DE19618995C2 - Verfahren und Einrichtung zur Beeinflussung relevanter Güteparameter, insbesondere des Profils oder der Planheit eines Walzbandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Beeinflussung relevanter Güteparameter, insbesondere des Profils oder der Planheit eines Walzbandes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des nebengeordneten Patentanspruchs 18.

Ein solches Verfahren bzw. eine solche Einrichtung ist aus der DE 34 25 129 A1 bekannt.

Neben der Banddicke stellen die Geometrie des Bandquer­ schnitts, das heißt das Dickenprofil sowie der relevante Edge Drop, d. h. die Form des Bandes am Rand, wichtige Maße für die Güte des Walzprozesses dar. Die Geometrie des Bandquer­ schnitts kann durch die Geometrie der Walzen in einem Walzen­ gerüst, das heißt die sogenannte Balligkeit der Walzen, be­ einflusst werden. Es ist bekannt, die Balligkeit mechanisch, wie durch Momente, Verschieben oder Biegen, zu beeinflussen. Dieses Verfahren kommt z. B. bei sogenannten CVC- oder Taper­ walzen zum Tragen. Die Voreinstellung von CVC Walzen kann je­ doch nur im unbelasteten Zustand erfolgen. Sie dienen darum ausschließlich der Voreinstellung. Zudem ist dieses Verfahren äußerst aufwendig und kostenintensiv und führt zur Herabset­ zung der Lebensdauer eines Walzgerüstes.

Aus dem Dokument DE 34 25 129 A1 ist ein Verfahren zur Wal­ zenkühlung an einem Kaltwalzwerk bekannt, bei dem zur Ermitt­ lung einer Kühlmittelmengenverteilung die Kühlmittelmenge längs der Walzenachse zonenweise einstellbar ist. Dabei er­ folgt die Emulsionsverteilung derart, dass die Durchflussmen­ ge jeder Kühlzone durch einen Durchflussregelkreis geregelt wird, dessen Durchflussmengensollwerte anhand einer empirisch ermittelten Beziehung nachgeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Ein­ richtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Art anzugeben, das bzw. die es erlaubt, die Geometrie eines Walzbandes auf einfachere Weise zu beeinflussen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. ei­ ne Einrichtung zur Beeinflussung relevanter Güteparameter ei­ nes Walzbandes, gemäß Patentanspruch 18 gelöst. Die Beein­ flussung der Balligkeit der Walzen durch Kühlung hat sich ge­ genüber der mechanischen Verformung der Walzenoberfläche als vorteilhaft herausgestellt. Da­ bei wird die Kühlung in Walzenlängsrichtung variiert, so dass sich einzelne Bereiche der Walze in Walzenlängsrichtung un­ terschiedlich ausdehnen. Dies wird z. B. in geeigneter Weise mit einer in Walzenlängsrichtung segmentweise ansteuerbaren Kühleinrichtung erreicht.

Die Steuerung der Kühlmittelmenge bzw. der Kühlmittelaufbrin­ gungsart erfolgt vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Lastzeit des Walzgerüstes, der Pausenzeit zwischen zwei Walz­ bändern, der Walzkraft und der Bandtemperatur. Diese vier Größen haben sich als Parameter zur Einstellung der Kühlmit­ telmenge bzw. -aufbringungsart bewährt.

Zum Einsatz kommt das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft zur Voreinstellung von Walzen.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spiels, an Hand der Zeichnung und in Verbindung mit den Un­ teransprüchen. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Beeinflussung des Profils eines Walzbandes,

Fig. 2 Struktur eines Walzenmodells,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur iterativen Bestimmung der Soll-Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart mittels eines thermischen Walzenmodells,

Fig. 4 Berechnung der notwendigen thermischen Beeinflussung unter Berücksichtigung einer begrenzten thermischen- Verformbarkeit der Walzen.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Beeinflussung des Profils eines Walzbandes 8 in einem Walzgerüst durch Adaption der Balligkeit von Walzen 9 und 10 im Walzgerüst. Das Dickenpro­ fil des Walzbandes 8 wird durch das Lastwalzspaltprofil und damit auch durch die Balligkeit, das heißt die Oberflächengeometrie der Walzen 9 und 10, beeinflusst. Die Balligkeit der Walzen 9 und 10 wird wiederum durch ihren Temperaturver­ lauf verändert. Dieses kann zum einen durch Beheizen der Wal­ zen entlang der Walzenlängsrichtung oder wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben, durch Kühlung der Walzen 9 und 10 erfolgen. Die Walzen werden durch ein Kühlsystem, das Sprühleisten 11, 12, 13 und 14, Zuleitungssysteme 23, 24, 25, 26, Ventile bzw. Ventilblöcke 19, 20, 21, 22 sowie einen Kühlmittelzulauf 27 aufweist, gekühlt. Durch die Düsen der Düsenleisten 11, 12, 13, 14 tritt Kühlmittel 15, 16, 17, 18, vorteilhafterweise Wasser, aus, das die Walzen 9 und 10 kühlt. Die Düsen der Düsenleisten 11, 12, 13, 14, können, vorteilhafterweise entweder einzeln oder segmentweise organi­ siert, unterschiedliche Kühlmittelmengen auf die Walzen 9 und 10 aufbringen. Dazu werden die Düsen einzeln oder segmentwei­ se durch separate Zuleitungen der Zuleitungssysteme 23, 24, 25, 26, deren Kühlmitteldruck durch die Ventilblöcke 19, 20, 21, 22 beeinflusst wird, mit Kühlmittel 15, 16, 17, 18 ver­ sorgt. Die Ventilblöcke wiederum werden durch eine Workstati­ on 1, mit der sie über eine Datenleitung 28 verbunden sind, gesteuert. Die Workstation ermittelt die notwendige Kühlung der Walzen 9 und 10 in Abhängigkeit von Walzgerüst bzw. von Walzbandparametern, wie z. B. der Lastzeit, der Pausenzeit zwischen Walzbändern 6, 7, 8, der Walzkraft oder der Tempera­ tur der Walzbänder 6, 7, 8. Diese Daten erhält die Workstati­ on 1 entweder durch Sensoren 3, 4, 5, die über entsprechende Datenleitungen an 29, 30, 31 mit der Workstation 1 verbunden sind, oder durch ein übergeordnetes System oder Eingabetermi­ nal 2. Die Datentechnische Verbindung zwischen Sensoren und Ventilblöcken auf der einen und der Workstation 1 auf der an­ deren Seite kann über Punkt zu Punkt-Verbindungen oder über ein Bussystem erfolgen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die notwendige Balligkeit und damit die notwendige Küh­ lung der Walzen nicht nur für ein n-tes Walzband 8, sondern auch für folgende Walzbänder berechnet. Dabei geht der Wert für die notwendige Balligkeit eines i + 1-ten Walzbandes 7 in die Berechnung der notwendigen Balligkeit eines i-ten Walz­ bandes 6 ein.

Fig. 2 zeigt die Struktur eines Walzenmodells 35 mit dem die notwendige thermische Beeinflussung 34, z. B. in Form einer notwendigen Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart oder Behei­ zung der Walzen, in Abhängigkeit von Walzgerüst- bzw. Walz­ bandparametern 32, wie z. B. Lastzeit, Pausenzeit zwischen zwei Walzbändern, Walzkraft oder Bandtemperatur, ermittelt wird. Dazu wird zunächst in einem Walzbandverformungsmodell 36 die notwendige Balligkeit 33, also die Sollballigkeit, in Abhängigkeit der Parameter des durch das Walzbandverformungs­ modell 36 modellierten Walzgerüstes bzw. des durch das Walz­ bandverformungsmodell 36 modellierten Walzbandes ermittelt. Es folgt eine Berechnung der notwendigen thermischen Beein­ flussung 34, d. h. der notwendigen Kühlmittelmenge bzw. - aufbringungsart oder Beheizung der Walzen in Abhängigkeit der notwendigen Balligkeit 33 sowie von Walzgerüst- bzw. Walz­ bandparametern 32 in einem inversen thermischen Walzenmodell 37. Das inverse thermische Walzenmodell 37 ist entweder ein invertiertes Modell zur Berechnung der notwendigen thermi­ schen Beeinflussung 34 in Abhängigkeit der notwendigen Bal­ ligkeit 33 oder ein in einen Iterationsprozess eingebundenes thermisches Walzenmodell zur Berechnung der Balligkeit in Ab­ hängigkeit der thermischen Beeinflussung 34 der Walze.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur iterativen Bestimmung ei­ ner Sollkühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart k₀ mittels ei­ nes thermischen Walzenmodells 53, das die thermische Ballig­ keit b_i einer Walze in Abhängigkeit der Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart k_i zur Kühlung der Walze ermittelt. Dazu wird im thermischen Walzenmodell 53 aus einer gegebenen Kühl­ mittelmenge bzw. -aufbringungsart k_i mittels des thermischen Walzenmodellls 53 eine Balligkeit b_i der gekühlten Walze er­ mittelt. Die thermische Balligkeit b_i der Walze wird in einem Vergleicher 50 mit der Sollballigkeit b₀ der Walze verglichen. Im Vergleicher 50 erfolgt die Abfrage, ob |b_i - b₀| ≦ T_b, wobei T_b ein vorgegebener Toleranzwert ist. Ist der Betrag der Differenz von b_i und b₀ zu groß, so ermittelt der Funkti­ onsblock 52 einen neuen Vorschlag k_i für eine verbesserte Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart k_i. Als Anfangswert für die Iteration wird ein Wert für die Kühlmittelmenge bzw. - aufbringungsart verwendet, der sich z. B. im langzeitlichen Durchschnitt, als bewährter Erfahrungswert erwiesen hat. Ist der Betrag der Differenz von b_i und b₀ kleiner oder gleich dem Toleranzwert T_b, so wird mit einer Sollkühlungsfestset­ zung 51 die notwendige Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart k₀ gleich der Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart k_i ge­ setzt. Die notwendige Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart k₀ stellt dabei die Stell- bzw. Führungsgröße für die Küh­ leinrichtung der Walzen bzw. deren Regelung dar. Die Werte k_i, k₀, b_i, b₀ und T_b sind keine Skalare, sondern Spaltenmatri­ zen mit ein oder mehr Werten. So enthält z. B. die Spaltenma­ trix k₀ die verschiedenen Stell- bzw. Führungsgrößen für die Kühleinrichtungen der einzelnen Kühlsegmente zur Kühlung ei­ ner Walze.

Der Iterationsprozeß wird in äquivalenter Weise angewendet, wenn die Walze nicht gekühlt, sondern beheizt wird. In diesem Fall entspricht k₀ der Stell- bzw. Führungsgröße für die Hei­ zeinrichtung zur Beheizung der Walze und k_i der Beheizung der Walze.

Fig. 4 zeigt die Vorgehensweise zur Berechnung der notwendigen thermischen Beeinflussung, zum Beispiel in Form einer notwen­ digen Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart oder Beheizung der Walzen, unter Berücksichtigung einer begrenzten thermi­ schen Verformbarkeit der Walzen über der Zeit. Ist die Anfor­ derung an die zeitliche Veränderung der thermischen Ballig­ keit |Δb_soll| höher als die mögliche Einstellgeschwindigkeit der thermischen Balligkeit |Δb_m|, so wird die Differenz zwi­ schen der geforderten Balligkeit |Δb_soll| und der möglichen Einstellgeschwindigkeit der thermischen Balligkeit |Δb_m| auf mehrere Walzbänder derart verteilt, dass die Abweichung der beiden Größen möglichst minimal ist. Dabei wird wie folgt vorgegangen:
Zunächst wird mit einem Walzbandverformungsmodell 40 die thermische Balligkeit für ein ν-tes Walzband bzw. die ge­ wünschte Abweichung der thermischen Balligkeit zwischen zwei Walzbändern Δb_soll,_ν mit Δb_soll,_ν = b_ν - b_{ν -1} bestimmt, wobei b_ν die gewünschte Balligkeit für ein Walzgerüst zum Walzen des _ν-ten Walzbandes und b_{ν -1} die thermische Balligkeit für das gleiche Walzgerüst aber zum Walzen des folgenden, also des ν-1-ten Walzbandes ist. Es folgt die Abfrage 41, ob |Δb_soll,_ν| < 0. Ist |Δb_{soll, ν}| nicht größer als Null, so braucht die thermische Beeinflussung nicht verändert werden. Ist dagegen |Δb_soll,_ν| größer Null, so folgt die Abfrage 42, ob |Δb_soll,_ν| ≦ |Δb_m,_ν| Ist die Bedingung erfüllt, so wird in einem weiteren Schritt 43 aus b_ν, d. h. der notwendigen thermischen Balligkeit für das ν-te Walzband, die notwendige thermische Beeinflussung 44, also die notwendige Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart oder Beheizung der Walzen, berechnet. Ist die Bedingung dage­ gen nicht erfüllt, so wird die Differenz zwischen der ge­ wünschten Änderung der thermischen Balligkeit |Δb_soll| und der möglichen Änderungsgeschwindigkeit der thermischen Balligkeit |Δb_m| einem Minimierungsprozess 45 unterzogen. Im Minimie­ rungsprozess 45 wird eine neue Sollgröße für die Veränderung der thermischen Balligkeit |Δb_{soll, ν ,neu}|, z. B. durch Minimieren von

Σ(|Δb_{soll, ν}| - |Δb_{soll, ν ,neu}|)²

über Walzbänder und anschließendes Gleichsetzen von Δb_{soll, ν} und Δb_{soll, ν ,neu}, neu, d. h. Δb_{soll, ν} = Δb_{soll, ν ,neu}, gebildet. Das neue Δb_soll wird anschließend erneut der Abfrage 42 unterzogen.

Die Vorausschau ist flexibel und richtet sich nach der Art der zu walzenden Bänder. Werden gleichartige Bänder gewalzt, so ist keine Vorausschau notwendig. Ist dagegen ein Wechsel in der Bandart geplant, so findet eine Vorausschau bis zu dem Band der neuen Art bzw. ggf. auch darüber hinaus statt.

Ist es nicht möglich, die geforderte thermische Balligkeit einzustellen, so wird die Differenz gemäß dem in Fig. 4 darge­ stellten Ablauf auf mehrere Bänder verteilt. Das führt dazu, daß die thermische Balligkeit für einige Bänder bewußt nicht optimal gewählt wird. Die Abweichung von der gewünschten thermischen Balligkeit wird jedoch derart gering gehalten, daß sie sich innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen bewegt, so daß es zu keiner unzulässigen Verminderung der gewünschten Walzqualität kommt, und/oder die Abweichung von der gewünsch­ ten thermischen Balligkeit wird so klein gehalten, daß sie durch andere, z. B. durch mechanische, Maßnahmen korrigiert werden kann.

Claims (19)

1. Verfahren zur Beeinflussung relevanter Güteparameter, ins­ besondere des Profils oder der Planheit, eines Walzbandes (6, 7, 8) in einem Walzgerüst mit Walzen (9, 10) durch Adaption der Balligkeit der Walzen (9, 10), d. h. der Oberflächengeo­ metrie der Walzen (9, 10) in Walzenlängsrichtung, wobei die Adaption der Balligkeit der Walzen (9, 10) durch kühlende Be­ einflussung des Temperaturverlaufs der Walzen bzw. ihrer O­ berfläche in Walzenlängsrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer geforderten Änderung der thermischen Ballig­ keit, die die mögliche Einstellgeschwindigkeit der thermi­ schen Balligkeit |Δb_m| der Walzen überschreitet, die Differenz zwischen der geforderten thermischen Balligkeitsänderung |Δb_soll| und der möglichen Einstellgeschwindigkeit der thermi­ schen Balligkeit |Δb_m| auf mehrere Walzbänder derart verteilt wird, dass die Abweichung der beiden Größen voneinander für die Walzbänder möglichst minimal ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Balligkeit der Walzen (9, 10) durch eine in Walzenlängsrichtung variierbare Kühlung der Walzen, z. B. durch eine variierbare Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart, erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Balligkeit der Walzen (9, 10) durch eine über die Walzenlängsrichtung segmentweise ansteuerbare Kühl­ einrichtung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel (15, 16, 17, 18) Wasser, insbesondere Wasser ohne Schmiereigenschaften, verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Balligkeit der Walzen (9, 10) durch zu­ sätzliches Beheizen der Walzen (9, 10) bzw. ihrer Oberfläche in Walzenlängsrichtung erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Balligkeit der Walzen (9, 10) durch eine in Walzenlängsrichtung variierbare Beheizung der Walzen (9, 10), z. B. durch eine über die Walzenlängsrichtung segment­ weise ansteuerbare Heizeinrichtung, erfolgt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Balligkeit der Walzen (9, 10) durch Va­ riation der Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart oder der Beheizung der Walzen (9, 10) im Sinne einer Voreinstellung des Walzgerüstes, vorteilhafterweise zwischen der Bearbeitung von zwei Walzbändern, erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Balligkeit der Walzen (9, 10) on-line, d. h. mit dem Durchlauf von Walzbändern schritthaltend, er­ folgt.

9. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart oder die Be­ heizung der Walzen (9, 10) in Abhängigkeit von zumindest einer der Größen Lastzeit des Walzgerüstes, Pausenzeit zwischen zwei Walzbändern (6, 7, 8), Walzkraft oder Bandtemperatur er­ mittelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart oder die Beheizung der Walzen (9, 10) in Abhängigkeit der Größen Lastzeit des Walzgerüstes, Pausenzeit zwischen zwei Walzbändern (6, 7, 8), Walzkraft, Bandtemperatur und ggf. weiterer Größen ermittelt wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der notwendigen Kühlmittelmenge bzw. aufbringungsart oder Beheizung mittels eines Walzenmodells (35) erfolgt, das die Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart bzw. die Beheizung und relevante Güteparameter des Walzbandes, wie z. B. Profil oder Planheit, in Beziehung setzt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzenmodell (35) ein analytisches Modell ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch. gekennzeichnet, daß das Walzenmodell (35) ein, insbesondere selbstkonfigurie­ rendes, neuronales Netz bzw. eine Kombination von analyti­ schem Modell und neuronalem Netz ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adaption des Walzenmodells (35) oder von Teilen des Walzenmodells (35) an das reale Prozeßgeschehen, vorteil­ hafterweise on-line, insbesondere bei Verwendung eines neuronalen Netzes, durch on-line Lernen des neuronalen Netzes, erfolgt.

15. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzenmodell (35) ein Walzbandverformungsmodell (36) und ein inverses thermisches Walzmodell (37) aufweist, wobei das Walzbandverformungsmodell (36) die Walzensollballigkeit (33) mit relevanten Güteparametern, wie z. B. dem Profil oder der Planheit der Walzbänder, unter Berücksichtigung von Walzgerüstparametern und weiteren Walzbandparametern in Beziehung setzt und wobei das inverse thermische Walzenmodell (37) die Stellgröße (3.) für die Kühlung bzw. Beheizung der Walzen (9, 10) mit der Walzenballigkeit (33) unter Berücksich­ tigung von weiteren Walzgerüstparametern und Walzbandpara­ metern in Beziehung setzt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem thermischen Walzenmodell (53), das Teil des inversen thermischen Walzenmodells (37) ist, die Balligkeit (b_i) der Walzen (9, 10) in Abhängigkeit von Walzgerüst- bzw. Walzbandparametern, wie z. B. Lastzeit, Pausenzeit zwischen zwei Walzbändern oder Walzkraft, und in Abhängigkeit der thermischen Beeinflussung (K_i), d. h. der Kühlmittelmenge bzw. aufbringungsart oder der Beheizung, der Walzen (9, 10) ermittelt wird und daß die notwendige Kühlmittelmenge bzw. aufbringungsart oder Beheizung der Walzen (9, 10) mittels des thermischen Walzenmodells (53) auf iterative Weise in Abhängigkeit von einer vorgegebenen notwendigen Balligkeit, d. h. Sollballigkeit (b₀) der Walzen bestimmt wird, wobei so oft iteriert wird, bis der Betrag der Abweichung der mit dem thermischen Walzenmodell (53) ermittelten Balligkeit (_bi) von der vorgegebenen Sollballigkeit (b₀) kleiner ist als ein vorgegebener Toleranzwert.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der notwendigen thermischen Beeinflussung (34), d. h. der Kühlmittelmenge bzw. -aufbringungsart oder Beheizung, der Walzen (9, 10) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Sollballigkeit (33) der Walzen (9, 10) mit einem, vorteilhafterweise vereinfachten, invertiertem thermischen Walzenmodell erfolgt, das die notwendige thermische Beeinflussung (34), also die Stellgröße für die Kühlung bzw. die Beheizung der Walzen, mit der Sollballigkeit (33) der Walzen (9, 10) und Walzgerüst bzw. Walzbandparametern (32) in Beziehung setzt.

18. Einrichtung zur Beeinflussung relevanter Güteparameter eines Walzbandes, insbesondere des Profils oder der Planheit, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Prozessrechner aufweist.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessrechner als speicherprogrammierbare Steue­ rung, als VME-Bussystem, Industrie-PC oder als Workstation ausgebildet ist.