EP3517228A1 - Regeln eines walzprozesses - Google Patents

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EP3517228A1
EP3517228A1 EP18153836.4A EP18153836A EP3517228A1 EP 3517228 A1 EP3517228 A1 EP 3517228A1 EP 18153836 A EP18153836 A EP 18153836A EP 3517228 A1 EP3517228 A1 EP 3517228A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lubricant
rolling
rolling stock
advance
roll
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18153836.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Bergmann
Konrad Krimpelstaetter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Priority to EP18153836.4A priority Critical patent/EP3517228A1/de
Priority to US16/963,176 priority patent/US11565293B2/en
Priority to PCT/EP2018/083787 priority patent/WO2019145079A1/de
Priority to CN201880088108.7A priority patent/CN111629843B/zh
Publication of EP3517228A1 publication Critical patent/EP3517228A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B37/58—Roll-force control; Roll-gap control
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    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06—Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/10—Lubricating, cooling or heating rolls externally
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    • B21B45/0245—Lubricating devices
    • B21B45/0248—Lubricating devices using liquid lubricants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0251—Lubricating devices using liquid lubricants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for controlling a rolling process, in which a rolling stock is rolled in a nip between two work rolls of a rolling stand.
  • the rolling stock before the nip has a smaller and behind the nip a greater speed than the roll surfaces of the work rolls of the mill stand.
  • the neutral point is also referred to as a flow sheath.
  • the location of the neutral point is important to the rolling process because the rolling process tends to become unstable and slippage of the rolling stock may occur in the nip if the neutral point is too close to the exit position where the rolling stock exits the mill stand
  • friction losses due to the friction between the roll surfaces and the rolling stock increase with increasing distance of the neutral point from the exit position.
  • DE 10 2005 059 653 A1 discloses a method for controlling a rolling process in which a metal strip is rolled flat.
  • the size of the plane yield stress of the metal strip and the magnitude of the hydrostatic pressure in the neutral point are estimated from measurable process parameters.
  • the position of the neutral point is calculated on the basis of the estimated quantities, a first group of the measurable process parameters as well as the plane modulus of elasticity and the compressibility of the metal strip, and the rolling process is adjusted according to the position of the neutral, if necessary Point stabilized by intervention with appropriate measures.
  • EP 2 651 577 B1 discloses a method and a device for applying a lubricant during rolling of metallic rolling stock, in particular a rolled strip guided in a nip between two work rolls.
  • the doctrine of EP 2 651 577 B1 provides to produce a mixture of lubricant and a carrier gas in a sputtering device and to apply by means of spray nozzles on the surface of at least one work roll and / or on the surface of the rolled strip.
  • EP 2 893 986 A1 discloses a method and apparatus for applying a lubricating oil when rolling a metallic flat stock in a rolling stand.
  • the lubricating oil is atomized by means of compressed air in mixing chambers of spray nozzles to form an aerosol and sprayed with the spray nozzles on the rolling stock and / or at least one roller of the roll stand.
  • WO 2007/025682 A1 discloses a method for lubricating and cooling rolls and metal strip when rolling metal strips, wherein on the inlet side a minimum amount of pure lubricant without high water content with controlled viscosity depending on various process data is continuously metered online dosed on a physical computing model and on the outlet side Coolant is applied by spraying.
  • EP 0 054 172 A2 discloses a method for rolling stress-free rolled strip by influencing the coefficient of friction between the strip surfaces and the roll barrel envelope surfaces depending on partial tensile stresses determined downstream of the last frame in the transverse direction of the strip, wherein the shell surfaces of the roll bale of the work rolls and / or the roll nip with roll emulsion be charged.
  • base oil of the emulsion is applied directly to the belt surface prior to entry of the belt into the nip in amounts and localized areas determined by the measured partial tensile stresses.
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus for controlling a rolling process, which are improved in particular with regard to the position of the neutral point.
  • the object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of claim 12.
  • a rolling process is regulated, in which a rolling stock is rolled in a nip between two work rolls of a rolling stand.
  • a Voreilungssollwert be given for a lead of the rolling stock and a Voreilungsistwert the lead of the rolling stock determined.
  • the lead of the rolling stock is controlled to the advance target value by applying a lubricant lubricant rate to the rolling stock and / or to at least one work roll depending on the actual advance value and the advance target value.
  • f denotes the lead
  • v 1 denotes the exit speed of the rolling stock behind the roll stand
  • v N denotes the roll speed of a roll surface of a work roll with which the rolled stock is rolled.
  • the terms "before” and “behind” the rolling stand or nip refer to a Rolling direction in which the rolling stock is passed through the nip.
  • a lubricant rate is understood to be a quantity of lubricant per unit of time.
  • the invention makes use of the fact that the lead defined by equation [1] is a measure of the position of the neutral point. The closer the neutral point is to the exit position of the rolling stock, the smaller is the lead. Negative values of the overfeed signal slippage of the rolling stock in the nip. By means of the regulation according to the invention of the overfeed, therefore, the position of the neutral point can be optimized and slippage of the rolling stock can be detected or slippage counteracted.
  • the use of the lead as a control variable also has the advantage that the lead can be determined in a simple and reliable manner, since the exit speed of the rolling stock and the roller speed of a work roll can be determined easily and directly.
  • An embodiment of the invention accordingly provides that the exit speed of the rolling stock is measured behind the roll stand, a roll speed of a roll surface of a work roll is determined and the Voreilungsistwert according to equation [1] from the exit velocity and the roll speed is determined.
  • the invention also makes use of the fact that the advance or the position of the neutral point can be changed by a variation of a lubricant rate applied to the rolling stock and / or to at least one work roll.
  • the lubricant affects the friction between the work rolls and the rolling stock.
  • the change in the lubricant rate therefore changes the friction between the Work rolls and the rolling stock and thereby causes a shift of the neutral point.
  • the control of the advance by the change in the lubricant rate also allows optimized use of the lubricant during the rolling process, as the lubricant rate is not fixed or adjusted based on an uncertain mathematical rolling model of the rolling process, but depending on the direct measurements Advance actual value is set in order to regulate the overfeed to the overfeed setpoint.
  • the invention has the advantage that an optionally additionally used mathematical rolling model of the rolling process, which at the same time takes into account a multiplicity of process parameters (for example a rolling force distribution in the individual rolling stands of a rolling train, strip tensioning and / or reduction of stitches in the rolling stands), in order to obtain the desired rolled product generate, of the inventive control, which acts only on the lubricant system is not affected.
  • a multiplicity of process parameters for example a rolling force distribution in the individual rolling stands of a rolling train, strip tensioning and / or reduction of stitches in the rolling stands
  • the method according to the invention is also particularly suitable as a retrofit solution for existing rolling mills in order to increase the product quality without having to make any changes to the existing rolling model.
  • slippage in the method according to the invention can be detected reliably and in good time and slippage can be counteracted by a corresponding change in the lubricant rate.
  • An embodiment of the invention provides that approximately 0.05 is specified as the advance setpoint.
  • An advance set point of about 0.05 has been found to be advantageous, since at this value of the lead, the neutral point is close to the exit position of the rolling stock behind the nip, so that the friction losses are minimized in the nip, on the other hand still has a sufficient safety margin Neutral point from the exit position is present to prevent slippage of the rolling in the nip.
  • a further embodiment of the invention provides that a hysteresis interval is set for the advance and the lubricant rate is only changed when the actual advance value leaves the hysteresis interval.
  • an upper limit of the hysteresis interval is about 0.03 greater than the advance target value and / or a lower limit of the hysteresis interval is coincident with the overshoot target value. It is thereby achieved that intervention in the lubricant is only intervened when the actual advance value leaves the hysteresis interval so that the control does not become too restless.
  • a lower limit of the hysteresis interval corresponding to the advance target value is particularly advantageous if the advance target value corresponds to a position of the neutral point close to the exit position of the rolling stock behind the roll gap, since in this case falling below the advance target value will quickly lead to slippage of the rolling stock in the roll nip can.
  • overshooting of the advance target value by about 0.03 can generally be tolerated since this does not cause the friction losses in the roll gap to increase excessively.
  • a friction coefficient of a friction between the rolling stock and a work roll is determined and the lubricant rate is also applied as a function of the coefficient of friction, and / or that in the nip on the Walzgut acting rolling force is determined and the lubricant rate is also applied depending on the rolling force.
  • a further embodiment of the invention provides that for applying the lubricant rate, a mixture of lubricant and a carrier gas is generated and sprayed onto at least one work roll and / or in the nip.
  • This application of lubricant also referred to as minimum quantity lubrication, is advantageous because the direct application of pure lubricant into the nip or on the work rolls allows short reaction times for the control of the lead.
  • a lubricant-containing rolling emulsion can be produced and applied to the rolling stock and / or at least one work roll, and / or pure lubricant can be applied to the rolling stock before the roll gap and spaced from the roll gap.
  • a lubricant-containing rolling emulsion By applying a lubricant-containing rolling emulsion, the rolling stock and the work rolls can be additionally cooled.
  • the application of pure lubricant before the nip and from the nip spaced on the rolling stock is also referred to as direct application and allows a targeted improvement in the lubricating effect of the lubricant, but has due to the distance in which the lubricant is applied to the rolling stock before the nip, a greater reaction time for overfeed control than minimum quantity lubrication.
  • the overfeed determination device is preferably designed to measure an exit speed of the rolling stock behind the rolling stand and to determine a rolling speed of a roll surface of a work roll.
  • the lubricant dispenser is for example for producing a mixture of lubricant and a carrier gas and for spraying the mixture on at least one work roll and / or in the nip, and / or for producing a lubricant-containing rolling emulsion and for outputting the rolling emulsion on the rolling stock and / or at least one work roll, and / or set up to output pure lubricant to the rolling stock at a distance in front of the nip.
  • a control device makes it possible to carry out the method according to the invention.
  • the advantages of such a control device therefore correspond to the above-mentioned advantages of the method according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a rolling stand 1, is rolled with a rolling stock 3, and a lubricant dispenser 5 for dispensing a lubricant.
  • the rolling stand 1 has two work rolls 7, which are spaced from each other by a nip 9.
  • the rolling stock 3 is formed as a metallic rolled strip, which is guided in a rolling direction 11 through the nip 9.
  • the two work rolls 7 rotate with the same amount, opposing angular velocities, so that their roll surfaces 13 have a roll speed v N whose direction coincides at the location of the nip 9 with the rolling direction 11.
  • the lubricant dispensing device 5 for example, a mixture of lubricant and a carrier gas can be generated and sprayed onto the work rolls 7 and / or in the nip 9.
  • the lubricant dispensing device 5 for example, a sputtering device in which the mixture can be produced, and a plurality of spray nozzles, with which the mixture can be dispensed on.
  • a lubricant-containing rolling emulsion can be produced with the lubricant dispensing device 5 and can be dispensed onto the rolling stock 3 or / and onto the work rolls 7.
  • lubricant dispensing device 5 alternatively or additionally, for example, pure lubricant before the nip 9 and spaced from the nip 9 can be output to the rolling stock 3.
  • FIG. 2 shows a diagram of a rolling stock speed v of the rolling stock 3 as a function of a rolling stock position x in the region of the roll gap 9.
  • the rolling stock 3 has an entry velocity v 0 .
  • the rolling stock speed v increases in the region of the nip 9 until it reaches an exit speed v 1 at an exit position x 1 behind the nip 9.
  • the rolling stock speed v assumes the value of the roller speed v N of the roller surfaces 13 of the work rolls 7 at a flow-dividing position x N defining the neutral point.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a control loop for controlling the rolling process, in which the rolling stock 3 is rolled in the nip 9 between the work rolls 7 of the roll stand 1.
  • the rolling process is controlled by a control device including a lead detection device 15, the lubricant discharge device 5, and a control unit 17.
  • the control unit 17 is the controller of the control loop
  • the lubricant dispensing device 5 is the actuator of the control loop
  • the overfeed determination device 15 is the measuring element of the control loop and the rolling stand 1 and the rolling stock 3 form the controlled system 19 of the control loop.
  • the controlled variable of the control loop is the advance f of the rolling stock 3, which is formed according to equation [1] from the exit speed v 1 and the roller speed v N.
  • FIG. 2 shows that the lead f is a measure of the position of the neutral point. The closer the neutral point is to the exit position x 1 , the smaller the lead f is.
  • the lead f is therefore particularly suitable as a controlled variable for controlling the position of the neutral point.
  • an advance setpoint value f s is specified, to which the overfeed f is regulated. For example, about 0.05 is given as the advance setpoint value f s .
  • the overfeed determination device 15 is set up to measure the exit speed v 1 of the rolling stock 3 behind the nip 9 and to determine the roller speed v N.
  • the exit velocity v 1 is measured, for example, by means of at least one strip tension measuring roller, which is arranged behind the rolling stand 1 and rolls on a rolling stock surface of the rolling stock 3.
  • the exit velocity v 1 is measured optically, for example by means of a laser measurement.
  • the roll speed V N of a work roll 7 is determined, for example, from the angular velocity and the radius of the work roll 7, wherein the angular velocity is determined, for example, from a rotational speed of a work roll 7 driving motor.
  • a control difference is formed by subtracting the advance actual value f M from the advance target value f S.
  • the control unit 17 forms a control variable u dependent on the control difference, with which the lubricant dispensing device 5 is activated. From the lubricant dispenser 5 is used as a manipulated variable of the Control circuit outputs a dependent on the control quantity u lubricant rate u R of the lubricant, wherein the lubricant rate u R denotes a lubricant amount per unit time.
  • a hysteresis interval for the advance f is specified and the lubricant rate u R is changed only when the actual advance value f M leaves the hysteresis interval.
  • a hysteresis interval is specified whose upper limit is approximately 0.03 greater than the advance target value f S and whose lower limit agrees with the advance actual value f M.
  • the lubricant rate u R is additionally adjusted in dependence on at least one further parameter of the rolling process.
  • a friction coefficient of friction between the rolling stock 3 and a work roll 7 is determined, and the lubricant rate u R is also set depending on the friction coefficient.
  • a rolling force acting on the rolling stock 3 in the roll gap 9 is determined as a further parameter, for example, and the lubricant rate u R is also set as a function of the rolling force.
  • the friction coefficient and / or the rolling force are determined, for example, by means of a roll gap model in real time from current process variables of the rolling process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regelvorrichtung zum Regeln eines Walzprozesses, bei dem ein Walzgut (3) in einem Walzspalt (9) zwischen zwei Arbeitswalzen (7) eines Walzgerüstes (1) gewalzt wird. Erfindungsgemäß werden ein Voreilungssollwert (f) für eine Voreilung (f) des Walzgutes (3) vorgegeben und ein Voreilungsistwert (f) der Voreilung (f) des Walzgutes (3) ermittelt. Die Voreilung (f) des Walzgutes (3) wird auf den Voreilungssollwert (f) geregelt, indem eine Schmiermittelrate (u) eines Schmiermittels auf das Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert (f) und dem Voreilungssollwert (f) aufgebracht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Walzprozesses, bei dem ein Walzgut in einem Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes gewalzt wird.
  • Durch die Verformung des Walzgutes in dem Walzspalt weist das Walzgut vor dem Walzspalt eine kleinere und hinter dem Walzspalt eine größere Geschwindigkeit als die Walzenoberflächen der Arbeitswalzen des Walzgerüstes auf. In dem Bereich des Walzspaltes existiert ein so genannter neutraler Punkt, an dem die Geschwindigkeiten des Walzgutes und der Walzenoberflächen der Arbeitswalzen gleich groß sind. Der neutrale Punkt wird auch als Fließscheide bezeichnet. Die Lage des neutralen Punktes ist wichtig für den Walzprozess, weil der Walzprozess leicht instabil werden und es zum Durchrutschen des Walzgutes in dem Walzspalt kommen kann, wenn der neutrale Punkt zu nahe an der Austrittsposition liegt, an der das Walzgut aus dem Walzgerüst austritt, andererseits jedoch Reibungsverluste durch die Reibung zwischen den Walzenoberflächen und dem Walzgut mit zunehmender Entfernung des neutralen Punktes von der Austrittsposition zunehmen.
  • DE 10 2005 059 653 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Walzprozesses, bei dem ein Metallband flachgewalzt wird. Mit Hilfe eines mathematischen Modells werden aus messbaren Prozessparametern die Größe der ebenen Fließspannung des Metallbandes und die Größe des hydrostatischen Druckes in dem neutralen Punkt geschätzt. Die Lage des neutralen Punktes wird auf Basis der geschätzten Größen, einer ersten Gruppe der messbaren Prozessparameter sowie des ebenen Elastizitätsmoduls und der Kompressibilität des Metallbandes berechnet, und der Walzprozess wird erforderlichenfalls nach Maßgabe der Lage des neutralen Punktes durch Eingreifen mit geeigneten Maßnahmen stabilisiert.
  • EP 2 651 577 B1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Schmiermittels beim Walzen von metallischem Walzgut, insbesondere eines in einem Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen hindurch geführten Walzbandes. Die Lehre der EP 2 651 577 B1 sieht vor, ein Gemisch aus Schmiermittel und einem Trägergas in einer Zerstäubungseinrichtung zu erzeugen und mittels Sprühdüsen auf die Oberfläche zumindest einer Arbeitswalze und/oder auf die Oberfläche des Walzbandes aufzutragen.
  • EP 2 893 986 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Schmieröls beim Walzen eines metallischen flachen Walzguts in einem Walzgerüst. Das Schmieröl wird mittels Druckluft in Mischkammern von Spritzdüsen zu einem Aerosol zerstäubt und mit den Spritzdüsen auf das Walzgut und/oder mindestens eine Walze des Walzgerüsts aufgespritzt.
  • WO 2007/025682 A1 offenbart ein Verfahren zum Schmieren und Kühlen von Walzen und Metallband beim Walzen von Metallbändern, bei dem auf der Einlaufseite eine Minimalmenge an reinem Schmiermittel ohne hohen Wasseranteil mit kontrollierter Viskosität in Abhängigkeit verschiedener Prozessdaten kontinuierlich online dosiert über ein physikalisches Rechenmodell aufgetragen wird und auf der Auslaufseite ein Kühlmittel durch Sprühen aufgetragen wird.
  • EP 0 054 172 A2 offenbart ein Verfahren zum Walzen von spannungsfreiem Walzband durch Beeinflussung des Reibwertes zwischen den Bandoberflächen und den Walzenballenmantelflächen in Abhängigkeit von hinter dem letzten Gerüst in Querrichtung des Bandes liegenden Zonen ermittelten partiellen Zugspannungen, bei welchen die Mantelflächen des Walzenballens der Arbeitswalzen und/oder der Walzspalt mit Walzemulsion beaufschlagt werden. Dabei wird Grundöl der Emulsion vor dem Einlauf des Bandes in den Walzspalt in durch die ermittelten partiellen Zugspannungen bestimmten Mengen und örtlich begrenzten Bereichen unmittelbar auf die Bandoberfläche aufgetragen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Walzprozesses anzugeben, die insbesondere hinsichtlich der Lage des neutralen Punktes verbessert sind.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Walzprozess geregelt, bei dem ein Walzgut in einem Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes gewalzt wird. Dabei werden ein Voreilungssollwert für eine Voreilung des Walzgutes vorgegeben und ein Voreilungsistwert der Voreilung des Walzgutes ermittelt. Die Voreilung des Walzgutes wird auf den Voreilungssollwert geregelt, indem eine Schmiermittelrate eines Schmiermittels auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert und dem Voreilungssollwert aufgebracht wird.
  • Die Voreilung des Walzgutes ist folgendermaßen definiert: f = v 1 − v N v N ,
    Figure imgb0001
     wobei f die Voreilung bezeichnet, v1 die Austrittsgeschwindigkeit des Walzgutes hinter dem Walzgerüst bezeichnet und vN die Walzengeschwindigkeit einer Walzenoberfläche einer Arbeitswalze bezeichnet, mit der das Walzgut gewalzt wird. Die Begriffe "vor" und "hinter" dem Walzgerüst oder Walzspalt beziehen sich dabei auf eine Walzrichtung, in der das Walzgut durch den Walzspalt geführt wird.
  • Unter einer Schmiermittelrate wird eine Schmiermittelmenge pro Zeiteinheit verstanden.
  • Die Erfindung nutzt aus, dass die durch Gleichung [1] definierte Voreilung ein Maß für die Lage des neutralen Punktes ist. Je näher der neutrale Punkt an der Austrittsposition des Walzgutes liegt, umso kleiner ist die Voreilung. Negative Werte der Voreilung signalisieren ein Durchrutschen des Walzgutes im Walzspalt. Durch die erfindungsgemäße Regelung der Voreilung kann daher die Lage des neutralen Punktes optimiert werden und es kann ein Durchrutschen des Walzgutes erkannt beziehungsweise einem Durchrutschen entgegengewirkt werden. Die Verwendung der Voreilung als Regelgröße hat zudem den Vorteil, dass die Voreilung in einfacher und zuverlässiger Weise bestimmt werden kann, da die Austrittsgeschwindigkeit des Walzgutes und die Walzengeschwindigkeit einer Arbeitswalze einfach und direkt ermittelt werden können.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht dementsprechend vor, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Walzgutes hinter dem Walzgerüst gemessen wird, eine Walzengeschwindigkeit einer Walzenoberfläche einer Arbeitswalze ermittelt wird und der Voreilungsistwert gemäß Gleichung [1] aus der Austrittsgeschwindigkeit und der Walzengeschwindigkeit ermittelt wird.
  • Die Erfindung nutzt ferner aus, dass die Voreilung beziehungsweise die Lage des neutralen Punktes durch eine Variation einer auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze ausgegebenen Schmiermittelrate geändert werden kann. Durch das Schmiermittel wird die Reibung zwischen den Arbeitswalzen und dem Walzgut beeinflusst. Die Änderung der Schmiermittelrate ändert daher die Reibung zwischen den Arbeitswalzen und dem Walzgut und verursacht dadurch auch eine Verschiebung des neutralen Punktes.
  • Die Regelung der Voreilung durch die Änderung der Schmiermittelrate ermöglicht auch eine optimierte Verwendung des Schmiermittels während des Walzprozesses, da die Schmiermittelrate nicht fest vorgegeben oder auf der Grundlage eines mit Unsicherheiten behafteten mathematischen Walzmodells des Walzprozesses eingestellt wird, sondern in Abhängigkeit von dem durch direkte Messungen ermittelbaren Voreilungistwert eingestellt wird, um die Voreilung auf den Voreilungssollwert zu regeln.
  • Zudem hat die Erfindung den Vorteil, dass ein gegebenenfalls zusätzlich verwendetes mathematisches Walzmodell des Walzprozesses, welches gleichzeitig eine Vielzahl von Prozessparametern (beispielsweise eine Walzkraftverteilung in den einzelnen Walzgerüsten einer Walzstrasse, Bandzüge und/oder Stichabnahmen in den Walzgerüsten) berücksichtigt, um das gewünschte Walzprodukt zu erzeugen, von der erfindungsgemäßen Regelung, die lediglich auf das Schmiermittelsystem einwirkt, nicht beeinflusst wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher auch besonders gut als eine Nachrüstlösung für bestehende Walzstraßen, um die Produktqualität zu erhöhen, ohne dass am bestehenden Walzmodell etwas geändert werden müsste. So ist beispielsweise bekannt, dass es besonders bei Arbeitswalzen mit langer Einsatzdauer aufgrund des Verschleißens der Oberflächentextur der Arbeitswalzen vermehrt zum unerwünschten Durchrutschen des Walzgutes in dem Walzspalt kommt, was in der Regel in einem klassischen Walzmodell nicht abgebildet wird. Wie oben bereits erwähnt wurde, kann das Durchrutschen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig und rechtzeitig erkannt werden und dem Durchrutschen kann durch entsprechende Änderung der Schmiermittelrate entgegengewirkt werden.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Voreilungssollwert ungefähr 0,05 vorgegeben wird. Ein Voreilungssollwert von ungefähr 0,05 hat sich als vorteilhaft erwiesen, da bei diesem Wert der Voreilung der neutrale Punkt einerseits nahe an der Austrittsposition des Walzgutes hinter dem Walzspalt liegt, so dass die Reibungsverluste im Walzspalt minimiert werden, andererseits jedoch noch ein ausreichender Sicherheitsabstand des neutralen Punktes von der Austrittsposition vorhanden ist, um ein Durchrutschen des Walzgutes in dem Walzspalt zu vermeiden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Hystereseintervall für die Voreilung vorgegeben wird und die Schmiermittelrate nur dann geändert wird, wenn der Voreilungsistwert das Hystereintervall verlässt. Beispielsweise ist eine obere Grenze des Hystereseintervalls etwa 0,03 größer als der Voreilungssollwert und/oder eine eine untere Grenze des Hystereseintervalls stimmt mit dem Voreilungssollwert überein. Dadurch wird erreicht, dass in die Schmiermittelbeaufschlagung erst dann eingegriffen wird, wenn der Voreilungsistwert das Hystereintervall verlässt, so dass die Regelung nicht zu unruhig wird. Eine mit dem Voreilungssollwert übereinstimmende untere Grenze des Hystereseintervalls ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Voreilungssollwert einer Lage des neutralen Punktes nahe an der Austrittsposition des Walzgutes hinter dem Walzspalt entspricht, da in diesem Fall ein Unterschreiten des Voreilungssollwertes schnell zu einem Durchrutschen des Walzgutes in dem Walzspalt führen kann. Ein Überschreiten des Voreilungssollwertes um etwa 0,03 kann hingegen in der Regel toleriert werden, da dadurch die Reibungsverluste in dem Walzspalt nicht übermäßig ansteigen.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass ein Reibungskoeffizient einer Reibung zwischen dem Walzgut und einer Arbeitswalze bestimmt wird und die Schmiermittelrate auch in Abhängigkeit von dem Reibungskoeffizienten aufgebracht wird, oder/und dass eine in dem Walzspalt auf das Walzgut wirkende Walzkraft bestimmt wird und die Schmiermittelrate auch in Abhängigkeit von der Walzkraft aufgebracht wird. Diese Ausgestaltungen berücksichtigen, dass die Wirkung des Walzgerüstes auch von dem Reibungskoeffizienten der Reibung zwischen dem Walzgut und einer Arbeitswalze und der auf das Walzgut wirkenden Walzkraft abhängt und die Regelung daher durch die Berücksichtigung dieser Größen verbessert werden kann.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum Aufbringen der Schmiermittelrate ein Gemisch aus Schmiermittel und einem Trägergas erzeugt und auf wenigstens eine Arbeitswalze oder/und in den Walzspalt gesprüht wird. Dieses Aufbringen von Schmiermittel, das auch als Minimum Quantity Lubrication bezeichnet wird, ist vorteilhaft, da das direkte Applizieren von reinem Schmierstoff in den Walzspalt beziehungsweise auf die Arbeitswalzen kurze Reaktionszeiten für die Regelung der Voreilung ermöglicht.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zum Aufbringen der Schmiermittelrate eine Schmiermittel enthaltende Walzemulsion erzeugt und auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze aufgebracht werden, oder/und reines Schmiermittel vor dem Walzspalt und von dem Walzspalt beabstandet auf das Walzgut aufgebracht werden. Durch das Aufbringen einer Schmiermittel enthaltenden Walzemulsion können das Walzgut und die Arbeitswalzen zusätzlich gekühlt werden. Das Aufbringen reinen Schmiermittels vor dem Walzspalt und von dem Walzspalt beabstandet auf das Walzgut wird auch als Direktapplikation bezeichnet und ermöglicht eine gezielte Verbesserung der Schmierwirkung des Schmiermittels, hat jedoch aufgrund des Abstandes, in dem das Schmiermittel vor dem Walzspalt auf das Walzgut aufgebracht wird, eine größere Reaktionszeit für die Regelung der Voreilung als die Minimum Quantity Lubrication.
  • Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Voreilungsermittlungsvorrichtung, die zum Ermitteln des Voreilungsistwertes der Voreilung des Walzgutes eingerichtet ist, eine Schmiermittelausgabevorrichtung, die zum Ausgeben des Schmiermittels auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze eingerichtet ist, und eine Regelungseinheit, die zum Regeln der Voreilung des Walzgutes auf den Voreilungssollwert durch Einstellen einer von der Schmiermittelausgabevorrichtung ausgegebenen Schmiermittelrate des Schmiermittels in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert und dem Voreilungssollwert eingerichtet ist.
  • Dabei ist die Voreilungermittlungsvorrichtung vorzugsweise zum Messen einer Austrittsgeschwindigkeit des Walzgutes hinter dem Walzgerüst und zum Ermitteln einer Walzengeschwindigkeit einer Walzenoberfläche einer Arbeitswalze eingerichtet.
  • Die Schmiermittelausgabevorrichtung ist beispielsweise zum Erzeugen eines Gemisches aus Schmiermittel und einem Trägergas und zum Sprühen des Gemisches auf wenigstens eine Arbeitswalze oder/und in den Walzspalt, oder/und zum Erzeugen einer Schmiermittel enthaltenden Walzemulsion und zum Ausgeben der Walzemulsion auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze, oder/und zum Ausgeben reinen Schmiermittels auf das Walzgut in einem Abstand vor dem Walzspalt eingerichtet.
  • Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorteile einer derartigen Regelvorrichtung entsprechen daher den oben genannten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
    • FIG 1 schematisch ein Walzgerüst, ein Walzgut und eine Schmiermittelausgabevorrichtung,
    • FIG 2 ein Diagramm einer Walzgutgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Walzgutposition,
    • FIG 3 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zum Regeln eines Walzprozesses.
  • Figur 1 zeigt schematisch ein Walzgerüst 1, mit ein Walzgut 3 gewalzt wird, und eine Schmiermittelausgabevorrichtung 5 zum Ausgeben eines Schmiermittels.
  • Das Walzgerüst 1 weist zwei Arbeitswalzen 7 auf, die durch einen Walzspalt 9 voneinander beabstandet sind. Das Walzgut 3 ist als ein metallisches Walzband ausgebildet, das in einer Walzrichtung 11 durch den Walzspalt 9 geführt wird. Beim Walzen des Walzgutes 3 drehen sich die beiden Arbeitswalzen 7 mit betragsmäßig gleichen, einander entgegengerichteten Winkelgeschwindigkeiten, so dass ihre Walzenoberflächen 13 eine Walzengeschwindigkeit vN aufweisen, deren Richtung am Ort des Walzspaltes 9 mit der Walzrichtung 11 übereinstimmt.
  • Mit der Schmiermittelausgabevorrichtung 5 ist beispielsweise ein Gemisch aus Schmiermittel und einem Trägergas erzeugbar und auf die Arbeitswalzen 7 oder/und in den Walzspalt 9 sprühbar. Dazu weist die Schmiermittelausgabevorrichtung 5 beispielsweise eine Zerstäubungsvorrichtung, in der das Gemisch erzeugbar ist, und mehrere Sprühdüsen, mit denen das Gemisch ausgebbar ist, auf.
  • Alternativ oder zusätzlich ist mit der Schmiermittelausgabevorrichtung 5 beispielsweise eine Schmiermittel enthaltende Walzemulsion erzeugbar und auf das Walzgut 3 oder/und auf die Arbeitswalzen 7 ausgebbar.
  • Des Weiteren kann mit der Schmiermittelausgabevorrichtung 5 alternativ oder zusätzlich beispielsweise reines Schmiermittel vor dem Walzspalt 9 und von dem Walzspalt 9 beabstandet auf das Walzgut 3 ausgebbar sein.
  • Durch das mit der Schmiermittelausgabevorrichtung 5 ausgegebene Schmiermittel wird der Walzprozess in unten anhand von Figur 3 näher beschriebener Weise geregelt.
  • Figur 2 zeigt ein Diagramm einer Walzgutgeschwindigkeit v des Walzgutes 3 in Abhängigkeit von einer Walzgutposition x im Bereich des Walzspaltes 9. An einer Eintrittsposition x0 vor dem Walzspalt 9 hat das Walzgut 3 eine Eintrittsgeschwindigkeit v0. In Walzrichtung 11 nimmt die Walzgutgeschwindigkeit v im Bereich des Walzspaltes 9 zu bis sie an einer Austrittsposition x1 hinter dem Walzspalt 9 eine Austrittsgeschwindigkeit v1 erreicht. Zwischen der Eintrittsposition x0 und der Austrittsposition x1 nimmt die Walzgutgeschwindigkeit v an einer den neutralen Punkt definierenden Fließscheideposition xN den Wert der Walzengeschwindigkeit vN der Walzenoberflächen 13 der Arbeitswalzen 7 an.
  • Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelkreises zum Regeln des Walzprozesses, bei dem das Walzgut 3 in dem Walzspalt 9 zwischen den Arbeitswalzen 7 des Walzgerüstes 1 gewalzt wird. Der Walzprozess wird mit einer Regelvorrichtung geregelt, die eine Voreilungsermittlungsvorrichtung 15, die Schmiermittelausgabevorrichtung 5 und eine Regelungseinheit 17 umfasst. Die Regelungseinheit 17 ist der Regler des Regelkreises, die Schmiermittelausgabevorrichtung 5 ist das Stellglied des Regelkreises, die Voreilungsermittlungsvorrichtung 15 ist das Messglied des Regelkreises und das Walzgerüst 1 und das Walzgut 3 bilden die Regelstrecke 19 des Regelkreises.
  • Die Regelgröße des Regelkreises ist die Voreilung f des Walzgutes 3, die gemäß Gleichung [1] aus der Austrittsgeschwindigkeit v1 und der Walzengeschwindigkeit vN gebildet wird. Figur 2 zeigt, dass die Voreilung f ein Maß für die Lage des neutralen Punktes ist. Je näher der neutrale Punkt an der Austrittsposition x1 liegt, umso kleiner ist die Voreilung f. Die Voreilung f eignet sich daher insbesondere als Regelgröße zur Regelung der Lage des neutralen Punktes.
  • Zur Regelung des Walzprozesses wird ein Voreilungssollwert fs vorgegeben, auf den die Voreilung f geregelt wird. Als Voreilungssollwert fs wird beispielsweise etwa 0,05 vorgegeben.
  • Mit der Voreilungsermittlungsvorrichtung 15 wird ein Voreilungsistwert fM der Voreilung f ermittelt. Dazu ist die Voreilungermittlungsvorrichtung 15 zum Messen der Austrittsgeschwindigkeit v1 des Walzgutes 3 hinter dem Walzspalt 9 und zum Ermitteln der Walzengeschwindigkeit vN eingerichtet. Die Austrittsgeschwindigkeit v1 wird beispielsweise mittels wenigstens einer Bandzugmessrolle gemessen, die hinter dem Walzgerüst 1 angeordnet ist und auf einer Walzgutoberfläche des Walzgutes 3 abrollt. Alternativ wird die Austrittsgeschwindigkeit v1 optisch gemessen, beispielsweise mittels einer Lasermessung. Die Walzengeschwindigkeit vN einer Arbeitswalze 7 wird beispielsweise aus der Winkelgeschwindigkeit und dem Radius der Arbeitswalze 7 ermittelt, wobei die Winkelgeschwindigkeit beispielsweise aus einer Drehzahl eines die Arbeitswalze 7 antreibenden Motors ermittelt wird.
  • Aus dem Voreilungssollwert fS und dem Voreilungsistwert fM wird eine Regeldifferenz gebildet, indem der Voreilungsistwert fM von dem Voreilungssollwert fS subtrahiert wird. Die Regelungseinheit 17 bildet eine von der Regeldifferenz abhängige Steuergröße u, mit der die Schmiermittelausgabevorrichtung 5 angesteuert wird. Von der Schmiermittelausgabevorrichtung 5 wird als Stellgröße des Regelkreises eine von der Steuergröße u abhängige Schmiermittelrate uR des Schmiermittels ausgegeben, wobei die Schmiermittelrate uR eine Schmiermittelmenge pro Zeiteinheit bezeichnet. Beispielsweise wird ein Hystereseintervall für die Voreilung f vorgegeben und die Schmiermittelrate uR wird nur dann geändert, wenn der Voreilungsistwert fM das Hystereintervall verlässt. Beispielsweise wird ein Hystereseintervall vorgegeben, dessen obere Grenze etwa 0,03 größer als der Voreilungssollwert fS ist und dessen untere Grenze mit dem Voreilungsistwert fM übereinstimmt.
  • In einer Weitergestaltung des anhand von Figur 3 beschriebenen Verfahrens zur Regelung des Walzprozesses wird die Schmiermittelrate uR zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem weiteren Parameter des Walzprozesses eingestellt. Beispielsweise wird als ein weiterer Parameter ein Reibungskoeffizient einer Reibung zwischen dem Walzgut 3 und einer Arbeitswalze 7 bestimmt und die Schmiermittelrate uR wird auch in Abhängigkeit von dem Reibungskoeffizienten eingestellt. Alternativ oder zusätzlich wird als ein weiterer Parameter beispielsweise eine in dem Walzspalt 9 auf das Walzgut 3 wirkende Walzkraft bestimmt und die Schmiermittelrate uR wird auch in Abhängigkeit von der Walzkraft eingestellt. Der Reibungskoeffizient und/oder die Walzkraft werden dabei beispielsweise mittels eines Walzspaltmodells in Echtzeit aus aktuellen Prozessgrößen des Walzprozesses ermittelt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Walzgerüst
    3
    Walzgut
    5
    Schmiermittelausgabevorrichtung
    7
    Arbeitswalze
    9
    Walzspalt
    11
    Walzrichtung
    13
    Walzenoberfläche
    15
    Voreilungsermittlungsvorrichtung
    17
    Regelungseinheit
    19
    Regelstrecke
    f
    Voreilung
    fM
    Voreilungsistwert
    fS
    Voreilungssollwert
    v
    Walzgutgeschwindigkeit
    v0
    Eintrittsgeschwindigkeit
    v1
    Austrittsgeschwindigkeit
    vN
    Walzengeschwindigkeit
    u
    Steuergröße
    uR
    Schmiermittelrate
    x
    Walzgutposition
    x0
    Eintrittsposition
    x1
    Austrittsposition
    xN
    Fließscheideposition

Claims (14)

  1. Verfahren zum Regeln eines Walzprozesses, bei dem ein Walzgut (3) in einem Walzspalt (9) zwischen zwei Arbeitswalzen (7) eines Walzgerüstes (1) gewalzt wird, wobei
    - ein Voreilungssollwert (fS) für eine Voreilung (f) des Walzgutes (3) vorgegeben wird,
    - ein Voreilungsistwert (fM) der Voreilung (f) des Walzgutes (3) ermittelt wird,
    - und die Voreilung (f) des Walzgutes (3) auf den Voreilungssollwert (fS) geregelt wird, indem eine Schmiermittelrate (uR) eines Schmiermittels auf das Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert (fM) und dem Voreilungssollwert (fS) aufgebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Austrittsgeschwindigkeit (v1) des Walzgutes (3) hinter dem Walzgerüst (1) gemessen wird, eine Walzengeschwindigkeit (vN) einer Walzenoberfläche (13) einer Arbeitswalze (7) ermittelt wird und der Voreilungsistwert (fM) aus der Austrittsgeschwindigkeit (v1) und der Walzengeschwindigkeit (vN) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Voreilungssollwert (fS) ungefähr 0,05 vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Hystereseintervall für die Voreilung (f) vorgegeben wird und die Schmiermittelrate (uR) nur dann geändert wird, wenn der Voreilungsistwert (fM) das Hystereintervall verlässt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Grenze des Hystereseintervalls etwa 0,03 größer als der Voreilungssollwert (fS) ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Grenze des Hystereseintervalls mit dem Voreilungssollwert (fS) übereinstimmt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibungskoeffizient einer Reibung zwischen dem Walzgut (3) und einer Arbeitswalze (7) bestimmt wird und die Schmiermittelrate (uR) auch in Abhängigkeit von dem Reibungskoeffizienten aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem Walzspalt (9) auf das Walzgut (3) wirkende Walzkraft bestimmt wird und die Schmiermittelrate (uR) auch in Abhängigkeit von der Walzkraft aufgebracht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Schmiermittelrate (uR) ein Gemisch aus Schmiermittel und einem Trägergas erzeugt und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) oder/und in den Walzspalt (9) gesprüht wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Schmiermittelrate (uR) eine Schmiermittel enthaltende Walzemulsion erzeugt und auf das Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Schmiermittelrate (uR) reines Schmiermittel vor dem Walzspalt (9) und von dem Walzspalt (9) beabstandet auf das Walzgut (3) aufgebracht wird.
  12. Regelvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
    - eine Voreilungsermittlungsvorrichtung (15), die zum Ermitteln des Voreilungsistwertes (fM) der Voreilung (f) des Walzgutes (3) eingerichtet ist,
    - eine Schmiermittelausgabevorrichtung (5), die zum Ausgeben des Schmiermittels auf das Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) eingerichtet ist, und
    - eine Regelungseinheit (17), die zum Regeln der Voreilung (f) des Walzgutes (3) auf den Voreilungssollwert (fS) durch Einstellen einer von der Schmiermittelausgabevorrichtung (5) ausgegebenen Schmiermittelrate (uR) des Schmiermittels in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert (fM) und dem Voreilungssollwert (fS) eingerichtet ist.
  13. Regelvorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Voreilungermittlungsvorrichtung (15) zum Messen einer Austrittsgeschwindigkeit (v1) des Walzgutes (3) hinter dem Walzgerüst (1) und zum Ermitteln einer Walzengeschwindigkeit (vN) einer Walzenoberfläche (13) einer Arbeitswalze (7) eingerichtet ist.
  14. Regelvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelausgabevorrichtung (5) zum Erzeugen eines Gemisches aus Schmiermittel und einem Trägergas und zum Sprühen des Gemisches auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) oder/und in den Walzspalt (9), oder/und zum Erzeugen einer Schmiermittel enthaltenden Walzemulsion und zum Ausgeben der Walzemulsion auf das Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7), oder/und zum Ausgeben reinen Schmiermittels auf das Walzgut (3) in einem Abstand vor dem Walzspalt (9) eingerichtet ist.
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