WO2023186585A1 - Verfahren zum herstellen eines metallproduktes - Google Patents

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WO2023186585A1
WO2023186585A1 PCT/EP2023/056984 EP2023056984W WO2023186585A1 WO 2023186585 A1 WO2023186585 A1 WO 2023186585A1 EP 2023056984 W EP2023056984 W EP 2023056984W WO 2023186585 A1 WO2023186585 A1 WO 2023186585A1
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Thomas Haschke
Dietmar HOPPE
August Sprock
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Sms Group Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metal product in a plurality of successive process stages in a steelworks.
  • Known process stages in such a manufacturing process are, for example: B. the blast furnace, a casting machine, a hot rolling mill, etc.
  • a set of control variables is assigned to the individual process stages, which can be used to influence the process in the individual process stages.
  • the process aims to achieve a predetermined target property for the metal product at the end of the last of the successive process stages. Which final process stage is depends on the desired metal product to be produced.
  • process models for (pre-)control or regulation of individual process stages or a plurality of successive process stages has been known in the prior art for many years. Examples of this are e.g. B. a pass schedule calculator for roughing and finishing mills or process models for controlling a cooling section.
  • the process models used in the manufacturing process of a rolled end product can be linked to one another via a process control system, for example. This makes it possible to exchange relevant process variables between the individual models and, for example, B. to increase the prediction accuracy of the individual process models.
  • An important mechanical property of a metal product is, for example, the grain size because it influences both the forming behavior of the metal product during rolling, especially during hot rolling, and the transformation behavior of the metal product in a subsequent cooling section.
  • the exact determination of the grain size is important
  • a well-known method for accurately measuring the grain size in a metal strip is the so-called laser-ultrasound method (LUS method). It is used at various positions within the successive process stages in order to observe the structure or the development of the structure.
  • LLS method laser-ultrasound method
  • the property “structure” is only an example of a large number of properties of the metal strip that are traditionally measured in a process stage of the manufacturing process, but which then have no influence on upstream and/or downstream process stages in the manufacturing process to achieve a predetermined target property at the exit of each final process stage.
  • the final process stage is the process stage at the output of which the metal product is output as desired.
  • an actual property deviates from an assigned target property, in particular in the case of a deviation of the actual structure from a target structure, no corrections are traditionally made to the settings of the individual process stages during the passage of the metal strip.
  • the invention is based on the object of developing a known method for producing a metal product in such a way that the setting of desired target properties of the metal strip at the exit of the last process stage is made possible in narrower tolerances than was previously possible in the prior art.
  • This task is solved by the method claimed in claim 1.
  • This method is characterized in that the target property for the metal product is specified at the end of the last of the successive process stages and that the at least one manipulated variable for regulating the actual property of the metal product is selected from a set of manipulated variables
  • Page 2 which follows at least one process stage to which the measuring location is assigned.
  • the last process stage is the process stage at the output of which the metal product with the desired target property is output.
  • the method according to the invention requires the existence of at least two successive process stages.
  • process stage refers to a separate system and is explicitly different from sub-processes within a system.
  • the hot rolling process stage can be followed by the pickling process stage.
  • the hot rolling process stage can be divided into various sub-processes such as heating and cooling steps, cutting steps, forming steps, etc.
  • metal strip is used uniformly for all process stages throughout the entire manufacturing process. i.e. There is no conceptual distinction as to which process stage the metal strip is currently going through and how the metal strip is treated there.
  • Page 3 to design the properties of the metal product. This is the case with, e.g. B. from the automotive industry, constantly increasing demands on the products manufactured in a steelworks in the individual process stages represent an immediate competitive advantage.
  • the determined actual properties of the metal product or its preliminary products are used according to the invention in a process model for the control and/or regulation of, for example, the entire manufacturing process, through the melting and casting process to hot rolling and final cooling in a cooling section and beyond.
  • the measured actual properties are used by the process model to derive the optimal manipulated variables for the individual process stages with regard to the desired target properties.
  • the optimized manipulated variables determined in this way advantageously lead to an improved setting of the final target properties of the hot-rolled metal product, i.e. H. to set its target properties in narrower tolerances than was possible in the prior art.
  • the variation of manipulated variables claimed here in process stages that follow the process stage with the measuring location offers the advantage that an already manufactured metal product that does not yet have the desired target property at the measuring location may still be possible by varying the manipulated variables in the subsequent process stages can be saved after the final production stage with a view to achieving the target properties.
  • the term “actual property of the metal strip” is defined. It is clarified that, within the meaning of the invention, this can be either an actual material property, an actual strength parameter or an actual geometric property of the metal strip.
  • actual property and target property can each be based on the same property. However, this is by no means mandatory; Rather, the terms “actual property” and “target property” can also mean different properties. This applies in particular if a target property can be derived or calculated from another actual property; and vice versa. In these cases, the present invention assumes that modules are present in the respective control loops, in particular in the process models used, in order to convert one property into the other property. For example, a certain measured grain size as an actual material property allows a conclusion to be drawn about the resulting strength as a target property.
  • the method according to the invention for producing the metal product has at least, for example, individual of the following process stages:
  • Melting casting preferably including strand feeding, hot rolling, pickling, cold rolling, heat treatment, surface coating, tempering, stretch straightening.
  • the process stages mentioned are, to the extent that they are provided for in individual cases, preferably carried out one after the other in the order mentioned.
  • Figures 1 and 2 each show examples of different process routes in which various of the process stages mentioned are passed through one after the other to produce different metal products.
  • Example A shows a complete steel process route in individual steps, in which all of the process stages mentioned follow one another.
  • Example B shows a coupled steel production route for producing thin strip as a metal product. In this process route, the casting and rolling process stages are carried out in a CSP®
  • a third exemplary embodiment shows a coupled steel process route in which the casting and rolling process stages in a CSP® plant, the pickling and cold rolling process stages in a PLTCM plant (Coupled Pickling Line and Tandem Coldrolling Mill) and the heat treatment and skin pass process stages in can be combined with each other in a CAL system (Continuous Annealing Line).
  • the claimed method can also be used for process routes not shown here for the production of a metal product.
  • Figure 2 shows two further exemplary embodiments of possible process routes, e.g. B. the process route D for the production of electrical steel strip, so-called silicon strip, as a metal product and, as exemplary embodiment E, a process route aluminum for the production of aluminum strip as a metal product.
  • B the process route D for the production of electrical steel strip, so-called silicon strip
  • E a process route aluminum for the production of aluminum strip as a metal product.
  • the manipulated variable for controlling the actual property of the metal product can be selected from the set of manipulated variables that is assigned to one of the process stages that follows the melting process stage, such as one the process stages of casting, optionally including strand guidance, hot rolling, pickling,
  • the manipulated variable for controlling the actual property of the metal product can be selected from the set of manipulated variables that is assigned to one of the process stages that is assigned to the casting process stage follows, such as one of the process stages of hot rolling, pickling, cold rolling, heat treatment, surface coating, tempering or stretch straightening.
  • the manipulated variable for controlling the actual property of the metal product can be selected from the set of manipulated variables assigned to one of the process stages that follows the hot rolling process stage, such as one the process stages of pickling, cold rolling, heat treatment, surface coating, tempering or stretch straightening.
  • the manipulated variable for controlling the actual property of the metal product can be selected from the set of manipulated variables that is assigned to one of the process stages that follows the pickling process stage, such as one the process stages of cold rolling, heat treatment, surface coating, tempering or stretch straightening.
  • the manipulated variable for controlling the actual property of the metal product can be selected from the set of manipulated variables that follows the cold rolling process stage, such as one of the heat treatment, surface coating, skin pass process stages or stretch straightening.
  • the manipulated variable for controlling the actual property of the metal product can be selected from the set of manipulated variables assigned to one of the process stages that follows the heat treatment process stage, such as one the process stages of surface coating, tempering or stretch straightening.
  • the manipulated variable for controlling the actual property of the metal product can be selected from the set of manipulated variables assigned to one of the process stages that follows the surface coating process stage, such as one the process stages of tempering or stretch straightening.
  • the manipulated variables preferably assigned to the individual process stages can be seen as examples from the table according to FIG. 3, pages 1 and 2, and/or the dependent claims.
  • the claimed method can also be used for manipulated variables not shown here for the production of a metal product.
  • the invention provides that at least one manipulated variable is varied appropriately as part of the control of the actual property to the target property of the metal strip.
  • This manipulated variable must be selected from a process stage that follows the process stage in which the measuring location for the actual property is located.
  • further manipulated variables can be varied from any other process stage, i.e. from the process stage that corresponds to the process stage to which the measuring location is assigned or is upstream or downstream of it.
  • a first manipulated variable for controlling the actual properties of the metal product can be selected from a set of manipulated variables that is assigned to a first process stage, which is the process stage, which is the measuring location
  • page 8 is assigned, follows, and a second manipulated variable for controlling the same actual properties of the metal product can be selected from a set of manipulated variables that is assigned to a second process stage that follows the first process stage.
  • the variation of manipulated variables in a process stage that is upstream of the process stage with the measuring location offers the advantage that, in particular, metal products that will still be produced in the future can be “saved” with regard to the desired target property, even if the metal products produced so far Measuring location has a deviation between the actual and target properties.
  • the manipulated variable “chemical composition of the melt” for a new product can be changed according to the method according to the invention in such a way that the desired properties of the hot-rolled product are achieved at the target position (while maintaining the subsequent process control).
  • the mechanical properties to be achieved could also be achieved in another example if the process parameters for the casting process are changed using the method according to the invention in such a way that a more advantageous structure is achieved for setting the desired properties, e.g. B. via a different temperature control during solidification in the strand.
  • the process control during melting or in the subsequent hot rolling process can be maintained.
  • the production stages can at least partially be partial production stages for producing the Meta II product as a
  • the manipulated variables can be calculated using a process model, for example as part of a simulation calculation, preferably in real time as set values for actuators assigned to the manipulated variables.
  • the adaptation of the process parameters just described for each system component involved in the production of the hot-rolled product can be carried out in such a way that the remaining process control in the other parts of the system remains unchanged.
  • the method according to the invention is able to predict the effect of the changes made for a process step on the subsequent process steps and to make corresponding adjustments to the process parameters of these steps still to be carried out. Accordingly, the method according to the invention can also change the setting parameters for more than one system component involved and predict the effects on the other system models using the process models used, so that the desired mechanical properties can be set in the end product.
  • the complexity increases accordingly the more variations in the setting parameters are made.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallproduktes in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Prozessstufen mit jeweils einer zugeordneten Menge von Stellgrößen, aufweisend folgende Schritte: Messen einer Ist-Eigenschaft des Metallproduktes an einem Messort zu Beginn, innerhalb oder am Ende einer der Prozessstufen, außer der letzten Prozessstufe, in der das Metallprodukt fertiggestellt wird; Vergleichen der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes am Messort mit einer vorgegebenen Soll-Eigenschaft des Metallproduktes, Ermitteln einer Regelabweichung für die Eigenschaft und Regeln der Ist-Eigenschaft auf die Soll-Eigenschaft durch geeignete Variation von mindestens einer der Stellgrößen. Um die Einstellung der gewünschten Soll-Eigenschaft des Metallbandes am Ausgang der letzten Prozessstufe in engeren Toleranzen zu ermöglichen, als dies im Stand der Technik möglich war, schlägt die Erfindung vor, dass die Soll-Eigenschaft für das Metallprodukt am Ausgang der letzten der aufeinanderfolgenden Prozessstufen vorgegeben wird; und dass die mindestens eine Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus einer Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer Prozessstufe zugeordnet ist, die der Prozessstufe, der der Messort zugeordnet ist, nachfolgt.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Metallproduktes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallproduktes in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Prozessstufen in einem Hüttenwerk. Bekannte Prozessstufen bei einem solchen Herstellungsverfahren sind z. B. der Hochofen, eine Gießmaschine, ein Warmwalzwerk, etc. Den einzelnen Prozessstufen ist jeweils eine Menge von Stellgrößen zugeordnet, mit denen auf das Verfahren in den einzelnen Prozessstufen Einfluss genommen werden kann.
Das Verfahren zielt auf die Erzielung einer vorgegebenen Soll-Eigenschaft für das Metallprodukt ausgangs der letzten der aufeinanderfolgenden Prozessstufen. Welches die letzte Prozessstufe ist, richtet sich jeweils nach dem gewünschten herzustellenden Metallprodukt.
Im Stand der Technik ist der Einsatz von Prozessmodellen zur (Vor-) Steuerung oder Regelung einzelner der genannten Prozessstufen oder einer Mehrzahl der aufeinanderfolgenden Prozessstufen seit vielen Jahren bekannt. Beispiel hierfür sind z. B. ein Stichplanrechner für Vor- und Fertigwalzstraßen oder Prozessmodelle zur Steuerung einer Kühlstrecke. Für eine bestmögliche Prozessführung können die beim Herstellungsprozess eines gewalzten Endproduktes eingesetzten Prozessmodelle beispielsweise über ein Prozessleitsystem miteinander gekoppelt werden. Damit ist es möglich, relevante Prozessgrößen zwischen den einzelnen Modellen auszutauschen und so z. B. die Vorhersagegenauigkeit der einzelnen Prozessmodelle zu erhöhen.
Eine wichtige mechanische Eigenschaft eines Metallproduktes ist beispielsweise die Korngröße, weil sie sowohl Einfluss hat auf das Umformverhalten des Metallproduktes während des Walzens, insbesondere während des Warmwalzens, als auch auf das Umwandlungsverhalten des Metallproduktes in einer nachfolgenden Kühlstrecke. Der exakten Ermittlung der Korngröße kommt dabei
Seite 1 besondere Bedeutung zu. Ein bekanntes Verfahren zur genauen Messung der Korngröße in einem Metallband ist das sogenannte Laser-Ultraschall-Verfahren (LUS-Verfahren). Es kommt an verschiedenen Positionen innerhalb der aufeinanderfolgenden Prozessstufen zum Einsatz, um dort das Gefüge bzw. die Gefügeentwicklung zu beobachten.
Die Eigenschaft „Gefüge“ steht nur beispielhaft für eine Vielzahl von Eigenschaften des Metallbandes, die in einer Prozessstufe des Herstellungsprozesses traditionell gemessen werden, die aber dann keinen Einfluss finden auf vor- und/oder nachgelagerte Prozessstufen in dem Herstellungsprozess zur Erzielung einer vorgegebenen Soll-Eigenschaft am Ausgang einer jeweils letzten Prozessstufe. Die letzte Prozessstufe ist diejenige Prozessstufe, an deren Ausgang das Metallprodukt so ausgegeben wird, wie es gewünscht wird. Insbesondere werden bei einer Abweichung einer Ist-Eigenschaft von einer zugeordneten Soll-Eigenschaft, insbesondere im Fall einer Abweichung des Ist-Gefüges von einem Soll-Gefüge, traditionell keine Korrekturen an den Einstellungen der einzelnen Prozessstufen während des Durchlaufes des Metallbandes durchgeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren zum Herstellen eines Metallproduktes dahingehend weiterzubilden, dass die Einstellung von gewünschten Soll-Eigenschaften des Metallbandes am Ausgang der letzten Prozessstufe in engeren Toleranzen ermöglicht wird, als dies bisher im Stand der Technik möglich war.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Eigenschaft für das Metallprodukt am Ausgang der letzten der aufeinanderfolgenden Prozessstufen vorgegeben wird und dass die mindestens eine Stellgröße zum Regeln der Ist- Eigenschaft des Metallproduktes aus einer Menge von Stellgrößen ausgewählt
Seite 2 wird, die mindestens einer Prozessstufe, der der Messort zugeordnet ist, nachfolgt.
Die letzte Prozessstufe ist diejenige Prozessstufe, an deren Ausgang das Metallprodukt mit der gewünschten Soll-Eigenschaft ausgegeben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt die Existenz von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Prozessstufen voraus.
Der Begriff Prozessstufe weist auf eine separate Anlage hin und unterscheidet sich ausdrücklich von Teilprozessen innerhalb einer Anlage. So kann beispielsweise auf die Prozessstufe des Warmwalzens die Prozessstufe des Beizens folgen. Die Prozessstufe des Warmwalzens kann in verschiedene Teilprozesse wie Heiz- und Kühlschritte, Trennschritte, Umformstufen, etc. unterteilt sein.
Der Begriff „Metallband“ wird für den gesamten Herstellungsprozess jeweils für alle Prozessstufen einheitlich verwendet. D. h. es wird begrifflich nicht unterschieden, welche Prozessstufe das Metallband jeweils gerade durchläuft und wie das Metallband dort jeweils behandelt wird.
Der Begriff „(da)vor“ und „(da)hinter“ bzw. „nachfolgend“ meinen in Produktionsrichtung stromaufwärts und stromabwärts bezogen auf die jeweilige Prozessstufe.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, bisher bekannte Setzmodelle, mit denen traditionell die Einstellung von Stellgrößen in einzelnen Prozessstufen ermittelt werden, dahingehend zu erweitern, dass die Stellgrößen jetzt auch im Hinblick auf neue Soll-Eigenschaften des Metallproduktes ermittelt werden können. Damit haben Anlagenbetreiber eine zusätzliche Möglichkeit, die Prozessführung im Hinblick auf eine erhöhte Produktionssicherheit und eine erhöhte Sicherheit bei der Einstellung der Soll-
Seite 3 Eigenschaften des Metallproduktes zu gestalten. Dies stellt bei den, z. B. seitens der Automobilindustrie, stetig zunehmenden Anforderungen an die in einem Hüttenwerk in den einzelnen Prozessstufen hergestellten Produkte einen unmittelbaren Wettbewerbsvorteil dar.
Die ermittelten Ist-Eigenschaften des Metallproduktes bzw. von dessen Vorprodukten werden erfindungsgemäß in einem Prozessmodell für die Steuerung und/oder Regelung des beispielsweise kompletten Herstellungsprozesses, über den Schmelz- und Gießprozess bis hin zum Warmwalzen und abschließenden Kühlen in einer Kühlstrecke und darüber hinaus verwendet. Insbesondere werden die gemessenen Ist-Eigenschaften von dem Prozessmodell verwendet, um daraus die optimalen Stellgrößen für die einzelnen Prozessstufen im Hinblick auf die gewünschten Soll-Eigenschaften abzuleiten. Die so ermittelten optimierten Stellgrößen führen vorteilhafterweise zu einer verbesserten Einstellung der finalen Soll-Eigenschaften des warmgewalzten Metallproduktes, d. h. zu einer Einstellung von dessen Soll-Eigenschaften in engeren Toleranzen als dies im Stand der Technik möglich war.
Die hier beanspruchte Variation von Stellgrößen in Prozessstufen, die der Prozessstufe mit dem Messort nachfolgen, bietet den Vorteil, dass ein bereits hergestelltes Metallprodukt, dass am Messort noch nicht die gewünschte Soll- Eigenschaft aufweist, eventuell noch durch Variation der Stellgrößen in den nachfolgenden Prozessstufen im Hinblick auf das Erreichen der Soll- Eigenschaften hinter der letzten Produktionsstufe gerettet werden kann.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird der Begriff „Ist-Eigenschaft des Metallbandes“ definiert. Es wird klargestellt, dass es sich dabei im Sinne der Erfindung um entweder eine Ist-Materialeigenschaft, einen Ist- Festigkeitsparameter oder eine geometrische Ist-Eigenschaft des Metallbandes handeln kann.
Seite 4 Die in Anspruch 2 aufgelisteten Beispiele für einzelne der Ist-Eigenschaften erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Den Begriffen „Ist-Eigenschaft“ und „Soll-Eigenschaft“ können jeweils dieselbe Eigenschaft zugrunde liegen. Das ist jedoch keineswegs zwingend; vielmehr können die Begriffe „Ist-Eigenschaft“ und „Soll-Eigenschaft“ auch unterschiedliche Eigenschaften meinen. Das gilt insbesondere dann, wenn eine Soll-Eigenschaft aus einer anderen Ist-Eigenschaft ableitbar bzw. berechenbar ist; und umgekehrt. In diesen Fällen wird bei der vorliegenden Erfindung vorausgesetzt, dass in den jeweiligen Regelkreisen, insbesondere in den verwendeten Prozessmodellen Module vorhanden sind, um die eine Eigenschaft in die andere Eigenschaft umzurechnen. So lässt beispielsweise eine bestimmte gemessene Korngröße als Ist-Materialeigenschaft einen Rückschluss auf eine daraus resultierende Festigkeit als Soll-Eigenschaft zu.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Metallproduktes zumindest beispielsweise einzelne der folgenden Prozessstufen auf:
Schmelzen, Gießen vorzugsweise inklusive Strangführen, Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren, Streckrichten. Die genannten Prozessstufen werden, soweit sie im Einzelfall vorgesehen sind, vorzugsweise in der genannten Reihenfolge hintereinander ausgeführt.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils Beispiele für verschiedene Prozessrouten, bei denen verschiedene der genannten Prozessstufen nacheinander durchlaufen werden zur Herstellung verschiedener Metallprodukte. So zeigt das Beispiel A eine vollständige Stahl-Prozessroute in Einzelschritten, bei der alle genannten Prozessstufen aufeinanderfolgen. Das Beispiel B zeigt eine gekoppelte Stahl- Produktionsroute zum Herstellen von Dünnband als Metallprodukt. Bei dieser Prozessroute werden die Prozessstufen Gießen und Walzen in einer CSP®-
Seite 5 Anlage (Compact Strip Production) und die Prozessstufen Beizen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten und Dressieren in einer PGL-Anlage (Pickling and Galvanizing Line) miteinander kombiniert. Ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt eine gekoppelte Stahl-Prozessroute, bei der die Prozessstufen Gießen und Walzen in einer CSP®-Anlage, die Prozessstufen Beizen und Kaltwalzen in einer PLTCM-Anlage (Coupled Pickling Line and Tandem Coldrolling Mill) und die Prozessstufen Wärmebehandeln und Dressieren in einer CAL-Anlage (Continuous Annealing Line) jeweils miteinander kombiniert werden. Das beanspruchte Verfahren kann entsprechend aber auch für hier nicht dargestellte Prozessrouten für die Herstellung eines Metallproduktes angewendet werden.
Figur 2 zeigt zwei weitere Ausführungsbeispiele möglicher Prozessrouten, so z. B. die Prozessroute D zur Herstellung von Elektrostahlband, sogenanntem Siliziumband, als Metallprodukt und als Ausführungsbeispiel E eine Prozessroute Aluminium zur Erzeugung von Aluminiumband als Metallprodukt.
Nachfolgend werden verschiedene mögliche Messorte zur Messung bzw. Ermittlung der Ist-Eigenschaft des Metallbandes vorgestellt. In Abhängigkeit von dem Messort werden mögliche Prozessstufen genannt, in denen jeweils bestimmte Stellgrößen im Hinblick auf die gewünschten Soll-Eigenschaft geeignet variiert werden können. Auf diese Weise erfolgt zudem eine Optimierung der Prozessparameter für mindestens einen der am Herstellungsprozess für ein warmgewalztes Produkt beteiligten Anlagenkomponenten.
Falls der Messort für eine der Ist- Eigenschaften in der Prozessstufe Schmelzen liegt, kann die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Schmelzen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Gießen, optional inkl. Strangführung, Warmwalzen, Beizen,
Seite 6 Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten.
Falls der Messort für eine der Ist- Eigenschaften in der Prozessstufe Gießen, vorzugsweise inklusive Strangführung, liegt, kann die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Gießen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten.
Falls der Messort für eine der Ist- Eigenschaften in der Prozessstufe Warmwalzen liegt, kann die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Warmwalzen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten.
Falls der Messort für eine der Ist- Eigenschaften in der Prozessstufe Beizen liegt, kann die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Beizen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten.
Falls der Messort für eine der Ist- Eigenschaften in der Prozessstufe Kaltwalzen liegt, kann die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die der Prozessstufe Kaltwalzen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten.
Seite 7 Falls der Messort für eine der Ist- Eigenschaften in der Prozessstufe Wärmebehandeln liegt, kann die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Wärmebehandeln nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten.
Falls der Messort für eine der Ist- Eigenschaften in der Prozessstufe Oberflächenbeschichtung liegt, kann die Stellgröße zum Regeln der Ist- Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Oberflächenbeschichten nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Dressieren oder Streckrichten.
Die den einzelnen Prozessstufen jeweils bevorzugt zugeordneten Stellgrößen sind exemplarisch aus der Tabelle gemäß Fig. 3, Seiten 1 und 2, und/oder den abhängigen Ansprüchen ersichtlich. Das beanspruchte Verfahren kann entsprechend aber auch für hier nicht dargestellte Stellgrößen für die Herstellung eines Metallproduktes angewendet werden.
Die Erfindung sieht vor, dass mindestens eine Stellgröße im Rahmen der Regelung der Ist-Eigenschaft auf die Soll-Eigenschaft des Metallbandes geeignet variiert wird. Diese Stellgröße muss aus einer Prozessstufe gewählt werden, die der Prozessstufe in der der Messort für die Ist-Eigenschaft nachfolgt. Es können darüber hinaus weitere Stellgrößen variiert werden aus einer beliebigen anderen Prozessstufe, d.h. aus der Prozessstufe, die mit der Prozessstufe, der der Messort zugeordnet ist, übereinstimmt oder dieser vor- oder nachgelagert ist.
Insbesondere kann eine erste Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaften des Metallproduktes aus einer Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die einer ersten Prozessstufe zugeordnet ist, die der Prozessstufe, der der Messort
Seite 8 zugeordnet ist, nachfolgt, und eine zweite Stellgröße zum Regeln derselben Ist- Eigenschaften des Metallproduktes kann aus einer Menge von Stellgrößen ausgewählt werden, die einer zweiten Prozessstufe zugeordnet ist, die der ersten Prozessstufe nachfolgt.
Die Variation von Stellgrößen in einer Prozessstufe, die der Prozessstufe mit dem Messort stromaufwärts vorgelagert ist, bietet den Vorteil, dass insbesondere auch zukünftig noch herzustellende Metallprodukte im Hinblick auf die gewünschte Soll- Eigenschaft „gerettet“ werden können, auch wenn die bisher produzierten Metallprodukte am Messort eine Abweichung zwischen der Ist- und der Soll- Eigenschaft aufweisen.
Falls der Messort z. B. in der Prozessstufe „Gießen“ liegt, kann z. B. die Stellgröße „chemische Zusammensetzung der Schmelze“ für ein neues Produkt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren so verändert werden, dass sich (bei Beibehaltung der nachfolgenden Prozessführung) die gewünschten Eigenschaften des warmgewalzten Produktes an der Zielposition einstellen.
Die zu erzielenden mechanischen Eigenschaften könnten in einem anderen Beispiel auch erreicht werden, wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren die Prozessparameter für den Gießprozess so verändert werden, dass sich ein zur Einstellung der gewünschten Eigenschaften vorteilhafteres Gefüge einstellt, z. B. über eine andere Temperaturführung während der Erstarrung im Strang. Auch hier kann beispielsweise die Prozessführung beim Schmelzen bzw. im nachgelagerten Warmwalzprozess beibehalten werden.
Bei den Produktionsstufen kann es sich zumindest teilweise um Teilproduktionsstufen zum Herstellen des Meta II Produktes als ein
Zwischenprodukt handeln.
Seite 9 Die Stellgrößen können mit Hilfe eines Prozessmodells, beispielsweise im Rahmen einer Simulationsrechnung, vorzugsweise in Echtzeit als Setzwerte für jeweils den Stellgrößen zugeordnete Stellglieder berechnet werden. Die soeben beschriebene Anpassung der Prozessparameter für jeweils eine an der Herstellung des warmgewalzten Produktes beteiligte Anlagenkomponente kann derart erfolgen, dass die übrige Prozessführung in den anderen Anlagenteilen unverändert bleibt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, die Auswirkung der vorgenommenen Änderungen für einen Prozessschritt auf die nachfolgenden Prozessschritte vorauszusagen und entsprechende Anpassungen für die Prozessparameter dieser noch durchzuführenden Schritte vorzunehmen. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren auch die Setzparameter für mehr als eine beteiligte Anlagenkomponente verändern und die Auswirkungen auf die anderen Anlagenmodelle mit Hilfe der verwendeten Prozessmodelle voraussagen, so dass sich die gewünschten mechanischen Eigenschaften im Endprodukt einstellen lassen. Die Komplexität erhöht sich entsprechend, je mehr Variationen der Setzparameter vorgenommen werden.
Seite 10

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Herstellen eines Metallproduktes in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Prozessstufen mit jeweils einer zugeordneten Menge von Stellgrößen, aufweisend folgende Schritte:
Messen einer Ist-Eigenschaft des Metallproduktes an einem Messort zu Beginn, innerhalb oder am Ende mindestens einer der Prozessstufen, außer der letzten Prozessstufe, in der das Metallprodukt fertiggestellt wird;
Vergleichen der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes am Messort mit einer vorgegebenen Soll- Eigenschaft des Metallproduktes, Ermitteln einer Regelabweichung für die Eigenschaft und Regeln der Ist- Eigenschaft auf die Soll-Eigenschaft durch geeignete Variation von mindestens einer der Stellgrößen; dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Eigenschaft für das Metallprodukt am Ausgang der letzten der aufeinanderfolgenden Prozessstufen vorgegeben wird; und dass die mindestens eine Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus einer Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer Prozessstufe zugeordnet ist, die der Prozessstufe, der der Messort zugeordnet ist, nachfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ist-Eigenschaft des Metallbandes handelt um: dessen Ist-Materialeigenschaft, wie z.B. dessen Korngröße, dessen Gefüge bzw. dessen Gefügeverteilung bei Mischgefügen, dessen Ist- Festigkeitsparameter, wie z.B. dessen Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Gleichmaßdehnung; und/oder dessen geometrische Ist-
Seite 11 Eigenschaften, wie z.B. Planheit, Profil, Breite und/oder Dicke. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dass es sich bei den Prozessstufen beispielsweise handelt um: Schmelzen, Gießen inklusive Strangführung, Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren und/oder Streckrichten; und dass die genannten Prozessstufen oder eine Auswahl davon beim Herstellen des Metallproduktes vorzugsweise in der genannten Reihenfolge aufeinanderfolgend durchlaufen werden. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort für eine der Ist-Eigenschaften in der Prozessstufe Schmelzen liegt; und dass die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Schmelzen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Gießen, Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort für eine der Ist-Eigenschaften in der Prozessstufe Gießen, vorzugsweise inklusive Strangführung liegt; und dass die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Gießen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren
Seite 12 oder Streckrichten. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort für eine der Ist-Eigenschaften in der Prozessstufe Warmwalzen, optional inklusive Vorstraße, Heiz- und / oder Kühleinrichtungen, liegt; und dass die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Warmwalzen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort für eine der Ist-Eigenschaften in der Prozessstufe Beizen liegt; und dass die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft des Metallproduktes aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Beizen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Kaltwalzen, Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort für eine der Ist-Eigenschaften in der Prozessstufe Kaltwalzen liegt; und dass die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer der Prozessstufen
Seite 13 zugeordnet ist, die der Prozessstufe Kaltwalzen nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Wärmebehandeln, Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort für eine der Ist-Eigenschaften in der Prozessstufe Wärmebehandeln liegt; und dass die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Wärmebehandeln nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Oberflächenbeschichten, Dressieren oder Streckrichten.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort für eine der Ist-Eigenschaften in der Prozessstufe Oberflächenschichten liegt; und dass die Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaft aus der Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die mindestens einer der Prozessstufen zugeordnet ist, die der Prozessstufe Oberflächenbeschichten nachfolgt, wie z.B. einer der Prozessstufen Dressieren oder Streckrichten.
11 . Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die der Produktionsstufe Schmelzen zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgrößen aufweist: Chargierung, Legierungszusammensetzung, Prozessführung.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11 , dadurch gekennzeichnet,
Seite 14 dass die der Produktionsstufe Gießen zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgrößen aufweist:
Chargierung, Gießgeschwindigkeit, Gießdicke, falls erforderlich, Anpassung der Gießdicke während des Gießens, z. B. über Liquid Core Reduction (LCR) oder über Dynamic Soft Reduction (DSR), Gießbreite, falls erforderlich inklusive Anpassung der Gießbreite während des Gießens, und Kühlparameter. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die der Produktionsstufe Warmwalzen, optional inklusive Vorstraße, Heiz- und/oder Kühleinrichtungen, zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgrößen aufweist:
Heizparameter, wie Ofentemperaturen, wie Ofenatmosphäre, wie Haltezeiten, wie Induktorleistung und wie Temperaturverluste über Transportstrecken, Walztemperaturen, Umformparameter, wie Umformgrad und wie Verteilung der Umformgrade, falls notwendig inkl. deren Umverteilung, wie Banddicke, wie Walzkraft, wie Walzgeschwindigkeit, wie Walzmoment, wie Bandbreitung, wie Schmierung und wie Züge, Streckgrenzen, Zugfestigkeit, Gefüge, Kühlparameter, wie Ort der Applikation eines Kühlmittels, wie Menge des Kühlmittels, wie Zeitdauer dieser Kühlung, auch in Kühlstrecke im Hinblick auf die Phasentransformation und/oder wie Haltezeiten, Planheits- und Profilparameter, wie Walzenbiegung, -Verschiebung, und/oder Camber, wie Säbelvermeidung und wie Besäumbreite. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die der Produktionsstufe Beizen zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgrößen aufweist:
Beizdauer, Beizbadtemperatur, Zusammensetzung der Beize,
Seite 15 Durchlaufgeschwindigkeit des Metallbandes, Besäumbreite. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die der Produktionsstufe Kaltwalzen zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgrößen aufweist:
Bandtrockenheit, Walztemperatur, Umformparameter, wie z.B. Bandzug, Umformgrad, Stichverteilung, Banddicke, Walzgeschwindigkeit, Walzkraft, Schmierbedingungen im Walzspaltes, Bandzüge, Besäumbreite. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die der Produktionsstufe Wärmebehandeln zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgrößen aufweist:
Heizparameter, wie Aufheizgeschwindigkeit, wie Ausgangs- /Endtemperatur, wie Haltezeiten, wie Ofenatmosphäre und/oder wie Aufheizrate, Bandlaufregelungsparameter, wie Durchlaufgeschwindigkeit und wie Züge, Streckgrenzen, Zugfestigkeit, Textur, Gefüge, Glühtemperatur, Kühlparameter, wie Ort der Applikation eines Kühlmittels, wie Menge des Kühlmittels, wie Zeitdauer einer Kühlung, wie Temperatur des Kühlmittels, auch in der Kühlstrecke im Hinblick auf die Phasentransformation und/oder wie Haltezeiten, Vorbehandlung, z. B. Bandreinigung. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die der Produktionsstufe Oberflächenbeschichtung zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgrößen aufweist: Bandtemperatur, oxidierte oder reduzierte Bandoberfläche unmittelbar vor einer Beschichtung; Temperatur des Beschichtungsmittels,
Seite 16 Schichtdicke, Beschichtungsqualität; Durchlaufgeschwindigkeit, Vorbehandlung, z. B. Bandreinigung. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die der Produktionsstufe Dressieren zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgröße aufweist:
Dressiergrad, wie Anstellung und wie Bandzug, Oberflächenrauigkeit, Streckgrenzen, Zugfestigkeit, Textur, Planheitsparameter, wie Walzenbiegung und -Verschiebung. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die der Produktionsstufe Streckrichten zugeordnete Menge an Stellgrößen bevorzugt folgende Stellgröße aufweist:
Züge, Planheitsparameter, wie Eintauchtiefe und wie Streckgrad. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Stellgröße zum Regeln der Ist- Eigenschaft des Metallproduktes aus einer Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die einer beliebigen Prozessstufe zugeordnet ist, die mit der Prozessstufe, der der Messort zugeordnet ist, übereinstimmt oder dieser vor- oder nachgelagert ist. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Stellgröße zum Regeln der Ist-Eigenschaften des Metallproduktes aus einer Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die einer ersten Prozessstufe zugeordnet ist, die der Prozessstufe, der der Messort zugeordnet ist, nachfolgt; und
Seite 17 dass eine zweite Stellgröße zum Regeln derselben Ist-Eigenschaften des Metallproduktes aus einer Menge von Stellgrößen ausgewählt wird, die einer zweiten Prozessstufe zugeordnet ist, die der ersten Prozessstufe nachfolgt. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsstufen jeweils Teilproduktionsstufen sind zum Herstellen des Metallproduktes als ein Zwischenprodukt. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrößen mit Hilfe eines Prozessmodells, beispielsweise im Rahmen einer Simulationsrechnung, vorzugsweise in Echtzeit als Setzwerte für jeweils den Stellgrößen zugeordnete Stellglieder berechnet werden.
Seite 18
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