EP3009205B1 - Berücksichtigung einer Referenzgeschwindigkeit beim Ermitteln einer Leitgeschwindigkeit - Google Patents

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EP3009205B1
EP3009205B1 EP14188795.0A EP14188795A EP3009205B1 EP 3009205 B1 EP3009205 B1 EP 3009205B1 EP 14188795 A EP14188795 A EP 14188795A EP 3009205 B1 EP3009205 B1 EP 3009205B1
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EP
European Patent Office
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rolling
metal strip
control device
speed
operating method
Prior art date
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EP14188795.0A
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EP3009205A1 (de
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Klaus Dr. Weinzierl
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Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
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Publication date
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/46—Roll speed or drive motor control
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
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    • B21B2261/20—Temperature
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/006—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring temperature

Definitions

  • the present invention is further based on a computer program comprising machine code which can be executed by a control device for a rolling mill, wherein the processing of the machine code by the control device causes the control device to operate the rolling mill according to such an operating method.
  • the present invention is further based on a control device for a rolling mill, wherein the control device is programmed with such a computer program, so that the control device operates the rolling mill according to such an operating method.
  • the roughing train is used for thermodynamic rolling. Thereafter, the finished pre-bands are left on the roller table in front of the roughing road or between the roughing road and the finishing train for a certain period of time. After reaching a predetermined pre-strip temperature, the remaining stitches of the roughing mill are carried out or the pre-strip is led directly to the finishing train.
  • the pass plan calculation of the finishing train determines a guide speed or a Leit einsverlauf and the Stichab156 to transport the then finished rolled metal strip with a predetermined Endwalztemperatur and a predetermined thickness in the cooling section. In the cooling section, the metal strip is cooled by means of intensive cooling with a predetermined temperature gradient and then finally wound up in the coiler.
  • a major problem with the cooling of thick metal strips in the intensive cooling is the temperature difference that occurs between the surface of the metal strip and the inside of the metal strip.
  • the temperature difference can be several 100 ° C.
  • the (cold) metal near the surface forms bainite, while the metal inside usually remains ferritic.
  • the surface is significantly harder than the core of the metal strip. This is a desired effect.
  • the problem is that in the procedure used in the prior art, a large dispersion of the material properties arises, the reproducibility is therefore given only to a limited extent. Therefore, a relatively high proportion of metal strips does not maintain the desired reel temperatures neither during coiling nor does it have the desired material properties.
  • the reason for the different material properties lies in the different bainite parts of the steel at the surface and the different thicknesses of the purely ferritic core.
  • the reason for this is the rolling in the rolling stands of the rolling mill. Because depending on the temperature at which the pre-strip fed to the rolling stands of the rolling mill is, are determined by the control device different conduction velocities. This leads - even with the same final rolling temperature and the same coiler temperature - to different temporal cooling progressions in the cooling section.
  • thermodynamic rolling could not be calculated accurately enough or because the next slab was already pulled out of the oven and therefore must be pre-rolled, so that the lying of the already pre-rolled metal strip must be prematurely terminated ,
  • An operating method of the type mentioned is from the JP S63 168 211 A known.
  • model-based an expected temperature after rolling in the rolling stands determined.
  • the determined temperature is compared with a setpoint temperature range. If the detected temperature is outside the target temperature range, an intended rolling speed pattern is corrected.
  • the object of the present invention is to provide possibilities by means of which the proportion of metal strips which have the desired material properties can be increased - if possible to 100%.
  • an extent to which the control device takes into account the reference speed in the determination of the guide speed the control device is fixed or is specified by an operator of the rolling mill.
  • the optimum value for the extent for example, based on microstructural investigations of already rolled metal strips can be determined by applying different values of the extent on the rolling mill and then continue to use the value at which the lowest dispersion of the material properties has been obtained.
  • the conduction velocity is determined uniformly for the entire metal strip.
  • the guide speed is determined individually for individual sections of the metal strip.
  • the Reference speed be determined individually for the individual sections of the metal strip.
  • a determination of the conduction velocity as a function of the location of a particular portion of the metal strip - for example, the tape head - or as a function of time is possible.
  • the reference velocity may also be a function of the location of the particular section of the metal strip or time.
  • a so-called intensive cooling takes place in the cooling section.
  • the metal strip is cooled in the cooling section with standing under a pressure between 1.5 bar and 5.0 bar standing water.
  • control device causes the control device to operate the rolling mill in accordance with an operating method according to the invention.
  • control device for a rolling mill with the features of claim 9.
  • the control device is programmed with a computer program according to the invention, so that the control device operates the rolling mill according to an operating method according to the invention.
  • the control device operates the rolling mill in each case according to an operating method according to the invention.
  • FIG. 1 is a rolling mill for rolling a metal strip 1 as a finishing train 2 with downstream cooling section 3 and the cooling section 3 downstream coiler 4 is formed.
  • the cooling section 3 is thus arranged between the finishing train 2 and the coiler 4.
  • the finishing train 2 has a plurality of rolling stands 5, which are traversed by the metal strip 1 successively in a transport direction x.
  • the number of rolling stands 5 is in the rolling mill of FIG. 1 greater than 1. Usually it is 5, 6, 7 or 8.
  • the metal strip 1 is usually a steel strip.
  • the metal strip 1 is rolled.
  • Each rolling stand 5 of the finishing train 2 performs a single pass.
  • the metal strip 1 is cooled in the cooling section 3.
  • the metal strip 1 is cooled in the cooling section 3 with water, which is under a pressure p between 1.5 bar and 5.0 bar (so-called intensive cooling).
  • the metal strip 1 is reeled in the coiler 4.
  • FIG. 2 shows a possible alternative embodiment of the rolling mill for rolling a metal strip 1. Comparable elements are in FIG. 2 provided with the same reference numerals as in FIG. 1 , Again, the metal strip 1 is usually a steel strip.
  • the rolling mill is designed as Steckel mill 6.
  • the Steckel mill 6 generally has a single roll stand 5, in which the metal strip 1 reversing in several rolling passes is rolled. In individual cases, two rolling stands 5 may be present. Also in this case, however, the metal strip in the two stands 5 is reversibly rolled. On both sides of the roll stand 5 (or the rolling stands 5) is ever a Coilbox 7 available in which the metal strip 1 is reeled between the individual rolling passes.
  • a cooling section 3 connects. After the last pass, the metal strip 1 is not coiled in the coil box 7 between the roll stand 5 and the cooling section 3, but fed to the cooling section 3. There, the metal strip 1 is cooled after rolling. Also in the rolling mill of FIG. 2 For example, the metal strip 1 in the cooling section 3 is preferably cooled with water which is at a pressure p between 1.5 bar and 5.0 bar (so-called intensive cooling).
  • the cooling section 3 is arranged downstream of a reeling device 4. The cooling section 3 is therefore also in the embodiment of the rolling mill according to FIG. 2 between the rolling mill 5 and the coiler 4. As a rule, one of the two coil boxes 7 is furthermore arranged between the roll stand 5 and the cooling section 3.
  • the respective rolling mill has according to the FIG. 1 and 2 a control device 8.
  • the control device 8 is programmed with a computer program 9.
  • the computer program 9 can be supplied to the control device 8, for example via a data carrier 10, on which the computer program 9 is stored in (exclusively) machine-readable form-for example in electronic form.
  • the computer program 9 comprises machine code 11 which can be processed by the control device 8.
  • the execution of the machine code 11 by the control device 8 causes the control device 8 to operate the rolling mill in accordance with an operating method which will be explained in more detail below.
  • the processing of the machine code 11 by the control device 8 first causes the above explained in connection with the structural design of the rolling plants operation of the rolling mill, so the rolling of the metal strip 1 in the rolling stands 5 ( FIG. 1 ) or the roll stand 5 ( FIG. 2 ), the cooling of the metal strip 1 in the cooling section 3 after rolling and the coiling of the metal strip 1 after cooling in the cooling section. 3
  • the execution of the machine code 11 by the control device 8 furthermore causes the control device 8 to operate the rolling mill during rolling of the metal strip 1 and also during cooling of the metal strip 1 at a guide speed vL.
  • the guide speed vL is a speed, from which - possibly in conjunction with the set in the rolling mill stubs and trains - occurring within the rolling system transport speeds of the metal strip 1 and the respective corresponding roller peripheral speeds of the work rolls of the rolling stands 5 are clearly determined.
  • it may be a fictitious speed of the tape head or the rotational speed of the first rolling stand 5 of the finishing train 2 or the speed of the work rolls of the rolling stand 5 of the Steckel rolling mill 6 at the first rolling pass.
  • the guide speed vL can be defined, for example, as a function of the location of the tape head.
  • the guide speed vL is determined by the control device 8 before the metal strip 1 is rolled in the rolling stands 5 of the rolling mill.
  • the control device 8 determines the guide speed vL as shown in FIG. 1 and 2 based on a Istenergyinhalts E1 of the metal strip 1, a target energy content E2 * of the metal strip 1 and a reference speed vR.
  • the Istenergyinhalt E1 is related to a time prior to rolling of the metal strip 1 in the rolling stands 5.
  • the energy content E1 may be the temperature or the enthalpy of the metal strip 1 before rolling in the roll stands 5.
  • the energy content E1 can for example be determined by means of a measurement at a first temperature measuring point 12 or be given directly by this measurement.
  • this is the initial rolling temperature at which the metal strip 1 is fed to the finishing train 2 or the Steckel rolling mill 6.
  • the target energy content E 2 * of the metal strip 1 is based on a time after rolling of the metal strip 1 in the rolling stands 5, but before cooling of the metal strip 1 in the cooling section 3.
  • the desired energy content E2 * can be, for example, the temperature or the enthalpy of the metal strip 1 after rolling in the roll stands 5, analogous to the energy content E1.
  • the target energy content E2 * is determined according to the technological requirements as needed. In the case of a temperature is the final rolling temperature, with which the metal strip 1 is fed from the finishing train 2 and the Steckel mill 6 of the cooling section 3.
  • the target energy content E2 * is of the same type as the energy I1.
  • the energy content I1 is a temperature
  • the energy content E2 * is usually also a temperature.
  • the energy content E2 * is also an enthalpy. However, this is not necessary.
  • the reference speed vR is a meaningful value for the guide speed vL based on empirical values.
  • the control device 8 can determine the guide speed vL as follows: According to FIG. 3 the control device 8 implements a function block 13. By means of the function block 13, the control device 8 determines a pass schedule SP. As part of the function block 13, the control device 8 also sets a value for the associated guide speed vL. This value is - because it is only provisional and therefore not yet final - hereinafter referred to as scheduled guide speed and provided with the reference numeral vL '. Possible implementations of functional block 13 are well known to those skilled in the art.
  • the control device 8 also implements a model 14.
  • the model 14 is a model of the rolling stands 5 of the rolling mill.
  • the behavior of the metal strip 1 during rolling in the rolling stands 5 of the rolling mill is modeled.
  • the temporal evolution of the temperature or the enthalpy of the metal strip 1 can be determined.
  • the determined pass schedule SP and the set guide speed vL ' are fed to the model 14.
  • the model 14, the Istenergyinhalt E1 of the metal strip 1 is further supplied. Based on the Istenergyinhalt E1 determines the controller 8 by means of the model 14 an expected energy content E2E.
  • the energy content E2E is that energy content which is expected at the applied guide speed vL 'after rolling in the rolling stands 5 of the rolling mill in the metal strip 1.
  • the expected energy content E2E is of the same type as the target energy content E2 *.
  • the expected energy content E2E and the target energy content E2 * are either both times around temperatures or both times around enthalpies.
  • the control device 8 forms a target function Z.
  • n1 and n2 are positive - not necessarily natural - numbers. As a rule, the numbers n1 and n2 have the same value. However, this is not necessary. For example, the numbers n1 and n2 may both be 2.
  • a is a freely selectable weighting factor. The weighting factor a determines to what extent the deviation of the set guide speed vL 'from the reference speed vR is taken into account in the final determination of the guide speed vL.
  • Equation (1) can be solved in the simplest case as a scalar equation.
  • equation (1) may be applied as a functional over the location of a particular portion of the metal tape 1 - for example the tape head - or time.
  • tE is the time at which the band foot of the metal strip 1 expires from the last rolling stand 5 of the finishing train or last time out of the rolling stand 5 of the Steckel rolling mill 6.
  • the control device 8 checks whether the target function Z is already optimized, for example, is minimal or - with a suitable definition of the target function Z - is maximum. If this is not the case, the control device 8 returns to the function block 13. There, at least the scheduled guide speed vL 'is varied. If necessary, the stitch plan SP is also varied. Varying takes place with the aim of optimizing the objective function Z. If this is the case, however, the target function Z is already optimized, the control device 8 takes over in a function block 17, the last set guide speed vL '- ie the applied guide speed vL', in which the target function Z has its optimal value - as a guide speed vL , This value is therefore used as the guide speed vL.
  • FIG. 4 can the controller 8 - as an alternative to the procedure according to FIG. 3
  • determine the conduction velocity vL as follows:
  • FIG. 4 implements the controller 8 analogously to FIG. 3 Function block 13, model 14, and decision block 16.
  • These elements 13, 14, 16 are identical to those of FIG. 3 , However, the functional blocks 15 and 17 are replaced by functional blocks 18 and 19.
  • the control device 8 forms - analogous to the function block 15 - a target function Z.
  • the deviation of the expected energy content E2E from the target energy content E2 * of the metal strip 1 enters the target function Z of the function block 18.
  • the deviation of the set guide speed vL 'from the reference speed vR does not enter into the objective function Z of the function block 18.
  • n is a positive - not necessarily natural - number.
  • the number n may have the value 2.
  • equation (2) can alternatively be stated as a scalar equation or as a functional.
  • the control device 8 forms a linear combination of the set guide speed vL ', at which the target function Z has its optimum value, and the reference speed vR.
  • the guide speed vL 1 - a ⁇ vL ' + a ⁇ vR determined.
  • a is - as in Equation 1 - a freely selectable weighting factor.
  • the weighting factor a determines to what extent the deviation of the set guide speed vL 'from the reference speed vR is taken into account in the final determination of the guide speed vL.
  • the im Functional block 19 determined value takes over the control device 8 as a guide speed vL. This value is therefore used as the guide speed vL.
  • the weighting factor a of the control device 8 is fixed. This is in the FIG. 1 and 2 indicated that the weighting factor a is registered within the control device 8. Alternatively, it is possible that the weighting factor a of the control device 8 is predetermined by an operator 20. This too is in the FIG. 1 and 2 shown schematically. However, particularly preferred is a procedure which will be described below in connection with FIG. 5 is explained in more detail. In addition are the FIG. 1 and 2 to bring with.
  • the final rolling temperature T2 is the temperature that the metal strip 1 has after rolling but before cooling.
  • the final rolling temperature T2 can be determined by a measurement at a second temperature measuring station 21.
  • the second temperature measuring station 21 is as shown in the FIG. 1 and 2 On the output side of the rolling stands 5, but arranged in front of the cooling section 3.
  • the control device 8 it is necessary for the control device 8 to be supplied with a respective reel temperature T3.
  • the reel temperature T3 is the temperature that the metal strip 1 has after cooling in the cooling section 3.
  • the reel temperature T3 can be determined by a measurement at a third temperature measuring station 22.
  • the third temperature measuring station 22 is as shown in the FIG. 1 and 2 on the output side of the cooling section 3, but arranged in front of the coiler 4.
  • FIG. 5 takes the control device 8 in a step S1 against the detected Endwalztemperatur T2.
  • the step S1 is - of course - performed prior to cooling of the metal strip 1 in the cooling section 3.
  • the control device 8 determines, based on the respective final rolling temperature T2, by means of a model 23, an expected reel temperature T3E.
  • the model 23 is a model of the cooling section 3 of the rolling mill.
  • the model 23 are in a conventional manner according to FIG. 6
  • the temperature development and the phase development in the metal strip 1 are determined-as a rule by iteratively solving a heat conduction equation and a phase transformation equation.
  • the determination is made for the respective metal strip 1.
  • the final rolling temperature T2 of the respective metal strip 1 is used by the model 23 and (at least among other things) the expected reel temperature T3E for the respective metal strip 1 is determined.
  • the expected reel temperature T3E corresponds to the temperature that is expected for the respective metal strip 1 when entering the reeling device 4 and thus during reeling.
  • the step S2 can be carried out during the cooling of the respective metal strip 1 in the cooling section 3.
  • step S3 the control device 8 receives the detected reel temperature T3.
  • the step S3 is - of course - performed after cooling of the metal strip 1 in the cooling section 3.
  • a step S4 the control device 8 compares the expected reel temperature T3E with the respective actual reel temperature T3. Based on the comparison, the control device 8 determines a correction factor k for the model 23 of the cooling section 3.
  • the model 23 adapted due to the change in the correction factor k uses the control device 8 in the context of the subsequent metal strip 1, that is, in the renewed execution of the steps S1 to S4.
  • step S5 the controller 8 performs the weighting factor a.
  • the tracking takes place by evaluating the correction factors k as a function of the respective guide speeds vL and / or the respective final rolling temperatures T2. The tracking takes place in such a way that the influence of the guide speed vL and / or the final rolling temperature T2 on the correction factor k is minimized.
  • the procedure of FIG. 5 based on the following considerations: As part of the execution of the model 23 is usually first determined an average temperature over the strip thickness and determined on the basis of this temperature, the development of the phase components. Thus, in the context of the model 23, the message about the temperature is first carried out and then the phase development is determined. In reality, however, the phase development takes place individually according to the respective temperature at the respective location of the metal strip 1. Due to the preference of the averaging over the temperature before the phase development, the model 23, the microstructure which occurs during cooling of the metal strip 1 in the cooling section 3 in the metal strip 1, do not detect correctly. This systematic error is reflected in the correction factor k.
  • the guide speed vL determined uniformly for the entire metal strip 1 (or uniformly for the entire respective metal strip 1).
  • the reference speed vR is uniformly defined for the entire metal strip 1 or for the entire respective metal strip 1.
  • the conduction velocity vL - from the beginning as it is in the WO 2011/138 067 A2 is explained - is determined individually for individual sections 24 of the metal strip 1 and the respective metal strip 1.
  • the reference speed vR can be defined uniformly for the entire metal strip 1 or for the entire respective metal strip 1.
  • the reference speed vR is preferably as shown in FIG FIG.
  • the conduction velocity v L is determined as a function of the location of a specific portion of the metal strip 1 - for example, the tape head - or as a function of time.
  • the reference speed v R can alternatively be uniformly defined or else also be defined as a function of the location of the specific section of the metal strip 1 or as a function of time.
  • a metal strip 1 is rolled in a number of rolling stands 5 a rolling mill, then cooled in a cooling section 3 of the rolling mill and finally wound up in the coiler 4 of the rolling mill.
  • the cooling section 3 is arranged between the rolling stands 5 and a reeling device 4.
  • a control device 8 of the rolling mill determined before rolling of the metal strip 1 in the rolling stands 5 a guide speed vL for the rolling mill. It operates when rolling the metal strip 1, the rolling mill according to the determined guide speed vL.
  • the control device 8 determines the guide speed vL on the basis of an energy content E1 of the metal strip 1 before rolling in the rolling stands 5, a desired energy content E2 * of the metal strip 1 after rolling in the rolling stands 5 and a reference speed vR.
  • the present invention has many advantages. In particular, it is possible to roll and cool the metal strip 1 in such a way that it has reproducible material properties. Scatters due to different Istenergyinhalte E1 before rolling in the rolling stands 5 or due to different conduction velocities vL can be reduced. Furthermore, there is a more precise control of the cooling section 3, because the correction factors k of the cooling section 3 scatter less than in the prior art. This results in a further reduction in the dispersion of the material properties. Downtime due to cold metal bands 1, which can not be rewound or jump when transporting the reeled metal strip 1 due to excessive voltages can be reduced or even avoided altogether.
  • the operating method can be realized in a simple manner and on any rolling mill. The operating method is not only suitable for the production of so-called pipe tape, but also for other steel grades. In many cases, the economic production of the grades X70 and X80 is enabled by the operating method according to the invention.

Description

  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für eine Walzanlage zum Walzen eines Metallbandes,
    • wobei das Metallband in einer Anzahl von Walzgerüsten der Walzanlage gewalzt wird, sodann in einer zwischen den Walzgerüsten und einer Haspeleinrichtung der Walzanlage angeordneten Kühlstrecke der Walzanlage gekühlt wird und schließlich in der Haspeleinrichtung aufgehaspelt wird,
    • wobei eine Steuereinrichtung der Walzanlage vor dem Walzen des Metallbandes in den Walzgerüsten eine Leitgeschwindigkeit für die Walzanlage ermittelt und beim Walzen des Metallbandes die Walzanlage entsprechend der ermittelten Leitgeschwindigkeit betreibt.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Computerprogramm, das Maschinencode umfasst, der von einer Steuereinrichtung für eine Walzanlage abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung die Walzanlage gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steuereinrichtung für eine Walzanlage, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Computerprogramm programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung die Walzanlage gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Walzanlage zum Walzen eines Metallbandes,
    • wobei die Walzanlage eine Anzahl von Walzgerüsten aufweist, in denen das Metallband gewalzt wird,
    • wobei die Walzanlage eine Kühlstrecke aufweist, in der das Metallband nach dem Walzen gekühlt wird,
    • wobei die Walzanlage eine Haspeleinrichtung aufweist, in der das Metallband nach dem Kühlen aufgehaspelt wird,
    • wobei die Kühlstrecke zwischen den Walzgerüsten und der Haspeleinrichtung angeordnet ist,
    • wobei die Walzstraße eine Steuereinrichtung aufweist, welche die Walzstraße gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
  • Diese Gegenstände sind aus der WO 2011/138 067 A2 bekannt.
  • In Warmbandstraßen und in Grobblechstraßen wird häufig auch Stahl für Pipelines produziert, beispielsweise Stahl der Güten X70 und X80. Das sind besonders dicke Bänder bzw. Bleche, die später zu Rohren gebogen werden. Insbesondere bei Pipelines für Erdgas muss gewährleistet werden, dass der verwendete Werkstoff eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Zähigkeit besitzt, da das Gas unter einem hohen Druck steht (teilweise bis zu 200 bar) und ein Leck einen schweren Unfall verursachen kann. Die Produktion der genannten Stahlgüten gelingt in Grobblechstraßen meist mit guter Qualität, ist aber vergleichsweise teuer. Weiterhin ist der maximale Durchsatz einer Grobblechstraße erheblich geringer als der maximale Durchsatz einer Warmbandstraße. Es wird daher zunehmend versucht, auch in Warmbandstraßen qualitativ hochwertigen Stahl zu produzieren, der den Anforderungen von Pipelines genügt. Eines der Erfordernisse ist eine intensive Kühlung nach dem Walzen, da anderenfalls die erforderlichen Materialeigenschaften nicht erreicht werden können. Dennoch gelingt die Produktion hochwertiger Stähle - insbesondere der Materialgüten X70 und X80 - nicht mit hinreichend guter Reproduzierbarkeit.
  • Im Stand der Technik wird die Vorstraße zum thermodynamischen Walzen genutzt. Danach lässt man die gefertigten Vorbänder auf dem Rollgang vor der Vorstraße oder zwischen der Vorstraße und der Fertigstraße eine bestimmte Zeit lang liegen. Nach Erreichen einer vorgegebenen Vorbandtemperatur werden die restlichen Stiche der Vorstraße durchgeführt oder wird das Vorband direkt zur Fertigstraße geführt. Die Stichplanberechnung der Fertigstraße ermittelt eine Leitgeschwindigkeit oder einen Leitgeschwindigkeitsverlauf sowie die Stichabnahmen, um das dann fertig gewalzte Metallband mit einer vorgegebenen Endwalztemperatur und einer vorgegebenen Dicke in die Kühlstrecke zu transportieren. In der Kühlstrecke wird das Metallband mittels einer Intensivkühlung mit einem vorgegebenen Temperaturgradienten gekühlt und dann schließlich in der Haspeleinrichtung aufgehaspelt.
  • Ein großes Problem bei der Abkühlung dicker Metallbänder in der Intensivkühlung ist der Temperaturunterschied, der zwischen der Oberfläche des Metallbandes und dem Inneren des Metallbandes auftritt. Der Temperaturunterschied kann mehrere 100 °C betragen. Das (kalte) Metall in der Nähe der Oberfläche bildet Bainit aus, während das Metall im Inneren in der Regel ferritisch bleibt. Dadurch wird die Oberfläche deutlich härter als der Kern des Metallbandes. Dies ist ein durchaus gewünschter Effekt. Problematisch ist jedoch, dass bei der im Stand der Technik angewendeten Vorgehensweise eine große Streuung der Materialeigenschaften entsteht, die Reproduzierbarkeit also nur in begrenztem Umfang gegeben ist. Ein relativ hoher Anteil von Metallbändern hält daher weder beim Aufhaspeln die gewünschten Haspeltemperaturen ein noch weist er die gewünschten Materialeigenschaften auf. Die Abweichungen der tatsächlichen Materialeigenschaften von den gewünschten Materialeigenschaften können so weit gehen, dass die Metallbänder beim Walzen stecken bleiben oder bereits gehaspelte Coils wieder aufspringen, so dass Betriebsstörungen und erhebliche wirtschaftliche Schäden die Folge sind. Die Metallbänder, welche die gewünschten Materialeigenschaften nicht einhalten, stellen daher Schrott dar, der wieder eingeschmolzen werden muss.
  • Der Grund für die unterschiedlichen Materialeigenschaften liegt in den unterschiedlichen Bainitanteilen des Stahls an der Oberfläche und den unterschiedlichen Dicken des rein ferritischen Kerns. Die Ursache hierfür ist das Walzen in den Walzgerüsten der Walzanlage. Denn je nachdem, mit welcher Temperatur das Vorband den Walzgerüsten der Walzanlage zugeführt wird, werden von der Steuereinrichtung unterschiedliche Leitgeschwindigkeiten ermittelt. Dies führt - sogar bei gleicher Endwalztemperatur und gleicher Haspeltemperatur - zu unterschiedlichen zeitlichen Abkühlverläufen in der Kühlstrecke.
  • Die Streuungen der Vorbandtemperatur sind oftmals nicht vermeidbar. Sie entstehen oftmals aus produktionstechnischen Notwendigkeiten heraus, weil beispielsweise die Liegezeit beim thermodynamischen Walzen nicht genau genug berechnet werden konnte oder weil die nächste Bramme bereits aus dem Ofen gezogen wurde und daher vorgewalzt werden muss, so dass das Liegen des bereits vorgewalzten Metallbandes vorzeitig abgebrochen werden muss.
  • Ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art ist aus der JP S63 168 211 A bekannt. Bei diesem Verfahren wird, ausgehend von einer Isttemperatur des Metallbandes vor dem Walzen in den Walzgerüsten, modellgestützt eine erwartete Temperatur nach dem Walzen in den Walzgerüsten ermittelt. Die ermittelte Temperatur wird mit einem Solltemperaturbereich verglichen. Liegt die ermittelte Temperatur außerhalb des Solltemperaturbereichs, wird ein beabsichtigtes Walzgeschwindigkeitsmuster korrigiert.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer der Anteil an Metallbändern, welche die gewünschten Materialeigenschaften aufweisen vergrößert werden kann - möglichst bis auf 100 %.
  • Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
  • Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
    • dass die Steuereinrichtung die Leitgeschwindigkeit anhand eines Istenergieinhalts des Metallbandes vor dem Walzen in den Walzgerüsten, eines Sollenergieinhalts des Metallbandes nach dem Walzen in den Walzgerüsten und einer Referenzgeschwindigkeit ermittelt,
    • dass die Steuereinrichtung, ausgehend von dem Istenergieinhalt des Metallbandes vor dem Walzen in den Walzgerüsten, mittels eines Modells der Walzgerüste der Walzanlage einen erwarteten Energieinhalt ermittelt, der bei einer angesetzten Leitgeschwindigkeit nach dem Walzen in den Walzgerüsten erwartet wird,
    • dass die Steuereinrichtung durch Variieren der angesetzten Leitgeschwindigkeit eine Zielfunktion optimiert, in welche die Abweichung des erwarteten Energieinhalts vom Sollenergieinhalt des Metallbandes nach dem Walzen in den Walzgerüsten eingeht,
    • dass entweder in die Zielfunktion zusätzlich auch eine Abweichung der angesetzten Leitgeschwindigkeit von der Referenzgeschwindigkeit eingeht, oder die Zielfunktion unabhängig von der Abweichung der angesetzten Leitgeschwindigkeit von der Referenzgeschwindigkeit ist und die Steuereinrichtung als Leitgeschwindigkeit eine Linearkombination derjenigen angesetzten Leitgeschwindigkeit, bei welcher die Zielfunktion ihren optimalen Wert aufweist, und der Referenzgeschwindigkeit verwendet.
  • Es wird also als Ersatzgröße für das nicht direkt ermittelbare Gefüge des Metallbandes nicht die Angleichung an einen Sollenergieinhalt als solchen und allein verwendet, sondern eine Mischung aus diesem Energieinhalt und einer Referenzgeschwindigkeit. Durch diese Vorgehensweise können zwar nicht - zumindest nicht zwingend und notwendigerweise - die Materialeigenschaften des Metallbandes nach dem Durchlaufen der Kühlstrecke zuverlässiger vorhergesagt werden. Dies ist auch nicht erforderlich. Entscheidend ist, dass diese Maßnahme zu einer besseren Reproduzierbarkeit führt. Es muss also lediglich ermittelt werden, in welchem Ausmaß die Referenzgeschwindigkeit bei der Ermittlung der Leitgeschwindigkeit berücksichtigt werden muss, um Materialeigenschaften gut reproduzieren zu können.
  • Im einfachsten Fall ist es möglich, dass ein Ausmaß, zu welchem die Steuereinrichtung die Referenzgeschwindigkeit bei der Ermittlung der Leitgeschwindigkeit berücksichtigt, der Steuereinrichtung fest vorgegeben ist oder von einem Bediener der Walzanlage vorgegeben wird. In diesem Fall kann der optimale Wert für das Ausmaß beispielsweise auf Basis von Gefügeuntersuchungen von bereits gewalzten Metallbändern ermittelt werden, indem man auf der Walzanlage verschiedene Werte des Ausmaßes ansetzt und später denjenigen Wert weiter verwendet, bei dem man die niedrigste Streuung der Materialeigenschaften erhalten hat.
  • Eine besonders bevorzugte Vorgehensweise ist jedoch dadurch gegeben,
    • dass es wiederholt mit verschiedenen Metallbändern ausgeführt wird,
    • dass der Steuereinrichtung eine jeweilige Endwalztemperatur, die das jeweilige Metallband nach dem Walzen, aber vor dem Kühlen aufweist, zugeführt wird,
    • dass die Steuereinrichtung, ausgehend von der jeweiligen Endwalztemperatur, für das jeweilige Metallband mittels eines Modells der Kühlstrecke der Walzanlage jeweils eine erwartete Haspeltemperatur ermittelt, die für das jeweilige Metallband beim Haspeln erwartet wird,
    • dass die Steuereinrichtung jeweils die erwartete Haspeltemperatur mit einer jeweiligen tatsächlichen Haspeltemperatur vergleicht und anhand des Vergleichs einen Korrekturfaktor für das Modell der Kühlstrecke ermittelt und
    • dass die Steuereinrichtung durch Auswertung der Korrekturfaktoren in Abhängigkeit von den jeweiligen Leitgeschwindigkeiten und/oder den jeweiligen Endwalztemperaturen das Ausmaß derart nachführt, dass der Einfluss der Leitgeschwindigkeit und/oder der Endwalztemperatur auf den Korrekturfaktor minimiert wird.
  • Es ist möglich, dass die Leitgeschwindigkeit einheitlich für das gesamte Metallband ermittelt wird. Alternativ ist es möglich, dass die Leitgeschwindigkeit individuell für einzelne Abschnitte des Metallbandes ermittelt wird. Im letztgenannten Fall kann die Referenzgeschwindigkeit individuell für die einzelnen Abschnitte des Metallbandes bestimmt sein. Auch eine Ermittlung der Leitgeschwindigkeit als Funktion des Ortes eines bestimmten Abschnitts des Metallbandes - beispielsweise des Bandkopfes - oder als Funktion der Zeit ist möglich. In diesem Fall kann auch die Referenzgeschwindigkeit eine Funktion des Ortes des bestimmten Abschnitts des Metallbandes
    oder der Zeit sein.
  • Vorzugsweise erfolgt in der Kühlstrecke eine sogenannte Intensivkühlung. In diesem Fall wird das Metallband in der Kühlstrecke mit unter einem Druck zwischen 1,5 bar und 5,0 bar stehendem Wasser gekühlt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Computerprogramms durch die Steuereinrichtung, dass die Steuereinrichtung die Walzanlage gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung für eine Walzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung die Walzanlage gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Walzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Erfindungsgemäß betreibt die Steuereinrichtung die Walzanlage jeweils gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
    • FIG 1 und 2
    je eine Walzanlage zum Walzen eines Metallbandes,
    FIG 3 und 4
    mögliche Vorgehensweisen zur Ermittlung einer Leitgeschwindigkeit,
    FIG 5
    ein Ablaufdiagramm,
    FIG 6
    ein Modell einer Kühlstrecke und
    FIG 7 und 8
    Metallbänder.
  • Gemäß FIG 1 ist eine Walzanlage zum Walzen eines Metallbandes 1 als Fertigstraße 2 mit nachgeordneter Kühlstrecke 3 und der Kühlstrecke 3 nachgeordneter Haspeleinrichtung 4 ausgebildet. Die Kühlstrecke 3 ist also zwischen der Fertigstraße 2 und der Haspeleinrichtung 4 angeordnet. Die Fertigstraße 2 weist mehrere Walzgerüste 5 auf, die von dem Metallband 1 nacheinander in einer Transportrichtung x durchlaufen werden. Die Anzahl an Walzgerüsten 5 ist bei der Walzanlage von FIG 1 größer als 1. Meist liegt sie bei 5, 6, 7 oder 8. Das Metallband 1 ist in der Regel ein Stahlband.
  • In den Walzgerüsten 5 wird das Metallband 1 gewalzt. Jedes Walzgerüst 5 der Fertigstraße 2 führt einen einzigen Walzstich aus. Nach dem Walzen in den Walzgerüsten 5 der Fertigstraße 2 wird das Metallband 1 in der Kühlstrecke 3 gekühlt. Vorzugsweise wird das Metallband 1 in der Kühlstrecke 3 mit Wasser gekühlt, das unter einem Druck p zwischen 1,5 bar und 5,0 bar steht (sogenannte Intensivkühlung). Nach dem Kühlen des Metallbandes 1 in der Kühlstrecke 3 wird das Metallband 1 in der Haspeleinrichtung 4 aufgehaspelt.
  • FIG 2 zeigt eine mögliche alternative Ausgestaltung der Walzanlage zum Walzen eines Metallbandes 1. Vergleichbare Elemente sind in FIG 2 mit dem gleichen Bezugszeichen versehen wie in FIG 1. Auch hier ist das Metallband 1 in der Regel ein Stahlband.
  • Gemäß FIG 2 ist die Walzanlage als Steckelwalzwerk 6 ausgebildet. Das Steckelwalzwerk 6 weist in der Regel ein einziges Walzgerüst 5 auf, in dem das Metallband 1 in mehreren Walzstichen reversierend gewalzt wird. In Einzelfällen können auch zwei Walzgerüste 5 vorhanden sein. Auch in diesem Fall wird das Metallband in den beiden Walzgerüsten 5 jedoch reversierend gewalzt. Beidseits des Walzgerüsts 5 (bzw. der Walzgerüste 5) ist je eine Coilbox 7 vorhanden, in denen das Metallband 1 zwischen den einzelnen Walzstichen gehaspelt wird.
  • Auf einer Seite des Steckelwalzwerks 6 schließt sich eine Kühlstrecke 3 an. Nach dem letzten Walzstich wird das Metallband 1 nicht in der Coilbox 7 zwischen dem Walzgerüst 5 und der Kühlstrecke 3 gehaspelt, sondern der Kühlstrecke 3 zugeführt. Dort wird das Metallband 1 nach dem Walzen gekühlt. Auch bei der Walzanlage von FIG 2 wird das Metallband 1 in der Kühlstrecke 3 vorzugsweise mit Wasser gekühlt, das unter einem Druck p zwischen 1,5 bar und 5,0 bar steht (sogenannte Intensivkühlung). Der Kühlstrecke 3 ist eine Haspeleinrichtung 4 nachgeordnet. Die Kühlstrecke 3 ist also auch bei der Ausgestaltung der Walzanlage gemäß FIG 2 zwischen dem Walzgerüst 5 und der Haspeleinrichtung 4 angeordnet. In der Regel ist weiterhin zwischen dem Walzgerüst 5 und der Kühlstrecke 3 eine der beiden Coilboxen 7 angeordnet.
  • Die jeweilige Walzanlage weist gemäß den FIG 1 und 2 eine Steuereinrichtung 8 auf. Die Steuereinrichtung 8 ist mit einem Computerprogramm 9 programmiert. Das Computerprogramm 9 kann der Steuereinrichtung 8 beispielsweise über einen Datenträger 10 zugeführt werden, auf dem das Computerprogramm 9 in (ausschließlich) maschinenlesbarer Form - beispielsweise in elektronischer Form - gespeichert ist. Das Computerprogramm 9 umfasst Maschinencode 11, der von der Steuereinrichtung 8 abarbeitbar ist. Die Abarbeitung des Maschinencodes 11 durch die Steuereinrichtung 8 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 8 die Walzanlage gemäß einem Betriebsverfahren betreibt, das nachstehend näher erläutert wird.
  • Die Abarbeitung des Maschinencodes 11 durch die Steuereinrichtung 8 bewirkt zunächst den obenstehend in Verbindung mit dem konstruktiven Aufbau der Walzanlagen erläuterten Betrieb der Walzanlage, also das Walzen des Metallbandes 1 in den Walzgerüsten 5 (FIG 1) bzw. dem Walzgerüst 5 (FIG 2), das Kühlen des Metallbandes 1 in der Kühlstrecke 3 nach dem Walzen sowie das Aufhaspeln des Metallbandes 1 nach dem Kühlen in der Kühlstrecke 3.
  • Die Abarbeitung des Maschinencodes 11 durch die Steuereinrichtung 8 bewirkt weiterhin, dass die Steuereinrichtung 8 die Walzanlage beim Walzen des Metallbandes 1 und auch beim Kühlen des Metallbandes 1 mit einer Leitgeschwindigkeit vL betreibt. Die Leitgeschwindigkeit vL ist eine Geschwindigkeit, aus der - gegebenenfalls in Verbindung mit den in der Walzanlage einzustellenden Stichabnahmen und Zügen - die innerhalb der Walzanlage auftretenden Transportgeschwindigkeiten des Metallbandes 1 und die jeweils korrespondierenden Walzenumfangsgeschwindigkeiten der Arbeitswalzen der Walzgerüste 5 eindeutig ermittelbar sind. Beispielsweise kann es sich um eine fiktive Geschwindigkeit des Bandkopfes oder um die Drehzahl des ersten Walzgerüsts 5 der Fertigstraße 2 oder um die Drehzahl der Arbeitswalzen des Walzgerüsts 5 des Steckelwalzwerks 6 beim ersten Walzstich handeln. Die Leitgeschwindigkeit vL kann beispielsweise als Funktion des Ortes des Bandkopfes definiert sein.
  • Die Leitgeschwindigkeit vL wird von der Steuereinrichtung 8 ermittelt, bevor das Metallband 1 in den Walzgerüsten 5 der Walzanlage gewalzt wird. Die Steuereinrichtung 8 ermittelt die Leitgeschwindigkeit vL entsprechend der Darstellung in den FIG 1 und 2 anhand eines Istenergieinhalts E1 des Metallbandes 1, eines Sollenergieinhalts E2* des Metallbandes 1 und einer Referenzgeschwindigkeit vR.
  • Der Istenergieinhalt E1 ist auf einen Zeitpunkt vor dem Walzen des Metallbandes 1 in den Walzgerüsten 5 bezogen. Es kann sich bei dem Istenergieinhalt E1 beispielsweise um die Temperatur oder die Enthalpie des Metallbandes 1 vor dem Walzen in den Walzgerüsten 5 handeln. Der Istenergieinhalt E1 kann beispielsweise anhand einer Messung an einem ersten Temperaturmessplatz 12 ermittelt werden oder direkt durch diese Messung gegeben sein.
  • Im Falle einer Temperatur handelt es sich um die Anfangswalztemperatur, mit der das Metallband 1 der Fertigstraße 2 bzw. dem Steckelwalzwerk 6 zugeführt wird.
  • Der Sollenergieinhalt E2* des Metallbandes 1 ist auf einen Zeitpunkt nach dem Walzen des Metallbandes 1 in den Walzgerüsten 5, aber vor dem Kühlen des Metallbandes 1 in der Kühlstrecke 3 bezogen. Es kann sich bei dem Sollenergieinhalt E2* - analog zum Istenergieinhalt E1 - beispielsweise um die Temperatur oder die Enthalpie des Metallbandes 1 nach dem Walzen in den Walzgerüsten 5 handeln. Der Sollenergieinhalt E2* wird entsprechend den technologischen Erfordernissen nach Bedarf festgelegt. Im Falle einer Temperatur handelt es sich um die Endwalztemperatur, mit der das Metallband 1 von der Fertigstraße 2 bzw. dem Steckelwalzwerk 6 der Kühlstrecke 3 zugeführt wird. In der Regel ist der Sollenergieinhalt E2* vom gleichen Typ wie der Istenergieinhalt E1. Wenn also der Istenergieinhalt E1 eine Temperatur ist, ist in der Regel auch der Sollenergieinhalt E2* eine Temperatur. In analoger Weise ist in dem Fall, dass der Istenergieinhalt E1 eine Enthalpie ist, in der Regel auch der Sollenergieinhalt E2* eine Enthalpie. Zwingend ist dies jedoch nicht erforderlich.
  • Die Referenzgeschwindigkeit vR ist ein auf Erfahrungswerten basierender sinnvoller Wert für die Leitgeschwindigkeit vL.
  • Gemäß FIG 3 kann die Steuereinrichtung 8 die Leitgeschwindigkeit vL beispielsweise wie folgt ermitteln:
    Gemäß FIG 3 implementiert die Steuereinrichtung 8 einen Funktionsblock 13. Mittels des Funktionsblocks 13 ermittelt die Steuereinrichtung 8 einen Stichplan SP. Im Rahmen des Funktionsblocks 13 setzt die Steuereinrichtung 8 auch einen Wert für die zugehörige Leitgeschwindigkeit vL an. Dieser Wert wird - weil er nur vorläufig und damit noch nicht endgültig ist - nachfolgend als angesetzte Leitgeschwindigkeit bezeichnet und mit dem Bezugszeichen vL' versehen. Mögliche Implementierungen des Funktionsblocks 13 sind Fachleuten allgemein bekannt.
  • Die Steuereinrichtung 8 implementiert weiterhin ein Modell 14. Das Modell 14 ist ein Modell der Walzgerüste 5 der Walzanlage. Mittels des Modells 14 wird das Verhalten des Metallbandes 1 beim Walzen in den Walzgerüsten 5 der Walzanlage modelliert. Insbesondere kann mittels des Modells 14 auch die zeitliche Entwicklung der Temperatur bzw. der Enthalpie des Metallbandes 1 ermittelt werden. Der ermittelte Stichplan SP und die angesetzte Leitgeschwindigkeit vL' werden dem Modell 14 zugeführt. Dem Modell 14 wird weiterhin der Istenergieinhalt E1 des Metallbandes 1 zugeführt. Ausgehend vom Istenergieinhalt E1 ermittelt die Steuereinrichtung 8 mittels des Modells 14 einen erwarteten Energieinhalt E2E. Der Energieinhalt E2E ist derjenige Energieinhalt, der bei der angesetzten Leitgeschwindigkeit vL' nach dem Walzen in den Walzgerüsten 5 der Walzanlage im Metallband 1 erwartet wird. Der erwartete Energieinhalt E2E ist vom gleichen Typ wie der Sollenergieinhalt E2*. Es handelt sich also bei dem erwarteten Energieinhalt E2E und dem Sollenergieinhalt E2* entweder beide Male um Temperaturen oder beide Male um Enthalpien.
  • In einem Funktionsblock 15 bildet die Steuereinrichtung 8 eine Zielfunktion Z. In die Zielfunktion Z gehen sowohl eine Abweichung des erwarteten Energieinhalts E2E vom Sollenergieinhalt E2* des Metallbandes 1 als auch eine Abweichung der angesetzten Leitgeschwindigkeit vL' von der Referenzgeschwindigkeit vR ein. Beispielsweise kann die Zielfunktion Z die Form Z = | E 2 E − E 2 * | n 1 + a ⋅ | vL ′ − vR | n 2
    Figure imgb0001
     aufweisen. n1 und n2 sind positive - nicht notwendigerweise natürliche - Zahlen. In der Regel weisen die Zahlen n1 und n2 denselben Wert auf. Zwingend ist dies jedoch nicht erforderlich. Beispielsweise können die Zahlen n1 und n2 beide den Wert 2 aufweisen. a ist ein frei wählbarer Wichtungsfaktor. Der Wichtungsfaktor a legt fest, in welchem Ausmaß die Abweichung der angesetzten Leitgeschwindigkeit vL' von der Referenzgeschwindigkeit vR bei der endgültigen Ermittlung der Leitgeschwindigkeit vL berücksichtigt wird.
  • Gleichung (1) kann im einfachsten Fall als skalare Gleichung gelöst werden. Alternativ kann Gleichung (1) als Funktional über den Ort eines bestimmten Abschnitts des Metallbandes 1 - beispielsweise des Bandkopfes - oder der Zeit angesetzt werden. Beispielsweise kann im Falle eines Funktionals der Zeit Gleichung (1) wie folgt angesetzt werden: Z = ∫ tA tE | E 2 E t − E 2 * t | n 1 + a t ⋅ | vL ′ t − vR t | n 2 dt
    Figure imgb0002
     tA ist hierbei der Zeitpunkt, zu dem der Bandkopf des Metallbandes 1 in das vorderste Walzgerüst 5 der Fertigstraße 2
    oder erstmals in das Walzgerüst 5 des Steckelwalzwerks 6 einläuft. tE ist der Zeitpunkt, zu dem der Bandfuß des Metallbandes 1 aus dem letzten Walzgerüst 5 der Fertigstraße oder letztmals aus dem Walzgerüst 5 des Steckelwalzwerks 6 ausläuft.
  • In einem Entscheidungsblock 16 prüft die Steuereinrichtung 8, ob die Zielfunktion Z bereits optimiert ist, beispielsweise minimal ist oder - bei geeigneter Definition der Zielfunktion Z - maximal ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 8 zum Funktionsblock 13 zurück. Dort wird zumindest die angesetzte Leitgeschwindigkeit vL' variiert. Gegebenenfalls wird auch der Stichplan SP variiert. Das Variieren erfolgt mit dem Ziel, die Zielfunktion Z zu optimieren. Wenn dies hingegen der Fall ist, die Zielfunktion Z also bereits optimiert ist, übernimmt die Steuereinrichtung 8 in einem Funktionsblock 17 die zuletzt angesetzte Leitgeschwindigkeit vL' - also diejenige angesetzte Leitgeschwindigkeit vL', bei welcher die Zielfunktion Z ihren optimalen Wert aufweist - als Leitgeschwindigkeit vL. Dieser Wert wird also als Leitgeschwindigkeit vL verwendet.
  • Gemäß FIG 4 kann die Steuereinrichtung 8 - alternativ zur Vorgehensweise gemäß FIG 3 - die Leitgeschwindigkeit vL beispielsweise wie folgt ermitteln:
    Gemäß FIG 4 implementiert die Steuereinrichtung 8 analog zu FIG 3 den Funktionsblock 13, das Modell 14 und den Entscheidungsblock 16. Diese Elemente 13, 14, 16 sind identisch mit denen von FIG 3. Die Funktionsblöcke 15 und 17 sind jedoch durch Funktionsblöcke 18 und 19 ersetzt.
  • Im Funktionsblock 18 bildet die Steuereinrichtung 8 - analog zum Funktionsblock 15 - eine Zielfunktion Z. In die Zielfunktion Z des Funktionsblocks 18 geht jedoch ausschließlich die Abweichung des erwarteten Energieinhalts E2E vom Sollenergieinhalt E2* des Metallbandes 1 ein. Hingegen geht in die Zielfunktion Z des Funktionsblocks 18 nicht die Abweichung der angesetzten Leitgeschwindigkeit vL' von der Referenzgeschwindigkeit vR ein. Beispielsweise kann die Zielfunktion Z die Form Z = | E 2 E − E 2 * | n
    Figure imgb0003
     aufweisen. n ist eine positive - nicht notwendigerweise natürliche - Zahl. Beispielsweise kann die Zahl n den Wert 2 aufweisen. Analog zu Gleichung (1) kann auch Gleichung (2) alternativ als skalare Gleichung oder als Funktional angesetzt werden.
  • Im Funktionsblock 19 bildet die Steuereinrichtung 8 eine Linearkombination derjenigen angesetzten Leitgeschwindigkeit vL' , bei welcher die Zielfunktion Z ihren optimalen Wert aufweist, und der Referenzgeschwindigkeit vR. Beispielsweise kann dies dadurch geschehen, dass die Steuereinrichtung 8 die Leitgeschwindigkeit vL durch die Gleichung vL = 1 − a ⋅ vL ′ + a ⋅ vR
    Figure imgb0004
     ermittelt. a ist - wie auch in Gleichung 1 - ein frei wählbarer Wichtungsfaktor. Der Wichtungsfaktor a legt fest, in welchem Ausmaß die Abweichung der angesetzten Leitgeschwindigkeit vL' von der Referenzgeschwindigkeit vR bei der endgültigen Ermittlung der Leitgeschwindigkeit vL berücksichtigt wird. Den im Funktionsblock 19 ermittelten Wert übernimmt die Steuereinrichtung 8 als Leitgeschwindigkeit vL. Dieser Wert wird also als Leitgeschwindigkeit vL verwendet.
  • Es ist möglich, dass der Wichtungsfaktor a der Steuereinrichtung 8 fest vorgegeben ist. Dies ist in den FIG 1 und 2 dadurch angedeutet, dass der Wichtungsfaktor a innerhalb der Steuereinrichtung 8 eingetragen ist. Alternativ ist es möglich, dass der Wichtungsfaktor a der Steuereinrichtung 8 von einem Bediener 20 vorgegeben wird. Auch dies ist in den FIG 1 und 2 schematisch dargestellt. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Vorgehensweise, die nachstehend in Verbindung mit FIG 5 näher erläutert wird. Ergänzend sind die FIG 1 und 2 mit heranzuziehen.
  • Im Rahmen der Vorgehensweise von FIG 5 ist es zunächst erforderlich, dass die Vorgehensweise wiederholt mit verschiedenen Metallbändern 1 ausgeführt wird. Dies ist in FIG 5 dadurch angedeutet, dass die dortigen Maßnahmen in eine Schleife eingebunden sind. Weiterhin ist es im Rahmen der Vorgehensweise von FIG 5 erforderlich, dass der Steuereinrichtung 8 eine jeweilige Endwalztemperatur T2 zugeführt wird. Die Endwalztemperatur T2 ist diejenige Temperatur, die das Metallband 1 nach dem Walzen, aber vor dem Kühlen aufweist. Beispielsweise kann die Endwalztemperatur T2 durch eine Messung an einem zweiten Temperaturmessplatz 21 ermittelt werden. Der zweite Temperaturmessplatz 21 ist entsprechend der Darstellung in den FIG 1 und 2 ausgangsseitig der Walzgerüste 5, aber vor der Kühlstrecke 3 angeordnet. Schließlich ist es erforderlich, dass der Steuereinrichtung 8 eine jeweilige Haspeltemperatur T3 zugeführt wird. Die Haspeltemperatur T3 ist diejenige Temperatur, die das Metallband 1 nach dem Kühlen in der Kühlstrecke 3 aufweist. Beispielsweise kann die Haspeltemperatur T3 durch eine Messung an einem dritten Temperaturmessplatz 22 ermittelt werden. Der dritte Temperaturmessplatz 22 ist entsprechend der Darstellung in den FIG 1 und 2 ausgangsseitig der Kühlstrecke 3, aber vor der Haspeleinrichtung 4 angeordnet.
  • Gemäß FIG 5 nimmt die Steuereinrichtung 8 in einem Schritt S1 die erfasste Endwalztemperatur T2 entgegen. Der Schritt S1 wird - selbstverständlich - vor dem Kühlen des Metallbandes 1 in der Kühlstrecke 3 durchgeführt.
  • In einem Schritt S2 ermittelt die Steuereinrichtung 8, ausgehend von der jeweiligen Endwalztemperatur T2, mittels eines Modells 23 eine erwartete Haspeltemperatur T3E. Das Modell 23 ist ein Modell der Kühlstrecke 3 der Walzanlage. Dem Modell 23 werden in an sich bekannter Weise gemäß FIG 6 zusätzlich zur Endwalztemperatur T2 Beeinflussungen B zugeführt, mit denen das Metallband 1 in der Kühlstrecke 4 beaufschlagt wird. Im Rahmen des Modells 23 wird - in der Regel durch iteratives Lösen einer Wärmeleitungsgleichung und einer Phasenumwandlungsgleichung - die Temperaturentwicklung und die Phasenentwicklung im Metallband 1 ermittelt.
  • Die Ermittlung erfolgt für das jeweilige Metallband 1. Es wird also durch das Modell 23 die Endwalztemperatur T2 des jeweiligen Metallbandes 1 verwendet und (zumindest unter anderem) die erwartete Haspeltemperatur T3E für das jeweilige Metallband 1 ermittelt. Die erwartete Haspeltemperatur T3E entspricht derjenigen Temperatur, die für das jeweilige Metallband 1 beim Einlaufen in die Haspeleinrichtung 4 und damit beim Haspeln erwartet wird.
  • Der Schritt S2 kann während des Kühlens des jeweiligen Metallbandes 1 in der Kühlstrecke 3 ausgeführt werden.
  • In einem Schritt S3 nimmt die Steuereinrichtung 8 die erfasste Haspeltemperatur T3 entgegen. Der Schritt S3 wird - selbstverständlich - nach dem Kühlen des Metallbandes 1 in der Kühlstrecke 3 durchgeführt.
  • In einem Schritt S4 vergleicht die Steuereinrichtung 8 jeweils die erwartete Haspeltemperatur T3E mit der jeweiligen tatsächlichen Haspeltemperatur T3. Anhand des Vergleichs ermittelt die Steuereinrichtung 8 einen Korrekturfaktor k für das Modell 23 der Kühlstrecke 3. Das aufgrund der Änderung des Korrekturfaktors k angepasste Modell 23 verwendet die Steuereinrichtung 8 im Rahmen des nachfolgenden Metallbandes 1, also bei der erneuten Abarbeitung der Schritte S1 bis S4.
  • Soweit bisher erläutert, ist die Vorgehensweise von FIG 5 im Stand der Technik bekannt und wird allgemein angewendet. Zusätzlich ist bei der Vorgehensweise von FIG 5 jedoch ein Schritt S5 vorhanden. Im Schritt S5 führt die Steuereinrichtung 8 den Wichtungsfaktor a nach. Die Nachführung erfolgt durch Auswertung der Korrekturfaktoren k in Abhängigkeit von den jeweiligen Leitgeschwindigkeiten vL und/oder den jeweiligen Endwalztemperaturen T2. Die Nachführung erfolgt derart, dass der Einfluss der Leitgeschwindigkeit vL und/oder der Endwalztemperatur T2 auf den Korrekturfaktor k minimiert wird.
  • Die Vorgehensweise von FIG 5 beruht auf folgenden Überlegungen:
    Im Rahmen der Ausführung des Modells 23 wird in der Regel zunächst eine mittlere Temperatur über die Banddicke ermittelt und anhand dieser Temperatur die Entwicklung der Phasenanteile ermittelt. Es wird also im Rahmen des Modells 23 zuerst die Mitteilung über die Temperatur durchgeführt und danach die Phasenentwicklung ermittelt. In der Realität erfolgt die Phasenentwicklung jedoch individuell entsprechend der jeweiligen Temperatur am jeweiligen Ort des Metallbandes 1. Aufgrund des Vorziehens der Mittelung über die Temperatur vor die Phasenentwicklung kann das Modell 23 das Gefüge, das sich beim Abkühlen des Metallbandes 1 in der Kühlstrecke 3 im Metallband 1 bildet, nicht korrekt ermitteln. Dieser systematische Fehler spiegelt sich im Korrekturfaktor k wieder. In der Praxis zeigt sich weiterhin, dass - für gleichartige Metallbänder 1 vor dem Walzen in der Walzanlage - sich größere Werte für den Korrekturfaktor k ergeben, wenn die Leitgeschwindigkeit vL größer wird. In der Praxis entspricht dies einer verstärkten Bildung von Bainit. In analoger Weise zeigt sich in der Praxis, dass sich bei größeren Endwalztemperaturen T2 ebenfalls größere Werte für den Korrekturfaktor k ergeben. Somit kann eine Verringerung des Korrekturfaktors k aufgrund einer Absenkung der Endwalztemperatur T2 eine Zunahme des Korrekturfaktors k aufgrund einer Zunahme der Leitgeschwindigkeit vL kompensieren. Das Ausmaß der Kompensation kann bei gleicher Zunahme der Leitgeschwindigkeit vL je nach Ausmaß der Absenkung der Endwalztemperatur T2 teilweise, vollständig oder übergroß sein. Das Ausmaß der Kompensation wiederum ist durch den Wichtungsfaktor a bestimmt. Es ist also möglich, den Wichtungsfaktor a derart zu bestimmen, dass eine (möglichst) vollständige Kompensation erfolgt.
  • Im einfachsten Fall wird bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren entsprechend der Darstellung in FIG 7 die Leitgeschwindigkeit vL einheitlich für das gesamte Metallband 1 (bzw. einheitlich für das gesamte jeweilige Metallband 1) ermittelt. In diesem Fall ist auch die Referenzgeschwindigkeit vR einheitlich für das gesamte Metallband 1 bzw. für das gesamte jeweilige Metallband 1 definiert. Alternativ ist es entsprechend der Darstellung in FIG 8 möglich, dass die Leitgeschwindigkeit vL - vom Ansatz her so, wie es in der WO 2011/138 067 A2 erläutert wird - individuell für einzelne Abschnitte 24 des Metallbandes 1 bzw. des jeweiligen Metallbandes 1 ermittelt wird. In diesem Fall kann die Referenzgeschwindigkeit vR einheitlich für das gesamte Metallband 1 bzw. für das gesamte jeweilige Metallband 1 definiert sein. Vorzugsweise ist in diesem Fall jedoch die Referenzgeschwindigkeit vR entsprechend der Darstellung in FIG 8 individuell für die einzelnen Abschnitte 24 des Metallbandes 1 bzw. des gesamten jeweiligen Metallbandes 1 bestimmt. Wiederum alternativ ist es möglich, dass die Leitgeschwindigkeit vL als Funktion des Ortes eines bestimmten Abschnitts des Metallbandes 1 - beispielsweise des Bandkopfes - oder als Funktion der Zeit ermittelt wird. In diesen Fällen kann die Referenzgeschwindigkeit vR alternativ einheitlich definiert sein oder aber ebenfalls als als Funktion des Ortes des bestimmten Abschnitts des Metallbandes 1 bzw. als Funktion der Zeit definiert sein.
  • Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit folgenden Sachverhalt:
    Ein Metallband 1 wird in einer Anzahl von Walzgerüsten 5 einer Walzanlage gewalzt, sodann in einer Kühlstrecke 3 der Walzanlage gekühlt und schließlich in der Haspeleinrichtung 4 der Walzanlage aufgehaspelt. Die Kühlstrecke 3 ist zwischen den Walzgerüsten 5 und einer Haspeleinrichtung 4 angeordnet. Eine Steuereinrichtung 8 der Walzanlage ermittelt vor dem Walzen des Metallbandes 1 in den Walzgerüsten 5 eine Leitgeschwindigkeit vL für die Walzanlage. Sie betreibt beim Walzen des Metallbandes 1 die Walzanlage entsprechend der ermittelten Leitgeschwindigkeit vL. Die Steuereinrichtung 8 ermittelt die Leitgeschwindigkeit vL anhand eines Istenergieinhalts E1 des Metallbandes 1 vor dem Walzen in den Walzgerüsten 5, eines Sollenergieinhalts E2* des Metallbandes 1 nach dem Walzen in den Walzgerüsten 5 und einer Referenzgeschwindigkeit vR.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist es möglich, das Metallband 1 derart zu walzen und zu kühlen, dass es reproduzierbare Materialeigenschaften aufweist. Streuungen aufgrund von unterschiedlichen Istenergieinhalten E1 vor dem Walzen in den Walzgerüsten 5 oder aufgrund von unterschiedlichen Leitgeschwindigkeiten vL können reduziert werden. Weiterhin ergibt sich eine genauere Steuerung der Kühlstrecke 3, weil auch die Korrekturfaktoren k der Kühlstrecke 3 weniger streuen als im Stand der Technik. Dadurch ergibt sich eine noch weitergehende Verringerung bei der Streuung der Materialeigenschaften. Stillstandszeiten wegen zu kalter Metallbänder 1, die nicht mehr aufgehaspelt werden können oder beim Transport des gehaspelten Metallbandes 1 wegen zu hoher Spannungen aufspringen, können verringert oder sogar ganz vermieden werden. Das Betriebsverfahren kann in einfacher Weise und auf jeder Walzanlage realisiert werden. Das Betriebsverfahren ist nicht nur für die Herstellung von sogenanntem Rohrband geeignet, sondern auch bei anderen Stahlgüten. In vielen Fällen wird die wirtschaftliche Produktion der Güten X70 und X80 durch das erfindungsgemäße Betriebsverfahren erst ermöglicht.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Betriebsverfahren für eine Walzanlage zum Walzen eines Metallbandes (1),
    - wobei das Metallband (1) in einer Anzahl von Walzgerüsten (5) der Walzanlage gewalzt wird, sodann in einer zwischen den Walzgerüsten (5) und einer Haspeleinrichtung (4) der Walzanlage angeordneten Kühlstrecke (3) der Walzanlage gekühlt wird und schließlich in der Haspeleinrichtung (4) aufgehaspelt wird,
    - wobei eine Steuereinrichtung (8) der Walzanlage vor dem Walzen des Metallbandes (1) in den Walzgerüsten (5) eine Leitgeschwindigkeit (vL) für die Walzanlage ermittelt und beim Walzen des Metallbandes (1) die Walzanlage entsprechend der ermittelten Leitgeschwindigkeit (vL) betreibt, das Verfahren gekennzeichnet dadurch, dass:
    - die Steuereinrichtung (8) die Leitgeschwindigkeit (vL) anhand eines Istenergieinhalts (E1) des Metallbandes (1) vor dem Walzen in den Walzgerüsten (5), eines Sollenergieinhalts (E2*) des Metallbandes (1) nach dem Walzen in den Walzgerüsten (5) und einer Referenzgeschwindigkeit (vR) ermittelt,
    - die Steuereinrichtung (8), ausgehend von dem Istenergieinhalt (E1) des Metallbandes (1) vor dem Walzen in den Walzgerüsten (5), mittels eines Modells (15) der Walzgerüste (5) der Walzanlage einen erwarteten Energieinhalt (E2E) ermittelt, der bei einer angesetzten Leitgeschwindigkeit (vL') nach dem Walzen in den Walzgerüsten (5) erwartet wird,
    - die Steuereinrichtung (8) durch Variieren der angesetzten Leitgeschwindigkeit (vL') eine Zielfunktion (Z) optimiert, in welche die Abweichung des erwarteten Energieinhalts (E2E) vom Sollenergieinhalt (E2*) des Metallbandes (1) nach dem Walzen in den Walzgerüsten (5) eingeht,
    - entweder in die Zielfunktion (Z) zusätzlich auch eine Abweichung der angesetzten Leitgeschwindigkeit (vL') von der Referenzgeschwindigkeit (vR) eingeht und die Steuereinrichtung (8) als Leitgeschwindigkeit (vL) diejenige angesetzte Leitgeschwindigkeit (vL') verwendet, bei welcher die Zielfunktion (Z) ihren optimalen Wert aufweist, oder
    - die Zielfunktion (Z) unabhängig von der Abweichung der angesetzten Leitgeschwindigkeit (vL') von der Referenzgeschwindigkeit (vR) ist und die Steuereinrichtung (8) als Leitgeschwindigkeit (vL) eine Linearkombination derjenigen angesetzten Leitgeschwindigkeit (vL'), bei welcher die Zielfunktion (Z) ihren optimalen Wert aufweist, und der Referenzgeschwindigkeit (vR) verwendet.
  2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, d a - durch gekennzeichnet, dass ein Ausmaß (a), zu welchem die Steuereinrichtung (8) die Referenzgeschwindigkeit (vR) bei der Ermittlung der Leitgeschwindigkeit (vL) berücksichtigt, der Steuereinrichtung (8) fest vorgegeben ist oder von einem Bediener (20) der Walzanlage vorgegeben wird.
  3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass es wiederholt mit verschiedenen Metallbändern (1) ausgeführt wird,
    - dass der Steuereinrichtung (8) eine jeweilige Endwalztemperatur (T2), die das jeweilige Metallband (1) nach dem Walzen, aber vor dem Kühlen aufweist, zugeführt wird,
    - dass die Steuereinrichtung (8), ausgehend von der jeweiligen Endwalztemperatur (T2), für das jeweilige Metallband (1) mittels eines Modells (23) der Kühlstrecke (3) der Walzanlage jeweils eine erwartete Haspeltemperatur (T3E) ermittelt, die für das jeweilige Metallband (1) beim Haspeln erwartet wird,
    - dass die Steuereinrichtung (8) jeweils die erwartete Haspeltemperatur (T3E) mit einer jeweiligen tatsächlichen Haspeltemperatur (T3) vergleicht und anhand des Vergleichs einen Korrekturfaktor (k) für das Modell (23) der Kühlstrecke (3) ermittelt und
    - dass die Steuereinrichtung (8) durch Auswertung der Korrekturfaktoren (k) in Abhängigkeit von den jeweiligen Leitgeschwindigkeiten (vL) und/oder den jeweiligen Endwalztemperaturen (T2) das Ausmaß (a) derart nachführt, dass der Einfluss der Leitgeschwindigkeit (vL) und/oder der Endwalztemperatur (T2) auf den Korrekturfaktor (k) minimiert wird.
  4. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-d urch gekennzeichnet, dass die Leitgeschwindigkeit (vL) einheitlich für das gesamte Metallband (1) ermittelt wird.
  5. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-d urch gekennzeichnet, dass die Leitgeschwindigkeit (vL) individuell für einzelne Abschnitte (24) des Metallbandes (1) ermittelt wird.
  6. Betriebsverfahren nach Anspruch 5, dadurch ge-k ennzeichnet, dass die Referenzgeschwindigkeit (vR) individuell für die einzelnen Abschnitte (24) des Metallbandes (1) bestimmt ist.
  7. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, da-d urch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) in der Kühlstrecke (3) mit unter einem Druck (p) zwischen 1,5 bar und 5,0 bar stehendem Wasser gekühlt wird.
  8. Computerprogramm, das Maschinencode (11) umfasst, der von einer Steuereinrichtung (8) für eine Walzanlage abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes (11) durch die Steuereinrichtung (8) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (8) die Walzanlage gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche betreibt.
  9. Steuereinrichtung für eine Walzanlage, wobei die Steuereinrichtung mit einem Computerprogramm (9) nach Anspruch 10 programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung die Walzanlage gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betreibt.
  10. Walzanlage zum Walzen eines Metallbandes (1),
    - wobei die Walzanlage eine Anzahl von Walzgerüsten (5) aufweist, in denen das Metallband (1) gewalzt wird,
    - wobei die Walzanlage eine Kühlstrecke (3) aufweist, in der das Metallband (1) nach dem Walzen gekühlt wird,
    - wobei die Walzanlage eine Haspeleinrichtung (4) aufweist, in der das Metallband (1) nach dem Kühlen aufgehaspelt wird,
    - wobei die Kühlstrecke (3) zwischen den Walzgerüsten (5) und der Haspeleinrichtung (4) angeordnet ist,
    - wobei die Walzanlage eine Steuereinrichtung (8) aufweist, welche die Walzanlage gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betreibt.
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