EP4146414B1 - Verfahren zum steuern oder regeln der temperatur eines stahlbandes bei der warmumformung in einer warmbandstrasse - Google Patents

Verfahren zum steuern oder regeln der temperatur eines stahlbandes bei der warmumformung in einer warmbandstrasse Download PDF

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EP4146414B1
EP4146414B1 EP21716283.3A EP21716283A EP4146414B1 EP 4146414 B1 EP4146414 B1 EP 4146414B1 EP 21716283 A EP21716283 A EP 21716283A EP 4146414 B1 EP4146414 B1 EP 4146414B1
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EP
European Patent Office
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temperature
process model
target value
target
hot
Prior art date
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Christoph Hassel
August Sprock
Kai GRYBEL
Guido BUSCHHOFF
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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    • 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
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/04—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing
    • C21D8/0421—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing characterised by the working steps
    • C21D8/0426—Hot rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • 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 controlling or regulating the temperature of a steel strip during hot forming in a hot strip mill.
  • the hot forming of a steel strip usually takes place in a hot strip mill.
  • This consists of different individual aggregates such as: B. furnaces, rolling stands, drives, unwinding and winding devices for the steel strip or cooling sections.
  • Such a hot strip mill is documented DE 11 2013 001434 T5 known, which forms the basis for the preamble of claims 1 and 15.
  • a variety of different devices or methods are known for controlling or regulating such units. These controls or regulations are essentially based on a target/actual value comparison and deriving appropriate corrective measures to maintain the target value.
  • the target values to be adhered to are defined based on empirical knowledge and/or previous process analyses.
  • a connection is usually formed in advance between the product properties of the steel strip and the target values of the unit to be set.
  • control or regulation of individual units of a hot strip mill is disadvantageous in that optimizing the process control of the individual unit does not always necessarily lead to the optimization of the entire manufacturing process.
  • energy and manufacturing costs can be saved through more dynamic process control.
  • the object of the invention is to further develop the known control or regulation of a hot strip mill in such a way that the setpoint specifications for the individual units are optimized across systems with regard to, for example, product properties of a steel strip.
  • a higher-level process model stores and / or exchanges target and / or actual values, including times, speeds, temperatures, cooling rates and / or heating rates, with at least two controls or regulations of the units online.
  • the higher-level process model determines based on the exchanged target and/or actual values and/or stored values and with the help of subordinate process models, such as a temperature model of the furnace, temperature model of the cooling section or a model of the forming in the hot strip mill, the temperature of the steel strip is predicted online for at least one point before the hot strip is coiled up.
  • the higher-level process model determines new setpoint specifications for the units and passes the setpoint specifications to the control or regulation of the unit in order to maintain the setpoint specification for the temperature of the steel strip.
  • the new setpoint specifications are determined with the help of an optimization algorithm that includes at least one subordinate process model.
  • the higher-level process model represents the current production status of the steel strip based on the target and/or actual values of the units.
  • suitable process models such as B. energy and material balances for a homogenization furnace or a statistical model for the structural development of a steel strip
  • the higher-level process model determines the development of a temperature curve before, for example, coiling in the future. This means that a difference between the setpoint specification for this individual unit and a possible deviation can be recognized at an early stage.
  • An optimization algorithm running in the higher-level optimization model can optimize setpoint specifications in such a way that the setpoint specification of the hot strip is achieved before coiling, taking into account previously defined optimization goals.
  • the optimization goals defined in advance can be, for example, production goals, in particular energy quantities, production quantities or quality goals.
  • the preliminary product is a slab with a thickness d B ⁇ 1 mm to d B ⁇ 300 mm, preferably d B ⁇ 50 mm to d B ⁇ 160 mm from a casting machine and that higher-level process model a casting speed, preferably between v G ⁇ 4 m/min and v G ⁇ 6 m/min, more preferably v G ⁇ 5 m/min and v G ⁇ 6 m/min and a casting machine outlet temperature, preferably T GE ⁇ 800 ° C, the slab is taken into account when determining the target specifications.
  • the optimization goal includes energy consumption, production quantity, process reliability, product properties, production costs and/or system wear.
  • a subordinate process model determines the structural development of the steel strip in the hot strip mill for at least one point, preferably before the hot strip is coiled.
  • the resulting structural development is crucial for the further material properties and/or processing of the steel strip. The more precise control or regulation of the structure development during the process makes it possible to react to deviations at an early stage and to reduce reject quantities and/or post-treatment.
  • a roughing stand and a finishing stand are ideally used.
  • advantageous temperature distributions and sequences can be set and these can also be better represented by a larger number of measuring and control points. This allows the higher-level process model to react better to deviations. Furthermore, this provides more options for intervening in the setpoint specifications of hot rolling.
  • a temperature setpoint of T FS ⁇ 850 ° C to T FS ⁇ 1050 ° C preferably T FS ⁇ 900 ° C to T FS ⁇ 1000 ° C, even more preferably T FS ⁇ 900 ° C to T FS ⁇ 950 ° C is specified by the higher-level process model.
  • a speed setpoint of v F ⁇ 0.4 m/s to v F ⁇ 1 m/s is preferably specified by the higher-level process model.
  • a temperature setpoint of Tvs ⁇ 1000°C to T VS ⁇ 1150°C is specified by the higher-level process model for the setpoint of the inlet temperature into the roughing stand.
  • the setpoint for the outlet temperature from the roughing stand is specified by the higher-level process model in a temperature range from T VE ⁇ 950°C to T VE ⁇ 1100°C.
  • a target value of d FS ⁇ 20 mm to d FS ⁇ 70 mm is specified by the higher-level process model for the target value of the inlet thickness into the finished stand.
  • the setpoint of the reel temperature is preferably specified by the process model in the range from T H ⁇ 30 ° C to T VE ⁇ 750 ° C, more preferably T H ⁇ 450 ° C to T H ⁇ 550 ° C.
  • the alloying element C has a content of 0.03% by weight to 0.15% by weight and / or manganese to a content of 0.50% by weight to 2.00 Weight percent in the steel strip is limited.
  • the optimized setpoint specifications for the production of a subsequent hot strip are the same Production objectives, in particular mechanical properties, can be used.
  • target and / or actual values are online through a higher-level process model with at least two controls or regulations of the units exchangeable and/or storable.
  • the higher-level process model based on the exchanged target and/or actual values and/or stored values and with the help of lower-level process models, determines the temperature of the steel strip online in advance for at least one point before the hot strip is coiled up and detects deviations from the predetermined temperature a setpoint specification at this point provides new setpoint values for the respective aggregates.
  • the new setpoint specifications are transferred from the higher-level process model to the control or regulation of the respective unit in order to maintain the setpoint specification for the temperature of the steel strip.
  • the new setpoint specifications are determined with the help of an optimization algorithm that includes at least one subordinate process model.
  • FIG. 1 shows a possible system diagram of a hot strip mill for producing a hot strip in which the method according to the invention is used.
  • the hot strip mill consists of a casting system 1, two shears 2, 10, two ovens 3, 6, two roughing stands 4, a transfer bar cooling system 5, an inductive heater 7, three finishing stands 8, a cooling section 9 and a reel 11 for winding up the hot strip.
  • a higher-level data processing system 12 has an integrated temperature and structure model. Setpoint and actual values are exchanged with the different systems or assigned regulations, controls and / or measuring devices and stored, for example, in the form of a database.
  • Figure 2 represents a flowchart with an exemplary networking of two units or controls of the two units with the respective process models.
  • the higher-level data processing system I transfers setpoints to the higher-level process model II of the hot strip mill. From these setpoints, for example a strength, the higher-level process model II determines a number of setpoints or setpoint ranges, for example a temperature curve with minimum and maximum temperatures, which are passed on to the lower-level process models Illa, b.
  • the subordinate process models III a, b derive specific target values for the respective unit. For example, a predetermined temperature curve with assigned times becomes a target specification for a burner control in an oven 3 or a target specification for controlling the amount of water in a cooling section 9. These are passed on to the corresponding controls of the respective units.
  • the subordinate process model III a, b can adjust the target specification.
  • An automatic optimization of the process model III a, b can also take place here using a self-learning algorithm. If the target actual size deviates from the target value V of the higher-level process model II, the target values are recalculated on the higher-level level II and adjusted if necessary.
  • Figure 3 shows a diagram with a target temperature curve B and a measured and pre-calculated temperature curve A.
  • the target temperature curve B begins with the end of the casting system 1 and describes the curve up to the reel 11.
  • the actual values are plotted from the end of the casting system 1 to the roughing stand 4.
  • the measured temperature is above the target temperature.
  • the higher-level process model II calculates the temperatures at the different points in the hot strip mill. Based on this temperature curve, different setpoints can be specified at different points in order to correct the temperature deviation. Different process models, material or structural models and/or optimization algorithms can be used to determine the best adaptation strategy.

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Description

    Gebiet:
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern oder Regeln der Temperatur eines Stahlbandes bei der Warmumformung in einer Warmbandstraße.
    • Stand der Technik:
  • Die Warmumformung eines Stahlbandes findet üblicherweise in einer Warmbandstraße statt. Diese besteht aus unterschiedlichen einzelnen Aggregaten wie z. B. Öfen, Walzgerüsten, Antrieben, Ab- und Aufwickeleinrichtungen des Stahlbandes oder Kühlstrecken. Eine derartige Warmbandstrasse ist aus Dokument DE 11 2013 001434 T5 bekannt, welches die Basis für den Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 15 bildet. Für die Steuerung bzw. Regelung derartiger Aggregate ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Vorrichtungen oder Verfahren bekannt. Diese Steuerungen bzw. Regelungen basieren im Wesentlichen auf einem Soll-Ist-Wertvergleich und einem Ableiten von entsprechenden Korrekturmaßnahmen zum Einhalten des Sollwertes. Dabei werden die einzuhaltenden Sollwerte auf Basis von Erfahrungswissen und / oder vorhergehenden Prozessanalysen definiert. Weiterhin wird üblicherweise im Vorfeld ein Zusammenhang zwischen Produkteigenschaften des Stahlbandes und den einzustellenden Sollwerten des Aggregates gebildet. Üblicherweise ist bei der Herstellung des Stahlbandes ein komplexer Zusammenhang zwischen verschiedensten Sollwerten und anzustrebenden Produkteigenschaften gegeben. Durch die zunehmende Digitalisierung der Anlagentechnik werden für die Entwicklung geeigneter Sollwerte die zu den gewünschten Produkteigenschaften führen, aggregatbezogene Prozessmodelle verwendet. In Abhängigkeit vom Datenstand, Komplexität der Zusammenhäng und / oder Aufwand werden dafür beispielsweise statistische Modelle, analytische Modelle oder neuronale Netze für diese aggregatbezogenen Prozessmodelle verwendet.
  • Nachteilig bei derartigen Regelungskonzepten für Warmbandstraßen aufweisend mehrere Aggregate ist, dass Wechselwirkungen bei Änderung von Sollwert-Vorgaben oder Ist-Werten über die verschiedenen Aggregate nicht durch die aggregatbezogenen Prozessmodelle und / oder Steuerungen bzw. Regelungen der Aggregate abgebildet werden. Insbesondere bei der Herstellung von Stahlbändern mit hohen Anforderungen an die Werkstoffgüte kann die komplexe Wechselwirkung von Zeit, Temperatur, Gefügeentwicklung und durch diese quasistatischen Einzelaggregatregelungen schwer optimiert werden.
  • Weiterhin ist die Steuerung bzw. Regelung von Einzelaggregaten einer Warmbandstraße dahingehend von Nachteil, dass eine Optimierung der Prozessführung des Einzelaggregates nicht immer zwingend zur Optimierung des gesamten Herstellungsprozesses führt. Insbesondere in kombinierten Anlagen mit beispielsweise Stranggussanlagen können durch dynamischere Prozessführungen Energie- und Herstellungskosten eingespart werden.
    • Aufgabe der Erfindung:
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Steuerung bzw. Regelung einer Warmbandstraße dahingehend weiterzuentwickeln, dass anlagenübergreifend die Sollwert-Vorgaben für die Einzelaggregate im Hinblick auf beispielsweise Produkteigenschaften eines Stahlbandes optimiert werden.
    • Erfindung:
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Auf einem einer Warmbandstraße zugeordneten Datenverarbeitungssystem speichert und / oder tauscht ein übergeordnetes Prozessmodell Soll- und / oder Ist-Wert, aufweisend Zeiten, Geschwindigkeiten, Temperatur, Abkühlraten und/oder Aufheizraten, mit zumindest zwei Steuerungen oder Regelungen der Aggregate online aus. Das übergeordnete Prozessmodel bestimmt auf Basis der ausgetauschten Soll- und / oder Istwerte und / oder gespeicherten Werten und mit Hilfe von untergeordneten Prozessmodellen, wie beispielsweise ein Temperaturmodell des Ofens, Temperaturmodell der Kühlstrecke oder ein Modell der Umformung in der Warmbandstraße, die Temperatur des Stahlbandes für zumindest einen Punkt vor dem Aufhaspeln des Warmbandes online voraus. Das übergeordnete Prozessmodell ermittelt bei Abweichungen der vorausbestimmten Temperatur von einer Sollwert-Vorgabe an diesem Punkt neue Sollwert-Vorgaben der Aggregate, übergibt die Sollwert-Vorgaben an die Steuerung oder Regelung des Aggregates, um die Sollwert-Vorgabe für die Temperatur des Stahlbandes einzuhalten. Die Ermittlung der neuen Sollwert-Vorgaben erfolgt mit Hilfe von einem zumindest ein untergeordnetes Prozessmodell einschließenden Optimierungsalgorithmus.
  • Das übergeordnete Prozessmodell bildet auf Basis der Soll- und/oder Istwerte der Aggregate einen aktuellen Produktionszustand des Stahlbandes ab. Durch geeignete Prozessmodelle, wie z. B. Energie- und Stoffbilanzen für einen Homogenisierungsofen oder ein statistisches Modell für diejenige Gefügeentwicklung eines Stahlbandes, bestimmt das übergeordnete Prozessmodell die Entwicklung eines Temperaturverlaufes vor beispielsweise dem Aufhaspeln in die Zukunft. Hierdurch kann ein Unterschied zwischen Sollwert-Vorgabe für dieses Einzelaggregat und einer möglichen Abweichung frühzeitig erkannt werden. Ein im übergeordneten Optimierungsmodell ablaufender Optimierungsalgorithmus kann Sollwert-Vorgaben dahingehend optimieren, dass die Sollwert-Vorgabe des Warmbandes vor dem Aufhaspeln unter Berücksichtigung im Vorfeld festgelegter Optimierungsziele erreicht wird. Die im Vorfeld festgelegten Optimierungsziele können beispielsweise Produktionsziele, insbesondere Energiemengen, Produktionsmengen oder Qualitätsziele sein.
  • Bevorzugte Ausprägungen des Verfahrens sind in den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 14 dargestellt. Gemäß dem Anspruch 2 ist es bevorzugt, dass das Vorprodukt einer Bramme mit einer Dicke dB ≥ 1 mm bis dB ≤ 300 mm, bevorzugt dB ≥ 50 mm bis dB ≤ 160 mm aus einer Gießmaschine ist und dass das übergeordnete Prozessmodell eine Gießgeschwindigkeit, vorzugsweise zwischen vG ≥ 4 m/min und vG ≤ 6 m/min, mehr bevorzugt vG ≥ 5 m/min und vG ≤ 6 m/min und eine Gießmaschinenauslauftemperatur, vorzugsweise TGE ≥ 800°C, der Bramme bei der Bestimmung der Soll-Vorgaben berücksichtigt.
  • Bevorzugt umfasst, gemäß dem Anspruch 3, das Optimierungsziel den Energieverbrauch, die Produktionsmenge, die Prozesssicherheit, Produkteigenschaften, Produktionskosten und/oder den Anlagenverschleiß.
  • Weiterhin ist es, gemäß dem Anspruch 4, bevorzugt, dass ein untergeordnetes Prozessmodell die Gefügeentwicklung des Stahlbandes in der Warmbandstraße für zumindest einen Punkt, vorzugsweise vor dem Haspeln des Warmbandes, bestimmt. Neben der optimierten Temperaturführung ist die daraus resultierende Gefügeentwicklung für die weiteren Werkstoffeigenschaften und / oder Verarbeitung des Stahlbandes entscheidend. Die genauere Steuerung bzw. Regelung der Gefügeentwicklung im Prozessverlauf ermöglicht es, frühzeitig auf Abweichungen zu reagieren und die Ausschussmengen und / oder Nachbehandlungen zu reduzieren.
  • Bei der Warmumformung werden, gemäß dem Anspruch 5, idealerweise ein Vorgerüst und ein Fertiggerüst verwendet. Durch die Aufteilung der Warmumformung in ein Vorgerüst und ein Fertiggerüst können vorteilhafte Temperaturverteilungen und -abfolgen eingestellt werden und diese auch durch eine größere Anzahl von Mess- und Regelpunkten besser abgebildet werden. Dadurch kann das übergeordnete Prozessmodell besser auf Abweichungen reagieren. Weiterhin sind dadurch mehr Möglichkeiten zum Eingriff in Sollwert-Vorgaben des Warmwalzens gegeben.
  • Bevorzugt ist es, gemäß dem Anspruch 6 und 7, dass für den Sollwert der Einlauftemperatur in das Fertiggerüst ein Temperatursollwert von TFS ≥ 850°C bis TFS ≤ 1050°C, vorzugsweise TFS ≥ 900°C bis TFS ≤ 1000°C, noch mehr bevorzugt TFS ≥ 900°C bis TFS ≤ 950°C durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben wird. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn für den Sollwert der Auslauftemperatur aus dem Fertiggerüst ein Temperatursollwert innerhalb von TFE ≥ 750°C bis TFE ≤ 950°C, vorzugsweise TFE ≥ 750°C bis TFE ≤ 900°C, noch mehr bevorzugt TFE ≥ 800°C bis TFE ≤ 850°C durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben wird.
  • Für den Sollwert der Einlaufgeschwindigkeit in das Fertiggerüst wird, gemäß dem Anspruch 8, bevorzugt ein Geschwindigkeitssollwert von vF ≥ 0,4 m/s bis vF ≤ 1 m/s durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben.
  • Gemäß dem Anspruch 9 und 10 ist für den Sollwert der Einlauftemperatur in das Vorgerüst ein Temperatursollwert von Tvs ≥ 1000°C bis TVS ≤ 1150°C durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben. Der Sollwert für die Auslauftemperatur aus dem Vorgerüst wird durch das übergeordnete Prozessmodel in einem Temperaturbereich von TVE ≥ 950°C bis TVE ≤ 1100°C vorgegeben.
  • Idealerweise wird, gemäß dem Anspruch 11 und 12, für den Sollwert der Einlaufdicke in das Fertiggerüst ein Sollwert von dFS ≥ 20 mm bis dFS ≤ 70 mm durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben. Der Sollwert der Haspeltemperatur wird bevorzugt durch das Prozessmodell in dem Bereich von TH ≥ 30°C bis TVE ≤ 750°C, mehr bevorzugt TH ≥ 450°C bis TH ≤ 550°C vorgegeben.
  • Gemäß dem Anspruch 13 ist es bevorzugt, wenn das Legierungselement C auf einen Gehalt von 0,03 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% und/oder Mangan auf einen Gehalt von 0,50 Gew.-% bis 2,00 Gew.-% im Stahlband beschränkt ist.
  • Gemäß dem Anspruch 14 ist es bevorzugt, wenn die optimierten Sollwert-Vorgaben für die Herstellung eines nachfolgenden Warmbandes mit gleichen Produktionszielen, insbesondere mechanischen Eigenschaft verwendet werden. Hierdurch können bereits existierende optimierte Prozessabläufe, die durch die entsprechenden Sollwert-Vorgaben beschrieben sind, auf Weiterproduktion des gleichen Werkstoffes oder Stahlbandtyps bezogen werden. Dies spart Optimierungszeit und ermöglicht es, auf schleichende Anlagenänderungen im Vorfeld zu reagieren.
  • Erfindungsgemäss sind, gemäß dem Anspruch 15, auf einem der Warmbandstraße zugeordneten Datenverarbeitungssystem, durch ein übergeordnetes Prozessmodell Soll- und / oder Ist-Werte, aufweisend Zeiten, Geschwindigkeiten, Temperatur, Abkühlraten und / oder Aufheizraten, mit zumindest zwei Steuerungen oder Regelungen der Aggregate online austausch- und / oder speicherbar. Das übergeordnete Prozessmodell bestimmt auf Basis der ausgetauschten Soll- und / oder Ist-Werten und / oder gespeicherten Werten und mit Hilfe von untergeordneten Prozessmodellen die Temperatur des Stahlbandes für zumindest einen Punkt vor dem Aufhaspeln des Warmbandes online voraus und ermittelt bei Abweichungen der vorausbestimmten Temperatur von einer Sollwertvorgabe an diesem Punkt neue Sollwertvorgaben der jeweiligen Aggregate. Die neuen Sollwertvorgaben werden vom übergeordneten Prozessmodell an die Steuerung oder Regelung des jeweiligen Aggregates übergeben, um die Sollwertvorgabe für die Temperatur des Stahlbandes einzuhalten. Dabei erfolgt die Ermittlung der neuen Sollwertvorgaben mit Hilfe von einem zumindest ein untergeordnetes Prozessmodell einschließenden Optimierungsalgorithmus.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Der Beschreibung sind die folgenden drei Figuren beigefügt:
    • Figur 1:
    Anlagenschema Warmbandstraße
    Figur 2:
    Regelungsschema mit übergeordnetem Prozessmodell
    Figur 3:
    Vergleich Temperaturverlauf Sollwert, Ist-Wert
  • Figur 1 zeigt ein mögliches Anlagenschema einer Warmbandstraße zur Herstellung eines Warmbandes bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Die Warmbandstraße besteht aus einer Gießanlage 1, zwei Scheren 2, 10, zwei Öfen 3, 6, zwei Vorgerüsten 4, einer Transferbarkühlung 5, einer induktiven Heizung 7, drei Fertiggerüsten 8, einer Kühlstrecke 9 und einer Haspel 11 zum Aufwickeln des Warmbandes. Ein übergeordnetes Datenverarbeitungssystem 12 weist ein integriertes Temperatur- und Gefügemodell auf. Soll- und Istwerte werden mit den unterschiedlichen Anlagen bzw. zugeordneten Regelungen, Steuerungen und / oder Messeinrichtungen ausgetauscht und beispielsweise in Form einer Datenbank gespeichert.
  • Figur 2 stellt ein Ablaufdiagramm mit einer beispielhaften Vernetzung von zwei Aggregaten bzw. Regelungen der zwei Aggregate mit den jeweiligen Prozessmodellen dar. Das übergeordnete Datenverarbeitungssystem I übergibt Sollwerte an das übergeordnete Prozessmodell II der Warmbandstraße. Aus diesen Sollwerten, beispielsweise eine Festigkeit, ermittelt das übergeordnete Prozessmodell II eine Anzahl von Sollwerten oder Sollwertbereichen, beispielsweise ein Temperaturverlauf mit jeweils min. und max. Temperaturen, die an die untergeordneten Prozessmodelle Illa, b übergeben werden. Die untergeordneten Prozessmodelle III a, b leiten daraus spezifische Sollwerte für das jeweilige Aggregat ab. Beispielsweise wird aus einer vorgegebenen Temperaturkurve mit zugeordneten Zeitpunkten eine Sollvorgabe für eine Brennersteuerung in einem Ofen 3 oder eine Sollvorgabe für die Steuerung der Wassermenge in einer Kühlstrecke 9. Diese werden an die entsprechenden Regelungen der jeweiligen Aggregate weitergegeben.
  • Falls die Werte innerhalb des Aggregates nicht erreicht werden, kann das untergeordnete Prozessmodell III a, b die Sollvorgabe anpassen. Ebenfalls kann hier auch eine automatische Optimierung des Prozessmodells III a, b mittels eines selbstlernenden Algorithmus erfolgen. Weicht die Ziel-Istgröße von den Zielwertvorgabe V des übergeordneten Prozessmodells II ab, wird auf der übergeordneten Ebene II die Sollwerte neu berechnet und ggf. angepasst.
  • Figur 3 zeigt ein Diagramm mit einem Solltemperaturverlauf B und einem gemessenen sowie vorausberechneten Temperaturverlauf A. Der Solltemperaturverlauf B beginnt mit dem Ende der Gießanlage 1 und beschreibt den Verlauf bis zur Haspel 11. Die Istwerte sind vom Ende der Gießanlage 1 bis zum Vorgerüst 4 aufgetragen. Dabei ist die gemessene Temperatur oberhalb der Solltemperatur. Das übergeordnete Prozessmodell II berechnet ab diesem Punkt die Temperaturen an den unterschiedlichen Stellen in der Warmbandstraße voraus. Auf Basis dieser Temperaturkurve können an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Sollwerte neu vorgegeben werden, um die Temperaurabweichung zu korrigieren. Dabei können unterschiedliche Prozessmodelle, Werkstoff- bzw. Gefügemodelle und / oder Optimierungsalgorithmen verwendet werden, um die beste Anpassungsstrategie zu bestimmen. Tabelle 1: Bezugszeichen
    1 Gießanlage
    2 Schere
    3 Ofen
    4 Vorgerüste
    5 Transferbarkühlung
    6 Ofen
    7 Induktive Heizung
    8 Fertiggerüste
    9 Kühlstrecke
    10 Schere
    11 Haspel
    12 Integriertes Temperatur- und Gefügemodell
    I Datenverarbeitungssystem
    II Übergeordnetes Prozessmodell
    III a, b Untergeordnetes Prozessmodell
    IV a, b Regelung des Aggregates
    V Zielwertvorgabe
    A Ist-Wertkurve bzw. voraus berechneter Verlauf
    A4 Ist-Temperatur Vorgerüst
    B Sollwertkurve

Claims (15)

  1. Verfahren zum Steuern oder Regeln der Temperatur eines Stahlbandes mit den Legierungselementen in Gew-% Min Max C 0 1 Mn 0 2,5
    bei der Warmumformung von einem Vorprodukt mit einer Dicke zwischen dV ≥ 1 mm und dV ≤ 300 mm zu einem Warmband mit einer Warmbanddicke dWB ≤ 25 mm und einer Warmbandbreite zwischen bWB ≥ 900 mm und bWB ≤ 2100 mm, einer Zielhaspeltemperatur TH ≥ 30°C bis TH ≤ 750°C in einer Warmbandstraße, insbesondere TH ≥ 400°C bis TH ≤ 750°C , aufweisend zumindest einen Ofen (3) zur Erwärmung und / oder Temperaturhomogenisierung des Vorproduktes, mindestens ein Walzgerüst zum Warmwalzen des Vorproduktes, eine Kühlstrecke (9) zur gezielten Abkühlung des Warmbandes nach dem Umformen sowie eine Haspel (11) zum Aufwickeln des Warmbandes zu einem Coil, wobei das jeweilige einzelne Aggregat eine eigene Steuerung oder Regelung für die vorgegebenen Sollwerte aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - auf einem der Warmbandstraße zugeordneten Datenverarbeitungssystem (I) ein übergeordnetes Prozessmodell (II) Soll- und / oder Ist-Werte, aufweisend Zeiten, Geschwindigkeiten, Temperatur, Abkühlraten und / oder Aufheizraten, mit zumindest zwei Steuerungen oder Regelungen der Aggregate online austauscht und / oder speichert;
    - das übergeordnete Prozessmodell (II) auf Basis der ausgetauschten Soll- und / oder Ist-Werte und / oder gespeicherten Werte und mit Hilfe von untergeordneten Prozessmodellen (IIIa, IIIb) die Temperatur des Stahlbandes für zumindest einen Punkt vor dem Aufhaspeln des Warmbandes online vorausbestimmt; und
    - das übergeordnete Prozessmodell (II) bei Abweichungen der vorausbestimmten Temperatur von einer Sollwertvorgabe an diesem Punkt neue Sollwertvorgaben der Aggregate ermittelt, sowie an die Steuerung oder Regelung des Aggregates übergibt, um die Sollwertvorgabe für die Temperatur des Stahlbandes einzuhalten; und
    - die Ermittlung der neuen Sollwertvorgaben mit Hilfe von einem zumindest ein untergeordnetes Prozessmodell (IIIa, IIIb) einschließenden Optimierungsalgorithmus erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Vorprodukt eine Bramme mit einer Dicke dB ≥ 50 mm bis dB ≤ 160 mm aus einer Gießmaschine ist; und
    - das übergeordnete Prozessmodell (II) eine Gießgeschwindigkeit, vorzugsweise zwischen vG ≥ 4 m/min und vG ≤ 6 m/min, mehr bevorzugt vG ≥ 5 m/min und vG ≤ 6 m/min und eine Gießmaschinenauslauftemperatur, vorzugsweise TGE ≥ 800°C, der Bramme bei der Bestimmung der Soll-vorgaben berücksichtigt.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Optimierungsziel den Energieverbrauch, die Produktionsmenge, die Prozesssicherheit, Produkteigenschaften, Produktionskosten und / oder Anlagenverschleiß umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein untergeordnetes Prozessmodell (IIIa, IIIb) die Gefügeentwicklung des Stahlbandes in der Warmbandstraße für zumindest einen Punkt, vorzugsweise vor dem Haspeln des Warmbandes, bestimmt.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei der Warmumformung ein Vorgerüst (4) und ein Fertiggerüst (8) verwendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für den Sollwert der Einlauftemperatur in das Fertiggerüst ein Temperatursollwert von TFS = 850°C bis TFS = 1050°C, vorzugsweise TFS = 900°C bis TFS = 1000°C, noch mehr bevorzugt TFS = 900°C bis TFS = 950°C durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für den Sollwert der Auslauftemperatur aus dem Fertiggerüst (8) ein Temperatursollwert innerhalb von TFE ≥ 750°C bis TFE ≤ 950°C, vorzugsweise TFE ≥ 750°C bis TFE ≤ 900°C, noch mehr bevorzugt TFE ≥ 800°C bis TFE ≤ 850°C durch das übergeordnete Prozessmodell (II) vorgegeben wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für den Sollwert der Einlaufgeschwindigkeit in das Fertiggerüst (8) ein Geschwindigkeitssollwert von vF ≥ 0,4 m/s bis vF ≤ 1 m/s durch das übergeordnete Prozessmodell (II) vorgegeben wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für den Sollwert der Einlauftemperatur in das Vorgerüst (4) ein Temperatursollwert von Tvs ≥ 1000°C bis Tvs :5 1150°C durch das übergeordnete Prozessmodell (II) vorgegeben wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für den Sollwert der Auslauftemperatur aus dem Vorgerüst (4) ein Temperatursollwert von TVE ≥ 950°C bis TVE ≤ 1100°C, durch das übergeordnete Prozessmodell (II) vorgegeben wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für den Sollwert der Einlaufdicke in das Fertiggerüst (8) ein Sollwert innerhalb von dFS ≥ 20 mm bis dFS ≤ 70 mm durch das übergeordnete Prozessmodell (II) vorgegeben wird.
  12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für den Sollwert der Haspeltemperatur ein Temperatursollwert von TH ≥ 30°C bis TVE ≤ 750°C, bevorzugt TH ≥ 450°C bis TH ≤ 550°C, durch das übergeordnete Prozessmodell (II) vorgegeben wird.
  13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Legierungselement C auf einen Gehalt von 0,03 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% und / oder Mn auf einen Gehalt von 0,50 Gew.-% bis 2,00 Gew.-% im Stahlband beschränkt ist.
  14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die optimierten Sollwertvorgaben für die Herstellung eines nachfolgenden Warmbandes mit gleichen Produktionszielen, insbesondere der mechanischen Eigenschaften, verwendet werden.
  15. Vorrichtung für das Steuern oder Regeln der Temperatur eines Stahlbandes gemäß eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - auf einem der Warmbandstraße zugeordneten Datenverarbeitungssystem (I) durch ein übergeordnetes Prozessmodell (II) Soll- und / oder Ist-Werte, aufweisend Zeiten, Geschwindigkeiten, Temperatur, Abkühlraten und / oder Aufheizraten, mit zumindest zwei Steuerungen oder Regelungen der Aggregate online austausch- und / oder speicherbar sind;
    - durch das übergeordnete Prozessmodell (II) auf Basis der ausgetauschten Soll- und / oder Ist-Werte und / oder gespeicherten Werte und mit Hilfe von untergeordneten Prozessmodellen (IIIa, IIIb) die Temperatur des Stahlbandes für zumindest einen Punkt vor dem Aufhaspeln des Warmbandes online vorausbestimmbar ist; und
    - das übergeordnete Prozessmodell (II) bei Abweichungen der vorausbestimmten Temperatur von einer Sollwertvorgabe an diesem Punkt neue Sollwertvorgaben der jeweiligen Aggregate ermittelt, sowie an die Steuerung oder Regelung des jeweiligen Aggregates übergibt, um die Sollwertvorgabe für die Temperatur des Stahlbandes einzuhalten; und
    - die Ermittlung der neuen Sollwertvorgaben mit Hilfe von einem zumindest ein untergeordnetes Prozessmodell (IIIa, IIIb) einschließenden Optimierungsalgorithmus erfolgt.
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