EP4599953A1 - Verfahren zur auslaufseitigen bandkühlung an einer reversierwalzanlage für kaltgewalztes metallband - Google Patents

Verfahren zur auslaufseitigen bandkühlung an einer reversierwalzanlage für kaltgewalztes metallband

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EP4599953A1
EP4599953A1 EP24157137.1A EP24157137A EP4599953A1 EP 4599953 A1 EP4599953 A1 EP 4599953A1 EP 24157137 A EP24157137 A EP 24157137A EP 4599953 A1 EP4599953 A1 EP 4599953A1
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EP
European Patent Office
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strip
rolling
temperature
cooling
outlet
Prior art date
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Pending
Application number
EP24157137.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Bergmann
Konrad Krimpelstaetter
Martin Königshofer
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for cold rolling a strip in a reversing rolling mill using a feedforward control and an online control of a cooling beam. Furthermore, the invention relates to a method for determining the sensitivity of a cooling beam on a reversing rolling mill for cold rolling strip.
  • the terms 'inlet side' and 'outlet side' in a reversing rolling mill refer to the strip running direction in a rolling pass currently under consideration, so that between two consecutive rolling passes the attribution of a trade is swapped between 'inlet side' and 'outlet side'.
  • a reversing rolling mill considered within the scope of the invention has two coiling devices, whereby the strip is unwound from one of the two draw coilers and wound onto the other draw coiler in each pass. Furthermore, such a reversing rolling mill has cooling and lubrication beams, by means of which the work rolls of the reversing rolling mill and/or the strip can be directly cooled and lubricated by releasing an emulsion to support the strip thickness reduction process and dissipate the resulting forming heat.
  • the coolant and lubricant is typically a lubricating emulsion, for example, water with a proportion of up to 5% pure lubricant.
  • the emulsion is always applied on the inlet side, viewed in the rolling direction, before passing through a respective stand of the reversing rolling mill, since applying the emulsion on the outlet side after passing through a rolling stand would result in this emulsion being carried over to a subsequent rolling stand or to the respective coiler.
  • this omission of emulsion application on the outlet side means that the forming and frictional heat generated in the strip is often not sufficiently dissipated after passing through the rolling stand. Coiling the strip after each pass also ensures that this heat is particularly well preserved - in contrast to a tandem rolling mill, where the strip passes through all stands one after the other without intermediate coiling and is only then wound into a coil.
  • a reversing rolling mill considered within the scope of the invention is controlled by a so-called offline model that determines setup values for the reversing rolling mill.
  • Setup values are generally default values for the individual sections of the reversing rolling mill for rolling a specific strip.
  • the offline model can specify a number of passes through the group of rolling stands of the reversing rolling mill, which are also referred to as 'rolling passes'.
  • default values can include, for example, flow rates for cooling and lubrication beams, by means of which lubrication and cooling of the work rolls or the roll gap takes place, as well as specifications for the rolling stands or their drives with regard to thickness reduction and a rolling speed in the individual rolling passes.
  • the invention relates to a reversing rolling mill with a group of one or more rolling stands for cold rolling the strip in one or more rolling passes i and at least one coiling device for winding and unwinding the strip on each side of the group of rolling stands before and after the individual rolling passes.
  • the reversing rolling mill comprises at least one cooling and lubricating beam for applying a cooling and lubricating agent on the inlet side on each side of each individual rolling stand.
  • the reversing rolling mill comprises at least one cooling beam on at least one side between the group of rolling stands and the coiling device. The cooling beam(s) are for applying a cooling agent to the underside of the strip.
  • the application of coolant to the underside of the strip serves to achieve a temperature change ⁇ T in the strip.
  • the term 'side' refers to a vertical plane through a rolling stand, with the strip passing essentially horizontally through the rolling stand during rolling.
  • the group of rolling stands may comprise only one rolling stand, but it may also comprise two rolling stands (double reversing stand) or even more.
  • the key point is that the strip passes through the group of rolling stands as a whole in an alternating (horizontal) direction, so that in two consecutive rolling passes, the entry and exit directions of the strip are reversed with respect to the individual rolling stands.
  • strip rolled in a reversing mill becomes significantly hotter than if it were rolled in a tandem mill with the same degree of deformation.
  • Strip temperatures above 160°C are particularly undesirable, as this can have a negative impact on strip quality and place special demands on the equipment used.
  • the oil from the emulsion used burns on an overly hot strip surface, leaving stains.
  • Roll gap lubrication is also negatively affected, as the oil in the emulsion loses viscosity.
  • Flatness control becomes difficult when the strip is too hot.
  • the corresponding coil deposits suffer from high coil temperatures and wear out more quickly.
  • coils that are too hot must cool down before they can be processed further, which reduces the throughput of the reversing mill in question.
  • a cooling device for the underside of a strip during rolling in a cold rolling mill wherein the strip underside is subjected to low-pressure turbulence cooling.
  • a cooling box for a strip in a cold rolling mill is also from the JP S61 242715(A ).
  • the strip passes through the cooling box and is cooled on its top and bottom surfaces by cooling water.
  • the cooling box forms a narrow flow channel for the cooling water on both the top and bottom surfaces of the strip and has corresponding sealing rollers that seal the cooling box against the escape of cooling water.
  • the WO 2014/095268 A1 To improve heat transfer between a strip-shaped rolled stock and a cooling medium applied to it, proposes a cooling device with a cooling chamber extending in the direction of strip travel, which extends the exposure time of the cooling medium.
  • the supply of the cooling medium can be regulated depending on various parameters, such as the temperature of the rolled stock or the residual cooling medium remaining on the rolled stock after passing through the cooling device.
  • the WO 2021/048038 A1 It is known to specify a temperature window for a rolled stock during cold rolling in a rolling mill with several rolling stands and to ensure that the rolled stock temperature remains within the temperature window during rolling by means of various control and regulation measures.
  • the measures include heating the rolled stock before a rolling pass, cooling and lubricating work rolls or the rolled stock itself using appropriate cooling and lubrication beams, creating an appropriate pass schedule distribution to take into account the forming heat generated during rolling, and controlling and regulating a rolling speed to take into account the frictional power losses generated in a rolling stand.
  • the effect of these control and regulation measures on the rolled stock temperature can be simulated in advance, i.e.
  • the setup values for the respective sections of the cold rolling mill can be adjusted accordingly.
  • the temperature of the rolled stock can be measured during rolling and a control or regulation measure can be adjusted online.
  • the object of the present invention is therefore to prevent undesirably high temperatures during strip rolling in a reversing rolling mill using simple structural and control-related means without negatively impacting throughput. Furthermore, the determination of target values for maintaining a specified maximum temperature for the strip to be rolled should be simplified.
  • a maximum temperature T max is first specified for the strip in the form of a forward control of the cooling beam before at least one, preferably before all rolling passes i, and a first setup value ⁇ i for a flow rate ⁇ of coolant for all cooling beams is set to a value 0.
  • the cooling beam(s) located on the inlet side of the group of rolling stands always remain inactive in each rolling pass i.
  • the maximum temperature T max can, for example, be based on empirical values with regard to strip cracks during rolling and can be selected depending on the material composition of the strip and is preferably in a range of 120°C to 160°C.
  • the sensitivity ⁇ has the meaning of a temperature difference that is caused by the activated, outlet-side cooling beam(s) as a function of at least its(their) flow rate ⁇ in the strip.
  • the sensitivity ⁇ is assumed to be a previously known functional relationship between the temperature change ⁇ T induced in the strip and at least the flow rate ⁇ and a strip speed v B.
  • the strip speed v B can also be assumed to be known for the rolling pass i, since it is determined in advance by an offline model, for example, as part of the pass plan creation.
  • the strip speed v B can be a strip inlet speed v i,in or a strip outlet speed v i,ex of the strip rolled in the respective rolling pass i.
  • the functional relationship can, for example, be an empirically determined relationship between the temperature change ⁇ T induced in the respective belt and the set flow rate ⁇ and the belt speed v B.
  • the sensitivity ⁇ can also be determined on the basis of a physical model as a function between the induced temperature change ⁇ T and the set flow rate ⁇ and the belt speed v B.
  • the setup value ⁇ i can, for example, be determined such that the strip is cooled down by the activated cooling beam exactly to the maximum temperature T max , i.e. that the characteristic temperature T c of the strip after it has passed the cooling beam corresponds exactly to the maximum temperature T max .
  • the setup value ⁇ i can also be selected such that the characteristic temperature T c of the strip after it has passed the cooling beam is always below the maximum temperature T max , particularly in the case of an only roughly known functional relationship between the temperature change ⁇ T on the one hand and the flow rate ⁇ and the strip speed v B on the other hand.
  • the specification of the first setup value ⁇ i is carried out, for example, by transmission from a separate calculation unit to a control unit of the reversing rolling mill, which controls its individual sections (such as the rolling stands, the coiling devices, the cooling and lubrication beams as well as the cooling beam(s).
  • the method according to the invention only the setup values for the chilled beams located on the outlet side are stored in a
  • the relevant rolling pass i is changed, but not the other setup or default values for the remaining sections of the reversing rolling mill; in particular, a pass schedule for the strip remains unchanged.
  • the cooling beam(s) on the exit side thus act merely as an additional actuator, which is why the method according to the invention is particularly well suited as a retrofit solution for an existing reversing rolling mill: such a mill can, for example, be retrofitted with additional cooling beams for cooling an outgoing strip at relatively low investment expense, whereby an existing offline model, which is already adapted to the technological conditions of the mill, does not have to be modified.
  • the cooling beam(s) concerned on the outlet side are only activated when the maximum temperature T max is exceeded, which is why the method according to the invention represents a minimal, independent control-technical intervention in the operation of the reversing rolling mill, which advantageously only minimally increases the complexity of the plant control.
  • the strip thickness d B can again be assumed to be known for the rolling pass i - analogous to the strip speed v B - where the strip thickness d B can be a strip entry thickness d i,in or a strip exit thickness d i,ex with respect to one of the rolling stands of the reversing rolling mill.
  • the setup value ⁇ i is determined such that the sensitivity ⁇ corresponds to the temperature change ⁇ T in the strip according to equation (1).
  • the strip speed v B and the strip thickness d B of the strip rolled in the respective rolling pass i can be taken into account, so that the temperature change ⁇ T can advantageously be set very precisely.
  • cooling of the strip can be carried out particularly energy-efficiently by appropriately determining the setup value ⁇ i and cooling it only to such an extent that the temperature change ⁇ T essentially corresponds to the difference between the characteristic temperature T c and the maximum temperature T max , so that the cooling only compensates for the exceedance of the specified maximum temperature T max .
  • the characteristic temperature T c is determined on the basis of an empirical model or a physical model.
  • the characteristic temperature T c can be quickly determined or interpolated, for example, from input parameters, including material properties, parameters of the pass schedule and production parameters (including, for example, a strip inlet speed v i,in and/or a strip outlet speed v i,ex and/or a rolling force in the rolling pass i) of a respective strip, if for respective areas of the mentioned Input parameters corresponding values for the characteristic temperature T c are available, for example, in the form of previously determined calculation values or in the form of empirical values or operator inputs.
  • a characteristic temperature T c can advantageously be calculated directly and particularly accurately on the basis of the same or similar input parameters; in this context, for example, the WO 2021/048038 A1 to determine the exit temperature of a rolling stock behind a rolling stand before the actual rolling process on the basis of the entry temperature of the rolling stock in conjunction with modelable physical heat flows.
  • the characteristic temperature T c is determined by means of a physical model under the assumption that the flow rate ⁇ is zero, based on a predetermined strip exit speed v i,ex and a predetermined strip exit thickness d i,ex for the strip and based on two setup values ⁇ i for the at least one cooling and lubricating beam, starting from an initial temperature T 0 of the strip, a temperature distribution ⁇ of the strip is determined by solving a heat conduction equation of the physical model in a region B that comprises at least a section of the strip. The characteristic temperature T c is then derived or determined from the temperature distribution ⁇ .
  • the characteristic temperature T c that the strip has or would have after the rolling pass with the exit-side cooling beam deactivated can advantageously be predicted particularly precisely, so that any necessary application of coolant to the strip can be particularly targeted and adjusted.
  • the characteristic temperature T c can, for example, be a function coordinate of the temperature distribution ⁇ can be the averaged temperature value of the strip or a temperature value at a strip surface.
  • the temperature distribution ⁇ is a function of the temperature within the strip as a function of the spatial coordinates.
  • the coordinate system of the heat conduction equation is not fixed with respect to the strip itself, which is moved through the rolling stands in the rolling pass i.
  • the rolling speeds relative to the individual rolling stands are only included as parameters in the heat conduction equation or in the boundary conditions of the region B.
  • the heat conduction equation can therefore be solved in the considered region B with appropriate initial and boundary conditions for the strip.
  • the initial temperature T 0 for the first rolling pass for example, a value corresponding to the ambient temperature can be used, since the strips in question are usually stored for a longer period in the reversing rolling mill before rolling.
  • a constant temperature distribution of the strip upon entry into the considered area B can be assumed, since the temperature quickly evens out in the strip thickness direction during the winding processes between the rolling passes.
  • the characteristic temperature value T c determined for the immediately preceding rolling pass can be used as the initial temperature T 0 , since the strip is wound into a coil on the reversing rolling mill immediately after each rolling pass and in this state negligible heat is released to the environment during the period between two rolling passes.
  • the initial temperature T 0 can also be set based on empirical values, since the average strip temperature usually approaches an upper saturation temperature after just a few rolling passes: therefore, an initial temperature T 0 for further rolling passes can be obtained with a good approximation, for example, from the temperature measurement of a strip with a comparable final thickness immediately after its rolling on the reversing rolling mill.
  • the cooling and lubricating agent applied during rolling by at least one cooling and lubricating beam dissipates heat from the work rolls or from the strip and is included in the heat conduction equation as a boundary condition via corresponding heat transfer coefficients. Furthermore, the heating due to the plastic deformation of the strip as well as the friction between the strip and the work rolls in the roll gap must be considered in the form of so-called source terms. The consideration of such boundary conditions and source terms is, for example, evident from the WO 2021/048038 A1 or from F. Hell: Fundamentals of Heat Transfer, VDI-Verlag 1982, ISBN number 978-3-18-400529-0, Chapter 2.2 and 2.3, formulas (81) to (83) in conjunction with Figure 25 and Tables VI and VII.
  • the region B in which the heat conduction equation is solved extends, viewed in the strip travel direction, at least from the beginning of a first effective region W of the first cooling and lubricating beam on the inlet side to at least the end of a second effective region W' of the last cooling beam on the outlet side.
  • the first and second effective regions W, W' therefore essentially comprise those regions in which the cooling and lubricating agent or the coolant comes into contact with the surface of the strip.
  • Both regions are spatially limited because the beams only have a limited spray width in the strip travel direction, because the cooling and lubricating agent is only applied on the inlet side and is therefore only transported by the strip to the rolling stands, from where it is laterally and because the coolant is only applied to the underside of the belt, where contact with the belt surface is also spatially limited in this area due to the effect of gravity.
  • the work rolls of the rolling stands are also included in the heat conduction equation.
  • the volume of the strip considered in region B the volume of the work rolls themselves, or rather, their heating, is also taken into account.
  • the heat conduction equation is applied as a one-dimensional differential equation and the temperature distribution ⁇ is determined in the thickness direction of the strip. Since the thickness d of a strip rolled on the respective reversing rolling mill is usually (between 0.1 mm and 7 mm) and thus significantly smaller than its width (at least 600 mm) and its dimension along the considered area B (several meters), heat flows in the longitudinal and width directions of the strip can be neglected to a good approximation.
  • the computational effort required to determine the temperature distribution ⁇ can be kept low.
  • a maximum temperature T max for the strip is specified before at least one of the rolling passes i.
  • an instantaneous outlet temperature T i,ex " of the strip is recorded cyclically, i.e. repeatedly at respective time intervals ⁇ t , in each case by means of a temperature recording device.
  • a first setup value ⁇ i for the outlet-side cooling beam(s) is determined in the respective time interval ⁇ t based on an aforementioned sensitivity ⁇ , which in turn is known as a function of at least the flow rate ⁇ and a strip speed v B known for the rolling pass i.
  • the strip speed v B can in turn be a strip speed determined in advance, for example as part of the pass plan creation.
  • This method according to the invention advantageously enables an even more precise setting of an outlet-side strip temperature because, instead of a mathematically determined temperature value, an instantaneous temperature value T i,ex " - i.e. a temperature value determined or recorded for the respective moment - is used to determine the flow rate ⁇ . Because the recording of the outlet temperature and the corresponding adjustment of the flow rate of the outlet-side cooling beam(s) takes place periodically at time intervals ⁇ t , any changes in the rolling conditions, such as a changing strip inlet temperature or an irregular lubricating and cooling effect of the cooling and lubricating beam(s) over the strip length, can be immediately controlled.
  • the time intervals ⁇ t preferably have an interval duration of a maximum of 10 ms, whereby the adjustment of the flow rate ⁇ to the instantaneous outlet temperature T i,ex " advantageously takes place particularly promptly.
  • the sensitivity ⁇ is additionally known as a functional relationship with a strip thickness d B .
  • the strip thickness d B can again be assumed to be known for the rolling pass i - analogous to the method according to the invention relating to forward control of a cooling beam. Accordingly, in this embodiment, the first setup value ⁇ i determined in such a way that the sensitivity ⁇ corresponds to the temperature change ⁇ T in the band according to equation (1). and can therefore advantageously be adjusted very precisely.
  • FIG 2A , FIG 2B and FIG 4 cold rolling mill 1 shown as in FIG 1 can be designed, but can also have a different number of rolling stands 10, 11, coiling devices 30, 31, 32, cooling beams 20, 21 or cooling and lubricating beams 13, 14, 13', 14', without affecting the method described with reference to the respective figure.
  • FIG 1 shows a cross-section through a reversing rolling mill 1, which is designed as a double reversing rolling mill and comprises a group of two rolling stands 10 and 11, each having an upper work roll 12 and a lower work roll 12' as well as an upper and a lower backup roll 18 and 18' respectively.
  • the upper and lower work rolls 12 and 12' of the rolling stands 10 and 11 each form a roll gap through which the strip 2 is passed in one or more rolling passes along a so-called pass line 4 for the purpose of thickness reduction.
  • the reversing rolling mill 1 has a coiling device 30.
  • two further coiling devices 31 and 32 of the reversing rolling mill 1 are arranged.
  • a cooling beam 20 and 21 is arranged in front of and behind the rolling stands 10 and 11, respectively, for discharging a coolant 22 onto a bottom side 2' of the strip 2.
  • the cooling beam 20 on the outlet side is currently active, whereby in principle the contact area between the coolant 22 emitted by the cooling beam 20 or 21 and the underside 2' of the belt 2 forms a second effective area W' of the respective cooling beam 20, 21.
  • a respective temperature detection device 40 or 41 is arranged at a distance a behind the end of the second effective area W' of the respective cooling beam 20, 21 above the belt 2.
  • a deflection roller 35 is arranged below the fitting line 4 behind the cooling beam 20 or 21.
  • the strip 2 is guided downwards by the respective deflection roller 35 toward the corresponding coiling device 30, 31, 32, whereby any adhering residues of coolant 22 applied to the strip by means of the cooling beam 20 or 21 are stripped off.
  • FIG 2A shows an embodiment of the method according to the invention relating to a forward control on a reversing rolling mill 1 according to FIG 1 ; for reasons of clarity, only the most important trades are provided with identifiers.
  • the tape running direction 5 runs in the FIG 2A rolling pass i shown from left to right: the strip 2 is unwound from the coiler 30 with a strip thickness d B , which is identical to a strip inlet thickness d i,in , enters the group of rolling stands 10, 11 with a strip inlet speed v i, in or exits it again with a strip outlet speed v i,ex and a strip outlet thickness d i,ex and is wound up on the closer coiler 31; the respective directions of rotation of the coiler 30 and 31 are indicated by corresponding arrows.
  • the coiler 32 is on the FIG 2A shown rolling pass, but can, for example, already be loaded with a strip 3 to be subsequently rolled.
  • the calculation unit 60 can automatically determine the corresponding strip outlet speed v i,ex and strip outlet thickness d i, ex, for example, via the pass reduction in the relevant rolling pass i.
  • the setup value ⁇ i for the outlet-side chilled beam 21 is determined using a sensitivity ⁇ , whereby according to the invention a characteristic Temperature T c of band 2 has been determined which exceeds a maximum temperature T max .
  • FIG 2B shows an embodiment of the method according to the invention relating to an online control on a reversing rolling mill 1 according to FIG 1 ; for reasons of clarity, only the most important trades are given identifiers. Furthermore, only the differences to the Fig. 2A described procedures.
  • an offline model 100 is implemented on a separate calculation unit 60, which determines second setup values ⁇ i - again comprising a strip entry speed v i,in and/or a strip exit speed v i,ex as well as a strip entry thickness d i,in and/or a strip exit thickness d i,ex in the rolling pass i - for at least one rolling pass i (again symbolized by curved brackets) for the individual sections of the reversing rolling mill 1 and transmits these to a control unit 50 of the reversing rolling mill 1.
  • a maximum temperature T max for the strips is specified.
  • ⁇ i As opposed to FIG 2A no first setup value ⁇ i is determined in advance for the cooling beams 20 and 21, but instead, in the considered rolling pass i, a current outlet temperature T i,ex " of the strip 2 is recorded cyclically at time intervals ⁇ t by means of a temperature recording device 40, 41 and transmitted to the control unit 50: in the FIG 2B
  • the temperature detection device 40 would measure an inlet-side temperature of the strip 2, which, however, is not used further in the specific case, which is why the corresponding connecting arrow to the control unit 50 is shown in dashed lines.
  • the current outlet temperature T i,ex " is compared with a given maximum temperature T max : if the current outlet temperature T i,ex " is greater than the maximum temperature T max (which is the case for the FIG 2B shown case applies), a default value ⁇ i for a flow rate ⁇ of coolant 22 through the cooling beam 21 located on the outlet side, using a sensitivity ⁇ , which is known as a functional relationship between the temperature change ⁇ T caused in the strip 2 by the activated cooling beam 21 and the flow rate ⁇ set on the cooling beam 21, the strip outlet speed v i,ex and the strip outlet thickness d i,ex .
  • the corresponding strip outfeed speed v i,ex and strip outfeed thickness d i,ex can be determined via the pass reduction in the respective rolling pass i.
  • the repeated, cyclical determination of the set value ⁇ i in each time interval ⁇ t is in FIG 2B indicated by a corresponding round arrow symbol within the control unit 50.
  • control unit 50 sets the flow rate ⁇ of coolant 22 through the outlet-side cooling beam 21 to the determined preset value ⁇ i , while the inlet-side cooling beam 20 remains deactivated during the entire rolling pass i and therefore in FIG 2B is shown in dashed lines.
  • a current strip outlet speed v i,in " or current strip outlet speed v i,ex " can also be used to determine the default value ⁇ i , which is FIG 2B indicated by symbols in curly brackets.
  • FIG 3A shows a flow chart for an embodiment of a method according to the invention relating to a feedforward control.
  • second setup values ⁇ i are determined by an offline model 100 for the individual sections of the reversing rolling mill 1 - excluding the cooling beams 20, 21.
  • a sensitivity ⁇ is known which describes the effect of the cooling beams 20, 21 of the considered rolling pass in the reversing rolling mill 1 on a temperature change ⁇ T of the strip 2 cold-rolled therein due to the effect of the outlet-side cooling beam 20, 21.
  • the sensitivity ⁇ depends at least on a flow rate ⁇ of coolant 22 applied to the underside 2' of the strip 2, which corresponds to the specified value ⁇ i to be determined for the respective cooling beam 20, 21, and a strip speed v B - specifically on the strip exit speed v i,ex , with which the strip 2 passes the respective exit-side cooling beam(s) 20, 21 after passing through the group of rolling stands 10, 11.
  • a functional dependence of the sensitivity on a strip thickness d B - specifically on the strip outlet thickness d i,ex , - is assumed, which is also assumed to be known.
  • a maximum temperature T max is specified for a rolling pass i under consideration and a first setup value ⁇ i for a flow rate ⁇ of coolant 22 through the at least one outlet-side cooling beam 20, 21 is initially set to a value 0: the outlet-side cooling beam 20, 21 is thus initially assumed to be inactive.
  • a characteristic temperature T c of the strip 2 - e.g. a temperature at the bottom 2' or at the top 2" of the strip 2 - is determined based on an empirical model 110.
  • T c a characteristic temperature at the bottom 2' or at the top 2" of the strip 2 - is determined based on an empirical model 110.
  • the effect on the temperature of the strip in the rolling pass i with deactivated (outlet-side) cooling beams is simulated based on empirical values.
  • the first The setup value ⁇ i for the outlet-side cooling beam 20, 21 in the considered rolling pass i is determined based on the sensitivity ⁇ such that the sensitivity ⁇ corresponds to the temperature change ⁇ T induced in the strip 2, which in the specific embodiment is assumed to be the difference between the characteristic temperature T c and the maximum temperature T max .
  • a larger value for the temperature change ⁇ T can be selected, which would result in a stronger cooling of the strip 2 below the maximum temperature T max .
  • the determined first setup value ⁇ i for the outlet-side cooling beam(s) 20, 21 are transmitted together with the second setup values ⁇ i, for example, to a plant control system 50 as soon as the rolling pass i is carried out.
  • the transmission of data is in FIG 3A symbolized by thin arrows.
  • the optional execution of the last step depending on the exceedance of the maximum temperature T max is shown in FIG 3A represented by corresponding dashed arrows.
  • an outlet-side cooling beam 20, 21 is only activated (and subsequently the strip 2 is supplied with coolant 22) when a previously determined characteristic temperature T c exceeds the predetermined maximum temperature T max ; all other settings for the reversing rolling mill corresponding to the second setup values ⁇ i remain unchanged.
  • FIG 3B shows a flow chart for an embodiment of a method according to the invention relating to a feedforward control which determines a characteristic temperature Tc based on a physical model 120. In the following, only the differences to FIG 3A received.
  • an initial temperature T 0 is assumed, which the strip 2 reaches in the considered rolling pass i immediately before entering the group of rolling stands 10, 11. Then, starting from the assumed initial temperature T 0 of belt 2, a temperature distribution ⁇ (in the sense of a spatial temperature distribution) of belt 2 is determined using the second setup values ⁇ i : this is again done under the assumption of an inactive outlet-side cooling beam 20, 21 (corresponding to the fact that the first setup value ⁇ i is initially set to the value 0).
  • the physical model 120 comprises a heat conduction equation for a temperature distribution ⁇ of the strip 2, wherein the heat conduction equation is solved in a region B for which suitable physical boundary conditions are applied for the considered rolling pass i.
  • boundary conditions are defined within the framework of FIG 4 described in more detail.
  • a characteristic temperature T c of the strip 2 - e.g., a temperature at the bottom 2' or at the top 2" of the strip 2 - is derived from the temperature distribution ⁇ .
  • FIG 3C shows a flowchart for an embodiment of a method according to the invention relating to online control. Again, only the differences to FIG 3A received.
  • the second setup values ⁇ i determined by an offline model are transmitted once before the start of the rolling pass i to the control unit 50.
  • an outlet temperature T i,ex " of the strip 2 is recorded cyclically, i.e. repeatedly at time intervals ⁇ t, by means of a temperature recording device 40, 41. If the recorded outlet temperature T i,ex " exceeds the predetermined maximum temperature T max , a first setup value ⁇ i for the flow rate ⁇ of coolant 22 through the cooling beam(s) 20, 21 on the outlet side in the rolling pass i under consideration is determined based on a previously known sensitivity ⁇ ; otherwise, the first setup value ⁇ i is set to the value 0. The value ⁇ i determined in this way is again transmitted to the control unit in each time interval ⁇ t 50 and the outlet temperature T i,ex " is recorded again in the following time interval.
  • the first setup value ⁇ i is determined based on the sensitivity ⁇ in such a way that the sensitivity ⁇ corresponds to the temperature difference between the recorded outlet temperature T i,ex " and the specified maximum temperature. Again, alternatively, a larger value can be selected for this temperature difference, which would result in a stronger cooling of the belt 2 below the maximum temperature T max .
  • the sensitivity ⁇ is known as a functional relationship between the flow rate ⁇ of coolant 22 through the cooling beam 20, 21, a strip speed v B (specifically the strip outlet speed v i,ex ) and additionally the strip outlet thickness d i,ex .
  • the strip run-out speed v i,ex and the strip run-out thickness d i,ex are determined for the rolling pass i, for example, by the offline model 100 and are therefore known.
  • an instantaneous value v i,ex " recorded directly in the respective time interval ⁇ t can also be used as the argument value of the sensitivity ⁇ (in FIG 3C symbolized by curly brackets), which allows a particularly precise determination of the first setup value ⁇ i .
  • FIG 4 shows a section of a reversing rolling mill 1, to which the method according to the invention relating to a forward control is applicable and which comprises only one rolling stand 10 with two work rolls 12, 12' and two backup rolls 18, 18'.
  • the active inlet-side cooling and lubrication beams 13, 13', 14, 14' are shown, since the corresponding outlet-side cooling and lubrication beams, as in FIG 1
  • the boundary conditions of the method according to the invention relating to a feedforward control are explained in particular, which determines the characteristic Temperature Tc was determined using a physical model 120.
  • these boundary conditions can easily be applied to a multi-stand reversing rolling mill by a person skilled in the art.
  • coolant and lubricant 16 is discharged onto the work rolls 12, 12' or in the direction of the roll gap according to two setup values ⁇ i .
  • the coolant and lubricant 16 applied by the upper cooling and lubrication beams 13, 14 onto the upper work roll 12 or into the roll gap forms a backed-up liquid volume on the upper side 2" of the strip 2, which is diverted transversely from the strip 2 and extends in the strip travel direction over a first effective area W.
  • the coolant and lubricant discharged by the lower cooling and lubrication beam 13' in the direction of the roll gap only comes into contact with the underside 2' of the strip 2 for a relatively short time due to the effect of gravity, where it forms a third effective area W".
  • the area B is indicated, in which a heat conduction equation of the physical model 120 is solved.
  • the area B includes, in addition to a longitudinal section of the strip 2, those areas of the work rolls 12, 12' that are taken into account when solving the heat conduction equation.
  • the strip 2 enters the rolling stand 10 from the right in the strip running direction 5 with a strip entry thickness d i,in and is rolled therein to a strip exit thickness d i,ex .
  • a temperature distribution ⁇ of the strip 2 in the thickness direction d B is determined, which is shown top left in FIG 4 is indicated.
  • the heat conduction equation includes that section of the strip 2 which begins in the strip running direction 3 in front of the inlet-side cooling and lubricating beams 13, 13', 14, 14' and ends on the outlet side behind the second effective area W' of the outlet-side cooling beam 20, whereby the cooling beam 20 is used for the solution According to the heat conduction equation, it is not active.
  • region B includes the thickly outlined zones of the upper and lower work rolls 12 and 12', which only circumscribe a ring-segment-shaped region of the work rolls 12, 12'.
  • the surfaces of the work rolls 12, 12' exposed to coolant and lubricant 16 on the inlet side, as well as the third effective area W" on the underside of the strip, are in FIG 4 marked with the identifier 92: there, the coolant and lubricant 16 forms only a thin liquid film on the respective surface, so that a heat transfer coefficient ⁇ corresponding to a laminar boundary layer of coolant and lubricant 16 can be applied as a boundary condition in the heat conduction equation.
  • a heat transfer coefficient ⁇ ' corresponding to a turbulent boundary layer of coolant and lubricant 16 is applied.
  • Heat transfer coefficients ⁇ , ⁇ ' for such configurations are known, for example, from formulas (81) to (83) of the aforementioned book by F. Hell (Fundamentals of Heat Transfer).
  • thermal insulation is applied as a boundary condition for the radially extending sections of the ring-segment-shaped areas of the work rolls 12, 12' as well as for the interface of the strip 2 emerging from the area B (in FIG 4 designated 94).
  • the heat conduction equation is uniquely determined by the initial value and boundary conditions 90 to 95 described, and a temperature distribution ⁇ of the strip can be determined in the region B, particularly in the direction of the strip thickness d B .

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Abstract

Ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Bandes 2 in einer Reversierwalzanlage 1 erfolgt erfindungsgemäß mittels einer Vorwärtssteuerung oder mittels einer Onlinesteuerung für zumindest einen Kühlbalken 20, 21 der Reversierwalzanlage 1, sodass von dem Band 2 eine vorgegebene Maximaltemperatur Tmax nicht überschritten wird. Der Kühlbalken 20, 21 ist eingerichtet, Kühlmittel 22 während des Kaltwalzens auf eine Unterseite des Bandes 2 beim Auslaufen aus einer Gruppe von Walzgerüsten 10, 11 aufzubringen. Die Vorwärtssteuerung bzw. die Onlinesteuerung des Kühlbalkens erfolgt mit Hilfe einer Sensitivität σ, die von einer Durchflussrate Φ an Kühlmittel durch den Kühlbalken 20, 21, einer Bandgeschwindigkeit vB und einer Banddicke dB abhängt und vorab bekannt ist. Weitere für den Walzvorgang des Bandes 2 ermittelte zweite Setupwerte Σi werden durch die erfindungsgemäße Vorwärtssteuerung bzw. die Onlinesteuerung nicht beeinflusst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Bandes in einer Reversierwalzanlage mittels einer Vorwärtssteuerung sowie mittels einer Onlinesteuerung eines Kühlbalkens. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung einer Sensitivität eines Kühlbalkens an einer Reversierwalzanlage zum Kaltwalzen von Bändern.
  • Eine Reversierwalzanlage zum Kaltwalzen von flachem, metallischem Walzgut umfasst eine Gruppe von ein oder mehreren Walzgerüsten, die von dem Walzgut zum Zwecke der Dickenreduktion oder der Oberflächenbehandlung (Dressieren) ein- oder mehrmals in abwechselnder Richtung durchlaufen werden. Der Walzvorgang selber findet in einer derartigen Reversierwalzanlage bei höchstens 150°C bis 160°C statt. Walzgut, das an einer solchen Reversierwalzanlage gewalzt wird, besteht in der Regel aus Stahl und wird im Folgenden als 'kaltgewalztes Metallband' oder - im Rahmen der Erfindung - als 'Band' bezeichnet. Im Gegensatz dazu erfolgt Warmwalzen bei wesentlich höheren Temperaturen in einem Bereich von 600°C bis 1000°C.
  • Im Folgenden beziehen sich die Ausdrücke 'einlaufseitig' und 'auslaufseitig' bei einer Reversierwalzanlage auf die Bandlaufrichtung in einem aktuell betrachteten Walzstich, sodass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Walzstichen die Zuschreibung eines Gewerks zwischen 'einlaufseitig' und 'auslaufseitig' vertauscht wird.
  • Eine im Rahmen der Erfindung betrachtete Reversierwalzanlage weist zwei Haspelvorrichtungen auf, wobei das Band in jedem Durchlauf von einem der beiden Zughaspel abgewickelt und auf den anderen Zughaspel aufgewickelt wird. Weiterhin weist eine derartige Reversierwalzanlage Kühl- und Schmierbalken auf, mittels derer die Arbeitswalzen der Reversierwalzanlage und/oder das Band durch Abgabe einer Emulsion direkt gekühlt und geschmiert werden können, um den Prozess der Dickenreduktion des Bandes zu unterstützen und die dabei entstehende Umformungswärme abzuleiten. Bei dem Kühl- und Schmierstoff handelt es sich in der Regel um eine Schmieremulsion, beispielsweise um Wasser mit einem Anteil von bis zu 5% reinem Schmierstoff.
  • Die Aufbringung der Emulsion erfolgt dabei in Walzrichtung gesehen immer einlaufseitig vor dem Durchgang durch ein betreffendes Gerüst der Reversierwalzanlage, da ein auslaufseitiges Aufbringen der Emulsion nach dem Durchlaufen durch ein Walzgerüst ein Ausschleppen dieser Emulsion zu einem nachfolgenden Walzgerüst bzw. zum jeweiligen Haspel hin bewirken würde. Dieser Verzicht auf ein auslaufseitiges Aufbringen von Emulsion bewirkt jedoch, dass die Umform- und Reibungswärme, welche im Band generiert wird, nach dem Durchgang durch das Walzgerüst oftmals nicht hinreichend abgeführt wird. Das Aufwickeln des Bandes nach jedem Durchgang bewirkt - im Gegensatz zu einer Tandemwalzstraße, wo das Band ohne zwischenzeitliches Aufwickeln alle Gerüste nacheinander passiert und erst danach zu einem Bund gewickelt wird - zusätzlich, dass diese Wärme besonders gut konserviert wird.
  • Weiterhin wird eine im Rahmen der Erfindung betrachtete Reversierwalzanlage von einem sogenannten Offlinemodell angesteuert, das Setupwerte für die Reversierwalzanlage bestimmt. Bei Setupwerten handelt es sich generell um Vorgabewerte für die einzelnen Gewerke der Reversierwalzanlage zum Walzen eines bestimmten Bandes. Konkret können von dem Offlinemodell eine Anzahl an Durchläufen durch die Gruppe von Walzgerüsten der Reversierwalzanlage, die auch als 'Walzstiche' bezeichnet werden, vorgegeben werden. Weiterhin können Vorgabewerte z.B. in Form von Durchflussraten für Kühl- und Schmierbalken, mittels derer eine Schmierung und Kühlung der Arbeitswalzen bzw. des Walzspaltes erfolgt, sowie Vorgaben für die Walzgerüste bzw. deren Antriebe in Bezug auf die Dickenreduktion und eine Walzgeschwindigkeit in den einzelnen Walzstichen umfassen.
  • Dabei sind die einlaufseitige und die auslaufseitige Walzgeschwindigkeit eines Bandes vor und hinter einem Walzgerüst miteinander über die Kontinuitätsbedingung verknüpft, siehe dazu z.B. Gleichung (3.9) auf Seite 112 in H. Hoffmann, R. Neugebauer und G. Spur (Hrsg.), "Handbuch Umformen", 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, 2012, ISBN 978-3-446-42778-5).
  • Derartige Offlinemodelle sind aus dem Stand der Technik bekannt und arbeiten bei der Bestimmung der Walzstiche und der Setupwerte durchsatzoptimiert unter Berücksichtigung von vorgegebenen Produktionsparametern wie beispielsweise einer Bandplanheit, einer zulässigen Dickentoleranz des Bandes oder einer maximal zulässigen Walzentemperatur. Dabei sind einem solchen Offlinemodell die technologischen Grenzen der jeweiligen Reversierwalzanlage, wie z.B. maximal mögliche Walzkräfte, Bandgeschwindigkeiten, Durchflussraten durch die Kühl- und Schmierbalken etc. bekannt. Eine Temperatur bzw. eine Temperaturänderung des Bandes, beispielsweise aufgrund von dessen Kühlung und Umformung in der Reversierwalzanlage, wird dabei von derartigen Offlinemodellen jedoch nicht ermittelt. Offlinemodelle werden beispielsweise auf einer separaten Berechnungseinheit implementiert, die die von einem Offlinemodell ermittelten Setupwerte an die Steuereinheit der Reversierwalzanlage übermittelt.
  • Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Reversierwalzanlage mit einer Gruppe von einem oder mehreren Walzgerüsten zum Kaltwalzen des Bandes in einem oder mehreren Walzstichen i und zumindest einer Haspelvorrichtung zum Auf- und Abwickeln des Bandes auf jeder Seite auf jeder Seite der Gruppe von Walzgerüsten vor und nach den einzelnen Walzstichen. Weiterhin umfasst die Reversierwalzanlage zumindest einem Kühl- und Schmierbalken zum einlaufseitigen Aufbringen eines Kühl- und Schmierstoffes auf jeder Seite jedes einzelnen Walzgerüsts. Weiterhin umfasst die Reversierwalzanlage zumindest einen Kühlbalken auf zumindest einer Seite zwischen der Gruppe von Walzgerüsten und der Haspelvorrichtung. Der bzw. die Kühlbalken sind zum Beaufschlagen einer Unterseite des Bandes mit Kühlmittel, das von dem bzw. den Kühlbalken mit einer Durchflussrate Φ abgegeben wird, eingerichtet, wenn das Band aus der Gruppe von Walzgerüsten ausläuft, und sind daher unterhalb einer Transportebene des Bandes angeordnet. Die Beaufschlagung der Unterseite des Bandes dient der Erzielung einer Temperaturänderung ΔT in dem Band.
  • Der Ausdruck 'Seite' bezieht sich hierbei auf eine vertikale Ebene durch ein Walzgerüst, wobei das Band beim Walzen im Wesentlichen horizontal durch das Walzgerüst durchläuft. Die Gruppe von Walzgerüsten kann lediglich ein Walzgerüst umfassen, sie kann stattdessen jedoch auch zwei Walzgerüste (Doppelreversiergerüst) oder noch mehr Walzgerüste aufweisen. Wesentlich ist der Umstand, dass das Band die Gruppe der Walzgerüste als Ganzes in abwechselnder (horizontaler) Richtung durchläuft, sodass in zwei aufeinanderfolgenden Walzstichen die Ein- und Auslaufrichtung des Bandes in Bezug auf die einzelnen Walzgerüste vertauscht sind.
  • Die genannten Umstände führen dazu, dass Bänder, welche in einer beschriebenen Reversieranlage gewalzt werden, deutlich heißer werden, als wenn sie bei gleichem Umformungsgrad in einer Tandemstraße gewalzt würden. Insbesondere Bandtemperaturen von über 160°C sind unerwünscht, da dies negative Auswirkungen auf die Qualität des Bandes haben kann sowie besondere Anforderungen an das eingesetzte Equipment stellt. Beispielsweise verbrennt das Öl aus der eingesetzten Emulsion auf einer zu heißen Bandoberfläche und hinterlässt dabei Flecken. Auch die Walzspaltschmierung wird negativ beeinflusst, da das Öl der Emulsion an Viskosität verliert. Eine Planheitskontrolle wird bei zu heißem Band schwierig. Die entsprechenden Bundablagen leiden unter hohen Bundtemperaturen und verschleißen schneller. Schließlich müssen zu heiße Bunde abkühlen, bevor sie weiterverarbeitet werden können, was den Durchsatz der betreffenden Reversierwalzanlage herabsetzt.
  • Als Konsequenz daraus können an der Reversierwalzanlage zwar Maßnahmen gesetzt werden, welche die Bandtemperatur indirekt herabsetzen und limitieren, wie z.B. eine Reduktion der Walzgeschwindigkeit oder geringere Dickenabnahmen pro Walzstich, was weniger Umformenergie produziert. Diese Maßnahmen können jedoch ebenfalls negativen Einfluss auf den Durchsatz oder Produkteigenschaften haben.
  • Zwar sind im Weiteren aus dem Stand der Technik Vorrichtungen zur aktiven Kühlung eines Bandes in einer Kaltwalzanlage bekannt. So zeigt beispielsweise die WO 2014/167138 A1 eine Kühlvorrichtung für eine Unterseite eines Bandes während des Walzens in einer Kaltwalzanlage, wobei die Bandunterseite einer Niederdruck-Turbulenzkühlung unterzogen wird. Auch aus der JP S61 242715(A ) ist eine Kühlbox für ein Band in einer Kaltwalzanlage bekannt, wobei das Band durch die Kühlbox durchgeführt wird und dabei an seiner Ober- und Unterseite mittels Kühlwasser gekühlt wird. Die Kühlbox bildet an der Bandober- und Bandunterfläche jeweils einen engen Strömungskanal für das Kühlwasser aus und weist entsprechende Dichtrollen auf, die die Kühlbox gegen den Austritt von Kühlwasser abdichten.
  • Die WO 2014/095268 A1 schlägt zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen einem bandförmigen Walzgut und einem auf dieses aufgebrachten Kühlmedium eine Kühlvorrichtung mit einer sich in Bandlaufrichtung erstreckende Kühlkammer vor, durch die die Einwirkzeit des Kühlmediums verlängert wird. Die Zufuhr des Kühlmediums kann dabei abhängig von unterschiedlichen Parametern, wie z.B. der Temperatur des Walzgutes oder des auf dem Walzgut verbleibenden Restkühlmediums nach dem Durchlaufen der Kühlvorrichtung, regelbar erfolgen.
  • Gemeinsames Merkmal der von der WO 2014/167138 A1 , der JP S61 242715(A ) und der WO 2014/095268 A1 vorgeschlagenen Lösungen ist jeweils eine kammerartige Struktur, in welcher das das Kaltwalzband kontaktierende Kühlmedium geführt wird. Daraus resultiert jedoch erstens ein erhöhter Platzbedarf sowie zweitens eine schlechte Regelbarkeit, weil zeitliche Änderungen der Kühlwirkung aufgrund des großen Flüssigkeitsvolumens der jeweiligen kammerartigen Struktur nur wesentlich langsamer durchgeführt werden können, als dies beispielsweise mit Hilfe von Kühlbalken möglich ist.
  • Weiterhin ist aus der WO 2021/048038 A1 bekannt, einem Walzgut beim Kaltwalzen in einer Walzstraße mit mehreren Walzgerüsten ein Temperaturfenster vorzugeben und durch verschiedene Steuer- bzw. Regelungsmaßnahmen sicherzustellen, dass die Walzguttemperatur während des Walzens innerhalb des Temperaturfensters verbleibt. Die Maßnahmen umfassen ein Erwärmen des Walzguts vor einem Walzstich, das Kühlen und Schmieren von Arbeitswalzen bzw. des Walzguts selber mittels entsprechender Kühl- und Schmierbalken, das Erstellen einer entsprechenden Stichplanverteilung zur Berücksichtigung der beim Walzen entstehenden Umformungswärme sowie das Steuern und Regeln einer Walzgeschwindigkeit zur Berücksichtigung der in einem Walzgerüst entstehenden Reibungsverlustleistung. Die Wirkung dieser Steuer- und Regelungsmaßnahmen auf die Walzguttemperatur können dabei entweder auf Basis von Erfahrungswerten in Form eines empirischen Modells oder mittels eines physikalischen Modells vorab, d.h. vor dem eigentlichen Walzprozess, simuliert und die Setupwerte für die jeweiligen Gewerke der Kaltwalzanlage entsprechend eingestellt werden. Zudem kann während des Walzens eine Temperatur des Walzguts messtechnisch erfasst und eine Steuer- oder Regelungsmaßnahme online angepasst werden.
  • In der WO 2021/048038 A1 wird jedoch nicht speziell auf die oben beschriebene Problematik der besonders starken Erhitzung von Bändern in Reversierwalzanlagen eingegangen. Auch kann die Vorabbestimmung der korrekten Setupwerte mehrere Iterationen, enthaltend jeweils eine oder mehrere physikalische Modellierungen, erfordern, was einen hohen rechentechnischen und zeitlichen Aufwand bedeutet, da sämtliche Gewerke der Kaltwalzanlage in ihrer Gesamtheit berücksichtigt werden müssen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unerwünscht hohe Temperaturen beim Walzen eines Bandes in einer Reversierwalzanlage mit konstruktiv und regeltechnisch einfachen Mitteln zu verhindern, ohne den Durchsatz negativ zu beeinflussen. Zudem soll die Bestimmung von Vorgabewerten zur Einhaltung einer vorgegebenen Maximaltemperatur für das zu walzende Band vereinfacht werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Verfahrensansprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kaltwalzen eines Bandes in einer voranstehend beschriebenen Reversierwalzanlage in einem oder mehreren Walzstichen i wird, in Form einer Vorwärtssteuerung des Kühlbalkens, vor zumindest einem, bevorzugt vor allen Walzstichen i, zunächst für das Band eine Maximaltemperatur Tmax vorgegeben und es wird ein erster Setupwert φi für eine Durchflussrate Φ an Kühlmittel für alle Kühlbalken auf einen Wert 0 gesetzt. Danach wird eine charakteristische Temperatur Tc des Bandes ermittelt, bei der es sich um einen Temperaturwert einer Bandoberfläche, insbesondere einer Unterseite oder einer Oberseite des Bandes, handeln kann, und es wird überprüft, ob die charakteristische Temperatur Tc die Maximaltemperatur Tmax überschreitet: falls dies der Fall ist, wird der erste Setupwert φi für den bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken anhand einer Sensitivität σ ermittelt. Die Sensitivität σ beschreibt die Temperaturänderung ΔT, die in dem Band aufgrund der Beaufschlagung mit dem Kühlmittel erzielt wird, und ist als funktionaler Zusammenhang mit zumindest der Durchflussrate Φ und einer Bandgeschwindigkeit vB bekannt. Abschließend erfolgt der Walzstich i unter Vorgabe des ermittelten ersten Setupwertes φi für den auslaufseitigen Kühlbalken.
  • Konkret bedeutet dies, dass, wenn eine Überschreitung der Maximaltemperatur Tmax durch die für das Band charakteristische Temperatur Tc festgestellt wird, anhand einer Sensitivität σ erster Setupwert φi größer Null für eine Durchflussrate Φ an Kühlmittel für den bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken ermittelt wird und beim Walzstich i der bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken mit dem ermittelten Setupwert φi beaufschlagt werden; andernfalls bleiben der bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken inaktiv, d.h. es wird von dem Kühlbalken kein Kühlmittel auf das Band abgegeben. Der bzw. die zu der Gruppe an Walzgerüsten einlaufseitig gelegenen Kühlbalken bleiben in jedem Walzstich i stets inaktiv. Die Maximaltemperatur Tmax kann beispielsweise auf Erfahrungswerten in Bezug auf Bandrisse beim Walzen beruhen und in Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung des Bandes gewählt werden und liegt bevorzugt in einem Bereich von 120°C bis 160°C.
  • Physikalisch hat die Sensitivität σ die Bedeutung einer Temperaturdifferenz, die von dem bzw. den aktivierten, auslaufseitigen Kühlbalken in Abhängigkeit von zumindest dessen bzw. deren Durchflussrate Φ in dem Band hervorgerufen wird. Erfindungsgemäß wird die Sensitivität σ als vorab bekannter funktionaler Zusammenhang der in dem Band induzierten Tempertaturänderung ΔT mit zumindest der Durchflussrate Φ und einer Bandgeschwindigkeit vB vorausgesetzt. Die Bandgeschwindigkeit vB kann für den Walzstich i ebenfalls als bekannt vorausgesetzt werden, da sie beispielsweise im Rahmen der Stichplanerstellung von einem Offlinemodell vorab ermittelt werden. Bei der Bandgeschwindigkeit vB kann es sich um eine Bandeinlaufgeschwindigkeit vi,in oder um eine Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex des im betreffenden Walzstich i gewalzten Bandes handeln.
  • Bei dem funktionalen Zusammenhang kann es sich beispielsweise um einen empirisch ermittelten Zusammenhang zwischen der in dem betreffenden Band hervorgerufenen Temperaturänderung ΔT und der eingestellten Durchflussrate Φ und der Bandgeschwindigkeit vB handeln. Die Sensitivität σ kann jedoch auch auf Basis eines physikalischen Modells als Funktion zwischen der induzierten Temperaturänderung ΔT und der eingestellten Durchflussrate Φ und der Bandgeschwindigkeit vB sein.
  • Wenn der funktionale Zusammenhang mit Hinreichender Genauigkeit bekannt ist, kann der Setupwert φi beispielsweise derart ermittelt werden, dass das Band von dem aktivierten Kühlbalken genau auf die Maximaltemperatur Tmax heruntergekühlt wird, d.h. dass die charakteristische Temperatur Tc des Bandes nach dessen Passieren des Kühlbalkens genau der Maximaltemperatur Tmax entspricht. Der Setupwert φi kann jedoch auch insbesondere im Falle eines nur grob bekannten funktionalen Zusammenhanges zwischen der Temperaturänderung ΔT einerseits und der Durchflussrate Φ sowie der Bandgeschwindigkeit vB andererseits so gewählt werden, dass die charakteristische Temperatur Tc des Bandes nach dessen Passieren des Kühlbalkens die Maximaltemperatur Tmax jedenfalls unterschreitet.
  • Mathematische Verfahren zum Aufsuchen eines bestimmten Variablenwertes einer Funktion bzw. eines funktionalen Zusammenhanges einer Ausgangsgröße mit mehreren Eingangsgrößen für die der Funktionswert bzw. die Ausgangsgröße vorgegeben ist, sind allgemein bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Dadurch bietet die Verwendung einer bekannten Sensitivität σ den Vorteil, dass zur Ermittlung des Setupwerts φi lediglich die voranstehende Gleichung (1) nach dem gesuchten Wert für φi aufgelöst werden muss, was mit begrenztem Rechenaufwand beispielsweise mittels einer Steuereinheit der Reversierwalzanlage innerhalb von weniger als 10ms erfolgen kann.
  • Die Vorgabe des ersten Setupwerts φi erfolgt beispielsweise durch Übertragung von einer separaten Berechnungseinheit an eine Steuereinheit der Reversierwalzanlage, die deren einzelne Gewerke (wie z.B. die Walzgerüste, die Haspelvorrichtungen, die Kühl- und Schmierbalken sowie den bzw. die Kühlbalken) ansteuert.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden lediglich die Setupwerte für die auslaufseitig gelegenen Kühlbalken in einem betreffenden Walzstich i geändert, nicht jedoch die sonstigen Setup- bzw. Vorgabewerte für die restlichen Gewerke der Reversierwalzanlage; insbesondere bleibt ein Stichplan für das Band unverändert. Der bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken wirken somit lediglich als zusätzlicher Aktuator, weswegen sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut als Nachrüstlösung für eine bestehende Reversierwalzanlage eignet: eine solche kann beispielsweise nachträglich mit relativ geringem Investitionsaufwand mit zusätzlichen Kühlbalken für die Kühlung eines auslaufenden Bandes ausgestattet werden, wobei ein bestehendes Offlinemodell, das bereits an die technologischen Gegebenheiten der Anlage angepasst ist, dabei jedoch nicht geändert werden muss.
  • Zudem wird lediglich bei Überschreiten der Maximaltemperatur Tmax der bzw. die betreffenden auslaufseitigen Kühlbalken aktiviert, weswegen das erfindungsgemäße Verfahren einen minimalen, unabhängigen steuerungstechnischen Eingriff in den Betrieb der Reversierwalzanlage darstellt, was vorteilhaft die Komplexität der Anlagensteuerung nur minimal erhöht.
  • Die Aufbringung von Kühlmittel auf die Bandunterseite eines aus der Gruppe der Walzgerüste auslaufenden Bandes stellt zudem vorteilhaft eine technisch einfache Möglichkeit der Bandkühlung dar, weil das Kühlmittel größtenteils aufgrund der Schwerkraftwirkung automatisch nach unten abfließt und allfällige verbleibende Reste durch eine üblicherweise vorhandene Umlenkrolle vor dem nachfolgenden Haspel abgequetscht werden, wobei eine in der Regel an den Walzgerüsten ohnehin vorhandene Sammeleinrichtung für den Kühl- und Schmierstoff mitbenutzt werden kann, sodass keine zusätzlichen Auffangvorrichtungen für die Kühlbalken vorgesehen werden müssen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Sensitivität σ - neben der Durchflussrate Φ und der Bandgeschwindigkeit vB- zusätzlich als funktionaler Zusammenhang mit einer Banddicke dB bekannt, sodass die in dem Band induzierte Temperaturänderung ΔT gemäß dem Zusammenhang Δ T = σ Φ = φ i ; v B ; d B darstellbar ist. Die Banddicke dB kann wiederum - analog zur Bandgeschwindigkeit vB - für den Walzstich i als bekannt vorausgesetzt werden, wobei es sich bei der Banddicke dB um eine Bandeinlaufdicke di,in oder um eine Bandauslaufdicke di,ex in Bezug auf eines der Walzgerüste der Reversierwalzanlage handeln kann. Somit wird in dieser Ausgestaltung der Setupwert φi derart ermittelt, dass die Sensitivität σ der Temperaturänderung ΔT im Band gemäß Gleichung (1) entspricht.
  • In dieser Ausgestaltung kann die Bandgeschwindigkeit vB und die Banddicke dB des im betreffenden Walzstich i gewalzten Bandes berücksichtigt werden, sodass die Temperaturänderung ΔT vorteilhaft sehr genau eingestellt werden kann. Beispielsweise kann eine Kühlung des Bandes besonders energieeffizient erfolgen, indem das Band durch entsprechende Bestimmung des Setupwerts φi nur so stark gekühlt wird, dass die Temperaturänderung ΔT im Wesentlichen der Differenz aus charakteristischer Temperatur Tc und Maximaltemperatur Tmax entspricht, sodass durch die Kühlung lediglich die Überschreitung der vorgegebenen Maximaltemperatur Tmax ausgeglichen wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die charakteristische Temperatur Tc auf Basis eines empirischen Modells oder eines physikalischen Modells ermittelt. Vorteilhaft kann bei einem empirischen Modell die charakteristische Temperatur Tc beispielsweise aus Eingangsparametern, umfassend Materialeigenschaften, Parameter des Stichplans sowie Produktionsparameter (diese umfassend beispielsweise eine Bandeinlaufgeschwindigkeit vi,in und/oder eine Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex und/oder eine Walzkraft im Walzstich i) eines betreffenden Bandes rasch ermittelt bzw. interpoliert werden, wenn für jeweilige Bereiche der genannten Eingangsparameter entsprechende Werte für die charakteristische Temperatur Tc beispielsweise in Form von vorab ermittelten Berechnungswerten oder in Form von Erfahrungswerten bzw. Bedienereingaben vorliegen.
  • Mit Hilfe eines physikalischen Modells kann eine charakteristische Temperatur Tc vorteilhaft besonders genau ebenfalls auf Basis von denselben bzw. gleichartigen Eingangsparametern direkt errechnet werden; in diesem Zusammenhang offenbart beispielsweise die WO 2021/048038 A1 , vor dem eigentlichen Walzvorgang eine Auslauftemperatur eines Walzguts hinter einem Walzgerüst auf Basis von der Einlauftemperatur des Walzguts in Verbindung mit modellierbaren physikalischen Wärmeströmen zu ermitteln.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor der Ermittlung der charakteristischen Temperatur Tc mittels eines physikalischen Modells unter der Annahme, dass die Durchflussrate Φ gleich Null ist, anhand einer vorgegebenen Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex und einer vorgegebenen Bandauslaufdicke di,ex für das Band und anhand zweiter Setupwerte Σi für den zumindest einen Kühl- und Schmierbalken, ausgehend von einer Anfangstemperatur T0 des Bandes, eine Temperaturverteilung τ des Bandes durch Lösen einer Wärmeleitungsgleichung des physikalischen Modells in einem Bereich B, der zumindest einen Abschnitt des Bandes umfasst, ermittelt. Danach wird die charakteristische Temperatur Tc aus der Temperaturverteilung τ abgeleitet bzw. ermittelt. Durch das Lösen einer Wärmeleitungsgleichung kann die charakteristische Temperatur Tc, die das Band nach erfolgtem Walzstich bei deaktiviertem auslaufseitigem Kühlbalken aufweist bzw. aufweisen würde, vorteilhaft besonders präzise vorhergesagt werden, sodass eine allfällig notwendige Beaufschlagung des Bandes mit Kühlmittel besonders gezielt und eingestellt werden kann.
  • Bei der charakteristische Temperatur Tc kann es sich beispielsweise um einen über die Funktionskoordinaten der Temperaturverteilungs τ gemittelten Temperaturwert des Bandes oder um einen Temperaturwert an einer Bandoberfläche handeln. Die Temperaturverteilung τ ist eine Funktion der Temperatur innerhalb des Bandes als Funktion der räumlichen Koordinaten. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorwärtssteuerung wird ein thermisch stationärer Zustand des Bandes im Reversierwalzwerk angenommen, d.h. es wird in einer Näherung vorausgesetzt, dass die Temperaturen und Temperaturänderungen des Bandes während des Walzvorganges über seine gesamte Länge gleich verlaufen. Daher kann der Bereich B, der zu jedem in der Wärmeleitungsgleichung betrachteten Zeitpunkt einen bestimmten Abschnitt des Bandes umfasst, räumlich feststehend in Bezug auf die Walzgerüste angesetzt werden. Dadurch ist das Koordinatensystem der Wärmeleitungsgleichung nicht feststehend in Bezug auf das Band selber, welches im Walzstich i durch die Walzgerüste durchbewegt wird. Die Walzgeschwindigkeiten relativ zu den einzelnen Walzgerüsten gehen lediglich als Parameter in die Wärmeleitungsgleichung bzw. in die Randbedingungen des Bereiches B ein. Die Wärmeleitungsgleichung kann daher im betrachteten Bereich B mit entsprechenden Anfangs- und Randbedingungen für das Band gelöst werden.
  • Für die Anfangstemperatur T0 kann für den ersten Walzstich beispielsweise ein Wert entsprechend der Umgebungstemperatur angesetzt werden, da die betreffenden Bänder vor dem Walzen in der Reversierwalzanlage in der Regel längere Zeit gelagert werden. Zudem kann eine konstante Temperaturverteilung des Bandes beim Eintritt in den betrachteten Bereich B angenommen werden, da sich bei den Wickelvorgängen zwischen den Walzstichen die Temperatur in Banddickenrichtung rasch vergleichmäßigt. Für weitere Walzstiche kann als Anfangstemperatur T0 beispielsweise der für den unmittelbar vorangegangenen Walzstich ermittelte charakteristische Temperaturwert Tc angesetzt werden, da das Band an der Reversierwalzanlage unmittelbar nach jedem Walzstich zu einem Coil aufgewickelt wird und in diesem Zustand während der Zeitspanne zwischen zwei Walzstichen vernachlässigbar wenig Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Alternativ dazu kann für weitere Walzstiche nach dem ersten Walzstich die Anfangstemperatur T0 auch basierend auf Erfahrungswerten angesetzt werden, da sich die durchschnittliche Bandtemperatur in der Regel bereits nach wenigen Walzstichen einer oberen Sättigungstemperatur annähert: daher kann eine Anfangstemperatur T0 für weitere Walzstiche mit guter Näherung beispielsweise aus der Temperaturmessung eines Bandes mit vergleichbarer Enddicke unmittelbar nach dessen Walzen an der Reversierwalzanlage gewonnen werden.
  • Der beim Walzen von dem zumindest einen Kühl- und Schmierbalken aufgebrachte Kühl- und Schmierstoff leitet Wärme aus den Arbeitswalten bzw. aus dem Band ab und geht in die Wärmeleitungsgleichung über entsprechende Wärmeübergangskoeffizienten als Randbedingung ein. Weiterhin müssen die Erwärmung aufgrund der plastischen Umformung des Bandes sowie die Reibung zwischen dem Band und den Arbeitswalzen im Walzspalt in Form sogenannter Quellterme berücksichtigt werden. Die Berücksichtigung derartiger Randbedingungen und Quellterme ist beispielsweise aus der WO 2021/048038 A1 oder aus F. Hell: Grundlagen der Wärmeübertragung, VDI-Verlag 1982, ISBN-Nummer 978-3-18-400529-0, Kapitel 2.2 und 2.3, Formeln (81) bis (83) in Verbindung mit Bild 25 und Tabellen VI und VII bekannt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erstreckt sich der Bereich B, in dem die Wärmeleitungsgleichung gelöst wird, in Bandlaufrichtung gesehen zumindest vom Beginn eines ersten Wirkbereiches W des ersten einlaufseitigen Kühl- und Schmierbalkens bis zumindest zum Ende eines zweiten Wirkbereichs W' des letzten auslaufseitigen Kühlbalkens. Die ersten und zweiten Wirkbereiche W, W' umfassen daher im Wesentlichen jene Bereiche, in denen der Kühl- und Schmierstoff bzw. das Kühlmittel mit der Oberfläche des Bandes in Kontakt kommt. Beide Bereiche sind räumlich begrenzt, weil die Balken nur eine begrenzte Sprühbreite in Bandlaufrichtung aufweisen, weil der Kühl- und Schmierstoff nur einlaufseitig aufgebracht wird daher von dem Band nur bis zu den Walzgerüsten transportiert wird, von wo es seitlich ausgeleitet wird, und weil das Kühlmittel nur auf die Bandunterseite aufgebracht wird, wo aufgrund der Schwerkraftwirkung der Kontakt mit der Bandoberfläche in diesem Bereich ebenfalls räumlich begrenzt ist.
  • Somit umfasst der von der Wärmeleitungsgleichung berücksichtigte Bereich B zwar nicht die Haspelvorrichtungen und die Strecke zwischen diesen und den Walzgerüsten, jedoch können diese Einflüsse auf die Bandtemperatur vernachlässigt werden. Andererseits werden vom Bereich B alle Gewerke der Reversierwalzanlage umfasst, die aktiv auf das Band einwirken und entsprechende Wärmequellen in dem Band (z.B. durch die plastische Verformung in den Walzgerüsten) und Wärmeströme in das Band bzw. aus dem Band (Reibung zwischen Bandoberfläche und Arbeitswalzen im Walzspalt, Einwirkung der Kühl- und Schmierbalken bzw. der Kühlbalken) hervorrufen. Vorteilhaft wird durch die gewählte Erstreckung des Bereiches B einerseits eine realitätsnahe Ermittlung der Bandtemperatur in den einzelnen Walzstichen ermöglicht und andererseits der dafür benötigte Rechenaufwand begrenzt.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in die Wärmeleitungsgleichung auch Arbeitswalzen der Walzgerüste mit einbezogen. Dies bedeutet, dass neben dem im Bereich B betrachteten Volumen des Bandes auch ein Volumen der Arbeitswalzen selber bzw. deren Erwärmung berücksichtigt wird. Dies gestattet vorteilhaft eine genauere Bestimmung der Temperaturverteilung τ des Bandes, weil zusätzlich zur Reibungswärme zwischen dem Band und den Arbeitswalzen auch die unmittelbaren Wärmeströme zwischen dem Band und den Arbeitswalzen berücksichtigt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeleitungsgleichung als eindimensionale Differentialgleichung angesetzt und die Temperaturverteilung τ wird in Dickenrichtung des Bandes ermittelt. Da die Dicke d eines an der betreffenden Reversierwalzanlage gewalzten Bandes in der Regel (zwischen 0.1mm und 7mm beträgt und damit wesentlich geringer als seine Breite (mindestens 600mm) und seine Abmessung entlang des betrachteten Bereichs B (mehrere Meter) ist, können Wärmeflüsse in Bandlängs- und Bandbreitenrichtung in guter Näherung vernachlässigt werden. Vorteilhaft kann bei einer derartigen eindimensionalen Wärmeleitungsgleichung der Rechenaufwand zur Ermittlung der Temperaturverteilung τ gering gehalten werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kaltwalzen eines Bandes in einer voranstehend beschriebenen Reversierwalzanlage in einem oder mehreren Walzstichen i betreffend eine Onlinesteuerung eines Kühlbalkens wird vor zumindest einem der Walzstiche i eine Maximaltemperatur Tmax für das Band vorgegeben. Zudem wird während des zumindest einen Walzstiches i zyklisch, d.h. wiederholend in jeweiligen Zeitintervallen Δt, jeweils mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung eine momentane Auslauftemperatur Ti,ex" des Bandes erfasst. In dem Fall, dass die Auslauftemperatur Ti,ex" die Maximaltemperatur Tmax überschreitet, wird im jeweiligen Zeitintervall Δt ein erster Setupwert φi für den bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken anhand einer bereits vorgenannten Sensitivität σ ermittelt, die wiederum als Funktion von zumindest der Durchflussrate Φ und einer für den Walzstich i bekannten Bandgeschwindigkeit vB bekannt ist. Bei der Bandgeschwindigkeit vB kann es sich wiederum um eine vorab - beispielsweise im Rahmen der Stichplanerstellung ermittelte Bandgeschwindigkeit handeln. Bevorzugt kann in manchen, besonders bevorzugt in allen Zeitintervallen Δt jedoch auch jeweils eine momentane Bandgeschwindigkeit vB" als bekannte Bandgeschwindigkeit vB - beispielsweise durch das Auslesen eines entsprechenden momentanen Geschwindigkeitssignals einer Arbeitswalze eines der Walzgerüste - erfasst werden. Anschließend wird im jeweiligen Zeitintervall Δt der erste Setupwert φi dem bzw. den auslaufseitigen Kühlbalken vorgegeben, d.h. die Durchflussrate Φ an Kühlmittel durch den bzw. die Kühlbalken wird auf den ermittelten Setupwert φi eingestellt. Bei der Temperaturerfassungseinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Pyrometer handeln.
  • Insbesondere wenn für die Ermittlung von φi eine momentane Bandgeschwindigkeit vB" herangezogen wird, kann die Durchflussrate Φ des Kühlbalkens vorteilhaft besonders genau an die aktuelle Walzsituation angepasst werden. Die Abweichung der momentanen Bandgeschwindigkeit vB" von einem fest vorgegebenen Setupwert stellt eine häufig vorkommende Situation an einer Reversierwalzanlage dar, beispielsweise weil der Setupwert nachträglich von einer Basisautomation der Reversierwalzanlage oder von einem Bediener auf einen geänderten Wert vB" eingestellt wird.
  • Durch dieses erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhaft eine noch genauere Einstellung einer auslaufseitigen Bandtemperatur ermöglicht, weil anstatt eines rechnerisch ermittelten Temperaturwertes ein momentaner - d.h. ein für den betreffenden Moment ermittelter oder erfasster - Temperaturwert Ti,ex" zur Ermittlung der Durchflussrate Φ herangezogen wird. Weil auch die Erfassung der Auslauftemperatur und entsprechende Einstellung der Durchflussmenge des bzw. der auslaufseitigen Kühlbalkens periodisch in Zeitintervallen Δt erfolgt, können auch allfällige Änderungen der Walzbedingungen, wie z.B. eine veränderliche Bandeinlauftemperatur bzw. eine unregelmäßige Schmier- und Kühlwirkung des bzw. der Kühl- und Schmierbalken über die Bandlänge unmittelbar ausgesteuert werden. Die Zeitintervalle Δt weisen bevorzugt eine Intervalldauer von maximal 10ms auf, wodurch die Anpassung der Durchflussrate Φ an die momentane Auslauftemperatur Ti,ex" vorteilhaft besonders zeitnah erfolgt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffend eine Onlinesteuerung des auslaufseitigen Kühlbalkens ist die Sensitivität σ zusätzlich als funktionaler Zusammenhang mit einer Banddicke dB bekannt. Die Banddicke dB kann wiederum - analog zum erfindungsgemäßen Verfahren betreffend eine Vorwärtssteuerung eines Kühlbalkens - für den Walzstich i als bekannt vorausgesetzt werden. Entsprechend wird in dieser Ausgestaltung der erste Setupwert φi derart ermittelt, dass die Sensitivität σ der Temperaturänderung ΔT im Band gemäß Gleichung (1) entspricht. und kann daher vorteilhaft sehr genau eingestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Temperaturerfassungseinrichtung in Bandlaufrichtung gesehen in einem Abstand a hinter dem Ende eines zweiten Wirkbereiches W' des auslaufseitigen Kühlbalkens angeordnet. Die Anordnung in einem Abstand a bewirkt, dass die Kühlwirkung auf das Band korrekt erfasst wird, da sich die Temperaturverteilung in dem auslaufenden Band während des Durchlaufend des Abstandes a bis zur Messung durch die Temperaturerfassungseinrichtung vergleichmäßigt ('Durchkühlung' in Banddickenrichtung). Der Abstand a beträgt beispielsweise 0.5m bis 1.5m, bevorzugt 0.8m bis 1.0m. Insgesamt ist an der Reversierwalzanlage somit beidseitig der Gruppe von Walzgerüsten jeweils eine Temperaturerfassungseinrichtung angeordnet.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, das im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert wird. Gleiche Teile und Gewerke in den Figuren sind jeweils mit denselben Bezeichnern versehen. Es zeigen:
    • Figur 1 (FIG 1) einen Querschnitt durch eine Reversierwalzanlage, auf die die erfindungsgemäßen Verfahren anwendbar sind;
    • Figur 2A (FIG 2A) ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe einer Vorwärtssteuerung;
    • Figur 2B (FIG 2B) ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe einer Onlinesteuerung;
    • Figur 3A (FIG 3A) ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels betreffend eine Vorwärtssteuerung;
    • Figur 3B (FIG 3B) ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels betreffend eine Vorwärtssteuerung mit einem physikalischen Modell;
    • Figur 3C (FIG 3C) ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels betreffend eine Onlinesteuerung; und
    • Figur 4 (FIG 4) ein Detail aus einer Reversierwalzanlage betreffend ein physikalisches Modell für eine Vorwärtssteuerung.
  • Generell gilt, dass die in FIG 2A, FIG 2B und FIG 4 dargestellte Kaltwalzanlage 1 jeweils wie in FIG 1 ausgestaltet sein kann, davon abweichend jedoch - ohne Auswirkung auf das mit Bezug auf die jeweiligen Figur beschriebene Verfahren - auch eine andere Anzahl von Walzgerüsten 10, 11, Haspelvorrichtungen 30, 31, 32, Kühlbalken 20, 21 bzw. Kühl- und Schmierbalken 13, 14, 13', 14' aufweisen kann.
  • FIG 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Reversierwalzanlage 1, die als Doppelreversierwalzanlage ausgebildet ist und eine Gruppe aus zwei Walzgerüsten 10 und 11 umfasst, die jeweils eine obere Arbeitswalze 12 und eine untere Arbeitswalze 12' sowie eine obere und eine untere Stützwalze 18 bzw. 18' aufweisen. Die obere und untere Arbeitswalze 12 und 12' der Walzgerüste 10 und 11 bilden jeweils einen Walzspalt aus, durch den das Band 2 zum Zwecke der Dickenreduktion in einem oder mehreren Walzstichen entlang einer sogenannten Passlinie 4 hindurchgeführt wird. Links der Gruppe der Walzgerüste 10 und 11 weist die Reversierwalzanlage 1 eine Haspelvorrichtung 30 auf. Rechts der Walzgerüste 10 und 11 sind zwei weitere Haspelvorrichtungen 31 und 32 der Reversierwalzanlage 1 angeordnet.
  • In jedem Walzstich des in FIG 1 dargestellten Ausführungsbeispiels passiert das Band 2 jeweils beide Walzgerüste 10 und 11 der Gruppe in abwechselnder Richtung, wobei die momentane Bandlaufrichtung 5 in FIG 1 durch einen von rechts nach links verlaufenden, horizontalen Pfeil und die Drehrichtungen der als Abhaspel- bzw. als Aufhaspelvorrichtung fungierenden Haspelvorrichtungen 31 bzw. 30 ebenfalls durch entsprechende Pfeile dargestellt sind. Auf der Haspelvorrichtung 32 ist ein weiteres Band 2' aufgewickelt, welches nach dem Band 2 an der Reversierwalzanlage 1 gewalzt werden kann, während sich das Band 2 nach seinem letzten Walzstich noch auf der Haspelvorrichtung 31 befindet.
  • Beidseits (bezogen auf eine Bandlaufrichtung 5) der Gruppe der Walzgerüste 10 und 11 sind jeweils obere und untere Kühl- und Schmierbalken 13 und 13' angeordnet, die zum Aufbringen eines Kühl- und Schmierstoffes 16 (siehe FIG 2A) in den Walzspalt eingerichtet sind. Zudem sind beidseits der Walzgerüste 10 und 11 jeweils obere und untere Kühl- und Schmierbalken 14 und 14' zum Aufbringen eines Kühl- und Schmierstoffes 16 auf die jeweilige Arbeitswalze 12 bzw. 12' angeordnet. In der Regel sind in einem betreffenden Walzstich nur die jeweils einlaufseitig gelegenen Kühl- und Schmierbalken 13, 13', 14, 14' aktiv und geben Kühl- und Schmierstoff 16 auf die Arbeitswalzen 12, 12' bzw. in Richtung des Walzspalts ab: dies ist in FIG 2A und FIG 2B näher dargestellt.
  • Weiterhin ist unterhalb des Bandes und in Bandlaufrichtung 5 gesehen jeweils vor und hinter den Walzgerüsten 10 und 11 ein Kühlbalken 20 bzw. 21 zur Ausgabe eines Kühlmittels 22 auf eine Unterseite 2' des Bandes 2 angeordnet. In FIG 1 ist beispielhaft der momentan auslaufseitige Kühlbalken 20 aktiv, wobei prinzipiell der Kontaktbereich zwischen dem von dem Kühlbalken 20 bzw. 21 abgegebenen Kühlmittel 22 und der Unterseite 2' des Bandes 2 einen zweiten Wirkbereich W' des jeweiligen Kühlbalkens 20, 21 ausbildet. Zusätzlich ist in Bandlaufrichtung 5 in einem Abstand a hinter dem Ende des zweiten Wirkbereichs W' des jeweiligen Kühlbalkens 20, 21 oberhalb des Bandes 2 eine jeweilige Temperaturerfassungseinrichtung 40 bzw. 41 angeordnet. Durch die Anordnung der Temperaturerfassungseinrichtungen 40, 41 oberhalb und der Kühlbalken 20, 21 unterhalb des Bandes 2 wird vermieden, dass Restkühlmittel auf einer Oberseite 2" des Bandes verbleibt, sodass eine Erfassung einer Temperatur des Bandes 2 mittels der Temperaturerfassungseinrichtungen 40, 41 weitestgehend ohne Störeinflüsse erfolgen kann.
  • Weiterhin ist auf jeder Seite der Gruppe von Walzgerüsten 10, 11 in Bandlaufrichtung 5 gesehen hinter dem Kühlbalken 20 bzw. 21 jeweils eine Umlenkrolle 35 unterhalb der Passlinie 4 angeordnet. Beim Aufwickeln wird das Band 2 von der jeweiligen Umlenkrolle 35 nach unten in Richtung der entsprechenden Haspelvorrichtung 30, 31, 32 gelenkt, wodurch allfällig anhaftende Reste von mittels des Kühlbalkens 20 bzw. 21 auf das Band aufgebrachtem Kühlmittel 22 abgestreift werden.
  • FIG 2A zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffend eine Vorwärtssteuerung an einer Reversierwalzanlage 1 gemäß FIG 1; aus Gründen der Übersichtlichkeit sind daher nur die wichtigsten Gewerke mit Bezeichnern versehen. Im Unterschied zu FIG 1 verläuft die Bandlaufrichtung 5 in dem in FIG 2A dargestellten Walzstich i von links nach rechts: das Band 2 wird von der Haspelvorrichtung 30 mit einer Banddicke dB, die ident zu einer Bandeinlaufdicke di,in ist, abgewickelt, tritt mit einer Bandeinlaufgeschwindigkeit vi,in in die Gruppe der Walzgerüste 10, 11 ein bzw. mit einer Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex und einer Bandauslaufdicke di,ex aus dieser wieder aus und wird auf der nähergelegenen Haspelvorrichtung 31 aufgewickelt; die jeweiligen Drehrichtungen der Haspelvorrichtungen 30 und 31 sind dabei durch entsprechende Pfeile angedeutet. Die Haspelvorrichtung 32 ist an dem in FIG 2A dargestellten Walzstich nicht beteiligt, kann jedoch beispielsweise bereits mit einem nachfolgend zu walzenden Band 3 beladen werden.
  • In einer separaten Berechnungseinheit 60 ist ein Offlinemodell 100 implementiert, welches für zumindest einen Walzstich i (dies ist durch geschwungene Klammern symbolisiert) zweite Setupwerte Σi für die einzelnen Gewerke der Reversierwalzanlage 1 ermittelt. Die zweiten Setupwerte Σi werden an eine Steuereinheit 50 der Reversierwalzanlage 1 übermittelt und umfassen unter anderem Vorgabewerte für die Abgabe von Kühl- und Schmierstoff 16 auf die Arbeitswalzen 12, 12' bzw. in den Walzspalt sowie für die Bandeinlaufgeschwindigkeit vi,in und/oder die Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex sowie für die Bandeinlaufdicke di,in und/oder die Bandauslaufdicke di,ex im Walzstich i. Die Steuereinheit 50 steuert die einzelnen Gewerke der Reversierwalzanlage 1 im dargestellten Walzstich i entsprechend den zweiten Setupwerte Σi an, was in FIG 2A durch entsprechende nach oben weisende Pfeile dargestellt ist. Unter 'Ansteuern' wird in diesem Zusammenhang das Übermitteln von Steuersignalen oder Steuerbefehlen an das jeweilige Gewerk sowohl ohne als auch mit Rückkoppelung verstanden, wobei eine Rückkoppelung in Fig 2A durch einen nach unten gerichteten Pfeil symbolisiert ist.
  • Weiterhin ist in FIG 2A dargestellt, dass die Berechnungseinheit 60 vorab, d.h. bevor das Band 2 tatsächlich an der Reversierwalzanlage 1 gewalzt wird, für zumindest einen Walzstich i einen ersten Setupwert φi für die Kühlbalken 20 bzw 21 ermittelt und diese an die Steuereinheit 50 überträgt. Dabei ist in dem konkret in FIG 2A dargestellten Walzstich der Vorgabewert für den einlaufseitigen Kühlbalken 20 zu 0 bestimmt, während der Setupwert φi für eine Durchflussrate Φ an Kühlmittel 22 durch den auslaufseitigen Kühlbalken 21 größer 0 ist: mithin wird von dem einlaufseitig gelegenen Kühlbalken 20 (strichliert dargestellt) im Gegensatz zum auslaufseitigen Kühlbalken 21 im dargestellten Walzstich i kein Kühlmittel auf die Unterseite 2' des Bandes 2 abgegeben. Falls der Berechnungseinheit 60 von dem Offlinemodell 100 nur die Bandeinlaufgeschwindigkeit vi,in und die Bandeinlaufdicke di,in bekannt sind, kann die Berechnungseinheit 60 beispielsweise über die Stichabnahme im betreffenden Walzstich i die dazu korrespondierende Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex und Bandauslaufdicke di,ex selbsttätig ermitteln. Der Setupwert φi für den auslaufseitigen Kühlbalken 21 wird dabei mit Hilfe einer Sensitivität σ bestimmt, wobei erfindungsgemäß eine charakteristische Temperatur Tc des Bandes 2 ermittelt worden ist, die eine Maximaltemperatur Tmax übersteigt.
  • FIG 2B zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffend eine Onlinesteuerung an einer Reversierwalzanlage 1 gemäß FIG 1; aus Gründen der Übersichtlichkeit sind wiederum nur die wichtigsten Gewerke mit Bezeichnern versehen. Zudem werden folgend nur die Unterschiede zu dem in Fig 2A dargestellten Verfahren beschrieben.
  • Wiederum ist auf einer separaten Berechnungseinheit 60 ein Offlinemodell 100 implementiert, welches für zumindest einen Walzstich i (wiederum durch geschwungene Klammern symbolisiert) zweite Setupwerte Σi - wiederum umfassend eine Bandeinlaufgeschwindigkeit vi,in und/oder eine Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex sowie eine Bandeinlaufdicke di,in und/oder eine Bandauslaufdicke di,ex im Walzstich i - für die einzelnen Gewerke der Reversierwalzanlage 1 ermittelt und diese an eine Steuereinheit 50 der Reversierwalzanlage 1 übermittelt. Ebenso ist eine Maximaltemperatur Tmax für die Bänder vorgegeben.
  • Im Gegensatz zu FIG 2A wird vorab kein erster Setupwert φi für die Kühlbalken 20 und 21 ermittelt, sondern es wird stattdessen im betrachteten Walzstich i zyklisch in Zeitintervallen Δt jeweils mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung 40, 41 eine momentane Auslauftemperatur Ti,ex" des Bandes 2 erfasst und an die Steuereinheit 50 übermittelt: in dem in FIG 2B dargestellten Walzstich i würde die Temperaturerfassungseinrichtung 40 eine einlaufseitige Temperatur des Bandes 2 messen, die jedoch im konkreten Fall nicht weiter verwendet wird, weswegen der entsprechende Verbindungspfeil zur Steuereinheit 50 strichliert dargestellt ist.
  • In jedem Zeitintervall Δt wird weiterhin die momentane Auslauftemperatur Ti,ex" mit einer vorgegebenen Maximaltemperatur Tmax verglichen: falls die momentane Auslauftemperatur Ti,ex" größer als die Maximaltemperatur Tmax ist (was für den in FIG 2B dargestellten Fall zutrifft), wird ein Vorgabewert φi für eine Durchflussrate Φ an Kühlmittel 22 durch den auslaufseitig gelegenen Kühlbalken 21 anhand einer Sensitivität σ, die als ein funktionaler Zusammenhang der in dem Band 2 durch den aktivierten Kühlbalken 21 hervorgerufenen Temperaturänderung ΔT mit der am Kühlbalken 21 eingestellten Durchflussrate Φ, der Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex und Bandauslaufdicke di,ex bekannt ist, ermittelt.
  • Wiederum kann aus der Bandeinlaufgeschwindigkeit vi,in und der Bandeinlaufdicke di,in beispielsweise über die Stichabnahme im betreffenden Walzstich i die dazu korrespondierende Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex und Bandauslaufdicke di,ex ermittelt werden. Die wiederholte, zyklische Ermittlung des Vorgabewertes φi in jedem Zeitintervall Δt ist in FIG 2B durch ein entsprechendes rundes Pfeilsymbol innerhalb der Steuereinheit 50 angedeutet.
  • Anschließend wird von der Steuereinheit 50 die Durchflussrate Φ an Kühlmittel 22 durch den auslaufseitigen Kühlbalken 21 auf den ermittelten Vorgabewert φi eingestellt, während der einlaufseitige Kühlbalken 20 während des gesamten Walzstiches i deaktiviert bleibt und deswegen in FIG 2B strichliert dargestellt ist. Alternativ zu der vom Offlinemodell 100 ermittelte Bandeinlaufgeschwindigkeit vi,in oder Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex kann auch eine momentane Bandauslaufgeschwindigkeit vi,in" oder momentane Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex" für die Ermittlung des Vorgabewertes φi verwendet werden, was in FIG 2B durch in geschwungene Klammern gesetzte Symbole angedeutet ist.
  • FIG 3A zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens betreffend eine Vorwärtssteuerung. Voraussetzungsgemäß werden vor der Durchführung zumindest eines Walzstiches i zweite Setupwerte Σi von einem Offlinemodell 100 für die einzelnen Gewerke der Reversierwalzanlage 1 - ausgenommen der Kühlbalken 20, 21 - bestimmt. Weiterhin ist voraussetzungsgemäß eine Sensitivität σ bekannt, die die Auswirkung des Kühlbalkens 20, 21 des betrachteten Walzstiches in der Reversierwalzanlage 1 auf eine Temperaturänderung ΔT des darin kaltgewalzten Bandes 2 aufgrund der Wirkung des auslaufseitigen Kühlbalkens 20, 21 beschreibt, bekannt.
  • Die Sensitivität σ hängt zumindest von einer auf die Unterseite 2' des Bandes 2 aufgebrachten Durchflussrate Φ an Kühlmittel 22, die zu dem zu ermittelnden Vorgabewert φi für den jeweiligen Kühlbalken 20, 21 korrespondiert, und einer Bandgeschwindigkeit vB - konkret von der Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex, mit der das Band 2 an dem bzw. den betreffenden auslaufseitigen Kühlbalken 20, 21 nach dem Durchgang durch die Gruppe von Walzgerüsten 10, 11 vorbeiläuft, ab. Zusätzlich wird in dem in FIG 3A dargestellten Ausführungsbeispiel eine funktionale Abhängigkeit der Sensitivität von einer Banddicke dB - konkret von der Bandauslaufdicke di,ex, - angenommen, die ebenfalls als bekannt vorausgesetzt wird.
  • Für zumindest einen Walzstich i, bevorzugt für alle Walzstiche i werden bei Vorliegen der entsprechenden zweiten Setupwerte Σi (jedoch noch vor dem eigentlichen Walzstich i selber) folgende Schritte durchgeführt:
    Zunächst wird für einen betrachteten Walzstich i eine Maximaltemperatur Tmax vorgegeben und es wird ein erster Setupwert φi für eine Durchflussrate Φ an Kühlmittel 22 durch den zumindest einen auslaufseitigen Kühlbalken 20, 21 zunächst auf einen Wert 0 gesetzt: der auslaufseitige Kühlbalken 20, 21 wird somit vorerst als inaktiv angenommen.
  • Danach wird eine charakteristische Temperatur Tc des Bandes 2 - z.B. eine Temperatur an der Unterseite 2' oder an der Oberseite 2" des Bandes 2 - auf Basis eines empirischen Modells 110 ermittelt. Anders ausgedrückt wird die Auswirkung auf die Temperatur des Bandes im Walzstich i bei deaktivierten (auslaufseitigen) Kühlbalken auf Basis von empirischen Werten simuliert. In dem Fall, dass die charakteristische Temperatur Tc größer als die Maximaltemperatur Tmax ist, wird der erste Setupwert φi für den auslaufseitigen Kühlbalken 20, 21 im betrachteten Walzstich i anhand der Sensitivität σ derart bestimmt, dass die Sensitivität σ der in dem Band 2 hervorgerufene Temperaturänderung ΔT entspricht, welche im konkreten Ausführungsbeispiel als Differenz aus der charakteristischen Temperatur Tc und der Maximaltemperatur Tmax angenommen wird. Alternativ kann auch ein größerer Wert für die Temperaturänderung ΔT gewählt werden, was eine stärkere Kühlung des Bandes 2 unter die Maximaltemperatur Tmax bewirken würde.
  • Der ermittelte erste Setupwert φi für den bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken 20, 21 werden zusammen mit den zweiten Setupwerten Σi beispielsweise an eine Anlagensteuerung 50 übermittelt, sobald der Walzstich i durchgeführt wird. Die Übermittlung von Daten ist in FIG 3A durch dünne Pfeile symbolisiert. Das optionale Ausführen des letzten Schrittes in Abhängigkeit von der Überschreitung der Maximaltemperatur Tmax ist in FIG 3A durch entsprechende gestrichelte Pfeile dargestellt.
  • Zusammenfassend wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren betreffend eine Vorsteuerung ein auslaufseitiger Kühlbalken 20, 21 nur dann aktiviert (und in der Folge das Band 2 mit Kühlmittel 22 beaufschlagt), wenn ein vorab ermittelter charakteristischer Temperatur Tc die vorgegebene Maximaltemperatur Tmax überschreitet; alle anderen Einstellungen für die Reversierwalzanlage korrespondierend zu den zweiten Setupwerten Σi bleiben unverändert.
  • FIG 3B zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens betreffend eine Vorwärtssteuerung die anhand eines ein physikalischen Modells 120 eine charakteristische Temperatur Tc ermittelt. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu FIG 3A eingegangen.
  • Zusätzlich zur Maximaltemperatur Tmax wird eine Anfangstemperatur T0 angenommen, die das Band 2 im betrachteten Walzstich i unmittelbar vor dem Eintritt in die Gruppe von Walzgerüsten 10, 11 aufweist. Danach wird, ausgehend von der angenommenen Anfangstemperatur T0 des Bandes 2, anhand der zweiten Setupwerte Σi eine Temperaturverteilung τ (im Sinne einer räumlichen Temperaturverteilung) des Bandes 2 ermittelt: dies erfolgt wiederum unter der Voraussetzung eines inaktiven auslaufseitigen Kühlbalkens 20, 21 (korrespondierend dazu, dass der erste Setupwert φi zunächst auf den Wert 0 gesetzt wird).
  • Im konkreten Ausführungsbeispiel umfasst das physikalische Modell 120 eine Wärmeleitungsgleichung für eine Temperaturverteilung τ des Bandes 2, wobei die Wärmeleitungsgleichung in einem Bereich B gelöst wird, für den geeignete physikalische Randbedingungen für den betrachteten Walzstich i angesetzt werden. Derartigen Randbedingungen werden im Rahmen von FIG 4 näher beschrieben. Aus der Temperaturverteilung τ wird schließlich eine charakteristische Temperatur Tc des Bandes 2 - z.B. eine Temperatur an der Unterseite 2' oder an der Oberseite 2" des Bandes 2 - abgeleitet.
  • FIG 3C zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens betreffend eine Onlinesteuerung. Wiederum wird im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu FIG 3A eingegangen.
  • Die von einem Offlinemodell ermittelter zweiten Setupwerte Σi werden einmal vor Beginn des Walzstichs i an die Steuereinheit 50 übermittelt. Während des Walzstiches i wird zyklisch, d.h. wiederholend in Zeitintervallen Δt mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung 40, 41 eine Auslauftemperatur Ti,ex" des Bandes 2 erfasst. Falls die erfasste Auslauftemperatur Ti,ex" die vorgegebene Maximaltemperatur Tmax überschreitet, wird ein erster Setupwert φi für die Durchflussrate Φ an Kühlmittel 22 durch den bzw. die im betrachteten Walzstich i auslaufseitigen Kühlbalken 20, 21 anhand einer vorbekannten Sensitivität σ ermittelt, andernfalls wird der erster Setupwert φi auf den Wert 0 gesetzt. Der derart ermittelte Wert φi wird in jedem Zeitintervall Δt wiederum an die Steuereinheit 50 übermittelt und es erfolgt die erneute Erfassung der Auslauftemperatur Ti,ex" im nachfolgenden Zeitintervall.
  • In konkreten Ausführungsbeispiel von FIG 3C wird der erste Setupwert φi anhand der Sensitivität σ derart bestimmt, dass die Sensitivität σ der Temperaturdifferenz aus erfasster Auslauftemperatur Ti,ex" und der vorgegebenen Maximaltemperatur entspricht. Wiederum kann alternativ auch eine größerer Wert für diese Temperaturdifferenz gewählt werden, was eine stärkeren Kühlung des Bandes 2 unter die Maximaltemperatur Tmax bewirken würde. Weiterhin ist im konkreten Ausführungsbeispiel von FIG 3C die Sensitivität σ als funktionaler Zusammenhang zwischen der Durchflussrate Φ an Kühlmittel 22 durch den Kühlbalken 20, 21, einer Bandgeschwindigkeit vB (konkret der Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex) und zusätzlich der Bandauslaufdicke di,ex bekannt.
  • Die Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex und die Bandauslaufdicke di,ex sind für den Walzstich i beispielsweise von dem Offlinemodell 100 bestimmt und somit bekannt. Zumindest für die Bandauslaufgeschwindigkeit vi,ex kann jedoch auch ein direkt in dem betreffenden Zeitintervall Δt erfasster Momentanwert vi,ex" als Argumentwert der Sensitivität σ verwendet werden (in FIG 3C durch geschwungene Klammern symbolisiert), was eine besonders genaue Bestimmung des ersten Setupwerts φi erlaubt.
  • FIG 4 zeigt einen Ausschnitt einer Reversierwalzanlage 1, auf die das erfindungsgemäßen Verfahren betreffend eine Vorwärtssteuerung anwendbar ist und die nur ein Walzgerüst 10 mit zwei Arbeitswalzen 12, 12' und zwei Stützwalzen 18, 18' umfasst. Aus Übersichtsgründen sind weiterhin nur die aktiven einlaufseitigen Kühl- und Schmierbalken 13, 13', 14, 14' dargestellt, da die entsprechenden auslaufseitigen Kühl- und Schmierbalken wie in FIG 1 voraussetzungsgemäß keinen Kühl- und Schmierstoff abgeben. Speziell werden im Folgenden die Randbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffend eine Vorwärtssteuerung erläutert, die die charakteristische Temperatur Tc mit Hilfe eines physikalischen Modells 120 ermittelt. Diese Randbedingungen sind jedoch für den Fachmann ohne Weiteres auch auf eine mehrgerüstige Reversierwalzanlage übertragbar.
  • Von den einlaufseitigen Kühl- und Schmierbalken 13, 13', 14, 14' wird jeweils Kühl- und Schmierstoff 16 entsprechend zweien Setupwerten Σi auf die Arbeitswalzen 12, 12' bzw. in Richtung des Walzspalts ausgegeben. Der von den oberen Kühl- und Schmierbalken 13, 14 auf die obere Arbeitswalze 12 bzw. in den Walzspalt aufgebrachte Kühl- und Schmierstoff 16 bildet auf der Oberseite 2" des Bandes 2 ein rückgestautes Flüssigkeitsvolumen aus, das in Querrichtung von dem Band 2 abgeleitet wird und sich in Bandlaufrichtung über einen ersten Wirkbereich W erstreckt. Das von dem unteren Kühl- und Schmierbalken 13' in Richtung des Walzspalts abgegebene Kühl- und Schmiermittel kommt mit der Unterseite 2' des Bandes 2 aufgrund der Schwerkraftwirkung nur relativ kurzzeitig in Kontakt und bildet dort einen dritten Wirkbereich W" aus.
  • Speziell ist in FIG 4 mittels eines strichlierten Rechtecks der Bereich B angedeutet, in welchem eine Wärmeleitungsgleichung des physikalischen Modells 120 gelöst wird. Der Bereich B umfasst neben einem Längsabschnitt des Bandes 2 zusätzlich jene Bereiche der Arbeitswalzen 12, 12', die beim Lösen der Wärmeleitungsgleichung berücksichtigt werden. Das Band 2 tritt in Bandlaufrichtung 5 von rechts kommend mit einer Bandeinlaufdicke di,in in das Walzgerüst 10 ein und wird in diesem auf eine Bandauslaufdicke di,ex gewalzt. Durch Lösen der Wärmeleitungsgleichung wird eine Temperaturverteilung τ des Bandes 2 in Dickenrichtung dB ermittelt, welches links oben in FIG 4 angedeutet ist.
  • Die Wärmeleitungsgleichung umfasst jenen Abschnitt des Bandes 2, der in Bandlaufrichtung 3 vor den einlaufseitigen Kühl- und Schmierbalken 13, 13', 14, 14' beginnt und auslaufseitig hinter dem zweiten Wirkungsbereich W' des auslaufseitigen Kühlbalkens 20 endet, wobei der Kühlbalken 20 für die Lösung der Wärmeleitugsgleichung voraussetzungsgemäß nicht aktiv ist. Zudem umfasst der Bereich B die dick umrandet dargestellten Zonen der oberen und unteren Arbeitswalze 12 und 12', die nur einen ringsegmentförmigen Bereich der Arbeitswalzen 12, 12' umschreiben.
  • Beim Eintritt in den Bereich B wird für das Band 2 als Anfangswert und Randbedingung in der Wärmeleitungsgleichung eine konstante Temperatur T0 angenommen, was in Fig 4 auch mit dem Bezeichner 90 dargestellt ist. Jene Oberflächenbereiche des Bandes 2 und der Arbeitswalzen 12, 12', die unmittelbar mit der Umgebungsluft in Kontakt stehen (darunter auch die gesamte auslaufseitige Unterseite 2' des Bandes 2, da der Kühlbalken 20 für die Lösung der Wärmeleitugsgleichung als inaktiv angenommen wird), sind in FIG 4 mit dem Bezeichner 91 gekennzeichnet: für diese Bereiche kann eine jeweilige entsprechende Randbedingung in Form eines Wärmeübergangskoeffizienten α bzw. α' korrespondierend zu einer laminaren bzw. turbulenten Grenzschicht aus Luft als fluidem Medium angesetzt werden. Weiterhin sind die einlaufseitig mit Kühl- und Schmierstoff 16 beaufschlagten Oberflächen der Arbeitswalzen 12, 12' sowie der dritte Wirkbereich W" auf der Unterseite des Bandes in FIG 4 mit dem Bezeichner 92 gekennzeichnet: dort bildet der Kühl- und Schmierstoff 16 lediglich einen dünnen Flüssigkeitsfilm auf der jeweiligen Oberfläche aus, sodass als Randbedingung in der Wärmeleitungsgleichung ein Wärmeübergangskoeffizient α entsprechend einer laminaren Grenzschicht aus Kühl- und Schmierstoff 16 angesetzt werden kann. Gleichermaßen wird für die Kontaktzone zwischen dem rückgestauten Flüssigkeitsvolumen aus Kühl- und Schmierstoff 16 und der oberen Arbeitswalze 12 bzw. der Oberseite 2" des Bandes 2 entlang des ersten Wirkbereichs W (Bezeichner 93) ein Wärmeübergangskoeffizienten α' entsprechend einer turbulenten Grenzschicht aus Kühl- und Schmierstoff 16 angesetzt. Wärmeübergangskoeffizienten α, α' für derartige Konfigurationen sind beispielsweise aus den Formeln (81) bis (83) des vorgenannten Buches von F. Hell (Grundlagen der Wärmeübertragung) bekannt.
  • Für die Kontaktflächen zwischen den Arbeitswalzen 12, 12' und dem Band 2 wird (neben Quelltermen aufgrund von Reibung) die Konstanz der Wärmeströme zwischen den Arbeitswalzen 12, 12' und dem Band 2 angenommen, was in FIG 4 mit dem Bezeichner 95 gekennzeichnet ist. Weiterhin wird als Randbedingung für den innenliegenden - hypothetischen - Rand der Arbeitswalzen 12, 12' eine konstante Temperatur TW angesetzt: dies entspricht einer realistischen Näherung, weil die Temperatur TW der mittleren Betriebstemperatur einer Arbeitswalze beim Walzen in der Reversierwalzanlage entspricht und in guter Näherung einige Minuten nach einem Walzenwechsel unmittelbar nach einem Walzvorgang durch Messung der Oberflächentemperatur der betreffenden Arbeitswalze ermittelt werden kann.
  • Schließlich wird für die radial verlaufenden Abschnitte der ringsegmentförmigen Bereiche der Arbeitswalzen 12, 12' sowie für die aus dem Bereich B austretende Grenzfläche des Bandes 2 als Randbedingung jeweils eine thermische Isolierung angesetzt (in FIG 4 mit 94 bezeichnet). Durch die beschriebenen Anfangswert- und Randbedingungen 90 bis 95 ist die Wärmeleitungsgleichung eindeutig bestimmt und es kann in dem Bereich B eine Temperaturverteilung τ des Bandes, insbesondere in Richtung der Banddicke dB, ermittelt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Reversierwalzanlage
    2
    Band
    2', 2"
    Unterseite, Oberseite
    3
    Band
    4
    Passlinie
    5
    Bandlaufrichtung
    10, 11
    Walzgerüst
    12, 12'
    Arbeitswalze
    13, 13'
    Kühl- und Schmierbalken
    14, 14'
    Kühl- und Schmierbalken
    16
    Kühl- und Schmierstoff
    18, 18'
    Stützwalze
    20, 21
    Kühlbalken
    22
    Kühlmittel
    30, 31, 32
    Haspelvorrichtung
    35
    Umlenkrolle
    40, 41
    Temperaturerfassungseinrichtung
    50
    Steuereinheit
    51
    Datenleitungen
    60
    Berechnungseinheit
    90,...,95
    Randbedingung
    100
    Offlinemodell
    110
    empirisches Modell
    120
    physikalisches Modell
    a
    Abstand
    B
    Bereich
    i, i'
    Walzstich
    dB
    Banddicke
    di,in
    Bandeinlaufdicke
    di,ex
    Bandauslaufdicke
    T0
    Anfangstemperatur
    Tc
    charakteristische Temperatur
    Ti,ex"
    momentane Auslauftemperatur
    Tmax
    Maximaltemperatur
    TW
    Walzentemperatur innen
    vB
    Bandgeschwindigkeit
    vB"
    momentane Bandgeschwindigkeit
    vi,in
    Bandeinlaufgeschwindigkeit
    vi,in"
    momentane Bandeinlaufgeschwindigkeit
    vi,ex
    Bandauslaufgeschwindigkeit
    vi,ex"
    momentane Bandauslaufgeschwindigkeit
    W, W', W"
    Wirkbereich
    α, α'
    Wärmeübergangskoeffizient
    Δt
    Zeitintervall
    ΔT
    Temperaturänderung
    Φ
    Durchflussrate
    φi
    erster Setupwert, Vorgabewert Durchflussrate
    σ
    Sensitivität
    Σi
    zweite Setupwerte
    τ
    Temperaturverteilung

Claims (13)

  1. Verfahren zum Kaltwalzen eines Bandes (2) in einer Reversierwalzanlage (1) in einem oder mehreren Walzstichen (i), die Reversierwalzanlage (1) umfassend
    - eine Gruppe von einem oder mehreren Walzgerüsten (10, 11),
    - zumindest eine Haspelvorrichtung (30, 31, 32) zum Auf- und Abwickeln des Bandes (2) auf jeder Seite der Gruppe von Walzgerüsten (10, 11),
    - zumindest einen Kühl- und Schmierbalken (13, 13', 14, 14') zum einlaufseitigen Aufbringen eines Kühl- und Schmierstoffes (16) auf jeder Seite jedes einzelnen Walzgerüsts (10, 11), und
    - zumindest einen Kühlbalken (20, 21) zum Beaufschlagen einer Unterseite (2') des Bandes (2) mit einer Durchflussrate (Φ) an Kühlmittel (22) zur Erzielung einer Temperaturänderung (ΔT) in dem Band (2) auf zumindest einer Seite zwischen der Gruppe von Walzgerüsten (10, 11) und der Haspelvorrichtung (30, 31, 32),
    wobei vor zumindest einem der Walzstiche (i)
    - zunächst für das Band (2) eine Maximaltemperatur (Tmax) vorgegeben und ein erster Setupwert (φi) für eine Durchflussrate (Φ) an Kühlmittel (22) für alle Kühlbalken (20, 21) auf einen Wert 0 gesetzt wird,
    - danach eine charakteristische Temperatur (Tc) des Bandes (2) ermittelt wird und in dem Fall, dass die charakteristische Temperatur (Tc) die Maximaltemperatur (Tmax) überschreitet,
    - der erste Setupwert (φi) für den bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken (20, 21) anhand einer Sensitivität (σ), für die die Temperaturänderung (ΔT) als funktionaler Zusammenhang mit zumindest der Durchflussrate (Φ) und einer für den Walzstich (i) bekannten Bandgeschwindigkeit (vB) bekannt ist, ermittelt wird,
    und wobei abschließend der Walzstich (i) unter Vorgabe des ersten Setupwertes (φi) für den auslaufseitigen Kühlbalken (20, 21) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die charakteristische Temperatur (Tc) ein Temperaturwert einer Bandoberfläche, insbesondere einer Unterseite (2') oder einer Oberseite (2") des Bandes (2) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensitivität (σ) zusätzlich als funktionaler Zusammenhang mit einer für den Walzstich (i) bekannten Banddicke (dB) bekannt ist und wobei der Setupwert φi gemäß dem Zusammenhang ΔT = σ(Φ = φi; vB; dB) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die charakteristische Temperatur (Tc) auf Basis eines empirischen Modells (110) oder eines physikalischen Modells (120) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei
    - vor der Ermittlung der charakteristischen Temperatur (Tc) mittels eines physikalischen Modells (120)unter der Annahme, dass die Durchflussrate (Φ) gleich Null ist, anhand einer vorgegebenen Bandauslaufgeschwindigkeit (vi,ex) und einer vorgegebenen Bandauslaufdicke (di,ex) für das Band (2) und anhand zweiter Setupwerte (Σi) für den zumindest einen Kühl- und Schmierbalken (13, 13', 14, 14'), ausgehend von einer Anfangstemperatur (T0) des Bandes (2), eine Temperaturverteilung (τ) des Bandes (2) durch Lösen einer Wärmeleitungsgleichung des physikalischen Modells (120) in einem Bereich (B), der zumindest einen Abschnitt des Bandes (2) umfasst, ermittelt wird, und
    - danach die charakteristische Temperatur (Tc) aus der Temperaturverteilung (τ) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei sich der Bereich (B) in Bandlaufrichtung gesehen zumindest vom Beginn eines ersten Wirkbereiches (W) des ersten einlaufseitigen Kühl- und Schmierbalkens (13, 13', 14, 14') bis zumindest zum Ende eines zweiten Wirkbereichs (W') des letzten auslaufseitigen Kühlbalkens (20, 21) erstreckt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei in die Wärmeleitungsgleichung auch Arbeitswalzen (12, 12') der Walzgerüste (10, 11) mit einbezogen werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Wärmeleitungsgleichung als eindimensionale Differentialgleichung angesetzt wird und die Temperaturverteilung (τ) in Dickenrichtung des Bandes (2) ermittelt wird.
  9. Verfahren zum Kaltwalzen eines Bandes (2) in einer Reversierwalzanlage (1) in einem oder mehreren Walzstichen (i), die Reversierwalzanlage (1) umfassend
    - eine Gruppe von einem oder mehreren Walzgerüsten (10, 11),
    - zumindest eine Haspelvorrichtung (30, 31, 32) zum Auf- und Abwickeln des Bandes (2) auf jeder Seite der Gruppe von Walzgerüsten (10, 11),
    - zumindest einen Kühl- und Schmierbalken (13, 13', 14, 14') zum einlaufseitigen Aufbringen eines Kühl- und Schmierstoffes (16) auf jeder Seite jedes einzelnen Walzgerüsts (10, 11), und
    - zumindest einen Kühlbalken (20, 21) zum Beaufschlagen einer Unterseite (2') des Bandes (2) mit einer Durchflussrate (Φ) an Kühlmittel (22) zur Erzielung einer Temperaturänderung (ΔT) in dem Band (2) auf zumindest einer Seite zwischen der Gruppe von Walzgerüsten (10, 11) und der Haspelvorrichtung (30, 31, 32),
    wobei vor zumindest einem der Walzstiche (i) eine Maximaltemperatur (Tmax) für das Band (2) vorgegeben wird und während des zumindest einen Walzstiches (i) zyklisch in Zeitintervallen (Δt) jeweils
    - mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung (40, 41) eine Auslauftemperatur (Ti,ex") des Bandes (2) erfasst wird und in dem Fall, dass die Auslauftemperatur (Ti,ex") die Maximaltemperatur (Tmax) überschreitet,
    - ein erster Setupwert (φi) für den bzw. die auslaufseitigen Kühlbalken (20, 21) anhand einer Sensitivität (σ), für die die Temperaturänderung (ΔT) als funktionaler Zusammenhang mit zumindest der Durchflussrate (Φ) und einer für den Walzstich (i) bekannten Bandgeschwindigkeit (vB) bekannt ist, ermittelt wird, und
    - anschließend der erste Setupwert (φi) dem bzw. den auslaufseitigen Kühlbalken (20, 21) vorgegeben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in den Zeitintervallen (Δt) jeweils eine momentane Bandgeschwindigkeit (vB") als bekannte Bandgeschwindigkeit (vB) erfasst wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Sensitivität (σ) zusätzlich als funktionaler Zusammenhang mit einer für den Walzstich (i) bekannten Banddicke (dB) bekannt und wobei der erste Setupwert (φi) gemäß dem Zusammenhang ΔT = σ(Φ = φi; vB; dB) ermittelt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung (40, 41) in einem Abstand (a) hinter dem Ende eines zweiten Wirkbereiches (W') des auslaufseitigen Kühlbalkens (20, 21) angeordnet ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Zeitintervalle (Δt) eine Intervalldauer von maximal 10ms aufweisen.
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