EP4247574A1 - VERFAHREN ZUR EINSTELLUNG DER EIGENSCHAFTEN EINES WARMBANDES MIT EINER BESTIMMTEN CHEMISCHEN ZUSAMMENSETZUNG IN EINER WARMBANDSTRAßE - Google Patents

VERFAHREN ZUR EINSTELLUNG DER EIGENSCHAFTEN EINES WARMBANDES MIT EINER BESTIMMTEN CHEMISCHEN ZUSAMMENSETZUNG IN EINER WARMBANDSTRAßE

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EP4247574A1
EP4247574A1 EP21823198.3A EP21823198A EP4247574A1 EP 4247574 A1 EP4247574 A1 EP 4247574A1 EP 21823198 A EP21823198 A EP 21823198A EP 4247574 A1 EP4247574 A1 EP 4247574A1
Authority
EP
European Patent Office
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hot
hot strip
strip
rolling
grain size
Prior art date
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Pending
Application number
EP21823198.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar HOPPE
Thomas Haschke
August Sprock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4247574A1 publication Critical patent/EP4247574A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • 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
    • 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
    • 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
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • 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
    • 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
    • C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0263—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting the properties, in particular the grain size and/or the recrystallization behavior, of a hot strip with a specific chemical composition in a hot strip mill.
  • the setting of the grain size in the hot strip is not limited to one unit of the rolling mill, usually the cooling, but is set based on a temperature measurement.
  • the temperature is measured as an indicator of a target grain size, it is necessary to convert the measured temperature into an actual grain size. This conversion is related to an overall view of a manufacturing process leading to higher inaccuracies in manufacturing.
  • the object of the invention is therefore to further develop a known method for adjusting the properties of a hot strip, in particular the grain size and/or the recrystallization behavior in a hot strip mill, such that specified target values for the finish-rolled hot strip are achieved with smaller tolerances.
  • the object of the invention is achieved by a method with the method steps of claim 1. Accordingly, the method is characterized as follows: The grain size, the recrystallization behavior and/or the microstructure or at least individual microstructure components are continuously determined during hot rolling.
  • a process model connected to a higher-level control or regulation of the hot strip mill determines at least one hot strip deviation (x) between the continuously determined actual value and the specified target value for at least one property of the hot strip and/or at least one rolling deviation between the measured during hot rolling Actual value and the specified target value for hot rolling.
  • the process model determines new target values for hot rolling based on the hot strip deviation and/or the rolling deviation and taking into account the material and plant-technical possibilities and transfers these to the control or regulation of the units involved in hot rolling.
  • hot strip mill includes at least one or all of the following units: a furnace in front of a roughing stand, roughing stand, furnace and/or rapid heating between the roughing stand and a first finishing rolling stand, finishing rolling stands in a finishing rolling train, a cooling section, a coiler.
  • mill stand can mean either a roughing mill stand or a finishing mill stand.
  • hot strip means a strip section or a complete strip within a hot strip mill. Accordingly, hot strip can be in particular a slab before entering a roughing stand, a pre-strip after leaving the roughing stand, a hot strip within the finishing train or a finished strip after leaving the last finishing stand.
  • a property of the hot strip can refer to the strip section or the complete strip. However, a property can also refer to a specific position or measuring point or specified point within a hot strip mill at which the hot strip has or should have the property.
  • the "property of the hot strip” is, for example: the chemical analysis or composition, the recrystallization behavior, the dimensions, the strength, the microstructure and/or the grain size of the hot strip.
  • devices can mean either hot strip deviations between continuously determined actual values and specified target values for the properties of the hot strip or rolling deviations between measured actual values and the specified target values for hot rolling. Which of the possible meanings is meant in each case results from the context.
  • the claimed continuous measurement of the grain size enables conclusions to be drawn about the mechanical properties of the hot strip at the time of measurement and the development of the mechanical properties during further hot forming, heat treatment and/or cooling of the hot strip that is carried out as planned.
  • the actual values, in particular mechanical properties, of the hot strip can be realized with smaller deviations from the target value compared to the deviations from the target value according to the prior art, since the later actual values of the hot strip are already known during production of the hot strip can be predicted through continuous grain size determination and possible deviations can be corrected.
  • a continuous measurement within the meaning of the invention generates sufficient measured values over the length and/or width of the hot strip.
  • At least two property values are determined per strip, more preferably a property determination at a frequency of f ⁇ 1/s during hot rolling in the longitudinal extent of the strip. Transversely to the rolling direction, it is preferred if at least 2 property values, more preferably two property values, are determined per meter of strip width.
  • new modified target values for hot rolling are derived, taking into account the material and plant-related possibilities. These are transferred to the open-loop or closed-loop control, in particular to a higher-level process control system, of the aggregates involved in the hot-rolling as new setpoint values for the hot-rolling. There is still the option of manually influencing the process using a process control system assigned to the hot strip mill.
  • At least the target values, actual values, chemical analysis and the properties such as the grain size achieved, the recrystallization behavior and/or the microstructure or at least individual microstructure components are stored in a database.
  • the task of the process model connected to the higher-level control or regulation is to map cross-aggregate interactions between the target specifications on the one hand and the properties of the hot strip on the other. In the sense of the invention, the process model can also be integrated into the open-loop or closed-loop control.
  • target specifications for aggregates can be used as control parameters and influenced in such a way that the target specification for the property of the hot strip is achieved with smaller deviations from the target value.
  • a known chemical composition within the meaning of the invention means that the chemical composition before and/or during the hot forming is sufficiently determined that it can be used to determine the target values for the hot rolling. Depending on the material, it may be sufficient to determine the content of just one or a few chemical elements that determine its properties.
  • a hot strip mill in particular plant types such as a hot wide strip mill, CSP/endless plant, Steckel mill or sheet metal mill, within the meaning of the invention includes all plants for hot forming a preliminary product into a hot strip. Plants are, for example, furnaces, roll stands, cooling devices, shears, winding devices.
  • the storage of target or actual data in a database should be understood in the sense of the invention as a structured storage of the data in a storage medium. This is intended to enable and simplify subsequent use of the stored data. For example, this can be in the form of an SQL database with reference to points in time or production units.
  • the grain size is determined by means of a laser-ultrasonic method or that the grain size is determined by means of an X-ray method. Both methods have a sufficiently high measurement accuracy or measurement frequency, i.e. number of individual measurements on a hot strip, so that the measured values can be used to control or regulate the rolling process.
  • the property of the hot strip in the rolling train is ideally determined according to claim 4. Particularly pronounced structural changes occur after hot rolling and/or after the cooling section.
  • the respective measuring point can be arranged at different points in the rolling train. If several measuring points are used, they can redundantly secure a single measuring point in the rolling train with regard to the measured value or record a measured value at different locations in the rolling train. By arranging the measuring points accordingly, they can be included in the control or regulation.
  • the continuous determination of the properties, in particular the grain size, the recrystallization behavior and/or the microstructure or at least individual microstructure components takes place after the last acceptance pass and before the further processing or depositing of the hot strip.
  • grain growth and/or grain refinement can take place in the hot strip mill until cooling begins.
  • this growth is limited by the cooling of the hot strip and can be well described by a process model, for example a statistical or analytical model based on grain sizes measured on a large number of hot strips.
  • the process model preferably takes into account the static, dynamic and/or metadynamic recrystallization during the hot rolling and derives limits for the target values for the hot rolling from this.
  • limits of the target values are included in the process control of the hot strip mill and enable a more precise determination of the target values for hot rolling, in particular the presetting of the rolling mill. Furthermore, these limits can be taken into account in production planning.
  • the process model takes into account the cooling intensity and/or a temperature distribution of the hot strip before coiling and determines target values for the water quantity and water distribution used during hot rolling.
  • the structure can be influenced in different areas of the hot strip by specifically influencing the cooling or the temperature profile. As a result, material properties can be adjusted more evenly across the hot strip cross-section and/or known deviations from target values can be corrected.
  • the grain size, preferably austenite grain size, ferrite grain size and/or the microstructure or at least individual microstructure components be determined before the final cooling section and that the recrystallization behavior of the hot strip, preferably the phase transformation, for example the ferrite formation from the austenite, during cooling of the hot strip; and from this the mechanical properties of the hot strip can be determined. If the derived recrystallization behavior and/or the mechanical properties deviate from a target value, the target values for hot rolling, preferably the pass reduction, the rolling speed, the temperature, are adjusted by the cooling intensity, preferably by the amount of water and/or the water pressure, to the target values of the hot strip.
  • the object of the invention is achieved by the features of independent claim 9 .
  • the target values for hot rolling before the start of forming are derived from an existing database with corresponding target and actual values, chemical analysis, grain size achieved, microstructure, recrystallization behavior and the properties of the hot strip.
  • the process model takes into account the static, dynamic and/or metadynamic recrystallization during hot rolling and derives limits for the target values for hot rolling from this.
  • Sub-process models depict parts or entire units of the hot strip mill. these can have different characteristics and complexities. For example, heating equipment can be modeled using energy and material balances, or rolling stands can be simulated using FEM models. These are to be selected depending on the computing power available and the degree of digitization of the hot strip mill.
  • the simulation of a hot strip mill in a comprehensive model makes it possible to adjust the target values of the individual units using different optimization methods, depending on the optimization goal, in order to achieve a desired property of the hot strip or to optimize a hot strip taking into account external specifications, e.g. B. operator input to generate.
  • the determination of such target values in advance of the production of a hot strip reduces the run-in time of the hot strip mill for a special product and thus reduces costs.
  • the target values are optimized with regard to the chemical analysis of the hot strip or that the target values are optimized with regard to the grain size, preferably the austenite grain size, of the hot strip.
  • the chemical analysis of the hot strip describes the basic property ranges of the material of the hot strip. Depending on the target values, desired properties can be created or suppressed within this range.
  • the austenite grain size is a preferred property in a hot strip and can be used in setpoint optimization to more precisely control or regulate the hot strip mill with regard to the properties of the hot strip.
  • the desired values can preferably be optimized with regard to the ferrite grain size of the hot strip. This optimization focuses in particular on materials that have a property-determining ferrite content. This content can be specifically adjusted by optimizing the target values.
  • a further preferred possibility according to claim 13 is that the target values are optimized with regard to the possible system parameters.
  • it will Process used to determine or optimize design parameters, preferably parameters for presetting a hot strip mill.
  • a hot strip with defined properties is to be produced taking into account specified optimization goals, such as throughput, energy consumption, cooling water volume, etc.
  • the method determines the target values for hot rolling.
  • the target values can be optimized for a wide variety of hot-rolled strip microstructures that are accessible to modeling based on continuous grain size measurement. This also applies analogously to the control and regulation of the target values for hot rolling.
  • Fig.1a Exemplary example of a hot strip mill
  • Fig. 4 Diagram of the temperature profile and the profile of properties, in particular the profile of the grain size, for the hot strip.
  • FIG. 1a shows an example of a hot strip mill for producing a hot strip from a slab in the conveying direction F.
  • a slab is brought to the required forming temperature in a reheating furnace.
  • the roughing train is designed with two roll stands.
  • the pre-strip optionally runs through a further temperature setting or a holding oven.
  • the pre-strip is then formed into a hot strip in the finishing train with five rolling stands. After the last acceptance pass, the hot strip is cooled to a specific coiling temperature in a cooling section. At the end of the hot strip mill, the hot strip is wound into a bundle or coil using a coiler.
  • FIG. 1b shows a section of the hot strip mill in connection with the method according to the invention.
  • FIG. 1b shows the last aggregates of the hot strip train in the conveying direction F.
  • the two roll stands shown are the last stands of the finishing train, between which an interstand cooling system is arranged.
  • the cooling of the hot strip follows the finishing train. After cooling, the hot strip is wound up on the coiler to form a coil.
  • the cooling is carried out with a subsequent laminar cooling section and is particularly suitable for setting special grain sizes and microstructures.
  • a measuring device here a laser-ultrasonic measurement, for determining the grain size of the hot strip.
  • One or more further measuring devices can also optionally be arranged upstream in the hot strip mill.
  • the units shown or the control and regulation devices of the units are usually connected to external data processing and a higher-level control and regulation device.
  • the respective aggregates contain a common control and regulation device for maintaining specified target values and can, for example, transfer target values or actual values directly to external data processing or transmit them with the help of the superordinate control and regulation device.
  • External data processing can provide the stored data to the higher-level control and regulation device.
  • new modified target values are calculated by the higher-level control and regulation device.
  • the control and regulation device uses a process model connected to it.
  • These new modified setpoints can change e.g. B. refer to the dimensions, geometry, strength, grain size of the rolling stock itself, but also to process parameters of the hot rolling mill such as pass reduction, rolling speed, intermediate thicknesses, cooling settings and / or intermediate and / or final temperatures. They relate to the entire hot rolling mill.
  • the higher-level control and regulation device feeds the new target values into a connected process control system, which corrects the settings of the aggregates of the hot rolling mill to the necessary extent.
  • the measuring device is arranged after the last roll stand in the conveying direction F, but before a laminar cooling section.
  • new target specifications can be specified by the higher-level control and regulation device and passed on to various units by the process control system. It can be made for subsequent strip sections a reverse control of process settings of the hot rolling mill, such. B. the pass reductions, rolling forces, speeds, cooling settings, but it is also possible for the strip section currently being measured to be controlled in advance and the cooling intensity and cooling section length can be changed.
  • FIG. 2 shows an example of the schematic structure of the open-loop and closed-loop control in a further embodiment variant.
  • the hot rolling mill shown as a controlled system, is made up of a number of units A1 to An. At least one point in the hot rolling mill, e.g. B. before and / or after the cooling line, the measured value, here the grain size, is recorded and used as a controlled variable in the higher-level control and regulation device returned.
  • the measured deviation is transmitted to the integrated process model, which determines new target specifications for the entire hot rolling train with its units A1 to An.
  • the changed set values are forwarded to the hot rolling mill without an additional process control system from the process model integrated in the higher-level open-loop and closed-loop control device. Since the process model takes all aggregates into account, interactions with other control parameters can be taken into account overall.
  • the higher-level control and regulation device uses its integrated process model to determine the necessary settings for the rolling stands of the finishing train, e.g. B. for profile and flatness control, the adjustment, bending, roll cooling, forming speed and strip cooling (volume, application time and sequence) and enters appropriate corrections for the actuators in the event of deviations.
  • the higher-level control and regulation device determines those adjustments to the actuators that are necessary.
  • cross-aggregate interactions such. B. the cooling intensity on the flatness or z.
  • FIG. 3 shows an example of a grain size profile of a hot strip produced in a hot strip mill. It thus shows, by way of example, how an actual value, here the grain size, can be stored in a database.
  • the graphic shows two grain size curves measured over the total length L of a hot-rolled strip, with the actual value of the grain sizes being between one allowable lower and upper limits. If the limit value is not reached or exceeded, the method according to the invention can intervene.
  • the course of curve a) shows the course of the grain size without optimization due to the intervention of the superordinate control and regulation device on the hot rolling mill
  • the course of curve b) shows the course of the grain size with optimization. It is clear that curve a) exceeds or falls below the permissible limit values without the possibility of correction.
  • the course of curve b) shows that the limit values are complied with as a result of the optimization of the manipulated variables by the higher-level open-loop and closed-loop control device. Significantly smaller limit values can even be achieved, thereby improving
  • FIG. 4 compares a possible system diagram of a rolling train with a temperature profile in the rolling train and a microstructure development in a hot strip.
  • the rolling train consists, for example, of a first preheating furnace, two roughing stands, intermediate heating in the form of a second furnace, five finishing rolling stands as well as a cooling section and a coiler.
  • a measuring point M is arranged between the last finishing rolling stand and the cooling section.
  • a further measuring point N is arranged in front of the coiler in this exemplary embodiment.
  • the rolling stock is processed in conveying direction F.
  • the finished hot strip is assigned a target property “microstructure and/or grain size” KGsoii from a value range between an upper and a lower interval limit (target value window) at a defined point within the hot rolling mill.
  • target values for hot rolling are specified for the individual units of the hot rolling mill, for example based on empirical knowledge or on the basis of process models, with which the property of the hot strip is to be achieved at possible specified points.
  • the target values for hot rolling should be, for example, furnace extraction temperatures and pass reductions in the roughing stands and the finishing stands, for example at the positions AE.
  • the measuring point M for determining the actual property "microstructure and/or grain size" of the hot strip is located between the last finishing stand and the cooling line.
  • the target property “microstructure and/or grain size” KGsoii is specified for the hot strip at the position of measuring point M (specified point).
  • Figure 4 shows curves for three temperatures Tsoii, Tactual and Topt as well as for the properties KGsoii, KGist and KGopt in 2 diagrams.
  • the target course of the temperature Tsoii (Diagram 1) is specified by the process model in such a way that in interaction with the furnace extraction temperature Tsoii.A at position A, the pass reductions in the roughing stands at positions B and C, the furnace extraction temperature TSOII.D the position D and the acceptance of the hot strip in the finishing stands, for example at the position E, the hot strip at the measuring point M reaches the target property KGsoii.
  • the target values Tsoii for hot rolling are not exactly adhered to and the measured temperatures Tactual deviate from the target values, compare temperature curves Tsoii and Tactual in Diagram 1.
  • the deviation in the temperature profile leads to an actual profile of the property “microstructure and/or grain size” KGact, which is shown in Diagram 2.
  • the actual property KGist, M of the hot strip deviates at measuring point M by the value x from the upper interval limit of the target value window for the target value property KGSOII.M at measuring point M.
  • the continuous measurement of the structure development at the measuring point M first records this deviation x.
  • the process model determines new target values for hot rolling, particularly at positions AE. These new target values lead to a temperature curve T Op t (Diagram 1) and to a new property KGopt of the hot strip (Diagram 2).
  • the process model derives new target values for hot rolling from the deviations between the actual and target values for hot rolling at positions AE and at measuring point M, e.g. B.
  • the method according to the invention succeeds in bringing the desired target properties, in particular KGo P t,M at the measuring point M, into the desired target value window by adjustments in the above-mentioned process stages in the roughing and/or finishing train at the positions AE respectively.
  • the method according to the invention optionally provides for the cooling section to be closed as a further supplementary actuator in addition to the upstream actuators of the rolling mill (e.g. furnaces, roughing and finishing stands). to use.
  • the cooling section is not absolutely required as an actuator, but could also be included as an actuator for achieving or further improving the target properties of the hot strip in another case for further optimization by the method according to the invention.
  • the measuring point N between the cooling section and the coiler is then used for checking, at which it is checked again or alone whether the target property KGopt.N of the hot strip there is within a new target value window for the property KGSOII.N.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung mindestens einer Eigenschaft, insbesondere der Korngröße und / oder des Rekristallisationsverhaltens, eines Warmbandes in einer Warmbandstraße. Um vorgegebene Sollwerte für das Warmbandes mit kleineren Toleranzen erreichen zu können sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Ermittlung des Istwerte für die Eigenschaft des Warmbandes kontinuierlich während des Warmwalzens in der Warmbandstraße erfolgt; und dass ein mit einer übergeordneten Steuerung oder Regelung der Warmbandstraße verbundenes Prozessmodell mindestens eine Warmband-Abweichung (x) ermittelt zwischen dem kontinuierlich ermittelten Istwert und dem festgelegten Sollwert für die mindestens eine Eigenschaft des Warmbandes und/oder mindestens eine Walz-Abweichung ermittelt zwischen dem während des Warmwalzens gemessenen Istwert und dem festgelegten Sollwert des Warmwalzens; und dass das Prozessmodell auf Basis der Warmband-Abweichung und/oder der Walz-Abweichung sowie unter Berücksichtigung der werkstoff- und anlagentechnischen Möglichkeiten geänderte neue Sollwerte für das Warmwalzen ermittelt und diese an die Steuerung oder Regelung der am Warmwalzen beteiligten Aggregate übergibt.

Description

Verfahren zur Einstellung der Eigenschaften eines Warmbandes mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung in einer Warmbandstraße
Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Eigenschaften, insbesondere der Korngröße und/oder des Rekristallisationsverhaltens, eines Warmbandes mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung in einer Warmbandstraße.
Stand der Technik:
Verfahren zum Steuern oder Regeln von Anlagen oder Eigenschaften von Produkten, die auf Anlagen hergestellt werden, sind in unterschiedlichen Varianten aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere zum Walzen und/oder Wärmebehandeln eines Warmbandes ist ein derartiges Verfahren in der DE 10 2016 222 644 A1 offenbart. Ein Werkstoffparameter wird in dem Verfahren ermittelt und dieser zur Steuerung oder Regelung der spezifischen Anlage, beispielsweise ein Ofen, verwendet. Nachteil eines derartigen Verfahrens zur Steuerung oder Regelung von Eigenschaften eines Warmbandes ist, dass insbesondere bei komplexen Verarbeitungsketten anlagenübergreifende Wechselwirkungen eines Steuer- oder Regeleingriffs durch die einzelne, isoliert arbeitende Regelung nicht berücksichtigt werden. Dadurch kann ein kleiner Regeleingriff am Anfang oder im Verlauf einer Herstellung eines Warmbandes zu einer großen Schwankung in der gewünschten Eigenschaft führen. Weiterhin ist es mit einer derartigen Steuerung oder Regelung nicht möglich, Istwertabweichungen einer Verarbeitungsstufe durch Anpassen von Sollwerten in einem späteren Verarbeitungsschritt derartig auszugleichen, dass die Zieleigenschaft des Warmbandes eingehalten wird.
Üblicherweise wird die Einstellung der Korngröße im Warmband nicht nur auf ein Aggregat der Walzanlage, meist die Kühlung begrenzt, sondern auf einer Temperaturmessung basierend eingestellt. Durch die Messung der Temperatur als Indikator für eine Soll-Korngröße ist aber eine Umrechnung der gemessenen Temperatur in eine Ist-Korngröße notwendig. Diese Umrechnung führt bezogen auf eine Gesamtbetrachtung eines Herstellungsprozesses zu höheren Ungenauigkeiten in der Herstellung.
Aufgabe der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein bekanntes Verfahren zur Einstellung der Eigenschaften eines Warmbandes, insbesondere der Korngröße und/oder des Rekristallisationsverhaltens in einer Warmbandstraße dahingehend weiter zu entwickeln, dass vorgegebene Sollwerte für das fertiggewalzte Warmbandes mit kleineren Toleranzen erreicht werden.
Erfindung:
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist das Verfahren wie folgt gekennzeichnet: Die Korngröße, das Rekristallisationsverhalten und/oder das Gefüge oder zumindest einzelne Gefügebestandteile werden während des Warmwalzens kontinuierlich bestimmt. Ein mit einer übergeordneten Steuerung oder Regelung der Warmbandstraße verbundenes Prozessmodell ermittelt mindestens eine Warmband- Abweichung (x) zwischen dem kontinuierlich ermittelten Istwert und dem festgelegten Sollwert für die mindestens eine Eigenschaft des Warmbandes und/oder mindestens eine Walz-Abweichung zwischen dem während des Warmwalzens gemessenen Istwert und dem festgelegten Sollwert des Warmwalzens. Sodann ermittelt das Prozessmodell auf Basis der Warmband-Abweichung und/oder der Walz-Abweichung sowie unter Berücksichtigung der Werkstoff- und anlagentechnischen Möglichkeiten geänderte neue Sollwerte für das Warmwalzen und übergibt diese an die Steuerung oder Regelung der am Warmwalzen beteiligten Aggregate.
Der Begriff „Warmbandstraße“ schließt zumindest einzelne oder alle der folgenden Aggregate mit ein: einen Ofen vor einem Vorgerüst, Vorgerüst, Ofen und/oder Schnellheizung zwischen dem Vorgerüst und einem ersten Fertigwalzgerüst, Fertigwalzgerüste in einer Fertigwalzstraße, eine Kühlstrecke, einen Haspel. Dementsprechend kann der Begriff „Walzgerüst“ entweder ein Vorwalzgerüst oder ein Fertigwalzgerüst meinen.
Der Begriff „Warmband“ meint bei der vorliegenden Spezifikation einen Bandabschnitt oder ein komplettes Band innerhalb einer Warmbandstraße. Warmband kann demnach insbesondere eine Bramme vor Einlauf in ein Vorgerüst, ein Vorband nach dem Auslauf aus dem Vorgerüst, ein Warmband innerhalb der Fertigwalzstraße oder ein Fertigband nach Auslauf aus dem letzten Fertigwalzgerüst sein.
Eine Eigenschaft des Warmbandes kann sich auf den Bandabschnitt oder das komplette Band beziehen. Eine Eigenschaft kann sich aber auch auf eine konkrete Position bzw. Messstelle bzw. Vorgabestelle innerhalb einer Warmbandstraße beziehen, an der das Warmband die Eigenschaft hat oder haben soll. Bei der „Eigenschaft des Warmbandes“ handelt es sich beispielsweise um: die chemische Analyse bzw. Zusammensetzung, das Rekristallisationsverhalten, die Abmessung, die Festigkeit, die Gefügezusammensetzung und/oder die Korngröße des Warmbandes.
Der Begriff „Abweichungen“ kann entweder Warmband-Abweichungen zwischen kontinuierlich ermittelten Istwerten und festgelegten Sollwerten für die Eigenschaften des Warmbandes oder Walz-Abweichungen zwischen gemessenen Istwerten und den festgelegten Sollwerten des Warmwalzens meinen. Welche der möglichen Bedeutungen jeweils gemeint ist, ergibt sich jeweils aus dem Kontext.
Die beanspruchte kontinuierliche Messung der Korngröße ermöglicht einen Rückschluss auf die mechanischen Eigenschaften des Warmbandes zum Zeitpunkt der Messung und auf die Entwicklung der mechanischen Eigenschaften bei einer planmäßig durchgeführten weiteren Warmumformung, Wärmebehandlung und / oder Abkühlung des Warmbandes. Hierdurch können die Istwerte, insbesondere mechanische Eigenschaften, des Warmbandes in kleineren Abweichungen vom Sollwert gegenüber den Abweichungen vom Sollwert gemäß dem Stand der Technik realisiert werden, da die späteren Istwerte des Warmbandes schon bei der Produktion des Warmbandes durch die kontinuierliche Korngrößenbestimmung voraussagbar sind und mögliche Abweichungen korrigiert werden können. Eine kontinuierliche Messung im Sinne der Erfindung erzeugt ausreichend Messwerte über die Länge und / oder Breite des Warmbandes. Bevorzugt werden zumindest zwei Eigenschaftswerte pro Band bestimmt, mehr bevorzugt ist eine Eigenschaftsbestimmung im einer Frequenz von f < 1/s bei der Warmwalzung in der Längserstreckung des Bandes. Quer zur Walzrichtung ist es bevorzugt, wenn zumindest 2 Eigenschaftswerte, mehr bevorzugt zwei Eigenschaftswert pro ein Meter Bandbreite, bestimmt werden.
Bei Abweichungen zwischen den Sollwerten des Warmbandes und den abgeleiteten Sollwerten des Warmbandes werden neue geänderte Sollwerte für das Warmwalzen unter Berücksichtigung der Werkstoff- sowie anlagentechnischen Möglichkeiten abgeleitet. Diese werden an die Steuerung oder Regelung, insbesondere an ein übergeordnetes Prozessleitsystem, der am Warmwalzen beteiligten Aggregate als neue Sollwerte des Warmwalzens übergeben. Weiterhin bleibt die Möglichkeit bestehen den Prozess mittels eines der Warmbandstraße zugeordneten Prozessleitsystems manuell zu beeinflussen.
Zumindest die Sollwerte, Istwerte, chemische Analyse und die Eigenschaften, wie erreichte Korngröße, das Rekristallisationsverhaltens, und / oder das Gefüge oder zumindest einzelne Gefügebestandteile werden in einer Datenbank abgespeichert. Dadurch, dass nicht mehr nur die Sollwerte der Einzelaggregate über eine direkte Messgröße geregelt werden, sondern die Eigenschaft des Warmbandes kontinuierlich bestimmt wird, kann gezielter der gesamte Warmwalzvorgang beeinflusst werden. Das mit der übergeordnete Steuerung oder Regelung verbundene Prozessmodell hat dabei die Aufgabe, aggregatübergreifende Wechselwirkungen zwischen den Sollvorgaben einerseits und den Eigenschaften des Warmbandes andererseits abzubilden. Im erfindungsgemäßen Sinne kann das Prozessmodell auch in die Steuerung oder Regelung integriert sein. Dadurch können Sollvorgaben für Aggregate als Regelparameter genutzt und dahingehend beeinflusst werden, dass die Sollvorgabe für die Eigenschaft des Warmbandes mit kleineren Abweichungen vom Sollwert erreicht wird. Eine bekannte chemische Zusammensetzung bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die chemische Zusammensetzung vor und / oder bei der Warmumformung soweit ausreichend bestimmt ist, dass diese bei der Bestimmung der Sollwerte des Warmwalzens verwendet werden kann. In Abhängigkeit von dem Werkstoff kann es ausreichend sein, auch nur den Gehalt eines einzigen oder von wenigen eigenschaftsbestimmenden chemischen Elementen zu bestimmen.
Eine Warmbandstraße, insbesondere Anlagentypen wie eine Warmbreitbandstraße, CSP- / Endlos-Anlage, Steckel-Walzwerk oder Blech-Walzwerk, im Sinne der Erfindung umfasst alle Anlagen zur Warmumformung eines Vorproduktes zu einem Warmband. Anlagen sind beispielsweise Öfen, Walzgerüste, Kühleinrichtungen, Scheren, Aufwickeleinrichtungen.
Das Abspeichern von Soll- bzw. Istdaten in einer Datenbank soll im Sinne der Erfindung als ein strukturiertes Abspeichern der Daten in einem Speichermedium verstanden werden. Dadurch soll eine spätere Verwendung der abgespeicherten Daten ermöglicht und vereinfacht werden. Beispielsweise kann dies in Form einer SQL-Datenbank mit Bezug auf Zeitpunkte oder Produktionseinheiten erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausprägungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Ansprüchen 2 bis 9 dargestellt. Bevorzugt wird, gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, dass die Korngröße mittels eines Laser-Ultraschall-Verfahrens bestimmt wird oder dass die Korngröße mittels eines Röntgenverfahrens bestimmt wird. Beide Verfahren weisen eine ausreichend hohe Messgenauigkeit bzw. Messhäufigkeit, d.h. Anzahl von Einzelmessungen an einem Warmband, auf, so dass die Messwerte für die Steuerung oder Regelung des Walzprozesses verwendet werden können.
Zumindest an einer oder mehreren Messstellen, bevorzugt nach dem Warmwalzen und / oder nach der Kühlstrecke, wird idealerweise die Eigenschaft des Warmbandes in der Walzstraße, gemäß dem Anspruch 4, bestimmt. Nach dem Warmwalzen und / oder nach der Kühlstrecke treten besonders ausgeprägte Gefügeumwandlungen auf. Die jeweilige Messstelle kann an unterschiedlichen Stellen in der Walzstraße angeordnet sein. Sofern mehrere Messstellen verwendet werden, können diese einen einzelnen Messort in der Walzstraße redundant in Bezug auf den Messwert absichern oder einen Messwert an unterschiedlichen Orten in der Walzstraße erfassen. Durch die entsprechende Anordnung der Messstellen können diese in die Steuerung oder Regelung einbezogen werden.
Weiterhin ist es gemäß Anspruch 5 bevorzugt, wenn die kontinuierliche Bestimmung der Eigenschaften, insbesondere der Korngröße, des Rekristallisationsverhaltens, und / oder des Gefüges oder zumindest einzelner Gefügebestandteile, nach dem letzten Abnahmestich und vor der Weiterverarbeitung oder Ablage des Warmbandes erfolgt. Nach dem letzten Abnahmestich kann bis zur einsetzenden Kühlung ein Kornwachstum und / oder eine Kornfeinung in der Warmbandstraße stattfinden. Dieses Wachstum ist aber durch die Abkühlung des Warmbandes beschränkt und kann gut durch ein Prozessmodell, beispielsweise ein statistisches oder analytisches Modell auf Basis von gemessenen Korngrößen an einer Vielzahl von Warmbändern, beschrieben werden. Durch ein Messen der Korngröße vor einem Abnahmestich kann die notwendige Warmumformung durch das Prozessmodell besser bestimmt werden.
Das Prozessmodell berücksichtigt gemäß Anspruch 6 bevorzugt die statische, dynamische und / oder metadynamische Rekristallisation während des Warmwalzens und leitet daraus Grenzen für die Sollwerte des Warmwalzens ab. Diese Grenzen der Sollwerte fließen in die Prozessführung der Warmbandstraße ein und ermöglichen eine genauere Bestimmung der Sollwerte des Warmwalzens, insbesondere der Voreinstellung der Walzstraße. Weiterhin können diese Grenzen bei der Fertigungsplanung Berücksichtigung finden. Durch das gezielte Beeinflussen der Warmumformung des Warmbandes beim Warmwalzen können Krafteintrag in den Kem, Kornwachstum oder Kornfeinung in unterschiedlichen Bereichen des Warmbandes beeinflusst werden. Dadurch können Werkstoffeigenschaften über den Warmbandquerschnitt gleichmäßiger eingestellt und / oder bekannte Abweichungen von Sollwerten korrigiert werden. Gemäß Anspruch 7 ist es bevorzugt, wenn das Prozessmodell die Kühlintensität und / oder eine Temperaturverteilung des Warmbandes vor dem Haspeln berücksichtigt und Sollwerte für die beim Warmwalzen verwendete Wassermenge und Wasserverteilung bestimmt. Durch das gezielte Beeinflussen der Kühlung bzw. des Temperaturverlaufes kann das Gefüge in unterschiedlichen Bereichen des Warmbandes beeinflusst werden. Dadurch können Werkstoffeigenschaften über den Warmbandquerschnitt gleichmäßiger eingestellt und / oder bekannte Abweichungen von Sollwerten korrigiert werden.
Bevorzugt wird gemäß Anspruch 8, dass die Korngröße vorzugsweise Austenitkorngröße, Ferritkorngröße und / oder das Gefüge oder zumindest einzelne Gefügebestandteile vor der finalen Kühlstrecke bestimmt werden und dass aus der Korngröße mittels eines Prozessmodells das Rekristallisationsverhalten des Warmbandes, vorzugsweise die Phasenumwandlung, beispielsweise die Ferritbildung aus dem Austenit, bei der Abkühlung des Warmbandes; und daraus mechanische Eigenschaften des Warmbandes ermittelt werden. Bei einer Abweichung des abgeleiteten Rekristallisationsverhaltens und / oder der mechanischen Eigenschaften von einem Sollwert werden bevorzugt die Sollwerte des Warmwalzens, vorzugsweise die Stichabnahme, die Walzgeschwindigkeit, die Temperatur durch die Kühlintensität, vorzugsweise durch die Wassermenge und / oder den Wasserdruck, angepasst, um die Sollwerte des Warmbandes einzuhalten.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 9 gelöst. Mit Hilfe des Prozessmodells werden die Sollwerte für das Warmwalzen vor dem Beginn der Umformung aus einer bestehenden Datenbank mit entsprechenden Soll-, Istwerten, chemische Analyse, erreichte Korngröße, Gefüge, Rekristallisationsverhalten und den Eigenschaften des Warmbandes abgeleitet. Dabei berücksichtigt das Prozessmodell als Teilprozessmodell die statische, dynamische und / oder metadynamische Rekristallisation während des Warmwalzens und leitet daraus Grenzen für die Sollwerte des Warmwalzens ab. Teilprozessmodelle bilden dabei Teile oder ganze Aggregate der Warmbandstraße ab. Diese können unterschiedliche Ausprägungen und Komplexitäten aufweisen. Beispielsweise können Erwärmungseinrichtung über Energie und Stoffbilanzen modelliert werden oder Walzgerüste mit Hilfe von FEM-Modellen nachgebildet werden. Je nach zur Verfügung stehender Rechenleistung und Digitalisierungsgrad der Warmbandstraße sind diese auszuwählen.
Die Nachbildung einer Warmbandstraße in einem übergreifenden Modell erlaubt es durch unterschiedliche Optimierungsverfahren je nach Optimierungsziel, die Sollwerte der Einzelaggregate anzupassen, um eine gewünschte Eigenschaft des Warmbandes zu erreichen oder aber ein Warmband unter Berücksichtigung von äußeren Vorgaben, z. B. Bedienereingaben, zu erzeugen. Die Ermittlung solcher Sollwerte im Vorfeld der Produktion eines Warmbandes reduziert die Einfahrzeit der Warmbandstraße für ein spezielles Produkt und senkt dadurch die Kosten.
Gemäß Anspruch 10 oder 11 ist es bevorzugt, wenn die Sollwerte im Hinblick auf die chemische Analyse des Warmbandes optimiert werden oder dass die Sollwerte im Hinblick auf die Korngröße, vorzugsweise die Austenitkorngröße, des Warmbandes optimiert werden. Die chemische Analyse des Warmbandes umschreibt die grundsätzlichen Eigenschaftsbereiche des Werkstoffes des Warmbandes. Je nach Sollwerten können innerhalb dieses Bereiches gewünschte Eigenschaften erzeugt oder unterdrückt werden. Insbesondere die Austenitkorngröße ist eine bevorzugte Eigenschaft bei einem Warmband und kann bei der Sollwertoptimierung genutzt werden, um die Warmbandstraße genauer im Hinblick auf die Eigenschaften des Warmbandes zu steuern oder regeln.
Bevorzugt können die Sollwerte im Hinblick auf die Ferritkorngröße des Warmbandes optimiert werden. Diese Optimierung stellt insbesondere auf Werkstoffe ab, die einen eigenschaftsbestimmenden Ferritgehalt aufweisen. Durch die Optimierung der Sollwerte kann dieser Gehalt gezielt eingestellt werden.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit gemäß Anspruch 13 ist es, dass die Sollwerte im Hinblick auf die möglichen Anlagenparameter hin optimiert werden. Hierbei wird das Verfahren genutzt, um Auslegungsparameter, vorzugsweise Parameter zur Voreinstellung einer Warmbandstraße zu bestimmen bzw. zu optimieren. Ein Warmband mit definierten Eigenschaften soll unter Berücksichtigung vorgegebener Optimierungsziele, wie z.B. Durchsatz, Energieverbrauch, Kühlwassermenge o.ä. erzeugt werden. Das Verfahren ermittelt dazu die Sollwerte des Warmwalzens.
Grundsätzlich können die Sollwerte auf unterschiedlichste Gefügezusammensetzungen des Warmbandes hin optimiert werden die einer Modellierung auf Basis der kontinuierlichen Korngrößenmessung zugänglich sind. Dies gilt analog auch für die Steuerung und Regelung der Sollwerte des Warmwalzens.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Beschreibung sind die folgenden vier Figuren beigefügt:
Fig.1a: Exemplarisches Beispiel einer Warmbandstraße
Fig. 1 b Ausschnitt der Warmbandstraße in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
Fig. 2: Steuerung der Warmbandstraße
Fig. 3: Diagramm Prozessoptimierung
Fig. 4: Diagramm Temperaturverlauf und Eigenschaftsverlauf, insbesondere Verlauf der Korngröße, bei dem Warmband.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1a zeigt exemplarisch eine Warmbandstraße zur Herstellung eines Warmbandes aus einer Bramme in Förderrichtung F. Eine Bramme wird in einem Wedererwärmungsofen auf die notwendige Umformtemperatur gebracht.
Anschließend wird sie in einer Vorwalzstraße zu einem Vorband gewalzt. Im vorliegenden Beispiel ist die Vorwalzstraße mit zwei Walzgerüsten ausgeführt. Das Vorband durchläuft optional eine weitere Temperatureinstellung oder einem Halteofen. Anschließend wird das Vorband in der Fertigstraße mit fünf Walzgerüsten zu einem Warmband umgeformt. Nach dem letzten Abnahmestich wird das Warmband in einer Kühlstrecke auf eine bestimmte Haspeltemperatur abgekühlt. Am Ende der Warmbandstraße wird das Warmband mit einem Haspel zu einem Bund oder Coil aufgewickelt.
Figur 1 b zeigt einen Ausschnitt der Warmbandstraße in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Figur 1 b stellt die letzten Aggregate der Warmbandstraße in Förderrichtung F dar. Die beiden gezeigten Walzgerüste sind die letzten Gerüste der Fertigstraße, zwischen denen eine Zwischengerüstkühlung angeordnet ist. An die Fertigstraße schließt sich die Kühlung des Warmbandes an. Nach der Kühlung erfolgt das Aufwickeln des Warmbandes auf dem Haspel zu einem Coil. Die Kühlung ist in diesem Ausführungsbeispiel mit anschließender laminarer Kühlstrecke ausgeführt und eignet sich besonders gut zur Einstellung besonderer Korngrößen und Gefügestrukturen.
Vor der Kühlung des Warmbandes und vor dem Aufwickeln ist jeweils ein Messgerät, hier eine Laser-Ultraschall-Messung, zur Bestimmung der Korngröße des Warmbandes angeordnet. Ein oder mehrere weitere Messgeräte können auch optional stromaufwärts in der Warmbandstraße angeordnet sein.
Weiterhin sind die dargestellten Aggregate bzw. die Steuer- und Regeleinrichtungen der Aggregate üblicherweise mit einer externen Datenverarbeitung und einer übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung verbunden. Die jeweiligen Aggregate beinhalten eine gemeinsame Steuer- und Regeleinrichtung zur Einhaltung von vorgegebenen Sollwerten und können beispielsweise Sollwerte oder Istwerte direkt an die externe Datenverarbeitung übergeben oder mit Hilfe der übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung diese übertragen. Die externe Datenverarbeitung kann die gespeicherten Daten der übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung bereitstellen. Werden aus den Messwerten der Messgeräte Abweichungen von den Sollwerten des Warmbandes gemessen, so werden durch die übergeordnete Steuer- und Regeleinrichtung neue geänderte Sollwerte berechnet. Zur Ermittlung der neuen Sollwerte greift die Steuer- und Regeleinrichtung auf ein mit ihr verbundenes Prozessmodell zurück. Diese neuen geänderten Sollwerte können sich z. B. auf die Abmessungen, die Geometrie, die Festigkeit, die Korngröße des Walzgutes selbst beziehen, aber auch auf prozesstechnische Größen der Warmwalzanlage wie Stichabnahme, Walzgeschwindigkeit, Zwischendicken, Kühleinstellungen und/oder Zwischen- und/oder Endtemperaturen. Sie beziehen sich auf die gesamte Warmwalzanlage.
Die übergeordnete Steuer- und Regeleinrichtung speist die neuen Sollwerte in ein verbundenes Prozessleitsystem ein, welches die Einstellungen der Aggregate der Warmwalzanlage im notwendigen Umfang korrigiert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung in Förderrichtung F nach dem letzten Walzgerüst, jedoch vor einer Laminarkühlstrecke angeordnet. Im Falle einer Abweichung des Messwertes können neue Sollvorgaben durch die übergeordnete Steuer- und Regeleinrichtung vorgegeben werden und durch das Prozessleitsystem an verschiedene Aggregate weitergegeben werden. Es kann für nachfolgende Bandabschnitte eine zurückgewandte Regelung von prozesstechnischen Einstellungen der Warmwalzstraße vorgenommen werden, wie z. B. der Stichabnahmen, Walzkräfte, Geschwindigkeiten, Kühleinstellungen, es kann jedoch auch für den aktuell gemessenen Bandabschnitt eine vorauseilende Regelung vorgenommen werden und die Kühlintensität und Kühlstreckenlänge geändert werden.
Figur 2 zeigt beispielhaft den schematischen Aufbau der Steuer- und Regelung in einer weiteren Ausführungsvariante. Die Warmwalzanlage, als Regelstrecke dargestellt, ist aus einer Anzahl von Aggregaten A1 bis An aufgebaut. An mindestens einer Stelle im Warmwalzwerk, z. B. vor und / oder nach der Kühlstrecke, wird der Messwert, hier die Korngröße, aufgenommen und als Regelgröße in die übergeordnete Steuer- und Regeleinrichtung zurückgeführt. Bei unzulässigen Abweichungen von der Sollwertvorgabe, im Ausführungsbeispiel der vorgegebenen Korngröße, wird die gemessene Abweichung an das integrierte Prozessmodell übermittelt, welches über die gesamte Warmwalzstraße mit ihren Aggregaten A1 bis An neue Sollvorgaben ermittelt. In diesem Ausführungsbeispiel werden die veränderten Sollwerte ohne zusätzliches Prozessleitsystem aus dem in der übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung integrierten Prozessmodell an die Warmwalzanlage weitergeführt. Dadurch, dass das Prozessmodell sämtliche Aggregate berücksichtigt, können Wechselwirkungen auf andere Regelparameter insgesamt beachtet werden.
Wrd eine Änderung der Kühlung auf Grund der Sollwertvorgaben notwendig, so ermittelt die übergeordnete Steuer- und Regeleinrichtung mit ihrem integrierten Prozessmodell die notwendigen Einstellungen der Walzgerüste der Fertigstraße z. B. zur Profil- und Planheitsregelung die Anstellung, Biegung, Walzenkühlung, Umformgeschwindigkeit sowie der Bandkühlungen (Volumen, Aufbringdauer und - sequenz) und gibt bei Abweichungen entsprechende Korrekturen für die Stellglieder ein. Dabei ermittelt die übergeordnete Steuer- und Regeleinrichtung diejenigen Anpassungen der Stellglieder, die notwendig sind. Gerade die aggregatübergreifenden Wechselwirkungen wie, z. B. die Kühlintensität auf die Planlage oder z. B. die Umformtemperatur auf die Gefügestruktur und die Korngröße und die Walzkraft/ Stichabnahme zeigen, dass die Gesamtbetrachtung der Warmwalzanlage zur Erreichung von optimalen Warmbandeigenschaften zum bestmöglichen Ergebnis führt.
Die Varianten des in Figur 1 b und 2 gezeigten Aufbau der Steuer-und Regeleinrichtung lassen sich wechselseitig miteinander kombinieren.
Figur 3 zeigt exemplarisch einen Korngrößenverlauf eines in einer Warmbandstraße hergestellten Warmbandes. Sie zeigt somit beispielhaft, wie ein Abspeichern eines Ist- Wertes, hier der Korngröße in einer Datenbank erfolgen kann. In der Grafik sind zwei gemessene Korngrößenverläufe über die Gesamtlänge L eines warmgewalzten Bandes dargestellt, wobei sich der Ist-Wert der Korngrößen zwischen einem zulässigen unteren und oberen Grenzwert einstellen soll. Bei Unterschreiten bzw. Überschreiten des Grenzwertes kann das erfindungsgemäße Verfahren eingreifen. Der Verlauf der Kurve a) zeigt den Verlauf der Korngröße ohne Optimierung durch den Eingriff der übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung auf die Warmwalzanlage, der Verlauf der Kurve b) zeigt den Verlauf der Korngröße mit Optimierung. Es wird deutlich, dass in der Kurve a) die zulässigen Grenzwerte über- bzw. unterschritten werden, ohne dass die Möglichkeit zur Korrektur besteht. Der Verlauf der Kurve b) zeigt, dass durch die Optimierung der Stellgrößen durch die übergeordnete Steuer- und Regeleinrichtung die Grenzwerte eingehalten werden. Es können sogar deutlich kleinere Grenzwertvorgaben erreicht werden und somit die Gesamtqualität verbessert werden.
Figur 4 stellt ein mögliches Anlagenschema einer Walzstraße einem Temperaturverlauf in der Walzstraße und einer Gefügeentwicklung in einem Warmband gegenüber. Die Walzstraße besteht beispielhaft aus einem ersten Vorwärmofen, zwei Vorwalzgerüsten, einer Zwischenerwärmung in Form eines zweiten Ofens, fünf Fertigwalzgerüsten sowie einer Kühlstrecke und einem Haspel. Eine Messstelle M ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem letzten Fertigwalzgerüst und der Kühlstrecke angeordnet. Eine weitere Messstelle N ist in diesem Ausführungsbeispiel vor dem Haspel angeordnet. Die Bearbeitung des Walzgutes erfolgt in Förderrichtung F.
Dem fertigen Warmband wird vor Produktionsstart eine Soll-Eigenschaft „Gefügezusammensetzung und/oder Korngröße“ KGsoii aus einem Wertebereich zwischen einer oberen und einer unteren Intervallgrenze (Sollwertfenster) an einem definierten Punkt innerhalb der Warmwalzstraße zugewiesen. Vor Beginn des Produktionsprozesses des Warmbandes werden, beispielsweise auf Basis von Erfahrungswissen oder auf Basis von Prozessmodellen, Sollwerte des Warmwalzens für die einzelnen Aggregate der Warmwalzstraße vorgegeben, mit denen die Eigenschaft des Warmbandes an möglichen Vorgabestellen erreicht werden soll. Die Sollwerte für das Warmwalzen sollen beispielhaft Ofenextraktionstemperaturen sowie Stichabnahmen in den Vorgerüsten bzw. den Fertiggerüsten sein, beispielsweise an den Stellen A-E. Die Messstelle M für die Ermittlung der Ist-Eigenschaft „Gefügezusammensetzung und/oder Korngröße“ des Warmbandes ist zwischen dem letzten Fertiggerüst und der Kühlstrecke angeordnet. An der Position der Messstelle M (Vorgabestelle) wird für das Warmband die Soll-Eigenschaft „Gefügezusammensetzung und/oder Korngröße“ KGsoii vorgegeben.
In Bild 4 sind dazu in 2 Diagrammen jeweils Kurven für drei Temperaturen Tsoii, Tist und Topt sowie für die Eigenschaften KGsoii, KGist und KGopt dargestellt.
Kurve „Soll“: Soll-Wert (gestrichelte Linie)
Kurve „Ist“: Ist-Verlauf (durchgezogene dünne Linie; gemessen oder vom Prozessmodell vorhersagt)
Kurve „Opt“: Ist-Verlauf nach Optimierung (durchgezogene dicke Linie, gemessen oder vom Prozessmodell vorhersagt)
Beispielsweise wird der Soll-Verlauf der Temperatur Tsoii (Diagramm 1) vom Prozessmodell derart vorgegeben, dass im Zusammenspiel mit der Ofenextrationstemperatur Tsoii.A an der Position A, den Stichabnahmen in den Vorgerüsten an den Positionen B und C, der Ofenextraktionstemperatur TSOII.D an der Position D und den Abnahmen des Warmbandes in den Fertiggerüsten, beispielhaft an der Position E, das Warmband an der Messstelle M die Soll-Eigenschaft KGsoii erreicht.
Durch Veränderungen in den Prozessbedingungen kommt es jedoch zu Abweichungen verschiedener Ist-Werte für das Warmwalzen, wie bspw. der Ofenextraktionstemperatur Tist.A, den Stichabnahmen an den Positionen B, C und E sowie der Ofenextraktionstemperatur Tist.D, gegenüber zugeordneten Soll-Werten für das Warmwalzen.
Durch diese Änderungen in den Prozessbedingungen werden die Sollwerte Tsoii für das Warmwalzen nicht exakt eingehalten und die gemessenen Temperaturen Tist weichen von den Sollwerten ab, vergleiche Temperaturverlauf Tsoii und Tist im Diagramm 1. Die Abweichung im Temperaturverlauf führt zu einem Ist-Verlauf der Eigenschaft „Gefügezusammensetzung und/oder Korngröße“ KGist, die im Diagramm 2 dargestellt ist. Die Ist-Eigenschaft KGist, M des Warmbandes weicht dabei an der Messstelle M um den Wert x von der oberen Intervallgrenze des Sollwertfensters für die Sollwert- Eigenschaft KGSOII.M an der Messstelle M ab. Die kontinuierliche Messung der Gefügeentwicklung an der Messstelle M erfasst zunächst diese Abweichung x.
Aus diesen Informationen ermittelt das Prozessmodell neue Soll-Werte für das Warmwalzen, insbesondere an den Positionen A-E. Diese neuen Soll-Werte führen zu einem Temperaturverlauf TOpt (Diagramm 1) sowie zu einer neuen Eigenschaft KGopt des Warmbandes (Diagramm 2). Anders ausgedrückt: Das Prozessmodell leitet aus den Abweichungen zwischen den Ist- und den Soll-Werten für das Warmwalzen an den Positionen A-E sowie an der Messstelle M neue Sollwerte für das Warmwalzen, z. B. für die Ofenextraktionstemperaturen TOpt,A an der Position A und TOpt,D an der Position D (exemplarisch gilt hier: TOpt,A > Tist.A und TOpt,D > Tist.o), für die Verteilung der Stichabnahmen in den Vor- und Fertiggerüsten an den Positionen B, C und E, sowie einen optimierten Verlauf der Eigenschaft KGopt des Warmbandes ab. Durch diese Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich der in Diagramm 2 dargestellte Verlauf der Eigenschaft KGoPt des Warmbandes. D. h., die optimierte Eigenschaft „Gefügezusammensetzung und/oder Korngröße“ KGopt liegt an der Messstelle M innerhalb des Sollwertfensters für die Soll-Eigenschaften KGsoii des Warmbandes.
In diesem Ausführungsbeispiel gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, die gewünschten Soll-Eigenschaften, insbesondere KGoPt,M an der Messstelle M, durch Anpassungen in den oben genannten Prozessstufen in der Vor- und/oder Fertigstraße an den Positionen A-E in das gewünschte Sollwertfenster zu führen.
Sollte dies nicht gelingen, d. h. sollte KGopt,M außerhalb des Sollwertfensters liegen, so sieht das erfindungsgemäße Verfahren optional vor, die Kühlstrecke als weiteres ergänzendes Stellglied neben den vorgelagerten Stellgliedern der Walzstraße (z. B. Öfen, Vor- und Fertiggerüste) zu benutzen. Die Kühlstrecke wird in diesem Beispiel nicht unbedingt als Stellglied benötigt, könnte aber in einem anderen Fall zur weiteren Optimierung durch das erfindungsmäße Verfahren ebenfalls als Stellglied zur Erreichung bzw. zur weiteren Verbesserung der Soll-Eigenschaften des Warmbandes mit einbezogen werden. Zur Überprüfung wird dann die Messstelle N zwischen der Kühlstrecke und dem Haspel verwendet, an der erneut oder alleine überprüft wird, ob die dortige Soll-Eigenschaft KGopt.N des Warmbandes innerhalb eines neuen Sollwertfensters für die Eigenschaft KGSOII.N liegt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Einstellung von mindestens einer Eigenschaft, insbesondere der Korngröße und / oder des Rekristallisationsverhaltens und/oder der Gefügezusammensetzung, eines Warmbandes mit einer bekannten chemischen Zusammensetzung in einer Warmbandstraße, aufweisend als Aggregate zumindest ein regelbares Walzgerüst mit veränderbarem Walzspalt sowie eine steuer- oder regelbare Kühlstrecke und / oder eine Schnellkühlung, wobei bei dem Verfahren die folgenden Schritte ausgeführt werden:
- Festlegen eines einzuhaltenden Sollwertes für die mindestens eine Eigenschaft des Warmbandes; und/oder
- Festlegen mindestens eines einzuhaltenden Sollwertes für das Warmwalzen, wie Stichabnahme bei den Walzgerüsten, Walzgeschwindigkeit, Geometrie und/oder Zwischendicke für das Warmbandes bei den Walzgerüsten, Kühleinstellungen und / oder Endwalztemperatur;
- Warmwalzen des Warmbandes in der Warmwalzstraße, wobei die Aggregate der Warmwalzstraße auf den mindestens einen festgelegten Sollwert für das Warmwalzen gesteuert oder geregelt werden zum Erreichen des Sollwertes für die mindestens eine Eigenschaft des Warmbandes; und
- Ermitteln von einem Istwert für die mindestens eine Eigenschaft des Warmbandes durch Messung oder Prozesssimulation an einer Messstelle (M, N) innerhalb der Warmbandstraße; dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Istwerte für die Eigenschaft des Warmbandes kontinuierlich während des Warmwalzens in der Warmbandstraße erfolgt; und dass ein mit einer übergeordneten Steuerung oder Regelung der Warmbandstraße verbundenes Prozessmodell mindestens eine Warmband-Abweichung (x) ermittelt zwischen dem kontinuierlich ermittelten Istwert und dem festgelegten Sollwert für die mindestens eine Eigenschaft des Warmbandes und/oder mindestens eine Walz- Abweichung ermittelt zwischen dem während des Warmwalzens gemessenen Istwert und dem festgelegten Sollwert des Warmwalzens; und dass das Prozessmodell auf Basis der Warmband-Abweichung und/oder der Walz-Abweichung sowie unter Berücksichtigung der Werkstoff- und anlagentechnischen Möglichkeiten geänderte neue Sollwerte für das Warmwalzen ermittelt und diese an die Steuerung oder Regelung der am Warmwalzen beteiligten Aggregate übergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße mittels eines Laser-Ultraschall-Verfahrens bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße mittels eines Röntgenverfahrens bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer oder mehreren Messstellen, bevorzugt nach dem Warmwalzen und / oder nach der Kühlstrecke, die Eigenschaften des Warmbandes in der Walzstraße gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Messung der Eigenschaften, wie der Korngröße, des Rekristallisationsverhaltens, des Gefüges oder zumindest einzelner Gefügebestandteile, nach dem letzten Abnahmestich und / oder nach der Kühlstrecke erfolgt. en nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmodell die statische, dynamische und / oder metadynamische Rekristallisation während des Warmwalzens berücksichtigt und daraus Grenzen für die Sollwerte des Warmwalzens ableitet, wobei das Prozessmodell zumindest Sollwerte für die beim Warmwalzen verwendete Wassermenge und Wasserverteilung bestimmt. en nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmodell die Kühlintensität und / oder eine Temperaturverteilung des Warmbandes vor dem Haspeln berücksichtigt; und das Prozessmodell Sollwerte für die beim Warmwalzen verwendete Wassermenge und Wasserverteilung bestimmt. en nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße, bevorzugt Austenitkorngröße und / oder Ferritkorngröße, und / oder das Gefüge oder zumindest einzelne Gefügebestandteile vor der Kühlstrecke gemessen werden; und aus der Korngröße mittels eines Prozessmodells das Rekristallisationsverhalten des Warmbandes, vorzugsweise die Phasenumwandlung bei der Abkühlung des Warmbandes, und daraus die mechanischen Eigenschaften des Warmbandes ermittelt werden; und bei Abweichung des abgeleiteten Rekristallisationsverhaltens und / oder der mechanischen Eigenschaften von einem Sollwert des Warmbandes
19 die Sollwerte des Warmwalzens, vorzugsweise die Stichabnahme, die Walzgeschwindigkeit, die Temperatur durch die Kühlintensität, vorzugsweise durch die Wassermenge und / oder Wasserdruck, angepasst werden, um die Sollwerte des Warmbandes einzuhalten.
9. Verfahren zum Optimieren der Sollwerte vor Beginn des Warmwalzens eines Warmbandes mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die folgenden Schritte ausgeführt werden:
1 . Erstellen eines übergreifenden Prozessmodells für das Warmwalzen auf Basis von gespeicherten Prozessdaten, vorzugsweise in Form einer Datenbank, aufweisend zumindest Sollwerte, Istwerte, chemische Analyse, erreichte Korngröße, Gefüge, Rekristallisationsverhalten, bestehende Teilprozessmodelle und / oder Anlagenparametern; und
2. Ermitteln optimierter Sollwerte für die Sollvorgaben mit Hilfe des Prozessmodells, vorzugsweise unter Verwendung von Algorithmen zum maschinellen Lernen, vor dem Beginn des Warmwalzens, dadurch gekennzeichnet, dass
3. das Prozessmodell als Teilprozessmodell die statische, dynamische und / oder metadynamische Rekristallisation während des Warmwalzens berücksichtigt und daraus Grenzen für die Sollwerte des Warmwalzens ableitet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte in Hinblick auf die chemische Analyse des Warmbandes optimiert werden.
11 . Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
20 die Sollwerte in Hinblick auf die Korngröße, vorzugsweise Austenitkorngröße, des Warmbandes optimiert werden. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte in Hinblick auf die Ferritkorngröße des Warmbandes optimiert werden. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte in Hinblick auf die möglichen Anlagenparameter hin optimiert werden. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Sollwerte und/oder die Istwerte für die Eigenschaften des Warmbandes und/oder für das Warmwalzen in einer Datenbank abgespeichert werden.
21
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