EP3009204A1 - Modellierung von metallband in einer walzstrasse - Google Patents

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EP3009204A1
EP3009204A1 EP15188683.5A EP15188683A EP3009204A1 EP 3009204 A1 EP3009204 A1 EP 3009204A1 EP 15188683 A EP15188683 A EP 15188683A EP 3009204 A1 EP3009204 A1 EP 3009204A1
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EP
European Patent Office
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rolling
metal strip
models
stand
strip
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15188683.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Dr. Gerstmayr
Peter Dr. Gruber
Yury Dr. Vetyukov
Agnes BAUMGÄRTNER
Andreas Lorenz
Bernhard Weisshaar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21B37/48—Tension control; Compression control
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    • B21B37/68—Camber or steering control for strip, sheets or plates, e.g. preventing meandering

Definitions

  • the present invention is further based on a computer program comprising machine code executable by a rolling mill controller, wherein the processing of the machine code by the controller causes the controller to operate the mill train according to such an operating method.
  • the present invention is further based on a control device for a rolling train, wherein the control device with such a computer program is programmed, so that the control device operates the rolling mill according to such an operating method.
  • Such an operating method, the associated computer program, the corresponding control device and the rolling train are for example from DE 102 11 623 A1 and the corresponding one US Pat. No. 7,031,797 B2 known.
  • the stability of the strip running through a hot rolling mill is an important prerequisite for the application of a flawless flat product and its dimensional quality.
  • the observation of the tape run is only very limited possible from the control platform.
  • the prior art seeks to supplement the lack of direct insight with video cameras and the like located at appropriate locations.
  • due to emissions such as water, steam, smoke and dust the band behavior is often poorly visible.
  • due to the observation of the local movement of the band often the cause of this movement is not recognizable.
  • the invisible acting on the band forces that lead to an equally invisible distribution of tensile and compressive stresses and shear stresses in the interior of the metal strip, not recognizable.
  • a strained metal band tends to undesirable displacements. This applies in particular to the rear end of the strip (strip foot) during unthreading from the individual rolling stands of the rolling train. In particular, during the unthreading tape should therefore be tension-free. Otherwise, it may lead to a lateral breakout of the tape end or to a so-called high spirits come. In such a case, at least band damage will result. In extreme cases, roll damage can occur due to tape doubling.
  • the front end of the strip (strip head) must continue to hit the respective roll gap from roll stand to roll stand as far as possible, without touching any side guides in the area between each two roll stands.
  • the tape head from the rear stands of the rolling mill already expires very quickly, the lateral movement behavior is difficult for the taxpayers to assess and, above all, requires a rapid response.
  • loops are used in the prior art, which have built-in force measuring systems.
  • the looper provide an average of a longitudinal tensile force in the rolling direction.
  • a differential control unit in the loop lifter With a differential control unit in the loop lifter, a linear tension distribution across the bandwidth can be approximated.
  • a so-called tensiometer With a so-called tensiometer, it is possible to record a plurality of measured train values distributed over the bandwidth.
  • all measuring methods have in common that they provide a voltage image only at a single point of the path coordinate in the strip running direction. For simplicity's sake, it is therefore assumed in the prior art that this image along the metal strip in the strip running direction is the same at every point between two rolling stands.
  • the position of the metal strip between the rolling stands is also not visible everywhere.
  • One reason for this is the relatively large spatial extent of the rolling stands. With line scanners or surface cameras, the tape layers can be visualized at one location or over a limited field of view between the rolling stands and made available as a measured value. However, the extent of the metal strip in the entire area between two rolling stands can not be detected. This shape of the metal strip can be present, for example, as a saber or as a serpentine line.
  • the actuators may include, for example, the hydraulic adjustment, the roll back bending, the axial displacement of work rolls, back-up rolls and / or intermediate rolls, the drive of the rolls and spray nozzles for cooling water and lubricating oil.
  • These scaffold models consist of iteratively calculated partial models for the description of the load roll gap, for example on the basis of the Karman Siebel differential equation, the material flow in the nip, the bending and flattening of the working and the backup rolls, the thermal crowning and the wear development of the work rolls, the sliding influence of Work rolls, which include hydraulic adjustment, the elasticity of the scaffold stand and the drive of the work rolls.
  • the modeling of the load nip based on the assumption of a central band pass with symmetrical load distribution. This allows the restriction of the bill to one half of the nip.
  • the object of the present invention is to provide possibilities on the basis of which a precise description of the actual conditions in the metal strip is possible.
  • the stress states in the metal strip can be determined and displayed with two-dimensional resolution (namely in the strip running direction and in the band width direction). Also, the resulting lateral displacements of the metal strip can be determined and displayed.
  • a loop lifter is often arranged in the area between each two successive rolling stands.
  • the position of each loop lifter is additionally given to the respective band piece models.
  • the respective tape piece models are thereby able to take into account the position of the respective loop lifter in the determination of the new stress states of the area of the metal strip which they model.
  • the roll stand models and the belt piece models are coupled together solely by the tension conditions and profiles supplied to the roll stand models by the belt piece models and the speeds and profiles supplied to the belt piece models by the roll stand models and otherwise independent of each other.
  • the various roll stand models can be calculated simultaneously and, analogously, the different strip piece models can also be calculated simultaneously.
  • the resulting stress states of the sections of the metal strip are visualized color coded to the operator of the rolling train. This results in a particularly good visibility of the resulting stress states for the operator of the rolling mill.
  • the framework data influencing the profile of the roll gap of the respective roll stand preferably comprise, with reference always to the respective roll stand, at least one of the mean setting, differential adjustment between operating side and drive side, roll bending, axial roll displacement, roll grinding, roll wear and thermal profile.
  • material properties, lateral position and profile of the metal strip can be predetermined in front of the rolling stand of the rolling train, which is first passed through by the metal strip.
  • the material properties and the profile of the metal strip in front of the rolling stand of the rolling train, which is first passed through by the metal strip can preferably be specified as functions over the strip length of the metal strip.
  • the object is further achieved by a computer program having the features of claim 8.
  • the execution of the computer program causes the control device to operate the rolling train in accordance with an operating method according to the invention.
  • control device for a rolling train with the features of claim 9.
  • the control device is programmed with a computer program according to the invention, so that the control device operates the rolling train in accordance with an operating method according to the invention.
  • control device operates the rolling train in each case according to an operating method according to the invention.
  • FIG. 1 has a rolling mill for rolling a metal strip 1 a plurality of successive rolling stands 2.
  • the metal band 1 is often a steel band.
  • the metal strip 1 may alternatively be made of a different material, such as aluminum, copper, brass and other metals or metal alloys.
  • the metal strip 1 has - see FIG. 2 - a bandwidth b on. It passes through the rolling train in a strip running direction x.
  • the number of rolling stands 2 is usually between four and eight, in particular, it may be five, six or seven.
  • the rolling stands 2 are hereinafter referred to according to their order in which they are traversed by the metal strip 1, as the first rolling stand 2a, second rolling stand 2b, etc.
  • the metal strip 1 is rolled in the rolling stands 2 of the rolling train successively in several rolling passes.
  • the properties of the metal strip 1 at the entry into the rolling train, that is, before the rolling mill 2 a of the rolling train first passed through by the metal strip 1, can be given.
  • the properties of the metal strip 1 include in particular its material properties and its initial profile. They may be time- or location-dependent (ie varying over the length of the metal strip 1).
  • the properties of the metal strip 1 (including its temperature) in front of the rolling stand 2 a of the rolling train, which is first passed through by the metal strip 1 are given as functions over the strip length of the metal strip 1.
  • a lateral position of the metal strip 1 may be given in front of the rolling stand 2 a of the rolling train, which is first passed through by the metal strip 1.
  • the rolling train has a control device 3.
  • the rolling train is controlled by the control device 3.
  • the control device 3 is programmed with a computer program 4.
  • the computer program 4 comprises machine code 5, which can be processed by the control device 3.
  • the execution of the machine code 5 by the controller 3 causes the controller 3 to operate the rolling mill in accordance with an operating method which will be explained later.
  • the feeding of the computer program 4 to the control device 3 can take place in any desired manner.
  • the computer program 4 can be stored on a mobile data carrier 6 in (exclusively) machine-readable form, for example in electronic form.
  • a strip head 7 initially runs into the first rolling stand 2a of the rolling train, is rolled there and again runs out of the first rolling stand 2a of the rolling train. After that, the following sections of the metal strip 1 enter the first rolling stand 2a of the rolling train on the strip head 7, are rolled there and run out of the first rolling stand 2a of the rolling train again. During this process, the metal strip 1 leaving the first roll stand 2a of the rolling train is initially not yet subjected to an external pull.
  • the tape head 7 enters the second rolling stand 2b of the rolling mill, is rolled there, and again runs out of the second rolling stand 2b of the rolling train. Then the run On the tape head 7 following sections of the metal strip 1 in the second rolling stand 2b of the rolling mill, there are rolled and run again from the second rolling stand 2b of the rolling train.
  • the metal strip 1 issuing from the second roll stand 2b of the rolling train is likewise not yet subjected to an external pull. The metal strip 1 is at this time, however - at least in the rule - not yet fully entered the first rolling stand 2a of the rolling train 2.
  • a strip foot 8 preceding sections and the strip foot 8 enter the first rolling stand 2a of the rolling train, are rolled there and run out of the first rolling stand 2a of the rolling train again.
  • other portions of the metal strip 1 enter the second rolling stand 2b, are rolled there and run out of the second rolling stand 2b of the rolling train again.
  • the metal strip 1 issuing from the first rolling stand 2a of the rolling train is still subjected to an external tension.
  • the draft is reduced as far as possible shortly before the rolling of the strip foot 8 in the first roll stand 2a of the rolling train.
  • the strip foot 8 enters the first rolling stand 2a of the rolling train, where it is rolled and runs out again the first rolling stand 2a of the rolling train.
  • the belt foot 8 of the remaining located between the first and the second roll stand 2a, 2b of the rolling mill area of the metal strip 1 is zuglos.
  • control device 3 models the real processes explained above.
  • the controller 3 implements according to this purpose FIG. 3 For each real rolling stand 2, a respective roll stand model 9 and for each real area behind the respective rolling stand 2, a respective piece piece model 10.
  • the roll stand models 9 and the belt piece models 10 work clocked and coordinated.
  • the behavior of the metal strip 1 during a single working cycle is simulated by means of the roll stand models 9 and the belt piece models 10.
  • the results of the respective subsequent work cycle are determined.
  • the working cycle usually corresponds to a relatively small period of time, in particular with a period of time between 100 milliseconds and 1 second.
  • the power stroke may correspond to a period between 200 milliseconds and 500 milliseconds, in particular about 300 milliseconds.
  • the modeling is carried out in real time with the passage of the real metal strip 1 through the rolling train.
  • the time required for the clocked and coordinated execution of the models 9, 10, ie the period of time which the control device 3 requires, may be determined by means of the models 9, 10 to model the rolling of the metal strip 1 - to be at most as large as the modeled period. Otherwise, if no real coupling with the real rolling mill is required in real time, this time span can be greater.
  • the rolling stand models 9 are each assigned to one of the rolling stands 2 of the rolling train.
  • the rolling of the metal strip 1 in the respective rolling stand 2 is modeled in each case.
  • the band piece models 10 are each assigned to a region between in each case two successive rolling stands 2.
  • the profile and flatness behavior of a region of the metal strip 1 located between the two successive rolling stands 2 is modeled in each case.
  • the transport of the metal strip 1 from the respectively upstream rolling stand 2 - for example the rolling stand 2a - to the respective downstream rolling stand - for example the rolling stand 2b - is further modeled.
  • a flag F is set to the value 0.
  • the purpose of this measure will be explained later in the explanation of FIG. 4 become apparent.
  • a section of the real metal strip 1 enters one of the rolling stands 2.
  • the shrinkage occurs at a rolling speed v.
  • the roll stand 2 is set so that its roll gap 11 (see FIG. 3 ) has a specific profile.
  • the nip 11 can - in addition to the middle position - be influenced by appropriate settings, for example by a segmented cooling or by a back bend.
  • the rolling speed v and the corresponding settings are determined according to FIG. 4 fed to the respective rolling stand model 9 in a step S2.
  • the framework data G supplied to the rolling stand model 9 is the real framework data G corresponding to which the respective rolling stand 2 is set.
  • the rolling speed v is given to the roll stand model 9 usually as a scalar. It can be defined directly as such or alternatively via the peripheral speed of rolls 12 of the respective roll stand 2.
  • the framework data G are those parameters and variables of the modeled rolling stand 2, which influence the respective profile of the roll gap 11 of the corresponding rolling stand 2 with spatial resolution via the bandwidth b.
  • the framework data G can, for example, the drive-side and the operator-side employment of the rolling stand 2 (equivalent: a middle position and a difference between operator side and drive side), the drive-side and the user-side modulus of elasticity of the rolling mill 2, a rolling force, a differential rolling force, a roll bending, a axial roll displacement, a roll grinding, a roller wear, a thermal profile of the work rolls of the roll stand 2 and the like more.
  • the framework data G can - analogous to the properties of the metal strip 1 - time or place dependent (ie over the length the metal strip 1 varying) be predetermined. They correspond in particular when the method according to the invention is carried out in real time, at any time with the actual framework data G, with which the respective rolling stand 2 is operated.
  • profile is sometimes used in the art with different meanings. So profile means the course of the band thickness d from its actual sense of the word - see FIG. 1 over the bandwidth b.
  • the term is used in the prior art not only for the course of the strip thickness d over the bandwidth b, but also in part as a purely scalar measure of the deviation of the strip thickness d at the strip edges of the strip thickness d in the center of the strip.
  • profile is used in the literal sense. This applies both to the profile of the roll gap 11 and for later introduced profiles P, PE, PA.
  • the incoming section has - spatially resolved over the bandwidth b - a profile PE.
  • the spatial resolution over the bandwidth b can be selected as needed. At least, however, at least five values should be defined for the inlet-side profile PE distributed over the bandwidth b. The same applies to other variables introduced later, which are specified or determined spatially resolved over the bandwidth b.
  • the section is also - also spatially resolved over the bandwidth b - the inlet side with a voltage state SE applied.
  • the section is also - also spatially resolved over the bandwidth b - also exposed on the outlet side with a voltage state SA.
  • the rolling stand model 9 are according to the FIG. 4 and 5 the inlet side profile PE and the voltage states SE, SA supplied in a step S3. Both the profile PE and the stress states SE, SA are fed to the rolling stand model 9 in a spatially resolved manner over the bandwidth b. So far required, the rolling stand model 9 in the context of step S3 further data of the incoming portion of the metal strip 1 can be supplied.
  • the rolling stand model 9 determines for the currently rolled section of the metal strip 1-in each case spatially resolved over the strip width b-an inlet-side speed vE, an outlet-side speed vA and an outlet-side profile PA.
  • the corresponding step is in FIG. 4 provided with the reference symbol S4.
  • the profile PA is determined by the shape of the roll gap 11 present in the modeled roll stand 2, that is to say its profile.
  • the forces acting on the metal strip 1 on the inlet side and outlet side also have an influence on the outlet-side profile PA.
  • the roll stand model 9 can be designed such that it can also determine these sizes PA, vA, vE when the metal strip 1 eccentrically enters the modeled rolling stand 2 and / or if the metal strip 1 entering the modeled rolling stand 2 has an asymmetrical profile on the inlet side PE and / or inlet side and / or outlet side has an asymmetric stress state SE, SA. Also, the nip 11 of the modeled rolling stand 2 may be asymmetric.
  • the roll stand model 9 may vary depending on the location of the case. Preferably, however, the roll stand model 9 is constructed as shown in FIG DE 102 11 623 A1 or the corresponding one US Pat. No. 7,031,797 B2 is described in detail.
  • the mode of operation of the roll stand models 9 is in principle the same for each roll stand model 9. Only the input variables, parameters and output variables are individual for the respectively modeled rolling stand 2.
  • step S5 checks whether the flag F has the value 0. Only if this is the case, steps S6 to S9 are executed. Otherwise, steps S6 to S9 are skipped.
  • step S6 the flag F is set to the value 1. This measure causes, in the context of the processing of the in FIG. 4 shown steps S6 to S9 are executed only once.
  • step S7 an average strip thickness dM and an average length IM are determined on the outlet side on the basis of the outlet-side profile PA and the outlet-side speed vA of the section of the metal strip 1, which were determined by the rolling stand model 9 under consideration. The determination is made such that the mass flow law is met.
  • the determined mean strip thickness dM and the determined mean length lM are - see also FIG. 6 -
  • the following band piece model 10 is supplied.
  • the following band piece model 10 accepts the determined mean strip thickness dM and the determined mean length IM in step S8.
  • the following belt piece model 10 already models a region of the metal strip 1, namely that region which is located between the previously considered rolling stand 2 and the roll stand 2 following this rolling stand 2.
  • the following band piece model 10 applies a section to the region of the metal strip 1 modeled by it to the upstream rolling stand 2.
  • the attached section initially has the mean strip thickness dM and the determined mean length IM of step S8.
  • the steps S2 to S4 are performed by the respective rolling stand model 9.
  • the steps S6 and S7 can be performed by the rolling stand model 9 under consideration. Alternatively, they can by the considered Roll stand model 9 downstream band piece model 10 are made.
  • the steps S8 and S9 are performed by the considered rolling mill model 9 downstream band piece model 10. Subsequent steps S10 to S14 are carried out by the strip mill model 10 downstream of the considered rolling stand model 9.
  • the considered band piece model 10 is supplied from the upstream roll stand model 9, the speed vA of the portion of the metal strip 1, which expires in the considered power stroke from the upstream rolling stand 2.
  • the supply is spatially resolved over the bandwidth b.
  • the considered band piece model 10 is supplied from the upstream roll stand model 9, the profile PA, with which the considered portion of the metal strip 1 expires in the considered power stroke from the upstream rolling stand 2. Again, the supply is spatially resolved on the bandwidth b.
  • the belt piece model 10 receives the speed vA and the profile PA in step S10.
  • the tape piece model 10 allocates the profile PA to the corresponding attached portion in step S11.
  • the belt piece model 10 accepts this speed vE in step S12.
  • step S13 the piece of tape piece 10 under consideration shortens the region of the metal strip 1 modeled by it to the respective downstream rolling stand 2.
  • the shortening is spatially resolved over the bandwidth b.
  • the band piece model 10 shortens the region of the metal band 1 which it models by a section proportional to the respective inlet-side speed vE.
  • the piece of tape piece 10 under consideration models the transport of the metal strip 1 from the respective upstream rolling stand 2 to the respective downstream rolling stand 2.
  • the piece of tape piece 10 under consideration also models the profile and flatness behavior of the area of the metal strip 1 which is between the two successive rolling stands 2 is located. This is done in step S14.
  • the band piece model 10 therefore determines from the profiles P and the stress states S, which are assigned to the sections of the area of the metal strip 1-in each case spatially resolved over the bandwidth b-spatially resolved over the bandwidth b and in the strip running direction x new stress states S for the
  • the strip piece model 10 additionally takes into account the speed vA of the section of the metal strip 1 leaving the upstream rolling stand 2 and the speed vE of the section of the metal strip 1 entering the downstream rolling stand 2. This consideration also takes place spatially resolved over the strip width b.
  • the newly determined stress states S assign the band piece model 10 to the sections of the modeled region of the metal band 1. A possible embodiment of the band piece model 10 will be explained later.
  • the section provided in the region of the metal strip 1 modeled by the strip piece model 10 in the course of step S9 initially has a uniform thickness over the strip width b - namely the average thickness dM - and a uniform length. However, the thickness and the length are changed in the subsequent execution of step S11.
  • the region of the metal strip 1 modeled by the band piece model 10 is shortened as a function of the respective inlet-side speed vE. It can happen that ends by shortening the modeled region of the metal strip 1 to the subsequent rolling stand 2 out within a section, so that in a given power stroke, only a portion of this section or parts of two adjacent sections are passed to the subsequent roll stand model 9.
  • the data P, S of the respective section of the metal strip 1 are still stored within the respective piece of tape model 10.
  • the part of the relevant section already transferred to the following roll stand model 9 is no longer taken into consideration by the belt piece model 10.
  • the section from the modeling by the relevant piece model 10 is removed. Due to the fact that the transfer to the following roll stand model 9 is carried out in a spatially resolved manner over the strip width b, it can also vary spatially resolved over the strip width b, to what extent a respective section is already transferred to the following roll stand model 9.
  • longitudinal displacements of the sections can continue to result.
  • the longitudinal displacements can be spatially resolved over the bandwidth b from each other.
  • the shortening is proportional to the respective inlet side speed vE, it can thus happen that the part of the relevant section transferred to the following roll stand model 9 varies over the bandwidth b, ie is not the same everywhere.
  • flatness comprises, from its literal sense, initially only the visible distortions of the metal strip 1, if this is not subjected to external stresses.
  • the term is often used in the art but also as a synonym for the prevailing in the metal strip 1 internal stresses. In the context of the present invention, it depends on the internal stresses in the metal strip 1. It is therefore always spoken in the context of the present invention to avoid ambiguity of voltages or voltage states. This means the mechanical tensile and compressive conditions in the metal strip 1 are meant.
  • the mode of operation of the band piece models 10 is - analogous to the roll stand models 9 - in principle the same for each band piece model 10. Only the input variables, parameters and output variables are individual for the respective modeled region of the metal strip 1.
  • a step S15 the control device 3 checks whether a convergence results.
  • the control device 3 can in particular check whether the outlet-side profiles PA determined in step S4 and the speeds vA, VE determined in step S4 have not changed or have changed only slightly compared to the previous iteration.
  • the control device 3 can check whether the profiles P and stress states S ascertained in step S14 have not changed or only slightly changed in comparison to the previous iteration.
  • step S16 the respective band piece model 10 again restores, at the region of the metal band 1 modeled by it, to the respective downstream rolling stand 2 precisely that section by which it has shortened the area in step S13. As a result, step S13 is thus undone in step S16. Then, the controller 3 returns to step S3 and executes the next iteration.
  • step S17 the respective band piece model 10 determines the lateral position of the metal band 1 on the basis of the states of stress S assigned to the sections of the respectively modeled region of the metal band 1. The determination is carried out with local resolution in the strip running direction x.
  • a step S18 the control device 3 visualizes an operator 13 of the rolling train (see FIG. 1 ) the lateral position of the metal strip 1 spatially resolved in the tape running direction x. Purely by way of example, this is in FIG. 7 shown.
  • the vertical lines in FIG. 7 should indicate the locations of the rolling stands 2.
  • the control device 3 visualizes the operator 13 in step S18 with spatial resolution over the bandwidth b and in the strip running direction x the resulting stress states S of the metal strip 1.
  • the visualization can in particular be color-coded. This is in FIG. 7 indicated by a representation in different gray levels.
  • step S19 the control device 3 uses the determined lateral position and / or the determined stress states S in the course of determining the framework data G affecting the profiles of the roll nips 11 of the rolling stands 2 determined framework data G is usually in the next working cycle.
  • the rolling mill model 9 and the band piece model 10 perform certain steps. Strictly speaking, the steps are each carried out by the control device 3, but in the context of the execution of the respective model 9, 10. In particular, the control device 3 therefore also executes the steps S1, S5 and S15 to S19.
  • the tape piece model 10 includes according to FIG. 8 - Of course, in the appropriate order - a sequence of sections of the metal strip 1, namely those portions of the metal strip 1, which have already expired at the respective time from the respective preceding rolling stand 2, but not yet run into the subsequent roll stand 2. Each of these sections are - spatially resolved over the bandwidth b - each associated with the profile P and the stress state S.
  • the number of sections modeled within the respective tape piece model 10 may be determined as needed. However, there are always several sections included. In most cases, the number of sections is at least five.
  • the band piece models 10 use the data PA, vA of the newly set sections of the metal band 1 and the profiles P and the stress states S of the previously modeled sections to model new stress states S for all the modeled sections, including the newly added section. However, the portion by which the modeled area of the metal strip 1 has been shortened in step S13 is not considered here.
  • the modeling is carried out spatially resolved over the bandwidth b and in the tape running direction x.
  • the spatial resolution over the bandwidth b is the same as the spatial resolution over the bandwidth b of the rolling mill models 9.
  • the spatial resolution in the strip running direction x usually corresponds to the sections as they are recognized by the respective band piece model 10. However, an exception applies, as already explained, for the last section adjacent to the following roll stand model.
  • step S13 it may happen that, based on the sections as generated in step S9, when shortening in step S13, 10 sections remain in the respective band piece model and, moreover, the extent to which the sections remain varies in a spatially resolved manner over the bandwidth b.
  • the determination of the new stress states S by the respective band piece model 10 can be carried out, for example, as will be explained in more detail below.
  • the sections are according to FIG. 8 due to the spatial resolution over the bandwidth b in cells 14 divided.
  • the cells 14 correspond to finite elements.
  • Each cell 14 is assigned a respective initial length which the respective cell 14 would have in the de-energized state.
  • respective lengths are determined for the cells 14 of the sections. The determination of the resulting lengths takes place taking into account a transverse coupling QK of the cells 14 with each other and taking into account a longitudinal coupling LK of the cells 14 with each other. Furthermore, it is believed that the resulting distortions are elastic.
  • the transverse coupling QK results from the shear modulus of the metal strip 1.
  • the longitudinal coupling LK results from the modulus of elasticity of the metal strip 1.
  • the elastic modulus and the shear modulus are generally uniform at least for the respective section. They can also be uniform for groups of sections, for example, for each located between two stands 2 sections.
  • the stress state S of the respective cell 14 is also fixed at the same time. It results from the difference between the initial and the resulting length of the respective cell 14 and the modulus of elasticity of the respective cell 14.
  • boundary conditions continue to be taken into account.
  • the considered piece of the metal strip 1 contains the tape head 7 and the tape head 7 has consequently not yet entered the subsequent roll stand 2
  • This boundary condition defines in particular the page position of this section.
  • boundary conditions that the section which has just run out of the preceding rolling stand 2 adjoins the preceding rolling stand 2 and the section which has just entered the following rolling stand 2 adjoins the preceding rolling stand 2 adjacent roll stand 2 adjacent.
  • these boundary conditions define the lateral position of the sections adjoining the two adjacent rolling stands 2 and, on the other hand, define a resultant tensile stress, which is exerted on the modeled area of the metal strip 1 via the two rolling stands 2.
  • each a loop lifter 15 is arranged.
  • the position s of the respective loop lifter 15 also influences the resulting tensile stress, which is exerted on the modeled region of the metal strip 1 via the two rolling stands 2.
  • the position s of the respective loop lifter 15 is additionally given to the respective band piece model 10.
  • the respective band piece model 10 takes into account the position s of the corresponding loop lifter 15 when determining the new stress states S of the area of the metal band 1 which they model.
  • the strip piece model 10 receives boundary conditions for the adjacent section from the upstream rolling stand model 9, in particular the exact side position of this section and FIGS outlet speed vA of this section.
  • the piece of strip piece 10 receives boundary conditions for the adjacent section from the downstream rolling stand model 9, in particular the exact side position of this section and the inlet side speed vE of this section.
  • the respective band piece model 10 "remembers" the last determined solution for the next working cycle and uses this as an initial approach in the next working cycle.
  • the determination of the lateral position of the metal strip 1 can be carried out by the control device 3 alternatively in the context of processing the band piece models 10 or independently thereof.
  • the displacement of the metal strip 1 in the direction of the bandwidth b is determined spatially resolved in the strip running direction x.
  • an average length and a resulting length wedge can be determined on the basis of the resulting lengths of the cells 14 of the respective section. Therefore, in simple terms, sizes for the respective section which define a trapezoid whose parallel sides are formed by the outer edges of the considered section of the metal strip 1 result. These trapezoids can be attached to one another, so that the course of the respective region of the metal strip 1 modeled by the respective band piece model 10 results.
  • the integration of the modeling by the roll stand models 9 and the belt piece models 10 in the operation of the rolling train can be done in various ways.
  • the modeling is carried out in parallel to the ongoing operation of the rolling train.
  • the modeling is carried out in synchronism with the passage of the real metal strip 1 through the rolling line. It is thus carried out during the rolling of the sections of the metal strip 1 in the rolling stands 2.
  • the sections of the metal strip 1 modeled in the rolling stand models 9 are thus at any time those sections of the metal strip 1 which are assigned to the real sections of the metal strip 1 that are currently being rolled in the rolling stands 2.
  • the sections of the metal strip 1 modeled in the strip piece models 10 are at all times those sections of the metal strip 1 which are assigned to the real sections of the metal strip 1 which are currently located in the respective gap between two rolling stands 2.
  • the frame sizes G are in this case either detected actual data of the rolling stands 2 or their nominal values, as used by the control device 3 for controlling the rolling stands 2.
  • the specification of the properties of the metal strip 1 in front of the first rolling stand 2a of the rolling train can in this case be based on a measurement or a model-based calculation.
  • the control device 3 As an alternative to modeling parallel to the ongoing operation of the rolling train, it is also possible for the control device 3 according to FIG. 1 to supply a desired profile P * and / or a nominal stress state S * of the metal strip 1, to carry out the modeling and the profile PA resulting behind the last roll stand 2 of the rolling train and / or the stress state SA resulting behind the last rolling stand 2 of the rolling train with the corresponding one Setpoints P *, S * to compare. If too large deviations occur, the framework data G of the rolling stands 2 are varied, so that the deviations are reduced. This process is repeated until the deviations are within the permitted range. With the framework data G thus determined, the rolling stands 2 are then activated during rolling of the metal strip 1.
  • the modeling must either be carried out completely in advance or be completed for each section of the metal strip 1 before rolling of the corresponding section of the metal strip 1 in the first rolling stand 2a of the rolling train.
  • the framework data G influence the profiles of the roll nips 11 of the rolling stands 2. Again, the specification of the properties of the metal strip 1 before the first roll stand 2a of the rolling train based on a measurement or a model-based calculation.
  • the tape head 7 it is also possible to determine the framework data G of the rolling stands 2 in an analogous manner such that the tape head 7 enters the respective next rolling stand 2 in a defined manner. It is also possible with respect to the belt foot 8 to determine the framework data G of the rolling stands 2 in such a way that the belt foot 8 deflects as little as possible when leaving one of the rolling stands 2. In these two cases, therefore, the lateral position of the metal strip 1 is taken into account in the determination of the framework data G. Also in In this case, the corresponding framework data G influence the profiles of the roll nips 11 of the rolling stands 2.
  • the present invention has many advantages.
  • it is possible to model the real behavior of the metal strip 1 almost perfectly and to derive quantities based on the modeled results that are not metrologically detectable in the real rolling process.

Landscapes

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

Abstract

Das Walzen von Metallband (1) wird mit Walzgerüstmodellen (9) modelliert, das Profil- und Planheitsverhalten dazwischen und der Transport des Metallbandes (1) mit Bandstückmodellen (10). Den Walzgerüstmodellen (9) werden jeweils das Profil des Walzspalts (11) beeinflussende Gerüstdaten (G) und die Walzgeschwindigkeit (v) zugeführt. Den Walzgerüstmodellen (9) wird jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) ein ein- und ein auslaufseitiger Spannungszustand (SE, SA) sowie ein einlaufseitiges Profil (PE) zugeführt. Den Bandstückmodellen (10) wird ferner ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) eine Geschwindigkeit (vE) des in das nachgeordnete Walzgerüst (2) einlaufenden Abschnitts des Metallbandes (1) zugeführt. Weiterhin können ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) und in Bandlaufrichtung (x) die Spannungszustände (S) des Metallbandes (1) visualisiert werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für eine Walzstraße,
    • wobei ein eine Bandbreite aufweisendes Metallband nacheinander in mehreren aufeinanderfolgenden Walzgerüsten der Walzstraße gewalzt wird,
    • wobei mittels den Walzgerüsten zugeordneter Walzgerüstmodelle jeweils das Walzen des Metallbandes in dem jeweiligen Walzgerüst modelliert wird,
    • wobei mittels den Bereichen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Walzgerüsten zugeordneter Bandstückmodelle jeweils der Transport des Metallbandes vom jeweils vorgeordneten Walzgerüst zum jeweils nachgeordneten Walzgerüst modelliert wird,
    • wobei den Walzgerüstmodellen das Profil eines Walzspaltes des jeweiligen Walzgerüsts beeinflussende Gerüstdaten und eine Walzgeschwindigkeit des jeweiligen Walzgerüsts zugeführt werden,
    • wobei den Walzgerüstmodellen für einen im jeweiligen Walzgerüst gewalzten jeweiligen Abschnitt des Metallbandes ein einlaufseitiger Spannungszustand und ein auslaufseitiger Spannungszustand sowie ortsaufgelöst über die Bandbreite ein einlaufseitiges Profil zugeführt werden.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Computerprogramm, das Maschinencode umfasst, der von einer Steuereinrichtung für eine Walzstraße abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung die Walzstraße gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steuereinrichtung für eine Walzstraße, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Computerprogramm programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung die Walzstraße gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Walzstraße zum Walzen eines Metallbandes,
    • wobei die Walzstraße mehrere Walzgerüste aufweist,
    • wobei die Walzstraße eine Steuereinrichtung aufweist, welche die Walzstraße gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
  • Ein derartiges Betriebsverfahren, das zugehörige Computerprogramm, die entsprechende Steuereinrichtung und die Walzstraße sind beispielsweise aus der DE 102 11 623 A1 und der korrespondierenden US 7 031 797 B2 bekannt.
  • Die Stabilität des Bandlaufs durch eine Warmwalzstraße ist eine wichtige Voraussetzung für die Ausbringung eines fehlerfreien Flachprodukts und seine maßliche Qualität. Die Beobachtung des Bandlaufs ist jedoch von der Steuerbühne aus nur sehr eingeschränkt möglich. Im Stand der Technik wird versucht, den fehlenden direkten Einblick durch Videokameras und dergleichen zu ergänzen, die an geeigneten Orten angeordnet sind. Aufgrund von Emissionen wie beispielsweise Wasser, Dampf, Rauch und Staub ist das Bandverhalten aber dennoch oft nur schlecht erkennbar. Darüber hinaus ist aufgrund der Beobachtung der örtlichen Bewegung des Bandes oftmals nicht die Ursache für diese Bewegung erkennbar. Insbesondere sind die am Band unsichtbar angreifenden Kräfte, die zu einer ebenfalls unsichtbaren Verteilung von Zug- und Druckspannungen sowie Schubspannungen im Inneren des Metallbandes führen, nicht erkennbar.
  • Ein unter Spannungen stehendes Metallband neigt zu unerwünschten Verlagerungen. Dies gilt besonders für das hintere Bandende (Bandfuß) beim Ausfädeln aus den einzelnen Walzgerüsten der Walzstraße. Insbesondere beim Ausfädeln sollte das Band daher spannungsfrei sein. Anderenfalls kann es zu einem seitlichen Ausbrechen des Bandendes oder zu einem sogenannten Hochgeher kommen. In einem derartigen Fall sind zumindest Bandbeschädigungen die Folge. In extremen Fällen können aufgrund von Banddopplungen auch Walzenschäden auftreten.
  • Beim Einfädeln muss weiterhin das vordere Bandende (Bandkopf) von Walzgerüst zu Walzgerüst den jeweiligen Walzspalt treffen, und zwar nach Möglichkeit, ohne im Bereich zwischen je zwei Walzgerüsten seitliche Führungen zu berühren. Da der Bandkopf aus den hinteren Walzgerüsten der Walzstraße jedoch bereits sehr schnell ausläuft, ist das Querbewegungsverhalten für die Steuerleute schwierig einzuschätzen und erfordert vor allen Dingen ein schnelles Reagieren.
  • Aufgrund der im Inneren des Metallbandes herrschenden Spannungen kann es weiterhin zu unerwünschten seitlichen Bandverlagerungen (Mäander) kommen, die beim Berühren der Seitenführungen zu Bandkantenschäden führen und weiterhin die Seitenführungen verschleißen.
  • Ein Einblick in die realen Spannungsverteilungen in einem gerade gewalzten Metallband ist im Stand der Technik nur sehr eingeschränkt möglich. So werden im Stand der Technik beispielsweise Schlingenheber verwendet, welche eingebaute Kraftmesssysteme aufweisen. Im einfachsten Fall liefern die Schlingenheber einen Mittelwert einer Längszugkraft in Walzrichtung. Bei einem Differenzzuggeber im Schlingenheber kann eine lineare Zugverteilung über die Bandbreite approximiert werden. Mit einem sogenannten Tensiometer besteht die Möglichkeit, über die Bandbreite verteilt eine Mehrzahl von Zugmesswerten zu erfassen. Allen Messmethoden ist jedoch gemeinsam, dass sie nur an einer einzigen Stelle der Wegkoordinate in Bandlaufrichtung ein Spannungsabbild liefern. Vereinfachend wird daher im Stand der Technik angenommen, dass dieses Abbild entlang des Metallbandes in Bandlaufrichtung gesehen an jeder Stelle zwischen zwei Walzgerüsten die gleiche ist.
  • Die Annahme des Standes der Technik ist jedoch falsch, da die Einspannsituation für das Metallband je nach dessen Querlage, Abstand zum Walzspalt und Profiländerungen in den begrenzenden Walzspalten variiert. Weiterhin können Querkräfte auf die Bandkanten einwirken, wenn das Metallband in Kontakt mit Seitenführungen tritt. Auf diese Weise kommt es zu vielfältigen Kraft- und Momentangriffen am Metallband, woraus in der gesamten Bandoberfläche komplexe Isospannungslinien resultieren.
  • Die Lage des Metallbandes zwischen den Walzgerüsten ist ebenfalls nicht überall einsehbar. Ein Grund hierfür ist die relativ große räumliche Ausdehnung der Walzgerüste. Mit Linienscannern oder Flächenkameras können die Bandlagen an einem Ort bzw. über einen eingeschränkten Sichtbereich zwischen den Walzgerüsten visualisiert und als Messwert zur Verfügung gestellt werden. Die Erstreckung des Metallbandes im gesamten Bereich zwischen zwei Walzgerüsten kann jedoch nicht erfasst werden. Diese Form des Metallbandes kann beispielsweise als Säbel oder als Schlangenlinie vorliegen.
  • In der Prozessautomatisierung von Walzstraßen ist weiterhin die Vorausberechnung von Sollwerten für die verschiedensten Stellglieder von Walzengerüsten mittels sehr komplexer Gerüstmodelle bekannt. Die Stellglieder können beispielsweise die hydraulische Anstellung, die Walzenrückbiegung, die axiale Verschiebung von Arbeitswalzen, Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen, den Antrieb der Walzen und Spritzdüsen für Kühlwasser und Schmieröl umfassen. Diese Gerüstmodelle bestehen aus iterativ berechneten Teilmodellen zur Beschreibung des Lastwalzspaltes beispielsweise auf Basis der Karman-Siebel-Differenzialgleichung, die den Materialfluss im Walzspalt, die Biegung und Abplattung der Arbeits- und der Stützwalzen, die thermische Balligkeit und die Verschleißentwicklung der Arbeitswalzen, den Schiebeeinfluss der Arbeitswalzen, die hydraulische Anstellung, die Elastizität des Gerüstständers und den Antrieb der Arbeitswalzen umfassen. Die Modellierung des Lastwalzspaltes basiert auf der Annahme eines mittigen Banddurchlaufs mit symmetrischer Lastverteilung. Dies erlaubt die Beschränkung der Rechnung auf eine Hälfte des Walzspaltes.
  • Modelle der zuletzt genannten Art sind beispielsweise aus folgenden Veröffentlichungen bekannt:
    • "The Calculation of Roll Pressure in Hot and Cold Flat Rolling", Orowan, Proceedings Institute of Mechanical Engineers, Vol. 150, 1943;
    • "Analysis of Shape and Discussion of Problems of Scheduling, Setup and Shape Control", Spooner, Brian, The Metal Society, Shape Control Conference, Chester, April 1976;
    • "Improved Crown Performance at Hoogovens' Hot Strip Mill", Tellman, Heesen, 6th International Rolling Conference, Düsseldorf, June 1994.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, aufgrund derer eine genaue Beschreibung der tatsächlichen Verhältnisse im Metallband möglich wird.
  • Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
  • Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren für eine Walzstraße geschaffen,
    1. a) wobei ein eine Bandbreite aufweisendes Metallband nacheinander in mehreren aufeinanderfolgenden Walzgerüsten der Walzstraße gewalzt wird,
    2. b) wobei mittels den Walzgerüsten zugeordneter Walzgerüstmodelle jeweils das Walzen des Metallbandes in dem jeweiligen Walzgerüst modelliert wird,
    3. c) wobei mittels den Bereichen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Walzgerüsten zugeordneter Bandstückmodelle jeweils das Profil- und Planheitsverhalten eines zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Walzgerüsten befindlichen Bereichs des Metallbandes und der Transport des Metallbandes vom jeweils vorgeordneten Walzgerüst zum jeweils nachgeordneten Walzgerüst modelliert wird,
    4. d) wobei den Walzgerüstmodellen das Profil eines Walzspaltes des jeweiligen Walzgerüsts beeinflussende Gerüstdaten und eine Walzgeschwindigkeit des jeweiligen Walzgerüsts zugeführt werden,
    5. e) wobei den Walzgerüstmodellen für einen im jeweiligen Walzgerüst gewalzten jeweiligen Abschnitt des Metallbandes jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite ein einlaufseitiger Spannungszustand und ein auslaufseitiger Spannungszustand sowie ein einlaufseitiges Profil zugeführt werden,
    6. f) wobei die Walzgerüstmodelle anhand der ihnen zugeführten Daten für den im jeweiligen Walzgerüst gewalzten Abschnitt des Metallbandes jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite jeweils eine einlaufseitige Geschwindigkeit, eine auslaufseitige Geschwindigkeit und ein auslaufseitiges Profil ermitteln,
    7. g) wobei anhand der auslaufseitigen Profile und der auslaufseitigen Geschwindigkeiten der in den Walzgerüsten gewalzten Abschnitte des Metallbandes auslaufseitig eine jeweilige mittlere Banddicke und eine jeweilige mittlere Länge der jeweiligen Abschnitte des Metallbandes ermittelt werden,
    8. h) wobei die Bandstückmodelle an den von ihnen jeweils modellierten Bereich des Metallbandes zum jeweils vorgeordneten Walzgerüst hin einen jeweiligen Abschnitt mit der für das jeweils vorgeordnete Walzgerüst auslaufseitig ermittelten mittleren Banddicke und mittleren Länge ansetzen,
    9. i) wobei weiterhin den Bandstückmodellen ortsaufgelöst über die Bandbreite Profile und Geschwindigkeiten der aus den jeweils vorgeordneten Walzgerüsten auslaufenden Abschnitte des Metallbandes zugeführt werden,
    10. j) wobei die Bandstückmodelle dem jeweils angesetzten Abschnitt ortsaufgelöst über die Bandbreite das vom jeweils vorgeordneten Walzgerüstmodell ermittelte auslaufseitige Profil zuordnen,
    11. k) wobei den Bandstückmodellen ortsaufgelöst über die Bandbreite die Geschwindigkeiten der in die jeweils nachgeordneten Walzgerüste einlaufenden Abschnitte des Metallbandes zugeführt werden,
    12. l) wobei die Bandstückmodelle die von ihnen jeweils modellierten Bereiche des Metallbandes zum jeweils nachgeordneten Walzgerüst hin ortsaufgelöst über die Bandbreite um einen zur jeweiligen einlaufseitigen Geschwindigkeit proportionalen Abschnitt verkürzen,
    13. m) wobei die Bandstückmodelle anhand der den Abschnitten des von ihnen jeweils modellierten Bereichs des Metallbandes zugeordneten Profile und Spannungszustände, der Profile und Geschwindigkeiten der aus den jeweils vorgeordneten Walzgerüsten auslaufenden Abschnitte des Metallbandes sowie der Geschwindigkeiten der in die jeweils nachgeordneten Walzgerüste einlaufenden Abschnitte des Metallbandes ortsaufgelöst über die Bandbreite und die Bandlänge neue Spannungszustände ermitteln und den Abschnitten zuordnen,
    14. n) wobei ausgehend vom Schritt m) der Schritt k) rückgängig gemacht wird und erneut die Schritte e) und f), sodann wieder die Schritte i) bis m) usw. ausgeführt werden, bis sich im Schritt f) eine Konvergenz zu den im zuvor ausgeführten Schritt f) ermittelten Profilen und/oder Geschwindigkeiten ergibt und/oder sich im Schritt m) eine Konvergenz zu den im zuvor ausgeführten Schritt m) ermittelten neuen Spannungszuständen ergibt,
    15. o) wobei die Bandstückmodelle anhand der den Abschnitten zugeordneten Spannungszustände ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung die Seitenlage des Metallbandes ermitteln,
    16. p) wobei die Seitenlage des Metallbandes ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung und/oder ortsaufgelöst über die Bandbreite und in Bandlaufrichtung die Spannungszustände des Metallbandes einem Bediener der Walzstraße visualisiert werden und/oder im Rahmen der Ermittlung der die Profile der Walzspalte der Walzgerüste beeinflussenden Gerüstdaten verwendet werden.
  • Durch diese Vorgehensweise können mit zweidimensionaler Auflösung (nämlich in Bandlaufrichtung und in Bandbreitenrichtung) die Spannungszustände im Metallband ermittelt und dargestellt werden. Auch können die sich hierdurch ergebenden seitlichen Verlagerungen des Metallbandes ermittelt und dargestellt werden.
  • Insbesondere beim Warmwalzen des Metallbandes ist oftmals in dem Bereich zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Walzgerüsten ein Schlingenheber angeordnet. In diesem Fall wird den jeweiligen Bandstückmodellen die Stellung des jeweiligen Schlingenhebers zusätzlich vorgegeben. Die jeweiligen Bandstückmodelle sind dadurch in der Lage, die Stellung des jeweiligen Schlingenhebers bei der Ermittlung der neuen Spannungszustände des von ihnen modellierten Bereichs des Metallbandes zu berücksichtigen.
  • Vorzugsweise sind die Walzgerüstmodelle und die Bandstückmodelle ausschließlich durch die den Walzgerüstmodellen von den Bandstückmodellen zugeführten Spannungszustände und Profile und die den Bandstückmodellen von den Walzgerüstmodellen zugeführten Geschwindigkeiten und Profile miteinander gekoppelt und im Übrigen voneinander unabhängig. Dadurch können die verschiedenen Walzgerüstmodelle simultan gerechnet werden und analog die verschiedenen Bandstückmodelle ebenfalls simultan gerechnet werden.
  • Vorzugsweise werden die resultierenden Spannungszustände der Abschnitte des Metallbandes dem Bediener der Walzstraße farbcodiert visualisiert. Dadurch ergibt sich für den Bediener der Walzstraße eine besonders gute Erkennbarkeit der resultierenden Spannungszustände.
  • Die das Profil des Walzspaltes des jeweiligen Walzgerüsts beeinflussenden Gerüstdaten umfassen vorzugsweise, immer bezogen auf das jeweilige Walzgerüst, mindestens eine der Größen mittlere Anstellung, Differenzanstellung zwischen Bedienseite und Antriebsseite, Walzenbiegung, axiale Walzenverschiebung, Walzenschliff, Walzenverschleiß und thermisches Profil.
  • Vorzugsweise können Materialeigenschaften, Seitenlage und Profil des Metallbandes vor dem von dem Metallband zuerst durchlaufenen Walzgerüst der Walzstraße vorgegeben werden. Die Materialeigenschaften und das Profil des Metallbandes vor dem von dem Metallband zuerst durchlaufenen Walzgerüst der Walzstraße können hierbei vorzugsweise als Funktionen über die Bandlänge des Metallbandes vorgegeben werden.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Computerprogramms, dass die Steuereinrichtung die Walzstraße gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung für eine Walzstraße mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung die Walzstraße gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Walzstraße mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Erfindungsgemäß betreibt die Steuereinrichtung die Walzstraße jeweils gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
    • FIG 1
    eine mehrgerüstige Walzstraße,
    FIG 2
    ein Metallband,
    FIG 3
    eine Steuereinrichtung einschließlich einer übergreifenden Darstellung von Walzgerüstmodellen und Bandstückmodellen,
    FIG 4
    ein Ablaufdiagramm,
    FIG 5
    ein Walzgerüst und ein Walzgerüstmodell,
    FIG 6
    ein Stück eines Metallbands und ein Bandstückmodell
    FIG 7
    eine mögliche Darstellung eines modellierten Metallbandes und
    FIG 8
    eine mögliche Ausgestaltung eines Bandstückmodells.
  • Gemäß FIG 1 weist eine Walzstraße zum Walzen eines Metallbandes 1 mehrere aufeinanderfolgende Walzgerüste 2 auf. Das Metallband 1 ist oftmals ein Stahlband. Das Metallband 1 kann jedoch alternativ aus einem anderen Material bestehen, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Messing und anderen Metallen oder Metalllegierungen. Das Metallband 1 weist - siehe FIG 2 - eine Bandbreite b auf. Es durchläuft die Walzstraße in einer Bandlaufrichtung x. Die Anzahl an Walzgerüsten 2 liegt in der Regel zwischen vier und acht, insbesondere kann sie bei fünf, sechs oder sieben liegen. Die Walzgerüste 2 werden nachfolgend entsprechend ihrer Reihenfolge, in der sie von dem Metallband 1 durchlaufen werden, als erstes Walzgerüst 2a, zweites Walzgerüst 2b usw. bezeichnet. Das Metallband 1 wird in den Walzgerüsten 2 der Walzstraße nacheinander in mehreren Walzstichen gewalzt.
  • Die Eigenschaften des Metallbandes 1 beim Einlauf in die Walzstraße, also vor dem von dem Metallband 1 zuerst durchlaufenen Walzgerüst 2a der Walzstraße - können gegeben sein. Die Eigenschaften des Metallbandes 1 umfassen insbesondere dessen Materialeigenschaften und dessen anfängliches Profil. Sie können zeit- oder ortsabhängig (d.h. über die Länge des Metallbandes 1 variierend) sein. In diesem Fall sind die Eigenschaften des Metallbandes 1 (einschließlich dessen Temperatur) vor dem von dem Metallband 1 zuerst durchlaufenen Walzgerüst 2a der Walzstraße als Funktionen über die Bandlänge des Metallbandes 1 gegeben. Weiterhin kann eine Seitenlage des Metallbandes 1 vor dem von dem Metallband 1 zuerst durchlaufenen Walzgerüst 2a der Walzstraße gegeben sein.
  • Die Walzstraße weist eine Steuereinrichtung 3 auf. Die Walzstraße wird von der Steuereinrichtung 3 gesteuert. Die Steuereinrichtung 3 ist mit einem Computerprogramm 4 programmiert. Das Computerprogramm 4 umfasst Maschinencode 5, der von der Steuereinrichtung 3 abarbeitbar ist. Die Abarbeitung des Maschinencodes 5 durch die Steuereinrichtung 3 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 3 die Walzstraße gemäß einem Betriebsverfahren betreibt, das nachstehend näher erläutert wird. Das Zuführen des Computerprogramms 4 zur Steuereinrichtung 3 kann auf beliebige Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Computerprogramm 4 auf einem mobilen Datenträger 6 in (ausschließlich) maschinenlesbarer Form, beispielsweise in elektronischer Form, hinterlegt sein.
  • Beim realen Walzen des realen Metallbandes 1 läuft zunächst ein Bandkopf 7 in das erste Walzgerüst 2a der Walzstraße ein, wird dort gewalzt und läuft wieder aus dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße aus. Danach laufen auf den Bandkopf 7 folgende Abschnitte des Metallbandes 1 in das erste Walzgerüst 2a der Walzstraße ein, werden dort gewalzt und laufen wieder aus dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße aus. Während dieses Vorgangs ist das aus dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße auslaufende Metallband 1 zunächst noch nicht mit einem externen Zug beaufschlagt.
  • Sodann läuft der Bandkopf 7 in das zweite Walzgerüst 2b der Walzstraße ein, wird dort gewalzt und läuft wieder aus dem zweiten Walzgerüst 2b der Walzstraße aus. Danach laufen die auf den Bandkopf 7 folgenden Abschnitte des Metallbandes 1 in das zweite Walzgerüst 2b der Walzstraße ein, werden dort gewalzt und laufen wieder aus dem zweiten Walzgerüst 2b der Walzstraße aus. Während dieses Vorgangs ist das aus dem zweiten Walzgerüst 2b der Walzstraße auslaufende Metallband 1 ebenfalls noch nicht mit einem externen Zug beaufschlagt. Das Metallband 1 ist zu diesem Zeitpunkt jedoch - zumindest in der Regel - noch nicht vollständig in das erste Walzgerüst 2a der Walzstraße 2 eingelaufen. Während des Walzens des Bandkopfes 7 und der auf den Bandkopf 7 folgenden Abschnitte des Metallbandes 1 im zweiten Walzgerüst 2b der Walzstraße laufen daher gleichzeitig andere Abschnitte des Metallbandes 1 in das erste Walzgerüst 2a der Walzstraße ein, werden dort gewalzt und laufen wieder aus dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße aus. Derjenige Bereich des Metallbandes 1, der sich in diesem Zustand zwischen dem ersten und dem zweiten Walzgerüst 2a, 2b der Walzstraße befindet, kann daher mit einem externen Zug beaufschlagt sein.
  • Analoge Ausführungen gelten jeweils für die weiteren Walzgerüste 2c, 2d usw. sowie für die zwischen jeweils zwei Walzgerüsten 2 befindlichen Bereiche des Metallbandes 1.
  • Zu einem erheblich späteren Zeitpunkt laufen einem Bandfuß 8 vorausgehende Abschnitte und der Bandfuß 8 in das erste Walzgerüst 2a der Walzstraße ein, werden dort gewalzt und laufen wieder aus dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße aus. Während dieses Vorgangs laufen andere Abschnitte des Metallbandes 1 in das zweite Walzgerüst 2b ein, werden dort gewalzt und laufen wieder aus dem zweiten Walzgerüst 2b der Walzstraße aus. Es ist daher möglich, dass das aus dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße auslaufende Metallband 1 noch mit einem externen Zug beaufschlagt ist. Vorzugsweise wird der Zug jedoch kurz vor dem Walzen des Bandfußes 8 im ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße so weit wie möglich reduziert.
  • Schließlich läuft der Bandfuß 8 in das erste Walzgerüst 2a der Walzstraße ein, wird dort gewalzt und läuft wieder aus dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße aus. Spätestens mit dem Auslaufen des Bandfußes 8 wird der verbleibende, sich zwischen dem ersten und dem zweiten Walzgerüst 2a, 2b der Walzstraße befindliche Bereich des Metallbandes 1 zuglos.
  • Analoge Ausführungen gelten jeweils für die weiteren Walzgerüste 2b, 2c, 2d usw. sowie für die zwischen jeweils zwei Walzgerüsten 2 befindlichen Bereiche des Metallbandes 1.
  • Die Steuereinrichtung 3 modelliert im Rahmen der Ausführung des Computerprogramms 4 bzw. der Abarbeitung des Maschinencodes 5 die obenstehend erläuterten, realen Vorgänge. Die Steuereinrichtung 3 implementiert zu diesem Zweck gemäß FIG 3 für jedes reale Walzgerüst 2 ein jeweiliges Walzgerüstmodell 9 und für jeden realen Bereich hinter dem jeweiligen Walzgerüst 2 ein jeweiliges Bandstückmodell 10.
  • Die Walzgerüstmodelle 9 und die Bandstückmodelle 10 arbeiten getaktet und koordiniert. Es wird also mittels der Walzgerüstmodelle 9 und der Bandstückmodelle 10 jeweils das Verhalten des Metallbandes 1 während eines einzelnen Arbeitstaktes simuliert. Danach werden, ausgehend von den Ergebnissen des jeweiligen Arbeitstaktes, die Ergebnisse des jeweiligen nachfolgenden Arbeitstaktes ermittelt. Der Arbeitstakt korrespondiert meist mit einem relativ kleinen Zeitraum, insbesondere mit einem Zeitraum zwischen 100 Millisekunden und 1 Sekunde. Beispielsweise kann der Arbeitstakt mit einem Zeitraum zwischen 200 Millisekunden und 500 Millisekunden korrespondieren, insbesondere etwa 300 Millisekunden.
  • Wie sich aus den nachfolgenden Ausführungen ergeben wird, ist es möglich, dass die Modellierung in Echtzeit mit dem Durchlauf des realen Metallbandes 1 durch die Walzstraße ausgeführt wird. In diesem Fall darf die Zeitspanne, die zur getakteten und koordinierten Ausführung der Modelle 9, 10 benötigt wird, - also diejenige Zeitspanne, welche die Steuereinrichtung 3 benötigt, um mittels der Modelle 9, 10 das Walzen des Metallbandes 1 zu modellieren - maximal so groß wie der modellierte Zeitraum sein. Anderenfalls, wenn also keine direkte Kopplung mit der realen Walzstraße in Echtzeit erforderlich ist, kann diese Zeitspanne auch größer sein.
  • Die Walzgerüstmodelle 9 sind jeweils einem der Walzgerüste 2 der Walzstraße zugeordnet. Mittels der Walzgerüstmodelle 9 wird jeweils das Walzen des Metallbandes 1 in dem jeweiligen Walzgerüst 2 modelliert. In analoger Weise sind die Bandstückmodelle 10 jeweils einem Bereich zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Walzgerüsten 2 zugeordnet. Mittels der Bandstückmodelle 10 wird jeweils das Profil- und Planheitsverhalten eines zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Walzgerüsten 2 befindlichen Bereichs des Metallbandes 1 modelliert. Mittels der Bandstückmodelle 10 wird weiterhin der Transport des Metallbandes 1 vom jeweils vorgeordneten Walzgerüst 2 - beispielsweise dem Walzgerüst 2a - zum jeweils nachgeordneten Walzgerüst - beispielsweise dem Walzgerüst 2b - modelliert.
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit den FIG 4 und 5 zunächst in Verbindung mit dem entsprechenden Walzgerüst 2 die Wirkungsweise eines der Walzgerüstmodelle 9 näher erläutert. Sodann wird in Verbindung mit den FIG 4 und 6 in Verbindung mit der entsprechenden Lücke zwischen zwei Walzgerüsten 2 die Wirkungsweise eines der Bandstückmodelle 10 näher erläutert. Sodann wird in Verbindung mit FIG 3 das Zusammenwirken der beiden Modelle 9, 10 erläutert. Soweit nachstehend in Verbindung mit der Modellierung auf das Metallband 1 und dessen Abschnitte Bezug genommen wird, ist also stets die virtuelle Repräsentation innerhalb der Steuereinrichtung 3 gemeint, nicht das reale Metallband 1 und dessen reale Abschnitte.
  • Zunächst wird gemäß FIG 4 in einem Schritt S1 ein Merker F auf den Wert 0 gesetzt. Der Sinn und Zweck dieser Maßnahme wird im weiteren Verlauf der Erläuterung von FIG 4 ersichtlich werden.
  • Gemäß FIG 5 läuft ein Abschnitt des realen Metallbandes 1 in eines der Walzgerüste 2 ein. Das Einlaufen erfolgt mit einer Walzgeschwindigkeit v. Das Walzgerüst 2 ist derart eingestellt, dass sein Walzspalt 11 (siehe FIG 3) ein bestimmtes Profil aufweist. Der Walzspalt 11 kann - zusätzlich zur mittleren Anstellung - durch entsprechende Einstellungen beeinflusst werden, beispielsweise durch eine segmentierte Kühlung oder durch eine Rückbiegung. Die Walzgeschwindigkeit v und die entsprechenden Einstellungen (bzw. die korrespondierenden Gerüstdaten G) werden gemäß FIG 4 dem jeweiligen Walzgerüstmodell 9 in einem Schritt S2 zugeführt. Es handelt sich bei den dem Walzgerüstmodell 9 zugeführten Gerüstdaten G um die realen Gerüstdaten G, entsprechen denen das jeweilige Walzgerüst 2 eingestellt ist. Gleiches gilt für die Walzgeschwindigkeit v. Die Walzgeschwindigkeit v wird dem Walzgerüstmodell 9 in der Regel als Skalar vorgegeben. Sie kann direkt als solche oder alternativ über die Umfangsgeschwindigkeit von Walzen 12 des jeweiligen Walzgerüsts 2 definiert sein.
  • Die Gerüstdaten G sind diejenigen Parameter und Variablen des modellierten Walzgerüsts 2, welche ortsaufgelöst über die Bandbreite b das jeweilige Profil des Walzspaltes 11 des entsprechenden Walzgerüsts 2 beeinflussen. Die Gerüstdaten G können beispielsweise die antriebsseitige und die bedienseitige Anstellung des Walzgerüsts 2 (äquivalent hierzu: eine mittlere Anstellung und eine Differenzanstellung zwischen Bedienseite und Antriebsseite), den antriebsseitigen und den bedienseitigen Elastizitätsmodul des Walzgerüsts 2, eine Walzkraft, eine Differenzwalzkraft, eine Walzenbiegung, eine axiale Walzenverschiebung, einen Walzenschliff, einen Walzenverschleiß, ein thermisches Profil der Arbeitswalzen des Walzgerüsts 2 und dergleichen mehr umfassen. Die Gerüstdaten G können - analog zu den Eigenschaften des Metallbandes 1 - zeit- oder ortsabhängig (d.h. über die Länge des Metallbandes 1 variierend) vorgegeben sein. Sie korrespondieren insbesondere dann, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in Echtzeit ausgeführt wird, zu jedem Zeitpunkt mit den tatsächlichen Gerüstdaten G, mit denen das jeweilige Walzgerüst 2 betrieben wird.
  • Der Begriff Profil wird im Stand der Technik teilweise mit unterschiedlichen Bedeutungen verwendet. So bedeutet Profil von seinem eigentlichen Wortsinn her den Verlauf der Banddicke d - siehe FIG 1 - über der Bandbreite b. Der Begriff wird aber im Stand der Technik nicht nur für den Verlauf der Banddicke d über der Bandbreite b verwendet, sondern zum Teil auch als ein rein skalares Maß für die Abweichung der Banddicke d an den Bandrändern von der Banddicke d in der Bandmitte. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Profil im eigentlichen Wortsinn verwendet. Dies gilt sowohl für das Profil des Walzspalts 11 als auch für später noch eingeführte Profile P, PE, PA.
  • Der einlaufende Abschnitt weist - ortsaufgelöst über die Bandbreite b - ein Profil PE auf. Die Ortsauflösung über die Bandbreite b kann nach Bedarf gewählt sein. Minimal sollten jedoch, verteilt über die Bandbreite b, mindestens fünf Werte für das einlaufseitige Profil PE definiert sein. Gleiches gilt für andere, später noch eingeführte Größen, die ortsaufgelöst über die Bandbreite b vorgegeben oder ermittelt werden.
  • Der Abschnitt ist weiterhin - ebenfalls ortsaufgelöst über die Bandbreite b - einlaufseitig mit einem Spannungszustand SE beaufschlagt. Der Abschnitt ist weiterhin - ebenfalls ortsaufgelöst über die Bandbreite b - auch auslaufseitig mit einem Spannungszustand SA beaufschlagt. Dem Walzgerüstmodell 9 werden gemäß den FIG 4 und 5 das einlaufseitige Profil PE und die Spannungszustände SE, SA in einem Schritt S3 zugeführt. Sowohl das Profil PE als auch die Spannungszustände SE, SA werden dem Walzgerüstmodell 9 über die Bandbreite b ortsaufgelöst zugeführt. Soweit erforderlich, können dem Walzgerüstmodell 9 im Rahmen des Schrittes S3 weitere Daten des einlaufenden Abschnitts des Metallbandes 1 zugeführt werden.
  • Anhand der ihm zugeführten Daten ermittelt das Walzgerüstmodell 9 für den momentan gewalzten Abschnitt des Metallbandes 1 - jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite b - eine einlaufseitige Geschwindigkeit vE, eine auslaufseitige Geschwindigkeit vA und ein auslaufseitiges Profil PA. Der entsprechende Schritt ist in FIG 4 mit dem Bezugszeichen S4 versehen. Im Wesentlichen wird das Profil PA durch die im modellierten Walzgerüst 2 vorliegende Form des Walzspalts 11 bestimmt, also dessen Profil. Weiterhin haben auch die einlaufseitig und auslaufseitig auf das Metallband 1 wirkende Kräfte (insbesondere die Züge) einen Einfluss auf das auslaufseitige Profil PA.
  • Das Walzgerüstmodell 9 kann derart ausgelegt sein, dass es diese Größen PA, vA, vE auch dann ermitteln kann, wenn das Metallband 1 außermittig in das modellierte Walzgerüst 2 einläuft und/oder wenn das in das modellierte Walzgerüst 2 einlaufende Metallband 1 einlaufseitig ein asymmetrisches Profil PE und/oder einlaufseitig und/oder auslaufseitig einen asymmetrischen Spannungszustand SE, SA aufweist. Auch der Walzspalt 11 des modellierten Walzgerüsts 2 kann asymmetrisch sein.
  • Der genaue Aufbau und die genaue Wirkungsweise des Walzgerüstmodells 9 kann je nach Lage des Einzelfalls variieren. Vorzugsweise ist das Walzgerüstmodell 9 jedoch so aufgebaut, wie dies in der DE 102 11 623 A1 bzw. der korrespondierenden US 7 031 797 B2 detailliert beschrieben ist.
  • Die Wirkungsweise der Walzgerüstmodelle 9 ist prinzipiell für jedes Walzgerüstmodell 9 dieselbe. Lediglich die Eingangsgrößen, Parameter und Ausgangsgrößen sind individuell für das jeweils modellierte Walzgerüst 2.
  • Sodann wird gemäß FIG 4 in einem Schritt S5 geprüft, ob der Merker F den Wert 0 aufweist. Nur wenn dies der Fall ist, werden Schritte S6 bis S9 ausgeführt. Anderenfalls werden die Schritte S6 bis S9 übersprungen.
  • Im Schritt S6 wird der Merker F auf den Wert 1 gesetzt. Diese Maßnahme bewirkt, dass im Rahmen der Abarbeitung der in FIG 4 dargestellten Schleife die Schritte S6 bis S9 nur ein einziges Mal ausgeführt werden.
    In einem Schritt S7 wird anhand des auslaufseitigen Profils PA und der auslaufseitigen Geschwindigkeit vA des Abschnitts des Metallbandes 1, die durch das betrachtete Walzgerüstmodell 9 ermittelt wurden, auslaufseitig eine mittlere Banddicke dM und eine mittlere Länge lM ermittelt. Die Ermittlung erfolgt derart, dass das Massenflussgesetz erfüllt ist.
  • Die ermittelte mittlere Banddicke dM und die ermittelte mittlere Länge lM werden - siehe auch FIG 6 - dem nachfolgenden Bandstückmodell 10 zugeführt. Das nachfolgende Bandstückmodell 10 nimmt die ermittelte mittlere Banddicke dM und die ermittelte mittlere Länge lM im Schritt S8 entgegen.
  • Das nachfolgende Bandstückmodell 10 modelliert bereits einen Bereich des Metallbandes 1, nämlich denjenigen Bereich, der sich zwischen dem bisher betrachteten Walzgerüst 2 und dem diesem Walzgerüst 2 nachfolgenden Walzgerüst 2 befindet. Im Schritt S9 setzt das nachfolgende Bandstückmodell 10 an den von ihm modellierten Bereich des Metallbandes 1 zum vorgeordneten Walzgerüst 2 hin einen Abschnitt an. Der angesetzte Abschnitt weist zunächst die mittlere Banddicke dM und die ermittelte mittlere Länge lM des Schrittes S8 auf.
  • Die Schritte S2 bis S4 werden durch das jeweilige Walzgerüstmodell 9 ausgeführt. Die Schritte S6 und S7 können durch das betrachtete Walzgerüstmodell 9 vorgenommen werden. Alternativ können sie durch das dem betrachteten Walzgerüstmodell 9 nachgeordnete Bandstückmodell 10 vorgenommen werden. Die Schritte S8 und S9 werden durch das dem betrachteten Walzgerüstmodell 9 nachgeordnete Bandstückmodell 10 vorgenommen. Nachfolgende Schritte S10 bis S14 werden durch das dem betrachteten Walzgerüstmodell 9 nachgeordnete Bandstückmodell 10 vorgenommen.
  • Sodann wird dem betrachteten Bandstückmodell 10 vom vorgeordneten Walzgerüstmodell 9 die Geschwindigkeit vA des Abschnitts des Metallbandes 1 zugeführt, der in dem betrachteten Arbeitstakt aus dem vorgeordneten Walzgerüst 2 ausläuft. Die Zuführung erfolgt ortsaufgelöst über die Bandbreite b. Weiterhin wird dem betrachteten Bandstückmodell 10 vom vorgeordneten Walzgerüstmodell 9 das Profil PA zugeführt, mit dem der betrachtete Abschnitt des Metallbandes 1 in dem betrachteten Arbeitstakt aus dem vorgeordneten Walzgerüst 2 ausläuft. Auch hier erfolgt die Zuführung ortsaufgelöst über die Bandbreite b. Das Bandstückmodell 10 nimmt die Geschwindigkeit vA und das Profil PA im Schritt S10 entgegen. Das Bandstückmodell 10 ordnet das Profil PA dem entsprechenden angesetzten Abschnitt im Schritt S11 zu.
  • Sodann wird den Bandstückmodellen 10 - diesmal nicht vom vorgeordneten Walzgerüstmodell 9, sondern vom nachgeordneten Walzgerüstmodell 9 - die Geschwindigkeit vE des Abschnitts des Metallbandes 1 zugeführt, der in dem betrachteten Arbeitstakt in das nachgeordnete Walzgerüst 2 einläuft. Auch hier erfolgt die Zuführung ortsaufgelöst über die Bandbreite b. Das Bandstückmodell 10 nimmt diese Geschwindigkeit vE im Schritt S12 entgegen.
  • Im Schritt S13 verkürzt das betrachtete Bandstückmodell 10 den von ihm modellierten Bereich des Metallbandes 1 zum jeweils nachgeordneten Walzgerüsts 2 hin. Das Verkürzen erfolgt ortsaufgelöst über die Bandbreite b. Das Bandstückmodell 10 verkürzt den von ihm modellierten Bereich des Metallbandes 1 um einen zur jeweiligen einlaufseitigen Geschwindigkeit vE proportionalen Abschnitt.
  • Durch die Schritte S9 und S13 modelliert das betrachtete Bandstückmodell 10 den Transport des Metallbandes 1 vom jeweils vorgeordneten Walzgerüst 2 zum jeweils nachgeordneten Walzgerüst 2. Zusätzlich modelliert das betrachtete Bandstückmodell 10 auch das Profil- und Planheitsverhalten des Bereichs des Metallbandes 1, der sich zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Walzgerüsten 2 befindet. Dies geschieht im Schritt S14.
  • Jedes Bandstückmodell 10 modelliert eine Anzahl von Abschnitten des Metallbandes 1. Denn jeder angesetzte Abschnitt wird mit dem Ansetzen weiterer Abschnitte nach und nach auf das nachgeordnete Walzgerüst 2 zu gefördert. Jedem Abschnitt wird beim Ansetzen zunächst ein jeweiliges Profil P zugeordnet, nämlich das vom vorgeordneten Walzgerüst 2 zugeordnete auslaufseitige Profil PA. Weiterhin sind den Abschnitten des Bereichs des Metallbandes 1 (mit Ausnahme des momentan angesetzten Abschnitts) Spannungszustände S zugeordnet. Dem angesetzten Abschnitt ist also zunächst ein Spannungszustand S = 0 zugeordnet (keine Spannung). Dieser Zustand entspricht jedoch nicht dem Kräftegleichgewicht. Im Schritt S14 ermittelt das Bandstückmodell 10 daher anhand der Profile P und der Spannungszustände S, die den Abschnitten des Bereichs des Metallbandes 1 - jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite b - zugeordnet sind, ortsaufgelöst über die Bandbreite b und in Bandlaufrichtung x neue Spannungszustände S für den modellierten Bereich des Metallbandes 1. Das Bandstückmodell 10 berücksichtigt hierbei zusätzlich die Geschwindigkeit vA des aus dem vorgeordneten Walzgerüst 2 auslaufenden Abschnitts des Metallbandes 1 und die Geschwindigkeit vE des in das nachgeordnete Walzgerüst 2 einlaufenden Abschnitts des Metallbandes 1. Auch diese Berücksichtigung erfolgt ortsaufgelöst über die Bandbreite b. Die neu ermittelten Spannungszustände S ordnet das Bandstückmodell 10 den Abschnitten des modellierten Bereichs des Metallbandes 1 zu. Eine mögliche Ausgestaltung des Bandstückmodells 10 wird später erläutert werden.
  • Der im Rahmen des Schrittes S9 an den durch das Bandstückmodell 10 modellierten Bereich des Metallbandes 1 angesetzte Abschnitt weist zunächst über die Bandbreite b eine einheitliche Dicke - nämlich die mittlere Dicke dM - und eine einheitliche Länge auf. Die Dicke und die Länge wird jedoch bei der nachfolgenden Ausführung des Schrittes S11 geändert. Im Rahmen des Schrittes S13 wird der durch das Bandstückmodell 10 modellierte Bereich des Metallbandes 1 in Abhängigkeit von der jeweiligen einlaufseitigen Geschwindigkeit vE verkürzt. Es kann geschehen, dass durch das Verkürzen der modellierte Bereich des Metallbandes 1 zum nachfolgenden Walzgerüst 2 hin innerhalb eines Abschnitts endet, dass also in einem bestimmten Arbeitstakt nur ein Teil dieses Abschnitts oder Teile von zwei aneinander grenzenden Abschnitten an das nachfolgende Walzgerüstmodell 9 übergeben werden. In diesem Fall werden die Daten P, S des betreffenden Abschnitts des Metallbandes 1 weiterhin innerhalb des betreffenden Bandstückmodells 10 gespeichert. Soweit es die Ermittlung der neuen Spannungszustände S und der neuen Profile P betrifft, wird der bereits an das nachfolgende Walzgerüstmodell 9 übergebene Teil des betreffenden Abschnitts vom Bandstückmodell 10 jedoch nicht mehr berücksichtigt. Wenn der betreffende Abschnitt vollständig in das nachfolgende Walzgerüst 2 eingelaufen ist (bzw. vollständig an das nachfolgende Walzgerüstmodell 9 übergeben wurde), wird der Abschnitt aus der Modellierung durch das betreffende Bandstückmodell 10 entfernt. Aufgrund des Umstands, dass die Übergabe an das nachfolgende Walzgerüstmodell 9 ortsaufgelöst über die Bandbreite b erfolgt, kann ferner ortsaufgelöst über die Bandbreite b variieren, in welchem Umfang ein jeweiliger Abschnitt bereits an das nachfolgende Walzgerüstmodell 9 übergeben wird.
  • Durch die Ermittlung der Spannungszustände S können sich weiterhin Längsverschiebungen der Abschnitte ergeben. Die Längsverschiebungen können ortsaufgelöst über die Bandbreite b voneinander verschieden sein. Da im Rahmen des Schrittes S13 das Verkürzen proportional zur jeweiligen einlaufseitigen Geschwindigkeit vE erfolgt, kann es somit geschehen, dass der an das nachfolgende Walzgerüstmodell 9 übergebene Teil des betreffenden Abschnitts über die Bandbreite b gesehen variiert, also nicht überall der gleiche ist.
  • Zur Beschreibung der Spannungszustände S des Metallbandes 1 wird im Stand der Technik oftmals der Begriff Planheit verwendet. Der Begriff Planheit umfasst von seinem Wortsinn her zunächst nur die sichtbaren Verwerfungen des Metallbandes 1, wenn dieses nicht mit äußeren Spannungen beaufschlagt ist. Der Begriff wird im Stand der Technik aber oftmals auch als Synonym für die im Metallband 1 herrschenden inneren Spannungen verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommt es auf die inneren Spannungen im Metallband 1 an. Es wird daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Vermeidung von Zweideutigkeiten stets von Spannungen bzw. Spannungszuständen gesprochen. Hiermit sind die mechanischen Zug- und Druckverhältnisse im Metallband 1 gemeint.
  • Die Wirkungsweise der Bandstückmodelle 10 ist - analog zu den Walzgerüstmodellen 9 - prinzipiell für jedes Bandstückmodell 10 dieselbe. Lediglich die Eingangsgrößen, Parameter und Ausgangsgrößen sind individuell für den jeweils modellierten Bereich des Metallbandes 1.
  • In einem Schritt S15 prüft die Steuereinrichtung 3, ob sich eine Konvergenz ergibt. Hierbei kann die Steuereinrichtung 3 insbesondere prüfen, ob die im Schritt S4 ermittelten auslaufseitigen Profile PA und die im Schritt S4 ermittelten Geschwindigkeiten vA, VE sich im Vergleich zur vorherigen Iteration nicht oder nur geringfügig genug geändert haben. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 3 prüfen, ob die im Schritt S14 ermittelten Profile P und Spannungszustände S sich im Vergleich zur vorherigen Iteration nicht oder nur geringfügig genug geändert haben.
  • Wenn sich noch keine Konvergenz ergeben hat, geht die Steuereinrichtung 3 zu einem Schritt S16 über. Im Schritt S16 setzt das jeweilige Bandstückmodell 10 an den den von ihm modellierten Bereich des Metallbandes 1 zum jeweils nachgeordneten Walzgerüsts 2 hin genau denjenigen Abschnitt wieder an, um den es den Bereich im Schritt S13 verkürzt hat. Im Ergebnis wird somit der Schritt S13 im Schritt S16 wieder rückgängig gemacht. Sodann geht die Steuereinrichtung 3 zum Schritt S3 zurück und führt die nächste Iteration aus.
  • Wenn sich hingegen eine hinreichende Konvergenz ergeben hat, geht die Steuereinrichtung 3 zu einem Schritt S17 über. Im Schritt S17 ermittelt das jeweilige Bandstückmodell 10 anhand der den Abschnitten des jeweils modellierten Bereichs des Metallbandes 1 zugeordneten Spannungszustände S die Seitenlage des Metallbandes 1. Die Ermittlung erfolgt ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung x.
  • In einem Schritt S18 visualisiert die Steuereinrichtung 3 einem Bediener 13 der Walzstraße (siehe FIG 1) die Seitenlage des Metallbandes 1 ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung x. Rein beispielhaft ist dies in FIG 7 dargestellt. Die vertikalen Linien in FIG 7 sollen die Orte der Walzgerüste 2 andeuten. Alternativ oder zusätzlich visualisiert die Steuereinrichtung 3 dem Bediener 13 im Schritt S18 ortsaufgelöst über die Bandbreite b und in Bandlaufrichtung x die resultierenden Spannungszustände S des Metallbandes 1. Die Visualisierung kann insbesondere farbcodiert erfolgen. Dies ist in FIG 7 durch eine Darstellung in unterschiedlichen Graustufen angedeutet.
  • Alternativ oder zusätzlich zum Schritt S18 kann ein Schritt S19 vorhanden sein. Im Schritt S19 verwendet die Steuereinrichtung 3 die ermittelte Seitenlage und/oder die ermittelten Spannungszustände S im Rahmen der Ermittlung der die Profile der Walzspalte 11 der Walzgerüste 2 beeinflussenden Gerüstdaten G. Die Berücksichtigung der neu ermittelten Gerüstdaten G erfolgt in der Regel im nächsten Arbeitstakt.
  • Im Rahmen der Erläuterungen zu FIG 4 ist obenstehend wiederholt ausgeführt, dass das Walzgerüstmodell 9 bzw. das Bandstückmodell 10 gewisse Schritte ausführen. Genau genommen werden die Schritte jeweils von der Steuereinrichtung 3 ausgeführt, allerdings im Rahmen der Abarbeitung des jeweiligen Modells 9, 10. Insbesondere führt somit die Steuereinrichtung 3 auch die Schritte S1, S5 und S15 bis S19 aus.
  • Soweit den Walzgerüstmodellen 9 einlaufseitig Größen PE, SE zugeführt werden - insbesondere das einlaufseitige Profil PE und der einlaufseitige Spannungszustand SE -, werden die entsprechenden Größen PE, SE entsprechend der Darstellung in den FIG 3, 5 und 6 den Walzgerüstmodellen 9 vom jeweils vorgeordneten Bandstückmodell 10 zugeführt. Eine Ausnahme bildet lediglich das erste Walzgerüst 2a. Hier sind die einlaufseitigen Größen PE, SE vorbestimmt. Soweit den Walzgerüstmodellen 9 auslaufseitig Größen SA zugeführt werden
    • insbesondere der auslaufseitige Spannungszustand SA -, werden die entsprechenden Größen SA entsprechend der Darstellung in den FIG 3, 5 und 6 den Walzgerüstmodellen 9 vom jeweils nachgeordneten Bandstückmodell 10 zugeführt. In analoger Weise werden von den Walzgerüstmodellen 9 einlaufseitig ausgegebene Größen vE - insbesondere die einlaufseitige Geschwindigkeit vE - an das jeweils vorgeordnete Bandstückmodell 10 ausgegeben. Von den Walzgerüstmodellen 9 auslaufseitig ausgegebene Größen vA, PA
    • insbesondere die auslaufseitige Geschwindigkeit vA und das auslaufseitige Profil PA - werden an das jeweils nachgeordnete Bandstückmodell 10 ausgegeben. Die entsprechenden Ausführungen gelten in analoger Weise auch für die Bandstückmodelle 10. Im Ergebnis sind dadurch die Walzgerüstmodelle 9 und die Bandstückmodelle 10 ausschließlich durch die den Walzgerüstmodellen 9 von den Bandstückmodellen 10 zugeführten Spannungszustände SE, SA und
    Profile PE und die den Bandstückmodellen 10 von den Walzgerüstmodellen 9 zugeführten Geschwindigkeiten vE, vA und Profile PA miteinander gekoppelt. Im Übrigen sind die Walzgerüstmodelle 9 und die Bandstückmodelle 10 voneinander unabhängig. Es ist daher im Rahmen der Implementierung der Vorgehensweise von FIG 4 möglich, alle Walzgerüstmodelle 9 parallel auszuführen, die Ergebnisse an die Bandstückmodelle 10 zu übergeben und sodann parallel alle Bandstückmodelle 10 auszuführen. Gegebenenfalls wird diese Vorgehensweise - also abwechselnde Ausführung aller Walzgerüstmodelle 9 und aller Bandstückmodelle 10 - wiederholt, bis sich eine hinreichende Konvergenz ergeben hat. Dann und erst dann sind die Berechnungen für einen Arbeitstakt abgeschlossen, und die Schrittabfolge gemäß FIG 4 wird, beginnend mit dem Schritt S1, für den nächsten Arbeitstakt wiederholt.
  • Das Bandstückmodell 10 enthält gemäß FIG 8 - selbstverständlich in der entsprechenden Reihenfolge - eine Sequenz von Abschnitten des Metallbandes 1, nämlich diejenigen Abschnitte des Metallbandes 1, die zum jeweiligen Zeitpunkt zwar bereits aus dem jeweils vorhergehenden Walzgerüst 2 ausgelaufen sind, aber noch nicht in das nachfolgende Walzgerüst 2 eingelaufen sind. Jedem dieser Abschnitte sind - ortsaufgelöst über die Bandbreite b - jeweils das Profil P und der Spannungszustand S zugeordnet. Die Anzahl an innerhalb des jeweiligen Bandstückmodells 10 modellierten Abschnitten kann nach Bedarf bestimmt sein. Es sind jedoch stets mehrere Abschnitte enthalten. Meist liegt die Anzahl an Abschnitten mindestens bei fünf. Ausnahmen gelten lediglich zu Beginn des Walzens, wenn dem Bandstückmodell 10 der Bandkopf 7 und die auf den Bandkopf 7 folgenden Abschnitte zugeführt werden, und am Ende des Walzens, wenn also die dem Bandfuß 8 vorausgehenden Abschnitte und der Bandfuß 8 von dem entsprechenden Bandstückmodell 10 dem nächsten Walzgerüstmodell 9 zugeführt werden.
  • Die Bandstückmodelle 10 modellieren anhand der ihnen zugeführten Daten PA, vA der neu angesetzten Abschnitte des Metallbandes 1 und der Profile P und der Spannungszustände S der bereits zuvor modellierten Abschnitte neue Spannungszustände S für alle modellierten Abschnitte, also auch den neu angesetzten Abschnitt. Der Abschnitt, um den der modellierte Bereich des Metallbandes 1 im Schritt S13 verkürzt wurde, wird hierbei jedoch nicht berücksichtigt. Die Modellierung erfolgt ortsaufgelöst über die Bandbreite b und in Bandlaufrichtung x. Die Ortsauflösung über die Bandbreite b ist die gleiche wie die Ortsauflösung über die Bandbreite b der Walzgerüstmodelle 9. Die Ortsauflösung in Bandlaufrichtung x korrespondiert in der Regel mit den Abschnitten, wie sie vom jeweiligen Bandstückmodell 10 angesetzt werden. Eine Ausnahme gilt jedoch, wie bereits erläutert, für den letzten, an das nachfolgende Walzgerüstmodell angrenzenden Abschnitt. Hier kann es geschehen, dass, bezogen auf die Abschnitte, wie sie im Schritt S9 generiert wurden, beim Verkürzen im Schritt S13 im jeweiligen Bandstückmodell 10 Teilabschnitte verbleiben und darüber hinaus das Ausmaß, in dem die Teilabschnitte verbleiben, ortsaufgelöst über die Bandbreite b variiert.
    Die Ermittlung der neuen Spannungszustände S durch das jeweilige Bandstückmodell 10 kann beispielsweise derart erfolgen, wie dies nachstehend näher erläutert wird.
  • Die Abschnitte sind gemäß FIG 8 aufgrund der Ortsauflösung über die Bandbreite b in Zellen 14 unterteilt. Die Zellen 14 entsprechen finiten Elementen. Jeder Zelle 14 ist eine jeweilige anfängliche Länge zugeordnet, welche die jeweilige Zelle 14 im spannungsfreien Zustand aufweisen würde. Sodann werden für die Zellen 14 der Abschnitte jeweilige resultierende Längen ermittelt. Die Ermittlung der resultierenden Längen erfolgt unter Berücksichtigung einer Querkopplung QK der Zellen 14 untereinander und unter Berücksichtigung einer Längskopplung LK der Zellen 14 untereinander. Weiterhin wird angenommen, dass die dadurch resultierenden Verzerrungen elastisch sind.
  • Die Querkopplung QK ergibt sich durch den Schermodul des Metallbandes 1. Die Längskopplung LK ergibt sich durch den Elastizitätsmodul des Metallbandes 1. Der Elastizitätsmodul und der Schermodul sind in der Regel zumindest für den jeweiligen Abschnitt einheitlich. Sie können auch für Gruppen von Abschnitten einheitlich sein, beispielsweise für die jeweils zwischen zwei Walzgerüsten 2 befindlichen Abschnitte.
  • Mit der Ermittlung der resultierenden Länge steht zugleich auch der Spannungszustand S der jeweiligen Zelle 14 fest. Er ergibt sich durch die Differenz der anfänglichen und der resultierenden Länge der jeweiligen Zelle 14 und den Elastizitätsmodul der jeweiligen Zelle 14.
  • Bei der Ermittlung der resultierenden Längen werden weiterhin Randbedingungen berücksichtigt. In dem Fall, dass das betrachtete Stück des Metallbandes 1 den Bandkopf 7 enthält und der Bandkopf 7 demzufolge noch nicht in das nachfolgende Walzgerüst 2 eingelaufen ist, werden als Randbedingungen festgelegt, dass die am Bandkopf 7 angreifenden äußeren Kräfte Null sind (oder anders ausgedrückt: dass der Bandkopf 7 sich frei bewegen kann) und dass der soeben aus dem vorhergehenden Walzgerüst 2 ausgelaufene Abschnitt an das vorhergehende Walzgerüst 2 (genauer: dessen Walzspalt 11) angrenzt. Diese Randbedingung definiert insbesondere die Seitenlage dieses Abschnitts.
  • In analoger Weise werden in dem Fall, dass das betrachtete Stück des Metallbandes 1 den Bandfuß 8 enthält und demzufolge der Bandfuß 8 bereits aus dem vorhergehenden Walzgerüst 2 ausgelaufen ist, als Randbedingungen festgelegt, dass die am Bandfuß 8 angreifenden äußeren Kräfte Null sind (oder anders ausgedrückt: dass der Bandfuß 8 sich frei bewegen kann) und dass der soeben in das nachfolgende Walzgerüst 2 einlaufende Abschnitt an das nachfolgende Walzgerüst 2 (genauer: dessen Walzspalt 11) angrenzt. Diese Randbedingung definiert insbesondere die Seitenlage dieses Abschnitts.
  • Wenn das betrachtete Stück des Metallbandes 1 weder den Bandkopf 7 noch den Bandfuß 8 enthält, werden als Randbedingungen festgelegt, dass der soeben aus dem vorhergehenden Walzgerüst 2 ausgelaufene Abschnitt an das vorhergehende Walzgerüst 2 angrenzt und der soeben in das nachfolgende Walzgerüst 2 einlaufende Abschnitt an das nachfolgende Walzgerüst 2 angrenzt. Diese Randbedingungen definieren zum einen die Seitenlage der an die beiden angrenzenden Walzgerüste 2 angrenzenden Abschnitte und definieren zum anderen eine resultierende Zugspannung, welche über die beiden Walzgerüste 2 auf den modellierten Bereich des Metallbandes 1 ausgeübt wird.
  • In vielen Fällen - insbesondere beim Warmwalzen von Stahl - ist weiterhin entsprechend der schematischen Darstellung in FIG 1 in dem Bereich zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Walzgerüsten jeweils ein Schlingenheber 15 angeordnet. Die Stellung s des jeweiligen Schlingenhebers 15 beeinflusst zum einen die effektive Strecke, welche das Metallband 1 vom vorgeordneten Walzgerüst 2 zum nachgeordneten Walzgerüst 2 zurücklegen muss. Dadurch beeinflusst die Stellung s des jeweiligen Schlingenhebers 15 auch die resultierende Zugspannung, welche über die beiden Walzgerüste 2 auf den modellierten Bereich des Metallbandes 1 ausgeübt wird. Falls die Schlingenheber 15 vorhanden sind, wird daher die Stellung s des jeweiligen Schlingenhebers 15 dem jeweiligen Bandstückmodell 10 zusätzlich vorgegeben. Das jeweilige Bandstückmodell 10 berücksichtigt die Stellung s des entsprechenden Schlingenhebers 15 bei der Ermittlung der neuen Spannungszustände S des von ihnen modellierten Bereichs des Metallbandes 1.
  • Das Bandstückmodell 10 nimmt ferner, sofern der modellierte Bereich des Metallbandes 1 an das vorgeordnete Walzgerüst 2 angrenzt, von dem vorgeordneten Walzgerüstmodell 9 Randbedingungen für den angrenzenden Abschnitt entgegen, insbesondere die genaue Seitenlage dieses Abschnitts und die auslaufseitige Geschwindigkeit vA dieses Abschnitts. In analoger Weise nimmt das Bandstückmodell 10, sofern der modellierte Bereich des Metallbandes 1 an das nachgeordnete Walzgerüst 2 angrenzt, von dem nachgeordneten Walzgerüstmodell 9 Randbedingungen für den angrenzenden Abschnitt entgegen, insbesondere die genaue Seitenlage dieses Abschnitts und die einlaufseitige Geschwindigkeit vE dieses Abschnitts.
  • Es ergibt sich also ein zweidimensionales System gekoppelter Differenzialgleichungen, das zunächst ortsaufgelöst über die Bandbreite b und in Bandlaufrichtung x die neuen Spannungszustände S des Metallbandes 1 liefert. Derartige, auf Finite-Element-Methoden beruhende Ansätze sind dem Fachmann bekannt. Rein beispielhaft wird auf folgende Veröffentlichungen verwiesen:
    • Erik Parteder, Alexander Kainz, Gerald Hein, Klaus Zeman, "3D Modelling Concepts in Hot Strip Rolling", in H. Clemens, W. Krieger, H. Wagner: Berg- und Hüttenmännische Monatshefte (BHM), in Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, Vol. 152, Nummer 11, Springer Wien, Seite(n) 367-371, 11-2007, ISBN: 0005-8912, ISSN: 0005-8912
    • O.C. Zienkiewicz, P.C. Jain, E. Onate, Flow of solids during forming and extrusion: Some aspects of numerical solutions, International Journal of Solids and Structures, Volume 14, Issue 1, 1978, Pages 15-38, ISSN 0020-7683, http://dx.doi.org/10.1016/0020-7683(78)90062-8 .
  • Mit den neuen Spannungszuständen S der Abschnitte und deren anfänglichen Profilen PA stehen auch die neuen Profile P der Abschnitte fest. Diese ergeben sich aus der Differenz zwischen alten und den neuen Spannungszuständen S und dem jeweiligen anfänglichen Profil P in Verbindung mit dem Massenflussgesetz.
  • Zur schnelleren Lösung des Systems gekoppelter Differenzialgleichungen "merkt" sich das jeweilige Bandstückmodell 10 vorzugsweise die zuletzt ermittelte Lösung für den nächsten Arbeitstakt und verwendet diese als anfänglichen Ansatz im nächsten Arbeitstakt.
  • Die Ermittlung der Seitenlage des Metallbandes 1 kann von der Steuereinrichtung 3 alternativ im Rahmen der Abarbeitung der Bandstückmodelle 10 oder unabhängig hiervon erfolgen. In beiden Fällen wird ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung x der Versatz des Metallbandes 1 in Richtung der Bandbreite b ermittelt. Im Ergebnis können hierzu im einfachsten Fall für die Abschnitte des Metallbandes 1 anhand der resultierenden Längen der Zellen 14 des jeweiligen Abschnitts jeweils eine mittlere Länge und ein resultierender Längenkeil ermittelt werden. Es ergeben sich daher, vereinfacht ausgedrückt, für den jeweiligen Abschnitt Größen, welche ein Trapez definieren, dessen parallele Seiten durch die Außenkanten des betrachteten Abschnitts des Metallbandes 1 gebildet sind. Diese Trapeze können aneinander angesetzt werden, so dass sich der Verlauf des durch das jeweilige Bandstückmodell 10 modellierten jeweiligen Bereichs des Metallbandes 1 ergibt.
  • Zu Beginn des Walzens, wenn also der Bandkopf 7 noch nicht das jeweils nachfolgende Walzgerüst 2 erreicht hat, können durch diese Vorgehensweise das Auslaufen des Metallbandes 1 aus dem jeweils vorgeordneten Walzgerüst 2 und der sich dabei ergebende Säbel modelliert werden. In analoger Weise können am Ende des Walzens, wenn also der Bandfuß 8 bereits aus dem vorhergehenden Walzgerüst 2 ausgelaufen ist, durch diese Vorgehensweise das Einlaufen des Metallbandes 1 in das nachgeordnete Walzgerüst 2 und das sich dabei ergebende Ausschlagen des Bandfußes 8 modelliert werden. Während des Walzens des Bandmittelstücks, während sich also im betrachteten Stück des Metallbandes 1 weder der Bandkopf 7 noch der Bandfuß 8 befinden, kann durch diese Vorgehensweise mittels des jeweiligen Bandstückmodells 10 die reine Seitenlage des entsprechenden Stückes des Metallbandes 1 modelliert werden.
  • Die Einbindung der Modellierung durch die Walzgerüstmodelle 9 und die Bandstückmodelle 10 in den Betrieb der Walzstraße kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.
  • So ist es beispielsweise möglich, die Modellierung parallel zum laufenden Betrieb der Walzstraße auszuführen. In diesem Fall wird die Modellierung synchron mit dem Durchlauf des realen Metallbandes 1 durch die Walzstraße ausgeführt. Es wird also während des Walzens der Abschnitte des Metallbandes 1 in den Walzgerüsten 2 ausgeführt. Die in den Walzgerüstmodellen 9 modellierten Abschnitte des Metallbandes 1 sind also zu jedem Zeitpunkt diejenigen Abschnitte des Metallbandes 1, welche den realen Abschnitten des Metallbandes 1 zugeordnet sind, die momentan in den Walzgerüsten 2 gewalzt werden. In analoger Weise sind die in den Bandstückmodellen 10 modellierten Abschnitte des Metallbandes 1 zu jedem Zeitpunkt diejenigen Abschnitte des Metallbandes 1, welche den realen Abschnitten des Metallbandes 1 zugeordnet sind, die sich momentan in der jeweiligen Lücke zwischen zwei Walzgerüsten 2 befinden. Die Gerüstgrößen G sind in diesem Fall entweder erfasste Istdaten der Walzgerüste 2 oder deren Sollwerte, wie sie von der Steuereinrichtung 3 zur Ansteuerung der Walzgerüste 2 verwendet werden. Die Vorgabe der Eigenschaften des Metallbandes 1 vor dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße kann in diesem Fall auf einer Messung oder einer modellgestützten Berechnung beruhen.
  • In diesem Fall ist es möglich, die mittels der Bandstückmodelle 10 ermittelten Werte an den Bediener 13 der Walzstraße auszugeben (siehe Schritt S18 von FIG 3). Der Bediener 13 ist dadurch in der Lage, entsprechend zu reagieren. Hingegen werden in diesem Fall nicht unmittelbar und direkt durch die Steuereinrichtung 3 Steuerbefehle für die Walzstraße in Abhängigkeit von den durch die Modellierung ermittelten Profilen PA, P und Spannungszuständen S ergriffen. Die Realisierung entspricht also einem sogenannten Beobachter. Die an den Bediener 13 ausgegebenen Werte können zum einen die Seitenlage des Metallbandes 1 ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung x visualisieren. Zum anderen können die an den Bediener 13 ausgegebenen Werte ortsaufgelöst über die Bandbreite b und in Bandlaufrichtung x die Spannungszustände S des Metallbandes 1 visualisieren. Auch eine Visualisierung der Profile P ist möglich. Weiterhin ist es möglich, die sich ergebenden Profile P, die sich ergebenden Spannungszustände S und die ermittelten Seitenlagen automatisiert - also mittels der Steuereinrichtung 3 - auf das Auftreten vorbestimmter Ereignisse zu überwachen. Dadurch kann beispielsweise beim Auftreten kritischer Zustände automatisch der Bediener 13 alarmiert werden.
  • Alternativ ist im Falle einer Modellierung parallel zum laufenden Betrieb der Walzstraße eine weitere Vorgehensweise möglich. Diese Vorgehensweise ist mit der obenstehend erläuterten Vorgehensweise kombinierbar. Denn insbesondere ist es möglich, bei der Ermittlung von Sollwerten für die Walzgerüste 2 die Eingangsgrößen PE, SE, SA zu berücksichtigen, die mittels der beiden angrenzenden Bandstückmodelle 10 ermittelt wurden. Es ist also möglich, die mittels der Bandstückmodelle 10 ermittelten Profile P und/oder Spannungszustände S (diese ortsaufgelöst sowohl über die Bandbreite b als auch in Bandlaufrichtung x) und/oder die Seitenlage des Metallbandes 1 (diese ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung x) zu berücksichtigen. Die entsprechenden Gerüstdaten G für die Walzgerüste 2 beeinflussen insbesondere das Profil des Walzspaltes 11 des entsprechenden Walzgerüsts 2. Insbesondere bezüglich der Seitenlage, prinzipiell aber auch bezüglich des Profils P und/oder des Spannungszustands S ist es weiterhin auch möglich, diese Werte im Sinne eines Regelkreises beim vorgeordneten Walzgerüst 2 und/oder beim nachgeordneten Walzgerüst 2 zu verwerten. Auch ist es möglich andere, mittels der Walzgerüstmodelle 9 und/oder der Bandstückmodelle 10 Größen zu ermitteln, die an der realen Walzstraße nicht ermittelt werden können, und diese Größen Reglern zuzuführen, welche ihrerseits automatisiert Eingriffe in den Walzprozess vornehmen.
  • Alternativ zu einer Modellierung parallel zum laufenden Betrieb der Walzstraße ist es weiterhin möglich, der Steuereinrichtung 3 gemäß FIG 1 ein Sollprofil P* und/oder einen Sollspannungszustand S* des Metallbandes 1 zuzuführen, die Modellierung durchzuführen und das sich hinter dem letzten Walzgerüst 2 der Walzstraße ergebende Profil PA und/oder den sich hinter dem letzten Walzgerüst 2 der Walzstraße ergebenden Spannungszustand SA mit den korrespondierenden Sollgrößen P*, S* zu vergleichen. Ergeben sich zu große Abweichungen, werden die Gerüstdaten G der Walzgerüste 2 variiert, so dass die Abweichungen reduziert werden. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Abweichungen im zulässigen Rahmen liegen. Mit den so ermittelten Gerüstdaten G werden die Walzgerüste 2 dann beim Walzen des Metallbandes 1 angesteuert. In diesem Fall muss die Modellierung entweder vollständig vorab ausgeführt werden oder aber für jeden Abschnitt des Metallbandes 1 vor dem Walzen des entsprechenden Abschnitts des Metallbandes 1 im ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße abgeschlossen sein. Auch in diesem Fall beeinflussen die Gerüstdaten G die Profile der Walzspalte 11 der Walzgerüste 2. Auch hier kann die Vorgabe der Eigenschaften des Metallbandes 1 vor dem ersten Walzgerüst 2a der Walzstraße auf einer Messung oder einer modellgestützten Berechnung beruhen.
  • Bezüglich des Bandkopfes 7 ist es weiterhin möglich, die Gerüstdaten G der Walzgerüste 2 in analoger Weise derart zu ermitteln, dass der Bandkopf 7 in definierter Weise in das jeweils nächste Walzgerüst 2 einläuft. Auch ist es bezüglich des Bandfußes 8 möglich, die Gerüstdaten G der Walzgerüste 2 derart zu ermitteln, dass der Bandfuß 8 beim Auslaufen aus einem der Walzgerüste 2 möglichst wenig ausschlägt. In diesen beiden Fällen wird also die Seitenlage des Metallbandes 1 bei der Ermittlung der Gerüstdaten G berücksichtigt. Auch in diesem Fall beeinflussen die entsprechenden Gerüstdaten G die Profile der Walzspalte 11 der Walzgerüste 2.
  • Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit folgenden Sachverhalt:
    • Ein Metallband 1 wird nacheinander in mehreren Walzgerüsten 2 gewalzt. Das Walzen in den Walzgerüsten 2 wird mittels jeweiliger Walzgerüstmodelle 9 modelliert, das Profil- und Planheitsverhalten zwischen den Walzgerüsten 2 und der Transport des Metallbandes 1 von Walzgerüst 2 zu Walzgerüst 2 mittels Bandstückmodellen 10. Den Walzgerüstmodellen 9 werden das Profil eines jeweiligen Walzspaltes 11 beeinflussende Gerüstdaten G und eine jeweilige Walzgeschwindigkeit v zugeführt. Den Walzgerüstmodellen 9 wird für den jeweils gewalzten Abschnitt des Metallbandes 1 jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite b ein einlaufseitiger Spannungszustand SE und ein auslaufseitiger Spannungszustand SA sowie ein einlaufseitiges Profil PE zugeführt. Sie ermitteln daraus jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite b jeweils eine einlaufseitige Geschwindigkeit vE, eine auslaufseitige Geschwindigkeit vA und ein auslaufseitiges Profil PA. Anhand des auslaufseitigen Profils PA und der auslaufseitigen Geschwindigkeit vA werden eine mittlere Banddicke dM und eine mittlere Länge lM ermittelt. Ein entsprechender Abschnitt wird vom nachfolgenden Bandstückmodell 10 an den von diesem Bandstückmodell 10 modellierten Bereich des Metallbandes 1 angesetzt. Dem Abschnitt wird das ermittelte auslaufseitige Profil PA zugeordnet. Den Bandstückmodellen 10 wird ferner ortsaufgelöst über die Bandbreite b die Geschwindigkeit vE des in das jeweils nachgeordnete Walzgerüst 2 einlaufenden Abschnitts des Metallbandes 1 zugeführt. Sie verkürzen den jeweils modellierten Bereiche des Metallbandes 1 zum nachgeordneten Walzgerüst 2 hin ortsaufgelöst über die Bandbreite b um einen zur jeweiligen einlaufseitigen Geschwindigkeit vE proportionalen Abschnitt. Die Bandstückmodelle 10 ermitteln anhand der den Abschnitten des Metallbandes 1 zugeordneten Profile P und Spannungszustände S, des Profils PA und der Geschwindigkeit vA des aus dem vorgeordneten Walzgerüst 2 auslaufenden Abschnitts sowie der Geschwindigkeit vE des in das nachgeordnete Walzgerüste 2 einlaufenden Abschnitts ortsaufgelöst über die Bandbreite b und die Bandlänge neue Spannungszustände S. Die Vorgehensweise wird iteriert, bis sich eine Konvergenz ergibt. Die Bandstückmodelle 10 ermitteln sodann anhand der den Abschnitten zugeordneten Spannungszustände S ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung x die Seitenlage des Metallbandes 1. Die Seitenlage des Metallbandes 1 wird ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung x einem Bediener 13 der Walzstraße visualisiert. Alternativ oder zusätzlich werden ortsaufgelöst über die Bandbreite b und in Bandlaufrichtung x die Spannungszustände S des Metallbandes 1 visualisiert. Alternativ oder zusätzlich werden die Ergebnisse im Rahmen der Ermittlung der die Profile der Walzspalte 11 der Walzgerüste 2 beeinflussenden Gerüstdaten G verwendet.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist es möglich, das reale Verhalten des Metallbandes 1 nahezu perfekt zu modellieren und anhand der modellierten Ergebnisse Größen abzuleiten, die im realen Walzprozess messtechnisch nicht erfassbar sind.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Metallband
    2
    Walzgerüste
    3
    Steuereinrichtung
    4
    Computerprogramm
    5
    Maschinencode
    6
    Datenträger
    7
    Bandkopf
    8
    Bandfuß
    9
    Walzgerüstmodelle
    10
    Bandstückmodelle
    11
    Walzspalt
    12
    Walzen
    13
    Bediener
    14
    Zellen
    15
    Schlingenheber
    16
    angesetzte Abschnitte
    17
    Bandpunkte
    b
    Bandbreite
    d, dM
    Banddicken
    F
    Merker
    F*
    Vorverzerrung
    G
    Gerüstdaten
    i, j
    Einheitsvektoren
    L
    Länge des modellierten Bereichs des Metallbandes
    lM
    mittlere Länge
    LK, QK
    Kopplungen
    P, PA, PE, P*
    Profile
    s
    Stellung des Schlingenhebers
    S, SE, SA, S*
    Spannungszustände
    S1 bis S19
    Schritte
    u
    Verschiebungen
    ux, uy
    Komponenten der Verschiebungen
    v, vA, vE
    Geschwindigkeiten
    vM
    mittlere Geschwindigkeit
    x
    Bandlaufrichtung
    xi
    vorbestimmte Positionen in Bandlaufrichtung
    y
    Bandbreitenrichtung

Claims (10)

  1. Betriebsverfahren für eine Walzstraße,
    a) wobei ein eine Bandbreite (b) aufweisendes Metallband (1) nacheinander in mehreren aufeinanderfolgenden Walzgerüsten (2) der Walzstraße gewalzt wird,
    b) wobei mittels den Walzgerüsten (2) zugeordneter Walzgerüstmodelle (9) jeweils das Walzen des Metallbandes (1) in dem jeweiligen Walzgerüst (2) modelliert wird,
    c) wobei mittels den Bereichen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Walzgerüsten (2) zugeordneter Bandstückmodelle (10) jeweils das Profil- und Planheitsverhalten eines zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Walzgerüsten (2) befindlichen Bereichs des Metallbandes (1) und der Transport des Metallbandes (1) vom jeweils vorgeordneten Walzgerüst (2) zum jeweils nachgeordneten Walzgerüst (2) modelliert wird,
    d) wobei den Walzgerüstmodellen (9) das Profil eines Walzspaltes (11) des jeweiligen Walzgerüsts (2) beeinflussende Gerüstdaten (G) und eine Walzgeschwindigkeit (v) des jeweiligen Walzgerüsts (2) zugeführt werden,
    e) wobei den Walzgerüstmodellen (9) für einen im jeweiligen Walzgerüst (2) gewalzten jeweiligen Abschnitt des Metallbandes (1) jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) ein einlaufseitiger Spannungszustand (SE) und ein auslaufseitiger Spannungszustand (SA) sowie ein einlaufseitiges Profil (PE) zugeführt werden,
    f) wobei die Walzgerüstmodelle (9) anhand der ihnen zugeführten Daten (v, G, SE, SA, PE) für den im jeweiligen Walzgerüst (2) gewalzten Abschnitt des Metallbandes (1) jeweils ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) jeweils eine einlaufseitige Geschwindigkeit (vE), eine auslaufseitige Geschwindigkeit (vA) und ein auslaufseitiges Profil (PA) ermitteln,
    g) wobei anhand der auslaufseitigen Profile (PA) und der auslaufseitigen Geschwindigkeiten (vA) der in den Walzgerüsten (2) gewalzten Abschnitte des Metallbandes (1) auslaufseitig eine jeweilige mittlere Banddicke (dM) und eine jeweilige mittlere Länge (lM) der jeweiligen Abschnitte des Metallbandes (1) ermittelt werden,
    h) wobei die Bandstückmodelle (10) an den von ihnen jeweils modellierten Bereich des Metallbandes (1) zum jeweils vorgeordneten Walzgerüst (2) hin einen jeweiligen Abschnitt mit der für das jeweils vorgeordnete Walzgerüst (2) auslaufseitig ermittelten mittleren Banddicke (dM) und mittleren Länge (lM) ansetzen,
    i) wobei weiterhin den Bandstückmodellen (10) ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) Profile (PA) und Geschwindigkeiten (vA) der aus den jeweils vorgeordneten Walzgerüsten (2) auslaufenden Abschnitte des Metallbandes (1) zugeführt werden,
    j) wobei die Bandstückmodelle (10) dem jeweils angesetzten Abschnitt ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) das vom jeweils vorgeordneten Walzgerüstmodell (9) ermittelte auslaufseitige Profil (PA) zuordnen,
    k) wobei den Bandstückmodellen (10) ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) die Geschwindigkeiten (vE) der in die jeweils nachgeordneten Walzgerüste (2) einlaufenden Abschnitte des Metallbandes (1) zugeführt werden,
    l) wobei die Bandstückmodelle (10) die von ihnen jeweils modellierten Bereiche des Metallbandes (1) zum jeweils nachgeordneten Walzgerüst (2) hin ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) um einen zur jeweiligen einlaufseitigen Geschwindigkeit (vE) proportionalen Abschnitt verkürzen,
    m) wobei die Bandstückmodelle (10) anhand der den Abschnitten des von ihnen jeweils modellierten Bereichs des Metallbandes (1) zugeordneten Profile (P) und Spannungszustände (S), der Profile (PA) und Geschwindigkeiten (vA) der aus den jeweils vorgeordneten Walzgerüsten (2) auslaufenden Abschnitte des Metallbandes (1) sowie der Geschwindigkeiten (vE) der in die jeweils nachgeordneten Walzgerüste (2) einlaufenden Abschnitte des Metallbandes (1) ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) und die Bandlänge neue Spannungszustände (S) ermitteln und den Abschnitten zuordnen,
    n) wobei ausgehend vom Schritt m) der Schritt k) rückgängig gemacht wird und erneut die Schritte e) und f), sodann wieder die Schritte i) bis m) usw. ausgeführt werden, bis sich im Schritt f) eine Konvergenz zu den im zuvor ausgeführten Schritt f) ermittelten Profilen (PA) und/oder Geschwindigkeiten (vA, vE) ergibt und/oder sich im Schritt m) eine Konvergenz zu den im zuvor ausgeführten Schritt m) ermittelten neuen Spannungszuständen (S) ergibt,
    o) wobei die Bandstückmodelle (10) anhand der den Abschnitten zugeordneten Spannungszustände (S) ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung (x) die Seitenlage des Metallbandes (1) ermitteln,
    p) wobei die Seitenlage des Metallbandes (1) ortsaufgelöst in Bandlaufrichtung (x) und/oder ortsaufgelöst über die Bandbreite (b) und in Bandlaufrichtung (x) die Spannungszustände (S) des Metallbandes (1) einem Bediener (13) der Walzstraße visualisiert werden und/oder im Rahmen der Ermittlung der die Profile der Walzspalte (11) der Walzgerüste (2) beeinflussenden Gerüstdaten (G) verwendet werden.
  2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass in dem Bereich zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Walzgerüsten (2) ein Schlingenheber (15) angeordnet ist, dass die Stellung (s) des jeweiligen Schlingenhebers (15) den jeweiligen Bandstückmodellen (10) zusätzlich vorgegeben wird und dass die jeweiligen Bandstückmodelle (10) die Stellung (s) des jeweiligen Schlingenhebers (15) bei der Ermittlung der neuen Spannungszustände (S) des von ihnen modellierten Bereichs des Metallbandes (1) berücksichtigen.
  3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzgerüstmodelle (9) und die Bandstückmodelle (10) ausschließlich durch die den Walzgerüstmodellen (9) von den Bandstückmodellen (10) zugeführten Spannungszustände (SE, SA) und Profile (PE) und die den Bandstückmodellen (10) von den Walzgerüstmodellen (9) zugeführten Geschwindigkeiten (vE, vA) und Profile (PA) miteinander gekoppelt sind und im übrigen voneinander unabhängig sind.
  4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, da- durch gekennzeichnet, dass die resultierenden Spannungszustände (S) der Abschnitte des Metallbandes (1) dem Bediener (13) der Walzstraße farbcodiert visualisiert werden.
  5. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die das Profil des Walzspaltes (11) des jeweiligen Walzgerüsts (2) beeinflussenden Gerüstdaten (G), immer bezogen auf das jeweilige Walzgerüst (2), mindestens eine der Größen mittlere Anstellung, Differenzanstellung zwischen Bedienseite und Antriebsseite, Walzenbiegung, axiale Walzenverschiebung, Walzenschliff, Walzenverschleiß und thermisches Profil umfassen.
  6. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass Materialeigenschaften, Seitenlage und Profil des Metallbandes (1) vor dem von dem Metallband (1) zuerst durchlaufenen Walzgerüst (2a) der Walzstraße vorgegeben werden.
  7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Materialeigenschaften und das Profil des Metallbandes (1) vor dem von dem Metallband (1) zuerst durchlaufenen Walzgerüst (2a) der Walzstraße als Funktionen über die Bandlänge des Metallbandes (1) vorgegeben werden.
  8. Computerprogramm, das Maschinencode (5) umfasst, der von einer Steuereinrichtung (3) für eine Walzstraße abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes (5) durch die Steuereinrichtung (3) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (3) die Walzstraße gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche betreibt.
  9. Steuereinrichtung für eine Walzstraße, wobei die Steuereinrichtung mit einem Computerprogramm (4) nach Anspruch 8 programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung die Walzstraße gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betreibt.
  10. Walzstraße zum Walzen eines Metallbandes (1),
    - wobei die Walzstraße mehrere Walzgerüste (2) aufweist,
    - wobei die Walzstraße eine Steuereinrichtung (3) aufweist, welche die Walzstraße gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betreibt.
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