EP4311606A1 - Verfahren zur regelung einer walzstrasse sowie walzstrasse - Google Patents

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EP4311606A1
EP4311606A1 EP23184746.8A EP23184746A EP4311606A1 EP 4311606 A1 EP4311606 A1 EP 4311606A1 EP 23184746 A EP23184746 A EP 23184746A EP 4311606 A1 EP4311606 A1 EP 4311606A1
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EP
European Patent Office
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rolling
train
rolling stock
geometry
stock
Prior art date
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Pending
Application number
EP23184746.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Haschke
Thorsten HUGE
Jung Jung
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
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B21B37/22—Lateral spread control; Width control, e.g. by edge rolling
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    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/04—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring thickness, width, diameter or other transverse dimensions of the product

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a rolling train, in which a metal rolling stock, preferably in the form of slabs or ingots, in one or more rolling passes in units of the rolling train, for example in horizontal and vertical rolling stands, with a decrease in thickness and / or width to form a finished one Metal strip is formed as the end product, the process comprising the control of individual units of the rolling train using a higher-level process automation.
  • the invention relates in particular to a method for the adaptive control of a rolling train.
  • the end product in the form of a sheet metal strip should, in addition to other specified properties, ideally have a uniform rectangular cross section with specified dimensions (width and thickness), whereby the rolling process should usually be carried out in such a way that the end product is within the specified dimensional tolerances with as little waste and material losses as possible due to cropping the band ends and trimming of the band edges can be provided.
  • the band ends are also often shaped asymmetrically with respect to the line of symmetry in at least one spatial direction. With each further reduction in thickness or width, such anomalies continue to develop, so that the slabs increasingly deviate from an ideally rectangular geometry, which is the aim for a stable rolling process.
  • the strip ends that deviate from the target width are cut off with cropping shears in order to ensure that they are as clean as possible for the subsequent rolling process in the finishing train to produce a rectangular cross section.
  • cropping shears The more pronounced the anomalies are at the head and foot of the belt, the longer the sections of the belt that are produced as scrap.
  • a method for optimizing the bandwidth distribution at the ends of a strip passing through a rolling train in one or more passes in which the setting position of upsetting rollers in each upsetting pass as the strip ends pass through is created in accordance with a driving curve described by predetermined travel curve parameters, using a neural network with changeable network parameters for each of successive compression passes depending on process parameters of the rolling process, the driving curve parameters are determined. It is intended to determine the actual width distribution of the strip after it leaves the rolling mill and compare it with a target strip width distribution. From the comparison, a width error is determined, which is used to adapt network parameters in a driving curve calculation device.
  • This method only takes into account the width error at the exit of the rolling train and does not describe any control mechanisms for the ongoing rolling process.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for controlling a rolling train in which deviations of the metal strip from a target geometry are minimized as far as possible with a combination of width and thickness reduction.
  • the method is intended to enable optimization of the process parameters or working variables of forming processes both in the ongoing rolling process and in the rolling process for rolling processes for slabs passing through the rolling train later in time.
  • the process automation of the rolling train includes various automation levels in a known manner, with the level 0 automation level comprising elementary functions of the drive control and sensors. This also includes measurement recording and backup.
  • the function of the level 1 automation level includes, for example, active functions that intervene directly in the technological processes as controls or regulations.
  • Corresponding regulations are the thickness control and the width control of the metal strip or the units that are responsible for this, a temperature control, a control of the strip tension in the finishing train and flatness controllers.
  • Setpoint specifications for Level 1 automation controls are also referred to below as the working variables of the rolling process.
  • Corresponding models for the rolling process that calculate the work variables for Level 1 automation include, for example, a pass plan model for roughing and finishing trains, profile, contour and flatness models as well as cooling section models. These can be at the Level 2 Automation level.
  • the method according to the invention advantageously comprises an iterative calculation of working variables of the rolling process, in particular an iterative calculation of setting values or target values for the control of individual units of the rolling train, which consist of a target-actual comparison of the predetermined geometry of the end product with a Model-based expected geometry of the rolling stock results, which is calculated using a computer-aided process model, which calculates the flow behavior of the rolling stock, particularly near the edge, under a deformation effect by an aggregate of the rolling train.
  • a deformation does not necessarily have to be a mechanical deformation, but can also result from thermal stress, for example.
  • Aggregates within the meaning of the invention are preferably, for example, an upsetting press, one or more vertical stands and one or more horizontal rolling stands.
  • An input variable into the process model represents a measured actual geometry of the rolling stock, which is recorded at one or more points on the rolling train, preferably immediately before and/or immediately after a process step in an aggregate of the rolling train.
  • the method according to the invention has the advantage that both the units upstream and downstream of a measuring point can be controlled both for the current rolling process and for subsequent rolling processes of another following rolling stock.
  • rolled stock, slab, ingot and metal strip are used synonymously below.
  • the optimized working variables or optimized process parameters derived using the method according to the invention relate to one or any number of process steps or stations of the rolling process.
  • the process model used according to the invention describes in particular the flow behavior of the material or metal strip near the edge on the basis of recording the actual geometry of the rolling stock and associated process parameters, such as. B. the temperature.
  • the control is preferably designed as an adaptive control, i.e. that is, the adjusted working variables derived by the method are used as initial values of the working variables of the rolling process of a subsequent rolling stock.
  • the iteratively derived working variables are used as initial values for the forming of a rolling stock to be formed subsequently and/or as set values for the forming steps of the ongoing rolling stock. These can be used, for example, as setting values for Level 1 and/or Level 2 automation.
  • the iteratively derived working variables can be used as set values for the processing steps of the running rolling stock before and/or after a measuring point to record the actual geometry of the rolling stock.
  • the iteratively derived working variables are fed back into the process model for describing the flow behavior of the rolling stock.
  • the Process model which is preferably based on a finite element simulation, can thus be continuously adapted in an advantageous manner.
  • the method automatically derives working variables or process parameters of the rolling process with the aid of at least one expert system and/or using methods that are based on machine learning methods, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, Decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or nonlinear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
  • ANN artificial neural network
  • ANN artificial neural network
  • Bayesian reliability networks decision trees, so-called hidden Markov models, case-based reasoning, k-next neighbors, self-organizing maps (self- organizing maps), instance-based learning, support vector machines, recurrent neural networks (RNN), deep neural networks (DNN) or convolutional neural networks (CNN). network). Any conceivable combination of such training can also be used.
  • the actual geometry of the rolling stock is recorded three-dimensionally as a measurement profile at least on a slab head (rolling stock head) and/or on a slab foot (rolling stock foot), but particularly preferably over the entire length of the slabs.
  • the actual geometry and/or the speed of the rolling stock is measured using at least one radar system.
  • the resulting speed signal is more accurate than the usual e.g. B. speed derived from the speed of the drives of the rolling train, at which, for example, the slip of the rolling stock must be taken into account.
  • a two-dimensional detection of the rolling stock geometry can also be provided.
  • Radar-based measurement methods are distinguished from, for example, optical measurement methods due to their insensitivity to the environmental conditions prevailing, especially in a roughing line, with water, steam, dust, oil, grease, high temperatures and the like.
  • the actual geometry of the rolling stock is measured at least immediately before and/or after a width reduction of the rolling stock.
  • the working variables or process parameters of the rolling process can be adjusted or optimized accordingly both for the process steps upstream of the measuring arrangement or the measuring point as well as for the process steps downstream, both for the running rolling stock and for subsequent slabs.
  • the derived working variables are used to control the short strokes of an upsetting press and/or the vertical stand(s) of a roughing train and/or to control the positioning movement of the or the vertical stands and/or to control the positioning movement of the following horizontal stands in a roughing and/or finishing train.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a rolling train for a metal rolling stock, preferably in the form of slabs or ingots, which in one or more rolling passes at least in vertical and / or horizontal rolling stands with a decrease in width and / or thickness to form a finished metal strip are formed as a final product, with a measuring arrangement for carrying out the method in the manner described above.
  • the measuring arrangement preferably comprises at least one radar sensor, particularly preferably a plurality of radar sensors arranged in a measuring field, with which a three-dimensional geometry of the rolling stock can preferably be detected.
  • a radar sensor in the sense of the present patent application is understood to be a sensor for detecting the material geometry using electromagnetic waves in the range of 1 mm to 100 mm wavelength.
  • sensors are preferably arranged together in a measuring field within a measuring device.
  • the method according to the invention is described below as an example for the control of a hot rolling train 1 for rolling a steel rolling stock.
  • the person skilled in the art will recognize that the method according to the invention is not limited to use in hot rolling mills, but rather the method according to the invention can be used in rolling mills of any type regardless of the type of materials to be formed.
  • the process is not limited to a process for rolling steel.
  • Hot rolling train 1 shown as an example includes, in a known manner, a roughing train 2 and a finishing train 3.
  • the roughing train 2 comprises a scale washer 4, an upsetting press 5 connected downstream of the scale washer 4, an upsetting stand or a vertical stand 6 and a horizontal rolling stand 7.
  • the finishing train 3 shown schematically below the roughing train 2, which is arranged in a rolling line with the roughing train 2 and is shown here below the roughing train 2 only for technical reasons, comprises a drum shear 8, one of these downstream scale washers 4, and a large number of designed as finishing stands Horizontal rolling stands 7, a cooling section 9 and a reel 10 for winding a finished rolled metal strip into a coil.
  • the same components are the same regardless of whether they are in the roughing train 2 or in the finishing train 3 are arranged, designated with the same reference numerals.
  • the roughing train 2 is preceded by three heating furnaces 11, from which individual slabs 12 are fed to the roughing train 2 as rolling stock.
  • the slabs 12 can first be reduced in width in the upsetting press 5, with targeted strokes at the head and foot of the slab 12 producing an advantageous geometry for the subsequent rolling process.
  • the slabs 12 are then reduced in width in a reversing manner, first in the upsetting stand 6 and in the thickness in the immediately downstream horizontal rolling stand 7. So there is a combination of a decrease in width and thickness (widening and re-widening).
  • a width reduction can take place in the upsetting press and/or in the vertical stand.
  • the upsetting stand 6 and the horizontal rolling stand 7 are also referred to as a roughing stand as a combined unit.
  • the hot rolling train 1 includes a large number of possible positions of measuring devices U0 to Ux, which are arranged at various points along the rolling line immediately before and / or immediately after an aggregate (heat furnace, upsetting press, upsetting stand, horizontal rolling stand).
  • a first measuring device U0 for the initial detection of the actual geometry of a slab can be arranged directly in front of the heating furnaces 11.
  • the number of measuring devices and/or measuring points U0 to Ux is not critical for the method according to the invention.
  • the terms “behind” or “in front of” or “upstream” or “downstream” used below refer to the direction of travel of the slabs 12 through the hot rolling train 1, which is predetermined by the process control, at the measuring point Ux under consideration.
  • This measuring device U0 as well as all of them
  • other measuring devices Ux are designed as radar measuring devices, which are preferably Capture and evaluate at least one height and width profile over the entire length of the slab 12 in question and also determine a speed of the slab 12 within the hot rolling train 1 from the determined data.
  • an iterative determination of optimized working variables or process parameters for controlling 1-m of a measuring point upstream and/or 1-n of a measuring point downstream process parameters of the hot rolling train 1 is provided.
  • working variables can, for example, be the temperature of the slabs 12 or the rolling stock, the control of the short strokes of the upsetting press 5 or the upsetting stand 6, the width reduction in the upsetting press 5 or the upsetting stand 6, the band tension built up by the reel 10 or through a band loop, the Roll rise of the downstream horizontal roll stands 7 and thus their decrease in thickness, the drive speed of the horizontal roll stands 7, the temperature of the roll emulsion, the temperature control in the scale washers 4 or in the cooling section 9.
  • the iterative optimization of the working variables is carried out using a computer-aided process model based on a finite element analysis or using other numerical methods to describe the flow behavior of the slabs 12 or the metal strip/rolled material near the edge under the influence of deformation forces, primarily on the basis of a three-dimensional recording of the actual geometry of the rolling stock.
  • the claimed method uses initially specified process parameters (starting values) and adapted process parameters, e.g. B. from a higher-level process automation, as input variables for the process model to describe the flow behavior near the edge.
  • the actual geometry and optionally other state variables are also recorded Slab 12 such as B.
  • the speed of the rolling stock is recorded and fed to the process model to describe the flow behavior near the edge.
  • an expected geometry of the rolling stock is modeled using the process model to describe the flow behavior near the edge, which corresponds to the target geometry, e.g. B. is compared according to product specifications or customer specifications. From this comparison, adapted working variables are derived for at least one forming process, preferably for all forming processes and/or for all units of the hot rolling train 1, specifically when the deviation of the model-based expected geometry from the target geometry is outside a given error tolerance ⁇ 1 -n lies The process steps of calculating or modeling the expected geometry, comparing and deriving new adjusted working variables are repeated until the deviations are within the given error tolerances.
  • the method for describing the flow behavior near the edge takes into account initial and adapted process parameters actual values returned to the process, actual geometry recorded three-dimensionally using radar technology of a flat metal material to be formed in the form of a slab 12 at at least one of the measuring points U0 - Ux ( Figure 1 ).
  • further process and condition variables can be recorded at the measuring point, for example information about the speed of the slab 12 or the temperature of the rolling stock.
  • This data is processed in the process model to describe the flow behavior of the material near the edge in order to derive 1-n expected geometries for 1-n downstream process steps. The expected geometries are compared with the target geometries for 1 to n downstream process steps.
  • Adapted working variables are then derived for 1-n downstream process steps if the deviations of the expected geometries from the target geometries lie outside the error tolerances mentioned above.
  • the adjusted working variables are taken into account in 1-n downstream process steps in the process model to describe the flow behavior near the edge instead of the initially pre-calculated working variables.
  • the comparison, derivation and feedback of adjusted working variables is repeated until the deviations between target and actual geometries for 1-n downstream process steps are within the defined error limits.
  • the optimized working variables or process parameters are used as setting values for the L1/L2 (Level 1/Level 2) automation of the higher-level process control, both for the ongoing rolling process and as starting values or initial values for processing slabs to be subsequently formed in the rolling process .
  • the Figure 3 shows the sequence of the iterative process for determining the optimized working variables for 1-m of a measuring point U0 to Ux ( Figure 1 ) upstream process steps.
  • This process differs from that based on: Figure 2 explained process: Following a three-dimensional recording of the actual geometry of the rolling stock and the optional recording of other process variables at any measuring point U0 - Ux on the hot rolling train 1, a comparison of the actual geometry with the target geometry for this measuring point U0 - Ux is carried out. If the deviation from the comparison is within the defined error tolerance ⁇ U , the optimal working variables have already been found. A further iteration is then not necessary.
  • adapted working variables for 1-m upstream process steps are derived for iterable process parameters, taking into account the actual values from the L1 automation for 1-m upstream process steps, so that for subsequent products an optimized geometry of the rolling stock is achieved at the measuring point U0-Ux.
  • Iterable process parameters here mean e.g. B. Process parameters such as thickness or width reductions in the roughing train, which can be changed by the method according to the invention to determine an optimized geometry at the measuring point U0 - Ux. They therefore differ from the process parameters (actual values from the L1 automation), which are included unchanged in the process model to describe the flow behavior near the edge.
  • the iteratively determined working variables and the measured values from the L1 automation for 1-m upstream process steps are processed in the process model to describe the flow behavior near the edge in order to derive expected geometries for 1-m upstream process steps.
  • the expected geometries derived from the process model are then compared with the target geometries for the 1-m upstream process steps.
  • the processing and Derivation and comparison are repeated until the deviations between target and actual geometries lie within defined error limits ⁇ 1-m .
  • the recorded actual values of the Level 1 automation (measured values) are fed back into the process model as input variables to describe the flow behavior near the edge, so that the process model is constantly adapted.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Walzstraße (1) sowie eine Walzstraße, in der ein metallenes Walzgut, vorzugsweise in Form von Brammen (12) und Ingots, in einem oder mehreren Walzstichen in Aggregaten der Walzstraße unter Breiten- und/oder Dickenabnahme zu einem konfektionierten Metallband als Endprodukt umgeformt wird, wobei das Verfahren die Regelung einzelner Aggregate der Walzstraße mittels einer übergeordneten Prozessautomation umfasst und wobei das Verfahren ein Messen und Erfassen einer Ist-Geometrie des Walzguts an wenigstens einer Messstelle wenigstens vor und/oder nach einem Umformschritt in einem Aggregat der Walzstraße und das Berechnen einer zu erwartenden Geometrie des Walzguts unter Verwendung eines computergestützten Prozessmodels, welches das insbesondere randnahe Fließverhalten des Walzguts unter einer gegebenen Verformungseinwirkung modelliert, und das Ableiten angepasster Arbeitsgrößen für wenigstens einen Umformvorgang umfasst, wenn die Abweichung der modellbasiert ermittelten erwarteten Geometrie von der messtechnisch erfassten Soll-Geometrie außerhalb einer gegebenen Fehlertoleranz liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Walzstraße, in der ein metallenes Walzgut, vorzugsweise in Form von Brammen oder Ingots, in einem oder mehreren Walzstichen in Aggregaten der Walzstraße, beispielsweise in Horizontal- und Vertikalwalzgerüsten unter Dicken- und/oder Breitenabnahme zu einem konfektionierten Metallband als Endprodukt umgeformt wird, wobei das Verfahren die Regelung einzelner Aggregate der Walzstraße mittels einer übergeordneten Prozessautomation umfasst. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur adaptiven Regelung einer Walzstraße.
  • Beim Warmwalzen von flachen, metallenen Materialien in Warmwalzstraßen werden beispielsweise Brammen aus Stahl mit Ausgangsdicken von 200 bis 250 mm auf Temperaturen um die 1250 °C erhitzt. Beim Walzen von Aluminium ist das Ausgangsmaterial (sogenannte Ingots) mit typischerweise bis zu 600 mm deutlich dicker. In einer Vorstraße für Stahlbänder werden die Brammen z. B. mithilfe von Vorgerüsten zu Vorbändern mit Vorbanddicken von beispielsweise 25 bis 55 mm und Vorbandtemperaturen im Bereich von 950 bis 1050° ausgewalzt. In einer Fertigstraße mit hintereinander angeordneten Fertiggerüsten werden die Vorbänder zu fertigen Bändern mit typischen Enddicken von 0,9 bis 25,4 mm und Endwalztemperaturen von 850 bis 950 °C gewalzt. Diese werden dann beispielsweise zu sogenannten Coils konfektioniert.
  • Das Endprodukt in Form eines Blechbandes sollte neben weiteren vorgegebenen Eigenschaften idealerweise einen gleichmäßigen rechteckigen Querschnitt mit vorgegebenen Dimensionen (Breite und Dicke) aufweisen, wobei das Walzverfahren üblicherweise so geführt werden soll, dass das Endprodukt innerhalb der vorgegebenen Maßtoleranzen mit möglichst wenig Ausschuss und Materialverlusten durch Schopfen der Bandenden und Besäumen der Bandkanten bereitgestellt werden kann.
  • Beim Walzen von flachen, metallenen Materialien stellt sich naturgemäß an den Bandenden im Vergleich zum Bandfilet ein unterschiedlicher Materialfluss ein. Das Material hat an den Bandenden sowohl bei der Breiten- als auch bei der Dickenreduktion die Tendenz, eher in Längs- als in Breitenrichtung zu fließen. Dies führt in der Praxis bei der Breitenreduktion zur Entstehung von sogenannten Hundeknochen, die am Bandkopf und am Bandfuß entsprechend schwächer ausgeprägt sind als im Filet. Ohne geeignete Gegenmaßnahme führt das unterschiedliche Fließverhalten in Kombination mit den Hundeknochen dann beim Walzen zu Abweichungen von der Soll-Geometrie. Die Bandenden bilden sich z. B. in Form von Zungen am Kopf oder sogenannten Fischschwänzen am Fuß aus bzw. es kommt insbesondere an den Walzgutenden bzw. dem Übergang der Bandenden zum Filet zu Abweichungen von der Soll-Geometrie.
  • Häufig sind die Bandenden zudem asymmetrisch bezogen auf die Symmetrielinie in mindestens einer Raumrichtung ausgeformt. Mit jeder weiteren Dicken- oder Breitenreduktion bilden sich solche Anomalien weiter aus, so dass die Brammen zunehmend von einer idealerweise rechteckigen Geometrie abweichen, die für einen stabilen Walzprozess anzustreben ist.
  • Nachdem das Vorband in der Vorstraße hergestellt wurde, werden die von der Sollbreite abweichenden Bandenden mit einer Schopfschere abgeschnitten, um für den nachfolgenden Walzprozess in der Fertigstraße wieder einen möglichst rechteckigen Querschnitt herzustellen. Je stärker die Anomalien am Bandkopf und am Bandfuß ausgeprägt sind, desto länger sind die Abschnitte des Bandes, die als Ausschuss anfallen.
  • Um dem entgegenzuwirken, ist es im Stand der Technik bekannt, die Breitenabnahme des Bandes in einer Stauchpresse und/oder einem Stauchgerüst in der Vorstraße mittels sogenannter Kurzhübe zu beeinflussen, sodass das Material bei der nachfolgenden Rückbereitung trotz der unterschiedlichen Bedingungen während der Umformung eine möglichst konstante Breite über die gesamte Brammenlänge aufweist. Meistens werden Breitenabweichungen hinter der Vorstraße oder erst nach dem Fertigwalzen erkannt, sodass eine entsprechende Anpassung von Arbeitsgrößen der Aggregate für die Breitenabnahme des Bandes erst für nachfolgende Produkte möglich ist.
  • Aus der DE 196 44 131 A1 ist ein Verfahren zur Optimierung der Bandbreitenverteilung an den Enden eines, eine Walzstraße in einem oder mehreren Stichen durchlaufenden Bandes, bekannt, bei welchem die Anstellposition von Stauchwalzen in jedem Stauchstich beim Durchlaufen der Bandenden entsprechend einer durch vorgegebene Fahrkurvenparameter beschriebenen Fahrkurve erstellt wird, wobei mittels eines neuronalen Netzes mit veränderbaren Netzparametern für jeden von aufeinanderfolgenden Stauchstichen in Abhängigkeit von Prozessparametern des Walzprozesses die Fahrkurvenparameter ermittelt werden. Dabei ist vorgesehen, die tatsächliche Breitenverteilung des Bandes nach dem Auslauf aus der Walzstraße zu ermitteln und mit einer Soll-Bandbreitenverteilung zu vergleichen. Aus dem Vergleich wird ein Breitenfehler ermittelt, der zur Adaption von Netzparametern in einer Fahrkurven-Berechnungseinrichtung herangezogen wird.
  • Dieses Verfahren berücksichtigt nur den Breitenfehler am Auslauf der Walzstraße und beschreibt keine Regelmechanismen für den laufenden Walzprozess.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer Walzstraße bereitzustellen, in der Abweichungen des Metallbandes von einer Soll-Geometrie bei einer Kombination von Breiten- und Dickenreduktion möglichst minimiert werden. Insbesondere soll das Verfahren eine Optimierung der Prozessparameter bzw. Arbeitsgrößen von Umformvorgängen sowohl des laufenden Walzprozesses als auch des Walzprozesses für Walzvorgänge für zeitlich später die Walzstraße durchlaufende Brammen ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Walzstraße mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche erfasst.
  • Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Walzstraße insbesondere einer Warmwalzstraße, in der ein metallenes Walzgut, vorzugsweise in Form von Brammen oder Ingots, das in einem oder mehreren Walzstichen in Aggregaten der Walzstraße unter Breiten- und/oder Dickenabnahme zu einem konfektionierten Metallband als Endprodukt umgeformt wird, wobei das Verfahren die Regelung einzelner Aggregate der Walzstraße mittels einer Prozessautomation unter Anwendung folgender Verfahrensschritte umfasst:
    1. a) Messen und Erfassen einer Ist-Geometrie des Walzguts an wenigstens einer Messstelle wenigstens vor und/oder nach einem Umformschritt in einem Aggregat der Walzstraße,
    2. b) Berechnen von Anfangswerten der Arbeitsgrößen des Walzprozesses aufgrund von vorgegebenen Anforderungen an die Geometrie des Endprodukts als Soll-Geometrie und unter Berücksichtigung der gemessenen Ist-Geometrie,
    3. c) Berechnen einer aufgrund der vorausberechneten Arbeitsgrößen zu erwartenden Geometrie des Walzguts unter Verwendung eines computergestützten Prozessmodels, welches das Fließverhalten des Walzguts unter einer gegebenen und/oder angenommenen Verformungseinwirkung modelliert,
    4. d) Vergleichen der modellbasiert berechneten erwarteten Geometrie des Walzguts mit der Soll-Geometrie des Walzguts,
    5. e) Ableiten angepasster Arbeitsgrößen für wenigstens einen Prozessschritt des Walzverfahrens, wenn die Abweichung der modellbasierten erwarteten Geometrie des Walzguts von der Soll-Geometrie des Walzguts außerhalb einer gegebenen Fehlertoleranz liegt,
    6. f) Wiederholen der Schritte b) bis e) so lange, bis die Abweichungen zwischen der Soll-Geometrie und der erwarteten Geometrie innerhalb der gegebenen Fehlertoleranz liegt und
    7. g) Regeln wenigstens eines Aggregats der Walzstraße unter Verwendung der abgeleiteten Arbeitsgrößen.
  • Die Prozessautomation der Walzstraße umfasst in bekannter Art und Weise verschiedene Automationsebenen, wobei die Automationsebene Level 0 elementare Funktionen der Antriebsregelung und Sensorik umfasst. Dazu gehören auch die Messwerterfassung und -sicherung. Die Funktion der Automationsebene Level 1 umfasst beispielsweise aktive Funktionen, die als Steuerungen oder Regelungen direkt in die technologischen Prozesse eingreifen. Entsprechende Regelungen sind die Dickenregelung und die Breitenregelung des Metallbandes bzw. der Aggregate, die dafür zuständig sind, eine Temperaturregelung, eine Regelung des Bandzuges in der Fertigstraße und Planheitsregler. Sollwert-Vorgaben für Regelungen der Level 1 Automation werden im Folgenden auch als Arbeitsgrößen des Walzvorgangs bezeichnet. Entsprechende Modelle für den Walzvorgang, die die Arbeitsgrößen für die Level 1 Automation berechnen, sind beispielsweise ein Stichplanmodell für Vor- und Fertigstraße, Profil-, Kontur- und Planheitsmodelle sowie Kühlstreckenmodelle. Diese können auf der Ebene der Level 2 Automation angesiedelt sein.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst in vorteilhafter Art und Weise eine iterative Berechnung von Arbeitsgrößen des Walzprozesses, insbesondere eine iterative Berechnung von Setzwerten bzw. Sollwerten für die Steuerung einzelner Aggregate der Walzstraße, die aus einem Soll-Ist Vergleich der vorgegebenen Geometrie des Endprodukts mit einer modellbasiert ermittelten erwarteten Geometrie des Walzguts resultiert, die unter Verwendung eines computergestützten Prozessmodells berechnet wird, welches das insbesondere randnahe Fließverhalten des Walzguts unter einer Verformungseinwirkung durch ein Aggregat der Walzstraße berechnet. Eine solche Verformungseinwirkung muss nicht notwendigerweise eine mechanische Verformung sein, sondern diese kann beispielsweise auch aus thermischer Beanspruchung resultieren.
  • Aggregate im Sinne der Erfindung sind bevorzugt beispielsweise eine Stauchpresse, ein oder mehrere Vertikalgerüste und ein oder mehrere Horizontalwalzgerüste. Eine Eingangsgröße in das Prozessmodell stellt eine gemessene Ist-Geometrie des Walzguts dar, die an einer oder mehreren Stellen der Walzstraße vorzugsweise unmittelbar vor und/oder unmittelbar nach einem Prozessschritt in einem Aggregat der Walzstraße erfasst wird.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den Vorzug, dass sowohl eine Regelung der Aggregate stromaufwärts als auch stromabwärts einer Messstelle sowohl für den laufenden Walzvorgang als auch für zeitlich nachfolgende Walzvorgänge eines anderen folgenden Walzguts bewerkstelligt werden kann.
  • Die Begriffe Walzgut, Bramme, Ingot und Metallband werden im Folgenden synonym verwendet.
  • Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeleiteten, optimierten Arbeitsgrößen bzw. optimierten Prozessparameter beziehen sich auf ein oder beliebig viele Prozessschritte oder Stationen des Walzprozesses.
  • Das erfindungsgemäß verwendete Prozessmodell beschreibt insbesondere das randnahe Fließverhalten des Materials bzw. des Metallbandes auf der Basis einer Erfassung der Ist-Geometrie des Walzgutes und damit einhergehender Prozessparameter, wie z. B. der Temperatur.
  • Vorzugsweise ist die Regelung als adaptive Regelung ausgebildet, d. h., dass die durch das Verfahren abgeleiteten angepassten Arbeitsgrößen als Anfangswerte der Arbeitsgrößen des Walzprozesses eines folgenden Walzguts eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise werden die iterativ abgeleiteten Arbeitsgrößen als Anfangswerte für die Umformung eines zeitlich nachfolgend umzuformenden Walzguts und/oder als Setzwerte für die Umformschritte des laufenden Walzguts verwendet. Diese können beispielsweise als Setzwerte für eine Level 1 und/oder Level 2 Automation verwendet werden.
  • Beispielsweise können die iterativ abgeleiteten Arbeitsgrößen als Setzwerte für die Bearbeitungsschritte des laufenden Walzguts vor und/oder nach einer Messstelle zur Erfassung der Ist-Geometrie des Walzguts verwendet werden.
  • Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die iterativ abgeleiteten Arbeitsgrößen in das Prozessmodell zur Beschreibung des Fließverhaltens des Walzguts zurückgeführt werden. Das Prozessmodell, welches vorzugsweise auf einer Finite-Elemente-Simulation beruht, kann so in vorteilhafter Art und Weise laufend angepasst werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren eine automatische Ableitung von Arbeitsgrößen bzw. Prozessparametern des Walzvorgangs unter Zuhilfenahme wenigstens eines Expertensystems und/oder unter Anwendung von Verfahren, die auf Methoden des maschinellen Lernens basieren, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector-Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen umfasst.
  • Bekannte Beispiele für die Ausbildung von Künstlicher Intelligenz als Künstliches Neuronales Netz bzw. Netzwerk (ANN für Artificial Neural Network) sind u. a. Bayes'sche Zuverlässigkeitsnetzwerke (Bayesian belief network), Entscheidungsbäume (decision tree), sog. hidden Markov-Modelle, fallorientierte Überlegung (case-based reasoning), k-nächste Nachbarn (k-next neighbors), sich selbst organisierende Karten (self-organizing maps), fallorientiertes Lernen (instance-based learning), Stützvektormaschinen (support vector machine), rekurente neuronale Netze (RNN für recurrent neural network), tiefe neurale Netze (DNN für deep neural network) oder faltende neuronale Netze (CNN für convolutional neural network). Auch jede denkbare Kombination aus derartigen Ausbildungen kann zum Einsatz kommen.
  • Vorzugsweise wird die Ist-Geometrie des Walzguts mindestens an einem Brammenkopf (Walzgutkopf) und/oder an einem Brammenfuß (Walzgutfuß), besonders bevorzugt jedoch über die gesamte Länge der Brammen als Messprofil dreidimensional erfasst.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Ist-Geometrie und/oder die Geschwindigkeit des Walzguts mittels wenigstens eines Radarsystems gemessen wird. Je nach verwendetem Verfahren ist beispielsweise durch eine dreidimensionale Erfassung der Walzgutgeometrie auch eine Ableitung der Geschwindigkeit des Walzguts, beispielsweise aufgrund charakteristischer geometrischer Merkmale des Walzguts möglich. Das daraus resultierende Geschwindigkeitssignal ist genauer als die sonst üblicherweise z. B. aus der Geschwindigkeit der Antriebe der Walzstraße abgeleitete Geschwindigkeit, bei der beispielsweise der Schlupf des Walzguts berücksichtigt werden muss.
  • Grundsätzlich kann im Rahmen der Erfindung auch eine zweidimensionale Erfassung der Walzgutgeometrie vorgesehen sein.
  • Radarbasierte Messverfahren zeichnen sich gegenüber beispielsweise optischen Messverfahren insbesondere aufgrund ihrer Unempfindlichkeit gegenüber den vor allem in einer Vorstraße herrschenden Umgebungsbedingungen mit Wasser, Dampf, Staub, Öl, Fett, hohen Temperaturen und dergleichen aus.
  • Besonders vorteilhaft und zweckmäßig ist es, wenn eine Messung der Ist-Geometrie des Walzguts mindestens unmittelbar vor und/oder hinter einer Breitenreduzierung des Walzguts erfolgt. Auf diese Art und Weise können die Arbeitsgrößen bzw. Prozessparameter des Walzprozesses sowohl für die der Messanordnung bzw. der Messstelle örtlich vorgelagerten als auch für die örtlich nachgelagerten Prozessschritte sowohl für das laufende Walzgut als auch für zeitlich nachfolgende Brammen entsprechend angepasst werden bzw. optimiert werden.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die abgeleiteten Arbeitsgrößen zur Steuerung der Kurzhübe einer Stauchpresse und/oder des bzw. der Vertikalgerüste einer Vorstraße und/oder zur Steuerung der Anstellbewegung des bzw. der Vertikalgerüste und/oder zur Steuerung der Anstellbewegung folgender Horizontalgerüste in einer Vor- und/oder Fertigstraße verwendet werden.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Walzstraße für ein metallenes Walzgut, vorzugsweise in Form von Brammen oder Ingots, die in einem oder mehreren Walzstichen wenigstens in Vertikal- und/oder Horizontalwalzgerüsten unter Breiten- und/oder Dickenabnahme zu einem konfektionierten Metallband als Endprodukt umgeformt werden, mit einer Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens in der vorstehend beschriebenen Art und Weise.
  • Die Messanordnung umfasst vorzugsweise wenigstens einen Radarsensor, besonders bevorzugt eine Vielzahl von in einem Messfeld angeordneten Radarsensoren, mit denen vorzugsweise eine dreidimensionale Geometrie des Walzguts erfasst werden kann. Unter einem Radarsensor im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung wird ein Sensor zur Erfassung der Materialgeometrie mithilfe von elektromagnetischen Wellen im Bereich von 1 mm bis 100 mm Wellenlänge verstanden. Mehrere Sensoren sind vorzugsweise in einem Messfeld innerhalb eines Messgeräts zusammengefasst angeordnet.
  • Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Warmwalzstraße, die einer Regelung gemäß der Erfindung unterworfen ist,
    Figur 2
    ein Schema, welches den Ablauf des iterativen Verfahrens zur Bestimmung optimierter Arbeitsgrößen des Walzprozesses für stromabwärts einer Messstelle angeordnete Aggregate veranschaulicht und
    Figur 3
    ein Schema, welches den Ablauf des iterativen Verfahrens zur Bestimmung optimierter Arbeitsgrößen des Walzprozesses für stromaufwärts einer Messstelle vorgelagerte Aggregate veranschaulicht.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend beispielhaft für die Regelung einer Warmwalzstraße 1 zum Walzen eines Walzguts aus Stahl beschrieben. Der Fachmann wird erkennen, dass das Verfahren gemäß der Erfindung nicht auf die Anwendung bei Warmwalzstraßen beschränkt ist, vielmehr kann das Verfahren gemäß der Erfindung in Walzstraßen jedweder Art ungeachtet der Art der umzuformenden Materialien Anwendung finden. Ebenso ist das Verfahren nicht auf ein Verfahren zum Walzen von Stahl beschränkt.
  • Die in Figur 1 exemplarisch dargestellte Warmwalzstraße 1 umfasst in bekannter Art und Weise eine Vorstraße 2 und eine Fertigstraße 3. Die Vorstraße 2 umfasst bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Zunderwäscher 4, eine dem Zunderwäscher 4 nachgeschaltete Stauchpresse 5, ein Stauchgerüst bzw. ein Vertikalgerüst 6 und ein Horizontalwalzgerüst 7.
  • Die unterhalb der Vorstraße 2 schematisch dargestellte Fertigstraße 3, die mit der Vorstraße 2 in einer Walzlinie angeordnet ist und hier nur aus darstellungstechnischen Gründen unterhalb der Vorstraße 2 gezeichnet ist, umfasst eine Trommelschere 8, einen dieser nachgeordneten Zunderwäscher 4, eine Vielzahl von als Fertiggerüste ausgebildeten Horizontwalzgerüsten 7, eine Kühlstrecke 9 sowie einen Haspel 10 zum Aufwickeln eines fertig gewalzten Metallbandes zu einem Coil. Gleiche Bauteile sind ungeachtet dessen, ob diese in der Vorstraße 2 oder in der Fertigstraße 3 angeordnet sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Der Vorstraße 2 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Wärmeofen 11 vorgelagert, aus denen als Walzgut einzelne Brammen 12 der Vorstraße 2 zugeführt werden. Die Brammen 12 können zunächst in der Stauchpresse 5 in ihrer Breite reduziert werden, wobei durch gezielte Hübe am Kopf und am Fuß der Bramme 12 eine für den nachfolgenden Walzprozess vorteilhafte Geometrie erzeugt wird. Danach werden die Brammen 12 reversierend zunächst in dem Stauchgerüst 6 in der Breite und in dem unmittelbar nachgeschalteten Horizontalwalzgerüst 7 in der Dicke reduziert. Es findet also eine Kombination aus Breiten- und Dickenabnahme (Breitung und Rückbreitung) statt. Je nach Gestaltung des Walzprozesses kann eine Breitenreduktion in der Stauchpresse und/oder im Vertikalgerüst erfolgen. Das Stauchgerüst 6 und das Horizontalwalzgerüst 7 werden als kombinierte Einheit auch als Vorgerüst bezeichnet.
  • Die Warmwalzstraße 1 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst eine Vielzahl von möglichen Positionen von Messgeräten U0 bis Ux, die an verschiedenen Stellen entlang der Walzlinie unmittelbar vor und/oder unmittelbar nach einem Aggregat (Wärmeofen, Stauchpresse, Stauchgerüst, Horizontalwalzgerüst) angeordnet sind.. So kann beispielsweise ein erstes Messgerät U0 zur initialen Erfassung der Ist-Geometrie einer Bramme unmittelbar vor den Wärmeöfen 11 angeordnet sein. Die Anzahl der Messgeräte und/oder Messstellen U0 bis Ux ist für das Verfahren gemäß der Erfindung nicht kritisch. Die im Folgenden verwendeten Begriffe "hinter" oder "vor" oder "stromaufwärts" oder "stromabwärts" beziehen sich jeweils an der betrachteten Messstelle Ux auf die durch die Prozessführung vorgegebene Laufrichtung der Brammen 12 durch die Warmwalzstraße 1. Dieses Messgerät U0, wie auch alle anderen Messgeräte Ux sind erfindungsgemäß als Radarmessgeräte ausgebildet, die vorzugsweise über die gesamte Länge der betreffenden Bramme 12 wenigstens ein Höhen- und Breitenprofil erfassen und auswerten sowie aus den ermittelten Daten ebenfalls eine Geschwindigkeit der Bramme 12 innerhalb der Warmwalzstraße 1 ermitteln können.
  • Erfindungsgemäß ist eine iterative Ermittlung von optimierten Arbeitsgrößen bzw. Prozessparametern zur Regelung von 1-m einer Messstelle vorgelagerten und/oder 1-n einer Messstelle nachgelagerten Prozessparametern der Warmwalzstraße 1 vorgesehen. Solche Arbeitsgrößen können beispielsweise die Temperatur der Brammen 12 bzw. des Walzguts, die Steuerung der Kurzhübe der Stauchpresse 5 oder des Stauchgerüsts 6, die Breitenabnahme in der Stauchpresse 5 oder dem Stauchgerüst 6, der durch den Haspel 10 oder durch eine Bandschlinge aufgebaute Bandzug, der Walzenaufgang der nachgelagerten Horizontalwalzgerüste 7 und damit deren Dickenabnahme, die Antriebsgeschwindigkeit der Horizontalwalzgerüste 7, die Temperatur der Walzemulsion, die Temperaturführung in den Zunderwäschern 4 oder in der Kühlstrecke 9 sein. Die iterative Optimierung der Arbeitsgrößen erfolgt mithilfe eines auf einer Finite-Elemente-Analyse oder unter Verwendung eines auf anderen numerischen Verfahren basierenden computergestützten Prozessmodells zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens der Brammen 12 bzw. des Metallbandes/Walzguts unter Einwirkung von Verformungskräften, vornehmlich auf der Basis einer dreidimensionalen Erfassung der Ist-Geometrie des Walzguts.
  • Das beanspruchte Verfahren verwendet anfänglich vorgegebene Prozessparameter (Startwerte) und adaptierte Prozessparameter, z. B. aus einer übergeordneten Prozessautomation, als Eingangsgrößen für das Prozessmodell zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens.
  • Durchläuft das Walzgut auf seiner Route durch die Walzstraße 1 eine Messstelle U, werden zusätzlich die Ist-Geometrie und optional weitere Zustandsgrößen der Bramme 12 wie z. B. die Geschwindigkeit des Walzguts erfasst und dem Prozessmodell zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens zugeführt.
  • Aufgrund der berücksichtigten Arbeitsgrößen sowie der an einer Messstelle U0-Ux erfassten Ist-Geometrie sowie optional erfassten weiteren Zustandsgrößen des Walzguts wird unter Verwendung des Prozessmodells zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens eine zu erwartende Geometrie des Walzguts modelliert, die mit der Soll-Geometrie, z. B. gemäß Produktvorgabe bzw. Kundenvorgabe, verglichen wird. Aus diesem Vergleich erfolgt eine Ableitung angepasster Arbeitsgrößen für wenigstens einen Umformvorgang, vorzugsweise für alle Umformvorgänge und/oder für alle Aggregate der Warmwalzstraße 1, und zwar dann, wenn die Abweichung der modellbasiert ermittelten erwarteten Geometrie von der Soll-Geometrie außerhalb einer gegebenen Fehlertoleranz ε1-n liegt Die Verfahrensschritte der Berechnung bzw. Modellierung der erwarteten Geometrie, der Vergleich und das Ableiten neuer angepasster Arbeitsgrößen werden solange wiederholt, bis die Abweichungen innerhalb der gegebenen Fehlertoleranzen liegen.
  • Da die Arbeitsgrößen bzw. Prozessparameter des Walzprozesses sowohl für die der Messanordnung bzw. einer Messstelle U0-Ux örtlich vorgelagerten als auch für die örtlich nachgelagerten Prozessschritte entsprechend angepasst werden bzw. optimiert werden, werden im Folgenden die Abläufe für die Ermittlung von optimierten Arbeitsgrößen stromabwärts und stromaufwärts einer Messstelle U0-Ux getrennt voneinander dargestellt, wobei in Figur 2 der Ablauf der Optimierung für das laufende Walzgut und ein zeitlich im Anschluss daran zu bearbeitendes Walzgut bzw. eine zu bearbeitende Bramme stromabwärts einer Messstelle für alle möglichen Messstellen beschrieben wird.
  • Wie in Figur 2 dargestellt, berücksichtigt das Verfahren zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens anfängliche und adaptierte Prozessparameter, aus dem Prozess zurückgeführte Ist-Werte, mit Radartechnik dreidimensional erfassten Ist-Geometrie eines umzuformenden, flachen metallenen Materials in Form einer Bramme 12 an mindestens einer der Messstelle U0 - Ux (Figur 1). Optional können weitere Prozess- und Zustandsgrößen an der Messstelle erfasst werden, beispielsweise Informationen über die Geschwindigkeit der Bramme 12 oder die Temperatur des Walzguts. Diese Daten werden in dem Prozessmodell zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens des Materials verarbeitet, um 1-n erwartete Geometrien für 1-n nachgelagerte Prozessschritte abzuleiten. Die erwarteten Geometrien werden mit den Soll-Geometrien für 1 bis n nachgelagerte Prozessschritte verglichen. Darauf werden angepasste Arbeitsgrößen für 1-n nachgelagerte Prozessschritte abgeleitet, wenn die Abweichungen der erwarteten Geometrien von den Soll-Geometrien außerhalb der vorstehend erwähnten Fehlertoleranzen liegen. Die angepassten Arbeitsgrößen werden in 1-n nachgelagerten Prozessschritten im Prozessmodell zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens anstelle der anfänglich vorausberechneten Arbeitsgrößen berücksichtigt. Der Vergleich, die Ableitung und die Rückführung angepasster Arbeitsgrößen wird solange wiederholt, bis die Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Geometrien für 1-n nachgelagerten Prozessschritte innerhalb der definierten Fehlerschranken liegen. Die optimierten Arbeitsgrößen bzw. Prozessparameter werden als Setzwerte für die L1-/L2 (Level 1/ Level 2) Automation der übergeordneten Prozesssteuerung verwendet, und zwar sowohl für den laufenden Walzprozess als auch als Startwerte bzw. Anfangswerte zur Bearbeitung von im Walzprozess nachfolgend umzuformenden Brammen.
  • Die für 1-n zeitlich nachgelagerten Prozessschritte erfassten Ist-Werte aus der Level 1 Automation werden anschließend in das Modell zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens zurückgeführt, welches sich mit den optimierten Arbeitsgrößen und den Ist-Werten adaptiert.
  • Die Figur 3 zeigt den Ablauf des iterativen Verfahrens zur Bestimmung der optimierten Arbeitsgrößen für 1-m einer Messstelle U0 bis Ux (Figur 1) vorgelagerten Prozessschritte. Dieser Ablauf unterscheidet sich wie folgt von dem anhand von Figur 2 erläuterten Ablauf: Im Anschluss an eine dreidimensionale Erfassung der Ist-Geometrie des Walzguts sowie der optionalen Erfassung weiterer Prozessgrößen an einer beliebigen Messstelle U0 - Ux der Warmwalzstraße 1 erfolgt ein Vergleich der Ist-Geometrie mit der Soll-Geometrie für diese Messstelle U0 - Ux. Liegt die Abweichung aus dem Vergleich innerhalb der definierten Fehlertoleranz εU, sind die optimalen Arbeitsgrößen bereits gefunden. Eine weitere Iteration ist dann nicht erforderlich.
  • Liegt die Abweichung außerhalb der definierten Fehlertoleranz εU, so erfolgt für iterierbare Prozessparameter unter Berücksichtigung der Ist-Werte aus der L1-Automation für 1-m vorgelagerten Prozessschritte eine Ableitung von angepassten Arbeitsgrößen für 1-m vorgelagerte Prozessschritte, so dass für zeitlich nachfolgende Produkte an der Messstelle U0-Ux eine optimierte Geometrie des Walzguts erreicht wird. Iterierbare Prozessparameter meint hier z. B. Prozessparameter wie Dicken- oder Breitenreduktionen in der Vorstraße, die zur Ermittlung einer optimierten Geometrie an der Messstelle U0 - Ux vom erfindungsgemäßen Verfahren verändert werden können. Sie unterscheiden sich damit von den Prozessparametern (Ist-Werte aus der L1-Automation), die unverändert in das Prozessmodell zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens eingehen.
  • Die iterativ bestimmten Arbeitsgrößen und die Messwerte aus der L1 Automation für 1-m zeitlich vorgelagerte Prozessschritte werden in dem Prozessmodell zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens verarbeitet, um erwartete Geometrien für 1-m vorgelagerte Prozessschritte abzuleiten. Sodann erfolgt ein Vergleich der vom Prozessmodell abgeleiteten erwarteten Geometrien mit den Soll-Geometrien für die 1-m vorgelagerten Prozessschritte. Die Verarbeitung und Ableitung sowie der Vergleich werden solange wiederholt, bis die Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Geometrien innerhalb definierter Fehlerschranken ε1-m liegen. Die erfassten Ist-Werte der Level 1 Automation (Messwerte) werden jeweils als Eingangsgrößen in das Prozessmodell zur Beschreibung des randnahen Fließverhaltens zurückgeführt, sodass sich das Prozessmodell insoweit laufend adaptiert.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Warmwalzstraße
    2
    Vorstraße
    3
    Fertigstraße
    4
    Zunderwäscher
    5
    Stauchpresse
    6
    Stauchgerüst
    7
    Horizontalwalzgerüst
    8
    Trommelschere
    9
    Kühlstrecke
    10
    Haspel
    11
    Wärmeofen
    12
    Bramme
    U0-Ux
    Messstellen
    1-n
    nachgelagerte Prozessschritte
    1-m
    vorgelagerte Prozessschritte

Claims (16)

  1. Verfahren zur Regelung einer Walzstraße insbesondere einer Warmwalzstraße (1), in der ein metallenes Walzgut, vorzugsweise in Form von Brammen (12) oder Ingots, in einem oder mehreren Walzstichen in Aggregaten der Walzstraße unter Dicken- und/oder Breitenabnahme zu einem konfektionierten Metallband als Endprodukt umgeformt wird, wobei das Verfahren die Regelung einzelner Aggregate der Walzstraße mittels einer Prozessautomation unter Anwendung folgender Verfahrensschritte umfasst:
    a) Messen und Erfassen einer Ist-Geometrie des Walzguts an wenigstens einer Messstelle wenigstens vor und/oder nach einem Umformschritt in einem Aggregat der Walzstraße,
    b) Berechnen von Anfangswerten wenigstens einiger Arbeitsgrößen des Walzprozesses aufgrund von vorgegebenen Anforderungen an die Geometrie des Endprodukts als Soll-Geometrie und unter Berücksichtigung der gemessenen Ist-Geometrie des Walzguts,
    c) Berechnen einer aufgrund der vorausberechneten Arbeitsgrößen zu erwartenden Geometrie des Walzguts unter Verwendung eines computergestützten Prozessmodels, welches das Fließverhalten des Walzguts unter einer gegebenen und/oder angenommenen Verformungseinwirkung modelliert,
    d) Vergleichen der modellbasiert ermittelten erwarteten Geometrie des Walzguts mit der Soll-Geometrie des Walzguts,
    e) Ableiten angepasster Arbeitsgrößen für wenigstens einen Umformvorgang, wenn die Abweichung der modellbasiert ermittelten erwarteten Geometrie von der Soll-Geometrie außerhalb einer gegebenen Fehlertoleranz liegt,
    f) Wiederholen der Schritt b) bis e) so lange, bis die Abweichungen zwischen der Soll-Geometrie und der erwarteten Geometrie innerhalb der gegebenen Fehlertoleranz liegt und
    g) Regeln wenigstens eines Aggregats der Walzstraße unter Verwendung der abgeleiteten Arbeitsgrößen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung als adaptive Regelung ausgebildet ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die iterativ abgeleiteten Arbeitsgrößen als Anfangswerte für die Umformung eines zeitlich nachfolgend umzuformenden Walzguts und/oder als Setzwerte für Bearbeitungsschritte des laufenden Walzguts verwendet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die iterativ abgeleiteten Arbeitsgrößen als Setzwerte für die Bearbeitungsschritte des laufenden Walzguts vor und/oder nach einer Messstelle zur Erfassung der Ist-Geometrie des Walzguts verwendet werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die iterativ abgeleiteten Arbeitsgrößen als Setzwerte für eine Level 1 und/oder Level 2 Automation verwendet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die iterativ abgeleiteten Arbeitsgrößen in das Prozessmodell zur Beschreibung des Fließverhaltens des Walzguts zurückgeführt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmodell auf einer Finite-Elemente-Simulation beruht.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Ableitung wenigstens einiger, vorzugsweise aller Arbeitsgrößen des Walzverfahrens unter Zuhilfenahme wenigstens eines Expertensystems und/oder unter Anwendung von Verfahren, die auf Methoden des maschinellen Lernens basieren, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector-Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Geometrie des Walzguts wenigstens an einem Walzgutkopf und/oder an einem Walzgutfuß, vorzugsweise über die gesamte Länge des Walzguts als Messprofil vorzugsweise dreidimensional erfasst wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Geometrie und/oder die Geschwindigkeit des Walzguts mittels wenigstens eines Radarsystems gemessen wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung der Ist-Geometrie des Walzguts wenigstens unmittelbar vor und/oder hinter einem Aggregat der Walzstraße erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeleiteten Arbeitsgrößen zur Steuerung der Kurzhübe einer Stauchpresse und/oder eines Vertikalgerüsts verwendet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeleiteten Arbeitsgrößen zur Steuerung der Anstellbewegung eines Vertikalgerüsts und/oder eines Horizontalgerüsts verwendet werden.
  14. Walzstraße (1) für ein metallenes Walzgut, vorzugsweise in Form von Brammen (12) oder Ingots, die in einem oder mehreren Walzstichen wenigstens in Aggregaten der Walzstraße unter Dicken- und/oder Breitenabnahme zu einem konfektionierten Metallband als Endprodukt umgeformt werden, mit einer Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  15. Walzstraße nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung wenigstens einen Sensor, vorzugsweise wenigstens einen Radarsensor, weiterhin vorzugsweise eine Vielzahl von in einem Messfeld angeordneten Radarsensoren umfasst, mit denen eine Geometrie des Walzguts erfasst werden kann.
  16. Walzstraße nach einem der Ansprüche 14 oder 15 umfassend eine Vorstraße (2) sowie eine Fertigstraße (3), wenigstens eine in der Vorstraße (2) angeordnete Stauchpresse (5) und/oder ein in der Vorstraße (2) angeordnetes Vertikalgerüst sowie wenigstens einen Sensor vor und/oder hinter der Stauchpresse (5) oder vor/und oder hinter dem Vertikalgerüst und/oder vor und/oder hinter einem Horizontalgerüst der Vorstraße (2) und/oder der Fertigstraße (3).
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