EP3934822A1 - Verfahren zur herstellung eines metallischen bandes oder blechs - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines metallischen bandes oder blechs

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EP3934822A1
EP3934822A1 EP20700907.7A EP20700907A EP3934822A1 EP 3934822 A1 EP3934822 A1 EP 3934822A1 EP 20700907 A EP20700907 A EP 20700907A EP 3934822 A1 EP3934822 A1 EP 3934822A1
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EP
European Patent Office
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temperature
strip
rolling mill
sheet
roll stand
Prior art date
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EP20700907.7A
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EP3934822B1 (de
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August Sprock
Christoph Hassel
Kai GRYBEL
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Publication of EP3934822B1 publication Critical patent/EP3934822B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
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    • B21B1/24—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a continuous or semi-continuous process
    • B21B1/26—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a continuous or semi-continuous process by hot-rolling, e.g. Steckel hot mill
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    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/006—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/004—Heating the product
    • 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
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2261/00—Product parameters
    • B21B2261/20—Temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metallic strip or sheet according to the preamble of claim 1.
  • a production method for a hot-rolled steel sheet is known, with cooling water being sprayed on an inside of a last stand or end stand of a rolling mill on a lower process side of the end stand in a series of hot-rolled rolling mills to thereby produce a rolling material to achieve a quick cooling.
  • a surface temperature of the rolling material is measured on an entry side of the end stand in order to thereby determine an entry-side surface temperature.
  • the measured inlet-side surface temperature and a predetermined inlet-side target surface temperature are then compared with one another, based on this comparison a control command to at least one unit formed from a coil box, an ingot heating device, a descaling device and / or an intermediate rolling stand cooling device is sent, so that the measured entry-side surface temperature is equal to the predetermined entry-side target surface temperature.
  • the invention is based on the object of optimizing the temperature control and / or at least one further process parameter when forming or processing a strip or sheet with a multi-stand rolling stand.
  • a method according to the present invention is used in the production of a metallic strip or sheet, in which the strip or sheet is rolled in a multi-stand rolling mill and is brought out behind the last roll stand of the rolling mill in the conveying direction.
  • the strip or sheet is cooled in the multi-stand rolling mill and / or - seen in the conveying direction - downstream of the rolling mill, a temperature of the strip or sheet - seen in the conveying direction - being measured upstream of the last rolling stand of the rolling mill.
  • This process includes the following steps:
  • step (iii) Adapting (controlling, preferably regulating) at least one process parameter for the strip or sheet, taking into account the comparison of the calculated temperature with the predetermined reference value according to step (ii), the strip or sheet being processed, heated or cooled as a function of this process parameter .
  • the at least one process parameter which according to step (iii) of the method according to the invention is adjusted (eg controlled or regulated), taking into account or depending on the calculated temperature at the exit of the last roll stand of the rolling mill and the comparison made for this purpose, can be act the temperature of an inter-stand cooling and / or a pre-strip cooling (influenced by the amount of cooling water supplied), which - viewed in the conveying direction of the strip or sheet - are arranged upstream of the last roll stand or the rolling mill.
  • the at least one process parameter can also be the temperature of an inductive heater and / or a furnace, which - viewed in the conveying direction of the strip or sheet - are arranged upstream of the rolling mill.
  • the process parameters controlled or regulated according to the invention can also be the strip speed at which the strip or sheet metal is transported through the rolling mill.
  • it can be The process parameter is also the operating position of a heat insulation hood upstream of the rolling mill, seen in the conveying direction (F), the heat insulation hood being opened or closed in step (iii) taking into account the comparison in step (ii) relative to the strip or sheet metal.
  • the above-mentioned variants for the method according to the invention allow the temperatures of a strip or sheet metal to be set or influenced in a targeted manner during its folding position.
  • the process parameter is the temperature of a cooling device - then the technical implementation in the associated system for the production or processing of a strip or sheet metal via the amount of coolant supplied and / or the Number of active or switched-on cooling zones or spray nozzles is reached.
  • the invention is based on the essential knowledge that with the help of the calculation according to step (i) it is possible to determine a process parameter, e.g. in the form of the temperature for the strip or sheet metal, directly at the exit of the last roll stand of the rolling mill, in particular also for the case that A rapid cooling device connects there.
  • This calculated temperature can preferably be a surface temperature of the strip or sheet metal.
  • a cooling water supply can then be controlled, preferably regulated, so that the temperature of the strip or sheet metal at the exit of the last rolling stand of the rolling mill reaches this predetermined reference value.
  • step (ii) it is possible to adjust (ie control) the cooling water supply for the strip or sheet in other areas of a system with which the metallic strip or sheet is produced, taking into account the comparison according to step (ii) or to regulate), for example with an intermediate stand cooling - viewed in the conveying direction - arranged upstream of the last roll stand, with a - viewed in the conveying direction - arranged laminar cooling device downstream of the last roll stand of the rolling mill, and / or with a - viewed in the conveying direction - immediately downstream of the last Roll stand of the rolling mill arranged rapid cooling device.
  • the temperature calculation model that is used in step (i) represents a preferably dynamic temperature control model or program.
  • the calculation is carried out using a finite difference method.
  • This model can be used, among other things, to determine the temperature distribution as a function of the process conditions in a particular section of the system with which a metallic strip or sheet is manufactured or processed.
  • This model or program can also be used for control purposes in a cooling zone of a system with which a metallic strip or sheet is produced.
  • the (surface) temperature of the strip can be used as a control variable or sheet metal use, which is then determined computationally at the exit of the last roll stand of the rolling mill on the basis of or proceeding from the temperature of the strip or sheet measured upstream of the last roll stand of the rolling mill, for example with the help of a pyrometer.
  • the model / program calculates the amount of water required to achieve these values / parameters in a respective cooling zone. The results are immediately visualized and updated with each new cyclical calculation. In this sense, there is an online calculation and control.
  • the temperature distribution in the system ie in the section of the strip or sheet that is between the point at which the temperature is measured upstream of the last roll stand of the rolling mill and the output of the last rolling stand is located
  • the Fourier see 'heat equation are determined, which presents itself as follows: in which:
  • T the calculated absolute temperature in Kelvin
  • Phase transition liquid-solid means released energy of the system.
  • the temperature distribution in the system ie in the section of the strip or sheet that is between the point at which the temperature is measured upstream of the last roll stand of the rolling mill and the Exit of the last roll stand
  • a total enthalpy can be determined as the free molar total enthalpy (H) of the system by means of the Gibbs energy (G) at constant pressure (p), according to the equation: in which:
  • T the absolute temperature in Kelvin
  • the Gibbs energy (G) of the entire system as the sum of the Gibbs energies of the pure phases and their phase proportions are determined according to the equation: in which:
  • G the Gibbs energy of the system
  • f ' the Gibbs energy share of the respective phase or of the respective phase share in the overall system
  • G ' the Gibbs energy of the respective pure phase or the respective phase fraction
  • selected cooling zones of a system with which a metallic strip or sheet is manufactured or processed can be controlled or regulated in a targeted manner with regard to the supplied coolant quantities.
  • the method according to the invention is characterized in that at least one cooling area of such a system is controlled or regulated by means of the temperature calculation model embodied as a metallurgical process model.
  • the temperature profile in the named system of the strip or sheet ie in the section of the strip or sheet that is between the point at which the temperature is upstream of the last roll stand of the rolling mill is measured, and the output of the last roll stand is located) depending on the material, with the aim of thereby precisely calculating the temperature of the strip or sheet at the output of the last roll stand of the rolling mill.
  • the invention therefore also provides that the temperature profile in the material block or material section is determined and set as a function of the material by means of the temperature calculation model.
  • the use of the method or the calculation method is particularly suitable for performing this online and for controlling the manufacturing process for the strip or sheet metal.
  • the use is therefore further characterized in that the above-mentioned temperature calculation model is used not only for online determination of the temperature of the strip or sheet at the exit of the last roll stand of the rolling mill, but also to control at least one cooling zone of a system used to produce such a strip or sheet.
  • Figure 1 shows the Gibbs energy for pure iron
  • FIG. 2 a (constructed) phase diagram with Gibbs energies
  • FIG. 3 the course of the total enthalpy according to Gibbs for a low-carbon steel
  • FIG. 4 shows a basically simplified side view of a system with which a metallic strip or sheet according to an inventive
  • Figure 5 shows a temperature profile for the strip or sheet metal over the length of the
  • FIG. 4 A preferred embodiment of a method according to the invention for producing a metallic strip or sheet 1 is explained below with reference to FIGS. At this point it is noted separately pointed out that the drawing in FIG. 4, FIG. 6 and FIG. 7 is only shown in a simplified manner and in particular without a scale.
  • a temperature calculation model is used with which a temperature of the produced metallic strip or sheet 1 at an outlet of a last roll stand of a rolling plant can be calculated in a targeted manner.
  • the basis of the temperature calculation is Fourier's heat equation (1), in which Cp represents the specific heat capacity of the system, l the thermal conductivity, p the density and s the spatial coordinate. T indicates the calculated temperature.
  • Q on the right takes into account the energies released during the phase transition (equation 2). In the transition from liquid to solid, this term characterizes the heat of fusion, f s indicates the degree of phase transformation.
  • the total enthalpy Fl or the molar enthalpy of a material area or material section can be calculated using the Gibbs energy as follows (3): with the molar Gibbs energy G of the system.
  • the Gibbs energy of the overall system can be calculated using the Gibbs energies of the pure phases and their phase proportions
  • Equation (4) the terms each correspond to a single element energy, a contribution for the ideal mixture and a contribution for the non-ideal mixture and the magnetic energy (equation 7). If the Gibbs energy of the system is known, the molar specific heat capacity can be calculated from this:
  • Figure 1 shows the representation of the Gibbs energy for pure iron. It can be seen from this that the individual phases ferrite, austenite and the liquid phase assume a minimum for a certain characteristic temperature range at which these phases are stable.
  • FIG. 3 shows the course of the total enthalpy according to Gibbs for a low-carbon steel as a function of temperature. In addition, the solidus and liquidus temperatures are shown in the picture.
  • FIG. 4 shows, in a fundamentally simplified manner, a side view of a system 10 which is set up for the application of the method according to the invention and with which a strip or sheet metal 1 is produced or processed in a conveying direction F.
  • the installation 10 comprises a multi-stand rolling mill 11 which, in the example shown here, has a first rolling stand 12, a central rolling stand 13 and a last rolling stand 14.
  • a rapid cooling device 16 is arranged, on which further cooling in the form of a laminar cooling device 18 is included.
  • a reel 20 is provided with which a finished strip 1 can be wound up.
  • an intermediate stand cooling system which is not designated in any more detail, is provided for the rolling mill 11.
  • an arrow “F” designates a conveying direction (from left to right in the image area) in which a strip or sheet 1 is moved in the system 10 or the rolling mill 11 with the mentioned rolling stands 12 -14 passes.
  • the system 10 is equipped with several temperature measuring devices in order to determine the temperature of the strip or sheet metal at various points.
  • These temperature measuring devices include: a first pyrometer P1, which - viewed in the conveying direction F - is arranged upstream of the first roll stand 12; a second pyrometer P2, which is arranged between the second roll stand 13 and the last roll stand 14 (and thus - as seen in the conveying direction F - upstream of the last roll stand 14); a third pyrometer P3 which - viewed in the conveying direction F - is arranged between the rolling mill 11 and the laminar cooling device 18; and a fourth pyrometer P4 arranged between the laminar cooler 18 and the reel 20.
  • a temperature T2 is measured, which is the strip or sheet 1 before it enters the last roll stand 14.
  • T1 and T4 are referred to below as T1, T3 and T4.
  • the system 10 further comprises a computing and control device, hereinafter referred to only briefly as the control device, which is designated by “100” in FIG. 4 and symbolized in simplified form in the form of a rectangle.
  • the control device 100 is equipped with the temperature calculation model.
  • the temperature calculation model can have a DTR or DSC (dynamic temperature control / dynamic solidification control) control or be based on it. The calculation is carried out using a finite difference method.
  • the vertical arrows that are shown in the illustration of FIG. 4 between the system 10 and the rectangle for the control device 100 symbolize the interactions between individual components of the system 10 and the control device 100.
  • the arrows pointing upwards illustrate that the temperatures measured in each case by means of the pyrometers P1-P4 are input into the control device 100 and processed therein by means of signals.
  • the arrows pointing downwards symbolize that the assigned components of the system 10 can be controlled or regulated by the control device 10 - this relates to the inter-stand cooling (between the first roll stand 12 and the central roll stand 13), the last roll stand 14, the rapid cooling device 16 and / or the laminar cooling device 18, for example in relation to the supply of a quantity of coolant to these
  • a temperature TFM is then computationally determined based on the temperature T2, which was measured with the second pyrometer P2 upstream of the last roll stand 14 and entered into the control device 100 as explained Strip or sheet 1 is present directly at the exit A of the last roll stand 14.
  • This calculation is carried out according to the finite difference method for a system of the strip or sheet 1, which is carried out through the material section of the strip or sheet 1 between the point at which the second pyrometer P2 is arranged and the output A of the last roll stand 14 is formed.
  • the Fourier heat equation is solved to calculate this temperature profile or the temperature TFM.
  • the boundary conditions in the rolling mill 11 eg temperature output both to air via radiation and convection and to the rolls of the last roll stand 14
  • the cooling section temperature output to water cooling, air and roller table
  • the development of heat caused by phase transformation which can arise either in the rolling mill 11 or in the cooling section.
  • the different temperatures T1-T4 that are set along the length of the system 10 for a strip or sheet 1 produced therewith are shown in the diagram of FIG. 5 with a corresponding curve shape.
  • the computer-determined temperature TFM (at the output A of the last roll stand 14) and the cooling rates CR23 and CR 34 already explained above are also identified here.
  • a cooling water supply for the strip or sheet metal 1 is then possibly provided by means of the control device 100 appropriately adapted, ie controlled or regulated.
  • Such a control (or regulation) of the cooling water supply can take place for the purpose that a temperature of the strip or sheet 1 at the output A of the last roll stand 14 is actually named in accordance with the predetermined reference value TFM ref , and / or that in particular the further temperatures T3 (for pyrometer P3) and / or T4 (for pyrometer P4) can be adapted accordingly.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the system 10, in which, compared to the embodiment of FIG. 4, the components inductive heating 26, furnace 28 and / or heat insulating hood 30 are additionally provided.
  • these components 26, 28, 30 - viewed in the conveying direction F of the strip or sheet - are each arranged upstream of the rolling mill 11, wherein the strip or sheet 1 can be guided through these components.
  • thermal insulation hood 30 With regard to the mode of operation of the thermal insulation hood 30, it is pointed out separately that this represents a device with which the strip or sheet metal 1 is thermally insulated.
  • the degree of thermal insulation for the strip or sheet metal 1 on a roller table can be influenced by opening or closing the thermal insulation hood 30. Activation by means of the control device 100 opens or closes the thermal insulation hood 30 accordingly, or also transfers it to an intermediate position, the temperature for the strip or sheet 1 being influenced as a function of the respective position of the thermal insulation hood 30 11.
  • a pre-strip cooling 24 is provided for the system 10 - viewed in the conveying direction F of the strip or sheet 1 - upstream of the rolling mill 11, which, as indicated by the symbolic arrow, is also controlled or regulated by the control device 100 can be.
  • an amount of coolant for this pre-strip cooling 24 is then controlled or regulated in order to specifically influence or reduce the temperature of the strip or sheet 1.
  • “22” symbolizes interframe cooling, which can also be controlled or regulated by means of the control device 100, namely by adapting the amount of coolant supplied and / or by the number of spray nozzles used.
  • reference values T1 ref, T2ref, T3ref, T4ref to be specified in the control device 100 or for the temperature calculation model stored therein also for the temperatures T1, T2, T3 and T4 on the basis of a structure model to achieve optimal properties.
  • the reference values would have to be determined on the basis of empirical values or measurement and production data. This can be, for example, models based on neural networks, the kriging algorithm or the like.
  • the temperature calculation can be carried out using the Gibbs energies and the enthalpy. In this regard, reference may be made to the explanations given above for equations (1) - (8).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bandes oder Blechs (1), bei dem das Band oder Blech in einem mehrgerüstigen Walzwerk (11) gewalzt und hinter dem letzten Walzgerüst (14) des Walzwerks (11) in Förderrichtung (F) ausgebracht wird, wobei das Band oder Blech (1) in dem mehr- gerüstigen Walzwerk (11) und/oder –in Förderrichtung (F) gesehen – stromabwärts des Walzwerks (11) gekühlt wird, wobei eine Temperatur des Bandes oder Blechs (1) –in Förderrichtung (F) gesehen –stromaufwärts des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11) gemessen wird. Ausgehend von dieser gemessenen Temperatur wird dann mit Hilfe eines Temperaturberechnungsmodells am Ausgang (A) des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11) eine Temperatur für das Band oder Blech (1) rein rechnerisch bestimmt, mit der nach einem Vergleich mit einem vorbestimmten Referenzwert weitere Prozesse des Herstellungsverfahrens steuer-oder regelbar sind.

Description

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bandes oder Blechs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bandes oder Blechs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, in Anlagen zur Herstellung von Bändern oder Blechen aus Stahl (z.B. Warmbandstrassen oder CSP-Anlagen) den Temperaturverlauf für das Band bzw. Blech über der Anlagenlänge einzustellen Beispielsweise ist es aus DE 2 023 799 A bekannt, in einer Walzanlage mit einer Fertigstraße einen Rolltisch mit steuerbaren Sprühvorrichtungen zur Kühlung eines Bandes vorzusehen, wobei die Ansteuerung der Sprühvorrichtungen mit Hilfe eines Temperaturregelsystems erfolgt. Entlang der Förderrichtung des Bandes sind eine Mehrzahl von Pyrometern vorgesehen, mit denen eine jeweilige Temperatur des Bandes gemessen wird. Auf Grundlage einer adaptiven Rückführung der mittels der Pyrometer gemessenen Temperaturen können die Sprühbilder (bzw. die Menge an zugeführtem Kühlwasser) für ein gerade gekühltes Band verändert bzw. angepasst werden. Aus EP 2 959 984 B1 ist ein Herstellungsverfahren für ein warmgewalztes Stahl blech bekannt, wobei Kühlwasser an einer Innenseite eines letzten Gerüsts bzw. Endgerüsts eines Walzwerks auf einer unteren Prozessseite des Endgerüsts in einer Reihe von warm fertig Walzwerken versprüht wird, um dadurch für ein Walzmaterial eine schnelle Abkühlung zu erzielen. Auf einer Eintrittsseite des Endgerüsts wird eine Oberflächentemperatur des Walzmaterials gemessen, um dadurch eine eintrittsseitige Oberflächentemperatur zu ermitteln. Hiernach werden dann die gemessene eintrittsseitige Oberflächentemperatur und eine vorbestimmte eintrittsseitige Zieloberflächentemperatur miteinander verglichen, wobei auf Grundlage dieses Vergleichs ein Steuerbefehl an zumindest eine Einheit gebildet aus einer Coilbox, einer Rohbarrenerwärmungsvorrichtung, einer Entzunderungseinrichtung und/oder einer Zwischenwalzgerüstkühleinrichtung gesendet wird, so das damit die gemessene eintrittsseitige Oberflächentemperatur gleich der vorbestimmten eintrittseitigen Zieloberflächentemperatur wird.
Bei der möglichen Ausgestaltung einer Warmband- bzw. Fertigstrasse ist es bekannt, unmittelbar im Anschluss bzw. am Ausgang des letzten Walzgerüsts der Fertigstraße eine Schnellkühleinrichtung vorzusehen, mit der ein Band oder Blech, wenn es in Förderrichtung aus der Fertigstraße austritt, intensiv gekühlt wird. Für diesen Fall besteht keine Möglichkeit, die Endwalztemperatur des Bandes bzw. Blechs nach dem letzten Gerüst und vor der ersten Kühlung am Ausgang der Fertigstraße messtechnisch zu bestimmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperaturregelung und/oder zumindest einen weiteren Prozessparameter bei der Fierstellung oder Bearbeitung eines Bandes oder Blechs mit einem mehrgerüstigen Walzgerüst zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kommt bei der Fierstellung eines metallischen Bandes oder Blechs zum Einsatz, bei dem das Band oder Blech in einem mehrgerüstigen Walzwerk gewalzt und hinter dem letzten Walzgerüst des Walzwerks in Förderrichtung ausgebracht wird. FHierbei wird das Band oder Blech in dem mehrgerüstigen Walzwerk und/oder - in Förderrichtung gesehen - stromabwärts des Walzwerks gekühlt, wobei eine Temperatur des Bandes oder Blechs - in Förderrichtung gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts des Walzwerks gemessen wird. Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte:
(i) Berechnen einer Temperatur für das Band oder Blech unmittelbar am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks mittels eines Temperaturberechnungsmodells auf Basis der stromaufwärts des letzten Walzgerüsts des Walzwerks gemessenen Temperatur des Bandes oder Blechs, wobei dieser Berechnungsschritt für ein System gebildet durch den Materialabschnitt des Bandes oder Blechs zwischen der Stelle, an der die Temperatur stromaufwärts des letzten Walzgerüsts gemessen wird, und dem Ausgang des letzten Walzgerüsts durchgeführt wird,
(ii) Vergleichen der für das Band oder Blech am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks berechneten Temperatur mit einem vorbestimmten Referenzwert, und
(iii) Anpassen (Steuern, vorzugsweise Regeln) zumindest eines Prozessparameters für das Band oder Blech unter Berücksichtigung des Vergleichs der berechneten Temperatur mit dem vorbestimmten Referenzwert gemäß Schritt (ii), wobei in Abhängigkeit dieses Prozessparameters das Band oder Blech bearbeitet, erwärmt oder gekühlt wird.
Bei dem zumindest einen Prozessparameter, der gemäß Schritt (iii) des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung bzw. in Abhängigkeit von der berechneten Temperatur am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks und dem hierzu angestellten Vergleich angepasst (z.B. gesteuert oder geregelt) wird, kann es sich um die Temperatur einer Zwischengerüstkühlung und/oder einer Vorbandkühlung (beeinflusst durch die Menge an zugeführtem Kühlwasser) handeln, die jeweils - in Förderrichtung des Bandes oder Blechs gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts bzw. des Walzwerks angeordnet sind. Alternativ hierzu kann es sich bei dem zumindest einen Prozessparameter auch um die Temperatur einer induktiven Heizung und/oder eines Ofens handeln, die bzw. der - in Förderrichtung des Bandes oder Blechs gesehen - stromaufwärts des Walzwerks angeordnet sind. Ergänzend oder alternativ kann es sich bei dem erfindungsgemäß gesteuerten oder geregelten Prozessparamter auch um die Bandgeschwindigkeit handeln, mit welcher das Band oder Blech durch das Walzwerk hindurch transportiert wird. Ergänzend und/oder alternativ kann es sich bei dem Prozessparameter auch um die Betriebsstellung einer- in Förderrichtung (F) gesehen - stromaufwärts des Walzwerks angeordneten Wärmedämmhaube handelt, wobei die Wärmedämmhaube im Schritt (iii) unter Berücksichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) relativ zum Band oder Blech geöffnet oder geschlossen wird. Jedenfalls gestatten die vorstehend genannten Varianten für das erfindungsgemäße Verfahren eine gezielte Einstellung bzw. Beeinflussung von Temperaturen eines Bandes oder Blechs bei dessen Fierstellung.
An dieser Stelle wird gesondert darauf hingewiesen, dass - falls es sich bei dem Prozessparameter um die Temperatur einer Kühleinrichtung handelt - dann die technische Umsetzung in der zugehörigen Anlage zur Fierstellung bzw. Bearbeitung eines Bandes oder Blechs über die Menge an zugeführtem Kühlmittel und/oder die Anzahl von aktiven bzw. eingeschalteten Kühlzonen bzw. Spritzdüsen erreicht wird.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird darauf hingewiesen, dass in Bezug auf die Fierstellung eines metallischen Bandes oder Blechs sowohl die Kenntnis einer exakten Temperaturverteilung als auch deren Einhaltung an vorbestimmte Sollwerte zum Erhalt eines qualitativ hochwertigen Produktes, wie einer Dünn- oder Dickbramme sowie von Knüppel- oder Langprodukten aus Stahl- und Eisenlegierungen, von fundamentaler Bedeutung sind. Die Temperatur verteilung des Metallstranges oder einer Bramme stellt daher insbesondere für die Steuerung des Bearbeitungsprozesses, z.B. innerhalb einer Fertigstraße und/oder stromabwärts hiervon, eine wichtige Größe dar, die aber nicht unmittelbar an jeder Stelle einer Anlage z.B. durch den Einsatz von Pyrometern gemessen werden kann.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass es mit Hilfe der Berechnung gemäß Schritt (i) möglich ist, einen Prozessparameter z.B. in Form der Temperatur für das Band oder Blech unmittelbar am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks zu bestimmen, insbesondere auch für den Fall, dass sich dort eine Schnellkühleinrichtung anschließt. Bei dieser berechneten Temperatur kann es sich vorzugsweise um eine Oberflächentemperatur des Bandes oder Blechs handeln. Im Vergleich hierzu ist es nämlich nach dem Stand der Technik nicht möglich, am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks messtechnisch eine Temperatur des Bandes oder Blechs, das in Förderrichtung aus diesem letzten Walzgerüst ausgebracht wird, zu bestimmen, falls sich unmittelbar im Anschluss an das letzte Walzgerüst eines Walzwerks eine Schnell kühleinrichtung befindet. Durch einen Vergleich der rechnerisch bestimmen Temperatur mit einem vorbestimmten Referenzwert gemäß Schritt (ii) kann dann eine Kühlwasserzufuhr derart gesteuert, vorzugsweise geregelt werden, dass damit die Temperatur des Bandes oder Blechs am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks diesen vorbestimmten Referenzwert erreicht. Ergänzend und/oder alternativ hierzu ist es möglich, die Kühlwasserzufuhr für das Band bzw. Blech auch in anderen Bereichen einer Anlage, mit der das metallische Band bzw. Blech hergestellt wird, unter Berücksichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) anzupassen (d.h. zu steuern oder zu regeln), beispielsweise bei einer - in Förderrichtung gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts angeordneten Zwischengerüstkühlung, bei einer - in Förderrichtung gesehen - stromabwärts des letzten Walzgerüsts des Walzwerks angeordneten Laminarkühleinrichtung, und/oder bei einer - in Förderrichtung gesehen - unmittelbar stromabwärts des letzten Walzgerüsts des Walzwerks angeordneten Schnellkühleinrichtung.
Das Temperaturberechnungsmodell, das im Schritt (i) zum Einsatz kommt, stellt ein vorzugsweise dynamisches Temperatur-Regelungs-Modell bzw. -programm dar. Die Berechnung erfolgt über ein Finite-Differenzen-Verfahren. Mittels dieses Modells lässt sich u.a. die Temperaturverteilung abhängig von den Prozess bedingungen in einem jeweiligen Abschnitt der Anlage, mit der ein metallisches Band oder Blech hergestellt bzw. bearbeitet wird, bestimmen. Hierbei kann dieses Modell oder Programm auch für Regelungszwecke in einer Kühlzone einer Anlage, mit der ein metallisches Band oder Blech hergestellt wird, eingesetzt werden. Als Regelungsgröße kann die (Oberflächen-)Temperatur des Bandes oder Blechs Verwendung finden, die auf Basis bzw. ausgehend von der - in Förderrichtung gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts des Walzwerks z.B. mit Hilfe eines Pyrometers gemessenen Temperatur des Bandes oder Blechs dann am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks rechnerisch bestimmt wird. Bei Vorgabe dieser Größe als Setzwert berechnet das Modell/Programm die zur Erreichung dieser Werte/Parameter in einer jeweiligen Kühlzone benötigten Wassermengen. Die Ergebnisse werden unmittelbar visualisiert und bei jeder neuen zyklischen Berechnung aktualisiert. In diesem Sinne liegt eine online- Berechnung und -Steuerung vor.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann im Rahmen bzw. bei Anwendung des Temperaturberechnungsmodells die Temperaturverteilung in dem System (d.h. in dem Abschnitt des Bandes oder Blechs, der sich zwischen der Stelle, an der die Temperatur stromaufwärts des letzten Walzgerüsts des Walzwerks gemessen wird, und dem Ausgang des letzten Walzgerüsts befindet) mittels der Fourier' sehen Wärmegleichung ermittelt werden, die sich wie folgt darstellt: wobei:
p = die Dichte,
cp = die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck,
T = die berechnete absolute Temperatur in Kelvin,
l = die Wärmeleitfähigkeit,
s = die zugehörige Ortskoordinate,
t = die Zeit und
Q = die vor dem Walzwerk bzw. stromaufwärts hiervon während der
Phasenumwandlung flüssig-fest frei gewordene Energie des Systems bedeuten. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann im Rahmen bzw. bei Anwendung des Temperaturberechnungsmodells die Temperaturverteilung in dem System (d.h. in dem Abschnitt des Bandes oder Blechs, der sich zwischen der Stelle, an der die Temperatur stromaufwärts des letzten Walzgerüsts des Walzwerks gemessen wird, und dem Ausgang des letzten Walzgerüsts befindet) eine Gesamtenthalpie als freie molare Gesamtenthalpie (H) des Systems mittels der Gibbs-Energie (G) bei konstantem Druck (p) ermittelt werden, nach der Gleichung: wobei:
H = die molare Enthalpie des Systems,
G = die Gibbs-Energie des Systems,
T = die absolute Temperatur in Kelvin und
p = den Druck
des Systems bedeuten.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann im Rahmen bzw. bei Anwendung des Temperaturberechnungsmodells in dem System (d.h. in dem Abschnitt des Bandes oder Blechs, der sich zwischen der Stelle, an der die Temperatur strom aufwärts des letzten Walzgerüsts des Walzwerks gemessen wird, und dem Ausgang des letzten Walzgerüsts befindet) für eine Phasenmischung die Gibbs- Energie (G) des Gesamtsystems als Summe der die Gibbs-Energien der Rein phasen sowie deren Phasenanteilen ermittelt werden nach der Gleichung: wobei:
G = die Gibbs-Energie des Systems, f' = der Gibbs-Energieanteil der jeweiligen Phase oder des jeweiligen Phasenanteils am Gesamtsystem und
G' = die Gibbs-Energie der jeweiligen Reinphase oder des jeweiligen Phasenanteils
des Systems bedeuten.
Mit der vorliegenden Erfindung können, wie erläutert, ausgewählte Kühlzonen einer Anlage, mit der ein metallisches Band oder Blech hergestellt bzw. bearbeitet wird, hinsichtlich der zugeführten Kühlmittelmengen gezielt gesteuert oder geregelt werden. Anders ausgedrückt, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass mittels des als metallurgisches Prozessmodell ausgebildeten Temperaturberechnungsmodells zumindest ein Kühlbereich einer solchen Anlage gesteuert oder geregelt wird. Da die Gibbs-Energien für nahezu alle heute weltweit hergestellten Werkstoffe bereit stehen, kann der Temperaturverlauf in dem genannten System des Bandes oder Blechs (d.h. in dem Abschnitt des Bandes oder Blechs, der sich zwischen der Stelle, an der die Temperatur stromaufwärts des letzten Walzgerüsts des Walz werks gemessen wird, und dem Ausgang des letzten Walzgerüsts befindet) werkstoffabhängig ermittelt werden, mit dem Ziel, dadurch die Temperatur des Bandes oder Blechs am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks exakt rechnerisch zu bestimmen. Die Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass mittels des Temperaturberechnungsmodells der Temperaturverlauf im Materialblock oder Materialabschnitt werkstoffabhängig ermittelt und eingestellt wird.
Da sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr schnell und zeitnah die Temperatur des Bandes oder Blechs am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks berechnen lässt, eignet sich die Verwendung des Verfahrens bzw. der Berechnungsmethode insbesondere dazu, diese Online durchzuführen und zur Steuerung des Herstellungsprozesses für das Band bzw. Blech zu benutzen. Die Verwendung zeichnet sich in Ausgestaltung daher weiterhin dadurch aus, dass das vorstehend genannte Temperaturberechnungsmodell nicht nur zur Online- Ermittlung der Temperatur des Bandes oder Blechs am Ausgang des letzten Walzgerüsts des Walzwerks, sondern auch zur Steuerung von zumindest einer Kühlzone einer zur Herstellung eines solchen Bandes bzw. Blechs eingesetzten Anlage verwendet wird.
Mittels der vorliegenden Erfindung und des zugehörigen Verfahrens ist es möglich, eine verbesserte Qualität von Produkten zu erzielen und gleichzeitig geringere Mengen an Ausschussmaterial zu erreichen
Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert, wobei verschiedene Figuren zur Verständniserleichterung beigefügt sind. Von diesen zeigen
Figur 1 eine Darstellung der Gibbs-Energie für Reineisen,
Figur 2 ein (konstruiertes) Phasendiagramm mit Gibbs-Energien,
Figur 3 den Verlauf der Gesamtenthalpie nach Gibbs für einen kohlen stoffarmen Stahl,
Figur 4 eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer Anlage, mit der ein metallisches Band oder Blech nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt wird,
Figur 5 einen Temperaturverlauf für das Band oder Blech über der Länge der
Anlage von Fig. 4, und
Figur 6, 7 jeweils prinzipiell vereinfachte Seitenansichten einer Anlage nach einer im Vergleich zur Fig. 4 ergänzten Ausführungsform, mit der ein metallisches Band oder Blech nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt wird.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 eine bevorzugte Aus- führungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines metal lischen Bandes oder Blechs 1 erläutert. An dieser Stelle wird gesondert darauf hingewiesen, dass die Zeichnung in Fig. 4, Fig. 6 und Fig. 7 lediglich vereinfacht und insbesondere ohne Maßstab dargestellt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt ein Temperaturberechnungs- modells zur Anwendung, mit dem eine Temperatur des hergestellten metallischen Bandes oder Blechs 1 an einem Ausgang eines letzten Walzgerüstes eines Walz werks gezielt berechnet werden kann.
Im Vorgriff auf eine weitere Erläuterung des Temperaturberechnungsmodells und dessen Anwendung bei einer Anlage zur Fierstellung bzw. Bearbeitung eines Bandes bzw. Blechs werden zunächst allgemeine Gesetzmäßigkeiten bezüglich der Temperaturberechnung für ein metallisches Band bzw. Blech dargestellt:
Basis der Temperaturberechnung ist die Fourier'sche Wärmegleichung (1 ), in der Cp die spezifische Wärmekapazität des Systems, l die Wärmeleitfähigkeit, p die Dichte und s die Ortskoordinate darstellen. T gibt die berechnete Temperatur an. Der Term Q auf der rechten Seite berücksichtigt freiwerdende Energien während der Phasenumwandlung (Gleichung 2). Beim Übergang von flüssig nach fest kennzeichnet dieser Term die Schmelzwärme, fs gibt den Phasenumwandlungsgrad an.
(1 ) (2)
Als notwendige Eingangsgrößen der Gleichung sind die Wärmeleitung und die Gesamtenthalpie besonders wichtig, da diese Größen das Temperaturergebnis maßgeblich beeinflussen. Die Wärmeleitfähigkeit ist eine Funktion der
io Temperatur, der chemischen Zusammensetzung und des Phasenanteils und kann experimentell genau ermittelt werden.
Der Gesamtenthalpie Fl oder die molare Enthalpie eines Materialbereichs oder Materialabschnitts kann über die Gibbs-Energie wie folgt (3) berechnet werden: mit der molaren Gibbs Energie G des Systems. Für eine Phasenmischung kann die Gibbs-Energie des Gesamtsystems über die Gibbs Energien der Reinphasen sowie deren Phasenanteilen berechnet werden
G = flGl + fYGY + fPaGpa + feaGea + fecGec (4) mit den Phasenanteilen fl der Phase f und Qf der molaren Gibbs Energie dieser Phase. Für die Austenit-, Ferrit- und Flüssigphase ( f ) ergibt sich die Gibbs Energie zu
In Gleichung (4) entsprechen die Terme jeweils einer Einzelelement-Energie, einem Beitrag für die ideale Mischung sowie einem Beitrag für die nicht ideale Mischung und der magnetischen Energie (Gleichung 7). Bei bekannter Gibbs- Energie des Systems kann daraus die molare spezifische Wärmekapazität berechnet werden:
Die Parameter der Terme der Gleichungen (5) - (7) sind in einer Thermocalc- und Matcalc-Datenbank aufgeführt und können zur Ermittlung der Gibbs-Energien einer Stahlzusammensetzung verwendet werden. Mit Hilfe einer mathematischen Ableitung ergibt sich daraus die Gesamtenthalpie dieser Stahlzusammensetzung.
Figur 1 zeigt die Darstellung der Gibbs-Energie für Reineisen. Hieraus ist ersichtlich, dass die einzelnen Phasen Ferrit, Austenit und die Flüssigphase für einen bestimmten charakteristischen Temperaturbereich ein Minimum einnehmen, bei dem diese Phasen stabil sind.
In Figur 2 sind die Phasengrenzen einer Fe-C-Legierung mit 0,02% Si, 0,310% Mn, 0,018 % P, 0,007% S, 0,02% Cr, 0,02% Ni, 0,027% AI und variablem C- Gehalt dargestellt. Mit der Formulierung der Gibbs-Energie ist es möglich, ein solches Phasendiagramm mit einer beliebigen chemischen Zusammensetzung zu konstruieren und die stabilen Phasenanteile darzustellen.
Figur 3 zeigt den Verlauf der Gesamtenthalpie nach Gibbs für einen kohlenstoff- armen Stahl (Low Carbon) als Funktion der Temperatur. Außerdem sind im Bild die Solidus- und Liquidustemperatur dargestellt.
Die Darstellung von Fig. 4 zeigt prinzipiell vereinfacht eine Seitenansicht einer für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete Anlage 10, mit der ein Band oder Blech 1 in einer Förderrichtung F hergestellt bzw. bearbeitet wird. Die Anlage 10 umfasst ein mehrgerüstiges Walzwerk 11 , das in dem hier gezeigten Beispiel ein erstes Walzgerüst 12, ein mittiges Walzgerüst 13 und ein letztes Walzgerüst 14 aufweist. Unmittelbar im Anschluss an das letzte Walzgerüst 14 bzw. an dessen Ausgangs A ist eine Schnellkühleinrichtung 16 angeordnet, an der sich weitere Kühlung in Form einer Laminarkühleinrichtung 18 einschließt. Am Ende der Herstellungsstraße ist eine Haspel 20 vorgesehen, mit der ein fertiges Band 1 aufgewickelt werden kann.
Zwischen dem ersten Walzgerüst 12 und dem mittigen Walzgerüst 13 ist eine nicht näher bezeichnete Zwischengerüstkühlung für das Walzwerk 11 vorgesehen.
In der Darstellung von Fig. 4 ist mit einem Pfeil„F“ eine Förderrichtung bezeichnet (im Bildbereich von links nach rechts), in der ein Band bzw. Blech 1 in der Anlage 10 bewegt wird bzw. das Walzwerk 11 mit den genannten Walzgerüsten 12-14 durchläuft.
Die Anlage 10 ist mit mehreren Temperaturmesseinrichtungen ausgestattet, um an verschiedenen Stellen die Temperatur des Bandes oder Blechs messtechnisch zu bestimmen. Zu diesem Temperaturmesseinrichtungen zählen: ein erstes Pyrometer P1 , das - in Förderrichtung F gesehen - stromaufwärts des ersten Walzgerüsts 12 angeordnet ist; ein zweites Pyrometer P2, das zwischen dem zweiten Walzgerüst 13 und dem letzten Walzgerüst 14 (und somit - in Förderrichtung F gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts 14) angeordnet ist; ein drittes Pyrometer P3, das - in Förderrichtung F gesehen - zwischen dem Walzwerk 11 und der Laminarkühleinrichtung 18 angeordnet ist; und ein viertes Pyrometer P4, das zwischen der Laminarkühleinrichtung 18 und der Haspel 20 angeordnet ist.
In Bezug auf das zweite Pyrometer P2, das - in Förderrichtung F gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts 14 angeordnet ist, wird gesondert hervorgehoben, dass damit eine Temperatur T2 gemessen wird, die das Band bzw. Blech 1 aufweist, bevor es in das letzte Walzgerüst 14 einläuft. In gleicher Weise werden die Temperaturen, die mit den Pyrometern P1 , P3 bzw. T4 gemessen werden, nachfolgend mit T1 , T3 bzw. T4 bezeichnet. Der Einsatz der Schnellkühleinrichtung 16 führt dazu, dass das Band oder Blech 1 zwischen dem zweiten Pyrometer P2 (=T2) und dem dritten Pyrometer P3 (= T3) mit einer Kühlrate CR23 gekühlt wird. Gleiches gilt für den Bereich zwischen dem dritten Pyrometer P3 (= T3) und dem vierten Pyrometer P4 (= T4), in dem durch den Einsatz der Laminarkühleinrichtung 18 mit einer Kühlrate CR34 gekühlt wird
Die Anlage 10 umfasst des Weiteren eine Rechen- und Steuereinrichtung, nachfolgend nur kurz als Steuereinrichtung bezeichnet, die in der Fig. 4 mit„100“ bezeichnet und vereinfacht in Form eines Rechtecks symbolisiert ist. Die Steuer einrichtung 100 ist mit dem Temperaturberechnungsmodell ausgestattet. Das Temperaturberechnungsmodell kann eine DTR- oder DSC (Dynamische Tempe ratur-Regelung/Dynamic Solidification Control)-Regelung aufweisen oder darauf beruhen. Die Berechnung erfolgt über ein Finite-Differenzen-Verfahren.
Die vertikalen Pfeile, die in der Darstellung von Fig. 4 zwischen der Anlage 10 und dem Rechteck für die Steuereinrichtung 100 gezeigt sind, symbolisieren die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Komponenten der Anlage 10 und der Steuereinrichtung 100. Im Einzelnen verdeutlichen die jeweils nach oben gerichteten Pfeile, dass die mittels der Pyrometer P1 -P4 jeweils gemessenen Temperaturen in die Steuereinrichtung 100 eingegeben und darin signaltechnisch verarbeitet werden. Die jeweils nach unten gerichteten Pfeile symbolisieren, dass die zugeordneten Komponenten der Anlage 10 von der Steuereinrichtung 10 gesteuert bzw. geregelt werden können - dies betrifft die Zwischengerüstkühlung (zwischen dem ersten Walzgerüst 12 und dem mittigen Walzgerüst 13), das letzte Walzgerüst 14, die Schnellkühleinrichtung 16 und/oder die Laminarkühleinrichtung 18, beispielweise in Bezug auf die Zufuhr einer Kühlmittelmenge zu diesen
Komponenten. Mit Hilfe des vorstehend genannten Temperaturberechnungsmodells wird auf Basis bzw. ausgehend von der Temperatur T2, die mit dem zweiten Pyrometer P2 stromaufwärts des letzten Walzgerüsts 14 gemessen und wie erläutert in die Steuereinrichtung 100 eingegeben worden ist, dann rechnerisch eine Temperatur TFM bestimmt, die für das Band oder Blech 1 unmittelbar am Ausgang A des letzten Walzgerüsts 14 vorliegt. Diese Berechnung wird nach dem Finite- Differenzen-Verfahren für ein System des Bandes oder Blechs 1 durchgeführt, das durch den Materialabschnitt des Bandes oder Blechs 1 zwischen der Stelle, an der das zweite Pyrometer P2 angeordnet ist, und dem Ausgang A des letzten Walzgerüsts 14 gebildet wird. Wie vorstehend bereits erläutert, wird zur Berechnung dieses Temperaturprofils bzw. der Temperatur TFM die Fourier’sche Wärmegleichung gelöst. Hierbei werden die Randbedingungen in dem Walzwerk 11 (z.B. Temperaturabgabe sowohl an Luft über Strahlung und Konvektion als auch an die Walzen des letzten Walzgerüsts 14) und in der Kühlstrecke (Temperaturabgabe an Wasserkühlung, Luft und Rollgang) berücksichtigt. Ebenfalls berücksichtigt wird die durch Phasenumwandlung entstehende Wärmeentwicklung, die entweder in dem Walzwerk 11 oder auch in der Kühlstrecke entstehen kann.
Die verschiedenen Temperaturen T1-T4, die sich entlang der Länge der Anlage 10 für ein damit hergestelltes Band oder Blech 1 einstellen, sind in dem Diagramm von Fig. 5 mit einem entsprechenden Kurvenverlauf dargestellt. Hierin sind auch die rechnerisch bestimmte Temperatur TFM (am Ausgang A des letzten Walzgerüsts 14) und die vorstehend bereits erläuterten Kühlraten CR23 und CR 34 kenntlich gemacht.
Im Anschluss an die rechnerische Bestimmung der Temperatur TFM wird diese von der Steuereinrichtung 100 mit einem vorbestimmten Referenzwert TFMref verglichen. Unter Berücksichtigung dieses Vergleichs wird dann mittels der Steuereinrichtung 100 ggf. eine Kühlwasserzufuhr für das Band oder Blech 1 geeignet angepasst, d.h. gesteuert oder geregelt. Eine solche Steuerung (oder Regelung) der Kühlwasserzufuhr kann zu dem Zweck erfolgen, dass eine Temperatur des Bands oder Blechs 1 am Ausgang A des letzten Walzgerüsts 14 tatsächlich mit dem vorbestimmten Referenzwert TFMref in Übereinstimmung genannt, und/oder dass insbesondere die weiteren Temperaturen T3 (beim Pyrometer P3) und/oder T4 (beim Pyrometer P4) geeignet angepasst werden.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der Anlage 10 gezeigt, bei der im Vergleich zur Ausführungsform von Fig. 4 zusätzlich die Komponenten induktive Fleizung 26, Ofen 28 und/oder Wärmedämmhaube 30 vorgesehen sind. Wie ersichtlich, sind diese Komponenten 26, 28, 30 - in Förderrichtung F des Bandes oder Blechs gesehen - jeweils stromaufwärts des Walzwerks 11 angeordnet, wobei das Band oder Blech 1 durch diese Komponenten hindurchgeführt werden kann. Die Pfeile, die ausgehend von der Steuereinrichtung 100 auf diese Komponenten 26, 28 bzw. 30 gerichtet sind, verdeutlichen, dass die induktive Fleizung 26, der Ofen 28 und/oder die Wärmedämmhaube 30 mittels der Steuereinrichtung 100 gesteuert bzw. geregelt werden können, nämlich wie vorstehend erläutert in Abhängigkeit der berechneten Temperatur TFM um dem hiermit erstellten Vergleich mit dem vorbestimmten Referenzwert TFMref. Flierdurch wird eine Temperatur für das Band oder Blech 1 gezielt beeinflusst bzw. erhöht.
In Bezug auf die Betriebsweise der Wärmedämmhaube 30 wird gesondert darauf hingewiesen, dass diese eine Einrichtung darstellt, mit der das Band oder Blech 1 wärmetechnisch isoliert wird. Durch ein Öffnen oder Schließen der Wärmedämm- haube 30 kann der Grad der wärmetechnischen Isolierung für das Band oder Blech 1 auf einem Rollgang beeinflusst werden. Durch die Ansteuerung mittels der Steuereinrichtung 100 wird die Wärmedämmhaube 30 entsprechend geöffnet oder geschlossen, oder auch in eine Zwischenstellung überführt, wobei die Temperatur für das Band oder Blech 1 in Abhängigkeit der jeweiligen Stellung der Wärmedämmhaube 30 11 beeinflusst wird. Bei der Ausführungsform von Fig. 7 ist für die Anlage 10 - in Förderrichtung F des Bandes oder Blechs 1 gesehen - stromaufwärts des Walzwerks 11 eine Vorband kühlung 24 vorgesehen, die ebenfalls, wie durch den symbolischen Pfeil angedeutet, mittels der Steuereinrichtung 100 gesteuert oder geregelt werden kann. In Abhängigkeit von der berechneten Temperatur TFM und dem Vergleich mit vorbestimmten Referenzwert TFMref wird dann eine Kühlmittelmenge für diese Vorbandkühlung 24 gesteuert oder geregelt, um damit die Temperatur des Bandes oder Blechs 1 gezielt zu beeinflussen bzw. zu vermindern. In den Darstellungen von Fig. 4, 6 und 7 ist mit„22“ eine Zwischengerüstkühlung symbolisiert, die ebenfalls mittels der Steuereinrichtung 100 gesteuert oder geregelt werden kann, nämlich durch Anpassung der zugeführten Kühlmittelmenge und/oder durch die Anzahl der eingesetzten Spritzdüsen. Für eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in der Steuereinrichtung 100 bzw. für das darin gespeicherte Temperaturberechnungsmodell auch für die Temperaturen T1 , T2, T3 und T4 anhand eines Gefügemodells entsprechende Referenzwerte T1 ref, T2ref, T3ref, T4ref vorgegeben werden, um optimale Eigenschaften erzielen zu können. Alternativ müssten die Referenzwerte aufgrund von Erfahrungswerten oder Mess und Produktionsdaten festgelegt werden. Dies können z.B. Modelle basierend auf neuronalen Netzen, dem Kriging Algorithmus oder ähnlichen sein.
Bei Abweichungen von T2 zu T2ref kann auch mit Hilfe des Gefügemodells entschieden werden, dass diese Abweichung nicht zu einer Qualitätsabwertung des zu produzierenden Bandes 1 führt. Für diesen Fall wird dann der gemessene Wert für die Temperatur T2 für dieses Band zur neuen Zielgröße, wobei entsprechend für T3 und T4 neue Zielwerte berechnet werden. Zusätzlich können die Kühlraten CR23 und/oder CR34 geändert werden, um durch den geänderten Temperaturverlauf zu den gleichen Eigenschaften zu kommen. Gleiches gilt bei Abweichungen von T3 zu T3ref oder T4 zu T4ref. Es ist ebenfalls möglich, aufgrund der vorhandenen Mess- und Produktionsdaten diese Entscheidung mit Hilfe eines datenbasierten empirischen Modells zu treffen. Dies können z.B. Modelle basierend auf neuronalen Netzen, dem Kriging Algorithmus oder ähnlichen sein.
Die Temperaturberechnung kann über die Gibbs-Energien und die Enthalpie durchgeführt werden. Diesbezüglich darf auf die obigen Erläuterungen zu den Gleichungen (1 ) - (8) verwiesen werden.
Bezugszeichenliste
1 Band oder Blech
10 Anlage
11 Walzwerk
12 erstes Walzgerüst (des Walzwerks 11 )
13 mittleres Walzgerüst (des Walzwerks 11 )
14 letztes Walzgerüst (des Walzwerks 11 )
16 Schnellkühleinrichtung
18 Laminarkühleinrichtung
20 Haspel
22 Zwischengerüstkühlung
24 Vorbandkühlung
26 induktive Heizung
28 Ofen
30 Wärmedämmhaube
100 Rechen- und Steuereinrichtung
A Ausgang (des letzten Walzgerüsts 14)
F Förderrichtung (für das Band oder Blech 1 )
P1 erstes Pyrometer
P2 zweites Pyrometer
P3 drittes Pyrometer
P4 viertes Pyrometer
T1 -T4 Temperaturen des Bandes oder Blechs 1 , an der Messstelle der
Pyrometer P1 -P4

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bandes oder Blechs (1 ), bei dem das Band oder Blech in einem mehrgerüstigen Walzwerk (11 ) gewalzt und hinter dem letzten Walzgerüst (14) des Walzwerks (11 ) in Förderrichtung (F) ausgebracht wird, wobei das Band oder Blech (1 ) in dem mehrgerüstigen Walzwerk (11 ) und/oder - in Förderrichtung (F) gesehen - stromabwärts des Walzwerks (11 ) gekühlt wird, wobei eine Temperatur (T2) des Bandes oder Blechs (1 ) - in Förderrichtung (F) gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11 ) gemessen wird,
gekennzeichnet durch die Schritte:
(i) Berechnen einer Temperatur (TFM) für das Band oder Blech (1 ) unmittelbar am Ausgang (A) des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11 ) mittels eines Temperaturberechnungsmodells auf Basis der stromaufwärts des letzten Walzgerüsts (14) des Walz werks (11 ) gemessenen Temperatur (T2) des Bandes oder Blechs (1 ), wobei dieser Berechnungsschritt für ein System gebildet durch den Materialabschnitt des Bandes oder Blechs (1 ) zwischen der Stelle, an der die Temperatur (T2) stromaufwärts des letzten Walzgerüsts (14) gemessen wird, und dem Ausgang (A) des letzten Walzgerüsts (14) durchgeführt wird,
(ii) Vergleichen der für das Band oder Blech (1 ) am Ausgang (A) des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11 ) berechneten Temperatur (TFM) mit einem vorbestimmten Referenzwert (TFMref), und
(iii) Anpassen (Steuern, vorzugsweise Regeln) zumindest eines Prozessparameters für das Band oder Blech (1 ) unter Berück sichtigung des Vergleichs der berechneten Temperatur (TFM) mit dem vorbestimmten Referenzwert (TFMref) gemäß Schritt (ii), wobei in Abhängigkeit dieses Prozessparameters das Band oder Blech bearbeitet, erwärmt oder gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der im Schritt (i) berechneten Temperatur (TFM) um eine Oberflächen temperatur des Bandes oder Blechs (1 ) handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Prozessparameter um die Temperatur einer - in Förderrichtung (F) gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts (14) angeordnete Zwischengerüstkühlung (22) des Walzwerks (11 ) handelt, wobei die Temperatur dieser Zwischengerüstkühlung (22) im Schritt (iii) unter Berück sichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Prozessparameter um die Temperatur einer - in Förderrichtung (F) gesehen - stromaufwärts des Walzwerks (11 ) ange ordneten Vorbandkühlung (24) handelt, wobei die Temperatur dieser Vorbandkühlung (26) im Schritt (iii) unter Berücksichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Prozessparameter um die Temperatur einer - in Förderrichtung (F) gesehen - stromaufwärts des Walzwerks (11 ) angeordneten induktiven Fleizung (26) handelt, wobei die Temperatur dieser induktiven Fleizung (26) im Schritt (iii) unter Berücksichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Prozessparameter um die Temperatur eines - in Förderrichtung (F) gesehen - stromaufwärts des Walzwerks (11 ) ange ordneten Ofens (28) handelt, wobei die Temperatur dieses Ofens (28) im Schritt (iii) unter Berücksichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass es sich bei dem Prozessparameter um die Betriebsstellung einer- in Förderrichtung (F) gesehen - stromaufwärts des letzten Walz- gerüsts (14) angeordneten Wärmedämmhaube (30) handelt, wobei die Wärmedämmhaube (30) im Schritt (iii) unter Berücksichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) relativ zum Band oder Blech geöffnet oder geschlossen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (iii) eine - in Förderrichtung (F) gesehen - stromabwärts des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11 ) angeordnete Laminar kühleinrichtung (18) unter Berücksichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (iii) eine - in Förderrichtung (F) gesehen - unmittelbar stromabwärts des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11 ) angeordnete Schnellkühleinrichtung (16) unter Berücksichtigung des
Vergleichs gemäß Schritt (ii) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass es sich bei dem Prozessparameter um die Temperatur einer - in Förderrichtung (F) gesehen - stromaufwärts des letzten Walzgerüsts (14) angeordnete Zwischengerüstkühlung des Walzwerks (11 ) handelt, wobei die Temperatur dieser Zwischengerüstkühlung im Schritt (iii) unter Berücksichtigung des Vergleichs gemäß Schritt (ii) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass im Rahmen des Temperaturberechnungsmodells eine Gesamtenthalpie als freie molare Gesamtenthalpie (H) des Systems mittels der Gibbs-Energie (G) bei konstantem Druck (p) nach der Gleichung
ermittelt wird, wobei
H = die molare Enthalpie des Systems,
G = die Gibbs-Energie des Systems,
T = die absolute Temperatur in Kelvin und
p = den Druck
des Systems bedeuten.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass im Rahmen des Temperaturberechnungsmodells die Tem peraturverteilung in dem System und insbesondere am Ausgang (A) des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11 ) mittels der Fourier’schen Wärmegleichung
ermittelt wird, wobei p = die Dichte,
Cp = die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck,
T = die berechnete absolute Temperatur in Kelvin,
l = die Wärmeleitfähigkeit,
s = die zugehörige Ortskoordinate,
t = die Zeit und
Q = die vor dem Walzwerk (11 ) bzw. stromaufwärts hiervon während der Phasenumwandlung flüssig-fest frei gewordene Energie des Systems bedeuten.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass im Rahmen des Temperaturberechnungsmodells für eine Phasenmischung die Gibbs-Energie (G) des Gesamtsystems als Summe der die Gibbs-Energien der Reinphasen sowie deren Phasenanteilen nach der Gleichung ermittelt wird, wobei G = die Gibbs-Energie des Systems,
f' = der Gibbs-Energieanteil der jeweiligen Phase oder des jeweiligen Phasenanteils am Gesamtsystem und
G' = die Gibbs-Energie der jeweiligen Reinphase oder des jeweiligen Phasenanteils
des Systems bedeuten.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der vorbestimmte Referenzwert (TFMref) mit Hilfe eines Gefügemodells zur Einstellung gewünschter Materialeigenschaften fest gelegt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage des Gefügemodells bei einer Abweichung des vorbestimmten Referenz wertes (TFMref) zur berechneten Temperatur (TFM) entschieden wird, ob eine Qualitätsabwertung des Materials wahrscheinlich ist, wobei für den Fall, dass dies nicht wahrscheinlich ist, dann die berechnete Temperatur (TFM) als neuer vorbestimmter Referenzwertes (TFMref) festgelegt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefügemodell zur Kompensation von möglichen Qualitätsabwertungen neue Referenzwerte für eine Temperatur (T3, T4) des Bandes oder Blechs auch an einer Position stromabwärts des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11 ) und/oder stromabwärts einer - in Förderrichtung (F) gesehen - stromabwärts des letzten Walzgerüsts (14) des Walzwerks (11 ) angeordneten Laminarkühleinrichtung (18) sowie zugehörige Kühlraten (CR23, CR34) vorgibt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefügemodell durch ein datenbasiertes Modell basierend auf dem Kriging Algorithmus und/oder aus neuronalen Netzen gebildet wird.
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