EP3303643B1 - Wärmebehandlungsanlage zur wärmebehandlung von stahlband und verfahren zur steuerung einer wärmebehandlungsanlage zur wärmebehandlung von stahlband - Google Patents

Wärmebehandlungsanlage zur wärmebehandlung von stahlband und verfahren zur steuerung einer wärmebehandlungsanlage zur wärmebehandlung von stahlband Download PDF

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EP3303643B1
EP3303643B1 EP16728252.4A EP16728252A EP3303643B1 EP 3303643 B1 EP3303643 B1 EP 3303643B1 EP 16728252 A EP16728252 A EP 16728252A EP 3303643 B1 EP3303643 B1 EP 3303643B1
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EP
European Patent Office
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heat
annealing
steel strip
treatment
data
Prior art date
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Active
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EP16728252.4A
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French (fr)
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EP3303643A1 (de
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Ulrich Sommers
Alexandre LHOEST
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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
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0003—Monitoring the temperature or a characteristic of the charge and using it as a controlling value

Definitions

  • the invention is directed to a method for controlling a heat treatment plant for heat treatment of steel strip comprising at least one annealing furnace and having at least one control and / or regulating device, by means of which the heat treatment of a steel strip running in the heat treatment plant on compliance with at least one desired material property, in particular a mechanical property, is controlled and / or regulated, wherein the control and / or regulating device preferably comprises a prediction or prediction of the at least one mechanical property of the steel strip after passing through the heat treatment enabling model predictive control, in which input data, at least one of the group of data on the annealing cycle and / or the data of the steel strip to be heat treated and / or the data of a cold rolling process and / or the data relating to cutting a pre-band and / or the data to one or process, at least one manipulated variable of the current annealing or heat treatment process or cycle determined by the length of the steel strip to be heat treated, with a new strip a new annealing or heat treatment cycle begins.
  • the invention is directed to a heat treatment plant for the heat treatment of steel strip, comprising at least one annealing furnace and having at least one control and / or regulating device, the running in the heat treatment plant heat treatment of a steel strip for compliance with at least one desired material property, in particular a mechanical property controls or regulates, with the control and / or Preferably comprises a model predictive control enabling the prediction or prediction of at least one mechanical property of the steel strip after passing through the heat treatment, the input data comprising at least one of the annealing cycle data and / or the heat treatable steel strip data and / or the cold rolling process data and / or the data relating to cuts of a pre-strip and / or the data on one or more pre-processes which the steel strip to be heat treated has undergone selected value for adjusting or controlling at least one manipulated variable of the current steel strip determined by the length of the steel strip to be heat treated Annealing or heat treatment process or cycle processed.
  • the process sequence in a continuous annealing line is as follows: first, strips are unwound in the inlet of the line of reels and the ends are connected in a welding machine to form an endless belt. Thereafter, the belt passes through a cleaning section to remove any residual surface contamination from cold rolling. This is followed by a tape store that decouples an inlet area from the process area.
  • the strip goes through a multi-stage annealing process: preheating, heating, holding, rapid and slow cooling, over aging and final cooling. There are special temperature curves for each steel grade and strip geometry in the oven be set. This also applies to the transition region around the weld during material and / or geometry changes.
  • a strip accumulator is available that compensates downtime in the spout. If necessary, the strip then runs through a skin pass mill, in which the surface of the strip is provided with a defined degree of roughness and the desired material properties are set. This is followed by a tape storage, which compensates for the inspection and Coil Touch Meeting. Other stations include a trimmer for adjusting the belt width, a quality inspection station and a surface protection oiling machine. Finally, the tape is cut by a pair of scissors and wound up from reel to coil.
  • the temperature profile and the belt speed are the decisive factors for the quality in the annealing in such a continuous annealing. While a strip is in the annealing line, it essentially ensures that the temperature profile in the furnace remains within certain limits. This indirectly sets the quality of the mechanical properties. Also for the transitions between two bands the temperature profile is the essential quantity.
  • the patent DE102013 225579 A1 discloses a method of controlling a heat treatment system for metal strips. From the European patent application EP 2 557 183 A1 a method is known in which the mechanical properties over the tape length to be better adjusted. A controller reacts to the predicted mechanical properties. This method is described for changes over the tape length or parts of the tape, that is, also for changes from coil to coil. In this case, a model is used in which at least one band-specific input variable is supplied with reference to a point or a section of the rolling stock. The input quantity simulates a value after annealing or after the skin pass mill. In this case, the simulated value may deviate from a nominal value.
  • the simulated value deviates from one actual measured value, one or more model parameters of the model are adjusted, this being done in continuous real-time adaptation. If the simulated value deviates from a predefined setpoint value, at least one process variable of the heat treatment line or the continuous annealing line is controlled or regulated so that a model-predictive control takes place.
  • the problem with this method is that at the beginning of each new annealing cycle at the inlet of a new band in the annealing furnace, the previously issued by the controller manipulated variable must be changed. In the case of the known method, there is initially possibly a "wrong" manipulated variable, which then only has to be adjusted to the "correct” value. This means that the manipulated variable must first be "captured” again at the beginning of a new annealing cycle.
  • the invention is therefore based on the object to provide a solution which makes it possible to achieve an improvement of the control and / or regulation behavior.
  • This object is achieved by a method for controlling a heat treatment plant for heat treatment of steel strip according to claim 1 and a heat treatment plant for heat treatment of steel strip according to claim 3.
  • the object is achieved in that in the event that the at least one manipulated variable in the course of the current annealing or heat treatment cycle of an initial value a final value changes this control variable at the beginning of the next succeeding annealing or heat treatment cycle is reset to its initial value in the current annealing or heat treatment cycle.
  • control comprises a regulator and / or an actuator, which in the event that the at least one manipulated variable in the course of the current annealing or heat treatment cycle of an initial value changed a final value, this setpoint at the beginning of the next succeeding annealing or heat treatment cycle to its initial value in the current annealing or heat treatment cycle or reset.
  • the temperature after "slow cooling”, ie the temperature after slow cooling, is used as the at least one manipulated variable.
  • the focus is placed directly on the homogenization of the mechanical properties.
  • the predecessor and successor band is taken into account, ie the homogenization is not only possible over more than one band length, but also from band to band.
  • the control variable for the annealing is adapted from band to band by means of a regulator, the transitions between the bands are particularly delicate. In the method according to the invention, this is part of the overall strategy. If the information is available as to which hot-rolled strips the annealed strip is made up of, it can also be reacted to in the method according to the invention.
  • the at least one manipulated variable is returned to the initial value at the inlet of the connecting weld between a subject to the current annealing or heat treatment cycle current steel strip and a subsequent steel strip in the annealing furnace or reset.
  • the at least one manipulated variable at the inlet of the connecting weld between a subject to the current annealing or heat treatment cycle current steel strip and a subsequent steel strip in the annealing furnace by means of the controller and / or actuator to the initial value traceable or recoverable.
  • the plant according to the invention is in particular a continuous annealing line, a galvanizing line or another line for the heat treatment of steel, which comprises at least one annealing furnace.
  • Possible input data for the model for the mechanical properties in the annealer are annealing cycle data, such as belt speed and the temperature profile of the belt in the plant or furnace, where the temperature profile is the description of the temperature profile over time and location.
  • Further input data for the model is the model for the sizes, the material, in particular the mechanical properties at the end of the hot rolling mill or after the hot rolling mill or a mechanical properties meter at the end of the hot rolling mill or after the hot rolling mill.
  • Further possible input data are the cold rolling degree or a model for cold rolling, as well as information for tracking cuts and, if present, information on which part of the hot strip or cold strip the band to be annealed is composed.
  • a galvanized strip is made from a hot rolled strip, it indicates how much has been separated from the hot rolled strip. If an annealed strip is made up of various hot-rolled strips, it is defined how the annealed strip is composed of hot-rolled strips. If necessary, further process parameters of the plant or of the preliminary processes can be used.
  • Cycle manipulated variables may include, for example, the annealing temperature, holding time, temperature after any cooling range, heating or cooling rates, belt speed, the skin pass rate (if a skin pass mill is provided), the degree of stretch (if stretch levelers are present) and other process parameters. that describe the process. For every steel grade, there is a set of manipulated variables that has an influence on the mechanical properties of the steel grade.
  • the focus can be placed on deviations over the strip length or deviations from strip to strip. If only differences from band to band are considered, that means that the input data of the Pre-processes are assumed to be constant over the tape length. But there may still be differences over the tape length. Especially in this case, the transition between the bands is important because the beginning of the tape and the end of the tape are exposed to different conditions in the system to ensure the transition from the predecessor band or the subsequent band.
  • the model determines the mechanical properties at the end of the annealing line on the basis of the possible input data described above.
  • the model may be a regression model, a metallurgical model, or other types of models.
  • the input values are based on the calculated or measured values of the already processed band. In the case of data from the annealing line, these are actual values or target values depending on whether the band has passed the point at which the respective value is measured or not.
  • a furnace control for the annealing furnace As a further part of the process there is a furnace control for the annealing furnace.
  • the predicted mechanical property or several mechanical properties ie, for example, tensile strength and yield strength are part of the optimization.
  • the optimization according to steel quality in one case depends only on the mechanical properties or in the other case on a combination of deviations of the mechanical properties and the temperature deviations. It can also be specified that a certain area around the weld does not have to be within the desired quality. This area can then be used, for example, to adapt the control value back to a value from the beginning of the band.
  • the degree of temper rolling is determined with which the mechanical property becomes homogeneous over the strip length.
  • minimum and maximum values are considered.
  • the temperature after slow cooling is a suitable manipulated variable to influence the strength.
  • the new kiln control can use the existing means for determining the temperature profile in the first step, then the curve for the tensile strength is determined. Now, the course of the temperature after slow cooling is adjusted so that the resulting tensile strength over the band is as constant as possible. If the tensile strength does not change too quickly across the belt and the tensile strength always increases as the temperature increases after slow cooling, or if it decreases as the temperature is reduced, the predetermined course can be corrected. If the tensile strength over time and the possible settings for the temperature after slow cooling is applied, resulting in an area. The intersection of this surface with the plane passing through the initial value of the tensile strength yields the values for the slow cooling temperature which must be used to keep the mechanical properties constant.
  • the following course of the mechanical properties after annealing can be obtained over the strip length, with stable operation of the annealing furnace, which can be due to behavior in the hot rolling mill. It may be that the successive coils have the same direction of the course or the opposite direction of the course. It is typical that successive coils have similar process routes and thus the course goes in the same direction. This behavior can also be deliberately reversed by wrapping a tape. If this is the case, then the best behavior of the controller is achieved.
  • the course is specified in order to achieve a compensation of the mechanical properties.
  • the transition in the case of temperature transitions, is designed so that the area for which complete compensation is not possible and takes place at the most favorable point. This may be just around the weld, so that the area is then cut off or completely within the first or second coil, since the effects on the mechanical properties are less for the other coil than for the one coil.
  • measurements for the material properties at the beginning or in the furnace can also be used.

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Description

  • Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Wärmebehandlungsanlage zur Wärmebehandlung von Stahlband, die mindestens einen Glühofen umfasst und mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, mittels welcher die in der Wärmebehandlungsanlage ablaufende Wärmebehandlung eines Stahlbandes auf die Einhaltung mindestens einer gewünschten Materialeigenschaft, insbesondere einer mechanischen Eigenschaft, gesteuert und/oder geregelt wird, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorzugsweise eine die Vorhersage oder Vorausberechnung der mindestens einen mechanischen Eigenschaft des Stahlbandes nach Durchlaufen der Wärmebehandlung ermöglichende modellprädiktive Regelung umfasst, in welcher Eingangsdaten, die zumindest einen aus der Gruppe der Daten zum Glühzyklus und/oder der Daten des wärmezubehandelnden Stahlbands und/oder der Daten eines Kaltwalzprozesses und/oder der Daten bezüglich Schnittsetzungen eines Vorbandes und/oder der Daten zu einem oder mehreren Vorprozessen, die das wärmezubehandelnde Stahlband durchlaufen hat, ausgewählten Wert umfassen, zur Einstellung oder zur Steuerung oder Regelung mindestens einer Stellgröße des aktuellen, durch die Länge des wärmezubehandelnden Stahlbandes bestimmten Glüh- oder Wärmebehandlungsprozesses oder -zyklus verarbeitet werden, wobei mit einem neuen Band ein neuer Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus beginnt.
  • Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Wärmebehandlungsanlage zur Wärmebehandlung von Stahlband, die mindestens einen Glühofen umfasst und mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, die die in der Wärmebehandlungsanlage ablaufende Wärmebehandlung eines Stahlbands auf die Einhaltung mindestens einer gewünschten Materialeigenschaft, insbesondere einer mechanischen Eigenschaft, steuert oder regelt, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorzugsweise eine die Vorhersage oder Vorausberechnung mindestens einer mechanischen Eigenschaft des Stahlbands nach Durchlaufen der Wärmebehandlung ermöglichende modellprädiktive Regelung umfasst, die Eingangsdaten, die mindestens einen aus der Gruppe der Daten zum Glühzyklus und/oder der Daten des wärmezubehandelnden Stahlbands und/oder der Daten eines Kaltwalzprozesses und/oder der Daten bezüglich Schnittsetzungen eines Vorbandes und/oder der Daten zu einem oder mehreren Vorprozessen, die das wärmezubehandelnde Stahlband durchlaufen hat ausgewählten Wert umfasst, zur Einstellung oder zur Steuerung oder Regelung mindestens einer Stellgröße des aktuellen, durch die Länge des wärmezubehandelnden Stahlbandes bestimmten Glüh- oder Wärmebehandlungsprozesses oder -zyklus verarbeitet.
  • Um die stetig steigenden Anforderungen an Stahlbänder zu erfüllen, wurden zahlreiche neuartige Stahlgüten wickelt. Speziell die Automobilindustrie verarbeitet vermehrt Mehrphasenstähle mit hoher Festigkeit und gleichzeitig guter Duktilität. Auch in vielen anderen industriellen Anwendungen werden zunehmend hochfeste Stähle, die zudem gut schweißbar sind, eine makellose Oberfläche besitzen und sich einfach umformen - meist tiefziehen - lassen, eingesetzt. Solche Stähle lassen sich nur in Glühlinien bearbeiten, die über eine moderne Glüh- und Kühltechnik verfügen. Grundsätzlich wird in Glühlinien das durch Kaltwalzen verfestigte Gefüge gezielt neu gebildet, sodass sich die gewünschten mechanischen Eigenschaften innerhalb der Glühlinie einstellen. Der Prozessablauf in einer kontinuierlichen Glühlinie ist dabei wie folgt: Zunächst werden Bänder im Einlauf der Linie von Haspeln abgewickelt und die Enden in einer Schweißmaschine zu einem Endlosband verbunden. Danach durchläuft das Band einen Reinigungsteil, um letzte Oberflächenverunreinigungen vom Kaltwalzen zu entfernen. Es folgt ein Bandspeicher, der einen Einlassbereich vom Prozessbereich entkoppelt. Im daran folgenden Ofen durchläuft das Band einen Glühprozess, der aus mehreren Stufen besteht: Vorheizen, Heizen, Halten, Schnell- und Langsamkühlen, Überaltern und Abschlusskühlen. Hierbei gibt es für jede Stahlgüte und Bandgeometrie spezielle Temperaturkurven, die im Ofen eingestellt werden. Dies gilt auch für den Übergangsbereich um die Schweißnaht bei Material- und/oder Geometriewechsel. Im Anschluss an den Glühprozess steht ein Bandspeicher bereit, der Stillstandszeiten im Auslauf ausgleicht. Dann läuft das Band ggf. durch ein Dressiergerüst, in dem die Bandoberfläche mit einem definierten Rauheitsgrad versehen wird und die gewünschten Materialeigenschaften eingestellt werden. Es folgt ein Bandspeicher, der die Inspektions- und Coilwechselzeiten kompensiert. Weitere Stationen sind eine Besäumungsschere zur Einstellung der Bandbreite, ein Inspektionsstand zur Prüfung der Qualität und eine Einölmaschine zum Oberflächenschutz. Schließlich wird das Band von einer Schere zerteilt und von Haspeln zu Coils aufgewickelt.
  • Bisher sind für die Qualität bei der Glühung in einer solchen Konti-Glühe das Temperaturprofil und die Bandgeschwindigkeit die entscheidenden Größen. Während sich ein Band in der Glühlinie befindet, wird im Wesentlichen gewährleistet, dass das Temperaturprofil im Ofen innerhalb von gewissen Grenzen bleibt. Dadurch wird mittelbar die Qualität der mechanischen Eigenschaften eingestellt. Auch für die Übergänge zwischen zwei Bändern ist das Temperaturprofil die wesentliche Größe.
  • Die Patentschrift DE102013 225579 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Wärmebehandlungsanlage für Metallbänder. Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 557 183 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die mechanischen Eigenschaften über die Bandlänge besser eingestellt werden sollen. Dabei reagiert ein Regler auf die vorhergesagten mechanischen Eigenschaften. Dieses Verfahren ist für Änderungen über die Bandlänge oder Teile des Bandes beschrieben, das heißt, auch für Änderungen von Coil zu Coil. Hierbei wird ein Modell verwendet, bei dem mindestens eine bandspezifische Eingangsgröße bezogen auf einen Punkt oder einen Abschnitt des Walzguts zugeführt wird. Die Eingangsgröße simuliert dabei einen Wert nach der Glühe oder nach dem Dressiergerüst. Hierbei kann der simulierte Wert von einem Sollwert abweichen. Weicht der simulierte Wert zudem von einem tatsächlich gemessenen Wert ab, wird einer oder werden mehrere Modellparameter des Modells angepasst, wobei dies in kontinuierlicher Echtzeitanpassung geschieht. Weicht der simulierte Wert von einem vorgegebenen Sollwert ab, wird mindestens eine Prozessgröße der Wärmebehandlungslinie bzw. der Konti-Glühe gesteuert oder geregelt, sodass eine modellprädiktive Regelung stattfindet. Problematisch ist bei diesem Verfahren, dass bei Beginn eines jeweils neuen Glühzyklus bei Einlauf eines neuen Bandes in den Glühofen die vom Regler vorher abgegebene Stellgröße geändert werden muss. Bei dem bekannten Verfahren liegt zunächst ggf. eine "falsche" Stellgröße vor, die dann erst auf den "richtigen" Wert eingeregelt werden muss. Das bedeutet, dass die Stellgröße zu Beginn eines neuen Glühzyklus erst wieder "eingefangen" werden muss.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, eine Verbesserung des Steuerungs- und/oder Regelungsverhaltens zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer Wärmebehandlungsanlage zur Wärmebehandlung von Stahlband gemäß Anspruch 1 und eine Wärmebehandlungsanlage zur Wärmebehandlung von Stahlband gemäß Anspruch 3 gelöst.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass im Fall, dass sich die mindestens eine Stellgröße im Verlaufe des aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus von einem Ausgangswert auf einen Endwert verändert diese Stellgröße zu Beginn des nächst nachfolgenden Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus auf ihren Ausgangswert beim aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus zurückgestellt wird.
  • Ebenso wird die vorstehende Aufgabe bei einer Wärmebehandlungsanlage der eingangs näher bezeichneten Art dadurch gelöst, dass die Regelung einen Regler und/oder ein Stellglied umfasst, welche im Falle, dass sich die mindestens eine Stellgröße im Verlaufe des aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus von einem Ausgangswert auf einen Endwert verändert, diese Stellgröße zu Beginn des nächst nachfolgenden Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus auf ihren Ausgangswert beim aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus rückführen oder zurückstellen.
  • Als die mindestens eine Stellgröße findet insbesondere die Temperatur nach "Slow Cooling", also die Temperatur nach dem Langsamkühlen, Verwendung.
    • Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich die folgenden Vorteile:
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Fokus unmittelbar auf die Homogenisierung der mechanischen Eigenschaften gelegt. Dabei wird im Gegensatz zum Stand der Technik auch das Vorgänger- und Nachfolgerband berücksichtigt, d.h. die Homogenisierung ist nicht nur über mehr als eine Bandlänge möglich, sondern auch von Band zu Band. Insbesondere in dem Fall, in dem durch einen Regler die Stellgröße für die Glühung von Band zu Band angepasst wird, sind die Übergänge zwischen den Bändern besonders heikel. In dem erfindungsgemäßen Verfahren geht dies in die Gesamtstrategie ein. Falls die Information vorhanden ist, aus welchen warmgewalzten Bändern sich das geglühte Band zusammensetzt, kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren auch darauf reagiert werden. Für den Fall, dass die vorhergesagten mechanischen Eigenschaften über die Bandlänge immer steigen oder immer fallen, bedeutet dies für die Stellgröße auch, dass diese sich über die Bandlänge immer monoton ändern muss. Damit für das nächste Band die Stellgröße wieder auf dem Wert vom Anfang des Bandes ist, muss die Stellgröße wieder zurückgeführt werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann berücksichtigt werden, wenn das nächste Band tatsächlich eine andere Stellgröße braucht, die in die richtige Richtung geht. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Steuerungsstellgröße im Bereich der Schweißnaht zurückgeführt.
  • In Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Stellgröße beim Einlauf der Verbindungsschweißnaht zwischen einem dem aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus unterworfenen aktuellen Stahlband und einem nachfolgenden Stahlband in den Glühofen auf den Ausgangswert rückgeführt oder rückgestellt wird.
  • In Ausgestaltung der Wärmebehandlungsanlage kann vorgesehen sein, die mindestens eine Stellgröße beim Einlauf der Verbindungsschweißnaht zwischen einem dem aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus unterworfenen aktuellen Stahlband und einem nachfolgenden Stahlband in den Glühofen mittels des Reglers und/oder Stellglieds auf den Ausgangswert rückführbar oder rückstellbar ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anlage handelt es sich insbesondere um eine Konti-Glühe, eine Verzinkungslinie oder um eine andere Linie zur Wärmebehandlung von Stahl, die mindestens einen Glühofen umfasst.
  • Mögliche Eingangsdaten für das Modell für die mechanischen Eigenschaften in der Glühe sind Daten zum Glühzyklus wie beispielsweise die Bandgeschwindigkeit und das Temperaturprofil des Bandes in der Anlage bzw. dem Ofen, wobei das Temperaturprofil die Beschreibung des Temperaturverlaufs über die Zeit und den Ort ist. Weitere Eingangsdaten für das Modell ist das Modell für die Größen, die den Werkstoff, insbesondere die mechanischen Eigenschaften am Ende des Warmwalzwerkes oder nach dem Warmwalzwerk oder ein Messgerät für die mechanischen Eigenschaften am Ende des Warmwalzwerkes oder nach dem Warmwalzwerk. Weitere mögliche Eingangsdaten sind der Kaltwalzgrad oder ein Modell für Kaltwalzen, sowie Informationen zur Verfolgung von Schnitten und wenn vorhanden, Informationen, aus welchem Teil des Warmbandes bzw. Kaltbandes sich das zu glühende Band zusammensetzt. Wenn ein verzinktes Band aus einem warmgewalzten Band besteht wird hier die Angabe gemacht, wie viel vom warmgewalzten Band abgetrennt wurde. Falls ein geglühtes Band aus verschiedenen warmgewalzten Bändern besteht, wird definiert, wie sich das geglühte Band aus warmgewalzten Bändern zusammensetzt. Gegebenenfalls können weitere Prozessparameter der Anlage oder der Vorprozesse benutzt werden.
  • Für das Modell sind mindestens Teile des Glühzyklus nötig, um mechanische Eigenschaften auszurechnen. Zyklusstellgröße bzw. Stellgrößen kann/können beispielsweise die Glühtemperatur, die Haltezeit, die Temperatur nach jeglichen Kühlbereich, Heiz- oder Kühlraten, die Bandgeschwindigkeit, der Dressiergrad (falls ein Dressiergerüst vorgesehen ist), der Streckgrad (falls Streckrichter vorhanden sind) sowie andere Prozessparameter, die den Prozess beschreiben, sein. Für jede Stahlgüte gibt es einen Satz von Stellgrößen, der einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Stahlgüte hat.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Fokus auf Abweichungen über die Bandlänge oder Abweichungen von Band zu Band gelegt werden. Werden nur Unterschiede von Band zu Band betrachtet, heißt dass, die Eingangsdaten der Vorprozesse werden als konstant über die Bandlänge angenommen. Es können sich aber trotzdem Unterschiede über die Bandlänge ergeben. Gerade in diesem Fall ist der Übergang zwischen den Bändern wichtig, da der Bandanfang und das Bandende unterschiedlichen Bedingungen in der Anlage ausgesetzt sind, um den Übergang vom Vorgängerband oder zum nachfolgenden Band zu gewährleisten.
  • Als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es ein Modell, das anhand der oben beschriebenen möglichen Eingangsdaten die mechanischen Eigenschaften am Ende der Glühlinie bestimmt. Bei dem Modell kann es sich um ein Regressionsmodell, ein metallurgisches Modell oder weitere Arten von Modellen handeln. Bei den Vorprozessen basieren die Eingangswerte auf den berechneten oder gemessenen Werten des schon verarbeiteten Bandes. Bei Daten aus der Glühlinie sind es Ist- oder Soll Werte je nachdem, ob das Band die Stelle, an der der jeweilige Wert gemessen wird, passiert hat oder nicht.
  • Als weiteren Teil des Verfahrens gibt es eine Ofensteuerung für den Glühofen. Diese gibt ein erweitertes Temperaturprofil für den Glühofen und die Bandgeschwindigkeit vor. Dies kann in Form von Temperaturwerten über die Zeit und den Ort geschehen oder für Abschnitte in der Zeit und dem Ort als Heiz- oder Kühlrate. Gemäß Stand der Technik wird in der Ofensteuerung der beste Verlauf für das erweiterte Temperaturprofil und/oder die Bandgeschwindigkeit gewählt, sodass die Bandtemperaturen an den jeweiligen Stellen innerhalb gewisser Grenzen sind. Für die Ofensteuerung des neuen Verfahrens ist neben der Temperatur auch die vorhergesagte mechanische Eigenschaft oder mehrere mechanische Eigenschaften, d.h. zum Beispiel Zugfestigkeit und die Streckgrenze Teil der Optimierung. Dabei richtet sich die Optimierung nach Stahlgüte in einem Fall nur nach den mechanischen Eigenschaften oder im anderen Fall nach einer Kombination aus Abweichungen der mechanischen Eigenschaften und der Temperaturabweichungen. Es kann ferner auch vorgegeben werden, dass ein gewisser Bereich um die Schweißnaht nicht innerhalb der gewünschten Qualität sein muss. Dieser Bereich kann dann beispielsweise genutzt werden um die Stellgröße wieder auf einen Wert vom Anfang Bandes anzupassen.
  • Als weiterer Teil des Verfahrens wird, wenn sinnvoll für die Stahlgüte, auf das Dressiergerüst und/oder den Streckrichter eingegriffen. Um die berechnete mechanische Eigenschaft am Ende der Glühe endgültig einzustellen, wird für die Bandteile, die den Glühofen verlassen haben, aber noch nicht im Dressiergerüst sind, zum Beispiel der Dressiergrad bestimmt, mit dem die mechanische Eigenschaft über die Bandlänge homogen wird. Hierbei werden Minimal- und Maximalwerte berücksichtigt.
  • Bei gewissen Dualphasenstählen ist die Temperatur nach Slow Cooling eine geeignete Stellgröße um die Festigkeit zu beeinflussen. Die neue Ofensteuerung kann im ersten Schritt die bestehenden Mittel zur Bestimmung des Temperaturverlaufs nutzen, dann wird der Verlauf für die Zugfestigkeit bestimmt. Nun wird der Verlauf der Temperatur nach Slow Cooling so angepasst, dass die sich dann ergebende Zugfestigkeit über das Band möglichst konstant ist. Wenn die Zugfestigkeit sich über das Band nicht zu schnell ändert und die Zugfestigkeit sich bei Erhöhung der Temperatur nach Slow Cooling auch immer erhöht, bzw. bei Reduzierung der Temperatur auch reduziert, kann der vorher bestimmte Verlauf korrigiert werden. Wenn die Zugfestigkeit über die Zeit und die möglichen Einstellungen für die Temperatur nach Slow Cooling aufgetragen wird, ergibt sich eine Fläche. Der Schnitt dieser Fläche mit der Ebene, die durch den Anfangswert der Zugfestigkeit geht, ergibt die Werte für die Temperatur nach Slow Cooling, die verwendet werden müssen, um die mechanischen Eigenschaften konstant zu halten.
  • Bei gewissen Stahlsorten kann sich folgender Verlauf der mechanischen Eigenschaften nach der Glühe über die Bandlänge, bei einem stabilen Betrieb des Glühofens, ergeben, wobei dies aufgrund von Verhalten im Warmwalzwerk geschehen kann. Hierbei kann es sein das aufeinanderfolgende Coils die gleiche Richtung des Verlaufs haben oder die entgegengesetzte Richtung des Verlaufs. Typisch ist, dass aufeinanderfolgende Coils ähnliche Prozessrouten haben und dadurch der Verlauf in die gleiche Richtung geht. Dieses Verhalten kann auch bewusst umgekehrt werden, in dem ein Band umgewickelt wird. Ist dies der Fall, so wird das beste Verhalten des Reglers erreicht.
  • Wird als wesentliche Stellgröße zum Beispiel die Bandtemperatur nach Slow Cooling gewählt, wird der Verlauf vorgegeben um eine Kompensation der mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
  • Da die Änderung der Bandtemperatur nicht beliebig schnell erfolgen kann, gibt es einen Bereich ab der Schweißnaht zwischen den Coils, bei dem die Kompensation nicht funktioniert.
  • Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass für den Fall der Temperaturübergänge der Übergang so gestaltet wird, dass der Bereich für den eine völlige Kompensation nicht möglich ist und an der günstigsten Stelle erfolgt. Dies kann genau um die Schweißnaht sein, damit der Bereich dann abgeschnitten wird oder auch völlig in dem ersten oder zweiten Coil liegt, da die Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften für das andere Coil geringer sind als für das eine Coil.
  • Als mögliche Eingangsgröße für Eingangsdaten können auch Messungen für die Werkstoffeigenschaften am Anfang bzw. im Ofen benutzt werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Wärmebehandlungsanlage zur Wärmebehandlung von Stahlband, die mindestens einen Glühofen umfasst und mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, mittels welcher die in der Wärmebehandlungsanlage ablaufende Wärmebehandlung eines Stahlbandes auf die Einhaltung mindestens einer gewünschten Materialeigenschaft, insbesondere einer mechanischen Eigenschaft, gesteuert und/oder geregelt wird, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorzugsweise eine die Vorhersage oder Vorausberechnung der mindestens einen mechanischen Eigenschaft des Stahlbandes nach Durchlaufen der Wärmebehandlung ermöglichende modellprädiktive Regelung umfasst, in welcher Eingangsdaten, die zumindest einen aus der Gruppe der Daten zum Glühzyklus und/oder der Daten des wärmezubehandelnden Stahlbands und/oder der Daten eines Kaltwalzprozesses und/oder der Daten bezüglich Schnittsetzungen eines Vorbandes und/oder der Daten zu einem oder mehreren Vorprozessen, die das wärmezubehandelnde Stahlband durchlaufen hat, ausgewählten Wert umfassen, zur Einstellung oder zur Steuerung oder Regelung mindestens einer Stellgröße des aktuellen, durch die Länge des wärmezubehandelnden Stahlbandes bestimmten Glüh- oder Wärmebehandlungsprozesses oder -zyklus verarbeitet werden, wobei mit einem neuen Band ein neuer Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus beginnt, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall, dass sich die mindestens eine Stellgröße im Verlaufe des aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus von einem Ausgangswert auf einen Endwert verändert diese Stellgröße zu Beginn des nächst nachfolgenden Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus auf ihren Ausgangswert beim aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus zurückgestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stellgröße beim Einlauf der Verbindungsschweißnaht zwischen einem dem aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus unterworfenen aktuellen Stahlband und einem nachfolgenden Stahlband in den Glühofen auf den Ausgangswert rückgeführt oder rückgestellt wird.
  3. Wärmebehandlungsanlage zur Wärmebehandlung von Stahlband, die mindestens einen Glühofen umfasst und mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, die die in der Wärmebehandlungsanlage ablaufende Wärmebehandlung eines Stahlbands auf die Einhaltung mindestens einer gewünschten Materialeigenschaft, insbesondere einer mechanischen Eigenschaft, steuert oder regelt, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorzugsweise eine die Vorhersage oder Vorausberechnung mindestens einer mechanischen Eigenschaft des Stahlbands nach Durchlaufen der Wärmebehandlung ermöglichende modellprädiktive Regelung umfasst, die Eingangsdaten, die mindestens einen aus der Gruppe der Daten zum Glühzyklus und/oder der Daten des wärmezubehandelnden Stahlbands und/oder der Daten eines Kaltwalzprozesses und/oder der Daten bezüglich Schnittsetzungen eines Vorbandes und/oder der Daten zu einem oder mehreren Vorprozessen, die das wärmezubehandelnde Stahlband durchlaufen hat ausgewählten Wert umfasst, zur Einstellung oder zur Steuerung oder Regelung mindestens einer Stellgröße des aktuellen, durch die Länge des wärmezubehandelnden Stahlbandes bestimmten Glüh- oder Wärmebehandlungsprozesses oder -zyklus verarbeitet, wobei mit einem neuen Band ein neuer Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus beginnt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung einen Regler und/oder ein Stellglied umfasst, welche im Falle, dass sich die mindestens eine Stellgröße im Verlaufe des aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus von einem Ausgangswert auf einen Endwert verändert, diese Stellgröße zu Beginn des nächst nachfolgenden Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus auf ihren Ausgangswert beim aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus rückführen oder zurückstellen.
  4. Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stellgröße beim Einlauf der Verbindungsschweißnaht zwischen einem dem aktuellen Glüh- oder Wärmebehandlungszyklus unterworfenen aktuellen Stahlband und einem nachfolgenden Stahlband in den Glühofen mittels des Reglers und/oder Stellglieds auf den Ausgangswert rückführbar oder rückstellbar ist.
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