahl-Zugabevorrichtung 3 erfasst werden. Dies ist in FIG 3 gestrichelt angedeutet.
Die einzelnen Anlagenteile 5, 7, 9, 10, 11 und 15 weisen lokal wirkende Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 auf. In aller Regel umfassen diese Einrichtungen Kühleinrichtungen, z. B. zum Aufspritzen von Wasser auf das Stahlband 1 oder zum Kühlen der Kokillenplatten 6. Gegebenenfalls können auch - insbesondere induktiv wirkende - Heizeinrichtungen vorgesehen sein. Diese Einrichtungen werden über die korrespondierenden Regelkreise 5', 7', 9', 10', 11', 15' angesteuert. Ihre Stellgrößen wer- den ebenfalls dem Materialmodell 17 zugeführt.
Auf Grund der Informationen über den Materialfluss, welche dem Materialmodell 17 vom Wegverfolger 16 aus zugeführt werden, und der Informationen über die Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 ist das Materialmodell 17 daher in der Lage, das Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 unter Wegverfolgung von der Stahlvorratseinrichtung 2 bis zur Haspeleinrichtung 11 zu modellieren. Die technologischen Regelkreise 2' bis 11', 15' können daher vom Leitsystem 12 in Abhängigkeit von dem modellierten Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 zeitrichtig geführt werden. Insbesondere können die lokal wirken- den Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 über die den einzelnen Anlagenteilen 2 bis 11, 15 zugeordneten technologischen Regelkreise 2' bis 11', 15' entsprechend der Führung durch das Leitsystem 12 geregelt werden. Auch können anhand des Modells bereits vor dem Anstechen des Stahlbandes 1 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 Stahlbandes 1 ab. Die Materialhärte kann insbesondere zur Ermittlung der
Auffederung des Walzgerüsts und deren Kompensation herangezogen werden.
Wie aus FIG 3 weiter ersichtlich ist, werden hinter der Ko- kille 6, hinter der Reduktionseinrichtung 7, innerhalb des
Walzwerks 10, hinter dem Walzwerk 10 sowie innerhalb und hinter der Kühlstrecke 15 Isttemperaturen Tl bis T6 des Stahlbandes 1 erfasst und einem Adaptionsglied 19 zugeführt. Dem Adaptionsglied 19 werden ferner korrespondierende erwartete Temperaturen Tl' bis T6' zugeführt, die auf Grund der Modellierung des Temperaturverhaltens durch das Materialmodell 17 vorliegen sollten. Anhand etwaiger Abweichungen zwischen den Isttemperaturen Tl bis T6 und den erwarteten Temperaturen Tl' bis T6r kann das Adaptionsglied 19 somit in an sich bekannter Weise Korrekturfaktoren Kl bis K6 ermitteln, mittels derer das Materialmodell 17 (allmählich) an das tatsächliche Verhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes 1 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 Materi- alfluss zu variieren. Beispielsweise kann die Abzugsgeschwin- digkeit, mit der das Stahlband 1 aus der Kokille 6 abgezogen wird, variiert werden. Dies hat Einfluss auf die nachfolgen- den Anlagenteile bis einschließlich zur Haspeleinrichtung 11. Auch kann beispielsweise eine Anstellung eines Walzgerüsts des Walzwerks 10 geändert werden. Dies hat Einfluss auf alle nachfolgenden Walzgerüste des Walzwerks 10 sowie auf die Kühlstrecke 15 und die Haspeleinrichtung 11. Derartige Variationen des Materialflusses wirken also Anlagenteil übergreifend.
Auch für derartige Anlagenteil übergreifende Maßnahmen ermittelt das Leitsystem 12 Führungsgroßen. Diese Führungsgroßen beeinflussen indirekt ebenfalls das Temperaturverhalten des Stahls bzw. des Stahlbandes 1, weil sie die Zeitdauer ändern, während derer die lokal wirkenden Einrichtungen auf das
Stahlband 1 einwirken können. Wenn daher derartige Anlagenteil übergreifend wirkende Führungsgroßen geändert werden und diese Änderungen an die technologischen Regelkreise 2' bis 11', 15' übermittelt werden, werden die betreffenden Anlagen- teile 2 bis 11, 15 entsprechend dieser Führungsgröße geführt. Gleichzeitig aber werden vom Leitsystem 12 die Sollwerte für die Materialstrom abwärts gelegenen, lokal wirkenden Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung entsprechend angepasst, so dass das Gesamttemperaturverhalten des Stahlbandes 1 unverän- dert bleibt.
Gemäß FIG 1 ist das Walzwerk 10 der Umlenkeinrichtung 9 unmittelbar nachgeordnet. Ein gegossenes Stahlband 1 muss also unverzüglich im Walzwerk 10 gewalzt werden. Wie in FIG 1 ge- strichelt angedeutet ist, ist es aber auch möglich, zwischen der Umlenkeinrichtung 9 und dem Walzwerk 10 einen Zwischenhaspel 20 und einen Ausgleichsofen 21 anzuordnen. In diesem Fall ergibt sich eine Entkopplung von Gießprozess und Walz- prozess. Die Modellierung des Stahlbandes 1 berücksichtigt aber auch diese Entkopplung. Selbstverständlich ist in diesem Fall dem Zwischenhaspel 20 und dem Ausgleichsofen 21 ein weiterer technologischer Regelkreis 20' zugeordnet, der ebenfalls vom Leitsystem 12 geführt wird. Gegebenenfalls können dabei das Walzwerk 10, die Haspeleinrichtung 11, der Zwi- schenhaspel 20 und der Ausgleichsofen 21 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

Patentansprüche
1. 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 arbei- tenden 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie zur integrierten Einstellung der technologischen Regelkreise (2', 3', 5', 7', 9', 10', 11') ein die Flüssigstahl-Vorratseinriebtung (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 Aus- Wirkungen 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.
2. Gießwalzanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mittels der Kokille (6) gegossene Stahlband (1) beim Austritt aus der Kokille (6) eine Gießdicke (dl) zwischen 40 und 100 mm aufweist.
3. Gießwalzanlage nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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.
4. Gießwalzanlage nach Anspruch 2 und 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stahlband (1) in der Reduktionseinrichtung, bezogen auf die Gießdicke (dl), um mindestens 25 % reduzierbar ist.
5. Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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.
6. Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie durch das Leitsystem (12) derart führbar ist, dass das Stahlband (1) erst in der Reduktionseinrichtung (7) durcherstarrt.
7. Gießwalzanlage nach Anspruch 5 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stahlband (1) erst im unteren Teil (13*) durch- erstarrt.
8. Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stahlband (1) eine Enddicke (d3) zwischen 0,3 und 6,0 mm aufweist, mit der es von der Haspeleinrichtung (11) aufgehaspelt wird.
9. Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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.
10. Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 Leit- System (12) geführt wird.
11. Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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.
12. Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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.
13. Gießwalzanlage nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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' bis 11') in Ab- hängigkeit von dem modellierten Temperaturverhalten des
Stahls bzw. des Stahlbandes (1) zeitrichtig geführt werden.
14. Gießwalzanlage nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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.
15. Gießwalzanlage nach Anspruch 14 ', d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Rahmen des Materialmodells (17) auch Gefügeeigen- Schäften des Stahlbandes (1) modelliert werden.
16. Gießwalzanlage nach Anspruch 13, 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schmelzentemperatur (T0) des Stahls gemessen und dem Materialmodell (17) als Anfangsparameter zugeführt wird.
17. Gießwalzanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 (Tl bis T6) des Stahlbandes (1) erfasst und zur Adaption des Materialmodells (17) herangezogen wird.
18. Gießwalzanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die einzelnen Anlagenteile (2 bis 11) lokal wirkende Einrichtungen zur Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes (1) aufweisen und dass die lokal wirkenden Einrichtungen über die den einzelnen Anlagenteilen (2 bis 11) zugeordneten technologischen Regelkreise (2' bis 11') entsprechend der Führung durch das Leitsystem (12) geregelt werden.
19. Gießwalzanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Leitsystem (12) mindestens eine Führungsgröße zur Anlagenteil übergreifend wirkenden Temperaturbeeinflussung des Stahls bzw. des Stahlbandes (1) ermittelt und die betreffenden Anlagenteile (2 bis 11) entsprechend dieser Führungsgröße führt.
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