EP3271092A1 - Verfahren zum herstellen von metallbändern - Google Patents

Verfahren zum herstellen von metallbändern

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EP3271092A1
EP3271092A1 EP16709931.6A EP16709931A EP3271092A1 EP 3271092 A1 EP3271092 A1 EP 3271092A1 EP 16709931 A EP16709931 A EP 16709931A EP 3271092 A1 EP3271092 A1 EP 3271092A1
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EP
European Patent Office
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profile
adaptation
contour
values
metal strip
Prior art date
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Application number
EP16709931.6A
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EP3271092B1 (de
Inventor
Jürgen Seidel
Uwe BAUMGÄRTEL
Ralf Wachsmann
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SMS Group GmbH
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SMS Group GmbH
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Publication date
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Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP3271092A1 publication Critical patent/EP3271092A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3271092B1 publication Critical patent/EP3271092B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2263/00—Shape of product
    • B21B2263/02—Profile, e.g. of plate, hot strip, sections

Definitions

  • reference position bi preferably designates a subsection of the general positions m in the widthwise direction of the metal strip While defining normal band width positions by their respective widthwise distance from the center of the metal band, reference positions are determined by a predetermined distance from the band edge or natural edge of the metal band
  • values for the profile contour are typically specified, eg as C25, C40 or C100 values
  • the reference positions are preferably the same for different bandwidths or for all metal bands, depending on whether the C ... values are target values, forecast values or adaptation values a mathematical / physical model for the simulation of a rolling process. In particular, it is suitable to calculate prognosis values and profile contours for the metal strip as well as the setting values of profile actuators.
  • the process model is also referred to as "Profile Contour and Flatness Control" PCFC.
  • the respective future to be rolled band is thus generally designated for the corresponding preset calculation each n + x.
  • the previously calculated adaptation values are used here.
  • the determined short-term adaptation value, the determined long-term adaptation value or the determined sum adaptation value can be used in the calculation for presetting the profile actuators either to 100% or only to a desired part.
  • the desired proportion can be selected depending on freely definable boundary conditions.
  • z. B. 33 or 50% the adaptation effect is attenuated or smoothed.
  • the change of short-term adaptation values from band to band may be limited by a maximum value, e.g. B. 10 ⁇ be limited in order not to weight any individual measurement errors too high.
  • the short term adaptation value may be furnace dependent or dependent on other process variables.
  • the Kurzzeitadaptionswert usually refers to the profile differences of the last band n. In exceptional cases, z. B. the Profile difference be related to the penultimate band. Then n corresponds to the band n-1 or generally nx.
  • the adaptation contour can also be determined without further determination by an interpolation function; In this case, the adaptation contour simply exists in the adjacent sequence the plurality of adaptation values.
  • the maximum number I of bandwidth positions, in particular reference positions is less than 10.
  • the said at least one starting function or approximation function or interpolation function for connecting individual adaptation or profile contour values or the said extrapolation function can be formed from a linear function, a polynomial function of any order, an exponential function, a trigonometric function, a spline function or a combination of different functions.
  • the starting functions or interpolation functions can also be different for different width sections of the metal strip.
  • the measured actual value of the profile contour of the metal strip at the reference position bi it is also possible to use an average of measured actual values at the mirror-image reference positions bi on the right and left half of the metal strip, as viewed in the rolling direction.
  • the imaginary plane also called the width plane, acts as a mirror plane at half the width or width of the metal strip, which extends in the longitudinal direction of the metal strip.
  • Figure 5 shows the setting of the profile contour of the metal strip by
  • the parameter m is also used as an indication of the entire contour or total number of contour calculation points, in contrast to the parameter bi, which are regularly understood only as an indication of discrete values (reference positions) should.
  • the distances of these reference positions bi from the band edge are the same in FIGS. 2.1 and 2.2 and 2.3 for the different bandwidths n and n + 1.
  • Cp (n + 1) m 0 A is a calculated or predicted profile contour of ⁇ + 1 'th
  • FIG. 3 shows an application example for the use of the contour adaptation according to the invention for reducing or avoiding unwanted beads in the edge region of a metal strip.
  • the reduction of the beads is effected by a specific increase of a value for the profile contour at a reference position, in FIG. 3 the position C40, d. H. 40 mm away from the natural edge of the metal strip.
  • the profile adaptation according to the invention provides an improved calculation result for determining a more accurate profile contour and opens up new possibilities for improving the profile contour, here in particular for reducing the bead height. If, for example, an edge bead height W1 is calculated for the metal strip according to FIG. 3, which is higher than a threshold value for an allowable bead height, then the process model within the scope of predetermined permissible limits z. B.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes in einer Walzanlage,wobei Prognosewerte für die gewünschte Profilkontur unter Berücksichtigung von in der Vergangenheit ermittelten Adaptionswerten mit Hilfe eines Prozessmodells ermittelt werden. Konkret erfolgt eine Berechnung der Profilkontur des n+x'ten Metallbandes indem zunächst u. a. ein Prognosewert für die Profilkontur eines mindestens n'ten Metallbandes an einer Referenzposition bi mit Hilfe des Prozessmodells berechnet wird, dann das mindestens n'te Metallband gewalzt wird, nachfolgend der Ist-Wert der Bandprofile des gewalzten mindestens n'ten Metallbandes an der selben Referenzposition gemessen wird und schließlich ein Adaptionswert als Differenz zwischen dem Ist-Wert und einem Prognosewert bestimmt wird. Schließlich wird hieraus ein neuer Adaptionswert für die Profilkontur des n+x'ten Metallbandes an der Referenzposition bi ermittelt. Um eine genauere Prognose der Profilkontur sowie eine genauere Einstellung von Profilstellgliedern bei der späteren Herstellung eines n+x'ten Metallbandes zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass die Adaptionswerte nicht nur an einer, sondern an einer Mehrzahl von Referenzpositionen bi in mindestens einem Breitenabschnitt des mindestens n'ten Metallbandes ermittelt werden.

Description

Verfahren zum Herstellen von Metallbändern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Metallbändern in einer Walzanlage mit einer gewünschten Profilkontur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 3.
Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass die Anforderungen an die Setzgenauigkeit eines Profils eines Metallbandes zumindest an einzelnen vorgegebenen Bandbreitenpositionen, sogenannten Referenzpositionen, sowie auch an die Maßhaltigkeit der Profilkontur des Metallbandes steigen. Je nach geplantem Einsatzgebiet eines Metallbandes werden z. B. parabelförmige Warmbandprofil konturen mit einer vorbestimmten Profilhöhe an einer bestimmten Referenzposition erwartet, um die Weiterverarbeitung in einem nachgeschalteten Kaltwalzwerk (Tandemstraße) zu vereinfachen. Alternativ können auch Kastenprofile gefordert sein, d. h. Metallbänder mit einem in der Mitte flachen Querschnitt, welcher zu den Bandkanten hin stärker abfällt; diese Forderung wird beispielsweise an Metallbänder gestellt, welche später in Längsrichtung geteilt werden sollen. Dagegen werden konkave Bandprofile, d. h. Bandprofile, welche dickere bzw. erhöhte Kanten im Vergleich zu ihrem Mittenbereich haben, sowie Metallbänder mit Kantenwulsten üblicherweise nicht gewünscht.
Um die gewünschten Bandprofile möglichst präzise herstellen zu können werden im Stand der Technik bereits verschiedene Ansätze vorgeschlagen.
So offenbart die internationale Patentanmeldung WO 1995/034388 ein Erfassungssystem zum Erfassen des Profils eines Metallbandes am Ausgang einer Fertigwalzstraße. Das dort erfasste Bandprofil K wird mit einem vorgegebenen Zielprofil an dieser Position verglichen, und es wird der Einsatz von Profilstellgliedern vorgeschlagen, um die Abweichung des gemessenen Profils von dem Zielprofil bei nachfolgenden Bändern zu minimieren. Weiterhin erfolgt eine Entscheidung, ob eine gemessene Bandprofilform akzeptabel ist oder nicht und es werden Maßnahmen vorgeschlagen, z. B. Änderung der thermischen Crownform der Arbeitswalzen, um die Profilform gegebenenfalls zu verbessern. Auch die EP 0 618 020 B1 zielt darauf ab, das Profil eines Metall band es am Ausgang einer Warmbandstraße an eine vorgegebene Zielkontur anzupassen. Zu diesem Zweck werden mechanische Stellglieder so zum Einsatz gebracht, dass eine eventuell festgestellte Abweichung zwischen einer errechneten, d. h. prognostizierten Bandform und der vorgegebenen Zielkontur minimiert wird. Auch wird ein gemessenes Bandprofil C40 (an der Position 40 mm von der Bandkante) zur Korrektur bzw. zur Einstellung von Regelsystemen verwendet.
Weiterhin ist das Vorgehen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder/und 3 im Stand der Technik bekannt. Demnach werden ein Prognosewert für das Bandprofil und Einstellwerte für Profilstellglieder beim Walzen eines n'ten Metallbandes an einer vorbestimmten Referenzposition mit Hilfe eines mathematisch physikalischen Prozess-Modells simuliert und berechnet. Die Simulation erfolgt gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Restriktionen und Einsatz von verschiedenen Profil-Stellgliedern. Nach einem erfolgten Walzen des n'ten Metallbandes wird ein Adaptionswert berechnet auf Basis der Differenz zwischen dem besagten Prognosewert und einem gemessenen Ist-Wert für das Bandprofil des n'ten Metallbandes an der besagten Referenzposition. Bei der Referenzposition handelt es sich um eine vorbestimmte Bandbreitenposition gemessen von der Naturkante des Metallbandes, beispielsweise 25 oder 40 mm. Nach dem Stand der Technik wird der besagte Prognosewert und der besagte Adaptionswert lediglich an einer einzigen Referenzposition bestimmt bzw. vorgegeben, um auf dieser Basis einzelne Zielvorgaben für das Bandprofil des Metallbandes zu definieren. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren zum Herstellen von Metallbändern in einer Walzanlage dahingehend weiterzubilden, dass - bei der zukünftigen Herstellung von Metallbändern - eine genauere Prognose der Profilkontur des Metall band es über der Breite sowie eine genauere Einstellung von Profilstellgliedern der Walzanlage möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 und 3 beanspruchte Verfahren gelöst.
Beim dem Verfahren nach Anspruch 1 wird der Prognosewert für die Profilkontur im Rahmen der Simulation des Walzprozesses vor dem Walzen des Metallbandes berechnet. Im Unterschied dazu wird der Prognosewert gemäß dem Verfahren nach Anspruch 3 nicht in der Simulation vor dem Walzen, sondern durch eine Nachberechnung nach dem erfolgten Walzen des Metallbandes berechnet. Anders ausgedrückt: Alternativ kann es sich bei der Adaptionswertberechnung je nach Adaptionsphilosophie bei dem Prognosewert gemäß Anspruch 1 um den im Rahmen der Simulation des Walzprozesses errechneten Wert des Profils mit Verwendung von Presetwerten (erwartete Walzkraft etc.) oder gemäß Anspruch 3 um das Ergebnis einer Nachrechnung mit Ist-Bedingungen (gemessene Walzkräfte etc.) handeln.
Grundsätzlich wird bei beiden Verfahren angestrebt, dass die berechneten Prognosewerte mit den vorgegebenen Zielwerten übereinstimmen; aufgrund von prozess- oder analgenspezifischen Besonderheiten kann es jedoch vorkommen, dass die Prognosewerte nicht genau, sondern nur näherungsweise mit den Zielwerten übereinstimmen.
Die Berechnung der Prognosewerte für die Bandprofile an den verschiedenen Referenzpositionen bi erfolgt bei gleicher Einstellung der Profilstellglieder. Dies gilt in beiden beanspruchten Verfahren. Der Begriff„Metallband" schließt auch Metallblech mit ein.
Der Begriff „Walzanlage" schließt sowohl Einzelgerüste, beispielsweise Grobblechgerüste, Steckel- oder Twin-Steckel-Gerüste etc., aber auch ganze Fertigwalzstraßen mit ein.
Der Begriff „Referenzposition bi" bezeichnet vorzugsweise einen Unterfall der allgemeinen Positionen m in Breitenrichtung des Metallbandes. Während normale Bandbreitenpositionen durch ihren jeweiligen Abstand von der Mitte des Metallbandes in Breitenrichtung definiert werden, werden Referenzpositionen durch einen jeweils vorgegebenen Abstand von der Bandkante oder Naturkante des Metallbandes definiert. Für genormte Referenzpositionen, z. B. 25 mm, 40 mm oder eine andere Referenzposition, z. B. 100 mm von der Naturkante des Metallbandes werden typischerweise Werte für die Profilkontur vorgegeben, z. B. als C25-, C40- oder C100-Werte. Die Referenzpositionen sind für verschiedene Bandbreiten bzw. für alle Metallbänder vorzugsweise gleich. Ob es sich bei den C... -Werten um Zielwerte, Prognosewerte oder Adaptionswerte handelt, ergibt sich jeweils aus dem Zusammenhang. Der Begriff„ProzessmodeH" meint ein mathematisches / physikalisches Modell zur Simulation eines Walzprozesses. Es ist insbesondere geeignet, Prognosewerte und Profilkonturen für das Metallband sowie die Einstellwerte von Profilstellgliedern zu berechnen. Das Prozessmodell wird auch als„Profile Contour and Flatness Control" PCFC bezeichnet.
Der Begriff „berechneter Wert" meint„Prognosewert". Analog meint„berechnete Kontur"„prognostizierte Kontur".
Der Begriff„späteres Herstellen" oder„zukünftiges Herstellen" meint ein Herstellen bzw. Walzen zeitlich nach der Ermittlung des neuen Adaptionswertes für das mindestens n'te Metallband. Das spätere Herstellen kann sich auf weitere Längsabschnitte desselben n'ten Metallbandes oder auf ein komplett neu herzustellendes Metallband n+x beziehen.
Der Begriff„n+x" mit x=1 , 2, 3, ... etc x£N bezeichnet ein zukünftig nach dem n'ten Metallband hergestelltes bzw. herzustellendes Metallband. So bezeichnet beispielsweise n+2 das zweite nach dem n'ten Metallband herzustellende, insbesondere zu walzende Metallband.
Das jeweils zukünftig zu walzende Band wird also allgemein für die entsprechende Preset-Berechnung jeweils n+x bezeichnet. Hierbei werden die zuvor berechneten Adaptionswerte verwendet.
Die Begriffe „Profilkontur" und „Bandprofil", jeweils in Breitenrichtung des Metallbandes gesehen, werden gleichbedeutend verwendet.
Der Kerngedanke der vorliegenden beanspruchten Erfindung besteht darin, dass ein Adaptionswert als Differenz zwischen einem gemessenen Ist-Wert und einem errechneten, d. h. prognostizierten Wert für die Profilkontur des Metallbandes nicht nur, wie im Stand der Technik bisher üblich, an nur einer (Zahlwert) bestimmten Referenzposition, sondern an einer Mehrzahl von Referenzpositionen ermittelt wird. Hiermit ist vorteilhafterweise eine Bandkonturadaption möglich. Diese Mehrzahl von ermittelten Adaptionswerten über der Bandbreite kann/können bei der Berechnung und Einstellung der Profilstellglieder und bei der Berechnung der Profilkontur bzw. bei der Berechnung der Prognosewerte für die zukünftig zu walzende Metallbänder berücksichtigt werden. Durch das Vorsehen der Mehrzahl von Adaptionswerten und aufgrund genauerer Kenntnis der Profilkontur können die Profilstellglieder vorteilhafterweise genauer im Hinblick auf die angestrebten Zielwerte für einen weiten Längsabschnitt des n'ten Metallbandes oder für die Profilkontur des n+x'ten Metallbandes bzw. die Profilkontur bei zukünftig zu walzenden Metallbändern eingestellt werden. Auch die Berechnung von Prognosewerten für die Profilkontur ist damit für das n+x'te Metallband, d. h. für zukünftig zu walzende Metallbänder genauer möglich.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird bei der Ermittlung der Adaptionswerte an den Referenzpunkten bi zwischen Kurzzeitadaptionswerten und Langzeitadaptionswerten unterschieden. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, dass das an mindestens einem Band n Gelernte für ein später zu walzendes Band n+x genutzt wird, denn gleiche Profilkonturabweichungen zwischen gemessenen und prognostizierten Profilkonturwerten treten bei einem Folgeband oder bei einem später unter ähnlichen Bedingungen gewalzten Band immer wieder recht häufig auf.
Die Berechnung des Kurzzeitadaptionswertes erfolgt gemäß der Formel: AC(n)bi = ACK (n)bi = ACK (n - x)bi + [CIst (n)bi - CP (n)bi] mit K: Kurzzeitadaption und
ACK(n -x)bi Alter Kurzzeitadaptionswert
CIst(n)bi : Gemessener Ist-Wert für die Profilkontur des n'ten Bandes
Cp(n)bi : Errechneter Prognosewert bzw. errechnetes Bandprofil
x=1 , 2, 3 ...
n: betreffendes Metallband
Bei Anwendung dieser Formel für den Kurzzeitadaptionswert wird der Summand AO (n-x)bi bei Neustart eines Walzprozesses, z. B. nach einem Arbeitswalzenwechsel, mit z. B. 0 oder einem anderen typischen Anfangswert vorbesetzt. Der Kurzzeitadaptionswert berechnet sich dann als Summe aus dem Anfangswert und der Differenz zwischen dem Ist-Wert C|St(n)bi für die Profilkontur und dem Prognoswert Cp(n)bi des n'ten Metallbandes an der Referenzposition bi. Der Langzeitadaptionswert ACL bi an einer Referenzposition bi ergibt sich durch Ausführen folgender Schritte:
Ermitteln der Adaptionswerte durch Wiederholen der Schritte a) bis f) nach Anspruch 1 oder 3 an der Mehrzahl I von Referenzpositionen bi für eine Mehrzahl von vor dem n+x'ten Metallband gewalzten Metallbändern einer Adaptionsgruppe; und
Berechnen der Langzeitadaptionswerte ACi_bi durch Bildung der Mittelwerte der Adaptionswerte oder Bildung der Mittelwerte der Differenzen zwischen Ist-Werten und Prognosewerten für die Profilkontur für die Mehrzahl von Metallbändern jeweils an einer der Referenzpositionen bi.
Für die Bestimmung des Prognosewertes Cp(n+x)bi des Metallbandes n+x gemäß Anspruch 1 oder 3 wird gegebenenfalls der Langzeitadaptionswert ACLbi aus der entsprechenden Adaptionsgruppe entnommen, zu der das Metallband n+x gehört.
Anders ausgedrückt kann sich auch der Langzeitadaptionswert aus einer Mittelwertebildung der Gesamtadaptionswerte (Langzeit- und Kurzzeitadaptionswert) von j Bändern, die der gleichen Adaptionsgruppe in der Vergangenheit gewalzt worden sind, ergeben.
Die maximal herangezogene Anzahl in der Vergangenheit gewalzter Bänder j kann z.B. 100 oder 50 betragen und ist frei festlegbar. Die Differenz bei einem Band wirkt sich auf den Langzeitadaptionswert also nur zu einem j-ten Teil aus. Der ermittelte Langzeitadaptionswert kann bei der PCFC-Preset-Berechnung zu 100% oder nur zu einem Teil, abhängig von frei festlegbaren Randbedingungen, verwendet werden.
Die Definition und die Berechnung des Langzeitadaptionswertes AO_(n)bi können die Kenntnis des Kurzzeitadaptionswertes AO (n)bi voraussetzen. Demgegenüber kann in Ausnahmefällen der Kurzzeitadaptionswert auch alleine verwendet werden. Alternativ zu dem Langzeit- und/oder Kurzzeitadaptionswert kann auch ein Gesamtadaptionswert zur Ermittlung der Einstellwerte der Profilstellglieder und zur Bandkonturbestimmung an den Referenzpunkten bi gemäß Anspruch 6 ermittelt werden. Dieser Gesamtadaptionswert berechnet sich dann als Summe aus dem Kurzzeitadaptionswert und dem Langzeitadaptionswert jeweils an einer Referenzposition bi.
Wie sich die Adaptionswerte, gerechneten Profilwerte und Messwerte etc. an einer Referenzposition von Band zu Band für 4 Bänder der gleichen Langzeitadaptionsgruppe verhalten können, wird in dem nachfolgenden Beispiel verdeutlicht:
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können der ermittelte Kurzzeitadaptionswert, der ermittelte Langzeitadaptionswert oder der ermittelte Summenadaptionswert bei der Berechnung zur Voreinstellung der Profilstellglieder entweder zu 100 % oder nur zu einem gewünschten Teil verwendet werden. Der gewünschte Anteil kann abhängig von frei festlegbaren Randbedingungen gewählt werden. Je nach gewählter Gewichtung, z. B. 33 oder 50 % wird der Adaptionseffekt gedämpft bzw. geglättet. Die Änderung des Kurzzeitadaptionswerte von Band zu Band kann durch einen Maximalwert, z. B. 10 μιτι, begrenzt werden, um eventuelle einzelne Messfehler nicht zu hoch zu gewichten. Auch kann der Kurzzeitadaptionswert ofenabhängig oder abhängig von anderen Prozessgrößen sein. Der Kurzzeitadaptionswert bezieht sich i. d. R. auf die Profildifferenzen des letztens Bandes n. In Ausnahmefällen kann z. B. die Profildifferenz auf das vorletzte Band bezogen sein. Dann entspricht n dem Band n-1 bzw. allgemein n-x.
Die erfindungsgemäß berechneten Adaptionswerte an den einzelnen Breitenpositionen bi des Metall band es können vorteilhafterweise auch dazu verwendet werden, die Adaptionskontur des Metallbandes zu ermitteln, indem die einzelnen vorhandenen Adaptionswerte mit mindestens einer geeigneten Ansatzfunktion miteinander zur Adaptionskontur verbunden werden. Die Adaptionskontur kann durch die I für das Metallband n+x ermittelten Adaptionswerte AC(n + x)bi geführt werden oder die Adaptionskontur läuft je nach Ansatzfunktion bzw. Glättungsfunktion dicht an den Adaptionswerten vorbei (Approximation). Eine Ansatzfunktion wird also zur Verbindung von Adaptionswerten, Interpolation, Glättung, Extrapolation oder Approximation verwendet und beispielsweise so bezeichnet. Adaptionswerte liegen in der Regel an mindestens zwei Referenzpositionen bi vor, und vorzugsweise liegt mindestens ein weiterer Adaptionskonturwert an einer weiteren Bandbreitenposition m vor, bei der es sich nicht um eine Referenzposition handelt. Weitere Bandbreitenpositionen werden typischerweise durch das Prozessmodell vorgegebenen. Je nachdem für welche Bandbreitenpositionen die Adaptionswerte bekannt sind, kann die Adaptionskontur entweder nur über einem begrenzten Abschnitt bzw. Bereich oder über der gesamten Breite des Metallbandes ermittelt werden. Die Dichte der bekannten Adaptionswerte kann in einzelnen Bereichen über der Breite des Metallbandes unterschiedlich sein. Vorzugsweise ist die Dichte der bekannten Adaptionswerte im Randbereich des Metallbandes, dort vorzugsweise an den Referenzpositionen, größer als in dem Mittenbereich, auch Bodybereich genannt. Dies liegt darin begründet, dass die Anforderungen an die Genauigkeit der Profilkontur im Randbereich oftmals höher sind als im Mittenbereich. Ist für einen extremen Sonderfall jeder geglättete Messpunkt, den ein Profilmessgerät liefert, ein Adaptionspunkt bi, so kann die Adaptionskontur auch ohne weitere Bestimmung von einer Interpolationsfunktion ermittelt werden; in diesem Fall besteht die Adaptionskontur einfach in der benachbarten Abfolge der Vielzahl von Adaptionswerten. Im Regelfall beträgt die maximale Anzahl I von Bandbreitenpositionen, insbesondere Referenzpositionen, jedoch weniger als 10.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die besagte und ermittelte Adaptionskontur für das n+x'te Metallband mit einer von dem Prozessmodel prognostizierten, nicht adaptierten berechneten Profilkontur addiert, um im Ergebnis eine adaptierte Profilkontur für das n+x'te Metallband zu erhalten.
Die Ermittlung der Ansatzfunktionen bzw. Interpolationsfunktionen der Adaptionskontur oder der adaptierten Profilkontur kann unterschiedlich für unterschiedliche Breitenabschnitte des Metallbandes erfolgen. Ein erster Breitenabschnitt kann beispielsweise in dem mittleren Breitenbereich und zweiter Breitenabschnitt oder weitere Breitenabschnitte können beispielsweise im Randbereich, auch genannt Kantenbereich des Metallbandes liegen.
Bei zwei Breitenabschnitten, die in Breitenrichtung aneinandergrenzen, werden die Ansatzfunktionen bzw. wird die Adaptionskontur oder die adaptierte Profilkontur über den beiden Breitenabschnitten vorzugsweise so gewählt, dass die Konturverläufe an der Grenze von einem zum anderen Bandabschnitt stetig differenzierbar sind, insbesondere eine gleiche Steigung haben. Durch diese Bedingung wird vermieden, dass die Konturen an der Grenze zwischen den beiden Bandabschnitten einen Knick aufweisen; stattdessen gehen sie dann glatt ineinander über. Die Adaptionskontur oder die adaptierte Profilkontur über einem Breitenabschnitt des Metallbandes können in einen benachbarten Breitenabschnitt hinein extrapoliert werden zum Ermitteln einer extrapolierten adaptierten Adaptionskontur oder einer extrapolierten adaptierten Profilkontur über dem benachbarten Breitenbereich, insbesondere wenn dort keine Adaptionswerte oder gemessenen Profilkonturwerte bekannt sind. Die besagte mindestens eine Ansatzfunktion bzw. Approximationsfunktion oder Interpolartionsfunktion zur Verbindung einzelner Adaptions- oder Profilkonturwerte oder die besagte Extrapolationsfunktion können aus einer linearen Funktion, einer Polynomfunktion beliebiger Ordnung, einer Exponentialfunktion, einer trigonometrischen Funktion, einer Splinefunktion oder einer Kombination von verschiedenen Funktionen gebildet sein. Auch die Ansatzfunktionen bzw. Interpolartionsfunktionen können für verschiedene Breitenabschnitte des Metallbandes unterschiedlich sein. Anstelle des gemessenen Ist-Wertes der Profilkontur des Metallbandes an der Referenzposition bi kann auch ein Mittelwert aus gemessenen Ist-Werten an den spiegelbildlichen Referenzpositionen bi auf der rechten und linken Hälfte des Metallbandes - in Walzrichtung gesehen - verwendet werden. Dabei fungiert die fiktive Ebene, auch Breitenebene genannt, auf halber Breite bzw. Breitenhöhe des Metallbandes, die sich in Längsrichtung des Metallbandes erstreckt, als Spiegelebene.
Die adaptierten Profil konturwerte oder die adaptierte Profilkontur können zunächst auch nur für eine Bandhälfte, z. B. die Bandhälfte auf der Bedienseite ermittelt werden und nachfolgend für die andere Bandhälfte, z. B. für die Bandhälfte auf der Antriebsseite gespiegelt werden.
Der gemessene Ist-Wert der Profilkontur kann als direkter Messwert an der Referenzposition bi oder als ein durch eine Ausgleichsfunktion über der Breite, beispielsweise eine Messwert-Interpolationsfunktion, geglätteter Profilmesswert verwendet werden.
Die gemessenen Ist-Werte C|St(n)bi bei der Profilkontur können an einer definierten Bandlängenposition ermittelt oder über einer Bandsegmentlänge gemittelt oder über einer gesamten Bandlänge gemittelt werden. Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäß ermittelte adaptierte Profilkontur im Hinblick auf Profilanomalien, wie beispielsweise Bandwulste, d. h. unerwünschte Verdickungen im Bandkantenbereich, oder steile Bandprofilabfälle, insbesondere im Kantenbereich des Metallbandes analysiert. Die Analyse erfolgt vorzugsweise online bzw. in einem Echtzeitbetrieb. Dann können die Profilstellglieder geeignet eingestellt werden, um die besagten Profilanomalien bei nachfolgend gewalzten Abschnitten in Längsrichtung desselben Metallbandes oder bei nachfolgend gewalzten Metallbändern aktiv zu bekämpfen bzw. zu reduzieren. Ohne Nutzung der erfindungsgemäßen Adaptionskontur kann es vorkommen, dass Metallbänder mit normalen Profilkonturen errechnet werden, und dass sich aber in der Praxis dennoch Bandwulste an den Kanten ausbilden. Die erfindungsgemäß ermöglichte Ermittlung der Adaptionskontur und die dadurch ermöglichte Ermittlung einer präziseren adaptierten Profilkontur eröffnet neue Möglichkeiten der verbesserten Ermittlung der Profilkontur. Wird z. B. für ein Metallband eine Kantenwulsthöhe errechnet, die höher ist als ein zulässiger Schwellenwert, so wird von dem Prozessmodell im Rahmen von zulässigen vorgegebenen Profilniveaugrenzen zwischen beispielsweise C40-Zielmin und C40- ZieLax das Bandprofilniveau 40 mm entfernt von der Naturkante des Metallbandes automatisch auf einen Wert gesetzt, in der Regel angehoben, so dass die maximale zulässige Wulsthöhe nicht überschritten bzw. reduziert wird oder/und es erfolgt ein gezielter Einsatz von Profilstellgliedern (z. B. Walzenverschiebung etc.) um die Wulsthöhe zu vermindern. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, insbesondere der Ansprüche 21 bis 23.
Unter Ausnutzung des Materialquerflussverhaltens kann ergänzend in zwei Schritten das Bodybandprofil, d. h. die Profilkontur im Mittenbereich des Metallbandes, und das Kantenbandprofil unter Nutzung der Konturadaption genauer eingestellt werden. Zunächst werden die Profilstellglieder im vorderen Bereich der Walzanlage bzw. bei den ersten Stichen eines Reversierwalzwerkes so eingesetzt, dass sich das Bodyprofil einstellt. Im zweiten Schritt werden die Profilstellglieder für die hinteren Gerüste oder letzten Stiche so eingestellt, dass das nominelle Profil an der Bandkante ebenfalls eingestellt bzw. so eine Gesamtkontur geformt (designed) wird.
Es sind also mehrere Zielprofilwerte für verschiedene Breitenpositionen vorgebbar, die alle eingestellt oder/und die in bestimmten Grenzen gehalten bzw. überwacht werden. Beispielsweise kann durch ein erweitertes Prozessmodell ein Zielprofilwert C25 = 30μηη im Randbereich eingestellt oder die Abweichung minimiert werden und gleichzeitig für einen Zielprofilwert im Bodybandbereich die Grenze C100 > 15μηη einhalten werden.
Es kann bei der Setzstrategie der Profilwert im Bandkantenbereich z.B. C25 oder alternativ der Bodybandprofilwert z.B. C100 als primäres Ziel variabel und von Band zu Band unterschiedlich vorgegeben werden. Zweckmäßigerweise werden (wie beschrieben) an diesen Referenzpunkten die Bandkonturwerte bzw. die Bandkonturen adaptiert. Die adaptierte Profilkonturfunktion, bestehend aus mmax Profilkonturwerten C(n+x)m wird vorteilhafterweise bezüglich Bandprofilanomalien analysiert, und mittels des Prozessmodells wird die Information der analysierten Fertigbandkonturfehler mittels nicht näher beschriebenen Übertragungsfunktionen oder Wichtungsfaktoren auf die Berechnung der Zwischengerüst- oder Zwischenstichkonturen übertragen. Alternativ oder zusätzlich werden die ermittelten Adaptionswerte an den Positionen bi mittels nicht näher beschriebenen Übertragungsfunktionen oder Wichtungsfaktoren auf die Berechnung der Zwischengerüst- oder Zwischenstichkonturen übertragen. Die genaue quantitative Kenntnis des Ortes der Bandkonturanomalien (Wulsthöhe, Wulstbreite, Kantenabfall zwischen zwei definierten Profilpunkten (z.B. C25-C100) sowie Profilabweichungen in dem mittleren Bandbereich (bzw. an C100, C125, C150 oder C200) erlauben also eine gezielte Analyse, ob Bandkonturfehler an der Kante, im mittleren Bereich oder in beiden Bereichen auftreten. Mit dieser Kenntnis werden in einer Profil- und Planheitsberechnung iterativ die Profilstellglieder der verschiedenen Gerüste gezielter eingesetzt, um Bandprofilanomalien zu vermeiden oder zu reduzieren.
Hierdurch lassen sich Profilstellglieder, wie z.B. variable Arbeitswalzenkühlsysteme, Zonenkühlung oder lokale Walzenerwärmung zur Beeinflussung des thermischen Crowns, eine Arbeitswalzenverschiebung in Verbindung mit Walzenschliffen (Spezial-Walzenschliffe zur Bekämpfung von Bandwulsten („Anti-Wulst-Walze") oder zur Bekämpfung von Bandkantenabfällen („Tapered Roll"), CVC-Walzen, CVC-Walzen mit einem Schliff höherer Ordnung bzw. Polynom n-ter Ordnung bzw. trigonometrische Funktionen), Bandkantenheizungen, Bandzonenkühlungen, Arbeitswalzenbiegungen und/oder Gerüste mit Pair-Cross-Funktion einsetzen. Neben den mechanischen und thermischen Profilstellgliedern wird ggf. auch die Walzkraftumverteilung zur Konturbeeinflussung gezielt verwendet. Der Beschreibung sind insgesamt 5 Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 die Profilkontur eines Metall band es mit zum
Verständnis der Erfindung wesentlichen Begriffsdefinition;
Figuren 2.1 , 2.2 und 2.3 eine Veranschaulichung des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Figur 3 eine erste Möglichkeit zur Reduzierung eines unerwünschten Wulstes am Rand des Metallprofils auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figuren 4.1 und 4.2 eine zweite Möglichkeit zur Reduzierung von unerwünschten Wülsten am Rand des Metallbandes; und
Figur 5 die Einstellung der Profilkontur des Metallbandes durch
Vorgabe von Zielwerten an mehreren Referenzpositionen veranschaulicht.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. Figur 1 zeigt einen Querschnitt, d. h. die Profilkontur eines Metallbandes eingetragen in ein Koordinatensystem, wobei auf der Abszisse die Bandbreitenposition m bzw. bi und auf der Ordinate ein Profilwert für die Profil kontur aufgetragen ist. Das Koordinatensystem ist so an die gewölbte Profilkontur angelegt, dass es in der Breitenmitte auf die gewölbte Profilkontur aufgelegt ist. Positive Werte für die Bandbreitenposition erstrecken sich in Figur 1 nach rechts und negative Werte für die Bandbreitenposition erstrecken sich in Figur 1 nach links, jeweils in Breitenrichtung des Metallbandes. Einzelne Profilwerte, die jeweils konkreten Positionen in Breitenrichtung des Metallbandes zugeordnet sind, bezeichnen die Abweichung der Profilkontur von einer rechteckförmigen Profilkontur, wie sie durch die horizontale Abszisse m/bi repräsentiert wird. Die Profilwerte werden dementsprechend ausgehend von der Abszisse senkrecht nach unten abgetragen und mit positiven Vorzeichen angegeben. Anders ausgedrückt: Die Profilwerte beschreiben insbesondere die Wölbung des Metallbandes an einer bestimmten Bandbreitenposition gegenüber der Mitte des Metallbandes. Der Profilwert CL ist in Figur 1 mit CL=0 vorgegeben, weil dieser Profilwert den Ursprung des Koordinatensystems bildet. In Figur 1 sind zunächst zwei Profi Ikonturen zu erkennen, nämlich zum einen eine gemessene Profilkontur, in Figur 1 dargestellt als gestrichelte Linie. Darüber hinaus ist als durchgezogene Linie eine z. B. prognostizierte Profilkontur ohne Adaption zu erkennen, die mit Hilfe eines Prozessmodells berechnet wurde. Die prognostizierte Profilkontur, wie in Figur 1 gezeigt, ist noch nicht adaptiert im Sinne der Erfindung, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist eine Adaption der prognostizierten Profilkontur bzw. eine Adaption der Profilkonturwerte, auch Prognosewerte Cp(n)bi genannt, des n'ten Metallbandes, jeweils an einer Mehrzahl von Bandbreitenpositionen bi mit i=1 ,2,3 usw., in Figur 1 an den Positionen bi=b1 bis b4. Die prognostizierte Profilkontur entspricht einer Aneinanderreihung von berechneten Profilkonturwerten oder den über eine Ansatz- oder Interpolationsfunktion miteinander verbundenen Profilkontur- oder Prognosewerten. Wesentlich für die erfindungsgemäße Adaption ist die Ermittlung eines entsprechenden Adaptionswertes AC(n)bi, welcher die Profilabweichung, d. h. die Differenz zwischen dem Ist-Wert C|St(n)bi und dem zugehörigen Prognosewert Cp(n)bi an der Mehrzahl von Bandbreitenpositionen b1 bis b4 beschreibt.
Grundsätzlich handelt es sich bei den Bandbreitenpositionen bi um beliebige Positionen in Breitenrichtung des Metallbandes; normalerweise werden Breitenpositionen durch ihren positiven oder negativen Abstand von der Bandmitte definiert. In einigen genormten Fällen können diese Bandbreitenpositionen jedoch vorteilhafterweise auch über ihren Abstand von der jeweiligen Naturkante des Metallbandes an der Antriebsseite oder/und an der Bedienseite des Metallbandes, dann jeweils in Richtung Bandmitte gemessen, definiert werden. Die so definierten Bandbreitenpositionen werden typischerweise als Referenzpositionen bezeichnet. Diesen normierten Referenzpositionen sind dann typischerweise auch konkrete Profilwerte zugeordnet, die dann beispielsweise als C40 oder C100 bezeichnet werden. Die Zahlenangabe hinter dem C entspricht dann dem Abstand der Bandbreitenposition von der jeweiligen Naturkante des Metallbandes.
In Figur 1 ist die Profilkontur über der gesamten Breite des Metallbandes von der Antriebsseite bis zur Bedienseite gezeigt. In den nachfolgenden Figuren 2 und 5 ist jeweils aus Gründen der Vereinfachung lediglich die rechte Hälfte der Profilkontur des Metallbandes gezeigt. In dieser Hälfte ermittelte Adaptionswerte bzw. Differenzen zwischen prognostizierter und gemessener Profilkontur können zumindest näherungsweise durch Spiegelung auch für die linke Hälfte der Profilkontur angenommen werden.
Alternativ können die gemessenen und berechneten Werte für die Profilkontur auch durch Mittelwertbildung der Konturwerte an den spiegelbildlichen Positionen i=1 , i=-1 ; i=2, i=-2; i=3, i=-3 und/oder i=4, i=-4 auf der Antriebs- und Bedienseite gebildet werden. Negative Indexwerte sollen nur verdeutlichen, dass es sich um eine gegenüberliegende Seite handelt. Vorzugsweise wird hierbei durch die gesamte gemessene Bandkontur eine Glättungsfunktion gelegt um ein eventuelles Rauschen der Bandkontursignale zu unterdrücken. Die Berechnung der Profilkontur und die entsprechende erfindungsgemäße Adaption können symmetrisch nur für eine Bandhälfte oder asymmetrisch über der gesamten Breite erfolgen.
Figur 2 veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Metallbandes bzw. insbesondere zur Adaption der Profil kontur des Metallbandes.
Die Figuren 2.1 - 2.3 stellen den Sachverhalt anhand eines vereinfachten Beispiels dar. Es wurde nur eine Kurzzeitadaption angewandt. Ziel der Figuren ist es, den Effekt der Konturadaption und die Profiladaption an mehreren hier 2 Referenzpunkten bi zu veranschaulichen. Figur 2.1 beschreibt dabei zunächst die erfindungsgemäße Bestimmung der Adaptionswerte an einem n'ten Metallband, vereinfacht dargestellt nur für die rechte Bandhälfte und am Beispiel von lediglich zwei Adaptionspunkten. Für die Beschreibung der Figur 2.1 kann auf die zuvor erfolgte Beschreibung der Figur 1 verwiesen werden; diese gilt für die Figur 2.1 gleichermaßen. Lediglich ergänzend sei nochmals erwähnt, dass die Bandbreitenpositionen bzw. die Punkte in Breitenrichtung, wo eine Berechnung eines Profilwertes stattfindet, im Allgemeinen mit dem Parameter m durchnummeriert werden, insbesondere dann, wenn sie von der Bandmitte CL aus gezählt werden. Bei den Referenzpositionen bi handelt es sich gleichermaßen um Bandbreitenpositionen, die jedoch nicht von der Bandmitte, sondern über ihren Abstand von der Naturkante des Metallbandes definiert werden.
Nicht nur in Fig. 2.1 , sondern auch in den nachfolgenden Figuren wird der Parameter m auch als Hinweis auf die gesamte Kontur oder gesamte Anzahl von Konturberechnungspunkten verwendet im Unterschied zu dem Parameter bi, der regelmäßig nur als Hinweis auf diskrete Werte (Referenzpositionen) verstanden werden soll. Die Abstände dieser Referenzpositionen bi von der Bandkante sind in Fig. 2.1 und 2.2 sowie 2.3 für die verschiedenen Bandbreiten n und n+1 gleich.
Fig. 2.1 veranschaulicht die erfindungsgemäße Ermittlung einzelner Adaptionswerte AC(n)b1 und AC(n)b2 als Differenz zwischen einzelnen Prognosewerten Cp(n)bi mit i=1 und i=2 und den Ist-Werten C|St(n)bi für die Profil kontur des n'ten Metallbandes.
Fig. 2.2 veranschaulicht die erfindungsgemäße Ermittlung einer Adaptionskontur. Die Adaptionskontur wird für das Folgeband n+x bestimmt. Am Band n kann z. B. die Breite anders sein als bei Band n+x. Es werden lediglich die Adaptionswerte bi am Band n oder / und bei verwendeter Langzeitdapation durch eine Mittelwertsbildung für eine Anzahl Bänder j bestimmt und für ein Folgeband n+x verwendet. Die Adaptionskontur und die Punktfolge AC (n+x)m (mit dem Index m) wird immer nur im Zusammenhang für das Band n+x verwendet. In Fig. 2.2 und Fig. 2.3 sind die in Fig. 2.1 ermittelten Adaptionswerte AC(n)b\ und AC(n)b2 eingetragen. Sie werden dort in dem vereinfachten Beispiel für das Folgeband n+x (mit x=1 ) für die Adaptionskonturbestimmung verwendet. Deshalb können die obigen Adaptionswerte auch mit AC(n + x)b\ und AC(n + x)b2 (mit x=1 ) bezeichnet werden. Neben diesen beiden Adaptionswerten an den Referenzpositionen b1 und b2 wird für die Ermittlung der Adaptionskontur auch noch ein weiterer trivialer Wert, hier der Wert in der Bandmitte, in Figur 2.2 mit m=1 bezeichnet, berücksichtigt. Der Wert ACL in der Bandmitte ist ACL=0, weil das Koordinatensystem als durch diesen Punkt verlaufend angeordnet wurde. Die Adaptionswerte wurden an den Punkten b1 und b2 am Band n ermittelt und für Band n+1 verwendet (x ist hier=1 ).
Die Adaptionskontur AC(n+1 ) m für das n+1 'te Metallband ergibt sich dann, wie in Figur 2.2 gezeigt, als zumindest stückweise Ansatz- oder Interpolationsfunktion durch die Bandmitte CL=0 und die zwei genannten Adaptionswerte und an den Referenzpunkten C100 und C25, wobei die beiden letzteren gemessen werden als Abstand von der Naturkante des Metallbandes.
Die Bildung einer Ansatz- bzw. Interpolationsfunktion und die Interpolation zwischen der Bandmitte und dem Referenzpunkt b1 sowie die entsprechende Bildung und Interpolation zwischen dem Referenzpunkt b1 und dem Referenzpunkt b2 können grundsätzlich separat und unabhängig voneinander in den jeweiligen Bandbreitenabschnitten erfolgen. Um einen Knick an einer Übergangsstelle von zwei Interpolationsfunktionen, in Figur 2.2 beispielsweise an der Position b1 zu vermeiden, wird an die Formulierung der beiden Teilinterpolationsfunktionen die zusätzliche Bedingung gefüllt, dass diese beiden benachbarten Teilinterpolationsfunktionen an der Übergangsstelle stetig differenzierbar sein müssen, d. h. insbesondere dass die jeweiligen Funktionen dort gleiche Steigungen haben müssen. Diese Vorgehensweise wird grundsätzlich für alle Adaptionsbereiche in Breitenrichtung des Metallbandes durchgeführt. In diesem aufgeführten Beispiel (symmetrisch) startet die Adaptionskontur an der Bandmitte CL mit einer horizontalen Tangente.
Von dem letzten Adaptionswert, in Figur 2.2 an der Referenzposition i=2, bis zum Randpunkt mmax des Metallbandes, wo kein Profilwert vorgegeben ist, kann die Adaptionskontur durch Extrapolation ermittelt werden. Die Interpolation oder Extrapolation wird benutzt, um auf Basis der vorgegebenen Profilwerte an den Referenzpositionen auf die Profilwerte an anderen Bandbreitenpositionen m zu interpolieren bzw. zu extrapolieren.
Figur 2.3 veranschaulicht, wie die zuvor gemäß Figur 2.2 für das η+1 'te Metallband ermittelte Adaptionskontur nun bei der Prognose und anschließenden Herstellung zu walzenden η+1 'ten Metallbandes berücksichtigt werden kann.
Figur 2.3 zeigt u. a. die berechnete adaptierte Profilkontur Cp(n+1 )m sowie die berechneten adaptierten Prognosewerte Cp(n+1 )b1 und Cp(n+1 )b2 sowie gestrichelt eine zugehörige berechnete prognostizierte Profilkontur Cp(n+1 )m0A, mit O.A.: ohne Adaption, hier beispielhaft für das η+1 'te Metallband, d. h. hier beispielhaft für das nächste zu walzende Metallband.
Die zuvor gemäß Figur 2.1 für das n'te Metallband ermittelten Adaptionswerte AC(n)b1 und AC(n)b2 können auf die Prognosewerte an den entsprechenden Referenzpositionen aufaddiert werden, um auf diese Weise dort jeweils verbesserte adaptische Prognosewerte für die prognostizierte adaptierte Profilwerte oder Profilkontur zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich kann die zuvor gemäß Fig. 2.2 für das n+1 'te Metallband ermittelte Adaptionskontur AC (n+1 )m auf die für das η+1 'te Metallband ermittelte prognostizierte Profilkontur Cp(n+1 )nrioA aufaddiert werden, um auf diese Weise eine entsprechend verbesserte bzw. adaptierte Profilkontur Cp(n+1 )m zu erhalten; siehe auch Anspruch 9. Die auf diese Weise gewonnenen neuen adaptierten Prognosewerte oder die neue Profilkontur können vorteilhafterweise verwendet werden, um die Profilstellglieder bei der Herstellung des η+1 'ten, allgemein des n+x'ten Metallbandes noch genauer im Hinblick auf gewünschte Zielwerte oder/und Zielkonturen einstellen zu können.
Mathematisch ausgedrückt berechnen sich die adaptierten Bandkonturwerte bzw. die adaptierte Bandkontur für das zu walzende beispielsweise η+1 'te Metallband gemäß folgender Formel: CP(n+1 )m0A + AC(n+1 )m = CP(n+1 )m mit
Cp(n+1 )m korrigierte bzw. adaptierte Profilkontur des η+1 'ten Metallbandes über der Bandbreite m;
Cp(n+1 )m0A eine berechnete bzw. prognostizierte Profilkontur des η+1 'ten
Metallbandes über der Bandbreite m ohne Adaption; AC(n+1 )m Adaptionskontur: Werte der Adaptionskontur an der Position m für das Metallband n+1
m = 1 ... mmax.
Bei der Breitenposition m kann es sich auch um Referenzpositionen bi handeln. Die Differenz bzw. die Adaption AC(n)m zwischen gemessener und errechneter Korrektur wird bei dem in Figur 2.2 gezeigten Beispiel zwecks vereinfachter Beschreibung/Darstellung nur für ein Metallband gezeigt. In der Regel wird diese Differenz am zuletzt gewalzten Metallband und/oder am vorletzten gewalzten Metallband und/oder an mehreren Metallbändern gleicher Art gegebenenfalls mit unterschiedlicher Wichtung gebildet und auf diese Weise ein Summenadaptionswert ermittelt.
Figur 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die Nutzung der erfindungsgemäßen Konturadaption zur Reduzierung bzw. Vermeidung von unerwünschten Wülsten im Randbereich eines Metallbandes. Bei diesem ersten in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Reduzierung der Wulste durch eine gezielte Erhöhung eines Wertes für die Profilkontur an einer Referenzposition, in Figur 3 die Position C40, d. h. 40 mm von der Naturkante des Metallbandes entfernt.
Ohne Nutzung der Konturadaption kann es vorkommen, dass Bänder mit vermeintlich normalen Profilkonturen errechnet bzw. prognostiziert werden; siehe die gestrichelte Ausgangskontur nach dem ersten Rechenschritt ohne Konturadaption in Figur 3. Nach Durchführung der erfindungsgemäßen und zuvor insbesondere unter Bezugnahme auf Figur 2.3 beschriebenen Konturadaption durch Addition der für das Band n+x prognostizierten Profilkontur und einer für ein vorheriges Band ermittelten Adaptionskontur kann erfindungsgemäß die in Figur 3 gezeigte adaptierte Profilkontur Cp(n+x)m für das n+x'te Metallband ermittelt werden. Der Vorteil der erfindungsgemäß adaptierten Profilkontur Cp(n+x)m gegenüber der nicht adaptierten prognostizierten Profilkontur Cp(n+x)m0A ist in Figur 3 klar erkennbar, denn die adaptierte Profilkontur lässt den unerwünschten Wulst mit der Wulsthöhe W1 im Randbereich des Metallbandes überhaupt erst erkennen; die nicht adaptierte prognostizierte Profilkontur (gestrichelte Linie) ließ den Wulst nicht so deutlich erkennen. Insofern liefert die erfindungsgemäße Profiladaption ein verbessertes Rechenergebnis zur Ermittlung einer genaueren Profilkontur und eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Profilkontur, hier insbesondere zur Reduzierung der Wulsthöhe. Wird beispielsweise für das Metallband gemäß Figur 3 eine Kantenwulsthöhe W1 errechnet, die höher ist als ein Schwellenwert für eine zulässige Wulsthöhe, so wird von dem Prozessmodell im Rahmen vorgegebener Zulässigkeitsgrenzen z. B. C40-Zielmin und C40-Zielmax der Profilwert an der entsprechenden Bandkantenposition, hier 40 mm von der Naturkante des Metallbandes entfernt, automatisch auf einen neuen Wert gesetzt, hier angehoben, so dass die maximale zulässige Wulsthöhe nicht überschritten oder reduziert wird. Durch die besagte Erhöhung des vorgegebenen Profilwertes um den Betrag AP reduziert sich in dem in Figur 3 gezeigten Beispiel die Wulsthöhe von W1 auf W2.
Alternativ oder ergänzend kann für die gleichen Bedingungen und die gleiche Profilkontur wie gemäß Figur 3 mit Nutzung der adaptierten Profilkontur zur Kontrolle der Wulsthöhe ein angehobenes Kraftniveau im Rahmen der Prozess- und Anlagenlimits in den hinteren Gerüsten einer Fertigstraße oder bei einem Reversiergerüst in den späteren hinteren Stichen genutzt werden. Dies kann durch eine Walzkraftumverteilung, d. h. eine Entlastung der vorderen Gerüste bzw. der früheren Stiche und eine stärkere Belastung der hinteren Gerüste bzw. späteren Stiche oder/und durch Auffahren von einem oder mehreren Gerüsten (letztes Gerüst bzw. letzter Stich oder Gerüst innerhalb der Fertigstraße bzw. mittlerer Stich) geschehen. Figur 4.1 zeigt Beispiele von vorteilhaften Walzkraftumverteilungen, um die Wulsthöhe W1 (siehe Figur 4.2) zu reduzieren. Durch eine iterativ bestimmte höhere Last in den hinteren Gerüsten erhöht sich die Arbeitswalzenabplattung. Hierdurch reduziert sich bzw. verschwindet die Wulst W2 nach der Walzkraftumverteilung, siehe die gestrichelte Linie in Figur 4.2 (2. Rechnungsschritt). Die mechanischen Profilstellglieder werden in dem iterativen Rechenprozess diesen neue Randbedingungen angepasst und das z. B. C40- Zielprofil eingestellt. Die Kenntnis der zu erwartenden Profilkontur aufgrund der physikalischen Modellierung der Zusammenhänge und der besagten adaptierten Profilkontur an mehreren Breitenpositionen bi über der Breite des Metallbandes wird weiterhin aktiv genutzt, um bei der Einstellung eines nominellen Bandprofils an der Bandkante, z. B. an der Position C25, zusätzlich auch das Bandprofil im Bandmittenbereich - ausgedrückt durch CBody bzw. C100 - in zulässigen minimalen und maximalen Grenzen C100min, C100max zu halten, wie dies für ein Beispiel in Figur 5 dargestellt ist. Bei einem fortschrittlichen Profil-Presetting werden vorteilhafterweise zusätzlich Prozesslimits eingeführt und die minimalen und maximalen Bandprofillimits für mehrere Bandkonturpunkte, z. B. C25 und C100, berücksichtigt. Das verbesserte Ergebnis (2. Rechenabschnitt) stellt die Bandkontur mit der durchgezogenen Linie dar.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Herstellen von Metallbändern in einer Walzanlage mit einer gewünschten Profilkontur, aufweisend folgende Schritte:
a) Vorgeben eines Zielwertes für die Profilkontur an mindestens einer Referenzposition bi in Breitenrichtung bei mindestens einem n'ten
Metallband;
b) Simulieren eines Walzprozesses auf der Walzanlage zum Herstellen des Metallbandes mit Hilfe eines Prozessmodells, wobei Einstellwerte für Profilstellglieder und ein Prognosewert Cp(n)bi für die Profilkontur des n'ten Metallbandes an der Referenzposition bi so berechnet werden, dass der Zielwert möglichst erreicht wird, - sofern vorhanden - unter
Berücksichtigung von alten Adaptionswerten an der Referenzposition bi und evtl. Restriktionen;
c) Einstellen der Profilstellglieder mit den berechneten Einstellwerten;
d) Walzen des n'ten Metallbandes;
e) Messen des Istwertes C|St(n)bi der Profilkontur des gewalzten n'ten Metallbandes an der Referenzposition bi; und
f) Ermitteln eines neuen Adaptionswertes AC(n)bi auf Basis der Differenz zwischen dem Istwert C|St(n)bi und dem Prognosewert Cp(n)bi für die Profilkontur des n'ten Metallbandes an der Referenzposition bi;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schritte a), b) und c) vor dem Walzen des mindestens n'ten Metallbandes für eine Mehrzahl I mit l>2 von Referenzpositionen bi mit 1 i < I in mindestens einem Breitenabschnitt des mindestens n'ten
Metallbandes durchgeführt werden;
dass die Schritte e) und f) nach dem Walzen des mindestens n'ten
Metallbandes für die Mehrzahl I von Referenzpositionen bi durchgeführt werden zum Ermitteln der neuen Adaptionswerte AC(n)bi an der Mehrzahl I der Referenzpositionen bi in dem mindestens einen Breitenabschnitt des mindestens n'ten Metallbandes; und
g) dass beim späteren Herstellen eines weiteren Längsabschnittes des n'ten Metallbandes oder eines n+x'ten Metallbandes mit x = 1 , 2, etc.
mindestens die Schritte a) bis d) wiederholt werden mit n=n+x, wobei die zuvor gemäß Schritt f) zumindest für das n'te Metallband ermittelten neuen Adaptionswerte AC(n)bi für die Mehrzahl I der Referenzpositionen bi bei der Berechnung der Einstellungen der Profilstellglieder und der Berechnung der Prognosewerte gemäß Schritt b) für das n+x'te Metallband als alte
Adaptionswerte berücksichtigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
gekennzeichnet durch
Ermitteln der neuen Adaptionswerte AC(n)bi gemäß Schritt f) an den Referenzpositionen bi des n'ten Metallbandes zumindest teilweise in Form eines Kurzzeitadaptionswertes ACi (n)bi gemäß der folgenden Formel:
AC(n)bi = ACK (n)bi = ACK (n - x)bi + \CIst (n)bi - Cp (n)bi]
mit
K: Kurzzeitadaption;
x=1 , 2, 3... ;
ACK(n -x)bi : alter Kurzzeitadaptionswert;
CIst(n)bi : gemessener Istwert für die Profilkontur des
n'ten Metallbandes an der Referenzposition bi; und
Cp(n)bi : berechneter Prognosewert bzw. errechnetes Bandprofil.
3. Verfahren zum Herstellen von Metallbändern in einer Walzanlage mit einer gewünschten Profil kontur, aufweisend folgende Schritte:
a) Vorgeben eines Zielwertes für die Profilkontur an mindestens einer Referenzposition bi in Breitenrichtung von mindestens einem n'ten
Metallband; b) Simulieren eines Walzprozesses auf der Walzanlage zum Herstellen des Metallbandes mit Hilfe eines Prozessmodells, wobei Einstellwerte für Profilstellglieder - sofern vorhanden unter Berücksichtigung von alten Adaptionswerten an der Referenzposition bi und evtl. Restriktionen - so berechnet werden, dass der Zielwert möglichst erreicht wird;
c) Einstellen von Profilstellgliedern mit den berechneten Einstellwerten; d) Walzen des n'ten Metallbandes;
e) Messen des Istwertes C|St(n)bi der Profilkontur des gewalzten n'ten Metallbandes an der Referenzposition bi;
e') Berechnen eines nachberechneten Prognosewertes CV(n)bi für die Profilkontur des n'ten Metallbandes an der Referenzposition bi auf Basis der Walzanlagen- und aktuellen Prozessbedingungen, wie sie beim Walzen des n'ten Metallbandes gemäß Schritt d) vorgelegen haben; und
f) Ermitteln eines neuen Adaptionswertes AC(n)bi auf Basis der Differenz zwischen dem Istwert C|St(n)bi und dem nachberechneten Prognosewert C'p(n)bi für die Profilkontur des n'ten Metallbandes an der Referenzposition bi;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schritte a), b) und c) vor dem Walzen des mindestens n'ten Metallbandes für eine Mehrzahl I mit l>2 von Referenzpositionen bi mit 1 i < I in mindestens einem Breitenabschnitt des mindestens n'ten
Metallbandes durchgeführt werden;
dass die Schritte e), e') und f) nach dem Walzen des mindestens n'ten Metallbandes für die Mehrzahl I von Referenzpositionen bi durchgeführt werden zum Ermitteln der neuen Adaptionswerte AC(n)bi an der Mehrzahl I der Referenzpositionen bi in dem mindestens einen Breitenabschnitt des mindestens n'ten Metallbandes; und
g) dass beim späteren Herstellen eines weiteren Längsabschnittes des n'ten Metallbandes oder eines n+x'ten Metallbandes mit x = 1 , 2, etc.
mindestens die Schritte a) bis d) wiederholt werden mit n=n+x, wobei die zuvor gemäß Schritt f) zumindest für das n'te Metallband ermittelten neuen Adaptionswerte AC(n)bi für die Mehrzahl I der Referenzpositionen bi bei der Berechnung der Einstellungen der Profilstellglieder und der Prognosewerte gemäß Schritt b) für das n+x'te Metallband als alte Adaptionswerte berücksichtigt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch
Ermitteln der neuen Adaptionswerte AC(n)bi gemäß Schritt f) an den Referenzpositionen bi des n'ten Metallbandes zumindest teilweise in Form eines Kurzzeitadaptionswertes ACi (n)bi gemäß der folgenden Formel:
AC(n)bi = ACK (n)bi = ACK (n - x)bi + [CIst (n)bi - CP (n)bi]
mit
K: Kurzzeitadaption;
x=1 , 2, 3...;
ACK(n -x)bi : alter Kurzzeitadaptionswert;
CIst(n)bi : gemessener Istwert für die Profilkontur des n'ten
Metallbandes an der Referenzposition bi; und Cp (n)bi : nachberechneter Prognosewert bzw. nacherrechnetes Bandprofil.
5. Verfahren nach Anspruch einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Ermitteln der neuen Adaptionswerte AC(n)bi gemäß Schritt f) in Anspruch 1 ) oder 3) an den Referenzpositionen bi zumindest teilweise in Form von Langzeitadaptionswerten ACi_bi durch Ausführen der folgenden Schritte: Ermitteln der Adaptionswerte durch Wiederholen der Schritte a) bis f) nach Anspruch 1 oder 3 an der Mehrzahl I von Referenzpositionen bi für eine Mehrzahl von vor dem n+x'ten Metallband gewalzten Metallbändern einer Adaptionsgruppe; und Berechnen der Langzeitadaptionswerte ACi_bi durch Bildung der Mittelwerte der Adaptionswerte oder Bildung der Mittelwerte der Differenzen zwischen Ist-Werten und Prognosewerten für die Profilkontur für die Mehrzahl von Metallbändern jeweils an einer der Referenzpositionen bi.
6. Verfahren nach Anspruch 2, 4 und 5,
gekennzeichnet durch
Ermitteln der Adaptionswerte AC(n)bi gemäß Schritt f) jeweils in Form des Summenadaptionswertes ACs(n)bi als Summe aus dem
Kurzzeitadaptionswert ACi (n)bi und dem Langzeitadaptionswert ACi_bi zur Verwendung für das Metallband n+x.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4, 5 oder 6,
gekennzeichnet durch
Ermitteln des Adaptionswertes AC(n)bi gemäß Schritt f) und/oder
Verwenden des Adaptionswertes AC(n)bi in Form eines mit einem
Gewichtungsfaktor g mit 0<g<1 oder mit einer Gewichtungsfunktion gewichteten Kurzzeitadaptionswertes, Langzeitadaptionswertes oder Summenadaptionswertes.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Ermitteln einer Adaptionskontur AC(n+x)m für das n+x'te Metallband in Form einer Ansatzfunktion, welche vorzugsweise durch die an dem mindestens n'ten Metallband ermittelten Adaptionswerte an mindestens zwei der Referenzpositionen bi und vorzugsweise zusätzlich durch mindestens einen weiteren - durch das Prozessmodell
berechneten/vorgegebenen - Berechnungspunkt an mindestens einer weiteren Bandbreitenposition m geführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
Ermitteln einer adaptierten Profilkontur Cp(n+x)m für das n+x'te Metallband durch Addition einer - von dem Prozessmodell prognostizierten - nicht- adaptierten berechneten Profil kontur Cp(n+x)m0A für das n+x'te Metallband und der berechneten Adaptionskontur AC(n+x)m für das n+x'te Metallband.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ermittlung der Adaptionskontur oder der adaptierten Profilkontur für > 2
Breitenabschnitte des Metallbandes erfolgt, wobei der erste
Breitenabschnitt beispielsweise in dem mittleren Breitenbereich und der zweite Breitenabschnitt oder weitere Breitenabschnitte beispielsweise in dem Kantenbereich des Metallbandes liegen.
1 1 .Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei zwei Breitenabschnitten, die in Breitenrichtung aneinander grenzen, die Adaptionskontur oder die adaptierte Profilkontur über den beiden
Breitenabschnitten vorzugsweise so gewählt wird, dass die Konturverläufe an der Grenze von einem zum anderen Bandabschnitt stetig differenzierbar sind, insbesondere gleiche Steigungen haben.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ansatzfunktion über mindestens einem der Breitenabschnitte aus einer linearen Funktion, einer Polynomfunktion, einer Exponentialfunktion, einer trigonometrischen Funktion, einer Spline-Funktion oder einer Kombination verschiedener Funktionen gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ansatzfunktionen für die verschiedenen benachbarten Breitenabschnitte unterschiedlich sind.
14. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Adaptionskontur oder die adaptierte Profilkontur über einem
Breitenabschnitt des Metallbandes in einen benachbarten Breitenabschnitt hinein extrapoliert wird zum Ermitteln einer extrapolierten Adaptionskontur oder einer extrapolierten adaptierten Profilkontur über dem benachbarten Breitenbereich.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
anstelle des gemessenen Istwertes C|St(n)bi der Profilkontur des
Metallbandes an der Referenzposition bi ein Mittelwert aus den
gemessenen Istwerten an den spiegelbildlichen Referenzpositionen bi auf der rechten und linken Hälfte des Metallbandes - in Walzrichtung gesehen - verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Prognosewerte Cp(n+x)bi oder/und die adaptierte Profilkontur Cp(n+x)m zunächst nur für eine Bandhälfte, z.B. die Bandhälfte auf der Bedienseite ermittelt werden, und nachfolgend für die andere Bandhälfte, z.B. für die Bandhälfte auf der Antriebsseite, an der Bandmittenebene, die sich in Längsrichtung des Metallbandes erstreckt, gespiegelt werden.
17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gemessene Istwert C|St(n)bi der Profilkontur als direkter Messwert an der Referenzposition bi oder als ein durch eine Ausgleichsfunktion geglätteter Profilmesswert verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die adaptierte Profilkontur Cp(n+x)m im Hinblick auf Profilanomalien, wie Bandwulste oder steile Bandkantenabfälle, insbesondere im Kantenbereich des Metallbandes analysiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Vorhandensein berechneter Bandwulste die adaptierte Profilkontur Cp(n+x)m mittels des Prozessmodells iterativ verbessert wird, durch sukzessive Erhöhung eines Wertes der Profilkontur an mindestens einer der Referenzpositionen bi im Rahmen der zulässigen Profilstellgrenzen und durch entsprechend neue Einstellungen von Profilstellgliedern, um die Höhe der Bandwulst zu reduzieren.
20. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
berechnete Bandwulste durch Erhöhung der Last in dem letzten Walzgerüst (Auslaufgerüst) oder der letzten Walzgerüste einer Walzstraße oder bei den letzten Walzstichen eines Gerüstes der Walzanlage durch Umverteilung der Last von vorn nach hinten oder durch Abwahl mindestens eines
Walzgerüstes oder Walzstiches im Rahmen von Prozess- und
Anlagenlimits reduziert oder vermieden werden.
21 .Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung des n+x'ten
Metallbandes:
in Schritt b) die Profilstellglieder so eingestellt werden, dass die für mehrere Referenzpositionen bi vorgegebenen Zielwerte oder errechneten
Prognosewerte Cp(n+x)bi für die Profilkontur in zulässigen minimalen oder maximalen Profilgrenzen erreicht werden; oder
in Schritt b) die Profilstellglieder so eingestellt werden, dass der für eine Referenzposition bi vorgegebene Zielwert erreicht oder die Abweichung vom Zielwert minimal wird und dass gleichzeitig an mindestens einer weiteren Bandbreitenposition das Bandprofil in zulässigen minimalen oder maximalen Profilgrenzen gehalten wird.
22. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ermittelten Adaptionswerte an den Positionen bi und / oder die adaptierte Profilkontur und/oder die Adaptionskontur im Prozessmodell berücksichtigt - insbesondere auf die vorhergehenden Walzstiche oder Gerüste mit Wichtungsfaktoren oder Übertragungsfunktionen übertragen - wird zur Berechnung von Zwischengerüst- oder Zwischenstichkonturen der vorderen Gerüste oder vorangegangener Stiche und zur optimierten Einstellung der Profilstellglieder.
23. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Referenzposition bi über ihren Abstand von der Kante des Metallbandes definiert wird.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Einstellung der Zielkontur unter Nutzung der Bandkonturadaption folgende Profilstellglieder eingesetzt werden: variable
Arbeitswalzenkühlsysteme oder Zonenkühlungen oder lokale
Walzenerwärmungen zur Beeinflussung des thermischen Crowns und/oder Arbeitswalzenverschiebungen in Verbindung mit Walzenschliffen (Spezial- Walzenschliffe zur Bekämpfung von Bandwulsten oder Bandkantenabfällen, „Tapered Roll", CVC-Walzen, CVC-Walzen mit einem Schliff höherer Ordnung bzw. Polynom n-ter Ordnung bzw. trigonometrische Funktionen), Bandkantenheizungen, Bandzonenkühlungen, Arbeitswalzenbiegungen und/oder Gerüste mit Walzen-Pair-Cross-Funktion.
EP16709931.6A 2015-03-16 2016-03-15 Verfahren zum herstellen von metallbändern Active EP3271092B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015204700 2015-03-16
PCT/EP2016/055525 WO2016146621A1 (de) 2015-03-16 2016-03-15 Verfahren zum herstellen von metallbändern

Publications (2)

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