DE4421005B4

DE4421005B4 - Vorrichtung zur Steuerung des Walzens

Info

Publication number: DE4421005B4
Application number: DE19944421005
Authority: DE
Inventors: Roger Lathe; Gert Dipl.-Ing. Mücke; Eberhard Dr.-Ing. Neuschütz; Thomas Dipl.-Ing. Preißler; Paul-Dieter Dipl.-Ing. Pütz; Helmut Thies
Original assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH; BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Current assignee: BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Priority date: 1994-06-18
Filing date: 1994-06-18
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2014-06-19
Also published as: DE4421005A1

Abstract

Verfahren zur Prüfung und Steuerung des Walzens, insbesondere des Kaltwalzens von Edelstahl, wobei umform- und anlagentechnische Restriktionen einzuhalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem oder mehreren Prozessparametern aus der Gruppe aus Fließspannung des Walzguts, Reibungsbeiwert im Walzspalt, Wärmeübergangszahl zwischen der Walzgutoberfläche und ihrer Umgebung und der Anteil der in Wärme umgewandelten Umformenergie ein Prozessmodell abgeleitet wird, aus dem Prozessmodell umformtechnische Kenngrößen gebildet werden und diese Kenngrößen ausgehend von walztechnischen Messungen derart abgeändert werden, dass die Restriktionen eingehalten werden, wobei ausgehend von vorgegebenen Banddaten zunächst eine minimale Stichzahl ermittelt wird, dann eins der beiden Optimierungskriterien kraftoptional und zeitoptional gewählt wird und ein den ausgewählten Optimierungskriterien entsprechend optimierter Stichplan abgeleitet wird und nach Walzung eines Stichs das Einhalten der berechneten Banddicke und der Temperaturgrenze ermittelt wird, wobei – wenn die Restriktionen eingehalten werden – ein nachfolgender Stich gewalzt wird oder die vorgegebenen Banddaten ausgehend von den gemessenen Werten für Banddicke und Temperaturgrenze...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung und Steuerung des Walzens, insbesondere des Kaltwalzens von Edelstahl, wobei umform- und anlagetechnische Restriktionen zur von walztechnischen Messungen ausgehenden Gestaltung eines reibungslosen Betriebsablaufs und eines einwandfreien Walzgutes eingehalten sind.
In bekannter Weise werden für die Optimierung der Stichpläne für deren Programmierung bereits angelegte Parameter verwendet. Die hierfür erforderliche Zeit besteht während der Inbetriebnahme des jeweils betrachteten Kaltwalzgerüstes unter Berücksichtigung der dort vorliegenden Prozessbedingungen zur Verfügung.

Aus der DE 30 26 229 A1 ist es bekannt, bei einem Verfahren zur Einstellung einer mehrstufigen Walzstraße für das Kaltwalzen von Metallband für jedes zu walzende Band Daten, wie beispielsweise die Banddicke beim Einlauf in die Walzstraße oder die gewünschte Austrittsdicke des Bandes beim Austrit aus der Walzstraße zur Berechnung einer Gruppe von Verfahrensveränderlichen heranzuziehen, die für die Einstellung der Walzstraße für das vorgegebene Band benutzt werden. Diese Verfahrensveränderlichen sind beispielsweise die Banddicke zwischen den Walzgerüsten beim Durchgang durch die Walzstraße, die Bandgeschwindigkeit in der Walzstraße und andere. Bei der Berechnung der Verfahrensveränderlichen werden lineare Funktionen für die Korrektur von vorbestimmten numerischen Größen bei der Berechnung dieser Verfahrensveränderlichen benutzt. Hierfür wird das Band in Abhängigkeit von Band-Daten in eine von mehreren Dickengruppen klassifiziert. Band-Daten sind dabei beispielsweise die Banddicke beim Einlauf in die Walzstraße, die gewünschte Dicke des Bandes beim Austritt aus der Walzstraße oder die gewünschte Oberflächengenauigkeit des Bandes beim Austritt aus der Walzstraße. Jede Dickengruppe umfasst einen vorbestimmten Satz von Standardwerten oder -größen für die Reduktionsverteilung zwischen den Walzgerüsten, die Umformungsarbeit und -kraft pro Breiteneinheit des Bandes, die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten und andere Einflussfaktoren. Nach dem in DE 30 26 229 A1 beschriebenen Verfahren werden diese Standardwerte mittels einer linearen Funktion in angepasste Werte oder Größen umgesetzt und zwar in Abhängigkeit von Abweichungen der tatsächlichen Werte von den drei Punkten der Band-Daten für das vorgegebene Band von vorbestimmten Standardwerten für die Dickengruppe der drei Punkte der Band-Daten. Die linearen Funktionen enthalten als Konstanten ausgewählte Werte oder Größen, die in Abhängigkeit vom Walzvorgang für das vorgegebene Band abgeleitet werden. Es wird vorgeschlagen, die Werte der Verfahrensveränderlichen anhand der angepassten Werte zu ermitteln und die Walzstraße für das vorgegebene Band entsprechend den so ermittelten Größen oder Werten der Verfahrensveränderlichen einzustellen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, dass nach ihren Vorschlägen eine Vorausberechnung für die walztechnischen Merkmale er möglicht wird, wobei eine auf den Stichplan bezogene Anzahl von Messungen durch zuführen und als abgeleitete Parameter vom Prozessrechner zu übernehmen sind. Auf diese Weise werden das bzw. die Prozessmodelle erfindungsgemäß als Kenngrößen erkennungsgemäß mit den Parametern beaufschlagt:
der Fließspannung des Walzgutes,
dem Reibungsbeiwert,
der Wärmeübergangszahl zwischen der Walzgutoberfläche und
dem Anteil der in Wärme umgewandelten Umformenergie.

Die Lösung der weiter oben konkretisierten Aufgabenstellung erfolgt durch das Verfahren nach dem Anspruch 1.

Auf diese Weise lässt sich die Leistungsfähigkeit insbesondere eines Mehrwalzengerüstes mit angepassten Parametern bei hoher statistischer Zuverlässigkeit gewährleisten. Hierbei ist von Vorteil, dass die mathematischen Zusammenhänge zwischen dem gemessenen Anstelldruck und der berechneten Walzkraft auch ohne Kenntnis der tatsächlichen Walzkraft mit einem den Walzbedingungen entsprechenden Anstelldruck berechnet wird.

Als zwingende Notwendigkeit wird die Einhaltung der Restriktionen behandelt, die als anlagespezifische und technologische Grenzwerte den Hintergrund der Erfindung bilden. Dabei besteht eine Abhängigkeit der Restriktionen von zu walzendem Werkstoff, so daß sieh auch die Erfahrungen der Walzwerker vor Ort nutzen lassen, indem für die technologischen Bedingungen "von Hand" von Stich zu Stich die Vorgaben eingestellt werden.

Mit Hilfe der Parameter für das Prozessmodell werden vielfach walztechnische Kenngrößen, wie die Walzkraft, die Antriebsleistung und die Bandtemperatur für die On-Line-Berechnung mit hoher Genauigkeit ausführbar. Soweit das Modell zu Stichen führt, die Restriktionen verletzen, werden diese verworfen.

Der erfindungswesentliche Fortschritt wird am deutlichsten erkennbar durch das Verhalten einer mehrstufigen Berarbeitungsanlage. Für jede Stufe be- steht ein Prozessmodell mit der Einwirkung von Parametern. Ohne die Erfindung können in die Verarbeitung eingreifende Änderungen infolge von Störungen oder dergl. nicht mehr oder nur sehr aufwendig behoben werden. Viel- mehr läuft das Walzgut "aus dem Ruder". Die erfindungsgemäß gestalteten Prozessmodelle fangen eine derartige Drift spätestens an der Meßstelle der folgenden Stufe ab. Das Prozessmodell übernimmt die erforderlichen Para- meter-Änderungen. Dieser Prozeß verläuft in einer derart kurzen Zeit, daß sein Reparaturvorgang on-line ermöglicht ist.

Das Prozessmodell arbeitet für die Stichplan-Optimierung, wie beschrieben, in derart kurzer Zeit, wie sich dies im Original verhält. Hierfür sind die Kenntnisse der beteiligten Einflußgrößen erforderlich. Es müssen demnach die absoluten und relativen Dickenabnahmen, die Zugkräfte am Ein- und Auslauf, die Bandgeschwindigkeit sowie die maximal zulässige Bandtempe- ratur berücksichtigt werden. Für die letzten Stiche, die für die Qualität des Endproduktes von besonderer Bedeutung sind, müssen auch besondere Randbedingungen vorgebbar sein.

Für die Berücksichtigung der zwischen unformtechnischen Kenngrößen bestehenden Beziehungen steht einschlägige Literatur zur Verfügung. Benannt seien:

– Hensel, A., T. Spittel: Kraft und Arbeitsbedarf bildsamer Formgebungsverfahren, VEB Deutsche Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 1978.
– VDI Richtlinien: Fließkurven metallischer Werkstoffe. VDI 3200, 1982, Blatt 2, Seite 34.
– Schmidt, W.,W.Küppers: Der Einfluß der Austenit-Stabilität auf mechanische Eigenschaften und Umformverhalten von Chrom-Nickel-Stählen. In: Thyssen Edelstahl, Technische Berichte 12 (1986) 1.
– Rothe, K: Beitrag zum Kraft- und Arbeitsbedarf beim Kaltwalze von Bändern aus Cr-Ni-Stählen. Freiberger Forschungshefte B 219, VEB Deutschel Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig. 1981.

Bei der Auswahl für die Optimierungsrechnung bedarf es der vom Programm ermittelten minimalen Stichanzahl als Optimierungskriterium sowie einer weiteren Optimierungsgröße, nämlich der Walzkraftverteilung über die Stich folge hinweg. Da die für beide Optimierungen vorauszusetzenden Daten sehr dicht beieinander liegen, bestehen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stichen ähnliche Gerüstvorstellungen. Man kann hier die wesentlichen Positionen für die Zwischenwalzen wählen.

Wenn von der zunächst vorausberechneten Enddicke abgewichen werden muß, wird für die restliche Walzung ein neuer Stichplan erstellt und damit die Vorrichtung an das neue Prozessmodell angepaßt. Dieses adaptive Verhalten ist von besonderer Bedeutung für die Berechnung der Bandtemperatur. Damit können z.B. Folgefehler bei der Temperaturberechnung abgefangen und somit vermieden werden.

Zur Veranschaulichung der Erfindung sei auf die Bilder 1 bis 5 Bezug genommen. Darin zeigen:
Bild 1 Fließkurven für den Werkstoff 1.4301,
Bild 2 Anstelldruck-Verläufe mit Berechnung der Walzkräfte,
Bild 3 Vergleich gemessener und errechneter Antriebsleistungen,
Bild 4 Vergleich der Anstelldrucke mit berechneten Walzkräften,
Bild 5 Ablaufschema der Stichplan-Optimierung.
Bild 1 zeigt zur Veranschaulichung einen in nicht erfindungsgemäßer Weise ausgeführten Vergleich der Fließkurven des Werkstoffes 1.4301 aus verschiedenen Literaturquellen. Diese Wiedergabe ist eine beispielsweise Darstellung der Schwankungsbreite, die bei max. +/– 50% liegt und den erforderlichen Toleranzrahmen wiederspiegelt. Dieser Aussage unterliegt auch der Vergleich nach Bild 2 zwischen den gemessenen Anstelldrucken und den berechneten Walzkräften. Unzweifelhaft besteht die durch Regressionsanalyse aus gewertete Beziehung zu Recht. Wenn auch stark gestreut, so ist diese dennoch eine gültige Aussage für diese Beziehung. Dies gilt auch für den nach Bild 3 dargestellten Zusammenhang zwischen einer Motorleistung mit den berechneten Walzleistungen. Noch enger liegen die Messwerte bei nach Bild 4 durchgeführten Messungen mit denjenigen der berechneten Bandtemperatur-Messungen.
Bild 5 stellt das Ablaufschema der Stichplan-Optimierung gemäß der Erfindung dar. Hieraus wird deutlich, wie der Datenstrom mit seinen Banddaten nach einem ersten Optimierungskriterium aufgeteilt werden muß in die Ermittlung der optimalen Stichanzahl (zeitoptional gegen kraftoptional).

Claims

Verfahren zur Prüfung und Steuerung des Walzens, insbesondere des Kaltwalzens von Edelstahl, wobei umform- und anlagentechnische Restriktionen einzuhalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem oder mehreren Prozessparametern aus der Gruppe aus Fließspannung des Walzguts, Reibungsbeiwert im Walzspalt, Wärmeübergangszahl zwischen der Walzgutoberfläche und ihrer Umgebung und der Anteil der in Wärme umgewandelten Umformenergie ein Prozessmodell abgeleitet wird, aus dem Prozessmodell umformtechnische Kenngrößen gebildet werden und diese Kenngrößen ausgehend von walztechnischen Messungen derart abgeändert werden, dass die Restriktionen eingehalten werden, wobei ausgehend von vorgegebenen Banddaten zunächst eine minimale Stichzahl ermittelt wird, dann eins der beiden Optimierungskriterien kraftoptional und zeitoptional gewählt wird und ein den ausgewählten Optimierungskriterien entsprechend optimierter Stichplan abgeleitet wird und nach Walzung eines Stichs das Einhalten der berechneten Banddicke und der Temperaturgrenze ermittelt wird, wobei – wenn die Restriktionen eingehalten werden – ein nachfolgender Stich gewalzt wird oder die vorgegebenen Banddaten ausgehend von den gemessenen Werten für Banddicke und Temperaturgrenze verändert werden, so dass eine neue minimale Stichzahl bestimmt wird.