EP4249141B1 - Betriebsverfahren für eine walzstrasse - Google Patents

Betriebsverfahren für eine walzstrasse

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EP4249141B1
EP4249141B1 EP23161456.1A EP23161456A EP4249141B1 EP 4249141 B1 EP4249141 B1 EP 4249141B1 EP 23161456 A EP23161456 A EP 23161456A EP 4249141 B1 EP4249141 B1 EP 4249141B1
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EP
European Patent Office
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strip
speed
metal strip
rolling
operating method
Prior art date
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EP23161456.1A
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EP4249141A1 (de
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Philipp Raming
Jörn Sieghart
Marc Schneider
Kai GRYBEL
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to an operating method for a rolling mill which has several rolling stands through which a metal strip passes, wherein the metal strip is successively threaded into at least some of the rolling stands and the metal strip passes through the rolling mill with stepwise thickness reduction from an initial thickness to a target thickness.
  • the invention relates in particular to the automation of a rolling mill, wherein the operating method can be used for the operation of cold rolling mills for steel in discontinuous and continuous operation, for the operation of combined pickling and cold rolling mill plants in discontinuous and continuous operation, for the operation of continuous and discontinuous hot rolling mills for steel, for the control of casting rolling mills, billet rolling mills, aluminum hot rolling mills, aluminum cold rolling mills, and for the control of reversing rolling mills with two or more rolling stands.
  • a generic operating method for a rolling mill is defined as follows: US 4 460 852 A known.
  • Rolling mills are typically operated automatically using multi-stage control systems. These control systems usually include controllers that receive setpoints from a higher-level system. The setpoints can be current values or target value trends. Level 2 systems generally calculate the setpoints using online optimization algorithms. They in turn rely on online models of the system to be controlled. These online models are data-based or mathematical-physical models.
  • the present invention relates in particular to the Level 1 and Level 2 automation of a plant for rolling metal strips.
  • the plant can be configured as a hot rolling mill, a cold rolling mill, or a profile rolling mill.
  • a Level 2 automation level within the meaning of the present invention is understood to be a process control level, which may, for example, comprise a higher-level process control technology, and which may be provided directly above a control level (Level 1 automation) for the direct control and regulation of the units of a rolling mill.
  • Level 1 automation a control level for the direct control and regulation of the units of a rolling mill.
  • metal pre-products or semi-finished products are usually rolled out into a finished strip and assembled into a coil.
  • slabs with initial thicknesses of 200-150 mm are heated to temperatures around 1250°C in a furnace. These are then rolled out in a roughing mill using roughing stands into strips with thicknesses of 25-45 mm and strip temperatures in the range of 950-1050°C. The strips are then fed into a finishing mill with finishing stands arranged in series and finished into strip with thicknesses of 1.25-25 mm and final rolling temperatures of 850-950°C.
  • the state of the art involves threading the semi-finished product/pre-product in and/or out at a constant speed relative to the exit speed of the rolling mill. It is common practice to operate the individual rolling stands at a constant speed. For hot rolling mills, this is particularly important with regard to the temperature profile of the metal strip. It is useful if, after threading the tape head, it should have a predetermined target temperature starting from the oven temperature.
  • the speed of the strip foot or head is determined by the ratio of the thickness reduction from the initial thickness before the respective rolling stand to the thickness after the respective rolling stand.
  • the speed increase of the strip head is proportional to the thickness reduction of the metal strip within the rolling stand.
  • the invention is based on the objective of providing an operating method for a rolling mill that enables an increase in the mill's productivity without changing its mechanical configuration.
  • the operating method should enable an increase in production through appropriate adjustments to the process control.
  • an operating method for a rolling mill which has several rolling stands through which a metal strip passes, wherein the metal strip is successively threaded into at least some of the rolling stands and the metal strip passes through the rolling mill with stepwise thickness reduction from an initial thickness to a target thickness
  • the method comprises speed control of the individual rolling stands by means of a higher-level process control and wherein at least the entry speed of the metal strip into the rolling mill and the speed of the rolling stands when threading a strip head and/or a strip foot or a planned section change of the metal strip into the rolling stands is controlled according to a speed specification for the metal strip or for parts of the metal strip such that the speed of the strip head for each rolling stand has a maximum possible threading speed before a first rolling stand and between each pair of rolling stands, and that a maximum possible threading speed before a first rolling stand and/or between two rolling stands is calculated as the speed specification, under the condition that a The calculated and/or specified maximum rolling speed is not exceeded after completion of the threading process,
  • a section change i.e. a planned change in the geometry of the metal strip, can result, for example, from a product change during continuous rolling.
  • the rolling stands are operated at a constant speed during the threading and/or passing of the metal strip. This results in a constant mass flow rate of the metal strip, due to the fact that the strip head is accelerated proportionally to the thickness reduction in the respective rolling stand.
  • the speed of all rolling stands is determined by a constant target speed of the strip head behind the last rolling stand.
  • the operating method according to the invention is characterized in particular by the fact that the speed of the individual rolling stands is not constant, Rather, the speed of the individual rolling stands is regulated according to a speed target calculated in a higher-level process control system, preferably in Level 2 automation. This results in a "speed cascade" or speed profile for the metal strip through the entry and/or threading process.
  • This approach has the advantage that the threading speed of the metal strip into the rolling stands can be significantly increased, resulting in considerable time savings and thus also an increase in productivity.
  • a maximum possible threading speed is calculated as a speed specification in front of a first rolling stand and/or between two rolling stands, under the condition that a calculated and/or specified maximum rolling speed for the entire rolling process is not exceeded after completion of the threading process.
  • Speed control such that the speed of the tape head, tape foot or tape transition in the respective intermediate stand area is no longer calculated in proportion to the total thickness reduction, but is generally as fast as possible without exceeding a calculated exit speed, has the advantage that a time saving of up to approximately 30% can be achieved during the threading process.
  • the calculation of the speed requirement for the entry and/or threading of the metal strip is preferably carried out taking into account the technical limits and boundary conditions of the rolling mill's equipment, as well as given process parameters for the rolling process.
  • Technical limits and boundary conditions of the rolling mill's equipment include, for example, the maximum power of the drives for the rolling stands or their maximum possible penetrating force.
  • Specified process parameters include the temperature of the metal strip, the temperature profile of the metal strip along its length and/or width, the maximum possible and/or permissible strip tension, the flatness of the metal strip, the applicable forming energy, the strip geometry, in particular the strip preparation, the enthalpy conservation, the specific enthalpy, the surface quality of the finished metal strip, the microstructure and the yield strength of the metal strip.
  • the speed control can comprise a data-based and/or rule-based speed specification, for example, material- and/or dimension-related.
  • a data-based specification within the meaning of the present invention means that, through an automated analysis of a large data set, the optimal speed for the strip head is determined over the entire path during threading and/or passing through the rolling mill, and the individual rolling stands are controlled accordingly via Level 1 automation.
  • a rule-based specification of the optimal speed for example material- and/or dimension-related, can also be provided.
  • a distance monitoring system is provided between the strip head and the strip foot of a metal strip traveling downstream through the rolling mill, with the speed control taking a minimum distance to the strip foot of the downstream metal strip into account as a boundary condition. This is advantageous and sensible to ensure that the rolled strip does not run into the advancing strip foot.
  • the method includes temperature control of the tape head.
  • temperature control can, for example, be based on a target temperature of the tape head.
  • the temperature profile of the metal tape is particularly dependent on its thickness. With thinner metal tapes, a reference temperature at the tape head can only be achieved through the operating method or control system according to the invention.
  • the temperature of the pre-strip can be regulated, for example, by multiple uses of a descaling device and/or via temperature control and/or regulation of a furnace upstream of the pre-strip and/or via a thickness profile introduced into the metal bath in the pre-strip.
  • the coolant volume flow of at least one intermediate stand cooling system is controlled and/or regulated depending on the speed of at least one rolling stand.
  • the winding speed of at least one reel for winding the finished rolled metal strip is controlled and/or regulated as a function of a speed cascade of the metal strip over several rolling stands.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a continuous casting plant with a continuous casting plant 1, followed by a roughing mill 2 and a finishing mill 3.
  • the roughing mill 2 comprises a first furnace 4, two pre-stands 5, a second furnace 6, and a shear 7.
  • the finishing line 3 includes a scale washer 8 and a large number of rolling stands F1 to Fn, which are arranged one behind the other in a rolling line.
  • a casting strand produced with the continuous casting plant 1 is pre-rolled, for example, into a metal strip in the form of a thin slab by means of the pre-setting stands 5, which, after descaling in the descaler 8, is threaded into the rolling stands F1 to Fn of the finishing mill 3.
  • the rolling stands F1 to Fn arranged in the finishing mill 3 are each controlled by a higher-level process control system (not shown), wherein the process control system comprises a Level 2 automation level and a Level 1 automation level arranged below it for the direct control and regulation of the rolling stands F1 to Fn.
  • the operating method according to the invention comprises a speed control and speed regulation of the rolling stands F1 to Fn such that the entry speed of the metal strip, in the present case the thin slabs, into the rolling stands F1 to Fn is regulated during threading so that the speed of the strip head for each rolling stand F1 to Fn has a maximum possible threading speed in front of a first rolling stand F1 and in each case between two rolling stands F1 to Fn, taking into account the respective technical limits and boundary conditions of the rolling stands F1 to Fn and taking into account the fact that a calculated and/or predetermined maximum rolling speed is not exceeded after completion of the threading process.
  • the invention is nevertheless to be understood as relating to the speed of the strip foot, for example in a reversing operation of the rolling mill, and/or to the speed of a section change, i.e. a change in product geometry due to a planned product change.
  • FIG. 2 A schematic representation of the control concept according to the operating method according to the invention is shown in Figure 2
  • the hot-rolled strip/roughing strip or slab is initially fed into the first rolling stand F1 at the maximum possible speed.
  • the first rolling stand F1 is operated at maximum rotational speed.
  • the limit of the entry speed of the metal strip into the first rolling stand F1 is determined by the maximum speed of the descaling process within the descaler 8, the maximum speed of the roller table, and the safety distance to the preceding metal strip.
  • the maximum speed of the first rolling stand F1 is determined by its engine power and the maximum penetrating stroke. This results in an initial speed V0 before the first rolling stand F1.
  • the rotational speed of the rolling stand may be higher than V0.
  • the rolling stand F1 Only at the point of penetration is the rolling stand F1 slowed down and the strip head brought up to the appropriate speed.
  • the speed of the rolling stands F1 and F2 is increased as much as possible. If an increase is not possible, the resulting speed of the strip head in the stand section between the rolling stand F1 and the rolling stand F2 is equal to the speed resulting from the reduction in thickness of the metal strip.
  • the mass flow or volume flow through all rolling stands depends on the speed of the strip head, which according to the invention can be specified according to a higher-level control objective and is variable.
  • the speed of the strip head (V ⁇ sub>striphead ⁇ /sub>) and/or the speed of the strip foot (V ⁇ sub>stripfoot ⁇ /sub>) and/or the speed of a section change (V ⁇ sub>productchange ⁇ /sub>) can be freely specified to achieve a higher-level control objective, in the simplest case maximization.
  • the technical boundary conditions and the specified process conditions of the rolling process must be observed.
  • V ⁇ sub>strip head ⁇ /sub> V ⁇ sub>strip foot ⁇ /sub>
  • V ⁇ sub> product change ⁇ /sub> should ensure the correct mass flow control of the interaction between the various rolling stands at all times. This is achieved by precisely feeding the higher-level speed setting into the so-called speed cascade (see). Figure 2 , [Lim Fn])
  • the function Min (A; B) is a function that returns the smaller value from both values A and B.
  • the speed of the strip head determined as described above, is compared with a given calculated final speed of the metal strip behind the last rolling stand, Fn. The minimum of these two values is then calculated. selected so that the metal band does not exceed the final speed intended after the threading process.
  • the operating method according to the invention comprises a control of the temperature of the metal strip, in particular of the strip head.
  • the Figure 3 Figure 1 shows two diagrams plotting the temperature of the metal strip, the mass flow rate (or volume flow rate) of the material, and the coiling speed along the length of the rolling mill.
  • the left diagram shows the relevant values for a metal strip thickness of less than 2 mm
  • the right diagram shows the relevant values for a metal strip thickness of more than 2 mm.
  • the diagrams illustrate the temperature and speed profiles for the operating process according to the invention.
  • the line representing the mass flow initially illustrates the so-called speed cascade, which, for example, the head of the metal strip undergoes as it passes through the rolling stands F1 to F6.
  • the speed profile decreases slightly in steps from rolling stand F1 to rolling stand Fn until a constant final speed is reached, and then increases again in steps as the metal strip is wound onto the coil.
  • the reference temperature is the temperature targeted to achieve specific microstructure properties of the finished product.
  • the water consumption of an intermediate stand cooling system along the length of the rolling mill is also shown.
  • the rolled material reaches the reference temperature at a temperature measuring point downstream of the rolling stand F6.
  • this temperature drops again immediately downstream of the roughing mill due to a relatively high cooling rate of the rolled material.
  • An intermediate stand cooling system operates with a minimal... The water quantity has been reached.
  • the increase in water consumption towards the end of the rolling process is due to a cooling section provided there.
  • the strip head remains at the intended reference temperature behind the last rolling stand F6 or behind a temperature measuring point. This results primarily from the increased threading speed into the rolling stands F1 to Fn. Since the cooling of the strip head does not decrease as rapidly due to the high threading speed and higher heat capacity, a larger quantity of water is initially required for intermediate stand cooling, but this quantity then decreases progressively.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Walzstraße, die mehrere von einem Metallband zu durchlaufende Walzgerüste aufweist, wobei das Metallband nacheinander in wenigstens einige der Walzgerüste eingefädelt wird und das Metallband die Walzstraße unter stufenweiser Dickenreduzierung von einer Ausgangsdicke auf eine Zieldicke durchläuft.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere die Automation einer Walzstraße, wobei das Betriebsverfahren zum Betrieb von Kaltwalzstraßen für Stahl im diskontinuierlichen und kontinuierlichen Betrieb, zum Betrieb kombinierter Anlagen aus Beize und Kaltwalzstraße im diskontinuierlichen und kontinuierlichen Betrieb, zum Betrieb von kontinuierlichen und diskontinuierlichen Stahl-Warmwalzstraßen, zur Steuerung von Gießwalzanlagen, von Knüppel-Walzstraßen, Aluminium Warmwalzstraßen, Aluminium Kaltwalzstraßen und zur Steuerung von reversierenden Walzstraßen mit zwei oder mehr Walzgerüsten Anwendung finden kann. Ein gattungsgemässes Betriebsverfahren einer Walzstraße ist aus US 4 460 852 A bekannt.
  • Bei Verfahren zum Überwachen und Steuern von Walzanlagen zum Walzen von metallenen Flachprodukten, ist es grundsätzlich wünschenswert, die Produktivität der Anlage zu steigern, ohne die mechanische Konfiguration der Anlage anpassen zu müssen.
  • Üblicherweise werden Walzanlagen unter Verwendung mehrstufiger Leitsysteme automatisiert betrieben. Diese Leitsysteme umfassen meist Regler, denen von einer übergeordneten Einrichtung Sollwerte vorgegeben werden. Die Sollwerte können momentan gültige Sollwerte oder Sollwertverläufe sein. In der Regel berechnen Level-2 Systeme die Sollwerte mittels Online-Optimierungsalgorithmen, die ihrerseits auf Online-Modelle der zu steuernden Anlage zurückgreifen. Die Online-Modelle sind datenbasierte oder mathematisch physikalische Modelle.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Level 1 und Level 2 Automation einer Anlage zum Walzen von Metallbändern. Wie bereits erwähnt, kann die Anlage als Warmwalzanlage oder Kaltwalzanlage oder auch als Profilwalzanlage ausgebildet sein.
  • Unter einer Level 2 Automatisierungsebene im Sinne der vorliegenden Erfindung, wird eine Prozess-Leitebene verstanden, die beispielsweise eine übergeordnete Prozess Leittechnik umfassen kann, und die unmittelbar oberhalb einer Steuerungsebene (Level 1 Automation) zur direkten Steuerung und Regelung der Aggregate einer Walzstraße vorgesehen sein kann.
  • Beim Betrieb einer Walzstraße werden üblicherweise metallene Vorprodukte oder Halbzeug zu einem Fertigband ausgewalzt und zu einem Bund (Coil) konfektioniert.
  • In einer Warmbandstraße werden beispielsweise in einer Ofenanlage Brammen mit Ausgangsdicken von 200-150 mm auf Temperaturen um die 1250° erhitzt. Diese werden sodann in einer Vorstraße mithilfe von Vorgerüsten zu Vorbändern mit Dicken von 25-45 mm und Vorbandtemperaturen im Bereich von 950-1050 °C ausgewalzt. Die Vorbänder werden dann in eine Fertigstraße mit hintereinander angeordneten Fertiggerüsten eingefädelt und zu Fertigband mit i Dicken von 1,25-25 mm und Endwalztemperaturen von 850-950° fertiggewalzt.
  • Stand der Technik ist das Ein- und/oder Aus- bzw. Durchfädeln des Vorprodukts/Halbzeugs mit konstanter Geschwindigkeit bezogen auf die Auslaufgeschwindigkeit der Walzanlage. Dabei ist es üblich, die einzelnen Walzgerüste mit konstanter Geschwindigkeit zu betreiben. Bei Warmwalzanlagen ist dies insbesondere im Hinblick auf das Temperaturprofil des Metallbandes sinnvoll, welches nach dem Einfädeln am Bandkopf ausgehend von der Ofentemperatur eine vorgegebene Zieltemperatur aufweisen soll.
  • Bekannte Konzepte zur Steigerung der Produktivität von Walzanlagen zielen daher darauf ab, die Dauer des eigentlichen Walzprozesses aus Gründen der Temperaturführung nicht zu verändern, sondern die Nebenzeiten der Bänder zu reduzieren, beispielsweise durch Beschleunigung des Bund Abtransports, durch Beschleunigung der Prozesse zur Bundvorbereitung oder durch Reduktion der Zeit zwischen Ausfädeln eines Bandfußes des vorlaufenden Bandes im ersten Gerüst und Einfädeln des neuen Bandkopfs.
  • Innerhalb der Walzstraße bzw. während des Ein- oder Durchfädelns richtet sich die Geschwindigkeit des Bandfußes oder Bandkopfs nach dem Verhältnis der Dickenreduzierung einer Ausgangsdicke vor dem jeweiligen Walzgerüst zu einer Dicke nach dem jeweiligen Walzgerüst. Die Geschwindigkeitserhöhung des Bandkopfs ist proportional zur Dickenabnahme des Metallbandes innerhalb des Walzgerüsts.
  • Weiterer Stand der Technik ist aus den Dokumenten EP 3 437 748 A1 und DE 197 26 586 A1 bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren für eine Walzstraße bereitzustellen, das eine Produktivitätssteigerung der Walzstraße ohne Änderung der mechanischen Konfiguration ermöglicht. Das Betriebsverfahren soll insbesondere eine Produktionserhöhung durch entsprechende Eingriffe in die Prozesssteuerung ermöglichen.
  • Die Erfindung wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Betriebsverfahren für eine Walzstraße vorgesehen, die mehrere von einem Metallband zu durchlaufende Walzgerüste aufweist, wobei das Metallband nacheinander in wenigstens einige der Walzgerüste eingefädelt wird und das Metallband die Walzstraße unter stufenweiser Dickenreduzierung von einer Ausgangsdicke auf eine Zieldicke durchläuft, wobei das Verfahren eine Geschwindigkeitsregelung der einzelnen Walzgerüste mittels einer übergeordneten Prozessteuerung umfasst und wobei wenigstens die Einlaufgeschwindigkeit des Metallbandes in die Walzstraße und die Geschwindigkeit der Walzgerüste beim Einfädeln eines Bandkopfs und/oder eines Bandfußes oder eines geplanten Abschnittswechsels des Metallbandes in die Walzgerüste entsprechend einer Geschwindigkeitsvorgabe für das Metallband oder für Teile des Metallbandes derart geregelt wird, dass die Geschwindigkeit des Bandkopfs für jedes Walzgerüst eine maximal mögliche Einfädelgeschwindigkeit vor einem ersten Walzgerüst und jeweils zwischen zwei Walzgerüsten aufweist, und dass als Geschwindigkeitsvorgabe eine maximal mögliche Einfädelgeschwindigkeit vor einem ersten Walzgerüst und/oder zwischen zwei Walzgerüsten errechnet wird, unter der Bedingung, dass eine errechnete und/ oder vorgegebene maximale Walzgeschwindigkeit nach Abschluss des Einfädelvorgangs nicht überschritten wird, wobei die Berechnung der Geschwindigkeitsvorgabe für den Einlauf und/oder das Einfädeln des Metallbandes unter Berücksichtigung der technischen Grenzen und Randbedingungen der Aggregate der Walzstraße und unter Berücksichtigung vorgegebener Prozessgrößen für den Walzprozess erfolgt. Dabei wird im Ergebnis die Geschwindigkeit der Walzgerüste, insbesondere während des Einfädelvorgangs, so geregelt, dass der Massenstrom des Metallbandes beim Ein-und/oder Durchfädeln über alle Walzgerüste variabel ist.
  • Ein Abschnittswechsel, d.h. eine geplante Geometrieänderung des Metallbandes, kann sich beispielsweise aus einem Produktwechsel beim kontinuierlichen Walzen ergeben.
  • Bei den nach dem Stand der Technik praktizierten Betriebsverfahren werden die Walzgerüste beim Ein- und/oder Durchfädeln des Metallbandes mit konstanter Geschwindigkeit betrieben, was zur Folge hat, dass der Massestrom des Metallbandes konstant ist, und zwar aufgrund des Umstandes, dass der Bandkopf proportional zur Dickenabnahme in dem betreffenden Walzgerüst beschleunigt wird. Die Geschwindigkeit aller Walzgerüste richtet sich bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren nach einer dann konstanten Zielgeschwindigkeit des Bandkopfs hinter dem letzten Walzgerüst.
  • Das Betriebsverfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Geschwindigkeit der einzelnen Walzgerüste nicht konstant ist, sondern, dass die Geschwindigkeit der einzelnen Walzgerüste entsprechend einer in einer übergeordneten Prozesssteuerung, vorzugsweise in der Level 2 Automation, errechneten Geschwindigkeitsvorgabe, geregelt wird. Daraus ergibt sich eine "Geschwindigkeitskaskade" bzw. ein Geschwindigkeitsprofil für das Metallband über den Einlauf und/über den Einfädelvorgang.
  • Diese Vorgehensweise hat den Vorzug, dass die Einfädelgeschwindigkeit des Metallbandes in die Walzgerüste deutlich erhöht werden kann, wodurch eine beachtliche Zeitersparnis und somit auch Produktivitätssteigerung erzielt wird.
  • Erfindungsgemäß wird als Geschwindigkeitsvorgabe eine maximal mögliche Einfädelgeschwindigkeit vor einem ersten Walzgerüst und/oder zwischen zwei Walzgerüsten errechnet, unter der Bedingung, dass eine errechnete und/ oder vorgegebene maximale Walzgeschwindigkeit für den gesamten Walzprozess nach Abschluss des Einfädelvorgangs nicht überschritten wird.
  • Die Geschwindigkeitsregelung derart, dass die Geschwindigkeit des Bandkopfes, des Bandfußes oder eines Bandübergangs im jeweiligen Zwischengerüstbereich nicht mehr im Verhältnis der Gesamtdickenabnahme errechnet wird, sondern grundsätzlich so schnell wie möglich erfolgt, ohne dabei eine errechnete Auslaufgeschwindigkeit zu überschreiten, hat den Vorzug, dass beim Einfädelvorgang eine Zeitersparnis von etwa bis zu 30 % erzielt werden kann.
  • Die Berechnung der Geschwindigkeitsvorgabe für den Einlauf und/oder das Einfädeln des Metallbandes erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung der technischen Grenzen und der Randbedingungen der Aggregate der Walzstraße sowie unter Berücksichtigung gegebener Prozessgrößen für den Walzprozess. Technische Grenzen und Randbedingungen der Aggregate der Walzstraße sind beispielsweise die maximale Leistung von Antrieben der Walzgerüste oder deren maximal möglicher Anstichstoß.
  • Vorgegebene Prozessgrößen umfassen die Temperatur des Metallbandes, den Temperaturverlauf des Metallbandes über dessen Länge und/oder über dessen Breite, der maximal mögliche und/oder zulässige Bandzug, die Planheit des Metallbandes, die aufbringbare Umformenergie, die Bandgeometrie, insbesondere die Bandbereitung, die Enthalpieerhaltung, die spezifische Enthalpie, die Oberflächenqualität des fertigen Metallbandes, die Gefügestruktur und die Streckgrenze des Metallbandes.
  • Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit des Metallbandes beim Einfädeln über alle Walzgerüste in der Prozesssteuerung variabel parametrierbar ist.
  • Die Geschwindigkeitsregelung kann eine datenbasierte und/oder regelbasierte Geschwindigkeitsvorgabe umfassen, beispielsweise material- und/oder dimensionsbezogen. Eine datenbasierte Vorgabe im Sinne der vorliegenden Erfindung meint, dass durch eine automatisierte Analyse einer großen Datenmenge die optimale Geschwindigkeit für den Bandkopf über den gesamten Weg beim Einfädeln und/oder Durchfädeln durch die Walzstraße ermittelt wird und die einzelnen Walzgerüste entsprechend über die Level 1 Automation angesteuert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann auch eine regelbasierte Vorgabe der optimalen Geschwindigkeit, beispielsweise material- und/oder dimensionsbezogen, vorgesehen sein.
  • Zweckmäßigerweise ist eine Abstandsüberwachung des Bandkopfs zu einem Bandfuß eines stromabwärts die Walzstraße durchlaufenden Metallbandes vorgesehen, wobei die Geschwindigkeitsregelung einen Mindestabstand zu dem Bandfuß des stromabwärts die Walzstraße durchlaufenden Metallbandes als Randbedingung berücksichtigt. Das ist vorteilhaft und sinnvoll, um sicherzustellen, dass das gewalzte Band nicht auf den vorauseilenden Bandfuß aufläuft.
  • Wenn das Betriebsverfahren der Erfindung für die Prozesssteuerung einer Warmbandstraße angewendet wird, bei welcher ein Warmband als Vorband aus einer Vorstraße in eine Fertigstraße eingefädelt wird, hat das den Vorzug, dass durch die erhöhte Einfädelgeschwindigkeit am Bandkopf geringere Wärmeverluste auftreten und ein homogeneres Temperaturprofil über die Bandlänge erzielt werden kann.
  • In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren eine Steuerung der Temperatur des Bandkopfs umfasst. Eine solche Temperatursteuerung kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Soll - Temperatur des Bandkopfs erfolgen. Der Temperaturverlauf bzw. das Temperaturprofil des Metallbandes ist insbesondere abhängig von der Dicke des Metallbandes. Bei dünneren Metallbändern kann eine Referenz Temperatur am Bandkopf überhaupt erst durch die erfindungsgemäße Fahrweise bzw. durch die erfindungsgemäße Regelung erreicht werden.
  • Die Temperatur des Vorbandes kann beispielsweise durch eine mehrfache Nutzung einer Einrichtung zum Entzundern und/oder über eine Temperatursteuerung und/oder -Regelung eines der Vorstraße vorgeschalteten Ofens und/ über ein dem Metallbad in der Vorstraße aufgegebenes Dickenprofil geregelt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelvolumenstrom wenigstens einer Zwischengerüstkühlung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit wenigstens eines Walzgerüsts gesteuert und/oder geregelt wird.
  • Um den Abstand zwischen zwei verschiedenen Produkten oder zwei hintereinander zu fertigenden Metallbändern beeinflussen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Wickelgeschwindigkeit wenigstens eines Haspels zum Aufwickeln des fertig gewalzten Metallbandes in Abhängigkeit einer Geschwindigkeitskaskade des Metallbandes über mehrere Walzgerüste gesteuert und/oder geregelt wird.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Stranggießanlage mit einer Walzstraße, auf welche das Betriebsverfahren gemäß der Erfindung anwendbar ist,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines Regelungskonzepts für die Geschwindigkeitsregelung an einer Vielzahl von Walzgerüsten und
    Figur 3
    eine schematische Gegenüberstellung der Temperatursteuerung für ein Warmwalzverfahren mit einer Regelung gemäß der Erfindung, einerseits für dünne Metallbänder mit einer Dicke von weniger als 2 mm und andererseits für dickere Metallbändern mit einer Dicke von mehr als 2 mm.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gießwalzanlage mit einer Stranggießanlage 1, der eine Vorstraße 2 und eine Fertigstraße 3 nachgeschaltet ist. Die Vorstraße 2 umfasst einen ersten Ofen 4, zwei Vorgerüste 5, einen zweiten Ofen 6 sowie eine Schere 7.
  • Die Fertigstraße 3 umfasst einen Zunderwäscher 8 sowie eine Vielzahl von Walzgerüsten F1 bis Fn, die in einer Walzlinie hintereinander angeordnet sind.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung wird anhand der in Figur 1 schematisch und vereinfacht dargestellten Gießwalzanlage erläutert. Wie dies eingangs bereits erwähnt wurde, ist das Betriebsverfahren gemäß der Erfindung nicht auf eine solche Anlage beschränkt, vielmehr bezieht sich dieses auf die Geschwindigkeitsregelung der Walzgerüste F1 bis Fn, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel als Fertiggerüste in einer Fertigstraße 3 angeordnet sind.
  • Bei dem Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel wird ein mit der Stranggießanlage 1 hergestellter Gießstrang mittels der Vorgerüste 5 beispielsweise zu einem Metallband in Form einer Dünnbramme vorgewalzt, die nach einer Entzunderung in dem Zunderwäscher 8 in die Walzgerüste F1 bis Fn der Fertigstraße 3 eingefädelt wird. Die in der Fertigstraße 3 angeordneten Walzgerüste F1 bis Fn werden jeweils über eine übergeordnete und nicht dargestellte Prozesssteuerung angesteuert, wobei die Prozesssteuerung eine Level 2 Automatisierungsebene und eine darunter angeordnete Level 1 Automatisierungsebene zur direkten Steuerung und Regelung der Walzgerüste F1 bis Fn umfasst.
  • Das Betriebsverfahren gemäß der Erfindung umfasst eine Geschwindigkeitsregelung und Geschwindigkeitssteuerung der Walzgerüste F1 bis Fn derart, dass die Einlaufgeschwindigkeit des Metallbandes, im vorliegenden Fall der Dünnbrammen, in die Walzgerüste F1 bis Fn beim Einfädeln so geregelt wird, dass die Geschwindigkeit des Bandkopfs für jedes Walzgerüst F1 bis Fn eine maximal mögliche Einfädelgeschwindigkeit vor einem ersten Walzgerüst F1 und jeweils zwischen zwei Walzgerüsten F1 bis Fn aufweist, und zwar unter Berücksichtigung der jeweiligen technischen Grenzen und Randbedingungen der Walzgerüste F1 bis Fn und unter Berücksichtigung des Umstandes, dass eine errechnete und/oder vorgegebene maximale Walzgeschwindigkeit nach Abschluss des Einfädelvorgangs nicht überschritten wird.
  • Wenn und soweit das anhand der Figuren beschriebene Ausführungsbeispiel sich auf die Geschwindigkeit des Bandkopfs bezieht, so ist die Erfindung gleichwohl so zu verstehen, dass eine solche Regelung sich auf die Geschwindigkeit des Bandfußes, beispielsweise bei einem reversierenden Betrieb der Walzstraße, und/oder auf die Geschwindigkeit eines Abschnittswechsels, d. h. einer Änderung der Produktgeometrie aufgrund eines geplanten Produktwechsels, bezieht.
  • Eine schematische Darstellung des Regel- und Steuerkonzeptes gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren ist in Figur 2 gezeigt. Das Warmband/Vorband bzw. die Bramme wird zunächst mit maximal möglicher Geschwindigkeit in das erste Walzgerüst F1 eingefädelt. Das erste Walzgerüst F1 wird mit maximaler Drehzahl betrieben. Die Grenze der Einlaufgeschwindigkeit des Metallbandes in das erste Walzgerüst F1 wird bestimmt durch die maximale Geschwindigkeit des Entzunderungsvorgangs innerhalb des Zunderwäschers 8, die maximale Geschwindigkeit des Rollgangs und den Sicherheitsabstand zu dem vorauslaufenden Metallband. Weiterhin ergibt sich die maximale Geschwindigkeit des ersten Walzgerüsts F1 durch dessen Motorleistung und den maximalen Anstichstoß. Daraus ergibt sich eine Anfangsgeschwindigkeit V0 vor dem ersten Walzgerüst F1.
  • Im Moment des Anstichs an dem Walzgerüst F2, d. h., wenn der Bandkopf des Metallbandes in das Walzgerüst F2 eingefädelt wird, ist die Drehzahl des Walzgerüsts bzw. dessen Geschwindigkeit gegebenenfalls höher als V0. Erst mit dem Anstich wird das Walzgerüst F1 abgebremst und der Bandkopf auf die entsprechende Geschwindigkeit gebracht. Das hat den Vorteil, dass der Bandzug zwischen den Walzgerüsten F1 und F2 verhältnismäßig schnell und sicher aufgebaut wird. Die Geschwindigkeit der Walzgerüste F1 und F2 wird soweit wie möglich erhöht. Ist eine Erhöhung nicht möglich, so ist die resultierende Geschwindigkeit des Bandkopfs in dem Gerüstbereich zwischen dem Walzgerüst F1 und dem Walzgerüst F2 gleich der Geschwindigkeit, die sich aus der Dickenabnahme des Metallbandes ergibt.
  • Der Massefluss bzw. Volumenstrom durch alle Walzgerüste richtet sich nach der Geschwindigkeit des Bandkopfs, die erfindungsgemäß nach einem übergeordneten Regelungsziel vorgegeben werden kann und variabel ist.
  • Die Geschwindigkeit des Bandkopfs VBandkopf und/ oder die Geschwindigkeit des Bandfußes VBandfuß und/oder die Geschwindigkeit eines Abschnittwechsels VProduktwechsel kann frei vorgegeben werden, um ein übergeordnetes Regelungsziel, im einfachsten Fall eine Maximierung, zu erreichen. Dabei müssen die technischen Randbedingungen bzw. Grenzen und die vorgegebenen Prozessbedingungen des Walzprozesses eingehalten werden.
  • Diese sind:
    • VmaxWalzgerüste für alle Walzgerüste 1 bis n
    • VmaxBandkopfTransport für die Geschwindigkeit des Bandkopfes selbst
    • mit:
      • VMaxWalzgerüstn=MIN (physikalische Grenzen des Walzgerüstes; physikalische Grenzen des Walzprozesses; Prozessvorgaben und - grenzen (z.B. Temp. / Dicke, Voreilung...))
      • VmaxBandkopfTransport = MIN (maximal mögliche Bandkopf Transportgeschwindigkeit: maximal sinnvolle (prozessbedingt) Bandkopf Transportgeschwindigkeit
  • Die Geschwindigkeitsvorgabe von VBandkopf, VBandfuß und/oder VProduktwechsel sollte jederzeit die massenflussrichtige Ansteuerung des Zusammenspiels der verschiedenen Walzgerüste gewährleisten. Dies erfolgt durch eine zielgenaue Einspeisung der übergeordneten Geschwindigkeitsvorgabe in die sogenannte Geschwindigkeitskaskade (s. Figur 2, [Lim Fn])
  • Wobei V = Geschwindigkeit
    D = Dicke
  • Dabei ist die Funktion Min (A; B) eine Funktion, die aus beiden Werten A, B den kleineren Wert ausgibt.
  • Die wie vorstehend beschrieben ermittelte Geschwindigkeit des Bandkopfs wird mit einer gegebenen errechneten Endgeschwindigkeit des Metallbandes hinter dem letzten Walzgerüst Fn verglichen. Aus beiden Werten wird das Minimum ausgewählt, damit das Metallband die letztendlich nach dem Einfädelvorgang vorgesehene Endgeschwindigkeit nicht überschreitet.
  • Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren umfasst, wie eingangs bereits ausgeführt wurde, eine Steuerung der Temperatur des Metallbandes, insbesondere des Bandkopfs.
  • Die Figur 3 zeigt zwei Diagramme, in denen die Temperatur des Metallbandes, der Massenfluss bzw. Volumenstrom des Materials, und die Einzugsgeschwindigkeit des Haspels über die Länge der Walzstraße aufgetragen sind, wobei die linke Darstellung die betreffenden Größen für eine Dicke des Metallbandes von weniger als 2 mm und die rechte Darstellung die betreffenden Größen für eine Dicke des Metallbandes von mehr als 2 mm zeigt. Die Diagramme veranschaulichen die Temperatur- und Geschwindigkeitsprofile für das Betriebsverfahren gemäß der Erfindung. Die Linie, die den Massenfluss kennzeichnet, veranschaulicht zunächst die sogenannte Geschwindigkeitskaskade, die beispielsweise der Bandkopf des Metallbandes vollzieht, wenn dieser die Walzgerüste F1 bis F6 durchläuft. Das Geschwindigkeitsprofil nimmt von Walzgerüst F1 zu Walzgerüst Fn geringfügig stufenweise bis zu einer konstanten Endgeschwindigkeit ab und steigt dann stufenweise wieder an, wenn das Metallband von dem Haspel aufgewickelt wird. Darüber sind der tatsächliche Temperaturverlauf des Metallbandes und die Referenztemperatur des Metallbandes eingezeichnet. Die Referenztemperatur bezeichnet diejenige Temperatur, die zur Erzielung bestimmter Gefüge Eigenschaften des fertigen Produkts angestrebt wird. Schließlich ist der Wasserverbrauch einer Zwischengerüstkühlung über die Länge der Walzstraße eingezeichnet. Im Falle der linken Darstellung erreicht das Walzgut an einer Temperatur-Messstelle hinter dem Walzgerüst F6 die Referenztemperatur. Diese fällt allerdings wegen einer verhältnismäßig hohen Auskühlungsgsrate des Walzguts unmittelbar hinter der Vorstraße wieder ab. Eine Zwischengerüstkühlung wird mit einer minimalen Wassermenge erreicht. Der Anstieg des Wasserverbrauchs gegen Ende des Walzvorgangs ist auf einer dort vorgesehene Kühlstrecke zurückzuführen.
  • Wie aus der rechten Darstellung in Figur 3 ersichtlich ist, bleibt der Bandkopf hinter dem letzten Walzgerüst F6 bzw. hinter einer Temperaturmessstelle auf der vorgesehenen Referenztemperatur. Dies resultiert insbesondere aus der erhöhten Einfädelgeschwindigkeit in die Walzgerüste F1 bis Fn. Da die Abkühlung des Bandkopfs aufgrund einer hohen Einfädelgeschwindigkeit und einer höheren Wärmekapazität nicht so schnell abfällt, wird anfänglich eine größere Wassermenge für die Zwischengerüstkühlung benötigt, die dann aber zunehmend geringer wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stranggießanlage
    2
    Vorstraße
    3
    Fertigstraße
    4
    erster Ofen
    5
    Vorgerüste
    6
    zweiter Ofen
    7
    Schere
    8
    Zunderwäscher
    F1 bis Fn
    Walzgerüste

Claims (11)

  1. Betriebsverfahren für eine Walzstraße, die mehrere von einem Metallband zu durchlaufende Walzgerüste (F1-Fn) aufweist, wobei das Metallband nacheinander in wenigstens einige der Walzgerüste (F1-Fn) eingefädelt wird und das Metallband die Walzstraße unter stufenweiser Dickenreduzierung von einer Ausgangsdicke auf eine Zieldicke durchläuft, wobei das Verfahren eine Geschwindigkeitsregelung der einzelnen Walzgerüste (F1-Fn) mittels einer übergeordneten Prozessteuerung umfasst, dadurch gekennzeichnet,
    dass wenigstens die Einlaufgeschwindigkeit des Metallbandes in die Walzstraße und die Geschwindigkeit der Walzgerüste (F1-Fn) beim Einfädeln eines Bandkopfs und/oder eines Bandfußes oder eines geplanten Abschnittswechsels des Metallbandes in die Walzgerüste (F1-Fn) entsprechend einer Geschwindigkeitsvorgabe für das Metallband oder für Teile des Metallbandes derart geregelt wird, dass die Geschwindigkeit des Bandkopfs für jedes Walzgerüst F1 bis Fn eine maximal mögliche Einfädelgeschwindigkeit vor einem ersten Walzgerüst F1 und jeweils zwischen zwei Walzgerüsten F1 bis Fn aufweist, und
    dass als Geschwindigkeitsvorgabe eine maximal mögliche Einfädelgeschwindigkeit vor einem ersten Walzgerüst (F1) und/oder zwischen zwei Walzgerüsten (F1-Fn) errechnet wird, unter der Bedingung, dass eine errechnete und/ oder vorgegebene maximale Walzgeschwindigkeit nach Abschluss des Einfädelvorgangs nicht überschritten wird,
    wobei die Berechnung der Geschwindigkeitsvorgabe für den Einlauf und/oder das Einfädeln des Metallbandes unter Berücksichtigung der technischen Grenzen und Randbedingungen der Aggregate der Walzstraße und unter Berücksichtigung vorgegebener Prozessgrößen für den Walzprozess erfolgt.
  2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Prozessgrößen ausgewählt sind aus einer Gruppe von Prozessgrößen umfassend die Temperatur des Metallbandes, den Temperaturverlauf über die Länge und/ oder die Breite des Metallbandes, den maximal möglichen und/oder zulässigen Bandzug, die Planheit, die Umformenergie, die Bandgeometrie, insbesondere die Bandbreite, die Enthalpieerhaltung, die spezifische Enthalpie, die Oberflächenqualität des Metallbandes, die Gefügestruktur, die Streckgrenze.
  3. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Metallbandes beim Einfädeln über alle Walzgerüste (F1-Fn) in der Prozesssteuerung variabel parametrierbar ist.
  4. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsregelung eine datenbasierte und/ oder regelbasierte Geschwindigkeitsvorgabe umfasst.
  5. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, als Betriebsverfahren für eine Warmbandstraße, in die ein Warmband als Vorband aus einer Vorstraße (2) eingefädelt wird.
  6. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Abstandsüberwachung des Bandkopfs zu einem Bandfuß eines stromabwärts die Walzstraße durchlaufenden Metallbandes umfasst, wobei die Geschwindigkeitsregelung einen Mindestabstand zu dem Bandfuß des stromabwärts die Walzstraße durchlaufenden Metallbandes als Randbedingung der Berechnung der Geschwindigkeitsvorgabe berücksichtigt.
  7. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Steuerung der Temperatur des Metallbandes, insbesondere des Bandkopfs umfasst.
  8. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Vorbandes in Abhängigkeit einer Soll-Temperatur des Bandkopfs hinter der Fertigstraße gesteuert wird.
  9. Betriebsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Vorbandes durch eine mehrfache Nutzung einer Einrichtung zum Entzundern und/oder über eine Temperatursteuerung und/oder -Regelung eines der Vorstraße vorgeschalteten Ofens und/ über ein dem Metallbad in der Vorstraße aufgegebenes Dickenprofil geregelt wird.
  10. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelvolumenstrom wenigstens einer Zwischengerüstkühlung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit wenigstens eines Walzgerüstes gesteuert und/oder geregelt wird.
  11. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelgeschwindigkeit wenigstens eines Haspels zum Aufwickeln des fertig gewalzten Metallbandes in Abhängigkeit einer Geschwindigkeitskaskade des Metallbandes über mehrere Walzgerüste gesteuert und/oder geregelt wird.
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