EP1244816B1 - Verfahren zur steuerung und/oder regelung der kühlstrecke einer warmbandstrasse zum walzen von metallband und zugehörige vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur steuerung und/oder regelung der kühlstrecke einer warmbandstrasse zum walzen von metallband und zugehörige vorrichtung Download PDF

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EP1244816B1
EP1244816B1 EP00991077A EP00991077A EP1244816B1 EP 1244816 B1 EP1244816 B1 EP 1244816B1 EP 00991077 A EP00991077 A EP 00991077A EP 00991077 A EP00991077 A EP 00991077A EP 1244816 B1 EP1244816 B1 EP 1244816B1
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EP
European Patent Office
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cooling
strip
metal strip
time
specified
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EP00991077A
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Klaus Weinzierl
Rolf-Martin Rein
Otto Gramckow
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B21B37/76—Cooling control on the run-out table
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2261/00—Product parameters
    • B21B2261/20—Temperature
    • B21B2261/21—Temperature profile

Definitions

  • the invention relates to a method for control and / or control of the cooling section of a hot strip mill for Rolling of metal strip, the cooling properties of the structure of the rolled metal strip, especially one Steel strip.
  • the Invention also on the associated device for performing of the procedure.
  • slabs in the hot condition rolled into strips in a hot strip mill. After rolling, the sheet goes through a cooling section.
  • the cooling section of the hot strip mill is used to set the Structural properties of the rolled steel strips.
  • the structural properties of the tapes produced are So far mainly derived from the reel temperature, the through the cooling section automation on a given Setpoint is kept constant.
  • New materials such as multi-phase steels, TRIP steels or the like, require a precisely defined heat treatment, i.e. the specification and monitoring of a temperature profile from the last roll stand to the reel.
  • the process according to the invention has the advantage that cooling conditions can be specified, the actual Better meet practical requirements. advantageously, can now also variable cooling along the belt be specified, with which areas of the rolling strip are determined in particular Quality can be created in a targeted manner. This is now so-called dual-phase materials can also be produced, which is what State of the art was not possible.
  • cooling process along for each band point of the entire cooling section is the control and / or regulation no longer tied to fixed switching locations; it are rather any valves for the supply of coolant at any time actuated. So that compliance with the specified Cooling down along the cooling section by the control and / or Regulation can be checked, according to the invention Including the model in real time with the belt in the cooling section. This provides the required strip temperatures on the Cooling section and is constantly measured temperature values corrected.
  • the method according to the invention allows one flexible specification of heat treatment for modern steels. This takes account of practical requirements.
  • each a cooling section include, which run through their entire length individually adjustable valves with coolants can be acted upon are means for specifying cooling curves available for the individual band points of the metal band.
  • the cooling of metal strip as part of the Hot rolling technology and in detail the function of the Cooling section illustrates.
  • hot rolling steel so-called slabs with an initial thickness of approx. 200 mm rolled into a strip from 1.5 to 20 mm.
  • the processing temperature is 800 to 1200 ° C.
  • the process end includes after rolling, cooling the strip with water in a Cooling section to 300 to 800 ° C.
  • FIG. 1 there is the last rolling stand of a hot strip mill designated 1.
  • the mill stand 1 is followed by a finishing mill measuring station 2, after cooling a reel measuring station 3 each of which measures the temperature of the strip, and then an underfloor reel 4 for reeling the metal strip to a coil.
  • Cooling section 10 generally referred to as a system.
  • a rolled hot strip made of steel is 100 in FIG designated. It runs through the cooling section 10 and is by both sides via valves with a cooling medium, in particular Water, chilled. Individual valves can be grouped together be, for example, valve groups 11, 11 ', ..., 12, 12 ', ..., 13, 13', ... and 14, 14 ', ... are shown.
  • the cooling of the strip 100 to be recorded by control technology is usually a one-dimensional unsteady heat conduction equation based. With the mathematical description is made of an isolated rod that is just beginning and End - according to the top and bottom of the band - one Carried out heat exchange with the environment.
  • the band 100 can have individual band points are described in which heat conduction in Rod is done. This is known, for what purpose Technical literature is referred.
  • the temperature is, however, at measuring station 2 in front of the cooling section and especially measured at the reel measuring station 3.
  • about the mathematical model is the heat exchange in band 100 according to the above requirements. It will that is, a model of the cooling section is created, which is shown in FIG is denoted by 15. If about the model 15 the temperatures are available at any location implement a control to the specified cooling profile.
  • the temperature profile for the band point i should have a predetermined temperature Ti, in particular the reel temperature T H. There are corresponding specifications for the remaining band points. If all the specified reel temperatures of the individual strip points are connected, curve 400 is drawn in FIG.
  • the cooling section is designated as the actual system with 10. 1 is expressed here by a so-called real-time model 20, by means of which the temperatures T and i at the individual band points i of the band 100 are determined.
  • the calculated reel temperature T and H which has an error, is compared with the temperature T H measured on the reel 3 and the resulting error is fed to a unit 25 for model correction.
  • the latter unit 25 is also supplied with the entire cooling process calculated by the real-time model 20.
  • the unit 25 uses this data to determine a correction of the cooling process, which is applied to the calculated cooling process.
  • the corrected cooling curve determined in this way is compared with the target cooling and the resulting control deviation is fed to the controller 33. From this and by means of the gain factors determined by the unit 25, the valve positions are generated as process control signals, which are both implemented on the system and fed back to the real-time model 20 as information.
  • the controller 33 can because of the entered control deviation and the other values with a predetermined algorithm operate. Such algorithms become software predetermined and let the control of any pattern of Valves too.
  • the controller can be used at any time the valves 11, 11 ', ..., 12, 12', ..., 13,13 ', ..., 14, 14', ... can be activated by the controller in any combination at the same time.
  • the cooling along the metal strip is described in detail the enthalpy and the temperature curve depending on considered the enthalpy.
  • the calculation of the model correction for the controller is illustrated in detail in FIG. 4: the enthalpies e and the temperatures T are determined as a function of the enthalpy e.
  • the real-time model 20 delivers a calculated enthalpy value ê , from which the value T and ( ê ) is formed in a unit 21. From this, the temperature values T and for any band points can be calculated. Specifically, the calculated temperature value T and H for the reel temperature is compared with the measured reel temperature T H , which results in a value ⁇ T H.
  • enthalpy signals are equally fed to a unit 22 in which the partial derivative of the enthalpy is formed according to the heat conduction coefficient ⁇ ê / ⁇ ⁇ .
  • the heat conduction coefficient represents a correction factor to a certain extent.
  • the valve positions of the system continue to be included in both units 20 and 22.
  • the output signal of the unit 22 results in calculated values ⁇ ê / ⁇ ⁇ .
  • the signal is subjected to dT and / dê , from which a signal ⁇ T and / ⁇ ⁇ can be determined by forming partial derivatives according to the chain rule.
  • the value for the reel ⁇ T and H /deal ⁇ is considered and the previously determined temperature error ⁇ T H is divided by this value, which results in the ⁇ .
  • the latter value ⁇ is multiplied by ⁇ ê / ⁇ ⁇ so that the model correction ⁇ e is available as the initial value.
  • the model correction of the unit 25 from FIG. 3 is thus implemented.
  • ⁇ ê / ⁇ ⁇ therefore represents a sensitivity model.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Kühlstrecke einer Warmbandstraße zum Walzen von Metallband, bei dem durch die Kühlung die Gefügeeigenschaften des gewalzten Metallbandes, insbesondere eines Stahlbandes, eingestellt werden. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Speziell in der Stahlindustrie werden sogenannte Brammen im heißen Zustand in einer Warmbandstraße zu Bändern gewalzt. Nach dem Walzen durchläuft das Blech eine Kühlstrecke. Die Kühlstrecke der Warmbandstraße dient zum Einstellen der Gefügeeigenschaften der gewalzten Stahlbänder.
Die Gefügeeigenschaften der hergestellten Bänder werden bisher überwiegend aus der Haspeltemperatur abgeleitet, die durch die Kühlstreckenautomatisierung auf einem vorgegebenen Sollwert konstant gehalten wird.
Neue Werkstoffe, wie Mehrphasenstähle, TRIP-Stähle oder dergleichen, erfordern eine genaue definierte Wärmebehandlung, d.h. die Vorgabe und die Überwachung eines Temperaturverlaufes vom letzten Walzgerüst bis zum Haspel.
Aus "Proceedings of ME FEC Kongreß 99", Düsseldorf, June 13 - 15, 1999 (Verlag Stahl Eisen GmbH) ist ein Vorschlag bekannt geworden zur Automatisierung von Warmbandstraßen, bei der speziell für die Kühlstrecke eine modellgestützte Steuerung vorhanden ist. Dabei liegt der Kühlung die Vorstellung zugrunde, daß über die Länge der gesamten Kühlstrecke eine Referenztemperatur vorgebbar ist und daß die aktuell gemessene Temperatur über eine adaptive Steuereinheit an die vorgegebenen Werte angepaßt wird. Wesentlich ist dabei, daß über Enthalpie-Betrachtungen und Aufteilung des Abkühlungsprozesses in eine Serie von kleineren thermodynamischen Prozessen der Einfluß der Kühlung in longitudinaler und vertikaler Richtung erfaßt werden kann. Insbesondere erfolgt dabei eine Berechnung über die Methode der "Finite Elemente".
Von letzterem ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Automatisierung von Kühlstrecken in Warmwalzstraßen anzugeben und die zugehörige Vorrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die Merkmale des Anspruches 10 gekennzeichnet.
Die eingangs dargestellte Problematik wird nunmehr nicht wie beim Stand der Technik durch eine Vorgabe des Temperaturprofils entlang der Kühlstrecke, sondern durch die Vorgabe eines für jeden Bandpunkt des Metallbandes individuellen zeitlichen Abkühlverlaufs gelöst. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, daß eine solche Vorgabe unmittelbar aus den gewünschten Stahleigenschaften ermittelt werden kann und unabhängig von variablen Prozeßgrößen, wie beispielsweise die Bandgeschwindigkeit, bleibt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist also wesentlich, daß für jeden sogenannten Bandpunkt des zu kühlenden Materials ein eigener zeitlicher Abkühlverlauf vorgegeben wird. Damit können die so ermittelten Zeitfunktionen jederzeit für jeden Bandpunkt mit den vorgegebenen zeitlichen Abkühlkurven verglichen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß Abkühlverhältnisse vorgegeben werden können, die den tatsächlichen Vorgaben der Praxis besser entsprechen. Vorteilhafterweise kann nunmehr auch eine variable Kühlung entlang des Bandes vorgegeben werden, womit im Walzband Bereiche bestimmter Qualität gezielt erzeugt werden können. Dadurch sind nunmehr auch sogenannte Dual-Phasen-Materialien erzeugbar, was beim Stand der Technik nicht möglich war.
Dadurch, daß der Abkühlverlauf für jeden Bandpunkt entlang der gesamten Kühlstrecke vorgegeben wird, ist die Steuerung und/oder Regelung nicht mehr an feste Schaltorte gebunden; es sind vielmehr jederzeit beliebige Ventile zur Kühlmittelzufuhr betätigbar. Damit die Einhaltung der vorgegebenen Abkühlung entlang der Kühlstrecke durch die Steuerung und/oder Regelung überprüft werden kann, wird erfindungsgemäß das Modell in Echtzeit mit dem Band in der Kühlstrecke mitgerechnet. Dies liefert die erforderlichen Bandtemperaturen auf der Kühlstrecke und wird durch gemessene Temperaturwerte ständig korrigiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also insgesamt eine flexible Vorgabe der Wärmebehandlung für moderne Stähle. Damit wird den Forderungen der Praxis Rechnung getragen.
Bei entsprechenden Vorrichtungen, die jeweils eine Kühlstrecke beinhalten, welche über ihre gesamte Länge durch jeweils individuell einstellbare Ventile mit Kühlmitteln beaufschlagbar ist, sind Mittel zur Vorgabe von Abkühlkurven für die einzelnen Bandpunkte des Metallbandes vorhanden. Weiterhin sind Einheiten zur Berechnung der Abkühlkurven, zur Korrektur der ermittelten Abkühlkurven auf der Basis von gemessenen Temperaturen, zum Vergleich mit der Vorgabe der Abkühkurven und zur Generierung von Prozeßführungssignalen vorhanden. Diese Einheiten können softwaremäßig in einen Rechner implementiert werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigen
Figur 1
den Aufbau einer der Walzstraße nachgeschalteten Kühlstrecke,
Figur 2
ein dreidimensionales Temperatur-Zeit/Bandlängen-Diagramm,
Figur 3
das Strukturbild der Steuerung/Regelung einschließlich Modellkorrektur für die Kühlstrecke gemäß Figur 1 und
Figur 4
im einzelnen die Berechnung der Modellkorrektur aus Figur 3.
Anhand Figur 1 wird die Abkühlung von Metallband als Teil der Warmwalztechnologie und dort im einzelnen die Funktion der Kühlstrecke verdeutlicht. Beim Warmwalzen von Stahl werden sogenannte Brammen mit einer Ausgangsdicke von ca. 200 mm zu einem Band von 1,5 bis 20 mm gewalzt. Die Verarbeitungstemperatur ist dabei 800 bis 1200°C. Das Prozeßende beinhaltet nach dem Walzen die Abkühlung des Bandes mit Wasser in einer Kühlstrecke auf 300 bis 800°C.
In Figur 1 ist dazu das letzte Walzgerüst einer Warmbandstraße mit 1 bezeichnet. Dem Walzgerüst 1 folgt ein Fertigstraßenmeßplatz 2, nach der Kühlung ein Haspelmeßplatz 3, an denen jeweils die Temperatur des Bandes gemessen wird, und anschließend eine Unterflurhaspel 4 zum Aufhaspeln des Metallbandes zu einem Coil. Zwischen Fertigstraßenmeßplatz 2 und Haspelmeßplatz 3 befindet sich die im vorliegenden Zusammenhang allgemein als Anlage bezeichnete Kühlstrecke 10.
Ein gewalztes Warmband aus Stahl ist in Figur 1 mit 100 bezeichnet. Es läuft durch die Kühlstrecke 10 und wird von beiden Seiten über Ventile mit einem Kühlmedium, insbesondere Wasser, gekühlt. Einzelne Ventile können zu Gruppen zusammengefaßt sein, beispielsweise sind die Ventilgruppen 11, 11', ..., 12, 12', ..., 13, 13', ... sowie 14, 14', ... dargestellt.
Der regeltechnisch zu erfassenden Abkühlung des Bandes 100 liegt üblicherweise eine eindimensionale instationäre Wärmeleitungsgleichung zugrunde. Bei der mathematischen Beschreibung wird von einem isolierten Stab, der nur am Anfang und Ende - entsprechend der Ober- und Unterseite des Bandes - einen Wärmeaustausch mit der Umgebung durchführt, ausgegangen.
Speziell zur Wärmeleitung im Band wird von der Modellannahme ausgegangen, daß die Wärmeleitung in Längs- und Querrichtung verschwindet und daß in der Breite des Bandes die Enthalpie konstant ist. Dadurch läßt sich die Problematik auf ein eindimensionales instationäres Wärmeleitungsproblem reduzieren, bei dem die Anfangsbedingungen und die Randbedingungen definiert werden müssen.
Nach letzterem Modell kann das Band 100 mit einzelnen Bandpunkten beschrieben werden, in denen eine Wärmeleitung im Stab erfolgt. Dies ist bekannt, wozu auf die diesbezügliche Fachliteratur verwiesen wird.
In der Kühlstrecke 10 sind im allgemeinen keine Temperaturen meßbar. Die Temperatur wird aber am Meßplatz 2 vor der Kühlstrecke und insbesondere am Haspelmeßplatz 3 gemessen. Über das mathematische Modell wird der Wärmeaustausch im Band 100 entsprechend obigen Voraussetzungen berücksichtigt. Es wird also ein Modell der Kühlstrecke erstellt, welches in Figur 1 mit 15 bezeichnet ist. Wenn über das Modell 15 die Temperaturen an jeder beliebigen Stelle verfügbar sind, läßt sich eine Regelung auf das vorgegebene Abkühlprofil realisieren.
In Figur 2 ist anhand eines dreidimensionalen Temperatur-Bandlängen/Zeit-Diagramms die Vorgabe eines Abkühlverlaufes dargestellt: Wenn man von einem Abkühlbeginn (t = 0)eines Bandpunktes ausgeht, so ergibt sich über die Zeit t ein vorgegebenes Akühlprofil 300 als Zeitfunktion. Aus Figur 2 ist für jeden Bandpunkt des Metallbandes 100 eine eigene Abkühlkurve entnehmbar. Beispielhaft ist für einen bestimmten Bandpunkt bei li die Kurve 300 dargestellt, wobei sich so für diesen Bandpunkt eine eigene Zeitfunktion ergibt.
Beispielsweise soll das Temperaturprofil für den Bandpunkt i nach einer bestimmten Abkühlzeit ti eine vorgegebene Temperatur Ti, insbesondere Haspeltemperatur TH, aufweisen. Entsprechende Vorgaben gibt es auch für die übrigen Bandpunkte. Verbindet man alle vorgegebenen Haspeltemperaturen der einzelnen Bandpunkte, so erhält man die in Figur 2 eingezeichnete Kurve 400. Mit dieser Kurve 400 kann beispielsweise gewährleistet werden, daß Verfahrensschritte wie das Fassen des Bandes am Haspel mit ansonsten möglichst geringen Gefügeänderungen berücksichtigt werden.
Betrachtet man nun in einem Augenblick die Vorgaben aller momentan in der Kühlstrecke 10 liegenden Bandpunkte und verbindet man diese Bandpunkte, so erhält man eine Kurve 500, welche das Abkühlprofil über die Kühlstreckenlänge darstellt. Diese Abkühlkurve ist auch in Figur 1 in Einheit 30 eingezeichnet. Wesentlich ist dabei, daß gemäß der angegebenen technischen Lehre die Kurve 500 bei Störungen im Fertigungsprozeß, beispielsweise bei variabler Bandgeschwindigkeit, selbsttätig dynamisch angepaßt wird. Dadurch bleiben solche Störungen - im Gegensatz zum Stand der Technik - ohne jegliche Auswirkungen auf den vorgegebenen Abkühlverlauf eines jeden Bandpunktes.
Wichtig ist also beim beschriebenen Verfahren, daß für jeden Bandpunkt eigene Abkühlkurven 300, 310, 311, 312 etc. vorgegeben werden. Beispielsweise wird für den ersten Punkt eine Abkühlkurve mit einem zunächst steilem Abfall und anschließend einem flacherem Abfall vorgegeben, während sich im Mittenbereich Abkühlkurven mit nahezu konstantem Temperaturgradienten ergeben. Damit wird insgesamt das beschriebene Profil 400 erreicht.
Auch andere Abkühlprofile können erzeugt werden. Insbesondere wenn man von dem Gefüge als Zielgröße ausgeht, kann das Profil so vorgegeben werden, daß weitestgehend konstante Gefügeeigenschaften am Fertigband vorliegen. Es kann aber auch bewußt eine Änderung der Gefügeeigenschaften für bestimmte Bandbereiche vorgesehen werden. Z.B. können auch Gefügeänderungen bedingt durch die größere Liegezeit der hinteren Bandabschnitte vor dem weiteren Walzen wieder ausgeglichen werden.
Da die Gefügeeigenschaften die mechanischen Eigenschaften und damit die Qualität insbesondere von Stahlband bestimmen, lassen sich durch gezielte Gefügeänderungen gewünschte Materialeigenschaften erzielen. Insofern ergibt sich durch das beschriebene Verfahren ein erhöhtes Potential bei der Erzeugung von Fertigband.
In Figur 3 ist die Kühlstrecke als eigentliche Anlage mit 10 bezeichnet. Die Modellbildung der Figur 1 wird hier durch ein sogenanntes Echtzeitmodell 20 ausgedrückt, mittels dem die Temperaturen T andi an den einzelnen Bandpunkten i des Bandes 100 ermittelt werden.
Die berechnete Haspeltemperatur T andH, die mit einem Fehler behaftet ist, wird mit der an der Haspel 3 gemessenen Temperatur TH verglichen und der resultierende Fehler einer Einheit 25 zur Modellkorrektur zugeführt. Letzterer Einheit 25 wird weiterhin der gesamte, vom Echtzeitmodell 20 berechnete Abkühlvorgang zugeführt. Die Einheit 25 ermittelt aus diesen Daten eine Korrektur des Abkühlverlaufes, die auf den berechneten Abkühlverlauf aufgeschaltet wird. Der so ermittelte korrigierte Abkühlverlauf wird mit der Sollabkühlung verglichen und die resultierende Regelabweichung dem Regler 33 zugeführt. Dieser erzeugt daraus und mittels der von der Einheit 25 ermittelten Verstärkungsfaktoren die Ventilstellungen als Prozeßführungssignale, die sowohl auf der Anlage umgesetzt als auch dem Echtzeitmodell 20 wieder als Information zugeführt werden.
Falls kein gültiger Meßwert vorliegt, entfällt die Berechnung eines korrigierten Abkühlverlaufes. Die Korrektur wird dann zu Null angenommen.
Der Regler 33 kann aufgrund der eingegebenen Regelabweichung und der weiteren Werte mit einem vorgegebenen Algorithmus betrieben werden. Solche Algorithmen werden softwaremäßig vorgegeben und lassen die Ansteuerung beliebiger Muster von Ventilen zu. Insbesondere sind mit dem Regler jederzeit jedes der Ventile 11, 11', ..., 12, 12', ...,13,13',..., 14, 14', ... gleichzeitig in beliebiger Kombination vom Regler aktivierbar.
Die Abkühlung längs des Metallbandes wird im einzelnen anhand der Enthalpie und des Temperaturverlaufs in Abhängigkeit von der Enthalpie betrachtet.
In Figur 4 ist die Berechnung der Modellkorrektur für den Regler im einzelnen verdeutlicht: Es werden die Enthalpien e und die Temperaturen T in Abhängigkeit von der Enthalpie e ermittelt. Das Echtzeitmodell 20 liefert einen berechneten Enthalpiewert ê, woraus in einer Einheit 21 der Wert T and(ê) gebildet wird. Daraus lassen sich also die Temperaturwerte T and für beliebige Bandpunkte berechnen. Speziell der berechnete Temperaturwert T andH für die Haspeltemperatur wird mit der gemessenen Haspeltemperatur TH verglichen, woraus sich ein Wert ΔTH ergibt.
Vom Echtzeitmodell 20 werden Enthalpiesignale gleichermaßen einer Einheit 22 zugeführt, in der die partielle Ableitung der Enthalpie nach dem Wärmeleitungskoeffizienten ∂ê / ∂κ gebildet wird. Der Wärmeleitungskoeffizient stellt gewissermaßen einen Korrekturfaktor dar. In beide Einheiten 20 und 22 gehen weiterhin die Ventilstellungen der Anlage ein.
Als Ausgangssignal der Einheit 22 ergeben sich berechnete Werte ∂ê / ∂κ . In der Einheit 23 wird das Signal mit dT and / dê beaufschlagt, woraus sich über die Bildung von partiellen Ableitungen nach der Kettenregel ein Signal ∂T and / ∂κ bestimmen läßt.
Speziell der Wert für die Haspel ∂T andH / ∂κ wird betrachtet und es wird der vorher ermittelte Temperaturfehler ΔTH durch diesen Wert dividiert, woraus sich der Δκ ergibt. Letzterer Wert Δκ wird mit ∂ê / ∂κ multipliziert, so daß sich als Ausgangswert die Modellkorrektur Δe vorliegt. Somit ist die Modellkorrektur der Einheit 25 aus Figur 3 realisiert.
Bei der Berechnung der Modellkorrektur Δe gemäß Figur 4 stellt also ∂ê / ∂κ ein Sensitivitätsmodell dar.
Es hat sich gezeigt, daß bei obiger Vorgehensweise und Berücksichtigung der Abkühlkurven für die einzelnen Bandpunkte die Verhältnisse für die Praxis besser modellierbar sind. Dabei liegt der Vorgehensweise die Erkenntnis zugrunde, daß die Wärmebehandlung moderner Stähle durch direkte Vorgabe der Sollkurven für den Temperaturverlauf des tatsächlichen Abkühlverlaufs für jeden Bandpunkt individuell vorgegeben werden kann. Insofern ist die Schnittstelle für die Steuer- und/oder Regelung das in Echtzeit gerechnete Modell und ist der zugehörige Korrekturalgorithmus wesentlicher Bestandteil des beschriebenen Verfahrens.
Diese Vorgehensweise berücksichtigt in idealer Weise die Vorgabe für den gefertigten Werkstoff, da sie im Rahmen der Anlagegrenzen - unabhängig von der gefahrenen Bandgeschwindigkeit - die Einstellung der geforderten Qualität gewährleistet.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Kühlstrecke einer Warmbandstraße zum Walzen von Metallband, insbesondere eines Stahlbandes, wobei durch Kühlung die Gefügeeigenschaften des gewalzten Metallbandes, insbesondere des Stahlbandes, eingestellt werden, mit folgenden Verfahrensschritten:
    es wird für jeden Bandpunkt des Metallbandes ein zeitlicher Abkühlverlauf vorgegeben,
    daneben wird für jeden Bandpunkt des Metallbandes die tatsächliche Abkühlkurve als Funktion der Zeit ermittelt,
    die ermittelte Zeitfunktion des tatsächlichen Abkühlverlaufes wird mit der Vorgabe des zeitlichen Abkühlverlaufes für jeden Bandpunkt des Metallbandes verglichen;
    aus den Abweichungen der ermittelten Zeitkurven vom tatsächlichen Abkühlverlauf werden Prozeßführungssignale zur Steuerung und/oder Regelung der Kühlstrecke abgeleitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einzelne Bandpunkte des Metallbandes unterschiedliche Abkühlkurven vorgegeben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß angestrebte Gefügeeigenschaften aufgrund der vorgegebenen Abkühlkurven für jeden Bandpunkt des Metallbandes eingestellt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Bandpunkte des Metallbandes solche Abkühlkurven vorgegeben werden, daß aufgrund äußerer Einflüsse auftretende, unerwünschte Änderungen der Gefügeeigenschaften ausgeglichen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlkurven für die einzelnen Bandpunkte des Metallbandes derart vorgegeben werden, daß sich für unterschiedliche Bandpunkte des Metallbandes vorbestimmte, gegebenenfalls unterschiedliche, Gefügeeigenschaften ergeben.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Eigenschaften des Metallbandes aufgrund der gezielten Beeinflussung der Gefügeeigenschaften vorgegeben werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitfunktionen oder einzelne Werte zum augenblicklichen Zeitpunkt des Abkühlverlaufes der einzelnen Bandpunkte einem Regler zugeführt und zur Generierung der Prozeßführungssignale führen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei mit dem Regler Ventile für Kühlmittel zur Abkühlung des Metallbandes aktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Regler zu jedem Zeitpunkt beliebige Ventile gleichzeitig aktivierbar sind.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichstemperatur zu den Abkühlkurven der einzelnen Bandpunkte die gemessene Zeitfunktion der Haspeltemperatur herangezogen wird.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 9, mit einer Kühlstrecke, in welcher das durchlaufende Metallband über einstellbare Ventile (11, ..., 14) mit Kühlmittel beaufschlagbar ist, sowie einer Einheit zur Ermittlung der Temperatur-Zeit-Funktionen jedes einzelnen Bandpunktes des Metallbandes und mit einer Prozeßführungseinheit (30) zur Gewinnung von Prozeßführungssignalen zur Steuerung und/oder Regelung der Abkühlung entsprechend vorgegebener Kriterien, wobei der Prozeßführungseinheit zur Steuerung und/oder Regelung der Abkühlung ein Echtzeitmodell (20) mit einer Modellkorrektur (25) zugrunde liegt, woraus die Eingangssignale für einen Regler (33) zur Ansteuerung der einzelnen Ventile (11, 11', ... bis 14, 14', ...) abgeleitet werden..
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Prozeßführungseinheit (30) jedes der einzelnen Ventile (11, 11', ... bis 13, 13', ...) zur Kühlmittelzufuhr jederzeit aktivierbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kriterien ein Abkühlprofil entlang des Metallbandes entsprechend gewünschter Gefügeeigenschaften beinhaltet.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modellkorrektur die gemessene Haspeltemperatur (TH) herangezogen wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung für den Regler (33) aus einem korrigierten Abkühlverlauf und der Sollabkühlung gebildet wird.
EP00991077A 1999-12-27 2000-12-15 Verfahren zur steuerung und/oder regelung der kühlstrecke einer warmbandstrasse zum walzen von metallband und zugehörige vorrichtung Expired - Lifetime EP1244816B1 (de)

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