WO2023088703A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines gewalzten metallbandes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines gewalzten metallbandes Download PDF

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WO2023088703A1
WO2023088703A1 PCT/EP2022/080914 EP2022080914W WO2023088703A1 WO 2023088703 A1 WO2023088703 A1 WO 2023088703A1 EP 2022080914 W EP2022080914 W EP 2022080914W WO 2023088703 A1 WO2023088703 A1 WO 2023088703A1
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WO
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measuring
metal strip
measuring point
flatness
cooling
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PCT/EP2022/080914
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English (en)
French (fr)
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Ingo Schuster
Stephan Schulze
Uwe Köppel
Kirill TOMAKOV
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Sms Group Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B21B37/44—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates using heating, lubricating or water-spray cooling of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2263/00—Shape of product
    • B21B2263/04—Flatness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/006—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B38/02—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring flatness or profile of strips
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    • B21B39/00—Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B39/02—Feeding or supporting work; Braking or tensioning arrangements, e.g. threading arrangements
    • B21B39/08—Braking or tensioning arrangements
    • B21B39/082—Bridle devices

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing a rolled metal strip, preferably a hot-rolled metal strip.
  • a general optimization goal for rolling a metal strip in a rolling mill, especially in a hot strip mill, is to maximize the flatness of the metal strip in order to ensure trouble-free further processing and the desired product quality.
  • the cooling of the rolled products following a hot rolling train can be influenced in a targeted manner, whereby for example the tendency for the metal strip to edge up and/or buckle can be influenced. If the metal strip is bent or arched too much, it may not be possible to correct this in a subsequent roller table or a straightening machine in order to ensure quality. The consequences are tape errors and an associated increased reject rate.
  • An object of the invention is to provide an improved device and an improved method for producing a rolled metal strip, in particular to improve the product quality and/or productivity.
  • the device according to the invention is used to produce rolled, in particular hot-rolled, metal strips, with all (hot) rolled flat products, including intermediate products such as slabs, heavy plate, finished plate and the like, collectively falling under the term “metal strip”.
  • Products made of a metal, in particular a metal alloy, preferably steel, are processed.
  • the device comprises a rolling train that is set up to deform the metal strip plastically by rolling during transport along a conveying direction.
  • the device is preferably part of a hot strip mill.
  • the rolling train preferably functions as a roughing train that is set up to roll a rolling stock, for example a slab coming from a continuous casting plant, into a heavy plate.
  • the rolling train can comprise one or more roll stands in the usual way, each of which is preferably designed as a four-roll stand (four-high roll stand), each comprising two parallel, opposite work rolls which form a roll gap, and two associated back-up rolls which are correspondingly connected to the Work rolls are in contact to support the work rolls.
  • the apparatus further comprises a cooling device with a variable cooling capacity, which is arranged downstream (i.e. downstream) of the rolling train and is arranged to cool the metal strip.
  • the cooling capacity of the cooling device is variable; the cooling capacity can preferably be regulated in sections along the cooling section defined by the cooling device.
  • the cooling device has one or more nozzle arrangements, each with a plurality of nozzles.
  • the nozzle arrangements define a continuous cooling section in which the metal strip is specifically cooled by applying a cooling medium, preferably water or a water mixture.
  • the nozzles are preferably set up to spray the cooling medium onto the metal strip, in particular the two strip surfaces.
  • the nozzles are suitably positioned and aligned in order to apply a variable amount of cooling medium to the metal strip.
  • the cooling characteristics can be influenced by adjusting the height of the nozzle arrangement(s) or by other technical means for manipulating the amount of coolant and/or coolant distribution.
  • the device also has a straightening machine which is arranged behind (ie downstream) the cooling device in the conveying direction and is set up to straighten the metal strip, ie to bend it into a desired shape, preferably to straighten it to improve flatness.
  • the straightening machine is preferably used to eliminate topological distortions, internal stresses or deformations in the metal strip, which can result from rolling processes, thermal and/or other loads, for example.
  • the metal strip runs through the straightening machine in the conveying direction, in which the material is preferably guided through a group of upper and lower straightening rollers and is plastically deformed by adjusting the straightening rollers accordingly.
  • the device also includes a first measuring point, arranged between the rolling train and the cooling device, with a flatness measuring device for measuring topological properties of the metal strip.
  • the topological properties in particular the profile or the flatness of the metal strip, are preferably measured without contact.
  • the device also includes a second measuring point, arranged between the cooling device and the straightening machine, with a further flatness measuring device for measuring topological properties of the metal strip.
  • the topological properties in particular the profile or the flatness of the metal strip, are also measured at the second measuring point, preferably without contact.
  • the device also includes a controller that is in communication with the rolling train, the cooling device, the straightening machine and with the first and second measuring point and is set up to receive topological information from the first and second measuring point and the rolling train and/or the cooling device and/or to control the straightening machine depending on the topological information received from the first and second measuring point.
  • information here includes both analog or digital data that has already been pre-processed by the measuring points and represents a measured variable, as well as pure measurement signals, the evaluation of which is carried out completely or partially in the controller.
  • the controller is in communication with the corresponding components of the device to be controlled and with the measuring points, i.e. corresponding probes/sensors. Communication can be wireless or wired, digital or analog. Furthermore, a data or signal exchange in only one direction is subsumed herein under the term "communication".
  • the control does not necessarily have to be implemented by a central computing device, but decentralized and/or multi-level and hierarchical systems, control networks, cloud systems and the like are included.
  • the controller can also be an integral part of a higher-level system controller or communicate with one.
  • the device allows verification of any deviations from the desired topology of the metal strip, in particular the flatness, and automatic correction in an in-line cooling and straightening process.
  • a manual flatness assessment by an operator can be omitted. This relieves the operating personnel and standardizes the process, which means that less expertise is required on site to use and operate the device.
  • the automation of the cooling and straightening process presented here contributes to an improvement in the quality of the rolling stock, in particular with regard to flatness.
  • the improvement of the flatness of the metal strip in the cooling process has an improvement in the homogeneity of the material properties throughout rolled plate result. Overall, the device enables a significant increase in the degree of automation.
  • the controller preferably implements a control circuit for controlling the rolling train and/or the cooling device and/or the straightening machine, the control circuit using the topological information received from the first and/or second measuring point as a reference variable.
  • a control circuit for controlling the rolling train and/or the cooling device and/or the straightening machine, the control circuit using the topological information received from the first and/or second measuring point as a reference variable.
  • Such an integral measurement and control structure allows the use of machine learning methods in the manufacturing process by processing the measured flatness values.
  • optimal adjustment values for the leveler can be derived automatically and straightening passes can be saved, which is important for the production of steel sheets from certain materials (e.g. TRIP steels or other steels with retained austenite) in order to stimulate the hardening process as little as possible after cooling in the cooling section .
  • the first measuring point preferably has a temperature measuring device for measuring a surface temperature of the metal strip and/or the second measuring point has a temperature measuring device for measuring a surface temperature of the metal strip.
  • the controller is also set up to receive temperature information from the first and/or second measuring point and to control the rolling train and/or the cooling device and/or the straightening machine depending on the temperature information received from the first and/or second measuring point, whereby the degree of automation and a self-sufficient, independent optimization of the device are further promoted.
  • the temperature measuring device(s) each have at least one temperature sensor.
  • the temperature measuring device(s) are preferably set up to detect the temperature in each case in the middle of the metal strip, seen in the width direction, and/or the temperature distribution over the width of the metal strip.
  • the temperature distribution in the width direction of the metal strip usually has a higher gradient than the strip profile, especially at the strip edges before cooling or also in central areas of the metal strip shortly after leaving the cooling section.
  • a temperature measuring device is preferably installed both in the first and in the second measuring point.
  • the temperature sensors preferably work without contact, for example implemented by an infrared line scanner. If the surface temperature of the metal strip is known at one or more points in the processing line, for example through other measurements or model calculations, temperature measuring devices can be dispensed with.
  • the control circuit of the controller if present, preferably uses the temperature information received from the first and/or second measuring point as a reference variable.
  • a straightening machine is preferably arranged between the rolling mill train and the first measuring device and is set up to straighten the metal strip, i.e. to bend it into a desired shape, preferably to straighten it to improve flatness.
  • the controller is also set up to control the device as a function of the topological information received from the first and second measuring points and, if applicable, temperature information.
  • the control of the pre-leveling machine can be included in the control loop of the controller, if available.
  • a pre-leveler integrated in this way contributes to the careful straightening of the metal strip, especially in the case of sensitive strip materials, by optimally distributing the mechanical load over the cooling process. Automatic adjustment of the process to a stable state and automatic optimization with regard to product quality and/or productivity is promoted.
  • a third measuring point is preferably arranged behind the straightening machine, with the third measuring point being a further flatness measuring device for measuring has topological properties of the metal strip and can also include a further temperature measuring device.
  • the controller is also in communication with the third measuring point and is set up to receive topological information and, if applicable, temperature information from the third measuring point and the rolling train and/or the cooling device and/or the straightening machine and/or the pre-straightening machine, if present , depending on the information received from the third measuring point.
  • the topological information and, if applicable, temperature information from the third measuring point can be included as a reference variable in the control loop of the controller, if available, whereby the result after the final straightening by the straightening machine is included in the control/regulation and thus improves the entire control or regulation loop becomes.
  • the flatness measuring device of the first measuring point and/or the flatness measuring device of the second measuring point and/or the flatness measuring device of the third measuring point each have a plurality of laser-based distance sensors that are mounted across a width direction of the metal strip, whereby the corresponding flatness measuring device sends distance values to the controller several measuring points as topological information.
  • the use of laser-based distance sensors allows a particularly precise and flexible measurement.
  • the surveying grid can be adapted to different circumstances, for example changed materials or dimensions of the metal strip, without a great deal of mechanical engineering effort. A number of tasks/optimizations can be performed on the software side without having to redesign the measuring point.
  • the distance sensors and, if applicable, temperature sensors of the measuring points are preferably mounted such that they can be adjusted spatially, for example, they can be slid on a rail and/or rotated, tilted, and the like. Particularly preferably, the distance sensors and optionally the temperature sensors can be manually or automatically adjusted or relocated at least in the width direction of the metal strip.
  • the controller is preferably set up to convert the received distance values of the several measuring points into relative height differences of the measuring points, to synchronize them with positions of the measuring points in a local coordinate system of the rolled strip to determine measuring tracks and to use the measuring tracks with a predefined function to determine a topological image of the metal strip to interpolate.
  • the basic idea of such processing of the topological data is based on the assumption that the shape of the metal strip can be described by a continuous and smooth function, preferably a polynomial function or spline function. In this way, the measuring points of the distance sensors can be further processed to produce a topological image of the metal strip that can be visualized and used in other ways.
  • the controller is preferably also set up to evaluate the topological image of the metal strip using self-learning algorithms and/or neural networks, which means that in addition to quantitative measurement results, qualitative statements can be made fully automatically and used for automated optimization of the overall process.
  • the controller is preferably set up to detect and correct topological defects, preferably flatness defects, from the topological information of the first and/or second and/or third measuring point, in particular using self-learning algorithms and/or neural networks.
  • a method for producing a rolled metal strip comprising: deforming the metal strip by rolling in a rolling train while the metal strip is being transported along a conveying direction; detecting topological properties of the metal strip formed by the rolling train by means of a flatness measuring device at a first measuring point; then cooling the metal strip by means of a cooling device with variable cooling capacity; Detecting topological properties of the through the cooling device cooled metal strip by means of a flatness measuring device at a second measuring point; then straightening the metal strip, preferably improving the flatness of the metal strip, by means of a straightening machine; receiving topological information from the first and second measurement site by a controller; and controlling the rolling train and/or the cooling device and/or the straightening machine as a function of the topological information received from the first and second measuring point.
  • the controller preferably implements a control loop, with the control controlling the rolling train and/or the cooling device and/or the leveler and/or pre-leveler, if present, with the data from the first and/or second measuring point and/or or third measuring point, if available, includes received topological information as a reference variable.
  • the first measuring point includes a temperature measuring device that detects a surface temperature of the metal strip before cooling by the cooling device
  • the second measuring point includes a temperature measuring device that detects a surface temperature of the metal strip after cooling by the cooling device
  • the controller in this case Receives temperature information from the first and/or second measuring point and controls the rolling train and/or the cooling device and/or the leveler and/or the pre-leveler, if present, depending on the temperature information received from the first and/or second measuring point.
  • the measurements of a possible third measuring point behind the straightening machine can be included.
  • the temperature information from one or more of the measuring points can act as a reference variable in a control loop of the controller.
  • the flatness measuring device of the first measuring point and/or the flatness measuring device of the second measuring point each comprise a plurality of laser-based distance sensors that are mounted across a width direction of the metal strip, as a result of which the corresponding flatness measuring device provides the controller with distance values at a number of measuring points as topological information.
  • the controller preferably carries out the following data processing: converting the received distance values of the plurality of measurement points into relative height differences of the measurement points; synchronizing the measurement with positions of the measurement points in a local coordinate system of the rolled strip to determine measurement tracks; and interpolating the measurement tracks with a predefined function to determine a topological image of the metal strip.
  • the controller preferably also evaluates the topological image using self-learning algorithms and/or neural networks.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device for producing a rolled metal strip
  • FIG. 2 shows a schematic view of a measuring point with a flatness and temperature measuring device.
  • the device 1 shows a device 1 for producing a rolled metal strip B.
  • the device 1 has a rolling train 10 with one or more roll stands 11 and a cooling/straightening device 20 for cooling and straightening the metal strip B, which is connected to the rolling train 10.
  • the device 1 is preferably part of a hot strip mill.
  • the metal strip B is transported along a conveying direction F through the rolling train 10 and the cooling/straightening device 20 .
  • Designations of spatial relations such as “before”, “behind”, “first”, “last”, “upstream”, “downstream”, “between”, “transverse” etc. refer to the conveying direction F.
  • the metal strip B is on transported in the usual way over a roller table 90 (see FIG. 2) and guided along the conveying direction F.
  • the metal strip B is used here as the rolling stock, with all intermediate products such as slabs, heavy plate, finished plate and the like collectively falling under the term “metal strip”.
  • the term “metal strip” also includes all metals and alloys in sheet form that are suitable for rolling, in particular steel and non-ferrous metals such as aluminum or nickel alloys.
  • the device 1 is particularly preferably used for steel sheet production, ie it can primarily be used on all steel sheets whose material properties are adjusted in an in-line continuous cooling process after the rolling process. However, the device 1 is also applicable to metal strips B that are not subject to an in-line continuous cooling process; in this case, it serves to improve profile and flatness regulation in the rolling process.
  • the roll stands 11 are preferably each designed as a four-high stand (four-high roll stand), comprising two parallel, opposite work rolls 11a, which form a roll gap, and two associated back-up rolls 11b, which are correspondingly in contact with the work rolls 11a in order to to support work rolls 11a.
  • the rolling train 10 preferably functions as a roughing train that is set up to roll a rolling stock, for example a slab coming from a continuous casting plant, into a heavy plate.
  • the heavy plate then passes through the cooling/levelling device 20, in which it is cooled and leveled to produce the desired flatness, and can then be finish-rolled to a desired final gauge in a finishing train (not shown).
  • the cooling/straightening device 20 comprises a cooling device 30 which has one or more nozzle arrangements 31 each with a plurality of nozzles 31a.
  • the nozzle arrangements 31 define a continuous cooling section in which the metal strip B is cooled in a targeted manner and which, apart from any measuring points/sensors, preferably begins immediately behind the rolling train 10 or behind a pre-leveling machine 40, as shown in the exemplary embodiment in FIG.
  • other units such as a descaler, a thermal insulation hood, shears and the like, can certainly also be installed.
  • the nozzle arrangements 31 comprise a fluid system with pump(s), distribution line(s), valve(s) and the like, not shown in detail in FIG. 1, around the nozzles 31a with a fluid cooling medium, preferably water or a water mixture.
  • the nozzles 31a are set up to spray the cooling medium onto the metal strip B, in particular the two strip surfaces.
  • the nozzles 31a are suitably positioned and aligned in order to apply a variable amount of cooling medium to the metal strip B, preferably controllable in sections along the cooling section and/or over the width of the cooling section.
  • the cooling characteristics can be influenced by adjusting the height of the nozzle arrangement(s) 31 or by other technical means for manipulating the amount of coolant and/or coolant distribution.
  • the cooling capacity can preferably be regulated by width masking and/or divided cooling units with adjustable water flows for inner and outer zones along the cooling section and/or across the width of the cooling section. In this way, it is possible to react extremely flexibly to any unevenness measured in the cooling section.
  • a straightening machine 50 is arranged behind the cooling device 30, which is set up to bend the metal strip B, in particular its profile in the width direction b (cf. FIG. 2), i.e. transversely to the conveying direction F, into a desired shape, in particular to optimize the flatness to straighten.
  • the leveling machine 50 and any pre-leveling machine 40 eliminate, for example, distortions, internal stresses or deformations on the metal strip B, which can result from rolling processes, thermal and/or other loads.
  • the metal strip B runs through the straightening machine(s) 40, 50, in which the material is guided through a group of upper and lower straightening rollers 41, 51 and is plastically deformed by adjusting the straightening rollers 41, 51 accordingly.
  • the cooling/straightening device 20 has at least two measuring points 60, 70 in order to be able to specifically control or regulate the cooling capacity in the cooling section and the straightening machine(s) 40, 50, as explained in detail below.
  • a first measuring point 60 is arranged in front of the cooling device 30, preferably between the pre-leveling machine 40 and the cooling device 30, and a second measuring point 70 is arranged behind the cooling device 30.
  • the measuring points 60, 70 each include at least one flatness measuring device 61, 71, which is explained further below with reference to FIG.
  • the measuring points 60, 70 also each have at least one temperature measuring device 62, 72 (cf. FIG. 2), it also being possible for the temperature measurement to be carried out by separate devices.
  • a third measuring point 80 with an analog structure can be installed behind the straightening machine 50 .
  • the device 1 also has a controller 100 which is set up to control and/or regulate the processing of the metal strip B, in particular the rolling, cooling and straightening process.
  • the controller 100 is in communication with the components of the device 1 to be controlled and/or regulated, as well as with the measuring points 60, 70, 80 and any other probes/sensors. Communication can be wireless or wired, digital or analog. Furthermore, a data or signal exchange in only one direction is subsumed herein under the term "communication".
  • the controller 100 does not necessarily have to be implemented by a central computing device, but rather includes decentralized and/or multi-level and hierarchical systems, control networks, cloud systems and the like.
  • the control 100 can also be an integral part of a higher-level system control or communicate with such.
  • a flatness measurement of the metal strip B takes place at least before and after the cooling section, defined by the cooling device 30, by means of the first and second measuring point 60, 70 instead.
  • a third measuring point 80 can be installed behind the straightening machine 50 .
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a measuring point 60, 70, 80 is shown in FIG.
  • the first and second measuring points 60, 70 and the optional third measuring point 80 are constructed essentially identically, so that the description of FIG. 2 does not differentiate between the first, second and third measuring points 60, 70, 80.
  • the measuring points 60, 70, 80 can also differ structurally depending on requirements.
  • the measuring point 60, 70, 80 has a flatness measuring device 61, 71, 81, which is set up to measure the profile of the metal strip B in the width direction b.
  • the flatness measuring device 61, 71, 81 preferably works without contact, in particular using laser-based distance sensors 61a, 71a, 81a.
  • seven distance sensors 61a, 71a, 81a are installed above the metal strip B. More or fewer distance sensors 61a, 71a, 81a can be installed as required.
  • the distance sensors 61a, 71a, 81a are mounted across the width of the roller table 90, preferably symmetrically to the middle of the roller table.
  • the statistical distribution of the rolled product widths can be used for the optimal positioning of the distance sensors 61a, 71a, 81a, in which the largest possible number of metal strips B is detected with a number of measuring tracks.
  • the distance sensors 61a, 71a, 81a have an absolute accuracy of about 1 mm at a maximum measuring frequency of 200 Hz, for example.
  • the distance to the surface of the metal strip B is determined by evaluating the phase shift of the reflected laser beam.
  • the measuring point 60, 70, 80 also has a temperature measuring device 62, 72, 82, each with at least one temperature sensor 62a, 72a, 82a.
  • the temperature measuring device 62, 72, 82 is preferably set up to Temperature in the middle of the metal strip B, seen in width direction b, and / or to detect the temperature distribution across the width of the metal strip B.
  • the temperature sensor 62a, 72a, 82a is preferably installed centrally with respect to the roller table 90.
  • the temperature distribution in the width direction b of the metal strip B generally has a higher gradient than the strip profile, in particular at the strip edges before cooling or also in central areas of the metal strip B shortly after leaving the cooling section.
  • a temperature measuring device 62, 72, 82 is preferably installed in all measuring points 60, 70, 80.
  • the temperature sensor 62a, 72a, 82a preferably works in a non-contact manner, for example implemented by an infrared line scanner, and is generally designed in such a way that it essentially determines the surface temperature of the metal strip B.
  • the temperature range of the temperature sensor 62a, 72a, 82a is, for example, in the range of 200° C. to 1500° C., and it measures, for example, at a frequency of up to 150 Hz for 1000 points over the scanned area. If the surface temperature of the metal strip B is known at one or more points in the processing line, for example through other measurements or model calculations, temperature measuring devices 62, 72, 82 in the measuring points 60, 70, 80 may be dispensed with.
  • the distance sensors 61a, 71a, 81a and temperature sensors 62a, 72a, 82a are preferably spatially adjustable, for example mounted on a rail 63, 73, 83 so that they can be moved.
  • the installation allows the distance sensors 61a, 71a, 81a and temperature sensors 62a, 72a, 82a to be manually or automatically displaced at least in the width direction of the roller table 90.
  • the distance sensors 61a, 71a, 81a and temperature sensors 62a, 72a, 82a are mounted (possibly via the rail 63, 73, 83) on a frame 64, 74, 84, which extends over the roller table 90 like a bridge.
  • the frame 64, 74, 84 is at a certain distance from the cooling section, defined by the cooling device 30, installed to avoid errors in measurement due to possible leaking coolant.
  • the frame 64, 74, 84 has, for example, a width of about 9 meters and a height of about 6 meters above the roller table level.
  • Controller 100 is responsible for evaluating and further processing the measurement signals from distance sensors 61a, 71a, 81a and temperature sensors 62a, 72a, 82a.
  • the first measuring point 60 is installed in front of the cooling device 30, preferably behind the pre-leveling machine 40, if present.
  • the flatness measuring device 61 and/or temperature measuring device 62 can be mounted on the pre-leveling machine 40 on the side of the cooling section via a carrier.
  • the first and second measuring point 60, 70 as well as the optional third measuring point 80 and a correspondingly designed control 100 enable a process-related integration of a flatness measurement into the in-line cooling and straightening process, as well as retrospectively into the profile and flatness control of the device 1 .
  • Any flatness defects can be detected automatically, including a classification of flatness defects, and can be corrected, preferably using machine learning or AI algorithms.
  • the optional third measuring point 80 allows an additional flatness measurement after the final straightening in order to check the straightening result and to improve the entire control or regulation loop.
  • the measured temperature and profile traces are stored, for example, in a database with a metal strip number, a time stamp, conveying speed and any other process parameters.
  • the flatness measurement requires more extensive data pre-processing, which is described in more detail below:
  • Flat products are not only evaluated and qualified according to quality parameters such as mechanical properties, surface defects and cross-section geometry, but also according to flatness.
  • the edge and medium waves are the most frequently registered errors.
  • the cause may be excessive residual stresses in the cross section, which can be caused by uneven expansion during the forming steps and also due to uneven cooling.
  • the flatness of the metal strip B can be influenced by changing the internal stress distribution.
  • straightening after the cooling process can eliminate any flatness errors; however, this can lead to a deterioration in the mechanical properties due to the hardening of the material.
  • the avoidance or reduction of internal stresses during cooling also poses an enormous challenge for the cooling technology.
  • the in-line measurement of the topology of the metal strip B presented here opens up the possibility of controlling and optimizing the forming processes in the rolling train 10, the cooling in the cooling device 30, the straightening in the straightening machines 40, 50 and any heat treatment with regard to the quality of the flatness.
  • a measuring point 60, 70, 80 comprises a plurality of distance sensors 61a, 71a, 81a, which are preferably mounted symmetrically to the center of the roller table 90 in accordance with the statistical distribution of the product widths over the roller table 90.
  • the statistical distribution serves for the optimal positioning of the distance sensors 61a, 71a, 81a, in which the largest possible number of different metal strips B can be detected with as many measuring tracks as possible over the strip width b.
  • the measurement preferably runs continuously, with the metal strip B to be measured moving under the flatness measuring device 61 , 71 , 81 .
  • the basic idea of such a structure is based on the assumption that the shape of the metal Iband B can be described by a continuous and smooth function.
  • the strength and thickness of the rolled products mean that the curvature function over the strip width b usually appears as a polynomial function or spline function of a smaller order.
  • a preferred method for measuring the flatness or topology of the metal strip B and processing the measurement data by the controller 100 comprises the following steps: a) measuring distances to the surface of the metal strip B at discrete positions over the strip width b using the distance sensors 61a, 71a, 81a; b) converting the distances into relative height differences of the measuring points; c) synchronizing the measurement with positions of the measurement points in a local coordinate system of the rolled strip B via the position of the rolled strip B relative to the position of the flatness measuring device 61, 71, 81 for determining measuring tracks; d) interpolating the measurement traces with a predefined function to determine a topological image or another measure of the flatness and optionally visualizing the image or the flatness; e) Optional storage of the topological image in the form of an image for classification using self-learning algorithms, preferably using neural networks with several intermediate layers (“deep learning” algorithms) in order to be able to make fully automatic qualitative statements in addition to quantitative measurement results
  • the data processing of the measured distances can be carried out fully automatically and by using statistical methods, for example the so-called “Gaussian Mixture Models” (GMM method).
  • GMM method Gaussian Mixture Models
  • the statistical processing of the measurement data can be used to assess the quality of the measurements, for example taking into account the variance of the distribution, and can thus be used synergistically as an indicator for the state of the measuring point(s) 60, 70, 80, which, for example, indicates the need for a Cleaning and/or repairing the distance sensors 61a, 71, 81a and temperature sensors 62a, 72a, 82a.
  • the controller 100 preferably implements a control loop that uses the temperature and profile data obtained in this way as reference variable(s) for automated straightening and/or cooling.
  • the device 1 presented here and the method for producing a rolled metal strip B allow verification of any deviations from the flatness of the metal strip B that occur during the in-line cooling and straightening process. This enables optimization of the cooling strategies to reduce flatness deviations in the metal strip B on the basis of statistical analysis and correlations of process settings and flatness values determined.
  • the flatness measurements carried out in this way can be fed into the system automation of the cooling device 30, straightening machine(s) 40, 50, rolling train 10 and any profile and flatness control of a finishing rolling stand.
  • the integral measurement and control structure allows the use of machine learning methods in the manufacturing process by processing the measured flatness values.
  • setting values for the leveling machine(s) 40, 50 can be derived automatically and leveling passes can be saved, which is important for the production of steel sheets from certain materials (e.g. TRIP steels or other steels with retained austenite) in order to start the hardening process after cooling to stimulate as little as possible in the cooling section. This also applies, for example, to pipe steels with specific yield point/tensile strength ratios.
  • a manual flatness assessment by an operator can be omitted. This relieves the operating personnel and standardizes the process, which means that less expertise is required to use and operate the device 1 .
  • the automation of the cooling and straightening process presented here contributes to an improvement in the quality of the rolling stock, in particular with regard to flatness.
  • the improvement in the flatness of the metal strip B in the cooling process results in an improvement in the homogeneity of the material properties throughout the rolled plate.
  • the automation of the cooling and straightening process also contributes to improving the reliability and durability of the device 1, for example by reducing the risk of damage to the straightening rollers 41, 51 through correct adjustment of the front rollers 41, 51 of the Leveler(s) 40, 50 based on information about the shape of the metal strip head.

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Abstract

Seite 31 Zusammenfassung Vorrichtung (1) und Verfahren zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes (B), vorzugsweise eines warmgewalzten Metallbandes (B), wobei die Vorrichtung (1) aufweist: eine Walzstraße (10), die eingerichtet ist, um das Metallband (B) während 5 eines Transports entlang einer Förderrichtung (F) durch Walzen plastisch umzuformen; eine Kühleinrichtung (30) mit variabler Kühlleistung, die in Förderrichtung (F) hinter der Walzstraße (10) angeordnet und eingerichtet ist, um das Metallband (B) zu kühlen; eine Richtmaschine (50), die in Förderrichtung (F) hinter der Kühleinrichtung (30) angeordnet und eingerichtet ist, um das Metallband (B) in eine 10 gewünschte Form zu biegen, vorzugsweise zur Verbesserung der Planheit zu begradigen; eine erste Messstelle (60), angeordnet zwischen der Walzstraße (10) und der Kühleinrichtung (30), mit einer Planheitsmesseinrichtung (61) zur Vermessung topologischer Eigenschaften des Metallbandes (B); eine zweite Messstelle (70), angeordnet zwischen der Kühleinrichtung (30) und der Richtmaschine (50), mit einer 15 weiteren Planheitsmesseinrichtung (71) zur Vermessung topologischer Eigenschaften des Metallbandes (B); und eine Steuerung (100), die mit der Walzstraße (10), der Kühleinrichtung (30), der Richtmaschine (50) sowie mit der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um topologische Informationen von der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) zu empfangen und die 20 Walzstraße (10) und/oder die Kühleinrichtung (30) und/oder die Richtmaschine (50) in Abhängigkeit der von der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen topologischen Informationen anzusteuern. [Fig. 1]25

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes, vorzugsweise eines warmgewalzten Metallbandes.
Hintergrund der Erfindung
Ein generelles Optimierungsziel für das Walzen eines Metallbandes in einer Walzstraße, insbesondere in einer Warmbandstraße, ist die Maximierung der Planheit des Metallbandes, um eine störungsfreie Weiterverarbeitung und die gewünschte Produktqualität zu gewährleisten. Zu diesem Zweck kann die Kühlung der Walzprodukte im Anschluss an eine Warmwalzstraße gezielt beeinflusst werden, wodurch beispielsweise die Neigung zum Aufkanten und/oder Aufwölben des Metallbandes beeinflussbar ist. Bei einer zu starken Aufkantung oder Aufwölbung des Metallbandes ist dieses möglicherweise in einem nachfolgenden Rollgang oder einer Richtmaschine nicht qualitätssichernd korrigierbar. Die Folgen sind Bandfehler und ein damit verbundener erhöhter Ausschuss.
Herkömmliche Anordnungen von Warmbandstraßen umfassen im Anschluss an die Walzgerüste eine In-Line-Kühlanlage und eine Richtmaschine. Ist in dieser Prozessstrecke keine Planheitsmessung vorgesehen, so erfolgt der Richtprozess außerhalb der Prozessstrecke im Wesentlichen manuell durch eine Bedienperson.
Die Messung der Band-/Blechebenheit ist zumeist ein separater Prozessschritt, bei dem das Blech auf einem speziellen Tisch positioniert und vermessen wird, wodurch die Messung viel Zeit in Anspruch nimmt. Eine solche Planheitsmessung vor einem etwaigen Richtvorgang steht einer Erhöhung der Produktivität des Walzwerkes entgegen. Aus diesem Grund sind Technologien zur Erhöhung des Automatisierung im Kühl- /und Richtprozesses von warmgewalzten Metallbändern Gegenstand aktueller Forschung und Entwicklung. So beschreibt die DE 10 2013 214 344 A1 eine Kühlstrecke zum Kühlen warmgewalzter Metallbänder. Zur Verbesserung der Planheit des Metallbandes nach Verlassen der Kühlstrecke wird hierin vorgeschlagen, eine Planheitsmesseinrichtung zum Messen der Ist-Planheit des Metallbandes zwischen einem ersten und einem zweiten Kühlabschnitt zu installieren. Ein Richtsystem mit einer Planheitsmessung im Anschluss an die Kühlung warmgewalzter Metallbänder geht aus der US 10,994,316 B2 hervor.
Trotz Planheitsmessung in der Warmbandstraße können manuelle Eingriffe weiterhin erforderlich sein, die einer weiteren Verbesserung der Produktivität entgegenstehen und schwankende Produktqualitäten, beispielsweise abhängig von der Erfahrung der Bedienperson, zur Folge haben.
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes bereitzustellen, insbesondere die Produktqualität und/oder Produktivität zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Herstellung von gewalzten, insbesondere warmgewalzten Metallbändern, wobei sämtliche (warm)gewalzte Flacherzeugnisse, umfassend Zwischenprodukte wie etwa Bramme, Grobblech, Fertigblech und dergleichen gemeinsam unter die Bezeichnung „Metallband“ fallen. Verarbeitet werden Produkte aus einem Metall, insbesondere einer Metalllegierung, vorzugsweise Stahl. Die Vorrichtung umfasst eine Walzstraße, die eingerichtet ist, um das Metallband während eines Transports entlang einer Förderrichtung durch Walzen plastisch umzuformen. Die Vorrichtung ist vorzugsweise Bestandteil einer Warmbandstraße. Die Walzstraße fungiert vorzugsweise als Vorstraße, die eingerichtet ist, um ein Walzgut, beispielsweise eine aus einer Stranggießanlage kommende Bramme, zu einem Grobblech zu walzen.
Die Walzstraße kann auf übliche Weise ein oder mehrere Walzgerüste umfassen, die vorzugsweise jeweils als Vierwalzen-Gerüst (Quarto-Walzgerüst) konzipiert sind, umfassend jeweils zwei parallel verlaufende, gegenüberliegende Arbeitswalzen, die einen Walzspalt ausbilden, sowie zwei zugehörige Stützwalzen, die entsprechend mit den Arbeitswalzen in Kontakt stehen, um die Arbeitswalzen zu stützen.
Die Vorrichtung weist ferner eine Kühleinrichtung mit variabler Kühlleistung auf, die in Förderrichtung hinter (d.h. stromabwärts) der Walzstraße angeordnet und eingerichtet ist, um das Metallband zu kühlen.
Die Kühlleistung der Kühleinrichtung ist variabel, vorzugsweise ist die Kühlleistung abschnittsweise entlang der durch die Kühleinrichtung definierten Kühlstrecke regulierbar. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Kühleinrichtung eine oder mehrere Düsenanordnungen mit jeweils mehreren Düsen aufweist. Die Düsenanordnungen definieren eine Durchlaufkühlstrecke, in der das Metallband durch Applizieren eines Kühlmediums, vorzugsweise Wasser oder ein Wassergemisch, gezielt abgekühlt wird. Die Düsen sind vorzugsweise eingerichtet, um das Kühlmedium auf das Metallband, insbesondere die beiden Bandflächen, zu sprühen. Die Düsen sind zu diesem Zweck geeignet positioniert und ausgerichtet, um das Metallband mit einer variierbaren Menge an Kühlmedium zu beaufschlagen. Alternativ oder zusätzlich zur Variation der durch die Düsen abgebbaren Kühlmittelmenge kann die Kühlcharakteristik durch eine Höhenverstellung der Düsenanordnung(en) oder durch andere technische Mittel zur Manipulation der Kühlmittelmenge und/oder Kühlmittelverteilung beeinflusst werden. Die Vorrichtung weist ferner eine Richtmaschine auf, die in Förderrichtung hinter (d.h. stromabwärts) der Kühleinrichtung angeordnet und eingerichtet ist, um das Metallband zu richten, d.h. in eine gewünschte Form zu biegen, vorzugsweise zur Verbesserung der Planheit zu begradigen.
Die Richtmaschine dient vorzugsweise zur Beseitigung von topologischen Verwerfungen, inneren Spannungen oder Verformungen am Metallband, die beispielsweise aus Walzprozessen, thermischen und/oder anderen Belastungen herrühren können. Zu diesem Zweck durchläuft das Metallband die Richtmaschine in Förderrichtung, worin das Material vorzugsweise durch eine Gruppe von oberen und unteren Richtrollen hindurchgeführt und dabei durch eine entsprechende Anstellung der Richtrollen plastisch umgeformt wird.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine erste Messstelle, angeordnet zwischen der Walzstraße und der Kühleinrichtung, mit einer Planheitsmesseinrichtung zur Vermessung topologischer Eigenschaften des Metallbandes. Die Vermessung der topologischen Eigenschaften, insbesondere des Profils oder der Planheit des Metallbandes, erfolgt vorzugsweise berührungslos.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine zweite Messstelle, angeordnet zwischen der Kühleinrichtung und der Richtmaschine, mit einer weiteren Planheitsmesseinrichtung zur Vermessung topologischer Eigenschaften des Metallbandes. Auch im Rahmen der zweiten Messstelle erfolgt die Vermessung der topologischen Eigenschaften, insbesondere des Profils oder der Planheit des Metallbandes, vorzugsweise berührungslos.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuerung, die mit der Walzstraße, der Kühleinrichtung, der Richtmaschine sowie mit der ersten und zweiten Messstelle in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um topologische Informationen von der ersten und zweiten Messstelle zu empfangen und die Walzstraße und/oder die Kühleinrichtung und/oder die Richtmaschine in Abhängigkeit der von der ersten und zweiten Messstelle empfangenen topologischen Informationen anzusteuern. Die Bezeichnung „Informationen“ umfasst hierin sowohl analoge oder digitale Daten, die von den Messstellen bereits vorverarbeitet sind und eine Messgröße repräsentieren, als auch reine Messsignale, deren Auswertung vollständig oder teilweise erst in der Steuerung erfolgt.
Die Steuerung steht mit den entsprechenden anzusteuernden Komponenten der Vorrichtung sowie mit den Messstellen, d.h. entsprechenden Sonden/Sensoren, in Kommunikation. Die Kommunikation kann drahtlos oder drahtgebunden, digital oder analog erfolgen. Ferner wird ein Daten- oder Signalaustausch in nur einer Richtung hierin unter die Bezeichnung „Kommunikation“ subsumiert. Die Steuerung muss nicht unbedingt durch eine zentrale Recheneinrichtung realisiert sein, sondern es sind dezentrale und/oder mehrstufige sowie hierarchische Systeme, Regelungsnetzwerke, Cloud-Systeme und dergleichen umfasst. Die Steuerung kann zudem integraler Bestandteil einer übergeordneten Anlagensteuerung sein oder mit einer solchen kommunizieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass Bezeichnungen räumlicher Relationen wie „vor“, „hinter“, „erste“, „letzte“, „stromaufwärts“, „stromabwärts“, „zwischen“, „quer“ usw. sich hierin in der Regel auf die Förderrichtung des Metallbandes beziehen; sie sind durch den bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung eindeutig definiert.
Die Vorrichtung erlaubt eine Verifizierung etwaiger entstehender Abweichungen von der gewünschten Topologie des Metallbandes, insbesondere von der Planheit, und eine automatische Korrektur in einem In-Line-Kühl- und Richtprozess. Eine manuelle Planheitsbewertung durch eine Bedienperson kann entfallen. Dies führt zu einer Entlastung des Bedienpersonals sowie einer Standardisierung des Prozesses, wodurch zur Anwendung und Bedienung der Vorrichtung weniger Expertise vor Ort erforderlich ist. Ferner trägt die hierin dargelegte Automatisierung des Kühl- und Richtprozesses zu einer Qualitätsverbesserung des Walzgutes bei, insbesondere hinsichtlich Planheit. Die Verbesserung der Planheit des Metallbandes im Kühlprozess hat eine Verbesserung der Homogenität der Werkstoffeigenschaften in der gesamten Walztafel zur Folge. Insgesamt ermöglicht die Vorrichtung eine deutliche Erhöhung des Automatisierungsgrads.
Vorzugsweise implementiert die Steuerung einen Regelkreis zur Regelung der Walzstraße und/oder der Kühleinrichtung und/oder der Richtmaschine, wobei der Regelkreis die von der ersten und/oder zweiten Messstelle empfangenen topologischen Informationen als Führungsgröße anwendet. Eine solche integrale Mess- und Regelungsstruktur erlaubt die Anwendung maschineller Lernverfahren im Herstellungsprozess durch Verarbeitung der Planheitsmesswerte. Ferner lassen sich automatisch optimale Anstellwerte für die Richtmaschine ableiten sowie Richtstiche einsparen, was für die Herstellung von Stahlblechen aus bestimmten Materialien (beispielsweise TRIP-Stähle oder andere Stähle mit Restaustenit) von Bedeutung ist, um den Verfestigungsprozess nach der Abkühlung in der Kühlstrecke möglichst wenig anzuregen.
Vorzugsweise weist die erste Messstelle eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Oberflächentemperatur des Metallbandes und/oder die zweite Messstelle eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Oberflächentemperatur des Metallbandes auf. In diesem Fall ist die Steuerung ferner eingerichtet, um Temperaturinformationen von der ersten und/oder zweiten Messstelle zu empfangen und die Walzstraße und/oder die Kühleinrichtung und/oder die Richtmaschine in Abhängigkeit der von der ersten und/oder zweiten Messstelle empfangenen Temperaturinformationen anzusteuern, wodurch der Automatisierungsgrad und eine autarke, selbstständige Optimierung der Vorrichtung weiter gefördert werden.
Die Temperaturmesseinrichtung(en) weisen jeweils zumindest einen Temperatursensor auf. Die Temperaturmesseinrichtung(en) sind vorzugsweise eingerichtet, um die Temperatur jeweils in der Mitte des Metallbandes, in Breitenrichtung gesehen, und/oder die Temperaturverteilung über die Breite des Metallbandes zu detektieren. Die Temperaturverteilung in Breitenrichtung des Metallbandes hat in der Regel einen höheren Gradienten als das Bandprofil, insbesondere an den Bandkanten vor der Abkühlung oder auch in mittigen Bereichen des Metallbandes kurz nach dem Verlassen der Kühlstrecke. Somit ist eine Temperaturmesseinrichtung vorzugsweise sowohl in der ersten als auch der zweiten Messstelle installiert.
Die Temperatursensoren arbeiten vorzugsweise berührungslos, beispielsweise realisiert durch einen Infrarot-Zeilenscanner. Sofern die Oberflächentemperatur des Metallbandes an einem oder mehreren Punkten in der Verarbeitungsstraße bekannt ist, etwa durch anderweitige Messung oder Modellrechnung, kann auf Temperaturmesseinrichtungen gegebenenfalls verzichtet werden.
Vorzugsweise wendet der Regelkreis der Steuerung, sofern vorhanden, die von der ersten und/oder zweiten Messstelle empfangenen Temperaturinformationen als Führungsgröße an.
Vorzugsweise ist ferner eine Vorrichtmaschine zwischen der Walzstraße und der ersten Messeinrichtung angeordnet und eingerichtet, um das Metallband zu richten, d.h. in eine gewünschte Form zu biegen, vorzugsweise zur Verbesserung der Planheit zu begradigen. In diesem Fall ist die Steuerung ferner eingerichtet, um die Vorrichtmaschine in Abhängigkeit der von der ersten und zweiten Messstelle empfangenen topologischen Informationen und gegebenenfalls Temperaturinformationen anzusteuern. Des Weiteren kann die Ansteuerung der Vorrichtmaschine in den Regelkreis der Steuerung, sofern vorhanden, einbezogen werden. Eine so integrierte Vorrichtmaschine trägt zum schonenden begradigen des Metallbandes, insbesondere für den Fall empfindlicher Bandmaterialen, bei, indem die mechanische Belastung optimal über den Kühlprozess verteilt werden kann. Eine automatische Einregelung des Prozesses in einen stabilen Zustand und eine automatische Optimierung bezüglich Produktqualität und/oder Produktivität wird gefördert.
Vorzugsweise ist eine dritte Messstelle hinter der Richtmaschine angeordnet, wobei die dritte Messstelle eine weitere Planheitsmesseinrichtung zur Vermessung topologischer Eigenschaften des Metallbandes aufweist und ferner eine weitere Temperaturmesseinrichtung umfassen kann. In diesem Fall steht die Steuerung ebenfalls mit der dritten Messstelle in Kommunikation und ist eingerichtet, um topologische Informationen und gegebenenfalls Temperaturinformationen von der dritten Messstelle zu empfangen und die Walzstraße und/oder die Kühleinrichtung und/oder die Richtmaschine und/oder die Vorrichtmaschine, sofern vorhanden, in Abhängigkeit der von der dritten Messstelle empfangenen Informationen anzusteuern. Des Weiteren können die topologischen Informationen und gegebenenfalls Temperaturinformationen der dritten Messstelle als Führgröße in den Regelkreis der Steuerung, sofern vorhanden, einbezogen werden, wodurch das Ergebnis nach dem Endrichten durch die Richtmaschine in die Steuerung/Regelung einbezogen und somit der gesamte Steuer- oder Regelkreis verbessert wird.
Vorzugsweise weist die Planheitsmesseinrichtung der ersten Messstelle und/oder die Planheitsmesseinrichtung der zweiten Messstelle und/oder die Planheitsmesseinrichtung der dritten Messstelle, sofern vorhanden, jeweils mehrere laserbasierte Abstandssensoren auf, die über eine Breitenrichtung des Metallbandes montiert sind, wodurch die entsprechende Planheitsmesseinrichtung der Steuerung Abstandswerte an mehreren Messpunkten als topologische Informationen bereitstellt. Die Verwendung von laserbasierten Abstandssensoren erlaubt eine besonders genaue und flexible Vermessung. Das Vermessungsgitter lässt sich ohne großen maschinenbaulichen Aufwand an unterschiedliche Gegebenheiten, beispielsweise geänderte Materialien oder Abmessungen des Metallbandes, anpassen. Eine Reihe von Aufgaben/Optimierungen lassen sich softwareseitig ausführen, ohne dass eine Neukonzeption der Messstelle erforderlich ist.
Die Abstandssensoren sowie gegebenenfalls Temperatursensoren der Messstellen sind vorzugsweise räumlich verstellbar montiert, beispielsweise verschiebbar auf einer Schiene und/oder drehbar, kippbar und dergleichen. Besonders bevorzugt sind die Abstandssensoren sowie gegebenenfalls Temperatursensoren zumindest in Breitenrichtung des Metallbandes manuell oder automatisch verstellbar bzw. versetzbar. Vorzugsweise ist die Steuerung eingerichtet, um die empfangenen Abstandswerte der mehreren Messpunkte in relative Höhenunterschiede der Messpunkte umzurechnen, mit Positionen der Messpunkte in einem lokalen Koordinatensystem des Walzbandes zur Ermittlung von Messspuren zu synchronisieren und die Messspuren mit einer vordefinierten Funktion zur Ermittlung eines topologischen Abbilds des Metallbandes zu interpolieren. Die grundlegende Idee einer solchen Verarbeitung der topologischen Daten beruht auf der Annahme, dass die Form des Metallbandes durch eine stetige und glatte Funktion, vorzugsweise eine polynominale Funktion oder Splinefunktion, beschreibbar ist. Auf diese Weise können die Messpunkte der Abstandssensoren zur Herstellung eines visualisierbaren und anderweitig verwendbaren topologischen Abbilds des Metallbandes weiterverarbeitet werden.
Vorzugsweise ist die Steuerung ferner eingerichtet, um das topologische Abbild des Metallbandes durch selbstlernende Algorithmen und/oder neuronale Netze auszuwerten, wodurch zusätzlich zu quantitativen Messergebnissen qualitative Aussagen vollautomatisch getroffen und zur automatisierten Optimierung des Gesamtprozesses genutzt werden können.
Aus dem gleichen Grund ist die Steuerung vorzugsweise eingerichtet, um topologische Defekte, vorzugsweise Planheitsdefekte, aus den topologischen Informationen der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messstelle zu erfassen und zu korrigieren, insbesondere unter Anwendung selbstlernender Algorithmen und/oder neuronaler Netze.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes, vorzugsweise eines warmgewalzten Metallbandes, gelöst, wobei das Verfahren umfasst: Umformen des Metallbandes durch Walzen in einer Walzstraße während eines Transports des Metallbandes entlang einer Förderrichtung; Detektieren topologischer Eigenschaften des durch die Walzstraße umgeformten Metallbandes mittels einer Planheitsmesseinrichtung einer ersten Messstelle; anschließend Kühlen des Metallbandes mittels einer Kühleinrichtung mit variabler Kühlleistung; Detektieren topologischer Eigenschaften des durch die Kühleinrichtung gekühlten Metallbandes mittels einer Planheitsmesseinrichtung einer zweiten Messstelle; anschließend Richten des Metallbandes, vorzugsweise Verbessern der Planheit des Metallbandes, mittels einer Richtmaschine; Empfangen topologischer Informationen von der ersten und zweiten Messstelle durch eine Steuerung; und Ansteuern der Walzstraße und/oder der Kühleinrichtung und/oder der Richtmaschine in Abhängigkeit der von der ersten und zweiten Messstelle empfangenen topologischen Informationen.
Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
So implementiert die Steuerung aus den oben genannten Gründen vorzugsweise einen Regelkreis, wobei die Ansteuerung eine Regelung der Walzstraße und/oder der Kühleinrichtung und/oder der Richtmaschine und/oder Vorrichtmaschine, sofern vorhanden, mit den von der ersten und/oder zweiten Messstelle und/oder dritten Messstelle, sofern vorhanden, empfangenen topologischen Informationen als Führungsgröße umfasst.
Vorzugsweise umfasst die erste Messstelle eine Temperaturmesseinrichtung, die eine Oberflächentemperatur des Metallbandes vor der Kühlung durch die Kühleinrichtung detektiert, und/oder umfasst die zweite Messstelle eine Temperaturmesseinrichtung, die eine Oberflächentemperatur des Metallbandes nach der Kühlung durch die Kühleinrichtung detektiert, wobei die Steuerung in diesem Fall Temperaturinformationen von der ersten und/oder zweiten Messstelle empfängt und die Walzstraße und/oder die Kühleinrichtung und/oder die Richtmaschine und/oder die Vorrichtmaschine, sofern vorhanden, in Abhängigkeit der von der ersten und/oder zweiten Messstelle empfangenen Temperaturinformationen ansteuert. Analog können die Messungen einer etwaigen dritten Messstelle hinter der Richtmaschine einbezogen werden. Ferner können die Temperaturinformationen einer oder mehrerer der Messstellen als Führungsgröße in einem Regelkreis der Steuerung fungieren. Vorzugsweise umfassen die Planheitsmesseinrichtung der ersten Messstelle und/oder die Planheitsmesseinrichtung der zweiten Messstelle jeweils mehrere laserbasierte Abstandssensoren, die über eine Breitenrichtung des Metallbandes montiert sind, wodurch die entsprechende Planheitsmesseinrichtung der Steuerung Abstandswerte an mehreren Messpunkten als topologische Informationen bereitstellt. In diesem Fall führt die Steuerung aus den oben genannten Gründen vorzugsweise die folgende Datenverarbeitung durch: Umrechnen der empfangenen Abstandswerte der mehreren Messpunkte in relative Höhenunterschiede der Messpunkte; Synchronisieren der Messung mit Positionen der Messpunkte in einem lokalen Koordinatensystem des Walzbandes zur Ermittlung von Messspuren; und Interpolieren der Messspuren mit einer vordefinierten Funktion zur Ermittlung eines topologischen Abbilds des Metallbandes.
Vorzugsweise wertet die Steuerung ferner das topologische Abbild durch selbstlernende Algorithmen und/oder neuronale Netze aus.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, sofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes; und Figur 2 eine schematische Ansicht einer Messstelle mit Planheits- und T emperaturmesseinrichtung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes B. Die Vorrichtung 1 weist eine Walzstraße 10 mit einem oder mehreren Walzgerüsten 11 und einer sich an die Walzstraße 10 anschließenden Kühl-/Richtvorrichtung 20 zum Kühlen und Richten des Metallbandes B auf. Die Vorrichtung 1 ist vorzugsweise Bestandteil einer Warmbandstraße.
Das Metallband B wird während der Verarbeitung entlang einer Förderrichtung F durch die Walzstraße 10 sowie die Kühl-/Richtvorrichtung 20 transportiert. Hierbei beziehen sich Bezeichnungen räumlicher Relationen wie „vor“, „hinter“, „erste“, „letzte“, „stromaufwärts“, „stromabwärts“, „zwischen“, „quer“ usw. auf die Förderrichtung F. Das Metallband B wird auf übliche Weise über einen Rollgang 90 (vgl. Figur 2) transportiert und entlang der Förderrichtung F geführt.
Als Walzgut sei hierin das Metallband B herangezogen, wobei sämtliche Zwischenprodukte wie etwa Bramme, Grobblech, Fertigblech und dergleichen gemeinsam unter die Bezeichnung „Metallband“ fallen. Ferner umfasst die Bezeichnung „Metallband“ sämtliche für das Walzen geeignete Metalle und Legierungen in Blechform, insbesondere Stahl und NE-Metalle, wie etwa Alu- oder Nickellegierungen. Die Vorrichtung 1 dient besonders bevorzugt zur Stahlblechherstellung, d.h. sie ist vorrangig anwendbar auf alle Stahlbleche, deren Werkstoffeigenschaften in einem In- Line-Durchlaufkühlprozess nach dem Walzprozess eingestellt werden. Die Vorrichtung 1 ist jedoch ebenfalls anwendbar auf Metall bänder B, die keinem In-Line- Durchlaufkühlprozess unterliegen; sie dient in diesem Fall der Verbesserung einer Profil- und Planheitsregulierung im Walzprozess.
Die Walzgerüste 11 sind vorzugsweise jeweils als Vierwalzen-Gerüst (Quarto- Walzgerüst) konzipiert, umfassend zwei parallel verlaufende, gegenüberliegende Arbeitswalzen 11a, die einen Walzspalt ausbilden, sowie zwei zugehörige Stützwalzen 11 b, die entsprechend mit den Arbeitswalzen 11a in Kontakt stehen, um die Arbeitswalzen 11a zu stützen.
Die Walzstraße 10 fungiert vorzugsweise als Vorstraße, die eingerichtet ist, um ein Walzgut, beispielsweise eine aus einer Stranggießanlage kommende Bramme, zu einem Grobblech zu walzen. Das Grobblech durchläuft anschließend die Kühl- /Richtvorrichtung 20, in der es gekühlt und zur Herstellung der gewünschten Planheit gerichtet wird, und kann im Anschluss in einer nicht gezeigte Fertigstraße auf eine gewünschte Enddicke fertiggewalzt werden.
Die Kühl-/Richtvorrichtung 20 umfasst eine Kühleinrichtung 30, die eine oder mehrere Düsenanordnungen 31 mit jeweils mehreren Düsen 31a aufweist. Die Düsenanordnungen 31 definieren eine Durchlaufkühlstrecke, in der das Metallband B gezielt abgekühlt wird und die abgesehen von etwaigen Messstellen/Sensoren vorzugsweise unmittelbar hinter der Walzstraße 10 oder hinter einer Vorrichtmaschine 40, wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1 dargestellt, beginnt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass durchaus auch weitere Aggregate, wie etwa ein Entzunderer, eine Wärmedämmhaube, eine Schere und dergleichen, installiert sein können.
Die Düsenanordnungen 31 umfassen ein Fluidsystem mit Pumpe(n), Verteilungsleitung(en), Ventil(en) und dergleichen, in der Figur 1 nicht näher dargestellt, um die Düsen 31a mit einem fluiden Kühlmedium, vorzugsweise Wasser oder ein Wassergemisch, zu versorgen. Die Düsen 31a sind eingerichtet, um das Kühlmedium auf das Metallband B, insbesondere die beiden Bandflächen, zu sprühen. Die Düsen 31a sind zu diesem Zweck geeignet positioniert und ausgerichtet, um das Metallband B mit einer variierbaren Menge an Kühlmedium, vorzugsweise abschnittsweise entlang der Kühlstrecke und/oder über die Breite der Kühlstrecke steuerbar, zu beaufschlagen. Alternativ oder zusätzlich zur Variation der durch die Düsen 31a abgebbaren Kühlmittelmenge kann die Kühlcharakteristik durch eine Höhenverstellung der Düsenanordnung(en) 31 oder durch andere technische Mittel zur Manipulation der Kühlmittelmenge und/oder Kühlmittelverteilung beeinflusst werden.
Vorzugsweise ist die Kühlleistung durch Breitenmaskierung und/oder geteilte Kühleinheiten mit einstellbaren Wasserflüssen für innere und äußere Zonen entlang der Kühlstrecke und/oder über die Breite der Kühlstrecke regulierbar. Auf diese Weise kann höchst flexibel auf etwaige gemessene Unplanheiten in der Kühlstrecke reagiert werden.
Hinter der Kühleinrichtung 30 ist eine Richtmaschine 50 angeordnet, die eingerichtet ist, um das Metallband B, insbesondere dessen Profil in Breitenrichtung b (vgl. Figur 2), d.h. quer zur Förderrichtung F, in eine gewünschte Form zu biegen, insbesondere zur Optimierung der Planheit zu begradigen. Dies gilt gleichermaßen für die optionale Vorrichtmaschine 40. Die Richtmaschine 50 sowie die etwaige Vorrichtmaschine 40 beseitigen beispielsweise Verwerfungen, innere Spannungen oder Verformungen am Metallband B, die aus Walzprozessen, thermischen und/oder anderen Belastungen herrühren können. Zu diesem Zweck durchläuft das Metallband B die Richtmaschine(n) 40, 50, worin das Material durch eine Gruppe von oberen und unteren Richtrollen 41 , 51 hindurchgeführt und dabei durch eine entsprechende Anstellung der Richtrollen 41 , 51 plastisch umgeformt wird.
Um die Kühlleistung in der Kühlstrecke sowie die Richtmaschine(n) 40, 50 gezielt steuern oder regeln zu können, wie nachstehend im Detail erläutert, weist die Kühl- /Richtvorrichtung 20 zumindest zwei Messstellen 60, 70 auf. Eine erste Messstelle 60 ist vor der Kühleinrichtung 30 angeordnet, vorzugsweise zwischen der Vorrichtmaschine 40 und der Kühleinrichtung 30, und eine zweite Messstelle 70 ist hinter der Kühleinrichtung 30 angeordnet. Die Messstellen 60, 70 umfassen zumindest jeweils eine Planheitsmesseinrichtung 61 , 71 , die weiter unten in Bezug auf die Figur 2 erläutert werden. Vorzugsweise weisen die Messstellen 60, 70 ferner jeweils zumindest eine Temperaturmesseinrichtung 62, 72 (vgl. Figur 2) auf, wobei die Temperaturmessung auch durch seperate Einrichtungen vorgenommen werden kann. Die Zusammenfassung mehrerer Sensoren zur Detektion unterschiedlicher Größen, hier insbesondere Planheit und Temperatur, zu entsprechenden Messstellen 60, 70 ist jedoch aus maschinenbaulichen Gründen, beispielsweise zur Modularisierung der Anlage, bevorzugt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine dritte Messstelle 80 analogen Aufbaus hinter der Richtmaschine 50 installiert sein.
Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Steuerung 100 auf, die eingerichtet ist, um die Verarbeitung des Metallbandes B, insbesondere den Walz-, Kühl- und Richtprozess, zu steuern und/oder zu regeln.
Die Steuerung 100 steht dazu mit den zu steuernden und/oder zu regelnden Komponenten der Vorrichtung 1 sowie mit den Messstellen 60, 70, 80 und etwaigen weiteren Sonden/Sensoren in Kommunikation. Die Kommunikation kann drahtlos oder drahtgebunden, digital oder analog erfolgen. Ferner wird ein Daten- oder Signalaustausch in nur einer Richtung hierin unter die Bezeichnung „Kommunikation“ subsumiert. Die Steuerung 100 muss nicht unbedingt durch eine zentrale Recheneinrichtung realisiert sein, sondern es sind dezentrale und/oder mehrstufige sowie hierarchische Systeme, Regelungsnetzwerke, Cloud-Systeme und dergleichen umfasst. Die Steuerung 100 kann zudem integraler Bestandteil einer übergeordneten Anlagensteuerung sein oder mit einer solchen kommunizieren.
Zur prozesstechnischen Einbindung von Planheitsmessungen in den In-Line-Kühl- und Richtprozess, sowie rückwirkend optional in die Profil- und Planheitsregulierung der Walzstraße 10, findet eine Planheitsmessung des Metallbandes B zumindest vor und hinter der Kühlstrecke, definiert durch die Kühleinrichtung 30, mittels der ersten und zweiten Messstelle 60, 70 statt. Eine dritte Messstelle 80 kann hinter der Richtmaschine 50 installiert sein.
Ein Ausführungsbeispiel einer Messstelle 60, 70, 80 ist in der Figur 2 gezeigt. Die erste und zweite Messstelle 60, 70 sowie die optionale dritte Messstelle 80 sind hierbei im Wesentlichen identisch aufgebaut, so dass für die Beschreibung der Figur 2 auf die Unterscheidung zwischen erster, zweiter und dritter Messstelle 60, 70, 80 verzichtet wird. Die Messstellen 60, 70, 80 können sich jedoch auch je nach Bedarf baulich unterscheiden.
Die Messstelle 60, 70, 80 weist eine Planheitsmesseinrichtung 61 , 71 , 81 auf, die eingerichtet ist, um das Profil des Metallbandes B in Breitenrichtung b zu messen. Die Planheitsmesseinrichtung 61 , 71 , 81 arbeitet vorzugsweise berührungslos, insbesondere unter Verwendung von laserbasierten Abstandssensoren 61a, 71a, 81a. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind sieben Abstandssensoren 61a, 71a, 81a oberhalb des Metallbandes B installiert. Je nach Bedarf können mehr oder weniger Abstandssensoren 61a, 71a, 81a installiert werden.
Die Abstandssensoren 61a, 71a, 81a sind über die Breite des Rollgangs 90, vorzugsweise symmetrisch zur Rollgangmitte montiert. Die statistische Verteilung der gewalzten Produktbreiten kann zur optimalen Positionierung der Abstandssensoren 61a, 71a, 81a, bei der eine möglichst große Anzahl von Metallbändern B mit mehreren Messspuren erfasst wird, genutzt werden.
Die Abstandssensoren 61a, 71a, 81a haben beispielsweise eine absolute Genauigkeit von ca. 1 mm bei einer maximalen Messfrequenz von beispielsweise 200 Hz. Der Abstand zur Oberfläche des Metallbandes B wird hierbei durch die Auswertung der Phasenverschiebung des reflektierten Laserstrahls bestimmt.
Die Messstelle 60, 70, 80 weist ferner eine Temperaturmesseinrichtung 62, 72, 82 mit jeweils zumindest einem Temperatursensor 62a, 72a, 82a auf. Die Temperaturmesseinrichtung 62, 72, 82 ist vorzugsweise eingerichtet, um die Temperatur in der Mitte des Metallbandes B, in Breitenrichtung b gesehen, und/oder die Temperaturverteilung über die Breite des Metallbandes B zu detektieren. Zu diesem Zweck ist der Temperatursensor 62a, 72a, 82a vorzugsweise mittig bezüglich des Rollgangs 90 installiert.
Die Temperaturverteilung in Breitenrichtung b des Metallbandes B hat in der Regel einen höheren Gradienten als das Bandprofil, insbesondere an den Bandkanten vor der Abkühlung oder auch in mittigen Bereichen des Metallbandes B kurz nach dem Verlassen der Kühlstrecke. Somit ist eine Temperaturmesseinrichtung 62, 72, 82 vorzugsweise in allen Messstellen 60, 70, 80 installiert.
Der Temperatursensor 62a, 72a, 82a arbeitet vorzugsweise berührungslos, beispielsweise realisiert durch einen Infrarot-Zeilenscanner, und ist in der Regel so beschaffen, dass er im Wesentlichen die Oberflächentemperatur des Metallbandes B ermittelt. Der Temperaturbereich des Temperatursensors 62a, 72a, 82a liegt beispielsweise im Bereich von 200 °C bis 1500 °C, und er misst beispielsweise mit einer Frequenz von bis zu 150 Hz für 1000 Punkte über den gescannten Bereich. Sofern die Oberflächentemperatur des Metallbandes B an einem oder mehreren Punkten in der Verarbeitungsstraße bekannt ist, beispielsweise durch anderweitige Messungen oder Modellrechnungen, kann auf Temperaturmesseinrichtungen 62, 72, 82 in den Messstellen 60, 70, 80 gegebenenfalls verzichtet werden.
Die Abstandssensoren 61a, 71a, 81a sowie Temperatursensoren 62a, 72a, 82a sind vorzugsweise räumlich verstellbar, beispielsweise verschiebbar auf einer Schiene 63, 73, 83 montiert. Die Installation ermöglicht, dass die Abstandssensoren 61a, 71a, 81a sowie Temperatursensoren 62a, 72a, 82a zumindest in Breitenrichtung des Rollgangs 90 manuell oder automatisch versetzbar sind.
Die Abstandssensoren 61a, 71a, 81a sowie Temperatursensoren 62a, 72a, 82a sind (gegebenenfalls über die Schiene 63, 73, 83) an einem Rahmen 64, 74, 84 montiert, der sich brückenartig über den Rollgang 90 erstreckt. Der Rahmen 64, 74, 84 ist in einem gewissen Abstand zur Kühlstrecke, definiert durch die Kühleinrichtung 30, installiert, um Fehler bei der Messung durch möglicherweise austretendes Kühlmittel zu vermeiden. Der Rahmen 64, 74, 84 hat beispielsweise eine Breite von ca. 9 Meter und eine Höhe von ca. 6 Meter über der Rollgangebene.
Die Auswertung und Weiterverarbeitung der Messsignale von den Abstandssensoren 61a, 71a, 81a sowie Temperatursensoren 62a, 72a, 82a übernimmt die Steuerung 100.
Zurückkommend auf die Figur 1 ist die erste Messstelle 60 vor der Kühleinrichtung 30 vorzugsweise hinter der Vorrichtmaschine 40, sofern vorhanden, installiert. Für eine bauliche Integration können die Planheitsmesseinrichtung 61 und/oder Temperaturmesseinrichtung 62 über einen Träger auf der Vorrichtmaschine 40 auf der Seite der Kühlstrecke montiert sein.
Durch die erste und zweite Messstelle 60, 70 sowie die optionale dritte Messstelle 80 und eine entsprechend konzipierte Steuerung 100 ist eine prozesstechnische Einbindung einer Planheitsmessung in den In-Line-Kühl- und Richtprozess, sowie rückwirkend in die Profil- und Planheitsregelung der Vorrichtung 1 möglich. Etwaige Planheitsdefekte sind automatisch erfassbar, umfassend eine Klassifizierung von Planheitsdefekten, und korrigierbar, vorzugsweise unter Anwendung von maschinellem Lernen bzw. Kl-Algorithmen. Die optionale dritte Messstelle 80 erlaubt eine zusätzliche Planheitsmessung nach dem Endrichten, um das Richtergebnis zu überprüfen und den gesamten Steuer- oder Regelkreis zu verbessern.
Zur Auswertung der Messdaten werden die gemessenen Temperatur- sowie Profilspuren beispielsweise in einer Datenbank mit einer Metallbandnummer, einem Zeitstempel, Fördergeschwindigkeit und etwaigen weiteren Prozessparametern abgespeichert.
Die Planheitsmessung benötigt im Unterschied zur Temperaturmessung eine weitergehende Datenvorverarbeitung, die im Weiteren näher beschrieben ist: Flacherzeugnisse werden nicht nur nach Qualitätsparametern wie mechanischen Eigenschaften, Oberflächendefekte und Geometrie des Querschnittes sondern auch nach der Planheit bewertet und qualifiziert. Die Rand- und Mittelwellen sind dabei die am häufigsten registrierten Fehler. Als Ursache kommen zu hohe Resteigenspannungen im Querschnitt in Betracht, die durch eine ungleichmäßige Ausdehnung, während der Umformschritte und auch aufgrund einer ungleichmäßigen Abkühlung entstehen können.
Während des Prozesses lässt sich die Planheit des Metallbandes B durch eine Veränderung der Eigenspannungsverteilung beeinflussen. So kann beispielsweise das nach dem Abkühlprozess folgende Richten etwaige Planheitsfehler aufheben; allerdings kann dies eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften aufgrund der Verfestigung des Materials zur Folge haben. Auch die Vermeidung bzw. Reduzierung von Eigenspannungen während des Abkühlens stellt eine enorme Herausforderung für die Abkühltechnologie dar. Die hierin dargelegte In-Line- Messung der Topologie des Metallbandes B eröffnet die Möglichkeit zur Kontrolle und Optimierung der Umformprozesse in der Walzstraße 10, des Abkühlens in der Kühleinrichtung 30, des Richtens in den Richtmaschinen 40, 50 und einer etwaigen Wärmebehandlung hinsichtlich der Qualität der Planheit.
Zu diesem Zweck ist eine Methode zur Bestimmung der Topologie des Metallbandes B zwischen den Prozessschritten erforderlich. Eine Messstelle 60, 70, 80 umfasst, wie vorstehend dargelegt, mehrere Abstandssensoren 61a, 71a, 81a, die entsprechend der statistischen Verteilung der Produktbreiten über den Rollgang 90 vorzugsweise symmetrisch zur Mitte des Rollganges 90 montiert sind. Die statistische Verteilung dient zur optimalen Positionierung der Abstandssensoren 61a, 71a, 81a, bei der eine möglichst große Anzahl von unterschiedlichen Metallbändern B mit möglichst mehreren Messspuren über die Bandbreite b erfasst werden können. Die Messung läuft vorzugsweise kontinuierlich, wobei sich das zu vermessende Metallband B unter der Planheitsmesseinrichtung 61 , 71 , 81 bewegt. Die grundlegende Idee eines solchen Aufbaus basiert auf der Annahme, dass die Form des Metal Ibandes B durch eine stetige und glatte Funktion beschreibbar ist. Die Festigkeiten und die Dicken der gewalzten Produkte bedingen, dass die Funktion der Krümmung über die Bandbreite b im Regelfall als eine polynominale Funktion oder Splinefunktion kleineren Grades erscheint.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Messung der Planheit bzw. Topologie des Metallbandes B sowie Verarbeitung der Messdaten durch die Steuerung 100 umfasst die folgenden Schritte: a) Messen von Abständen zur Oberfläche des Metallbandes B an diskreten Positionen über die Bandbreite b durch die Abstandssensoren 61a, 71a, 81a; b) Umrechnen der Abstände in relative Höhenunterschiede der Messpunkte; c) Synchronisieren der Messung mit Positionen der Messpunkte in einem lokalen Koordinatensystem des Walzbandes B über die Position des Walzbandes B relativ zur Position der Planheitsmesseinrichtung 61 , 71 , 81 zur Ermittlung von Messspuren; d) Interpolieren der Messspuren mit einer vordefinierten Funktion zur Ermittlung eines topologischen Abbilds oder eines anderen Maßes für die Planheit und gegebenenfalls Visualisierung des Abbilds bzw. der Planheit; e) Optional Ablegen des topologischen Abbilds in Form eines Bildes zur Klassifikation mit Hilfe selbstlernender Algorithmen, vorzugsweise unter Verwendung neuronaler Netze mit mehreren Zwischenlagen („Deep Learning“ Algorithmen), um zusätzlich zu quantitativen Messergebnissen qualitative Aussagen vollautomatisch treffen zu können
Die Datenverarbeitung der gemessenen Abstände kann vollständig automatisch durchgeführt und durch Anwendung statistischer Verfahren, beispielsweise des sogenannten „Gaussian Mixture Models“ (GMM-Methode), optimiert werden. Die statistische Verarbeitung der Messdaten kann für die Beurteilung der Qualität der Messungen, beispielsweise unter Berücksichtigung der Varianz der Verteilung, genutzt werden und somit synergetisch als Indikator für den Zustand der Messstelle(n) 60, 70, 80 genutzt werden, der beispielsweise die Notwendigkeit einer Reinigung und/oder Reparatur der Abstandssensoren 61a, 71 , 81a und Temperaursensoren 62a, 72a, 82a anzeigt.
Die Steuerung 100 implementiert vorzugsweise einen Regelkreis, der die so gewonnen Temperatur- und Profildaten zum automatisierten Richten und/oder Kühlen als Führungsgröße(n) anwendet.
Die hierin dargelegte Vorrichtung 1 sowie das Verfahren zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes B erlaubt eine Verifizierung etwaiger entstehender Abweichungen von der Planheit des Metallbandes B beim In-Line-Kühl- und Richtprozess. Dies ermöglicht eine Optimierung der Kühlstrategien zur Verringerung von Planheitsabweichungen im Metallband B auf der Basis von statistischer Analyse und Korrelationen von Prozesseinstellungen und ermittelter Planheitswerte. Die so durchgeführten Planheitsmessungen lassen sich in die Anlagenautomation der Kühleinrichtung 30, Richtmaschine(n) 40, 50, Walzstraße 10 sowie einer etwaigen Profil- und Planheitsregelung eines Fertigwalzgerüstes einspeisen.
Die integrale Mess- und Regelungsstruktur erlaubt die Anwendung maschineller Lernverfahren im Herstellungsprozess durch Verarbeitung der Planheitsmesswerte. Ferner lassen sich beispielsweise Anstellwerte für die Richtmaschine(n) 40, 50 automatisch ableiten sowie Richtstiche einsparen, was für die Herstellung von Stahlblechen aus bestimmten Materialien (beispielsweise TRIP-Stähle oder andere Stähle mit Restaustenit) von Bedeutung ist, um den Verfestigungsprozess nach der Abkühlung in der Kühlstrecke möglichst wenig anzuregen. Dies betrifft beispielswiese auch Rohrstähle mit bestimmten Streckgrenze/Zugfestigkeit-Verhältnissen. Eine manuelle Planheitsbewertung durch eine Bedienperson kann entfallen. Dies führt zu einer Entlastung des Bedienpersonals sowie einer Standardisierung des Prozesses, wodurch zur Anwendung und Bedienung der Vorrichtung 1 weniger Expertise erforderlich ist. Ferner trägt die hierin dargelegte Automatisierung des Kühl- und Richtprozesses zu einer Qualitätsverbesserung des Walzgutes bei, insbesondere hinsichtlich Planheit. Die Verbesserung der Planheit des Metallbandes B im Kühlprozess hat eine Verbesserung der Homogenität der Werkstoffeigenschaften in der gesamten Walztafel zur Folge.
Die Automatisierung des Kühl- und Richtprozesses, insbesondere unter Anwendung des Regelkreises, trägt ferner zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Vorrichtung 1 bei, beispielsweise durch eine Minderung der Beschädigungsgefahr an den Richtrollen 41 , 51 durch eine korrekte Einstellung der vorderen Rollen 41 , 51 der Richtmaschine(n) 40, 50 auf der Basis von Information über die Form des Metallbandkopfes.
Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
I Vorrichtung zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes
10 Walzstraße
I I Walzgerüst
11a Arbeitswalze
11 b Stützwalze
20 Kühl-/Richtvorrichtung
30 Kühleinrichtung
31 Düsenanordnung
31a Düse
40 Vorrichtmaschine
41 Richtrolle
50 Richtmaschine
51 Richtrolle
60 Erste Messstelle
61 Planheitsmesseinrichtung
61a Abstandssensor
62 Temperaturmesseinrichtung
62a Temperatursensor
63 Schiene
64 Rahmen
70 Zweite Messstelle
71 Planheitsmesseinrichtung
71a Abstandssensor
72 Temperaturmesseinrichtung
72a Temperatursensor
73 Schiene
74 Rahmen
80 Dritte Messstelle
81 Planheitsmesseinrichtung
81a Abstandssensor 82 Temperaturmesseinrichtung
82a Temperatursensor
83 Schiene
84 Rahmen 90 Rollgang
100 Steuerung
B Metallband b Breitenrichtung des Metallbandes F Förderrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes (B), vorzugsweise eines warmgewalzten Metallbandes (B), wobei die Vorrichtung (1) aufweist: eine Walzstraße (10), die eingerichtet ist, um das Metallband (B) während eines Transports entlang einer Förderrichtung (F) durch Walzen plastisch umzuformen; eine Kühleinrichtung (30) mit variabler Kühlleistung, die in Förderrichtung (F) hinter der Walzstraße (10) angeordnet und eingerichtet ist, um das Metallband (B) zu kühlen; eine Richtmaschine (50), die in Förderrichtung (F) hinter der Kühleinrichtung (30) angeordnet und eingerichtet ist, um das Metallband (B) in eine gewünschte Form zu biegen, vorzugsweise zur Verbesserung der Planheit zu begradigen; eine erste Messstelle (60), angeordnet zwischen der Walzstraße (10) und der Kühleinrichtung (30), mit einer Planheitsmesseinrichtung (61) zur Vermessung topologischer Eigenschaften des Metallbandes (B); eine zweite Messstelle (70), angeordnet zwischen der Kühleinrichtung (30) und der Richtmaschine (50), mit einer weiteren Planheitsmesseinrichtung (71) zur Vermessung topologischer Eigenschaften des Metallbandes (B); und eine Steuerung (100), die mit der Walzstraße (10), der Kühleinrichtung (30), der Richtmaschine (50) sowie mit der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um topologische Informationen von der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) zu empfangen und die Walzstraße
25 (10) und/oder die Kühleinrichtung (30) und/oder die Richtmaschine (50) in Abhängigkeit der von der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen topologischen Informationen anzusteuern.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (100) einen Regelkreis zur Regelung der Walzstraße (10) und/oder der Kühleinrichtung (30) und/oder der Richtmaschine (50) implementiert, wobei der Regelkreis die von der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen topologischen Informationen als Führungsgröße anwendet.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messstelle (60) eine Temperaturmesseinrichtung (62) zur Messung einer Oberflächentemperatur des Metallbandes (B) und/oder die zweite Messstelle (70) eine Temperaturmesseinrichtung (72) zur Messung einer Oberflächentemperatur des Metallbandes (B) aufweist, wobei die Steuerung (100) eingerichtet ist, um Temperaturinformationen von der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) zu empfangen und die Walzstraße (10) und/oder die Kühleinrichtung (30) und/oder die Richtmaschine (50) in Abhängigkeit der von der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen Temperaturinformationen anzusteuern.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis der Steuerung (100) die von der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen Temperaturinformationen als Führungsgröße anwendet.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Vorrichtmaschine (40) zwischen der Walzstraße (10) und der ersten Messeinrichtung (60) angeordnet und eingerichtet ist, um das Metallband (B) in eine gewünschte Form zu biegen, vorzugsweise zur Verbesserung der Planheit zu begradigen, wobei die Steuerung (100) eingerichtet ist, um die Vorrichtmaschine (40) in Abhängigkeit der von der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen topologischen Informationen anzusteuern.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Messstelle (80) hinter der Richtmaschine (50) angeordnet ist, wobei die dritte Messstelle (80) eine weitere Planheitsmesseinrichtung (81) zur Vermessung topologischer Eigenschaften des Metallbandes (B) aufweist, und die Steuerung (100) mit der dritten Messstelle (80) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um topologische Informationen von der dritten Messstelle (80) zu empfangen und die Walzstraße (10) und/oder die Kühleinrichtung (30) und/oder die Richtmaschine (50) in Abhängigkeit der von der dritten Messstelle (80) empfangenen topologischen Informationen anzusteuern.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planheitsmesseinrichtung (61) der ersten Messstelle (60) und/oder die Planheitsmesseinrichtung (71) der zweiten Messstelle (70) jeweils mehrere laserbasierte Abstandssensoren (61a, 71a) aufweist, die über eine Breitenrichtung (b) des Metallbandes (B) montiert sind, wodurch die entsprechende Planheitsmesseinrichtung (61 , 71) der Steuerung (100) Abstandswerte an mehreren Messpunkten als topologische Informationen bereitstellt.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (100) eingerichtet ist, um die empfangenen Abstandswerte der mehreren Messpunkte in relative Höhenunterschiede der Messpunkte umzurechnen, mit Positionen der Messpunkte in einem lokalen Koordinatensystem des Walzbandes (B) zur Ermittlung von Messspuren zu synchronisieren und die Messspuren mit einer vordefinierten Funktion zur Ermittlung eines topologischen Abbilds des Metallbandes (B) zu interpolieren, wobei die Steuerung (100) vorzugsweise ferner eingerichtet ist, um das topologische Abbild durch selbstlernende Algorithmen und/oder neuronale Netze auszuwerten.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (100) eingerichtet ist, um topologische Defekte, vorzugsweise Planheitsdefekte, aus den topologischen Informationen der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) zu erfassen und zu korrigieren, vorzugsweise unter Anwendung selbstlernender Algorithmen und/oder neuronaler Netze.
10. Verfahren zur Herstellung eines gewalzten Metallbandes (B), vorzugsweise eines warmgewalzten Metallbandes (B), wobei das Verfahren umfasst:
Umformen des Metallbandes (B) durch Walzen in einer Walzstraße (10) während eines Transports des Metallbandes (B) entlang einer Förderrichtung (F);
Detektieren topologischer Eigenschaften des durch die Walzstraße (10) umgeformten Metallbandes (B) mittels einer Planheitsmesseinrichtung (61) einer ersten Messstelle (60); anschließend Kühlen des Metallbandes (B) mittels einer Kühleinrichtung (30) mit variabler Kühlleistung;
Detektieren topologischer Eigenschaften des durch die Kühleinrichtung (30) gekühlten Metallbandes (B) mittels einer Planheitsmesseinrichtung (71) einer zweiten Messstelle (70); anschließend Richten des Metallbandes (B), vorzugsweise Verbessern der Planheit des Metallbandes (B), mittels einer Richtmaschine (50);
28 Empfangen topologischer Informationen von der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) durch eine Steuerung (100); und
Ansteuern der Walzstraße (10) und/oder der Kühleinrichtung (30) und/oder der Richtmaschine (50) in Abhängigkeit der von der ersten und zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen topologischen Informationen. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (100) einen Regelkreis implementiert und die Ansteuerung eine Regelung der Walzstraße (10) und/oder der Kühleinrichtung (30) und/oder der Richtmaschine (50) mit den von der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen topologischen Informationen als Führungsgröße umfasst. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messstelle (60) eine Temperaturmesseinrichtung (62) umfasst und eine Oberflächentemperatur des Metallbandes (B) vor der Kühlung durch die Kühleinrichtung (30) detektiert und/oder die zweite Messstelle (70) eine Temperaturmesseinrichtung (72) umfasst und eine Oberflächentemperatur des Metallbandes (B) nach der Kühlung durch die Kühleinrichtung (30) detektiert, wobei die Steuerung (100) Temperaturinformationen von der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) empfängt und die Walzstraße (10) und/oder die Kühleinrichtung (30) und/oder die Richtmaschine (50) in Abhängigkeit der von der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen Temperaturinformationen ansteuert, wobei die
Steuerung (100) vorzugsweise einen Regelkreis implementiert und die Ansteuerung eine Regelung der Walzstraße (10) und/oder der Kühleinrichtung (30) und/oder der Richtmaschine (50) mit den von der ersten und/oder zweiten Messstelle (60, 70) empfangenen Temperaturinformationen als Führungsgröße umfasst.
29 Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planheitsmesseinrichtung (61) der ersten Messstelle (60) und/oder die Planheitsmesseinrichtung (71) der zweiten Messstelle (70) jeweils mehrere laserbasierte Abstandssensoren (61a, 71a) aufweist, die über eine Breitenrichtung (b) des Metallbandes (B) montiert sind, wodurch die entsprechende Planheitsmesseinrichtung (61 , 71) der Steuerung (100) Abstandswerte an mehreren Messpunkten als topologische Informationen bereitstellt, und die Steuerung (100) die empfangenen Abstandswerten der mehreren Messpunkte in relative Höhenunterschiede der Messpunkte umrechnet, mit Positionen der Messpunkte in einem lokalen Koordinatensystem des Walzbandes (B) zur Ermittlung von Messspuren synchronisiert und die Messspuren mit einer vordefinierten Funktion zur Ermittlung eines topologischen Abbilds des Metallbandes (B) interpoliert, wobei die Steuerung (100) vorzugsweise ferner das topologische Abbild durch selbstlernende Algorithmen und/oder neuronale Netze auswertet. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt wird.
30
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